(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検眼に眼屈折力測定用の指標を投影し、投影された指標像を検出して被検眼の屈折力を測定する測定手段と、被検眼角膜に向けてアライメント指標を投影するアライメント指標投影手段とを有し、被検眼と装置とを所定の関係にして測定する眼科装置において、撮影像の焦点深度を可変とする可変手段を有し、前記投影されたアライメント指標を被検眼前眼部正面像とともに撮像する撮像光学系と、前記可変手段の動作を制御する制御手段であって、被検眼の屈折力を測定するためのアライメント完了前の焦点深度に対してアライメント完了後前眼部正面像の静止画像を取得する時の焦点深度を深くする制御手段と、を備え、前眼部正面像の静止画像に対して画像処理して測定時の前眼部に関する情報を得ることを特徴とする眼科装置。
【請求項２】
被検眼に眼屈折力測定用の第１指標を投影し、投影された第１指標像を検出して被検眼の屈折力を測定する第１測定手段と、被検眼の角膜に向けて角膜形状測定用の第２指標を投影し、投影された第２指標像を検出して被検眼の角膜形状を測定する第２測定手段と、被検眼角膜に向けてアライメント指標を投影するアライメント指標投影手段とを有し、被検眼と装置とを所定の関係にして測定する眼科装置において、投影されたアライメント指標を撮像する光学系であり、撮影像の焦点深度を可変とする可変手段を有し、前記第２測定手段の検出光学系と共用される撮像光学系と、前記可変手段の動作を制御する制御手段であって、前記第１測定手段により被検眼の屈折力を測定するためのアライメント時の焦点深度に対して第２測定手段による角膜形状測定時の焦点深度を深くする制御手段と、を備えることを特徴とする眼科装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検眼と装置とを所定の位置関係に置いて観察又は測定を行う眼科装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被検眼と装置とを所定の位置関係に位置合わせをする眼科装置においては、角膜の反射輝点を利用する方法が多く用いられている。装置は被検眼角膜にアライメント用の指標を投影し、その角膜反射輝点をアライメント光学系の撮像素子で撮像してモニタに映し出される輝点像を観察しながらアライメンを行う。輝点がレチクルと所定の関係になるように、水平方向、垂直方向の調整を行い、前後方向は輝点のボケを判断基準として輝点が最も小さくなるように調整する。
【０００３】
また、被検眼を測定する測定手段としては、例えば、角膜の広い範囲にわたり投影されたプラチドリング指標を撮影光学系の撮像素子で検出し、その検出信号に基づいて角膜の曲率分布を詳細に測定するものが知られている。この場合、角膜の指標投影位置に影響されずに、被検眼の前眼部の中心から周辺部までシャープな撮影画像が得られるように、撮影光学系の光路には適切な大きさに調整された絞りを設け、焦点深度を深くするようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のようにシャープな撮影画像を必要とする撮影光学系において、角膜反射輝点のボケを利用したアライメントを行おうとした場合、それぞれの光学系が必要とする焦点深度は異なるので、撮影光学系とアライメント光学系の撮像素子を別にする必要があった。
【０００５】
本発明は上記従来技術に鑑み、撮影光学系とアライメント光学系の撮像素子を共用し、アライメントの容易さと撮影像の精度をともに確保できる眼科装置を提供することを技術課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は次のような構成を有することを特徴としている。
【０００７】
（１）  被検眼に眼屈折力測定用の指標を投影し、投影された指標像を検出して被検眼の屈折力を測定する測定手段と、被検眼角膜に向けてアライメント指標を投影するアライメント指標投影手段とを有し、被検眼と装置とを所定の関係にして測定する眼科装置において、撮影像の焦点深度を可変とする可変手段を有し、前記投影されたアライメント指標を被検眼前眼部正面像とともに撮像する撮像光学系と、前記可変手段の動作を制御する制御手段であって、被検眼の屈折力を測定するためのアライメント完了前の焦点深度に対してアライメント完了後前眼部正面像の静止画像を取得する時の焦点深度を深くする制御手段と、を備え、前眼部正面像の静止画像に対して画像処理して測定時の前眼部に関する情報を得ることを特徴とする。
【０００８】
（２）  被検眼に眼屈折力測定用の第１指標を投影し、投影された第１指標像を検出して被検眼の屈折力を測定する第１測定手段と、被検眼の角膜に向けて角膜形状測定用の第２指標を投影し、投影された第２指標像を検出して被検眼の角膜形状を測定する第２測定手段と、被検眼角膜に向けてアライメント指標を投影するアライメント指標投影手段とを有し、被検眼と装置とを所定の関係にして測定する眼科装置において、投影されたアライメント指標を撮像する光学系であり、撮影像の焦点深度を可変とする可変手段を有し、前記第２測定手段の検出光学系と共用される撮像光学系と、前記可変手段の動作を制御する制御手段であって、前記第１測定手段により被検眼の屈折力を測定するためのアライメント時の焦点深度に対して第２測定手段による角膜形状測定時の焦点深度を深くする制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
【実施例】
以下、実施例１の装置を図面に基づいて説明する。実施例１の装置は、眼屈折力測定機能と角膜形状測定機能の２つの測定機能を持つ。図１は装置の光学系概略配置図である。光学系は、眼屈折力測定光学系、固視標光学系、アライメント指標投影光学系、曲率測定用指標投影光学系、及び指標検出・観察光学系に大別される。
【００１８】
（眼屈折力測定光学系）
眼屈折力測定光学系１００は、スリット投影光学系１とスリット像検出光学系１０から構成される。スリット投影光学系１は次のような構成を持つ。２は近赤外域の光を発するスリット照明光源、３はミラーである。４はモータ５により一定の速度で一定方向に回転される円筒状の回転セクターである。回転セクター４の側面には多数のスリット開口４ａが設けられている。６は投影レンズであり、光源２は投影レンズ６に関して被検眼角膜近傍と共役な位置に位置する。７は制限絞り、８は被検眼に対向する光軸Ｌ１  とスリット投影光学系の光軸Ｌ２  を同軸にするビームスプリッタである。
【００１９】
光源２を発した赤外の光はミラー３に反射されて回転セクター４のスリット開口４ａを照明する。回転セクター４の回転により走査されたスリット光束は、投影レンズ６、制限絞り７を経た後にビームスプリッタ８で反射される。その後、固視標光学系及び観察光学系の光軸を同軸にするビームスプリッタ９を透過して被検眼Ｅの角膜近傍で集光した後、眼底に投影される。
【００２０】
スリット像検出光学系１０は、光軸Ｌ１  上に設けられた受光レンズ１１及びミラー１２と、ミラー１２により反射される光軸Ｌ３  上に設けられた絞り１３及び受光部１４を備える。絞り１３はミラー１２を介して受光レンズ１１の後ろ側焦点位置に配置される（即ち、正視眼の被検眼眼底と共役な位置に位置する）。受光部１４はその受光面に、図２に示すように、受光レンズ１１に関して被検眼角膜と略共役な位置に位置する８個の受光素子１５ａ〜１５ｈを有している。この内の受光素子１５ａ〜１５ｆは受光面の中心（光軸Ｌ３  ）を通る直線上に位置し、受光素子１５ａと１５ｂ、受光素子１５ｃと１５ｄ、受光素子１５ｅと１５ｆがそれぞれ受光面の中心に対して（即ち光軸Ｌ３  を中心にして）対称になるように設けられている。この３対の受光素子は、角膜の径方向の各位置に対応した屈折力を検出できるように、その配置距離が設定されている（図２上では、角膜上における等価サイズとして示している）。一方、受光素子１５ｇと１５ｈは、光軸Ｌ３  を中心にして受光素子１５ａ〜１５ｈと直交する直線上で対称になるように設けられている。
【００２１】
このような構成の眼屈折力測定光学系１００は、モータ２０とギヤ等から構成される回転機構２１により、スリット投影光学系１のスリット照明光源２〜モータ５が光軸Ｌ２  を中心に、受光部１４が光軸Ｌ３  を中心にして同期して回転するようになっている。そして、受光部１４上の受光素子１５ａ〜１５ｆの位置する方向が、スリット投影光学系１により投影される被検眼上でのスリット光束の走査方向（眼底上でのスリット光束は、あたかもスリットの長手方向に直交する方向に走査されるようになる）に対応するように設定されている。実施例の装置では、乱視を持たない遠視または近視の被検眼眼底上でスリット開口４ａによるスリット光束が走査されたとき、受光部１４上で受光されるスリットの長手方向に直交する方向に対応するように受光素子１５ａ〜１５ｆを配置している。
【００２２】
（固視標光学系）
３０は固視標光学系であり、３１は可視光源、３２は固視標、３３は投光レンズである。投光レンズ３３は光軸方向に移動することによって被検眼の雲霧を行う。３４ａ、３４ｂはビームスプリッタである。光源３１は固視標３２を照明し、固視標３２からの光束は投光レンズ３３、ビームスプリッタ３４ａ、３４ｂを経た後、ビームスプリッタ９で反射して被検眼Ｅに向かい、被検眼Ｅは固視標３２を固視する。
【００２３】
（アライメント指標投影光学系）
６０はアライメント指標投影光学系である。６１は赤外光の光を出射する点光源、６２は投影レンズであり、点光源６１から出射された光は投影レンズ６２、ビームスプリッタ３４ａ、３４ｂ、９を介して被検眼Ｅへ投光され、角膜に光源像を形成する。
【００２４】
（曲率測定用指標投影光学系）
曲率測定用指標投影光学系２５は次の構成を有する。２６は中央部に開口を持つ円錐状のプラチド板であり、プラチド板２６には光軸Ｌ１  を中心にした同心円上に多数の透光部と遮光部を持つリングパターンが形成されている。２７はＬＥＤ等の複数の照明光源であり、照明光源２７から発する赤色光（又は近赤外光）の照明光は反射板２８で反射され、プラチド板２６を背後からほぼ均一に照明する。プラチド板２６の透光部を透過したリングパターンの光束は被検眼角膜に投影される。
【００２５】
（指標検出・観察光学系）
３５は指標検出・観察光学系である。３６は撮影レンズ、３７ａは開口径が可変である円形の絞りであり、撮影レンズ３６の後ろ側焦点付近に配置され、駆動装置３７ｂによりその開口径が変えられる。３８はＣＣＤカメラである。前眼部照明光源２９により照明された被検眼の前眼部像、及びアライメント指標投影光学系６０による指標像は、ビームスプリッタ９、ビームスプリッタ３４ｂで反射された後、撮影レンズ３６により絞り３７ａの開口を経てＣＣＤカメラ３８で撮影され、ＴＶモニタ３９に映出される。また、曲率測定用指標投影光学系２５により投影されたリングパターンの角膜反射光束も、同様の光路を経てＣＣＤカメラ３８の撮像素子面にリングパターンの角膜反射像を形成する。
【００２６】
次に、装置の動作を図３の信号処理系の概略ブロック図を使用して説明する。まず、眼屈折力測定について説明する。検者は、測定モード切換スイッチ７０により屈折力測定モードを選択し、ＴＶモニタ３９を観察しながらアライメントを行う。図４にアライメント時にモニタ３９に表示される表示例を示す。検者はアライメント用の点光源６１による指標像６５が照準用のレチクルマーク６６の中央に位置するように、装置を移動して（ジョイスティック等の周知の移動手段を使用することができる）被検眼に対する上下左右方向のアライメント調整を行う。また、指標像６５のピントが合うように被検眼に対する前後方向のアライメント調整を行う。眼屈折力測定モードでは絞り３７ａは解放状態にされており、ＣＣＤカメラ３８に撮影される像の焦点深度は浅くなっている。焦点深度が浅い光学系の場合、適正作動距離状態からのずれが大きくなるほど指標像６５のボケが大きくなるので、作動距離のアライメントが行いやすくなる。
【００２７】
アライメントが完了したら、検者が測定開始スイッチ７４を押すと、トリガ信号が発せられて測定が開始する。装置は、従来の位相差法の屈折力測定と同様な方法により屈折力の予備測定を行う。予備測定により得られた屈折力に基づいて固視標光学系の投光レンズ３３を移動し固視標３２と被検眼Ｅの眼底を共役な位置に置いた後、さらに適当なディオプタ分だけ雲霧がかかるようにする。スリット投影光学系１からはスリット開口４ａにより制限されたスリット光束が瞳孔を介して眼内に入射し、眼底上に投影される。眼底で反射され瞳孔を通過したスリット像の光束は、スリット像検出光学系１０の受光部１４上に届く。ここで、被検眼Ｅが正視眼であれば眼内に光束が入射したと同時に受光部１４上の受光素子１５ａ〜１５ｈに光電圧が発生するが、屈折異常があれば眼底で反射されたスリット像の光が受光部１４上を横切るように移動する。
【００２８】
受光部１４上でのスリット像の光の移動に伴い、各受光素子１５ａ〜１５ｈからはそれぞれ光電圧が出力される（光電圧に時間差を生ずる）。出力された各光電圧はそれぞれに接続された増幅器４０ａ〜４０ｈ、レベルシフト回路４１ａ〜４１ｈを介した後、２値化回路４２ａ〜４２ｈにより所定のスレッシュレベルでの２値化したパルス信号に変えられる。その後、各パルス信号は各々カウンタ回路４６ａ〜４６ｈとＯＲ回路４３に入力される。ＯＲ回路４３は２値化回路４２ａ〜４２ｈの中の最初の立上がりエッジを計測パルスの立上がりとするためであり、次に続くフリップフロップ４４に入力される。フリップフロップ４４は計測の開始となる基準時間（立上がりエッジ）を含み、全ての受光素子からのパルスを計測し終えた後に制御回路５０から出力されるＲｅｓｅｔ  信号を受けるまでの間の計測時間を意味する計測パルス信号をカウンタ回路４６ａ〜４６ｄへ出力する。
【００２９】
各カウンタ回路４６ａ〜４６ｈは２値化回路４２ａ〜４２ｈで２値化されたパルス信号とフリップフロップ４４からの計測パルス信号が入力されると、計測パルス信号の立上りエッジ（＝基準時間）に対するそれぞれのパルス信号の立上りまでの時間及びそれぞれのパルス幅の時間をカウントして保持する。
【００３０】
各カウンタ回路が保持した時間は、制御回路５０からの呼び出し指令信号（ＣＳａ  〜ＣＳｈ  ）により出力され、デ−タバス４７を介して制御回路５０に入力される。制御回路５０は、各カウンタ回路４６ａ〜４６ｈからの各受光素子における基準時間に対するそれぞれのパルス信号の立上りまでの時間、パルス幅の時間に基づき、測定経線方向（スリット光束の走査方向）の角膜中心の時間を求める。角膜中心の時間は、３対の受光素子１５ａ〜１５ｆに対し、これと直交する方向に位置する受光素子１５ｇと１５ｈの光電圧信号から求まる。そして、その中心に対して測定経線方向に位置する３対の受光素子での時間差（位相差）をそれぞれ得る。
【００３１】
一経線における各角膜部位での時間差が得られたら、これを屈折力に換算する。位相差法により検出される時間差と屈折力との間には、図５のような関係がある。この関係は、例えば、予め屈折力値が既知である模型眼を使用することによってサンプリングし、そのデータを記憶させておくことにより時間差に対応した屈折力値を得ることができる。
【００３２】
次に、モータ２０を駆動してスリット投影光学系１のスリット照明光源２〜モータ５と受光部１４を所定の角度ステップ（例えば１度）で光軸回りに１８０度回転させる。各受光素子からの信号に基づいて各回転位置での屈折力を得る。屈折力測定は複数回繰り返され、その結果は所定の処理（平均化、中間値等）が施されて記憶される。各経線方向の屈折力に所定の処理を施すことにより、従来と同様のパラメータであるＳ、Ｃ、Ａを算出する。
【００３３】
なお、上記測定の詳細については、本願出願人による特願平８−２８３２８１号（発明の名称  眼科測定装置）を参照されたい。
【００３４】
次に、角膜形状測定について説明する。測定モードを角膜形状測定のモードにした後、前述と同様にアライメントを完了させ、測定開始スイッチ７４を押して測定を実行する。制御回路５０は、前眼部照明光源２９を消灯するとともに測定用の光源２７を点灯してリングパターンを角膜に投影する。また、駆動装置３７ｂを作動させて絞り３７ａを所定の大きさの径に絞る。これにより、ＣＣＤカメラが撮像する像の焦点深度は深くなり、被検眼に投影されたリングパターンの指標像が被検眼角膜全域にシャープな像として撮影される。
【００３５】
ＣＣＤカメラ３８に撮影されたリングパターン像及びアライメント指標像は、フレームメモリ７１に取り込まれる。フレームメモリ７１に取り込まれた画像は、画像処理回路７２によりエッジ検出処理が施された後、その処理データが制御回路５０を介してメモリ７３に記憶される。
【００３６】
制御回路５０は記憶されたデータのエッジ検出位置に基づき所定の角度ごとの角膜曲率を演算する。角膜曲率の演算は次のように行うことができる。図６に示すように、角膜から光軸上距離Ｄ、高さＨにある光源Ｐの角膜凸面による像ｉが、レンズＬにより２次元検出面上に結像したときの検出像高さをｈ´とし、装置の光学系の倍率をｍとすると、角膜曲率半径Ｒは、
Ｒ＝（２Ｄ／Ｈ）ｍｈ´
の式により求めることができる（この演算の詳細は、特開平７−１２４１１３号公報を参照されたい）。
【００３７】
また、簡易的には次のような算出方法を採用しても良い。ｊ番目のリングが角膜に投影される領域の曲率半径をＲｊ、ｊ番目のリング高さと被検眼までの距離及び撮影倍率で決定される比例定数をＫｊ、撮像面上での像高さをｈｊとすると、前述の関係式は、
Ｒｊ＝Ｋｊ・ｈｊ
と表される。ここで、測定レンジをカバーする複数の既知の曲率を持つ模型眼を予め測定することで、比例定数をＫｊを装置固有の値として得ることができ、測定時にこれを読みだして演算するようにすると、極めて短時間で曲率分布を得ることができる。
【００３８】
角膜形状測定と屈折力測定の連続測定モードを選択した場合は、前述のように指標像６５のボケを利用したアライメントを行った後測定開始スイッチを押すと、屈折力測定が実行され、続いて絞り３７ａが所定の大きさの径に絞られて角膜形状測定が実行される（測定の順番は逆でも良いが、角膜形状測定用のリングパターンを可視光（赤色光）で投影する構成の場合は、屈折力測定を先に行った方が縮瞳の影響を受けずにすむので有利である）。
【００３９】
上述の実施例では検者が測定開始スイッチを押すことにより測定が開始するものとしたが、指標像６５の位置とそのぼけ量の検出状態（ぼけ量により作動距離方向が検出できる）に基づき、装置が周知の方法によりアライメント状態を判断し、所定のアライメント完了状態になったら自動的に測定を開始するようにすることもできる。さらには、Ｘ（左右）方向、Ｙ（上下）方向、Ｚ（前後）方向に光学系を移動する駆動系を設け、指標像６５の検出情報に基づき、ＸＹＺ方向に駆動制御してアライメントを行ったり、自動追尾させることもできる。
【００４０】
また、作動距離方向のアライメントを精密に行った方が良い測定の場合は、被検眼角膜に無限遠及び有限遠のアライメント指標を投影し、この２種類のアライメント指標像の像高さを検出し両者が所定の関係になるようにする方法が利用できる（特開平６−４６９９９号公報参照）。対して、作動距離方向の精度をそれほど求められない測定の場合には、指標像のボケを判断基準とする方法を使用するとアライメントが行い易い。例えば、眼屈折力測定はアライメント精度が比較的ラフで良いので、この測定のときには指標像のボケを利用したアライメント方法を使用することができる。
【００４１】
また、実施例では絞り３７ａは開口径が可変なものとして説明したが、測定に必要な所定の径を持つ絞りを光路に挿脱する構成にすることも可能である。
【００４２】
また、絞り３７ａは撮影レンズ３６の後側焦点位置付近に配置してテレセントリック光学系を構成するものとして説明したが、単に焦点深度を深くするのみであれば、撮影レンズ３６の近傍に配置しても良い。
【００４３】
図７は実施例２の装置の信号処理系のブロック図を示す。実施例１と同じ要素には同符号を付している。光学系は基本的に実施例１と同様であるので、この説明は省略する。
【００４４】
眼屈折力測定モードでは、同時に撮影モードに切替わる。実施例１と同様にアライメント指標像の観察によりアライメントを完了させた後、測定スイッチ７４を押す。装置は測定スイッチ７４の信号入力により、前述と同様に屈折力測定を行い、また、照明光源２９による前眼部の照明光量を増加するように駆動回路２９ａを制御するとともに、絞り３７ａを撮影用の所定の大きさの径に絞る。絞り３７ａは物側テレセントリック光学系を構成する位置に配置されているので、ＣＣＤカメラ３８に撮影される前眼部の大きさは、撮影位置の違いによる影響が少なく、焦点深度も深くなっているのでシャープな像として撮影される。ＣＣＤカメラ３８による撮影像はＡ／Ｄ変換後、フレームメモリ７１に静止画像として記憶される。
【００４５】
フレームメモリ７１に記憶された撮影画像はＤ／Ａ変換後、画像合成回路７６を介してＴＶモニタ３９に表示される。図８はこのときの表示画像例を示す図である。画面上には前眼部像９０、アライメント指標像９１の他、屈折力測定の測定結果９２、撮影画像のサイズ基準とするスケール９３が表示される。測定結果９２及びスケール９３は表示回路７５で生成され、画像合成回路７６で撮影像と合成される。表示回路７５で生成されるスケール９３の目盛りサイズは、装置の撮影光学系の撮影倍率に基づいて付されている。
【００４６】
検者は、画面上のスケール９３及びシャープな像として撮影された前眼部像９０の静止画像の表示により、屈折力測定をしたときの瞳孔径や角膜径等の計測を行うことができる。また、角膜中心を示す指標像９１も前眼部像とともに表示されるので、角膜中心と瞳孔や虹彩の形状との関係を把握でき、診断にあたっての一層有益な情報とすることができる。
【００４７】
また、フレームメモリ７１に記憶した前眼部像は画像処理回路７２、制御回路５０により、周知の方法を用いて角膜径、瞳孔径、角膜中心と瞳孔との位置情報等を演算して数値化し、表示できることは言うまでもない。
【００４８】
なお、スケール９３は光学的に形成して前眼部像とともに撮影するようにしても良い。この時は、ＣＣＤカメラ３８からの前眼部像の映像信号と、文字や記号を生成する表示回路７５と、これらを合成する合成回路７６だけで良い。合成回路７６で合成された映像信号はビデオプリンタ２０１から出力して記録することができる。
【００４９】
また、ＴＶモニタ３９に表示される画像は、ファイリング装置２００側に記録保存することができる。このとき、測定結果９２やスケール９３もともに記録保存されるので、再び呼び出しての瞳孔径等の計測や、撮影画像の編集も自由にできる。また、ファイリング装置２００に記録保存した画像は、ビデオプリンタ２０１からプリント出力することもできる。プリント画像にはスケールも写し込まれているので、瞳孔径等の計測が容易に行える。
【００５０】
上記の説明では眼屈折力測定と同時に被検眼の前眼部像を撮影するものとしたが、アライメント指標像に基づくアライメントを完了した後、単に撮影のみを行うようにしても良い。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、アライメント時と撮影時において各々最適な焦点深度を得ることができるので、アライメントの容易さと撮影の精度を共に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の装置の光学系概略配置を示す図である。
【図２】受光部が有する受光素子の配置を示す図である。
【図３】実施例１の装置の信号処理系の概略ブロック図である。
【図４】アライメント時におけるモニタに表示される一例である。
【図５】位相差法により検出される時間差と屈折力との関係を示す図である。
【図６】角膜曲率の演算の方法を説明する図である。
【図７】実施例２の装置の信号処理系の概略ブロック図である。
【図８】実施例２の装置により撮影された前眼部像の表示画像例を示す図である。
【符号の説明】
２５  曲率測定用指標投影光学系
３５  指標検出・観察光学系
３７ａ  絞り
３７ｂ  駆動装置
３８  ＣＣＤカメラ
５０  制御回路
６０  アライメント指標投影光学系
１００  眼屈折力測定光学系
【図１】
0003599523.tif 000002
【図２】
0003599523.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図８】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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