TW201639351A - 攝影裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種可藉由簡單光閘控制有效地抑制閃爍之攝影裝置。
攝影裝置1,具備:攝影元件40;透鏡10,使來自目標區域之光成像於攝影元件40;光閘30,相對於攝影元件40配置在目標區域側;以及控制部50。控制部50,在一個幀框之攝影週期內使光閘30開啟複數次,將從透鏡10取得之光導向攝影元件40。藉此,可藉由簡單光閘控制有效地抑制閃爍。
Description
本發明係關於一種拍攝目標區域之攝影裝置,尤其是適於在拍攝包含交通號誌燈之風景時使用。
已知有以監視攝影機拍攝街道或十字路口之攝影裝置。此種攝影裝置,拍攝之影像係用於例如交通事故之蒐證等。在蒐證時,除了確認車輛或行人之狀況外,亦確認交通號誌燈之亮燈狀況。亦即,確認交通號誌燈在事故時是以紅色、藍色、黃色中哪一個顏色亮燈。
近年來,交通號誌燈之光源使用發光二極體。當以商用交流電源驅動發光二極體時,發光二極體即以短週期反覆亮燈與熄燈。是以,以發光二極體為光源之交通號誌燈,亦在各顏色亮燈時以短週期反覆進行亮燈熄滅。當交通號誌燈如上述以短週期進行亮燈熄滅時,交通號誌燈之拍攝影像之亮度即在幀框間變化,在交通號誌燈之拍攝影像產生閃爍(flicker)。當在交通號誌燈之拍攝影像產生閃爍時,會產生在蒐證時無法正確地確認交通號誌燈之亮燈色之情形。
在以下之專利文獻1記載可抑制LED照明等所產生之閃爍之攝影裝置。此攝影裝置,當判定有閃爍時,即進行下述控制,使進行CCD感測器之光閘控制之電荷清除脈衝與電荷讀取脈衝之時序在各場域變化,以能在各場域將照明之發光週期之同相位部分曝光至攝影機。
專利文獻1:日本特開2011-193065號公報
上述專利文獻1之方法中,必須要有使電荷清除脈衝與電荷讀取脈衝之時序在各場域變化,攝影機在各場域曝光出照明之發光週期之同相位部分的複雜光閘控制。
有鑑於上述問題,本發明之目的在於提供一種可藉由簡單光閘控制有效地抑制閃爍之攝影裝置。
本發明之主要形態係關於攝影裝置。本形態之攝影裝置,具備:攝影元件;透鏡,使來自目標區域之光成像於該攝影元件;光閘,相對於該攝影元件配置在該目標區域側;以及控制部。該控制部,在一個幀框之攝影期間內使該光閘開啟複數次,將從該透鏡取得之光導向該攝影元件。
根據本形態之攝影裝置,由於攝影元件在一個幀框之攝影週期內被曝光複數次,因此在拍攝交通號誌燈等以短週期進行亮燈熄燈之發光源之情形,攝影元件亦容易在各攝影週期接受來自發光源之光,且可抑制來自發光源之光之總受光量在幀框間大幅相異。因此,能有效地抑制在發光源之拍攝影像產生之閃爍。又,以在攝影週期內開閉複數次光閘之簡單控制即可實現此效果。是以,根據本形態之攝影裝置,能提供可藉由簡單光閘控制有效地抑制閃爍之攝影裝置。
本形態之攝影裝置中,可為下述構成,該攝影元件就各線分別蓄積及輸出對應受光量之電荷;該控制部,以在該攝影元件上之各線之電荷蓄積期間之局部彼此重疊之方式控制該攝影元件;在所有該線之電荷
蓄積期間彼此重疊之重複蓄積期間內,使該光閘開啟複數次。如此,由於攝影元件在重複蓄積期間中被曝光,因此針對所有線,在相同時序及曝光期間被照射目標區域之光。因此,在目標區域包含高速移動之被拍攝體之情形,被拍攝體之拍攝影像亦不會產生變形。
本形態之攝影裝置中,可為下述構成,該控制部,在該重複蓄積期間之全部期間反覆該光閘之開閉。如此,光閘之開啟期間容易包含於以短週期進行亮燈熄滅之發光源之亮燈期間,來自發光源之光更確實且更容易地被攝影元件接受。因此,可抑制未包含來自發光源之光之幀框產生。
此情形,可為下述構成,該控制部,藉由調整該光閘之開閉週期,調整對該攝影元件之曝光量。如此,可順暢地調整曝光量。
本形態之攝影裝置中,可為下述構成,該光閘係液晶光閘;該控制部,將該光閘以脈衝狀進行ON/OFF控制。如此,能以短週期正確地進行光閘之開閉。
如上述,根據本發明,能提供可藉由簡單光閘控制有效地抑制閃爍之攝影裝置。
本發明之效果及意義,由以下所示之實施形態之說明應可更明確。然而,以下所示之實施形態僅為實施本發明時之一個例示,本發明並不限於以下實施形態之記載。
1‧‧‧攝影裝置
10‧‧‧透鏡
30‧‧‧光閘
40‧‧‧攝影元件
50‧‧‧控制部
圖1(a)係顯示實施形態之影像管理系統之外觀構成之圖。圖1(b)係顯示
實施形態之拍攝影像之一例之圖。
圖2係顯示實施形態之攝影裝置之構成之圖。
圖3係顯示實施形態之CMOS影像感測器之構成之圖。
圖4(a)、(b)係說明實施形態之CMOS影像感測器之讀取控制之圖。
圖5係顯示實施形態之光閘之控制方法之時序圖。
圖6係顯示實施形態之光閘之控制方法之時序圖。
圖7係顯示比較例之光閘之控制方法之時序圖。
圖8係顯示比較例之光閘之控制方法之時序圖。
圖9(a)、(b)係說明變更例之CMOS影像感測器之控制方法之圖。
以下,參照圖式說明本發明之實施形態。
圖1(a)係顯示實施形態之影像管理系統之外觀構成之圖。
如圖1(a)所示,影像管理系統具備攝影裝置1與外部裝置2。攝影裝置1係監視攝影機,以可拍攝包含交通號誌燈之街道或十字路口等之方式設置在被設置物3。被設置物3為例如建築物等之外壁或屋頂之構造物、電線桿等。攝影裝置1隨時將拍攝之影像記錄在內部之記錄媒體。外部裝置2為可攜式個人電腦。此外,外部裝置2亦可為行動電話、平板電腦等其他行動資訊終端。
記錄在攝影裝置1之影像,適當地回收至外部裝置2。攝影裝置1與外部裝置2可進行無線LAN之通訊。外部裝置2建立無線LAN之通訊路徑,從攝影裝置1下載影像。攝影裝置1與外部裝置2間之通訊並不限於無線LAN,亦可為藍芽等其他通訊方式。
圖1(b)係顯示攝影裝置1拍攝之拍攝影像之一例之圖。此處,包含交通號誌燈4之十字路口5係設定成目標區域。為了方便說明,圖1(b)僅圖示朝向攝影裝置1之方向之交通號誌燈4。攝影裝置1拍攝之影像在回收至外部裝置2後,用於例如交通事故之蒐證等。在蒐證時,除了確認行經十字路口5之車輛或行人之狀況外,亦確認交通號誌燈4之亮燈狀況。亦即,確認交通號誌燈4在事故時是以紅色、藍色、黃色中哪一個顏色亮燈。
圖2係顯示攝影裝置1之構成之圖。
攝影裝置1具備透鏡10、光闌20、光閘30、攝影元件40、控制部50、記憶部60、通訊部70。
透鏡10取得來自目標區域之光,使目標區域之像成像在攝影元件40之受光面。光闌20因應來自目標區域之光之強弱限制來自外部之光,以使適當光量射入攝影元件40。光闌20係藉由光闌驅動電路21調整孔徑量。
光閘30係液晶光閘。光閘30,係例如具有在施加電壓之狀態下透射率成為最大,當切斷電壓施加時透射率即變低之所謂正常黑(Normaly Black)方式之特性之液晶光閘。此情形,光閘30,在施加電壓之狀態下使光透射過,在未施加電壓之狀態下將光遮斷。此外,光閘30,亦可為具有在未施加電壓之狀態下透射率成為最大,當施加電壓時透射率即變低之所謂正常白(Normaly White)方式之特性之液晶光閘。又,光閘30,只要可高速開閉,則亦可為其他方式之光閘。光閘30係藉由來自光閘驅動電路31之驅動訊號切換開閉狀態。
攝影元件40係例如CMOS影像感測器。攝影元件40,在對應受光面上之各像素之位置分別具有光二極體。攝影元件40係藉由攝影訊號處理電路41以就每一線分別進行對光二極體之電荷蓄積與輸出之方式控制。
控制部50具備CPU(Central Processing Unit)等運算處理電路,依據儲存在記憶部60之程式控制各部位。記憶部60,除了儲存控制用程式外,亦可用作為控制部50進行控制時之工作區域。控制部50,藉由儲存在記憶部60之程式,控制光闌驅動電路21、光閘驅動電路31、攝影訊號處理電路41。通訊部70,與圖1(a)所示之外部裝置2進行通訊。
圖3係以示意方式顯示攝影元件40之構成之圖。為了方便說明,圖3中顯示對應九個像素之部分之構成,但實際上,同樣之構成係對應既定像素數配置在縱方向與橫方向。
攝影元件40在對應各像素之位置具有光二極體40a。光二極體40a,當接受光時,即蓄積對應受光量之電荷。蓄積之電荷係藉由增幅器40b轉換成電壓後被增幅。增幅之電壓,當開關40c成為ON時,即就每一線L分別傳輸至垂直訊號線40d。傳輸之電壓係藉由就垂直訊號線40d分別配置之行電路40e暫時地保存。保存之電壓,當行選擇開關40f成為ON時,即傳輸至水平訊號線40g。接著,傳輸至水平訊號線40g之電壓傳輸至攝影訊號處理電路41。如上述,在攝影元件40,係就每一線L分別傳輸電壓訊號。
又,攝影元件40係以就各線L分別進行對光二極體40a之電荷蓄積之方式控制。亦即,一條線L上之光二極體40a係設定成可在既
定期間進行電荷蓄積之狀態,當此期間經過時,在此線L上之各光二極體40a產生之電荷即輸出。此控制係從最上段之線L朝向最下段之線L依序進行。在線L處於可進行電荷蓄積之狀態時,當光照射至線L上之光二極體40a時,對應照射之光之光量之電荷即蓄積在該線上之各光二極體40a。以此方式蓄積之電荷,如上述,就各線L分別被讀取,轉換成電壓訊號,輸出至攝影訊號處理電路41。
以下,將各線設定成可進行電荷蓄積之狀態之期間稱為「電荷蓄積期間」。
返回圖2,攝影訊號處理電路41,將攝影元件40上之各線依序設定成電荷蓄積期間,就各線分別進行電荷讀取。攝影訊號處理電路41具備A/D轉換電路,將經由水平訊號線40g(參照圖3)供應至攝影元件40之各線之電壓訊號轉換成數位訊號,輸出至控制部50。控制部50將從攝影訊號處理電路41供應之數位訊號(亮度訊號)儲存在記憶部60。以上述方式,由從攝影訊號處理電路41輸出之所有線(一個幀框)之亮度訊號構成一張拍攝影像。
圖4(a)、(b)係說明攝影元件40之讀取控制之圖。圖4(a)係以示意方式顯示以通常速度從各線進行電荷讀取時之控制(以下,稱為「通常讀取模式」)之圖,圖4(b)係以示意方式顯示以高速從各線進行電荷讀取時之控制(以下,稱為「高速讀取模式」)之圖。
在圖4(a)、(b)之左側以示意方式顯示攝影元件40之受光面與各線L。此處,最上段之線L設為L0,最下段之線設為Ln。又,在圖4(a)、(b)之右側以示意方式顯示對各線之控制時序。
參照圖4(a),在通常讀取模式,對最上段之線L0之控制在時序t1開始,在時序t2結束。對下一段之線L1之控制,較時序t1延遲既定時間開始。以上述方式,每當線L往下段改變時,開始時序分別延遲既定時間並同時依序進行對各線之控制。最下段之線Ln之開始時序為從時序t1延遲△t之時序t2。
在最上段之線L0,從時序t1至時序t2之期間蓄積電荷。例如,從時序t1至時序t2間之期間△t全部設為電荷蓄積期間。對其他線L亦同樣地設定電荷蓄積期間。在從時序t1經過期間△t之時序t2,執行對最上段之線L0之電荷讀取。
關於第二段線L1,在從時序t1延遲既定時間之時序開始蓄積電荷,在從時序t2延遲既定時間之時序執行電荷讀取。以上述方式,每當線L改變時,電荷蓄積之開始時序逐一延遲既定時間,電荷讀取之執行時序亦逐一延遲既定時間。對最下段之線Ln之電荷蓄積之開始時序為從時序t1延遲△t之時序t2,電荷讀取之執行時序為從時序t2延遲△t之時序t3。
如上述,在通常讀取模式,對最上段之線L0之電荷蓄積之結束時序為對最下段之線Ln之電荷蓄積之開始時序。因此,在通常讀取模式,不會產生所有線之電荷蓄積期間重疊之期間。
參照圖4(b),在高速讀取模式,藉由提高對各線L之電荷讀取速度,線L間之控制開始時序之偏移量相較於通常讀取模式會縮短。在圖4(b)之例,線L間之控制開始時序之偏移量相較於通常讀取模式降低成一半。因此,對最下段之線Ln之控制之開始時序,從對最上段之線L0之控制之開始時序t1僅延遲△t/2。
對各線L之電荷之讀取速度,係藉由將對各線之電荷訊號進行取樣(A/D轉換)時之位元數削減成少於通常讀取模式時之位元數而高速化。此處理,在圖2之控制部50之控制下,藉由攝影訊號處理電路41進行。在高速讀取模式,由於如上述取樣位元數被削減,因此相較於通常讀取模式,拍攝影像之畫質會稍微劣化。然而,此劣化之程度,在監視攝影機等之用途上,對辨識性不會產生特別之問題。或者,亦可藉由攝影元件40及攝影訊號處理電路41之改善、高速化,維持同等之取樣位元數。
如上述,藉由將對攝影元件40之控制模式設定成高速讀取模式,如圖4(b)所示,產生所有線之電荷蓄積時間彼此重疊之重複蓄積期間。接著,藉由在此重複蓄積期間進行曝光,來自目標區域之光在相同時序照射至各線L,在所有線L上之光二極體40a,在相同時序以相同曝光量蓄積電荷。因此,可抑制在高速移動之被拍攝體之拍攝影像產生變形。亦即,可抑制果凍(rolling shutter)現象,實現使用攝影元件40之全域光閘機能。
本實施形態中,攝影元件40之控制模式設定成高速讀取模式。接著,在重複蓄積期間之全部期間,光閘30反覆開閉,來自目標區域之光導向攝影元件40。
圖5係顯示光閘30之控制方法之時序圖。
圖5之最上段為商用交流電源之電壓波形。此處,假設商用交流電源之頻率為50Hz。此情形,商用交流電源之電壓波形之週期T1為1/50秒。圖1(b)之交通號誌燈4之各色之光源使用發光二極體之情形,發光二極體,如圖5中從上數來第二段所示,被商用交流電源之交流電壓全波整流後之電壓驅動。經全波整流之電壓波形之週期T2為1/100秒。發光二
極體在經全波整流之電壓超過亮燈閾值SH1之期間T3亮燈。是以,圖1(b)之交通號誌燈4之各色之號誌燈以週期T2亦即1/100秒週期進行亮燈熄滅。
相對於此,攝影元件40以1/60秒週期構成一個幀框之拍攝影像。亦即,攝影裝置1之攝影週期T4為1/60秒,其相位與交通號誌燈4之各色之號誌燈之進行亮燈熄滅週期即1/100秒錯開。因此,在圖4(b)所示之重複蓄積期間內之固定位置設定既定時間寬之曝光期間之情形,曝光期間與交通號誌燈4(發光二極體)之亮燈期間彼此重疊之時間寬就各幀框分別變化。因此,交通號誌燈4之拍攝影像之亮度在幀框間不同,在交通號誌燈4之拍攝影像產生閃爍。
圖7係以示意方式顯示在攝影週期T4之固定位置設定既定時間寬之曝光期間之情形,來自交通號誌燈4(發光二極體)之光被攝影元件40接受之受光量之時序圖。此處,在攝影週期T4之末端使光閘30開啟時間寬T7而設定曝光期間。此情形,來自交通號誌燈4(發光二極體)之光被攝影元件40取得之期間T81~T83在幀框間變化。因此,如圖7之最下段以示意方式所示,攝影元件40對來自交通號誌燈4(發光二極體)之光之受光量就各幀框分別大幅不同。因此,在交通號誌燈4之影像產生閃爍。
圖8係以示意方式顯示在圖7之時間寬T7縮短之情形,來自交通號誌燈4(發光二極體)之光被攝影元件40接受之受光量之時序圖。例如,在晴天之中午等目標區域明亮之情形,縮短時間寬T7(光閘速度)。此情形,亦與圖7相同,在攝影週期T4之末端使光閘30開啟時間寬T7而設定曝光期間。此時,來自交通號誌燈4(發光二極體)之光被攝影元件40取得之期間T81、T82在幀框間變化。又,在從左數來第三個攝影期間,由於曝
光期間與交通號誌燈4(發光二極體)之亮燈期間T3未重疊,因此來自交通號誌燈4(發光二極體)之光不會被攝影元件40取得。
是以,如圖7之最下段以示意方式所示,攝影元件40對來自交通號誌燈4(發光二極體)之光之受光量就各幀框分別大幅不同,因此,在交通號誌燈4之拍攝影像產生閃爍。又,在對應從左數來第三個攝影期間之幀框,由於無攝影元件40對來自交通號誌燈4(發光二極體)之光之受光量,因此成為無亮燈狀態之交通號誌燈4之拍攝影像。
相對於此,本實施形態中,如圖5所示,在重複蓄積期間T5之全部期間,光閘30以一定週期脈衝狀地反覆ON/OFF。因此,光閘30之開啟期間容易包含在交通號誌燈4(發光二極體)亮燈之期間T3,相較於圖7、圖8之情形,不易產生交通號誌燈4之亮燈欠缺之幀框。圖5中,在期間T61~T63,光閘30之開啟期間包含在交通號誌燈4(發光二極體)亮燈之期間T3。又,由於光閘30反覆ON/OFF,因此相較於圖7、圖8之情形,來自交通號誌燈4(發光二極體)之光被攝影元件40取得之總受光量在幀框間之差異變小。因此,在交通號誌燈4之拍攝影像不易產生閃爍。
此外,例如,在晴天之中午等目標區域明亮之情形,如圖6所示,增加光閘30之OFF期間以使光閘30之ON/OFF週期變長。藉此,被攝影元件40從目標區域取得之光之光量減少。此情形,亦如圖6之最下段所示,來自交通號誌燈4(發光二極體)之光被攝影元件40確實地取得。又,來自交通號誌燈4(發光二極體)之光被攝影元件40取得之總受光量在幀框間之差異變小。因此,在交通號誌燈4之拍攝影像不易產生閃爍。
(實施形態之效果)
根據本實施形態,可達成以下效果。
如圖5及圖6所示,由於攝影元件40在一個幀框之攝影週期T4內被曝光複數次,因此在拍攝以短週期進行亮燈熄滅之交通號誌燈4之情形,攝影元件40亦容易在各攝影週期T4接受來自交通號誌燈4之光,且可抑制來自交通號誌燈4之光之總受光量在幀框間大幅相異。因此,能有效地抑制在交通號誌燈4之拍攝影像產生之閃爍。又,以在攝影週期內開閉複數次光閘30之簡單控制即可實現此效果。是以,根據本實施形態,能提供可藉由簡單光閘控制有效地抑制閃爍之攝影裝置1。
又,攝影元件40就各線L分別蓄積及輸出對應受光量之電荷;控制部50,以在攝影元件40上之各線L之電荷蓄積期間之局部彼此重疊之方式,以高速讀取模式控制攝影元件40。此外,控制部50,在所有線L之電荷蓄積期間彼此重疊之重複蓄積期間T5內,使光閘30開啟複數次。如此,由於攝影元件40在重複蓄積期間T5中被曝光,因此針對所有線L,在相同時序及曝光期間被照射目標區域之光。因此,在目標區域包含高速移動之被拍攝體之情形,被拍攝體之拍攝影像亦不會產生變形。
又,控制部50,在重複蓄積期間T5之全部期間反覆光閘30之開閉。藉此,光閘30之開啟期間容易包含於以短週期進行亮燈熄滅之交通號誌燈4之亮燈期間,來自交通號誌燈4之光更確實且更容易地被攝影元件40接受。因此,可抑制未包含來自交通號誌燈4之光之幀框產生。
又,如圖6所示,控制部50,藉由調整光閘30之開閉週期,調整對攝影元件40之曝光量。如此,可順暢地調整曝光量。
又,光閘30係液晶光閘;控制部50,將光閘30以脈衝狀
進行ON/OFF控制。藉此,能以短週期正確地進行光閘30之開閉。
(變更例)
上述實施形態中,如圖4(b)所示,藉由將攝影元件40之控制模式設定成高速讀取模式產生重複蓄積期間,但如圖9(b)所示,亦可將攝影元件40之控制模式設定成低速模式產生重複蓄積期間。在低速模式,各線之攝影期間設定成圖9(a)所示之通常讀取模式之2倍、亦即2△t。此情形,光閘30例如亦以在重複蓄積期間之全部期間以一定週期反覆ON/OFF之方式控制。藉此,與上述實施形態相同,可抑制在交通號誌燈4之拍攝影像產生之閃爍,且可抑制取得包含未亮燈狀態之交通號誌燈4之拍攝影像。
以上,針對本發明之實施形態及變更例進行了說明,但本發明並不限於上述實施形態及變更例,又,本發明之實施形態,除了上述說明以外,亦可進行各種變更。
例如,上述實施形態中,使用捲簾光閘方式之CMOS影像感測器作為攝影元件40而實現全域光閘機能,但亦可使用全域光閘方式之CCD影像感測器作為攝影元件40。此情形,在一個幀框之攝影期間,將光閘30設定成透射狀態複數次,較佳為,在一個幀框之攝影期間之全部期間,光閘30係以一定週期反覆ON/OFF之方式控制。
又,上述實施形態中,以在重複蓄積期間之全部期間反覆ON/OFF之方式控制光閘30,但光閘30亦能以在重複蓄積期間內之局部期間反覆ON/OFF之方式控制。此情形,較佳為,以光閘30之ON期間容易包含在發光二極體之發光期間之方式,將光閘30反覆ON/OFF之期間盡可能設定較長。
又,上述實施形態中,光閘30之ON/OFF之反覆週期一定,但只要光閘ON/OFF複數次,則反覆週期亦可非一定。
又,上述實施形態中,拍攝對象為交通號誌燈4,但拍攝對象亦可非交通號誌燈4,亦可為以短週期進行亮燈熄滅之其他發光源。
又,上述實施形態中,攝影裝置1設置在建築物之外壁或屋頂之構造物、電線桿等,但例如亦可使攝影裝置1之構成一體地包含在路燈等。
又,攝影裝置1並不限於監視攝影機,亦可為具備攝影部、記憶部之其他攝影裝置。
此外,本發明之實施形態,在申請專利範圍所示之技術思想之範圍內,可適當地進行各種變更。
1‧‧‧攝影裝置
10‧‧‧透鏡
20‧‧‧光闌
21‧‧‧光闌驅動電路
30‧‧‧光閘
31‧‧‧光閘驅動電路
40‧‧‧攝影元件
41‧‧‧攝影訊號處理電路
50‧‧‧控制部
60‧‧‧記憶部
70‧‧‧通訊部
Claims (5)
- 一種攝影裝置,具備:攝影元件;透鏡,使來自目標區域之光成像於該攝影元件;光閘,相對於該攝影元件配置在該目標區域側;以及控制部;該控制部,在一個幀框之攝影週期內使該光閘開啟複數次,將從該透鏡取得之光導向該攝影元件。
- 如申請專利範圍第1項之攝影裝置,其中,該攝影元件就每一線分別蓄積及輸出對應受光量之電荷;該控制部,以在該攝影元件上之各線之電荷蓄積期間之局部彼此重疊之方式控制該攝影元件;在所有該線之電荷蓄積期間彼此重疊之重複蓄積期間內,使該光閘開啟複數次。
- 如申請專利範圍第2項之攝影裝置,其中,該控制部,在該重複蓄積期間之全部期間反覆該光閘之開閉。
- 如申請專利範圍第3項之攝影裝置,其中,該控制部,藉由調整該光閘之開閉週期,調整對該攝影元件之曝光量。
- 如申請專利範圍第1至4項中任一項之攝影裝置,其中,該光閘係液晶光閘;該控制部,對該光閘以脈衝狀進行ON/OFF控制。
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