(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触カードリーダ（１０）とカード（２０）との間の安全な通信システムであって、前記リーダが、リーダの領域に位置するカードにアドレスされた電磁無線周波数通信信号を送信し、前記カードが、望ましくない検出に対して保護された応答メッセージを送信し、前記リーダが、第１のアンテナ（１６）によって前記応答信号を検出し、前記リーダが、前記カードによって送信される前記応答信号と同時に妨害信号を生成するために、妨害信号を発生するための回路（４２）を含む通信システムであって、前記妨害信号を発生するための前記回路が、前記カードから前記リーダへと予想される前記応答信号と同じ周波数および変調型特性を備えた妨害信号を送信することができ、この回路が、前記第１のアンテナとは別個の、前記妨害信号を送信するための第２の無線周波数送信アンテナ（４６）を含み、前記２つのアンテナ間の電磁結合が、前記妨害信号ではなくて、前記カードからの前記応答を前記第１のアンテナが前記リーダに転送するようにされることを特徴とする通信システム。
【請求項２】
前記２つのアンテナが、最小限の、好ましくはゼロの相互電磁結合を有するような方法で互いに対して配置されて、前記第１のアンテナが、前記第２のアンテナによって送信される前記信号を受信しないかまたは事実上受信しないようにすることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記２つのアンテナが、全く同一の平面に略位置し、かつ部分的な相互の重複を伴う導電性ターンからなることを特徴とする、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記システムが、前記第２のアンテナ（４６）に電力を供給する回路における電流測定プローブ（５２）と、前記第１のアンテナによって受信された前記信号を補償するための回路（５４）と、を含み、前記補償回路が、一方では前記電流測定プローブに接続され、他方では前記第１のアンテナに接続されて、前記第２のアンテナによって送信された前記妨害信号の、前記第１のアンテナに対する影響を中和する信号を、前記第１のアンテナに印加することを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記アンテナが誘導型であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記リーダが、キャリア周波数Ｆｐにおける信号であって、前記カードにアドレスされた認識可能な問い合わせ信号を形成するために時間Ｔの間に周期的に変調され、かつ存在する可能性があるカードからの応答を受信するために、第２の時間Ｔ’の間は変調されないキャリア周波数Ｆｐにおける信号を送信し、前記カードからの前記応答が、前記カードのアンテナのインピーダンス変調であり、前記カードの前記アンテナおよび前記リーダの前記アンテナが、前記カードが前記リーダの領域に存在する場合に、電磁的に結合されて、この変調が、前記リーダの前記第１のアンテナのインピーダンスに反応するようにすることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
妨害信号を発生するための前記回路が、２つの擬似ランダム２進シーケンス発生器（ＰＳ１、ＰＳ２）と、これらのシーケンスをサブキャリア周波数（Ｆｓｐ）と混合するための第１および第２のミキサー（ＭＬ１、ＭＬ２）と、前記第１のミキサーから得られた信号をキャリア周波数（Ｆｐ）と混合するための第３のミキサー（ＭＬ３）と、前記第２のミキサーから得られた信号を、π／２だけ位相シフトされた同じキャリア周波数と混合するための第４のミキサー（ＭＬ４）と、を含み、前記第３および第４のミキサーの出力信号が、前記第２のアンテナ（４６）に印加される前に、共に加算されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動物体とリーダとの間の非接触通信システム、特に、移動物体がチップカードまたはＩＤタグであり、通信が、カードまたはタグとリーダとの間の物理的接触なしに電磁送信によって設定されるシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
以下において、移動物体を「カード」と表示することにするが、この名称が、特定形状の物体を限定的に示すものではなく、特に、通常「ＲＦＩＤタグ」と呼ばれる無線周波数ＩＤタグに適用されることが理解されよう。
【０００３】
これらのシステムにおいて、リーダは、一般に、無線周波数問い合わせ信号を形成するために周期的に変調される無線周波数キャリアを送信する。典型的な周波数は、振幅または周波数変調された１３．５６ＭＨｚであり、後に続く例において言及されるのはこの周波数である。次に、リーダは、応答を待つ。リーダと通信しそうなカードが、リーダの近くの画定された地理的領域に存在する場合には、カードは、応答しリーダと対話する。応答は、簡単なデジタルＩＤの送信であっても、またはさらに、より複雑であってもよい。カードは、独立した電源がなくてもよく、この場合には、カードがその応答を送信できるようにする電力は、リーダによって誘導的に供給される。電力は、非常に短距離の通信用途（数センチメートルから数十センチメートル、さらに数メートルまで）に対しては問い合わせ信号自体によってさえも供給することができる。
【０００４】
これらの通信システムは、特に、安全な識別用途のために用いることができ、カードとリーダとの間の対話の機密の内容は、悪意のある第三者によって起こり得る侵害に対して保護されなければならない。カードによって送信されるデータに第三者がアクセスするのを防ぐことが、特に重要である。なぜなら、本物のカードによって送信されたデータを観察し、次にコピーを利用することで、偽造カードでシステムをだますことが可能だからである。
【０００５】
かかる保護は、主に、カードからの応答を暗号化する方法を用いることによって得られる。カードは、普通の言葉による応答を送信する代わりに、暗号化された応答を送信し、理論的には、リーダだけがその応答を解読することができる。しかしながら、暗号化法は、１００％安全というわけではない。利害が大きい場合には、詐欺師は、カードとリーダとの間の通信領域において送信された無線周波数信号を傍受および分析することによって、暗号鍵をなんとか見つけ出すことができる。
【０００６】
セキュリティを向上させるために、（特許文献１）は、カードが位置する有効領域において、カードがその応答を送信するのと同時に、リーダが、スクランブル電磁ノイズを送信することを提案している。次に、電磁ノイズは、カードによって送信された応答を第三者が検出するのを防ぐ。ノイズは、カードによって送信される有用な信号の周波数スペクトル帯域で送信され、ノイズには、受信無線周波数信号からノイズを自身で減算できることをリーダが知っているという特定の特徴がある。しかしながら、この減算は容易ではない。なぜなら、ノイズの注入が、リーダによってカードに送信される通信信号のキャリアの変調として働き、このノイズ変調が、カードへの通信に必要で有用な変調に重畳されるという事実のためである。
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００６０３５１７８号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、システムを向上させることを目的とし、そのために、カードからリーダへと予想される応答信号と同じ周波数および変調型特性を有する妨害信号を送信するための別個の無線周波数送信アンテナを用いることを提案する。しかしながら、この別個のアンテナとリーダのアンテナとの間の電磁結合は、リーダのアンテナが、送信された妨害信号を「見ない」で、カードからの応答だけを検出するようにされる。他方では、カードとリーダとの間の環境は、妨害信号と混合された、カードからの応答だけを見る。この妨害信号は、応答と同じタイプであり、リーダの近くおよびカードの近くで電磁信号を傍受しようとする詐欺師は、カードからの本物の応答を得ることができない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
したがって、カードからの予想される応答が、変調速度Ｆｍで送信され、かつキャリア周波数Ｆｐまたはサブキャリア周波数Ｆｓｐを変調する、２進信号による振幅または周波数変調である場合に、妨害信号は、速度Ｆｍで送信され、かつキャリア周波数Ｆｐまたはサブキャリア周波数Ｆｓｐを振幅または周波数変調するランダムな（情報ではなくスクランブル信号を構成するようにランダムな）一連のビットであるのが好ましい。
【００１０】
したがって、本発明によれば、非接触カードリーダとカードとの間の安全な通信システムであって、リーダが、近くの領域に位置するカードにアドレスされた電磁無線周波数通信信号を送信し、カードが、望ましくない検出に対して保護された応答信号を送信し、リーダが、第１のアンテナによって応答信号を検出し、リーダが、カードによって送信される応答信号と同時に妨害信号を生成するために、妨害信号を発生するための回路を含む通信システムであって、妨害信号を発生するための回路が、カードからリーダへと予想される応答信号と同じ周波数および変調型特性を備えた妨害信号を送信することができ、この回路が、第１のアンテナとは別個の、妨害信号を送信するための第２の無線周波数送信アンテナを含み、２つのアンテナ間の電磁結合が、妨害信号ではなく、主に、カードからの応答を第１のアンテナがリーダに転送するようにされることを特徴とする通信システムが提案される。
【００１１】
第１の実施形態において、２つのアンテナが、最小限の、好ましくはゼロの相互電磁結合を有するような方法で互いに対して配置され、第１のアンテナが、第２のアンテナによって送信される信号を受信しないかまたは事実上受信しないようにもたらされる。
【００１２】
第２の実施形態において、電流測定プローブが、第２のアンテナに電力を供給する回路に設けられるが、これは、第１のアンテナが受信する信号を補償するための回路であり、この補償回路は、一方では電流測定プローブに接続され、他方では第１のアンテナに接続されて、第２のアンテナによって送信された妨害信号の、第１のアンテナに対する影響を中和する信号を、第１のアンテナに印加する。
【００１３】
アンテナは、誘導型（単一ターンまたは多重ターン巻線）が好ましい。第１のアンテナは、信号送信アンテナ、およびカードからの応答によって引き起こされる電磁界変調を検出する受信アンテナの両方として働くのが好ましい。
【００１４】
リーダは、キャリア周波数信号Ｆｐであって、カードにアドレスされた認識可能な問い合わせ信号を形成するために時間Ｔの間に周期的に変調され、かつ存在する可能性があるカードからの応答を受信するために、第２の時間Ｔ’の間は変調されないキャリア周波数信号Ｆｐを送信するのが好ましい。カードからの応答は、カードのアンテナのインピーダンス変調である。カードのアンテナおよびリーダのアンテナは、カードが近くの領域に存在する場合に、電磁的に結合されて、この変調が、リーダの第１のアンテナのインピーダンスに反応し、これによって、応答を検出することが可能になるようにする。妨害信号は、時間Ｔ’の間にリーダによって送信される。
【００１５】
本発明の他の特徴および利点は、添付の図面に関連して提示される以下の詳細な説明を読むことによって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、非接触カードリーダと、リーダの（近くの）領域に存在するカードとの両方を示す。「リーダの領域」という表現は、リーダに近い地理的エリアであって、一方では、カードが、リーダからの問い合わせ信号を検出でき、他方では、カードからの応答をリーダの受信アンテナが検出できるエリアを意味すると理解されたい。実際には、カードからの応答は、このインピーダンスの変化を検出できるほどリーダのアンテナインピーダンスに作用する。
【００１７】
リーダは、参照符号１０で示される。リーダには、問い合わせ信号を送信するために必要な電子回路１２、これらの信号を増幅する電力増幅器１４、およびカードに信号を送信するアンテナ１６が含まれる。アンテナ１６は、誘導型であるのが好ましい。すなわち、アンテナ１６は、電気導体の１つまたは複数のターンを含むため、巻線の形状で図１に示されている。
【００１８】
送信アンテナ１６はまた、以下のように受信アンテナの役割を果たすのが好ましい。すなわち、そのインピーダンスは、リーダの近くの領域における非接触カードの存在に従って、およびカードが応答した場合にはカードからの応答に従って変化する。このインピーダンス変化は、アンテナが、情報によって変調されない無線周波数信号を送信している間に生じる。
【００１９】
カード２０に、カードがリーダの領域に存在する場合にリーダのアンテナ１６と電磁的に結合される、誘導型の送信アンテナ２２が設けられるとさらに好ましい。カードには、特有の変調に従ってアンテナ２２のインピーダンスを変更できるようにする電子回路２４が含まれる。したがって、リーダからの問い合わせに対するカードの応答は、カードのアンテナにおける負荷インピーダンスのデジタル変調とすることができ、これが、リーダのアンテナにおける負荷インピーダンス変調に反映され、リーダのアンテナ１６によって検出されるのは、この変調である。この変調を用いて、たとえば、カードを識別することができる。
【００２０】
リーダには、カードからの応答を検出するための電子回路３２がさらに含まれる。アンテナ１６は、フィルタリング／増幅回路３４によって、これらの電子検出回路３２に連結される。
【００２１】
典型的には、リーダによる周期的な問い合わせ信号の送信が、それぞれの期間ＴおよびＴ’の２つの段階Φ１およびΦ２を含むようにもたらされることができる。第１の段階Φ１の間に、リーダの回路１２は、カード２０が認識できる特有の２進信号によって振幅または周波数変調されたキャリア周波数Ｆｐ（たとえば１３．５６ＭＨｚ）を増幅器１４およびアンテナ１６を介して送信する。カードが存在する場合には、カードは、そのアンテナ２２によってこの信号を受信する。カードが独立した電源を含まない場合には、受信された信号はまた、電源として働くことができる。信号は整流されて、カードの電子回路用の電源電圧を生成するために用いられる。
【００２２】
第２の段階Φ２の間に、リーダは、引き続きキャリア周波数を送信し、カードは、その応答を送信する。そのために、カードの電子回路２４は、典型的には、サブキャリア周波数Ｆｓｐ（たとえば８４７．５ｋＨｚの）およびキャリア周波数Ｆｓｐを２進法で変調することができる。変調は、アンテナの負荷の変調であってもよい。変調を用いて、カードのＩＤであってもよい暗号化または非暗号化の２進情報を送信することができる。
【００２３】
リーダは、８４７．５ｋＨｚにおいて変調されたこれらのインピーダンス変化を、そのアンテナ１６を介して検出する。したがって、アンテナ１６は、カードからの応答、たとえばそのＩＤを収集する。増幅／フィルタリング回路３４は、この変調を分離し、それをリーダの検出回路３２に送信する。リーダは、対応する情報を分析して外部システムに送信し、たとえば、検出したアイデンティティに応じた場所へのアクセスを可能にするかまたは防ぐようにする。
【００２４】
本発明によれば、リーダがまた、リーダとカードとの間に位置する環境で無線周波数妨害信号を生成する電子回路４２を含むようにもたらされる。この信号は、増幅器４４によって増幅され、リーダの追加アンテナまたは第２のアンテナ４６に印加される。妨害信号は、カードからの応答信号と同じタイプである。特に、この信号には、周波数Ｆｓｐ（８４７．５ｋＨｚ−カードによって変調されるサブキャリアがこの周波数である場合）におけるサブキャリアによって変調されたキャリア周波数Ｆｐ（１３．５６ＭＨｚ−リーダがこの周波数で動作する場合）と、カードの応答変調に似た、擬似ランダム２進信号によるこのサブキャリアの変調と、を含むことができる。このように、カードの環境を乱すために用いられる擬似ランダム２進信号は、カードの２進応答変調と同じ速度で動作する擬似ランダム２進シーケンス発生器によって供給される一連のビットであるのが好ましい。
【００２５】
また、本発明のこの例示的な実施形態において、リーダの第１のアンテナ１６と第２のアンテナ４６との間の電磁結合をできるだけ低くして、カードからの応答によって引き起こされるアンテナ１６のインピーダンス変化が、アンテナ４６によって送信される妨害信号によって妨害されないようにもたらされる。
【００２６】
このように、カードからの応答によって引き起こされる電磁界変化を検出しようと、リーダとカードとの間の空隙に電磁測定プローブを置く悪意のある者は、カードからの応答と妨害信号とを混合したフィールド変化だけを検出することができるが、これは、帯域幅および変調型において別のカードの応答と似ている。したがって、当人は、検出データを用いることができない。
【００２７】
他方で、リーダのアンテナ１６は、妨害信号によって影響されない。
【００２８】
２つのアンテナ間のできるだけ低い電磁結合を得るために、図２に示すように、同じ平面に略配置されるが、部分的に重なる導電性ターンからアンテナがなるように特に対処することが可能である。
【００２９】
図２において、図を単純化するために、アンテナ１６および４６が、それぞれ単一の導電性ターンを含むように仮定される。２つのアンテナの部分的な重複は、それらの間の結合が最小限、できれば実際的にゼロであるように選択される。この最小限が次の事実に起因することが理解されよう。すなわち、アンテナのうちの１つによって送られる電磁束の一部が、もう一方のアンテナを通過するが、より多くの重複があるのに従って、重複エリアの位置で一方向にますます多く通過し、またより多くの重複があるのに従って、重複エリアの外側でもう一方の方向にますます少ししか通過せず、その結果として得られる電磁束が相殺されるような可能な重複構成があるという事実である。アンテナ間の電磁結合が最小または０でさえあるのは、この構成においてである。
【００３０】
一方のアンテナのターンが、もう一方のアンテナのターンに対して直角に配置されるようにもたらされることもまた可能であろう。しかしながら、これには、外部プローブが、アンテナ１６によるコンポーネントおよびアンテナ４６によるコンポーネントを識別するのがより簡単になるという欠点があろう。
【００３１】
図３は、妨害信号の合成および送信を可能にする例示的な電子回路４２を示す。この例では、基礎は、カードからの応答ビットの送信速度である速度、この場合には１０６キロビット／秒（やはり、カードが、１３．５６ＭＨｚのキャリアＦｐで、８４７．５ｋＨｚのサブキャリアを変調すると仮定する）で、擬似ランダム２進シーケンスｂｉおよびｂｑを送信する２つの擬似ランダムソースＰＳ１およびＰＳ２である。２つのソースＰＳ１およびＰＳ２は、各々、それぞれのミキサーＭＬ１およびＭＬ２の入力部に接続されるが、これらのミキサーはまた、リーダの電子送信回路１２からサブキャリア周波数Ｆｓｐを受信する。これらのミキサーの出力は、それぞれ、他の２つのミキサーＭＬ３およびＭＬ４の入力部に印加されるが、これらのミキサーＭＬ３およびＭＬ４はまた、それらの入力部間で、このキャリアのためのπ／２の位相シフトを含むキャリア周波数Ｆｐを受信する。ミキサーＭＬ３およびＭＬ４の出力は、加算器ＡＤＤの入力部に印加され、この加算器の出力は、増幅器４２によって増幅されて、アンテナ４６に印加される。したがって、送信される信号は、振幅および位相変調の両方を施された、１３．５６ＭＨｚのキャリア周波数における信号であり、これを用いて、カードからの応答による任意のタイプの負荷変調（振幅もしくは位相または両方）にスクランブルをかけることができる。
【００３２】
このように、妨害信号は、カードからの本物の応答信号と正確に等価であるが、変調ビットはランダムである。リーダの外部において、電磁界プローブは、カードからの本物の応答の変調と、擬似ランダムに送信されたビットによる変調との間の復号が不可能な混合だけを検出するであろう。しかしながら、アンテナ１６と４６との間のゼロ結合ゆえに、アンテナ１６は、妨害信号によるフィールド変化を受信せず、カードからの本物の応答だけを送信することができる。
【００３３】
図４は、本発明の第２の実施形態を示す。この第２の実施形態において、アンテナ１６とアンテナ４６との間の結合は、ゼロではない。補償回路が、妨害信号に比例するけれども妨害信号に対して位相シフトされた電流をアンテナ１６に注入して、注入された電流が、アンテナ４６からアンテナ１６への電磁結合の影響を中和するようにする。このように、アンテナ４６によって送信された妨害信号の影響は、アンテナ１６では感じられないのに対して、この影響は、リーダの領域に配置された測定プローブでは感じられることになる。
【００３４】
妨害信号は、前に示したのと同じタイプにすることができる。図４は、妨害が、アンテナ４６と並列に配置された可変負荷の形態で働く構成を示すが、この負荷は、擬似ランダムに変化する値を有する。
【００３５】
理論的には、補償回路には、アンテナ４６の電源導体に配置された電流プローブ５２と、プローブによって測定された電流を増幅および移相シフトするための回路５４と、増幅および移相シフトされた電流であって、アンテナ４６により送信された妨害信号による電磁界変化の、アンテナ１６に対する影響を中和する電流をアンテナ１６に注入するトランス（アンテナ巻線１６に結合された巻線５６の形状で図４に示されている）と、が含まれる。電流プローブは、アンテナ４６に電力を供給する導体が通過する簡単なフェライトリングであってもよい。
【００３６】
図５は、アンテナ４６の電源導体が通過する巻きフェライトリングを用いた電流プローブ５２を示す。フェライトリングを用いて、アンテナ電流によって誘導される磁力線を導く。プローブは、非常に低い直列インピーダンスをアンテナ回路に導入する。アンテナを通過する電流Ｉ１は、Ｉ１に比例した電圧Ｖ２を誘導し、この電圧Ｖ２は、増幅／移相シフト回路５４に印加される。
【００３７】
図６は、補償回路の可能な構成を示す。電圧Ｖ２は、電流プローブ５２の出力部から出て、増幅器Ａ１（必要に応じて位相シフタ）によって増幅され、増幅器の負荷抵抗器Ｒにおいて電流に変換されるが、この抵抗器は、たとえば、非常に低いインピーダンスの第２のフェライトリングと直列に配置される。第２のフェライトリングを、アンテナ１６へ信号を運ぶ導体か、またはアンテナ巻線のターンが通過する。第２のフェライトリングを用いて、上述のトランス５６を形成する。
【００３８】
最後に、図４の配置において、妨害信号を発生するための回路４２を、図７に示すように構成するためにもたらすことが可能である。この実施形態は、抵抗器ネットワークおよびコンデンサネットワークを用いる。抵抗器は、互いと並列におよびコンデンサと並列に、選択的に配置することができ、したがって、選択されたコンデンサは、選択された抵抗器と並列である。選択は、２つの擬似ランダムシーケンス発生器ＰＳＮ１およびＰＳＮ２（一方は、抵抗器ネットワークに作用し、もう一方は、コンデンサネットワークに作用する）によって制御される。スイッチングトランジスタが、各抵抗器またはコンデンサと直列に配置され、トランジスタのゲートが、多数の並列出力部を有する２つの発生器によって制御される。発生器は、擬似ランダム規則に従う連続番号のシーケンスである擬似ランダムシーケンスを送信する。
【００３９】
擬似ランダムシーケンス発生器は、サブキャリア周波数Ｆｓｐの２倍の周波数でクロックＣＬＫによって制御されるのが好ましい。この２倍の周波数は、この場合には１６９５ｋＨｚである。
【００４０】
このように擬似ランダムに選択された抵抗器およびコンデンサの並列接続によって、アンテナ４６と並列な可変負荷が生成され、リーダの近くで電磁界を変化させ、かつカードからの応答にスクランブルをかけるのは、この負荷が可変であるという事実である。
【００４１】
電流測定プローブ５２は、図７に示されていない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１の実施形態における本発明の概略図を示す。
【図２】２つのアンテナ間でゼロ電磁結合を得る方法を示す。
【図３】妨害信号を生成するための回路を示す。
【図４】２つのアンテナが結合されるが、補償回路が設けられる本発明のダイアグラムを示す。
【図５】アンテナ電流プローブを示す。
【図６】図４のダイアグラムで用いることができる補償回路を示す。
【図７】妨害信号を生成するための回路の別のダイアグラムを示す。
【符号の説明】
【００４３】
１０  リーダ
１２  電子回路
１４  電力増幅器
１６  アンテナ
２０  カード
２２  アンテナ
２４  電子回路
３２  電子回路
３４  フィルタリング／増幅回路
４２  電子回路
４４  増幅器
４６  アンテナ
５２  電流測定プローブ
５４  回路
５６  巻線、トランス
ＡＤＤ  加算器
ＰＳ１  擬似ランダムソース、擬似ランダム２進シーケンス発生器
ＰＳ２  擬似ランダムソース、擬似ランダム２進シーケンス発生器
ｂｉ  擬似ランダム２進シーケンス
ｂｑ  擬似ランダム２進シーケンス
ＭＬ１  ミキサー
ＭＬ２  ミキサー
ＭＬ３  ミキサー
ＭＬ４  ミキサー
Ｉ１  電流
Ｖ２  電圧
Ａ１  増幅器
Ｒ  負荷抵抗器
ＰＳＮ１  擬似ランダムシーケンス発生器
ＰＳＮ２  擬似ランダムシーケンス発生器
ＣＬＫ  クロック
【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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