(57)【要約】【課題】１つの撮像素子に右目情報と左目情報とを同時に１つのＣＣＤに取り込むとともに、別々に読み出して立体画像を形成する左右２つの画像データを生成する。【解決手段】３Ｄカメラ１０の撮像ユニット３０は、縦方向に偏光軸を有する第１偏光板３１が挿脱自在に設けられた撮影レンズ１２と２枚のミラー３２とから構成される第１撮影光学系３３と、第１シャッタ３４と、第１の方向と直交する第２の方向に偏光軸を有する第２偏光板３５が設けられた撮影レンズ１３と２枚のミラー３６とから構成される第２撮影光学系３７と、第２シャッタ３８と、ＣＣＤ４０と、から構成される。ＣＣＤ４０は、縦方向に偏光軸を有する偏光板が設けられた第１受光素子と、横方向に偏光軸を有する偏光板が設けられた第２受光素子とから構成され、立体撮影時には、前記２つの撮影光学系によって結像された被写体像の画像情報を別々に読み出して保存する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に偏光軸を有する第１偏光板が光路上に設けられた第１撮影光学系と、
前記第１の方向と直交する第２の方向に偏光軸を有する第２偏光板が光路上に設けられた第２撮影光学系と、
第１の方向に偏光軸を有する偏光板が設けられた第１受光素子と第２の方向に偏光軸を有する偏光板が設けられた第２受光素子とが同数づつ交互に格子状に配列され、前記第１撮影光学系と前記第２撮影光学系のそれぞれの被写体像が同時に結像される撮像素子と、を備え、
前記撮像素子から画像データを読み出して立体画像を形成する左右２つの画像データを生成することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第１受光素子及び前記第２受光素子は、隣接して正方形に配置された赤、緑、青を含む４個が１組を形成し、前記１組単位で前記第１受光素子と前記第２受光素子とが交互に配列されたことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記撮像素子は、それぞれ正方格子状にベイヤー配列された前記第１受光素子及び前記第２受光素子が、互いに斜め４５°に半ピッチ分ずれた位置に配置され、全体として市松配列されたことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
立体撮影モードと通常撮影モードのいずれかを選択可能な撮影モード選択手段と、前記第１撮影光学系の光路を開閉する第１シャッタと、前記第２撮影光学系の光路を開閉する第２シャッタとを備えるとともに、前記第1偏光板は前記第１撮影光学系の光路上に進退自在に設けられ、
前記撮影モード選択手段によって前記通常撮影モードが選択された場合には、前記第1偏光板が前記第１撮影光学系の光路上から退避するとともに前記第２シャッタが前記第２撮影光学系の光路を遮光する位置で保持された状態で、被写体像の撮影が行われることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１及び第２撮影光学系はオートフォーカス手段を備え、前記オートフォーカス手段によって被写体までの距離が予め定められた距離よりも遠いことが検出された場合には、前記通常撮影モードが自動的に選択されることを特徴とする請求項４記載の撮像装置。
【請求項６】
前記撮像素子の直前に第３シャッタを備え、前記第３シャッタによって前記撮像素子を遮光した後に、全ての前記受光素子から画像データを読み出すことを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第１シャッタ及び前記第２シャッタは同じタイミングで開閉制御されて、被写体像の撮影が行われることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの撮影光学系による被写体像を１つの撮像素子に結像させて立体画像を形成する左右２つの画像データを生成する撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
立体画像を撮影する立体撮像装置は、被写体画像の右目情報と左目情報の視差によって立体画像を生成するものであるが、その方法の１つに、前記右目情報と左目情報を別々の撮影光学系によって取り込み１つの撮像素子に結像させる方法がある。前記右目情報と左目情報の取り込み方法は、種々提案されている。例えば、下記特許文献１には、撮像素子の直前にレンチキュラレンズを配置し、前記２つの撮影光学系がレンチキュラレンズを通して結像する結像点を前記撮像素子上で１／２画素ピッチだけずれるように構成して、２つの結像点を交互に各画素上に位置するように前記撮像素子を所定周期で変位させる立体撮像装置が示されている。また、下記特許文献２には、メカシャッタを備えた２つの撮影光学系による撮影光をハーフミラーによって１つの撮像素子に結像させ、メカシャッタを交互に開いて右目情報と左目情報とを交互に且つ順次に取り込み立体画像を形成する撮像装置が記載されている。
【特許文献１】特開平０６−３１１５３５号公報
【特許文献２】特開平１１−２８５０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記特許文献１，２に示される被写体画像の取り込み方法は、いずれも左右の情報を交互に取り込む方法であるため、厳密には同一タイミングの画像ではない。また、レンチキュラレンズを移動させる駆動装置が必要であったり、撮影光を分割させるハーフミラーを備えなければならないなど、コストアップやスペースアップの問題があった。
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑み、レンチキュラレンズやハーフミラーを用いずに、立体撮影時には１つの撮像素子に右目情報と左目情報とを同一タイミングで取り込んで立体画像を形成する左右２つの画像データを生成するとともに、通常撮影時には２倍の画像情報を取得して高画質画像を提供できる撮像装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による撮像装置は、第１の方向に偏光軸を有する第１偏光板が光路上に設けられた第１撮影光学系と、前記第１の方向と直交する第２の方向に偏光軸を有する第２偏光板が光路上に設けられた第２撮影光学系と、第１の方向に偏光軸を有する偏光板が設けられた第１受光素子と第２の方向に偏光軸を有する偏光板が設けられた第２受光素子とが同数づつ交互に格子状に配列され、前記第１撮影光学系と前記第２撮影光学系のそれぞれの被写体像が結像される撮像素子とを備え、前記撮像素子から画像データを読み出して立体画像を形成する左右２つの画像データを生成する。
【０００６】
前記第１受光素子及び前記第２受光素子は、隣接して正方形に配置された赤、緑、青を含む４個が１組を形成し、前記１組単位で前記第１受光素子と前記第２受光素子とが交互に配列されるようにすると良い。あるいは、前記撮像素子は、それぞれ正方格子状にベイヤー配列された前記第１受光素子及び前記第２受光素子が、互いに斜め４５°に半ピッチ分ずれた位置に配置され、全体として市松配列されるようにすると良い。
【０００７】
前記撮像装置は、立体撮影モードと通常撮影モードのいずれかを選択可能な撮影モード選択手段と、前記第１撮影光学系の光路を遮光する第１シャッタと、前記第２撮影光学系の光路を遮光する第２シャッタとを備えるとともに、前記第1偏光板は前記第１撮影光学系の光路上に進退自在に設けられ、前記撮影モード選択手段によって前記通常撮影モードが選択された場合には、前記第1偏光板が前記第１撮影光学系の光路上から退避するとともに前記第２シャッタが前記第２撮影光学系の光路を遮光する位置で保持された状態で被写体像の撮影が行われるようにすると良い。
【０００８】
前記撮像装置は、前記第１及び第２撮影光学系はオートフォーカス手段を有し、前記オートフォーカス手段によって被写体までの距離が予め定められた距離よりも遠いことが検出された場合には、前記通常撮影モードが自動的に選択されるようにすると良い。
【０００９】
前記撮像装置は、前記撮像素子の直前に第３シャッタを備え、前記第３シャッタによって前記撮像素子を遮光した後に、全ての前記受光素子から画像データを読み出すようにしても良い。
【００１０】
前記第１及び第２シャッタは同じタイミングで開閉制御されて、被写体像の撮影が行われるようにしても良い。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による撮像装置は、互いに直交する偏光軸を有する２種類の偏光板を設けた左右の撮影光学系と、前記２種類の偏光板を交互に配列した受光素子を用いて、レンチキュラレンズやハーフミラーなどを設けることなく、左右の撮影画像情報を同一タイミングで取り込み、且つ別々に読み出すことを可能にして立体画像を形成する左右２つの画像データを生成するとともに、通常撮影時には２倍の画像情報を有する高画質画像を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１及び図２に示すように、本発明による３Ｄカメラ（撮像装置）１０は、略直方体形状のカメラ本体１１の前面に、２組の撮像レンズ１２，１３と、ストロボ発光部１４、ファインダ対物窓１５とが設けら、カメラ本体１１の上面には、電源ボタン１６、シャッタボタン１７が設けられている。カメラ本体１１の背面には、画像を表示する表示手段であるＬＣＤパネル１８が設けられており、ＬＣＤパネル１８の表面はタッチパネルとなっている。ＬＣＤパネル１８に表示された操作アイコンに対して、ユーザの指、又は付属する操作ペン（図示せず）などを用いて、タッチパネルに接触することによって操作を行うことができる。この他に、ファインダ接眼窓１９、撮影モードと再生モードとを切替える撮影再生切替ボタン２０、再生画面で次の駒に送る送りボタン２１と前の駒に戻る戻しボタン２２、上下にスイングさせて撮像レンズ１２，１３をズーミングするズーム操作ボタン２３、通常撮影モードと立体撮影モードとを切替える撮影モード選択ボタン（撮影モード選択手段）２４と、その他の撮影条件などをＬＣＤパネル１８に表示されたメニューから選択し決定したり撮影画像の保存や消去を行う３つの操作ボタン２５が設けられている。撮影モード選択ボタン２４によって選択された撮影モードは、ＬＣＤパネル１８に表示される。また、カメラ本体１１の底面には、画像データが記憶されるメモリカード２７が着脱自在に装填されるスロット（図示せず）が設けられ、撮影された画像データがメモリカード２７に書き込まれて保存される。
【００１３】
図３に示すように、３Ｄカメラ１０の撮像ユニット３０は、縦方向（第１の方向）に偏光軸を有する第１偏光板３１が挿脱自在に設けられた撮影レンズ１２と２枚のミラー３２とから構成される第１撮影光学系３３と、第１撮影光学系３３の光路を開閉する第１シャッタ３４と、前記縦方向と直交する横方向（第２の方向）に偏光軸を有する第２偏光板３５が設けられた撮影レンズ１３と２枚のミラー３６とから構成される第２撮影光学系３７と、第２撮影光学系３７の光路を開閉する第２シャッタ３８と、前記第１撮影光学系３３と前記第２撮影光学系３７のそれぞれの被写体像が同時に結像されるＣＣＤ（撮像素子）４０と、から構成される。前記撮影レンズ１２，１３には絞り装置６４が設けられている。
【００１４】
図４に示すように、ＣＣＤ４０は、縦方向に偏光軸を有する偏光板４３と横方向に偏光軸を有する偏光板４４が市松配列され、図５に示すように、第１受光素子４１はフォトダイオード４５の前に偏光板４３が設けられ、第２受光素子４２はフォトダイオード４５の前に偏光板４４が設けられている。図６に示すように、第１受光素子４１は全て偏光板４３を備え、正方格子状にベイヤー配列されている。また、図７に示すように、第２受光素子４２は全て偏光板４４を備え、正方格子状にベイヤー配列されている。前記第１受光素子及び前記第２受光素子は、互いに斜め４５°に半ピッチ分ずれて配置され、全体として図４に示す市松配列となっている。
【００１５】
図８に示すように、前記ＣＣＤ４０は、ベイヤー配列された４つ１組の第１受光素子と、同じくベイヤー配列された４つ１組の第２受光素子とを、１組単位で交互に格子状に配列したものであっても良い。
【００１６】
図３に戻って説明する。撮影モード選択ボタン２４によって立体撮影モードが選択された場合は、前記第１撮影光学系３３に前記第１偏光板３１が挿入された状態で、第１シャッタ３４と第２シャッタ３８が開閉して、前記第１撮影光学系３３と前記第２撮影光学系３７による被写体像がともにＣＣＤ４０に結像される。前記第１撮影光学系３３による撮影光は前記第１受光素子４１のみが受光し、前記第２シャッタ３８による撮影光は前記第２受光素子４２のみが受光する。
【００１７】
図９に示すように、通常撮影モードが選択された場合は、前記第１シャッタ３４のみが開閉駆動され前記第２シャッタ３８は駆動されず、前記第１撮影光学系３３のみによる撮影が行われる。このときの第１撮影光学系３３は光路上から前記第１偏光板３１が退避した状態となっているため、第１撮影光学系３３による撮影光はＣＣＤ４０の第１受光素子４１と第２受光素子４２の両方で受光される。
【００１８】
図１０に示すように、３Ｄカメラ１０の電気的構成は、前記ＣＣＤ４０、ＣＰＵ５０、ＣＤＳ（相関二重サンプリング回路）５１、ＡＭＰ（増幅回路）５２、Ａ／Ｄ変換器５３、画像信号処理回路５４、圧縮伸長処理回路５５、ＡＥ／ＡＦ処理回路（オートフォーカス手段）５６、ＲＯＭ５７、ＲＡＭ５８、ＳＤＲＡＭ５９、前記ＬＣＤパネル１８を制御するＬＣＤドライバ６１及びメディアコントローラ６２がデータバス６０に接続されている。ＣＰＵ５０は、ＲＯＭ５７に記憶されたシーケンスプログラムをワークメモリであるＲＡＭ５８に読み出して実行する。ＣＣＤ４０から出力された撮像信号は、ＣＤＳ５１に入力され、ＣＣＤ４０の各受光素子の蓄積電荷量に正確に対応したＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の画像データとして出力される。ＣＤＳ５１から出力された画像データは、ＡＭＰ５２で増幅され、Ａ／Ｄ変換器５３でデジタルの画像データに変換される。Ａ／Ｄ変換器５３から出力された画像データは、データバス６０を介してＳＤＲＡＭ５９に一時的にストアされる。画像信号処理回路５４は、ＳＤＲＡＭ５９から画像データを読み出して、階調変換、γ補正処理などの各種画像処理を施し、この画像データを再度ＳＤＲＡＭ５９に記録する。ＳＤＲＡＭ５９に一時的に格納された画像データは、ＬＣＤドライバ６１でアナログのコンポジット信号に変換され、ＬＣＤパネル１８に表示される。ＳＤＲＡＭ５９には、複数の画像を記憶する複数のメモリエリアがあり、一方からの読み出し中に、他方に書き込みをすることができる。圧縮伸長処理回路５５は、画像信号処理回路５４で画像処理が施された画像データに対して、所定の圧縮形式（例えばＪＰＥＧ形式）で画像圧縮を施す。圧縮された画像データは、メディアコントローラ６２を経由してメモリカード２７に記憶される。
【００１９】
ＣＰＵ５０には、前記撮影レンズ１２，１３のピント調節やズーミングを行うステッピングモータ（図示せず）を制御するモータドライバ６３と、前記撮影レンズ１２，１３に組込まれた絞り装置６４を制御する絞りドライバ６５と、前記第１偏光板３１を光路上に挿脱する偏光板駆動装置６６と、前記第１及び第２シャッタ３４，３８を開閉制御するシャッタドライバ６７と、前記ストロボ発光部１４の発光を制御するストロボ回路６８が接続されている。また、前記シャッタボタン１７及び撮影モード選択ボタン２４の操作信号がＣＰＵ５０に入力される。撮像レンズ１２，１３は、背後に配置されたＣＣＤ４０の受光面に被写体像を結像させる。ＣＣＤ４０に結像された画像のピントが合っているか否かはＡＥ／ＡＦ処理回路５６によって検知され、ピントが合っていない場合は、ＣＰＵ５０からモータドライバ６３に指令がでて撮像レンズ１２，１３のピント合わせが行われる。この時、ピント位置が立体撮影に適した近距離範囲内か、立体撮影に適さない遠距離かが確認される。前記撮影モード選択ボタン２４によって立体撮影モードが選択されているときに被写体位置が立体撮影に適さない遠距離であることが確認された場合は、ＣＰＵ５０から通常撮影モードに変更する指示が出され、自動的に通常撮影モードに設定される。
【００２０】
次に、図１１に示すフローチャートに沿って、本発明による３Ｄカメラ１０による立体画像を形成する左右２つの画像データを生成するための撮影手順及び作用について説明する。電源ボタン１６をオンにして撮影再生切替ボタン２０で撮影モードを選択し、撮影モード選択ボタン２４を押して立体撮影モードに設定する。メカニカルシャッタである前記第１シャッタ３４と第２シャッタ３８は前記電源ボタン１６のオンによって開く。被写体からの光が前記第１及び第２撮影光学系３３，３７によってＣＣＤ４０へ結像され、結像された画像は定期的に取り込まれＬＣＤパネルにスルー画として表示される。スルー画及びその表示についての説明は省略する。被写体像がＣＣＤ４０に結像されるとＡＥ／ＡＦ処理回路５６によって第１及び第２撮影レンズ１２，１３のピント位置の計測が行われ、立体画像に適した近距離範囲と立体画像に適さない遠距離範囲を分けた閾値との比較が行われる。計測された値が閾値より小さい近距離範囲を示した場合は、第１及び第２偏光板３１，３５がそれぞれの光路上に挿入されていることが確認され、挿入されていないときは挿入される。その後、シャッタボタン１７の押下によるレリーズ信号が発生するまで待機状態となる。一方、計測された値が閾値より大きい遠距離範囲を示した場合は、ＣＰＵ５０から切替信号が出力され自動的に通常撮影モードに移行される。通常撮影モードに移行されたことは、ＬＣＤパネル１８に表示される。あるいは、自動的に通常撮影モードに移行されるのではなく、移行した方が良い旨のメッセージをＬＣＤ１８パネルに表示して、通常撮影モードを選択するよう撮影者に注意を促す方法であっても良い。
【００２１】
シャッタボタン１７が押圧操作されると新たにＣＣＤ４０への画像光の蓄積が開始され、所定時間経過後にＣＰＵ５０の指示によって前記第１シャッタ３４と第２シャッタ３８が閉じられる（図１２参照）。その後、ＣＣＤ４０から画像の読み出しが開始され、所定時間後に終了される。前記第１撮影光学系３３を通過する光は偏光板３１によって縦方向に偏光されているので、同じ縦方向の偏光板４３が設けられた第１受光素子４１には電荷が蓄積されるが、横方向の偏光板４４が設けられた第２受光素子４２には電荷が蓄積されない。同様に、前記第２撮影光学系３７通過する光は偏光板３５によって横方向に偏光されているので、同じ横方向の偏光板４４が設けられた第２受光素子４２には電荷が蓄積されるが、縦方向の偏光板４３が設けられた第１受光素子４１には電荷が蓄積されない。これによって、前記第１撮影光学系３３による被写体画像は第１受光素子４１にのみ蓄積され、前記第２撮影光学系３７による被写体画像は第２受光素子４２にのみ蓄積されることとなる。第１受光素子４１と第２受光素子４２からの画像の読み出しは別々に行われ、別の画像としてＳＤＲＡＭ５９に保存される。このように同時に撮影された前記２つの撮影光学系３３，３７による被写体画像は１つのＣＣＤ４０に結像され電荷が取り込まれるが、電荷の取り出しは別々に行われ別の画像として保存される。
【００２２】
次に、図１３に示すフローチャートに沿って、通常撮影モードが選択された場合について説明する。立体撮影モードと共通する部分の説明は一部省略する。通常撮影モードが選択されると、第１シャッタ３４の開きが確認されるとともに、第２シャッタ３８は閉じられる。続いて、第１偏光板３１が撮影レンズ１２の光路上から退避され、退避されていないときは退避位置に移動される。被写体からの光は第１撮影光学系３３によってのみＣＣＤ４０へ結像される。シャッタボタン１７が押圧操作されると新たにＣＣＤ４０への画像光の蓄積が開始され、所定時間経過後に第１シャッタ３４が閉じられる。前記第１撮影光学系３３を通過する光は偏光板を通過していないので第１受光素子４１と第２受光素子４２の両方に電荷が蓄積される。その後、全受光素子から画像の読み出しが開始され、所定時間後に終了される。これによって、通常撮影モードでは、立体撮影モードに比べて２倍の画素による画像データとなり、高画質な画像を得ることができる。
【００２３】
前記実施形態は、第１受光素子と第２受光素子とを斜め４５°に半ピッチずらして全体として市松配列したＣＣＤ４０、あるいは第１受光素子と第２受光素子とをそれぞれ４つ１組にして１組単位で交互に格子状に配列したＣＣＤを用いたが、これに限るものではなく、フォトダイオード４５の半数を色のない輝度情報のみを取得する輝度ダイオードとし、残りをベイヤー配列としても良いし、４つ１組の構成を赤、緑、青と輝度ダイオードとしても良い。
【００２４】
前記実施形態は、ＣＣＤ４０への画像光の蓄積が所定量となった時に、第１シャッタ３４と第２シャッタ３８を同時に閉じて２つの光学系による露光量を同じにしたが、図１４に示すように、ＣＣＤ４０の直前に第３シャッタ７１を設け、第３シャッタ７１を閉じることで適性露光量とするようにしても良い。この場合、第１シャッタ３４を省略しても問題ない。
【００２５】
前記実施形態は、第２撮影光学系３７の偏光板３５は固定としたが、偏光板３１同様に光路に対して進退自在に設けても良い。また、絞り装置６４は必ず設けなければならないものではなく、設けなくても問題ない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による３Ｄカメラの外観を示す斜視図である。
【図２】３Ｄカメラを裏面側から見た外観を示す斜視図である。
【図３】３Ｄカメラの撮像ユニットの構成を示す模式図である。
【図４】ＣＣＤの受光素子の配列を示す模式図である。
【図５】ＣＣＤの受光素子の断面を示す模式図である。
【図６】第１受光素子の配列を示す模式図である。
【図７】第２受光素子の配列を示す模式図である。
【図８】別のＣＣＤの偏光板配列及びカラー配列を示す模式図である。
【図９】撮影モード時の撮像ユニットの構成を示す模式図である。
【図１０】３Ｄカメラの電気的構成を示すブロック図である。
【図１１】３Ｄカメラの立体撮影手順を示すフローチャートである。
【図１２】シャッタのタイムチャートを示す図である。
【図１３】３Ｄカメラの通常撮影手順を示すフローチャートである。
【図１４】別の撮像ユニットの構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  ３Ｄカメラ（撮像装置）
１２，１３  撮影レンズ
２４  撮影モード選択ボタン（撮影撮影モード選択手段）
３０  撮像ユニット
３１  第１偏光板
３２，３６  ミラー
３３  第１撮影光学系
３４  第１シャッタ
３５  第２偏光板
３７  第２撮影光学系
３８  第２シャッタ
４０  ＣＣＤ（撮像素子）
４１  第１受光素子
４２  第２受光素子
４３，４４  偏光板
４５  フォトダイオード
５０  ＣＰＵ
５６  ＡＥ／ＡＦ処理回路（オーフォーカス手段）
７１  第３シャッタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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