(57)【要約】【課題】クロスラインセンサから出力された各一対の画像信号列の両方が繰り返しパターンの場合であっても真の像ずれ量を求めることを可能にし、焦点検出精度、正確さを向上させることができる自動焦点検出装置を得ること。【解決手段】瞳分割された一対の被写体像が異なる領域に投影される、一方向に並ぶ第１のラインセンサと、第１のラインセンサとは異なる一方向に並ぶ第２のラインセンサとを備えた自動焦点検出装置であって、第１のラインセンサから出力された一対の画像信号列及び前記第２のラインセンサから出力された一対の画像信号列についてそれぞれ相関演算を実行して相関関数を算出し、相関関数から像ずれ量を求める相関演算手段を備え、相関演算手段は、第１のラインセンサの相関関数と第２のラインセンサの相関関数の積を算出して該積の極値を求め、該極値が得られたときの像ずれ量に基づいて、第１と第２のラインセンサのいずれか一方の一対の画像信号列について相関演算を実行して像ずれ量を求める。【選択図】図１１
2014238451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
瞳分割された一対の被写体像が異なる領域に投影される、一方向に並ぶ第１のラインセンサと、前記第１のラインセンサとは異なる一方向に並ぶ第２のラインセンサとを備えた自動焦点検出装置であって、
前記第１のラインセンサから出力された一対の画像信号列及び前記第２のラインセンサから出力された一対の画像信号列についてそれぞれ相関演算を実行して相関関数を算出し、相関関数から像ずれ量を求める相関演算手段を備え、
前記相関演算手段は、前記第１のラインセンサの相関関数と第２のラインセンサの相関関数の積を算出して該積の極値を求め、該極値が得られたときの像ずれ量に基づいて、前記第１と第２のラインセンサのいずれか一方の一対の画像信号列について相関演算を実行して像ずれ量を求めること、
を特徴とする自動焦点検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の自動焦点検出装置において、前記相関関数は、前記第１、第２のラインセンサの一対の画像信号列の一方に対して他方を逐次シフトさせて複数のシフト位置で相関演算値を得る関数であって、相関演算値が小さいほど前記一対の画像信号列の一致度が高い像ずれ量に対応する自動焦点調節装置。
【請求項３】
請求項２記載の自動焦点検出装置において、前記相関演算手段は、第１のラインセンサの相関演算値と第２のラインセンサの相関演算値の積を一対の相関演算値の特定シフト位置において求めた後、一対の相関演算値の一方に対して他方を逐次シフトさせて複数のシフト位置で相関演算値の積を求めることにより、最小の極小値が得られるシフト位置を検出する自動焦点検出装置。
【請求項４】
請求項３記載の自動焦点検出装置において、前記相関演算手段は、前記第１のラインセンサの相関関数と第２のラインセンサの相関関数の積の極小値が得られるシフト位置を検出したとき、前記第１と第２のラインセンサのいずれか一方の一対の画像信号列を使用して、前記検出したシフト位置を含む所定範囲のシフト位置について相関演算を実行して像ずれ量を求める自動焦点検出装置。
【請求項５】
請求項４記載の自動焦点検出装置において、前記相関演算手段は、前記第１のラインセンサの相関関数と第２のラインセンサの相関関数の積の極小値が得られるシフト位置を検出したとき、前記第１と第２のラインセンサのいずれか一方の一対の画像信号列のうち、コントラストが大きい方の一対の画像信号列を使用する自動焦点調節装置。
【請求項６】
請求項２記載の自動焦点検出装置において、前記相関演算手段は、同一のシフト位置における第１のラインセンサの相関演算値と第２のラインセンサの相関演算値の積の逆数を一対の相関演算値の特定シフト位置において求めた後、一対の相関演算値の一方に対して他方を逐次シフトさせて複数のシフト位置で相関演算値の積の逆数を求めることにより、極大値が得られるシフト位置を検出する自動焦点検出装置。
【請求項７】
請求項６記載の自動焦点検出装置において、前記相関演算手段は、前記第１のラインセンサの相関関数と第２のラインセンサの相関関数の積の逆数の極大値が得られるシフト位置を検出したとき、前記第１と第２のラインセンサのいずれか一方の一対の画像信号列を使用して、前記検出したシフト位置を含む所定範囲のシフト位置について相関演算を実行して像ずれ量を求め、デフォーカス量を算出する自動焦点検出装置。
【請求項８】
請求項７記載の自動焦点検出装置において、前記相関演算手段は、前記第１のラインセンサの相関関数と第２のラインセンサの相関関数の積の逆数の最大の極大値が得られるシフト位置を検出したとき、前記第１と第２のラインセンサのいずれか一方の一対の画像信号列のうち、コントラストが大きい方の一対の画像信号列を使用する自動焦点検出装置。
【請求項９】
請求項１記載の自動焦点検出装置において、前記相関演算手段は、前記第１のラインセンサから出力された一対の画像信号列のコントラスト及び前記第２のラインセンサから出力された一対の画像信号列のコントラストが所定値以上であったとき、前記第１のラインセンサの相関関数と第２のラインセンサの相関関数の積を算出して該積の極値を求める自動焦点検出装置。
【請求項１０】
瞳分割された一対の被写体像が異なる領域に投影される、一方向に並ぶ第１のラインセンサと、前記第１のラインセンサとは異なる一方向に並ぶ第２のラインセンサとを備えた自動焦点検出装置の焦点検出方法であって、
前記第１のラインセンサから出力された一対の画像信号列について相関演算を実行して相関関数を求めるステップと、
前記第２のラインセンサから出力された一対の画像信号列について相関演算を実行して第２のラインセンサの相関関数を求めるステップと、
前記第１のラインセンサの相関関数と第２のラインセンサの相関関数の積を算出して該積の極値を求めるステップと、
前記極値が得られた像ずれ量に基づいて、前記第１と第２のラインセンサのいずれか一方の一対の画像信号列について相関演算を実行して像ずれ量を求めるステップと、
を含むことを特徴とする焦点検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一眼レフカメラ等において自動焦点調節制御を行うための自動焦点検出装置および焦点検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆる位相差方式の自動焦点検出装置は、瞳分割された一対の被写体像をラインセンサ上に投影し、ラインセンサ上の一対の被写体像の位相差からデフォーカス量を求める構成である。従来の位相差検出方式では、前記一対の画像信号列が所定の規則性を持って濃淡（明暗）を繰り返す繰り返しパターンである場合、繰り返しパターンの周期に応じて複数の像ずれ量（位相差）が検出されるので、どの像ずれ量が真の像ずれ量か判別するのが難しいという問題がある。一方で、繰り返しパターンは一般的にコントラストが高く、高精度で正確な焦点検出が可能なので積極的に利用することが望まれていた。そこで特許文献１では、縦横検出型のクロスラインセンサを用いれば、クロスラインセンサから出力される２組の一対の画像信号列のうち一方が繰り返しパターンであっても他方は繰り返しパターンではない場合があることに着目し、繰り返しパターンではない一対の画像信号列で求めた像ずれ量を参照して、像ずれ量を推定し、繰り返しパターンである一対の画像信号列を用いて推定した像ずれ量を含む所定ずれ量の範囲で相関演算して真の像ずれ量を求め、焦点検出精度及び正確さの向上をはかっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−０７８７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来技術の構成では、縦横ラインセンサから出力される各一対の画像信号列の両方が繰り返しパターンの場合には、真の像ずれ量を求めることが困難であった。
【０００５】
本発明は前記の問題点に鑑み、横縦ラインセンサから出力された各一対の画像信号列の両方が繰り返しパターンの場合であっても真の像ずれ量を求めることを可能にし、焦点検出精度、正確さを向上させることができる自動焦点検出装置及び焦点検出方法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】
【０００６】
本発明は、横縦クロスラインセンサを使用すれば、各ラインセンサから出力される各一対の画像信号列の双方が繰り返しパターンであっても横と縦で繰り返しパターンの周期が異なり、相関演算により得られる横方向の相関関数及び縦方向の相関関数の周期が異なるであろうことより、２つの相関関数の極値が一致する相関演算値を求めれば、真の像ずれ量または真のずれ量に近い値を検出できることに着目して完成されたものである。
【０００７】
すなわち、本発明は、瞳分割された一対の被写体像が異なる領域に投影される、一方向に並ぶ第１のラインセンサと、前記第１のラインセンサとは異なる一方向に並ぶ第２のラインセンサとを備えた自動焦点検出装置であって、前記第１のラインセンサから出力された一対の画像信号列及び前記第２のラインセンサから出力された一対の画像信号列についてそれぞれ相関演算を実行して相関関数を算出し、相関関数から像ずれ量を求める相関演算手段を備え、前記相関演算手段は、前記第１のラインセンサの相関関数と第２のラインセンサの相関関数の積を算出して該積の極値を求め、該極値が得られたときの像ずれ量に基づいて、前記第１と第２のラインセンサのいずれか一方の一対の画像信号列について相関演算を実行して像ずれ量を求めることを特徴としている。
【０００８】
本発明の焦点検出方法は、瞳分割された一対の被写体像が異なる領域に投影される、一方向に並ぶ第１のラインセンサと、前記第１のラインセンサとは異なる一方向に並ぶ第２のラインセンサとを備えた自動焦点検出装置の焦点検出方法であって、前記第１のラインセンサから出力された一対の画像信号列について相関演算を実行して相関関数を求めるステップと、前記第２のラインセンサから出力された一対の画像信号列について相関演算を実行して第２のラインセンサの相関関数を求めるステップと、前記第１のラインセンサの相関関数と第２のラインセンサの相関関数の積を算出して該積の極値を求めるステップと、前記極値が得られた像ずれ量に基づいて、前記第１と第２のラインセンサのいずれか一方の一対の画像信号列について相関演算を実行して像ずれ量を求めるステップと、を含むことを特徴としている。
【０００９】
本発明にあっては、前記相関関数として、前記第１、第２のラインセンサの一対の画像信号列の一方に対して他方を逐次シフトさせて複数のシフト位置で相関演算値を得る関数であって、相関演算値が小さいほど前記一対の画像信号列の一致度が高い像ずれ量に対応するものを使用することが実際的である。
【００１０】
前記相関演算手段は、第１のラインセンサの相関演算値と第２のラインセンサの相関演算値の積を一対の相関演算値の特定シフト位置において求めた後、一対の相関演算値の一方に対して他方を逐次シフトさせて複数のシフト位置で相関演算値の積を求めることにより、最小の極小値が得られるシフト位置を検出することができる。
【００１１】
前記相関演算手段は、前記第１のラインセンサの相関関数と第２のラインセンサの相関関数の積の極小値が得られるシフト位置を検出したとき、前記第１と第２のラインセンサのいずれか一方の一対の画像信号列を使用して、前記検出したシフト位置を含む所定範囲のシフト位置について相関演算を実行して像ずれ量を求めることが好ましい。
【００１２】
前記相関演算手段は、前記第１のラインセンサの相関関数と第２のラインセンサの相関関数の積の極小値が得られるシフト位置を検出したとき、前記第１と第２のラインセンサのいずれか一方の一対の画像信号列のうち、コントラストが大きい方の一対の画像信号列を使用することが実際的である。
【００１３】
前記相関演算手段は、同一のシフト位置における第１のラインセンサの相関演算値と第２のラインセンサの相関演算値の積の逆数を一対の相関演算値の特定シフト位置において求めた後、一対の相関演算値の一方に対して他方を逐次シフトさせて複数のシフト位置で相関演算値の積の逆数を求めることにより、極大値が得られるシフト位置を検出することが好ましい。
【００１４】
前記相関演算手段は、前記第１のラインセンサの相関関数と第２のラインセンサの相関関数の積の逆数の極大値が得られるシフト位置を検出したとき、前記第１と第２のラインセンサのいずれか一方の一対の画像信号列を使用して、前記検出したシフト位置を含む所定範囲のシフト位置について相関演算を実行して像ずれ量を求め、デフォーカス量を算出することが好ましい。
【００１５】
前記相関演算手段は、前記第１のラインセンサの相関関数と第２のラインセンサの相関関数の積の逆数の極大値が得られるシフト位置を検出したとき、前記第１と第２のラインセンサのいずれか一方の一対の画像信号列のうち、コントラストが大きい方の一対の画像信号列を使用する。
【００１６】
前記相関演算手段は、前記第１のラインセンサから出力された一対の画像信号列のコントラスト及び前記第２のラインセンサから出力された一対の画像信号列のコントラストが所定値以上であったとき、前記第１のラインセンサの相関関数と第２のラインセンサの相関関数の積を算出して該積の極値を求める。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、第１のラインセンサの相関関数と第２のラインセンサの相関関数の積を算出して該積の極値を求め、該極値が得られた像ずれ量に基づいて、前記第１と第２のラインセンサのいずれか一方の一対の画像信号列について相関演算を実行して像ずれ量を求め、デフォーカス量を算出するので、第１、第２のラインセンサの一対の画像信号列が両方繰り返しパターンであっても、真の像ずれ量を求めることが可能になり、焦点検出精度および正確さを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の自動焦点検出装置を搭載した一眼レフカメラの主要構成を示すブロック図である。
【図２】同自動焦点検出装置の焦点検出エリアを示す模式平面図である。構成を示す分解斜視図である。
【図３】同ＡＦモジュールの（Ａ）は横ラインセンサ、（Ｂ）は縦ラインセンサの構成を示す模式平面図である。
【図４】相関演算について説明する図である。
【図５】同ＡＦモジュールの出力（画像信号列）を示すグラフであって、（Ａ）は横ラインセンサの画像信号列を示すグラフ、（Ｂ）は縦ラインセンサの画像信号列を示すグラフである。
【図６】（Ａ）は横ラインセンサの画像信号列の相関関数を示すグラフ、（Ｂ）は縦ラインセンサの画像信号列の相関関数を示すグラフである。
【図７】横、縦ラインセンサの相関関数の積を示すグラフであって、（Ａ）は積を対数軸で示す片対数グラフ、（Ｂ）は積を線形軸で示す線形グラフである。
【図８】横、縦ラインセンサの相関関数の積の逆数を示すグラフである。
【図９】本発明の自動焦点検出装置の焦点検出動作の実施形態に関するメインフローチャートである。
【図１０】同焦点検出動作における測距演算に関するフローチャートである。
【図１１】同焦点検出動作における横、縦相関測距演算の第１の実施形態に関するフローチャートである。
【図１２】同焦点検出動作における横、縦相関測距演算の第２の実施形態に関するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明をＡＦ一眼レフカメラの自動焦点検出装置に適用した実施形態であって、その主要構成をブロックで示した図である。このＡＦ一眼レフカメラは、自動焦点検出装置としてＡＦモジュール（自動焦点検出モジュール）６０を内蔵したカメラボディ１１と、このカメラボディ１１に着脱可能なＡＦ対応の撮影レンズ５１とを備えている。
【００２０】
カメラボディ１１は、カメラボディ１１及び撮影レンズ５１を総括的に制御し、相関演算手段、繰り返しパターン判定手段、コントラスト検出手段及び選択手段としても動作するボディＣＰＵ３１を備えている。
【００２１】
一方、撮影レンズ５１は、レンズ機能を制御するレンズＣＰＵ５７と、焦点調節用レンズ５２を光軸方向に駆動するギヤブロック５３と、撮影レンズ５１のマウント部に設けられた、カメラボディ１１のジョイント３５と着脱自在に連結するジョイント５５を備えている。レンズＣＰＵ５７は、電気接点群５６、３６の接続を介してカメラボディ１１の周辺制御回路２１と接続されていて、この周辺制御回路２１を介してボディＣＰＵ３１との間で、開放、最大Ｆ値情報、焦点距離情報、レンズ位置（距離）情報などを通信する所定のデータ通信を行う。
【００２２】
撮影レンズ５１からカメラボディ１１内に入射した被写体光束は、大部分がメインミラー１３により、ファインダ光学系を構成するペンタプリズム１７に向かって反射され、ペンタプリズム１７で反射されてアイピースから射出する。ペンタプリズム１７から射出された被写体光束の一部は測光ＩＣ１８の受光素子に入射する。一方、メインミラー１３の中央部に形成されたハーフミラー部１４に入射した光束の一部はハーフミラー部１４を透過し、メインミラー１３の背面に設けられたサブミラー１５により下方に反射され、ＡＦモジュール６０に入射する。
【００２３】
測光ＩＣ１８は、受光量に応じて光電変換した電気信号を、周辺制御回路２１を介してボディＣＰＵ３１に測光信号として出力する。ボディＣＰＵ３１は、測光信号等に基づいて所定の露出演算を実行し、露出用の適正シャッタ速度及び絞り値を算出する。そして、撮影処理の際に周辺制御回路２１は、ミラーモータドライバ２４を介してミラーモータ２５を駆動してメインミラー１３をアップするとともに、絞り機構２２を駆動して撮影レンズ５１の絞り（図示せず）を算出した絞り値に設定し、算出したシャッタ速度に基づいて露光機構２３を駆動して露光する。さらに露光終了後、周辺制御回路２１は、ミラーモータドライバ２４を介してミラーモータ２５を駆動してメインミラー１３をダウンする。
【００２４】
ボディＣＰＵ３１は、制御プログラム等をメモリしたＲＯＭ３１ａ、演算用、制御用の所定のデータを一時的にメモリするＲＡＭ３１ｂ、計時用のタイマ３１ｃ、カウンタ３１ｄ、ＡＦモジュール６０から入力した出力ＶＯＵＴ信号（ビデオ信号）をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器３１ｅ、ＡＦモジュール６０の積分終了を設定するモニタ基準ＶＭＳ信号をＤ／Ａ変換してＡＦモジュール６０へ出力するＤ／Ａ変換器３１ｆを内蔵している。
【００２５】
ＡＦモジュール６０は、いわゆる瞳分割位相差方式であって、ＣＣＤラインセンサと積分終了タイミングをモニタするモニタセンサを備えた焦点検出素子６１と、図示していないが撮像面と等価な焦点検出面において、被写体像を形成する被写体光束を二分割に瞳分割して、対応するＣＣＤラインセンサ上に投影するＡＦ光学系とを備えている。
【００２６】
このＡＦモジュール６０は、被写体の焦点状態を検出して画素単位のビデオ信号（一対の画像信号列）をボディＣＰＵ３１に出力する。ボディＣＰＵ３１は、ＡＦモジュール６０から入力したビデオ信号を内蔵Ａ／Ｄ変換器３１ｅでデジタル信号に変換し、焦点検出エリアに対応するデジタル信号に基づいて所定の演算を実行してデフォーカス量を算出する。さらにボディＣＰＵ３５は、算出したデフォーカス量に基づいてＡＦモータ３３の回転方向を決定し、回転数を、ＡＦモータ３３の回転数を検出するエンコーダ３７が出力するＡＦパルス数として算出し、内蔵のカウンタ３１ｄにセットする。そしてボディＣＰＵ３１は、その回転方向及びパルス数に基づき、ＡＦモータドライバ３２を介してＡＦモータ３３を駆動する。この駆動に際してボディＣＰＵ３１は、ＡＦモータ３３の回転に連動してエンコーダ３７が出力するパルスを内蔵のカウンタ３１ｄでダウンカウントし、カウント値が０になったらＡＦモータ３３を停止させる。ＡＦモータ３３の回転は、ギヤブロック３４により減速され、カメラボディ１１のマウント部に設けられたジョイント３５と撮影レンズ５１のマウント部に設けられたジョイント５５との接続を介して撮影レンズ５１のギヤブロック５４に伝達され、ギヤブロック５４を介して焦点調節用レンズ５２を進退移動させる。
【００２７】
ボディＣＰＵ３１には、フォーカスモードをマニュアルモード、ＡＦ（ワンショット／コンティニュアスＡＦ）モードの間で切り換えるフォーカススイッチＳＷＡＦ、図示しないマニュアルレリーズ釦の半押しでオンする測光スイッチＳＷＳ及び全押しでオンするレリーズスイッチＳＷＲ、周辺制御回路２１等への電源をオン／オフするメインスイッチＳＷＭが接続されている。
【００２８】
ボディＣＰＵ３１には、設定されたＡＦ、露出、撮影などのモード、シャッタ速度、絞り値などの各種撮影情報を表示する表示パネル３９と、外部不揮発性メモリ手段としてカメラボディ１１特有の各種定数などがメモリされたフラッシュメモリ３８が接続されている。表示パネル３９は、カメラボディ１１の外面及びファインダ視野内の２ヶ所に設けられた表示器を含む。
【００２９】
カメラボディ１１には、撮像手段としてのイメージセンサ４５が設けられている。イメージセンサ４５による撮像面とＡＦモジュール６０による焦点検出面は等価に設定されている。イメージセンサ４５の出力信号は、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）４６でデジタル化され、ＤＳＰ４１でディスプレイ（ＬＣＤ）４２に表示可能なビデオ信号に加工される。ＤＳＰ４１は、ボディＣＰＵ３１との間で撮影に関する情報を授受する。
【００３０】
図２は、焦点検出素子６１の焦点検出エリアを説明する模式平面図である。焦点検出素子６１は、ラインセンサとして、横ラインセンサＩＨ（Ｈセンサ）及び縦ラインセンサＩＶ（Ｖセンサ）を有する縦横検出型のＣＣＤ焦点検出素子である。本実施形態では、撮影画面７０内の中央に交差焦点検出エリアＣＣを設定し、この交差焦点検出エリアＣＣが得られるように、一方向（横、水平方向）に横ラインセンサＩＨを配置し、一方向とは異なる一方向（縦、垂直方向）に縦ラインセンサＩＶを配置してある。図２のクロスハッチング領域は、交差焦点検出エリアＣＣの縦焦点検出エリアと横焦点検出エリアが重複する重複領域ＣＣＨＶを示している。つまり、重複領域ＣＣＨＶ内の被写体光束は、瞳分割されて、横ラインセンサＩＨと縦ラインセンサＩＶの両方に投影される。
【００３１】
前記横ラインセンサＩＨ及び縦ラインセンサＩＶはそれぞれ、基準ラインセンサＡと参照ラインセンサＢの二つの領域に区分けされており、それぞれの領域に二分割された一対の被写体像の一方が投影される。図３は、横ラインセンサＩＨ及び縦ラインセンサＩＶの基準ラインセンサＡの一例を示している。横ラインセンサＩＨは、総数４Ｎ（Ｎは正の整数）個の光電変換素子を水平方向（図の左右、横方向）に配列したＣＣＤラインセンサであって、図３（Ａ）に示すように左端から順に各画素に対して画素番号ｎ＝１〜４Ｎを付してある。同様に、縦ラインセンサＩＶは、総数４Ｎ（Ｎは正の整数）個の光電変換素子を垂直方向（図の上下、縦方向）に配列したＣＣＤラインセンサであって、図３（Ｂ）に示すように上端から順に各画素に対して画素番号ｎ＝１〜４Ｎを付してある。横ラインセンサＩＨ及び縦ラインセンサＩＶの参照ラインセンサＢの詳細は図示しないが、図３（Ａ）、（Ｂ）の基準ラインセンサＡと同様の構成である。
【００３２】
前記横ラインセンサＩＨ及び縦ラインセンサＩＶには、それぞれの基準ラインセンサＡと参照ラインセンサＢに、瞳分割された一対の被写体像の一方が投影され、それぞれの領域の画素（光電変換素子）が積分、つまり被写体像の照度に応じた電荷に光電変換して電気的な信号として蓄積する。横ラインセンサＩＨに投影される瞳分割された一対の被写体像と、縦ラインセンサＩＶに投影される瞳分割された一対の被写体像は、一部が重複している。この実施形態では、交差焦点検出エリアＣＣ内の被写体像が重複している。横ラインセンサＩＨ及び縦ラインセンサＩＶの積分が終了すると、横ラインセンサＩＨ及び縦ラインセンサＩＶが積分した電荷を順番に、所定の画素信号に変換して、それぞれ一対の画像信号列（ＩＨ−Ａ及びＩＨ−Ｂ（図５（Ａ）参照）、ＩＶ−Ａ及びＩＶ−Ｂ（図５（Ｂ）参照））として出力する。
【００３３】
ボディＣＰＵ３１は、ＡＦモジュール６０から画像信号列（ビデオ信号）を入力すると、横ラインセンサＩＨからの一対の画像信号列（ＩＨ−Ａ、ＩＨ−Ｂ）及び縦ラインセンサＩＶからの一対の画像信号列（ＩＶ−Ａ、ＩＶ−Ｂ）について、像ずらし法により相関関数Ｈ＿ＳＣＯ（ｉ）、Ｖ＿ＳＣＯ（ｉ）を求める。相関関数Ｈ＿ＳＣＯ（ｉ）とＶ＿ＳＣＯ（ｉ）は、横ラインセンサＩＨと縦ラインセンサＩＶの基準ラインセンサＡと参照ラインセンサＢの一対の画像信号列（ＩＨ−ＡとＩＨ−Ｂ、ＩＶ−Ａ、ＩＶ−Ｂ）の一致度を示すもので、基準ラインセンサＡと参照ラインセンサＢの各画素信号の差分の絶対値の総和である相関関数Ｈ＿ＳＣＯ、Ｖ＿ＳＣＯを求める演算を、基準ラインセンサＡを基準として参照ラインセンサＢを１画素分ずつシフトさせながら実行することで得られる。相関関数Ｈ＿ＳＣＯ、Ｖ＿ＳＣＯは、一対の画像信号列の一致度（波形の一致度）が高いほど小さくなる関数である。図４（Ａ）は、特定のシフト位置であるシフト数Ｉ＝０で横ラインセンサＩＨの基準ラインセンサＡの領域と参照ラインセンサＢの領域が一致している状態を示している。最大シフト数を±ｉｍａｘとすれば、図４（Ａ）の初期状態から図４（Ｂ）、（Ｃ）に示すように基準ラインセンサＡに対して参照ラインセンサＢを±１画素分シフトさせながら相関関数Ｈ＿ＳＣＯ（ｉ）、Ｖ＿ＳＣＯ（ｉ）を求める処理を、特定シフト位置からシフト数Ｉ＝±ｉｍａｘとなるまで繰り返す。図４（Ｄ）、（Ｅ）は、特定シフト位置からシフト数Ｉ＝±ｉだけシフトさせたシフト位置における状態を示している。なお、特定シフト位置で横ラインセンサＩＨの基準ラインセンサＡと参照ラインセンサＢ（の画素信号列の位相）が一致している状態がデフォーカス量０の合焦状態である。
【００３４】
ここで、相関関数ＳＣＯ（ｉ）（Ｈ＿ＳＣＯ（ｉ）、Ｖ＿ＳＣＯ（ｉ））は数式１で示すことができる。
【数１】
2014238451.tif 000003
Ａｎは基準ラインセンサＡの画素番号に対応する画像信号、Ｂｎ＋ｉは参照ラインセンサＢの画素番号に対応する画像信号である。
【００３５】
一対の被写体像の特定シフト位置からの相対的なずれ量は、基準ラインセンサＡと参照ラインセンサＢの像（画像信号列ＩＨ−ＡとＩＨ−Ｂ、画像信号列ＩＶ−ＡとＩＶ−Ｂの波形）が一致したときの、特定シフト位置からのずれ量（シフト数）である。そこで、ボディＣＰＵ３１は、相関関数Ｈ＿ＳＣＯ（ｉ）、Ｖ＿ＳＣＯ（ｉ）の極小値のなかで最も小さい極小値を検出し、この極小値をとるときの基準ラインセンサＡに対する参照ラインセンサＢの像のシフト数を、像ずれ量として検出する。なお、相関関数Ｈ＿ＳＣＯ（ｉ）、Ｖ＿ＳＣＯ（ｉ）からは横、縦ラインセンサＩＨ、ＩＶの画素（光電変換素子）単位でしか像ずれ量を求めることができないため、通常は、さらに、求めた相関関数Ｈ＿ＳＣＯ（ｉ）、Ｖ＿ＳＣＯ（ｉ）について補間演算を実行して、より精度が高く、正確な極小値を求める。このような補間演算は周知であるから、その説明は省略する。
【００３６】
ここで、本発明の特徴部分である、コントラストが横方向と縦方向に周期的に変化している被写体について焦点検出する場合について説明する。例えばビルの窓や格子、タイル壁、市松模様のような格子模様等、横と縦方向に一定の規則性を持った繰り返しパターンを含む被写体である。
【００３７】
図５（Ａ）及び（Ｂ）は、横及び縦方向にコントラストが周期的に変化する横縦繰り返しパターン（市松模様などの格子模様）について焦点検出した場合に、ＡＦモジュール６０の横ラインセンサＩＨ及び縦ラインセンサＩＶから出力される一対の画像信号列（ＩＨ−ＡとＩＨ−Ｂ、ＩＶ−ＡとＩＶ−Ｂ）の一例をグラフにして示している。図中の実線は基準ラインセンサＡ（基準ラインセンサ領域）に対応する画像信号列（ＩＨ−Ａ、ＩＶ−Ａ）を、破線は参照ラインセンサＢ（参照ラインセンサ領域）に対応する画像信号列（ＩＨ−Ｂ、ＩＶ−Ｂ）を示している。また図の縦軸は画像信号列レベル（輝度値、任意単位(a.u.)）であり、横軸は画素番号である。このように被写体が横縦繰り返しパターンの場合、図５（Ａ）の横ラインセンサＩＨから出力された一対の画像信号列ＩＨ−Ａ、ＩＨ−Ｂは、コントラストが周期的に変化する繰り返しパターンになる。同様に、図５（Ｂ）の縦ラインセンサＩＶから出力された一対の画像信号列ＩＶ−Ａ、ＩＶ−Ｂは、コントラストが周期的に変化する繰り返しパターンになる。
【００３８】
図５（Ａ）の一対の画像信号列ＩＨ−Ａ、ＩＨ−Ｂについて相関演算を実行し、この一対の画像信号列ＩＨ−Ａ、ＩＨ−Ｂの一致度を示す相関関数Ｈ＿ＳＣＯ（ｉ）をグラフ化して図６（Ａ）に示した。図５（Ｂ）の一対の画素信号列ＩＶ−Ａ、ＩＶ−Ｂについて相関演算を実行し、この一対の画素信号列ＩＶ−Ａ、ＩＶ−Ｂの一致度を示す相関関数Ｖ＿ＳＣＯ（ｉ）をグラフ化して図６（Ｂ）に示した。図６（Ａ）、（Ｂ）において、縦軸は相関関数Ｈ＿ＳＣＯ（ｉ）、Ｖ＿ＳＣＯ（ｉ）であり、横軸はシフト数ｉ（画素数、bit）である。
【００３９】
これらの図６（Ａ）、（Ｂ）から分かるように、図６（Ａ）の相関関数Ｈ＿ＳＣＯ（ｉ）は、シフト数ｉが−２６、−１８、−１１、−３、＋５、＋１３、＋２１、＋２８のときに極小値になり、図６（Ｂ）の相関関数Ｖ＿ＳＣＯ（ｉ）は、シフト数ｉが−２６、−１８、−１１、−２、＋５、＋１３、＋１８、＋２５のときに極小値になっている。以上の極小値のいずれかが、真のずれ量または真のずれ量に近いずれ量である。
【００４０】
本発明者は、横ラインセンサＩＨの相関関数Ｈ＿ＳＣＯ（ｉ）と縦ラインセンサの相関関数Ｖ＿ＳＣＯ（ｉ）の積を算出すれば、積の極小値、または積の逆数の極大値が真のずれ量または真のずれ量に近い量になることを見出した。そこで本発明は、第１の実施形態では、横ラインセンサＩＨの相関関数Ｈ＿ＳＣＯ（ｉ）と縦ラインセンサＩＶの相関関数Ｖ＿ＳＣＯ（ｉ）の積関数ＨＶ＿ＳＣＯ（ｉ）（Ｈ＿ＳＣＯ（ｉ）×Ｖ＿ＳＣＯ（ｉ））を算出し、積関数ＨＶ＿ＳＣＯ（ｉ）から得られる複数の極小値の中で最小の極小値を求める。第２の実施形態では、横ラインセンサＩＨの相関関数Ｈ＿ＳＣＯ（ｉ）と縦ラインセンサＩＶの相関関数Ｖ＿ＳＣＯ（ｉ）の積の逆数の関数１／ＨＶ＿ＳＣＯ（ｉ）を求め、積の逆数の関数から得られる複数の極大値の中で最大の極大値を求める。以上の演算処理は、相関演算手段としてのボディＣＰＵ３１が担っている。
【００４１】
図７（Ａ）及び（Ｂ）は、横ラインセンサＩＨの相関関数と縦ラインセンサＶＩの相関関数の積を示すグラフである。図７（Ａ）及び（Ｂ）において、縦軸は相関関数の積、横軸はシフト数ｉ（シフト位置ずれ量、位相差）である。図７（Ａ）及び（Ｂ）の相違は、図７（Ａ）の積を示す縦軸が対数軸であるのに対して、図７（Ｂ）の積を示す縦軸が線形軸であることである。この第１の実施形態では、積の最小の極小値が、横と縦ラインセンサＩＨとＶＨの相関関数Ｈ＿ＳＣＯ（ｉ）とＶ＿ＳＣＯ（ｉ））の一致度が最も高いシフト数ｉ（真のシフト数または真のシフト数の近似値）になる。
【００４２】
図８は、横ラインセンサＩＨの相関関数と縦ラインセンサＶＩの相関関数の積の逆数を示すグラフである。図８において、縦軸は相関関数の積の逆数、横軸はシフト数ｉである。この第２の実施形態では、積の逆数の最大の極大値が横と縦ラインセンサＩＨとＶＨの相関関数Ｈ＿ＳＣＯ（ｉ）とＶ＿ＳＣＯ（ｉ））の一致度が最も高いシフト数ｉ（真のシフト数または真のシフト数の近似値）になる。
【００４３】
図７（Ａ）及び（Ｂ）または図８より、横と縦ラインセンサＩＨとＶＨの相関関数Ｈ＿ＳＣＯ（ｉ）とＶ＿ＳＣＯ（ｉ））の一致度が最も高いのは、シフト数ｉが＋５のときであることが分かる。つまりこの被写体の真の像ずれ量は、シフト数ｉが＋５またはその付近にあることが分かる。そこで本実施形態では、横、縦ラインセンサＩＨ、ＶＨの一方、この実施形態ではコントラストが高い方について、シフト数ｉが＋５を含む所定シフト数範囲内について像ずらし法による相関演算を実行する。
【００４４】
この一眼レフカメラの自動焦点検出処理について、図９乃至図１２に示したフローチャートを参照してより詳細に説明する。図９は、本発明の自動焦点検出処理の実施形態を示すメインフローチャートである。この焦点検出メインフローチャートには、メインスイッチＳＷＭがＯＮされ、測光スイッチＳＷＳがオンされたときに入る。
【００４５】
自動焦点検出処理を開始すると、先ず、焦点検出素子６１を動作させて、横と縦のラインセンサＩＨとＩＶのそれぞれについて画像信号列を取得し、横と縦のラインセンサＩＨとＩＶのそれぞれの画像信号列についてコントラストを算出する（Ｓ１１）。コントラストは、画像信号列の隣り合う画像信号列の輝度差の和である。所定値以上のコントラストが得られたラインセンサについてコントラストＯＫ（フラグ）をセットしてもよい。
【００４６】
続いて、ステップＳ１１で算出した横と縦ラインセンサＩＨとＩＶのコントラストが両方ＯＫか否かチェックする（Ｓ１３）。両方のコントラストがＯＫと判定した場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）に、ＨＶ相関測距演算処理を実行して自動焦点検出処理を終了する（Ｓ１５、ＥＮＤ）。
【００４７】
ステップＳ１３において、横と縦ラインセンサＩＨとＩＶのコントラストの少なくとも一方がＯＫでないと判定した場合（Ｓ１３：ＮＯ）に、横ラインセンサＩＨがコントラストＯＫか否かチェックする（Ｓ１７）。横ラインセンサＩＨがコントラストＯＫと判定した場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）に、横ラインセンサＩＨについて測距演算処理を実行して自動焦点検出処理を終了する（Ｓ１９、ＥＮＤ）。
【００４８】
ステップＳ１７において、横ラインセンサＩＨがコントラストＯＫでないと判定した場合（Ｓ１７：ＮＯ）に、縦ラインセンサＩＶがコントラストＯＫか否かチェックする（Ｓ２１）。縦ラインセンサＩＶがコントラストＯＫと判定した場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）に、縦ラインセンサＩＶについて測距演算処理を実行して自動焦点検出処理を終了する（Ｓ２３、ＥＮＤ）。
【００４９】
ステップＳ２１において、縦ラインセンサＩＶがコントラストＯＫでないと判定した場合（Ｓ２１：ＮＯ）に、コントラストＮＧ処理を実行して自動焦点検出処理を終了する（Ｓ２５、ＥＮＤ）。所定値以上のコントラストが得られていない場合は、精度が高く正確な像ずれ量算出、測距演算が困難だからである。コントラストＮＧ処理は、表示パネル３６、ＬＣＤ４２に測距不能表示をするなどの表示処理を含む。
【００５０】
ステップＳ１９とＳ２３で実行する横と縦ラインセンサＩＨとＩＶについて行う測距演算処理について、図１０に示したフローチャートを参照して説明する。横と縦ラインセンサＩＨとＩＶとで同一の測距演算処理なので、横ラインセンサＩＨの測距演算処理について説明する。
【００５１】
横ラインセンサＩＨから画像信号列を取得する（Ｓ５１）。取得した画像信号列に像ずらし法による相関演算を適用して相関関数を算出し（Ｓ５３）、相関演算値の極小値（最小の極小値）が得られる像ずらし量（初期位置からのずらし量、位相差）を算出する（Ｓ５５）。この実施形態は、相関関数（相関演算値）が極小値をとるとき、相関（一致度）が最大になる（図６（Ａ）、（Ｂ）参照）。相関が最大となる像ずらし量を算出したら（Ｓ５５）、補間演算を行なってより正確な像ずれ量を算出し（Ｓ５７）、その像ずれ量の信頼性を算出してステップＳ６１に進む（Ｓ５９、Ｓ６１）。信頼性は、極小値の相関演算値の大きさ、極小値と極小値を挟む２つの相関演算値との差または傾きから求めるなど、公知の方法によって求める。
【００５２】
ステップＳ６１では、ステップＳ５９で算出した像ずれ量が信頼性ＯＫ（信頼性あり）か否かチェックする（Ｓ６１）。信頼性ＯＫと判定した場合（Ｓ６１：ＹＥＳ）に、ステップＳ５７で算出した像ずれ量を有効な像ずれ量として設定し、設定した像ずれ量から距離（デフォーカス量）を算出してリターンする（Ｓ６３、ＲＥＴ）。この距離（デフォーカス量）が、測距演算値である。
【００５３】
ステップＳ６１において信頼性ＯＫでない（信頼性が無い）と判定した場合（Ｓ６１：ＮＯ）は、信頼性ＮＧ（フラグ）をセットしてリターンする（Ｓ６５、ＲＥＴ）。
【００５４】
ステップＳ１５で実行するＨＶ相関測距演算の第１の実施形態の詳細について、図１１に示したフローチャートを参照して説明する。ＨＶ相関測距演算フローチャートに入ると、先ず、横ラインセンサＩＨの画像信号列を取得し、基準ラインセンサＡに対して参照ラインセンサＢを特定シフト位置（シフト数０）と、特定シフト位置から逐次シフトさせたシフト位置ｉで相関演算を実行して横ラインセンサＩＨの相関関数Ｈ＿ＳＣＯ（ｉ）を求める（Ｓ１０１）。同様に縦ラインセンサＩＶの画像信号列を取得し、基準ラインセンサＡに対して参照ラインセンサＢを所定シフト数ｉシフトさせた所定のシフト位置ｉで相関演算を実行して縦ラインセンサＩＶの相関関数Ｖ＿ＳＣＯ（ｉ）を求める（Ｓ１０３）。続いて、ステップＳ１０１およびステップＳ１０３で求めたシフト位置ｉにおける横ラインセンサＩＨの相関関数Ｈ＿ＳＣＯ（ｉ）と縦ラインセンサＩＶの相関関数Ｖ＿ＳＣＯ（ｉ）の積（積関数ＨＶ＿ＳＣＯ（ｉ））を算出する（Ｓ１０５）。図７の（Ａ）、（Ｂ）は、積関数ＨＶ＿ＳＣＯ（ｉ）の一例を示している。
【００５５】
続いて、積関数ＨＶ＿ＳＣＯ（ｉ）が極小値か否かチェックし（Ｓ１０７）、積関数ＨＶ＿ＳＣＯ（ｉ）が極小値でないと判定したら（Ｓ１０７：ＮＯ）、所定のシフト位置ｉが最大シフト量かどうかチェックし（Ｓ１１７）、最大シフト量でないと判定した場合（Ｓ１１７：ＮＯ）に、シフト位置ｉをずらしてステップＳ１０１に戻る（Ｓ１１９、Ｓ１０１）。以上のＳ１０１乃至Ｓ１０７、Ｓ１１７、Ｓ１１９の処理を、積関数ＨＶ＿ＳＣＯ（ｉ）の極小値を得るか（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、所定のシフト位置ｉが最大シフト量になるまで（Ｓ１１７：ＹＥＳ）繰り返す。積関数ＨＶ＿ＳＣＯ（ｉ）の極小値を得た場合（Ｓ１０７：ＹＥＳ）に、ステップＳ１０９に進む。積関数ＨＶ＿ＳＣＯ（ｉ）の極小値が得られず（Ｓ１０７：ＮＯ）に、所定のシフト位置ｉが最大シフト量になると（Ｓ１１７：ＹＥＳ）、リターンする（ＲＥＴ）。なお、積関数ＨＶ＿ＳＣＯ（ｉ）の極小値は、積関数ＨＶ＿ＳＣＯ（ｉ）をシフト位置ｉが最大シフト量になるまで演算してから検出してもよい。
【００５６】
ステップＳ１０９では、積関数ＨＶ＿ＳＣＯ（ｉ）の極小値の信頼性ＯＫかどうかチェックする。信頼性ＯＫと判定しなかった場合（Ｓ１０９：ＮＯ）にステップＳ１１７に戻り、信頼性ＯＫと判定した場合（Ｓ１０９：ＹＥＳ）にステップＳ１１１に進む。
【００５７】
ステップＳ１１１では、横ラインセンサＩＨのコントラストの方が縦ラインセンサＩＶのコントラストより大きいか否かチェックする（Ｓ１１１）。横ラインセンサＩＨのコントラストの方が大きいと判定した場合（Ｓ１１１：ＹＥＳ）にステップＳ１１３に進み、横ラインセンサＩＨの画像信号列を使用して現在のシフト位置ｉ及びその前後シフト位置で測距演算を行ない、リターンする（Ｓ１１３、ＲＥＴ）。ステップＳ１１１において横ラインセンサＩＨのコントラストの方が大きいと判定しなかった場合（Ｓ１１１：ＮＯ）にステップＳ１１５に進み、縦ラインセンサＩＶの画像信号列を使用して、現在のシフト位置ｉを中心とした前後所定シフト位置で像ずらし法による相関演算及び測距演算を行なってリターンする（Ｓ１１５、ＲＥＴ）。ステップＳ１１３及びステップＳ１１５の測距演算処理は、図１０に示した測距演算処理と同一の処理である。
【００５８】
なお、測距演算処理またはＨ、Ｖ相関測距演算処理からリターンしたら、図示しない別のＡＦレンズ駆動スレッドにより、デフォーカス量に基づいて焦点調節レンズ群５２を合焦位置まで移動させるのに必要なレンズ駆動量（ＡＦモータ３３の回転方向、回転量）を演算し、演算したレンズ駆動量に基づいて、モータドライブ回路３２を介してＡＦモータ３３を駆動し、ギヤブロック３４、ジョイント３５、５５及びギヤブロック５４を介して焦点調節レンズ群５２を合焦位置まで移動する。なお、レンズ駆動量は、ステップＳ６３、Ｓ１１３またはＳ１１５において演算してもよい。また、ステップＳ６５で信頼性ＮＧをセットしてリターンすると、表示パネル３６及びＬＣＤ４２の少なくとも一方に焦点検出ができなかったことを表示してＡＦ動作を終了するか、焦点調節レンズ群５２を光軸方向に移動して再度ＡＦ動作を行うなどの、信頼性ＮＧに対応した動作をする。
【００５９】
ＨＶ相関測距演算の第２の実施形態について、図１２に示したフローチャートを参照して説明する。この第２の実施形態は、第１の実施形態のステップＳ１０５の相関関数の積を求める処理を、相関関数の積の逆数（積の逆関数）を求めるステップＳ２０５に、ステップＳ１０７の極小値かどうか判定する処理を、極大値かどうか判定するステップＳ２０７に置き換えたものであって、他の処理は第１の実施形態と同一なので、同一処理内容のステップには同一のステップ番号を付して説明を省略する。
【００６０】
ステップＳ２０５では、ステップＳ１０１およびステップＳ１０３で求めたシフト位置ｉにおける横ラインセンサＩＨの相関関数Ｈ＿ＳＣＯ（ｉ）と縦ラインセンサＩＶの相関関数Ｖ＿ＳＣＯ（ｉ）の積関数ＨＶ＿ＳＣＯ（ｉ）の逆数（逆関数１／ＨＶ＿ＳＣＯ（ｉ））を算出する（Ｓ２０５）。図８は、横ラインセンサＩＨの相関関数Ｈ＿ＳＣＯ（ｉ）と縦ラインセンサＩＶの相関関数Ｖ＿ＳＣＯ（ｉ）の積関数ＨＶ＿ＳＣＯ（ｉ）の逆数（積の逆関数１／ＨＶ＿ＳＣＯ（ｉ））をグラフで示している。ステップＳ２０７では、逆関数１／ＨＶ＿ＳＣＯ（ｉ）が極大値であるか否かチェックし（Ｓ２０７）、極大値であると判定しない場合（Ｓ２０７：ＮＯ）にステップＳ１１７に進んでシフト位置ｉが最大シフト量か否かチェックし（Ｓ１１７）、積の逆関数１／ＨＶ＿ＳＣＯ（ｉ）が極大値であると判定した場合（Ｓ２０７：ＹＥＳ）に、ステップＳ１０９の信頼性チェック処理に進む。
【００６１】
ＨＶ相関測距演算の第２の実施形態は、横ラインセンサＩＨの相関関数Ｈ＿ＳＣＯ（ｉ）と縦ラインセンサＩＶの相関関数Ｖ＿ＳＣＯ（ｉ）の積関数ＨＶ＿ＳＣＯ（ｉ）の逆関数１／ＨＶ＿ＳＣＯ（ｉ）を求めて極大値を検出しているので、最大の極大値（信頼性の高い極大値）の前後で値の変化が大きく、最大の極大値の判別（極大値の信頼性の判定）が比較的容易に行うことができる。
【００６２】
本実施形態では、横方向及び縦方向に繰り返しパターンを有する被写体に対する自動焦点検出処理について説明したが、本発明は、一方ののみ繰り返しパターンを有する被写体や、繰り返しパターンを有しない通常の被写体に対しても焦点検出できることはいうまでもない。
【００６３】
本実施形態では、交差焦点検出エリアＣＣが得られるように直交する十字形に配置した横ラインセンサＩＨ及び縦ラインセンサＩＶを用いているが、横ラインセンサＩＨ及び縦ラインセンサＩＶは互いに異なる別の一方向に並んでいればよく、例えばＬ字形やＴ字形で配置する態様にも適用可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１１  カメラボディ
３１  ボディＣＰＵ（相関演算手段）
３２  ＡＦモータドライバ
３３  ＡＦモータ
３４  ギヤブロック
３５  ジョイント
３７  エンコーダ
３８  フラッシュメモリ
５１  撮影レンズ
５２  焦点調節レンズ群
５３  ギヤブロック
５５  ジョイント
５７  レンズＣＰＵ
６０  ＡＦモジュール
６１  焦点検出素子
７０  撮影画面
ＣＣ  交差焦点検出エリア
ＣＣＶＨ  重複領域
ＩＨ  横ラインセンサ（第１のラインセンサ）
ＩＶ  縦ラインセンサ（第２のラインセンサ）
Ａ  基準ラインセンサ（基準ラインセンサ領域）
Ｂ  参照ラインセンサ（参照ラインセンサ領域）
【図１】
2014238451.tif 000004
【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】
2014238451.tif 000012
【図１０】
2014238451.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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