(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体の接触を検出する人体検知装置であって、
絶縁体を挟む一対の電極部と、
一方の前記電極部に抵抗を介して高周波を印加すると共に、他方の前記電極部に低周波を印加する発振部と、
一方の前記電極部と前記抵抗の間の電圧波形の変化から、人体が前記電極部に接触したことを判定するマイクロコンピュータを備えることを特徴とする人体検知装置。
【請求項２】
前記電圧波形は、最大電圧値であることを特徴とする請求項１に記載の人体検知装置。
【請求項３】
前記マイクロコンピュータは、前記低周波の半周期毎に入力された前記最大電圧値と予め設定されている判定値と比較し、前記最大電圧値が前記判定値以下となった後、直後に入力された前記最大電圧値が前記判定値よりも大きくなったことを検出することにより、前記電極部が水浸し状態であることを検出することを特徴とする請求項２に記載の人体検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屋外用の人体検知装置に係り、特に、車両のスマートエントリーシステムで使用される車両用ドアの施錠、開錠の意思確認を行う人体検知装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車両ユーザが携帯する送受信機と、車両に設けられる送受信機との間でユーザ認識コードの送受信により車両ユーザを認識するスマートエントリーシステムが知られている（特許文献１）。このスマートエントリーシステムは、静電容量式センサを使用して、ドアハンドルへの車両ユーザの接触を検出している。
【０００３】
この静電容量式センサは、人体（人の手）がドアハンドルに接触したとき、人体が持つ浮遊容量が変化することを捉えて人体がドアハンドルに触れたことを検知するものである。ところが、静電容量式のセンサは、雨滴が持つ浮遊容量によっても静電容量が変化するため、人体あるいは雨滴が電極に接触したときの区別が確実にできない。これにより、上述のスマートエントリーシステムが誤動作してしまう可能性がある。
【０００４】
これに対して、人体や雨滴を区別する静電容量式の人体検知装置が開示されている（特許文献２）。この人体検知装置は、一つのセンサ電極に低周波と高周波を順次切り替えて印加し、センサ電極の静電容量の変化を各周波数においてそれぞれ電圧変化量として検出している。このセンサ電極の人体や雨滴に対する感度は、低周波と高周波で一律ではなく、各周波数に対してそれぞれ固有の依存性があるため、各周波数におけるそれぞれの電圧変化量の差により、人体あるいは雨滴かを区別できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２９５０９４号公報
【特許文献２】特開２００６−２１１４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の人体検知装置は、人体あるいは雨滴の区別時の低周波の電圧変化量の差は僅かであり、また、高周波の電圧変化量の差は少ない。そのため、センサ電極に外部ノイズが加わると、人体あるいは雨滴の区別ができない可能性がある。
【０００７】
そこで、本発明は、人体あるいは雨滴の区別が確実にできる人体検知装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成すべく成された本発明の請求項１の人体検知装置は、
人体の接触を検出する人体検知装置であって、
絶縁体を挟む一対の電極部と、
一方の前記電極部に抵抗を介して高周波を印加すると共に、他方の前記電極部に低周波を印加する発振部と、
一方の前記電極部と前記抵抗の間の電圧波形の変化から、人体が前記電極部に接触したことを判定するマイクロコンピュータを備えることを特徴としている。
【０００９】
本発明の請求項２の人体検知装置は、請求項１に記載の人体検知装置において、
前記電圧波形は、最大電圧値であることを特徴としている。
【００１０】
本発明の請求項３の人体検知装置は、請求項２に記載の人体検知装置において、
前記マイクロコンピュータは、前記低周波の半周期毎に入力された前記最大電圧値と予め設定されている判定値と比較し、前記最大電圧値が前記判定値以下となった後、直後に入力された前記最大電圧値が前記判定値よりも大きくなったことを検出することにより、前記電極部が水浸し状態であることを検出することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、一対の電極部がコンデンサとしての機能を有し、高周波と低周波が電極部を通過できるため、外部ノイズに対し強くなり、人体あるいは雨滴の区別が確実にできるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る人体検知装置のブロック図を示す。
【図２】図１の電圧検出器の実施形態を示す。
【図３】本発明の第１実施形態に係る第一分周器の出力波形（ａ）、及び第二分周器の出力波形（ｂ）である。
【図４】本発明の第１実施形態に係り、（ａ）は、図１の電極部Ｂと第一抵抗間（測定点Ｃ）の電圧波形である。（ｂ）は、図１の電極部Ａと第二抵抗間（測定点Ｄ）の電圧波形である。（ｃ）は、電極Ａに人体が非接触、少量の水滴が付着した状態の測定点Ｄの電圧波形である。（ｄ）は、電極Ａに人体が接触、水滴が未付着の状態の測定点Ｄの電圧波形である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る人体検知装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】電圧検出部の変形例である。
【図７】本発明の第２実施形態に係り、（ａ）は、図１の電極部Ｂと第一抵抗間（測定点Ｃ）の電圧波形である。（ｂ）は、図１の電極部Ａと第二抵抗間（測定点Ｄ）の電圧波形である。（ｃ）は、電極Ａが水浸し状態の測定点Ｄの電圧波形である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る人体検知装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る人体検知装置１について説明する。
【００１４】
［第１実施形態］
図１は、本発明の一実施形態に係る人体検知装置１のブロック図を示す。図２は、図１の電圧検出器の実施形態を示す。図３は、本発明の一実施形態に係る第一分周器２２の出力波形（ａ）、及び第二分周器２３の出力波形（ｂ）である。図１において、１０はセンサ部、２０は発振部、３０は電圧検出部、４０はマイクロコンピュータである。
【００１５】
センサ部１０は、人体が接触したことを検知するためのものである。センサ部１０の具体的な構成例として、図１に示すように、センサ部１０は、電極部Ａ、電極部Ｂ、絶縁体１１からなり、一対の電極部Ａ、Ｂは、非接触に近接して対向配置される。このセンサ部１０は、電極部Ａ、電極部Ｂの間に絶縁体１１を挟み、絶縁体１１を固定している。
【００１６】
本実施形態のセンサ部１０は、ガラスエポキシ基板（絶縁体１１）の両面に銅箔（電極部Ａ、電極部Ｂ）が設けられたものであり、縦が３０ｍｍ、横が３０ｍｍ、厚みが０．８ｍｍの平坦面を有する平板状に形成される。この電極部Ａ、電極部Ｂは、鉄、アルミ、ステンレス、銅等の導体で形成されてもよい。絶縁体１１は、紙フェノール、雲母、ビニール、ゴム、樹脂等の非導体で形成されてもよい。本実施形態では、センサ部１０へ人体が接触あるいは水滴が付着したことは、電極部Ａの平坦面に対することを意味する。
【００１７】
発振部２０は、２つの異なる高周波および低周波をそれぞれ電極部Ａ、電極部Ｂに印加するものである。本実施形態では、２０ＭＨｚで５Ｖの方形波を出力する発振器２１が第一分周器２２と第二分周器２３に接続されている。第一分周器２２は、発振器２１の出力を１／１２８に分周して１５６．２５ｋＨｚで５Ｖの低周波を電極部Ｂに印加する（図３（ａ）参照）。第二分周器２３は、発振器２１の出力を１／２に分周して１０ＭＨｚで５Ｖの高周波を電極部Ａに印加する（図３（ｂ）参照）。
【００１８】
発振部２０は、電極部Ｂに第一抵抗２４を介して低周波を印加する。また、発振部２０は、電極部Ａに第二抵抗２５を介して高周波を印加する。第一抵抗２４と第二抵抗２５は、人体がセンサ部１０に接触した時、高周波および低周波の変化を検知する際の分圧抵抗として機能する。すなわち、人体がセンサ部１０に接触すると、センサ部１０内の電荷が人体に流れ電圧降下が発生するため、この電圧の変化量が現れるものである。本実施形態では、第一抵抗２４および第二抵抗２５が設けられているが、図１の測定点Ｄの波形が検出できればよく、上述の第一抵抗２４はなくもてよい。この第一抵抗２４と第二抵抗２５は、それぞれ３９０Ωの低抵抗に設定されている。
【００１９】
発振部２０は、電極部Ｂに低周波を印加すると共に、電極部Ａに高周波を印加すると、一対の電極部Ａ、Ｂは、コンデンサとしての機能を有する。
【００２０】
電圧検出部３０は、ダイオード３１と平滑コンデンサ３２を有する整流回路で構成され（図２参照）、電極部Ａと第二抵抗２５の間（測定点Ｄ）に現れる電圧波形を直流に変換し、最大電圧値（ピーク値）を出力する。
【００２１】
マイクロコンピュータ４０は、人体が電極部Ａに接触したことを検出する。このマイクロコンピュータ４０は、Ａ／Ｄ変換器（アナログ−ディジタル変換器）およびピークホールド回路を有し、電圧検出部３０の出力（最大電圧値）および第一分周器２２の出力（低周波）が接続されている。そして、マイクロコンピュータ４０は、センサ部１０に人体が接触した時に、電圧検出部３０で検出される最大電圧値の減少を検知して、人体検知信号を出力する。
【００２２】
このような構成の人体検知装置１において、検出される電圧波形を説明する。
【００２３】
まず、センサ部１０に人体が非接触、水滴が未付着の通常状態の時、電極Ｂと第一抵抗２４間（測定点Ｃ）における電圧波形は、低周波の方が高周波に比べ優勢になるため、高周波が重畳（変調）された低周波が現れる（図４（ａ）参照）。
電極部Ａと第二抵抗２５間（測定点Ｄ）における電圧波形は、高周波の方が低周波に比べ優勢になるため、低周波が重畳された高周波が現れる（図４（ｂ）参照）。ただし、本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、低周波の成分がほとんど現れず最大電圧値がほぼ一定となっている（段差波形にならない）。この理由として、本実施形態のセンサ部１０は、低周波がほとんど通過しないコンデンサとなっているためと考えられる。なお、図４（ｂ）の電圧波形の最大電圧値は約４Ｖ、最小電圧値は約１Ｖとなっている。
【００２４】
次に、センサ部１０に少量の水滴が付着した場合、測定点Ｄで検知される波形は、図３（ｂ）と同様の波形となる（図４（ｃ）参照）。この理由として、センサ部１０内に電界が閉じ込められるため少量の水滴が電極Ａに付着してもほとんど影響されないためと考えられる。
【００２５】
次に、センサ部１０に人体（人の手）が接触した場合、測定点Ｄで検知される波形は、最大電圧値が減少する（図４（ｄ）参照）。この理由として、センサ部１０内に閉じこめられていた電荷が人体に流れ込むため変化したと考えられる。なお、図４（ｄ）の電圧波形の最大電圧値は約３．７Ｖ、最小電圧値は約１．３Ｖとなっている。
このように、センサ部１０に人体が接触した場合は測定点Ｄの電圧波形の最大電圧値は明確な減少を示すが、センサ部１０に水滴が付着した程度では測定点Ｄの電圧波形はほとんど変化しない。このため、測定点Ｄで検知される電圧波形の最大電圧値の減少を検知することにより、人体が電極部Ａに接触したことを検出できる。
【００２６】
次に、本例の人体検知装置１の動作を、図５のフローチャートを用いて説明する。
【００２７】
（ステップＳ１）
まず、発振器２１を駆動させると、第一分周器２２は１５６．２５ｋＨｚで５Ｖ程度の低周波を電極部Ｂに印加する。また、第二分周器２３は１０ＭＨｚで５Ｖ程度の高周波を電極部Ａに印加する。
【００２８】
（ステップＳ２）
電圧検出部３０は、測定点Ｄの電圧波形を整流して最大電圧値を出力する。
【００２９】
（ステップＳ３）
マイクロコンピュータ４０は、第一分周器２２の出力（低周波）の半周期毎に、電圧検出部の出力をピークホールド回路にてピークホールドしＡ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換（アナログ−ディジタル変換）し最大電圧値を逐次記憶する。
【００３０】
（ステップＳ４）
マイクロコンピュータ４０は、低周波の半周期毎に入力された最大電圧値と予め設定されている閾値とを逐次比較する。この閾値は、センサ部１０に水滴が付着した場合に検出される最小の値よりも小さく、かつ、センサ部１０に人体が接触した場合に検出される最大の値以上に設定され、本実施形態では閾値は３．７５Ｖに設定されている。なお、センサ部１０に人体が接触した場合、触れた人の体格等によって電圧検出部３０の出力（最大電圧値）は多少変化するものの、閾値を上記のように設定することにより、センサ部１０に人体が接触したことを確実に検出することができる。
【００３１】
このマイクロコンピュータ４０は、少なくとも２回連続して最大電圧値が閾値以下となったことを検出すると、人体がセンサ部１０に接触の状態と判定する。すなわち、電極部Ａに人体が接触すると、その期間、最大電圧値は４．０Ｖから３．７Ｖに変化し３．７Ｖで一定になるため、マイクロコンピュータ４０は、最大電圧値が３．７Ｖで複数回連続して閾値以下であることを検出でき、人体がセンサ部１０に接触の状態であると判定する。
また、このマイクロコンピュータ４０は、少なくとも２回連続して最大電圧値が閾値以下でないことを検知すると、人体がセンサ部１０に非接触の状態と判定する。そして、マイクロコンピュータ４０は、ステップＳ１に戻って通常の検知動作に戻る。
【００３２】
（ステップＳ５）
マイクロコンピュータ４０は、少なくとも２回連続して最大電圧値が閾値以下の場合、人体がセンサ部１０に接触した状態と判定して、人体検知信号を出力する。
【００３３】
以上のように、本発明は、人体の接触を検出する人体検知装置であって、絶縁体を挟む一対の電極部Ａ、Ｂと、一方の電極部Ａに抵抗２４を介して高周波を印加すると共に、他方の電極部Ｂに低周波を印加する発振部２０と、一方の電極部Ａと抵抗２４の間の電圧波形の変化から、人体が電極部に接触したことを判定するマイクロコンピュータを備える。
【００３４】
本発明の人体検知装置によれば、一対の電極部がコンデンサとしての機能を有し、センサ部内に電界（電荷）が閉じ込められる。このため、電極部に水滴が付着した時は、電圧検出部の出力はほとんど変化することがなく、電極部に人体が接触した時は、電極部間（センサ部内）に閉じこめられていた電荷が人体に流れ込むことにより、電圧検出部の出力が減少する。この電圧検出部の出力（最大電圧値）の所定の変化を検知することにより、人体が電極部に接触したことが検出できる。
このように電極部の検出信号を電圧変換した電圧波形（最大電圧値）に基づき、人体が電極部に接触した時と非接触の時の電圧波形（最大電圧値）の変化を検出することにより、人体が電極部に接触したことが検出できる。
【００３５】
また、一対の電極部がコンデンサとしての機能を有し、高周波が外部の影響でほとんど変化することがなく、外部ノイズに対し強くなり、人体が電極部に接触した時の検出感度が向上できる。
【００３６】
また、上述した電圧波形は、最大電圧値であるため、非常に簡単な構成で人体が電極部に接触したことが検出できる。
【００３７】
以上の説明では、電圧検出部３０は、測定点Ｄの電圧波形を整流して最大電圧値を出力して、電圧波形の変化は最大電圧値の変化となり、人体が電極部に接触したことを判定していたが、この電圧検出部は、電圧波形の最小電圧値を出力するように構成し、マイクロコンピュータがこの最小電圧値の増加（電圧変化）を検知して人体が電極部に接触したことを判定してもよい。
【００３８】
また、電圧検出部は、電圧波形の最大電圧値と最小電圧値の差である波高値を出力するように構成して、マイクロコンピュータがこの波高値の減少（電圧変化）を検知して人体が電極部に接触したことを判定してもよい。
【００３９】
また、電圧検出部は、図６に示すような回路にしてもよい。具体的には、電圧波形は、コンデンサ６１により直流分がカットされ交流分のみ通過される。そして、電圧波形は、ブリッジ整流回路６２により整流され、コンデンサ６３により平滑され、直流が出力される。この直流の電圧値の減少（電圧変化）を検知して人体の接触を判定してもよい。
【００４０】
以上の説明では、マイクロコンピュータ４０は、第一分周器２２の出力（低周波）の半周期毎に、電圧検出部の出力をピークホールド回路にてピークホールドしＡ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換し電圧波形を逐次記憶していたが、タイマーなどの所定の間隔で電圧波形を検出し閾値と判定してもよい。
【００４１】
［第２実施形態］
本発明の人体検知装置は、センサ部１０に多量の水滴が付着した場合（例えば、車両を自動洗車機にて洗車するような水浸しの状態）も検知できる。図７（ａ）は、図１の電極部Ｂと第一抵抗２４間（測定点Ｃ）の電圧波形である。図７（ｂ）は、図１の電極部Ａと第二抵抗２５間（測定点Ｄ）の電圧波形である。図７（ｃ）は、センサ部１０が水浸し状態の測定点Ｄの電圧波形である。図８は、本実施形態に係る人体検知装置１の動作を説明するためのフローチャートである。
【００４２】
センサ部１０が水浸し状態であると、図１の測定点Ｄで検知される電圧波形は、段差のある波形となる（図７（ｃ）参照）。この図７の電圧波形は、最大電圧値が段差状に繰り返し現れ、一方の段差波形（ｃ１）は、最大電圧値が約４Ｖ、最小電圧値が約１Ｖとなり、他方の段差波形（ｃ２）は、最大電圧値が約３．７Ｖ、最小電圧値が約０．７Ｖとなる。
図７（ｃ）の電圧波形に段差波形が繰り返し現れる理由として、センサ部１０が水浸しの状態になるとセンサ部１０の静電容量が多くなり、通常状態ではほとんど通過しない低周波が電極部（センサ部）を通過する結果、低周波が多く重畳されたためと考えられる。
【００４３】
本実施形態の人体検知装置１の動作を、図８のフローチャートを用いて説明する。
【００４４】
（ステップＳ１）
発振器２１を駆動させると、第一分周器２２が、１５６．２５ｋＨｚで５Ｖ程度の低周波を電極部Ｂに印加する。また、第二分周器２３が、１０ＭＨｚで５Ｖ程度の高周波を電極部Ａに出力する。
【００４５】
（ステップＳ２）
電圧検出部３０は、測定点Ｄの電圧波形を整流して最大電圧値を出力する。
【００４６】
（ステップＳ３）
マイクロコンピュータ４０は、低周波の半周期毎に入力された最大電圧値と予め設定されている判定値と比較する。この判定値は、センサ部１０が水浸し状態のときに検出される他方の段差波形（ｃ２）の最大の値以上に設定され、本実施形態では判定値は３．７５Ｖに設定されている。
【００４７】
そして、マイクロコンピュータ４０は、最大電圧値が判定値以下となった後、直後に入力された最大電圧値が前記判定値よりも大きくなったことを検出すると、電極部が水浸し状態であることを検出する。すなわち、電極部が水浸し状態であると、その期間、最大電圧値は４．０Ｖと３．７Ｖの段差波形が繰り返し現れるため、マイクロコンピュータ４０は、最大電圧値が３．７Ｖで判定値以下となった後、直後に入力された最大電圧値が前記判定値より大きい４．０Ｖであることを検知すると、電極部が水浸し状態であることが検出できる。
そして、マイクロコンピュータ４０は、最大電圧値が判定値以下となった後、直後に入力された最大電圧値が前記判定値よりも大きくない場合、電極部は水浸しの状態でないことを検出する。
【００４８】
（ステップＳ４）
マイクロコンピュータ４０は、電極部が水浸し状態であると判断すると、異常警報信号を出力する。
【００４９】
（ステップＳ５）
マイクロコンピュータ４０は、電極部は水浸しの状態でないことを検出すると、低周波の半周期毎に入力された最大電圧値と予め設定されている閾値と比較する。この閾値は、センサ部１０に水滴が付着した場合に検出される最大の値よりも小さく、かつ、センサ部１０に人体が接触した場合に検出される最大の値以上に設定され、本実施形態では閾値は３．７５Ｖに設定されている。なお、センサ部１０に人体が接触した場合、触れた人の体格等によって電圧検出部３０の出力（最大電圧値）は多少変化するものの、閾値を上記のように設定することにより、センサ部１０に人体が接触したことを確実に検出することができる。
【００５０】
このマイクロコンピュータ４０は、少なくとも２回連続して最大電圧値が閾値以下となったことを検出すると、人体がセンサ部１０に接触の状態と判定する。すなわち、電極部に人体が接触すると、その期間、最大電圧値は４．０Ｖから３．７Ｖに変化し３．７Ｖで一定になるため、マイクロコンピュータ４０は、最大電圧値が３．７Ｖで複数回連続して閾値以下であることを検出でき、人体がセンサ部１０に接触の状態であると判定できる。
また、このマイクロコンピュータ４０は、少なくとも２回連続して最大電圧値が閾値以下でないことを検知すると、人体がセンサ部１０に非接触の状態と判定する。そして、マイクロコンピュータ４０は、ステップＳ１に戻って通常の検知動作に戻る。
【００５１】
（ステップＳ６）
マイクロコンピュータ４０は、少なくとも２回連続して最大電圧値が閾値以下の場合、人体がセンサ部１０に接触した状態と判断して、人体検知信号を出力する。
【００５２】
以上のように、マイクロコンピュータ４０は、低周波の半周期毎に入力された前記最大電圧値と予め設定されている判定値と比較し、前記最大電圧値が前記判定値以下となった後、直後に入力された前記最大電圧値が前記判定値よりも大きくなったことを検出することにより、前記電極部が水浸し状態であることを検出する。
そのため、第１実施形態の効果を有すると共に、電極部に多量の水滴が付着すると、電極部間の静電容量が多くなるため、低周波が電極部を通過しやすくなり、測定点Ｄには、低周波が多く重畳された電圧波形が現れる結果、電極部（センサ部）が水浸しの状態であることが検知できる。
【００５３】
上述の低周波は１５６．２５ｋＨｚとして説明したが、１００ｋＨｚから５００ｋＨｚの範囲であれば上述と同様の作用効果が得られる。低周波が１００ｋＨｚ未満であると、低周波が電極部を通過しにくくなり、電極部が水浸しの状態の時、高周波の段差波形が出にくい。また、低周波が５００ｋＨｚを超えると、低周波が電極部を通過しやすくなるため段差波形が出やすくなり、電極部が水浸しのときの感度が低下する。よって、低周波は、１００ｋＨｚから５００ｋＨｚの範囲であることが好ましい。
また、上述の高周波は１０ＭＨｚとして説明したが、１ＭＨｚから３０ＭＨｚの範囲であれば上述と同様の作用効果が得られる。高周波が１ＭＨｚ未満または３０ＭＨｚを超える高周波では、人体が電極に接触したときの検出感度が低下してしまう。よって、高周波は、１ＭＨｚから３０ＭＨｚの範囲であることが好ましい。
【００５４】
以上の説明では、屋外で使用される車両用の人体検知装置について説明してきたが、屋外で使用される住宅用のインターンホーンの人体検知装置にも適用できる。
また、以上の説明では、電極部Ａに対し人体が接触したり雨滴が付着したりしたことを説明したが、電極部Ｂも同様に作用するものである。
また、以上の説明では、センサ部１０に人体が非接触、水滴が未付着の通常状態の時、測定点Ｄにおける電圧波形は、低周波の成分がほとんど現れず最大電圧値がほぼ一定となっているが、測定点Ｄにおける電圧波形に若干の段差があっても適用できるものである。
【符号の説明】
【００５５】
１        人体検知装置
１０      センサ部
１１      絶縁体
２０      発振部
２１      発振器
２２      第一分周器
２３      第二分周器
２４      第一抵抗
２５      第二抵抗
３０      電圧検出部
４０      マイクロコンピュータ
Ａ        電極部（一方の電極部）
Ｂ        電極部（他方の電極部）
【図１】
0005558319.tif 000002
【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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