(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のレンズと、
前記第１のレンズを一端部と他端部との間を移動可能に保持する第１のレンズ保持部と、
前記一端部及び前記他端部に設けられ、前記第１のレンズ保持部が前記一端部または前記他端部へと当接したときに前記第１のレンズ保持部を吸着して保持する第１の磁石と、
電流が印加されることにより前記一端部と前記他端部との間で前記第１のレンズ保持部を移動させる電磁アクチュエータと、
前記第１のレンズ保持部を前記一端部へ当接するように移動させる第１の指示、又は、前記他端部へ当接するように移動させる第２の指示を出力する指示部と、
前記指示部の指示に基づいて、前記第１のレンズ保持部を前記一端部に当接させるように移動させるための所定方向の駆動電流に応じた第１の駆動信号、又は、前記第１のレンズ保持部を前記他端部に当接させるように移動させるための前記所定方向とは逆方向の駆動電流に応じた第２の駆動信号を生成する第１の駆動信号生成部と、
前記指示部により前記第１の指示が入力された際は、前記第１の駆動信号生成部に対して前記第１の駆動信号を生成させるとともに、前記第１のレンズ保持部が前記一端部へ当接した後も前記第２の指示が入力されるまでの間、前記第１の駆動信号を前記電磁アクチュエータに対する通電による過熱が発生しない周期で生成し続けるように、前記第１の駆動信号生成部を制御する駆動信号制御部と、を備え、
前記駆動信号制御部は、前記指示部により前記第２の指示が入力された際は、前記第１の駆動信号生成部に対して前記第２の駆動信号を生成させるとともに、前記第１のレンズ保持部が前記他端部へ当接した後も前記第１の指示が入力されるまでの間、前記第２の駆動信号を前記電磁アクチュエータに対する通電による過熱が発生しない周期で生成し続けるように、前記第１の駆動信号生成部を制御する
ことを特徴とするレンズ駆動装置。
【請求項２】
前記第１のレンズは、前記レンズを含む対物光学系の焦点距離を前記移動に伴って変化させるためのフォーカスレンズであることを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動装置。
【請求項３】
前記第１のレンズは、光学像の拡大率を前記移動に伴って変化させるための変倍レンズであることを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動装置。
【請求項４】
前記第１のレンズ保持部は、外周にコイルが巻回され、
前記第１の駆動信号生成部は、前記コイルに所定の方向または所定の方向とは逆方向の電流を印加することで、前記第１のレンズ保持部を前記一端部または前記他端部に当接させることを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動装置。
【請求項５】
第２のレンズと、
前記第２のレンズを一端部と他端部との間を移動可能に保持する第２のレンズ保持部と、
前記一端部及び他端部に設けられ、前記第２のレンズ保持部が前記一端または前記他端部へと当接したときに前記第２のレンズ保持部を吸着して保持する第２の磁石と、
前記第２のレンズ保持部を、前記一端側または前記他端側に当接させるように駆動信号を生成する第２の駆動信号生成部と、を更に有することを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動装置。
【請求項６】
前記第１のレンズは、前記レンズを含む対物光学系の焦点距離を前記移動に伴って変化させるためのフォーカスレンズであり、
前記第２のレンズは、光学像の拡大率を前記移動に伴って変化させるための変倍レンズであることを特徴とする請求項５に記載のレンズ駆動装置。
【請求項７】
前記第１の駆動信号を周期的に生成する期間を任意に設定することができる設定部を備えることを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ駆動装置に関し、特に、レンズ保持部を移動させるための駆動信号を周期的に生成するレンズ駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、被検体の内部の被写体を撮像する内視鏡、及び、内視鏡により撮像された被写体の観察画像を生成するプロセッサ等を具備する内視鏡システムが、医療分野及び工業分野等において広く用いられている。【０００３】
先端に例えば電磁アクチュエータを搭載し、電磁アクチュエータを用いてフォーカス用のレンズ及びズーム用のレンズを駆動し、フォーカス調整及びズーム観察を可能にする内視鏡が使用されている。【０００４】
例えば、特開２００９−２０４７１４号公報には、レンズを収容するレンズホルダをノーマルポジションとマクロポジションとの間で移動し、フォーカス調整を行うことができる撮像装置が開示されている。【０００５】
この撮像装置は、例えば、レンズホルダをノーマルポジションからマクロポジションに変位させる場合、最初に、印加時間の長い長パルス信号をコイルに一回印加し、続いて、印加時間の短い短パルス信号をコイルに複数回印加することで、レンズホルダをマクロポジション側に移動させている。そして、撮像装置は、レンズホルダがマクロポジションに移動すると、パルスの印加を停止する。【０００６】
しかしながら、上述した撮像装置では、パルス信号を印加していないときに、電磁アクチュエータに大きな衝撃が加わった場合、電磁アクチュエータが意図せず動いてしまうことがある。この場合、上述した撮像装置では、意図したフォーカス状態及び観察視野を維持できなくなる可能性があり、意図していない内視鏡観察の状態になるという問題があった。【０００７】
そこで、本発明は、アクチュエータに衝撃が加わった場合でも、安定して内視鏡観察を行うことができるレンズ駆動装置を提供することを目的とする。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様のレンズ駆動装置は、第１のレンズと、前記第１のレンズを一端部と他端部との間を移動可能に保持する第１のレンズ保持部と、前記一端部及び前記他端部に設けられ、前記第１のレンズ保持部が前記一端部または前記他端部へと当接したときに前記第１のレンズ保持部を吸着して保持する第１の磁石と、電流が印加されることにより前記一端部と前記他端部との間で前記第１のレンズ保持部を移動させる電磁アクチュエータと、前記第１のレンズ保持部を前記一端部へ当接するように移動させる第１の指示、又は、前記他端部へ当接するように移動させる第２の指示を出力する指示部と、前記指示部の指示に基づいて、前記第１のレンズ保持部を前記一端部に当接させるように移動させるための所定方向の駆動電流に応じた第１の駆動信号、又は、前記第１のレンズ保持部を前記他端部に当接させるように移動させるための前記所定方向とは逆方向の駆動電流に応じた第２の駆動信号を生成する第１の駆動信号生成部と、前記指示部により前記第１の指示が入力された際は、前記第１の駆動信号生成部に対して前記第１の駆動信号を生成させるとともに、前記第１のレンズ保持部が前記一端部へ当接した後も前記第２の指示が入力されるまでの間、前記第１の駆動信号を前記電磁アクチュエータに対する通電による過熱が発生しない周期で生成し続けるように、前記第１の駆動信号生成部を制御する駆動信号制御部と、を備え、前記駆動信号制御部は、前記指示部により前記第２の指示が入力された際は、前記第１の駆動信号生成部に対して前記第２の駆動信号を生成させるとともに、前記第１のレンズ保持部が前記他端部へ当接した後も前記第１の指示が入力されるまでの間、前記第２の駆動信号を前記電磁アクチュエータに対する通電による過熱が発生しない周期で生成し続けるように、前記第１の駆動信号生成部を制御する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係るレンズ駆動装置を構成する内視鏡装置の構成を示す図である。
【図２】電磁アクチュエータ１５及びフォーカスレンズユニット１６の構成を説明するための断面図である。
【図３】電磁アクチュエータ１５に供給される駆動パルスとレンズ１６ａの状態の例を説明するための図である。
【図４】第２の実施形態に係るレンズ駆動装置を構成する内視鏡装置の構成を示す図である。
【図５】電磁アクチュエータ４２及びズームレンズユニット４３の構成を説明するための断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。【００１１】
（第１の実施形態）
まず、図１を用いて第１の実施形態のレンズ駆動装置の構成について説明する。図１は、第１の実施形態に係るレンズ駆動装置を構成する内視鏡装置の構成を示す図である。【００１２】
図１に示すように、レンズ駆動装置である内視鏡装置１は、内視鏡２と、内視鏡２の先端に設けられた、後述する電磁アクチュエータ１５を駆動するための駆動装置３とを備えて構成されている。内視鏡２は、被検体内に挿入される細長な挿入部１０と、挿入部１０の基端側に設けられた、内視鏡２の各種操作を行うための操作部１１と、操作部１１の基端側に設けられたコネクタ部１２とを有する。内視鏡２は、コネクタ部１２を介して駆動装置３に着脱自在に構成されている。指示部としての操作部１１にはフォーカス位置を近点に設定するためのNearボタン１３と、フォーカス位置を通常に設定するためのNormalボタン１４とが設けられている。【００１３】
また、内視鏡２は、先端に電磁アクチュエータ１５と、電磁アクチュエータ１５により駆動するフォーカスレンズユニット１６とを搭載している。電磁アクチュエータ１５には、通電ケーブル１７が接続されており、駆動装置３から駆動電流が電磁アクチュエータ１５に供給される。【００１４】
駆動装置３は、駆動パルスを発生させるタイミング発生回路２１と、タイミング発生回路２１からの駆動パルスに基づいた駆動電流を生成し、生成した駆動電流を通電ケーブル１７を介して電磁アクチュエータ１５に供給するドライバ回路２２と、駆動装置３の各種設定を行うための設定部２３とを有して構成されている。【００１５】
駆動信号制御部としてのタイミング発生回路２１は、操作部１１のNearボタン１３またはNormalボタン１４の操作状態に応じて、駆動パルスをドライバ回路２２のA入力端子またはB入力端子に出力する。なお、タイミング発生回路２１は、例えば、ＦＰＧＡあるいはマイコン等で構成してもよい。また、タイミング発生回路２１は、駆動装置３に設けられていなくてもよい。【００１６】
第１の駆動信号生成部としてのドライバ回路２２は、電磁アクチュエータ１５に所定の方向、及び、所定の方向とは逆方向、すなわち、両方向に駆動電流を流すことができる回路であり、例えば、４つのスイッチング素子（例えば、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ等）により構成されるＨブリッジ回路等である。ドライバ回路２２は、タイミング発生回路２１からの駆動パルスがA入力端子、または、B入力端子に入力されたかに応じて、電磁アクチュエータ１５に流す駆動電流の向きを変更する。【００１７】
図２は、電磁アクチュエータ１５及びフォーカスレンズユニット１６の構成を説明するための断面図である。【００１８】
図２に示すように、電磁アクチュエータ１５は、筒状の軟鉄３１と、軟鉄３１の外周に巻回されたコイル３２と、一端側（挿入部１０の前側）及び他端側（挿入部１０の後側）に設けられた磁石３３及び磁石３４と、軟鉄３１が当接するように設けられた当接部３５及び当接部３６と、により構成されている。【００１９】
筒状の軟鉄３１は、フォーカスレンズユニット１６のフォーカス用のレンズ１６ａを当接部３５（一端部）と、当接部３６（他端部）との間を移動可能に保持するレンズ保持部を構成する。【００２０】
第１のレンズであるレンズ１６ａは、レンズ１６ａを含む対物光学系の焦点距離を、軟鉄３１の移動に伴って変化させるためのフォーカスレンズである。なお、フォーカスレンズユニット１６は、１つのフォーカス用のレンズ１６ａを有しているが、１つに限定されることなく、２つ以上のフォーカス用のレンズを有していてもよい。この場合、レンズ保持部である軟鉄３１は、２つ以上のレンズを保持する。【００２１】
磁石３３及び磁石３４は、軟鉄３１が当接部３５または当接部３６に当接したときに、軟鉄３１を吸着して保持する第１の磁石を構成する。【００２２】
ここで、電磁アクチュエータ１５の制御方法について説明する。【００２３】
図３は、電磁アクチュエータ１５に供給される駆動パルスとレンズ１６ａの状態の例を説明するための図である。【００２４】
内視鏡２の操作部１１に設けられたフォーカス用のNearボタン１３が押されると、その操作信号がタイミング発生回路２１に入力される。タイミング発生回路２１は、Nearボタン１３が押されたことを示す操作信号が入力されると、図３に示す駆動パルスを発生し、ドライバ回路２２のA入力端子に出力する。ドライバ回路２２は、A入力端子に駆動パルスが入力されると、所定の方向の駆動電流を通電ケーブル１７を介して、電磁アクチュエータ１５に印加する。【００２５】
このとき、所定の方向の駆動電流が電磁アクチュエータ１５に流れ、図２の右側方向に軟鉄３１及びレンズ１６ａが移動し、軟鉄３１と右側の磁石３４とが吸着して停止する。本実施形態では、例えば図３の時刻T0のパルスで軟鉄３１と右側の磁石３４とが吸着して停止した後も、繰り返し周期的にパルスをコイル３２に流し続ける。【００２６】
このように、タイミング発生回路２１は、操作部１１により指示された方向へ軟鉄３１を移動させるための駆動パルスを発生してドライバ回路２２に供給し、軟鉄３１が磁石３４に吸着した後も、操作部１１により指示された方向へ軟鉄３１を移動させるための駆動信号を周期的に生成するように、ドライバ回路２２を制御する。【００２７】
一方、内視鏡２の操作部１１に設けられたフォーカス用のNormalボタン１４が押されると、その操作信号がタイミング発生回路２１に入力される。タイミング発生回路２１は、フォーカス用のNormalボタン１４が押されたことを示す操作信号が入力されると、上述した図３に示す周期パルスを発生し、ドライバ回路２２のB入力端子に出力する。ドライバ回路２２は、B入力端子に駆動パルスが入力されると、所定の方向とは逆方向の駆動電流を通電ケーブル１７を介して、電磁アクチュエータ１５に印加する。【００２８】
このとき、所定の方向とは逆方向の電流が電磁アクチュエータ１５に流れ、図２の左側方向に軟鉄３１及びレンズ１６ａが移動し、軟鉄３１と左側の磁石３３とが吸着して停止する。本実施形態では、例えば図３の時刻T0のパルスで軟鉄３１と左側の磁石３３とが吸着して停止した後も、繰り返し周期的にパルスをコイル３２に流し続ける。【００２９】
このように周期的にパルスをコイル３２に印加することで、例えば、軟鉄３１が当接部３６に突き当たっている状態で、電磁アクチュエータ１５（または、内視鏡２の所定の位置）に衝撃が加わっても、次のパルスでレンズ１６ａが当接部３６の方向に引き戻される。【００３０】
例えば、コイル３２にパルスが印加されていない図３の時刻T1に内視鏡２の電磁アクチュエータ１５に衝撃が加わって、軟鉄３１が当接部３６から離れた（不定）場合でも、時刻T2にコイル３２にパルスが印加され、軟鉄３１が当接部３６の方向に引き戻され、軟鉄３１と磁石３４とが吸着（Near）して停止する。【００３１】
このパルスを印加する繰り返し周期は、内視鏡観察視野が一瞬ずれても診断に支障がない程度の短い時間（例えば、１秒程度）に設定する。繰り返し周期は、より短い時間に設定することで、内視鏡観察視野のずれが少なくてすむ。しかし、繰り返し周期をあまりに短い時間に設定すると、電磁アクチュエータ１５の通電による過熱が発生する虞がある。そのため、繰り返し周期は、電磁アクチュエータ１５の通電による過熱が発生しない程度の時間、例えば上述したように１秒程度に設定することが望ましい。【００３２】
なお、パルスを印加する繰り返し周期は、常に一定である必要がなく、例えば、印加するパルス毎に異なる周期であってもよい。また、ユーザが設定部２３を用いて、パルスを印加する繰り返し周期を設定することができるようにしてもよい。さらに、タイミング発生回路２１は、駆動装置３に接続される内視鏡２からの内視鏡ＩＤ１８に応じて、パルスを印加する繰り返し周期を変更してもよい。【００３３】
また、本実施形態では、電磁アクチュエータ１５を用いてフォーカスレンズユニット１６を駆動しているが、電磁アクチュエータ１５に限定されることなく、例えば、圧電アクチュエータあるいは形状記憶合金アクチュエータ等を用いてフォーカスレンズユニット１６を駆動するようにしてもよい。【００３４】
以上のように、レンズ駆動装置を構成する内視鏡装置１は、軟鉄３１が磁石３３または３４に吸着した後も、周期的にパルスを電磁アクチュエータ１５に印加するようにした。この結果、内視鏡装置１は、内視鏡観察中に電磁アクチュエータ１５（または内視鏡２の所定の位置）に外部衝撃が加わって、軟鉄３１が磁石３３または３４から離れてしまった場合でも、軟鉄３１が磁石３３または３４に直ちに吸着するため、内視鏡観察に支障が生じなくなる。【００３５】
よって、本実施形態のレンズ駆動装置によれば、アクチュエータに衝撃が加わった場合でも、安定して内視鏡観察を行うことができる。【００３６】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。【００３７】
図４は、第２の実施形態に係るレンズ駆動装置を構成する内視鏡装置の構成を示す図である。なお、図４において、図１と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。【００３８】
本実施形態の内視鏡装置１ａは、第１の実施形態で説明したフォーカス調整に加え、ズーム調整を行うことができるように構成されている。図４に示すように、内視鏡装置１ａは、内視鏡２ａと、駆動装置３ａとを有して構成されている。【００３９】
内視鏡２ａは、図１の内視鏡２に対して、操作部１１にズーム用のTeleボタン４０、Wideボタン４１が追加されて構成されている。また、内視鏡２ａは、図１の内視鏡２に対して、先端に電磁アクチュエータ４２と、電磁アクチュエータ４２により駆動するズームレンズユニット４３とが追加されて構成されている。電磁アクチュエータ４２には、通電ケーブル４４が接続されており、駆動装置３ａから駆動電流が電磁アクチュエータ４２に供給される。【００４０】
駆動装置３ａは、図１の駆動装置３に対して、ドライバ回路４５が追加されて構成されている。タイミング発生回路２１は、操作部１１のTeleボタン４０またはWideボタン４１の操作状態に応じて、駆動パルスをドライバ回路４５のC入力端子またはD入力端子に出力する。【００４１】
ドライバ回路４５は、ドライバ回路２２と同様に、電磁アクチュエータ４２に所定の方向、及び、所定の方向とは逆方向、すなわち、両方向に駆動電流を流すことができる回路であり、例えば、Hブリッジ回路等である。ドライバ回路４５は、タイミング発生回路２１からの駆動パルスがC入力端子、または、D入力端子に入力されたかに応じて、電磁アクチュエータ４２に流す駆動電流の向きを変更する。【００４２】
図５は、電磁アクチュエータ４２及びズームレンズユニット４３の構成を説明するための断面図である。なお、図５において、図２と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。【００４３】
本実施形態の電磁アクチュエータ４２の構成は、第１の実施形態の電磁アクチュエータ１５と同様であり、軟鉄３１にズームレンズユニット４３のズーム用のレンズ４３ａが保持される。筒状の軟鉄３１は、ズームレンズユニット４３のズーム用のレンズ４３ａを当接部３５（一端部）と、当接部３６（他端部）との間を移動可能に保持するレンズ保持部を構成する。【００４４】
レンズ４３ａは、光学像の拡大率を軟鉄３１の移動に伴って変化させるための変倍レンズである。なお、ズームレンズユニット４３は、１つのズーム用のレンズ４３ａを有しているが、１つに限定されることなく、２つ以上のレンズを有していてもよい。【００４５】
ここで、電磁アクチュエータ４２の制御方法について説明する。電磁アクチュエータ４２の制御方法は、電磁アクチュエータ１５の制御方法と略同様である。内視鏡２ａの操作部１１に設けられたズーム用のTeleボタン４０が押されると、その操作信号がタイミング発生回路２１に入力される。タイミング発生回路２１は、Teleボタン４０が押されたことを示す操作信号が入力されると、上述した図３に示す周期パルスを発生し、ドライバ回路４５のC入力端子に出力する。ドライバ回路４５は、C入力端子に駆動パルスが入力されると、所定の方向の駆動電流を通電ケーブル４４を介して、電磁アクチュエータ４２に印加する。【００４６】
このとき、所定の方向の電流が電磁アクチュエータ４２に流れ、図４の右側方向に軟鉄３１及びレンズ４３ａが移動し、軟鉄３１と右側の磁石３４とが吸着して停止する。本実施形態では、軟鉄３１と右側の磁石３４とが吸着して停止する。本実施形態でも、例えば図３の時刻T0のパルスで軟鉄３１と右側の磁石３４とが吸着して停止した後も、繰り返し周期的にパルスをコイル３２に流し続ける。【００４７】
一方、内視鏡２ａの操作部１１に設けられたズーム用のWideボタン４１が押されると、その操作信号がタイミング発生回路２１に入力される。タイミング発生回路２１は、ズーム用のNormalボタン４１が押されたことを示す操作信号が入力されると、上述した図３に示す周期パルスを発生し、ドライバ回路４５のD入力端子に出力する。ドライバ回路４５は、D入力端子に駆動パルスが入力されると、所定の方向とは逆方向の駆動電流を通電ケーブル４４を介して、電磁アクチュエータ４２に印加する。【００４８】
このとき、所定の方向とは逆方向の電流が電磁アクチュエータ４２に流れ、図４の左側方向に軟鉄３１及びレンズ４３ａが移動し、軟鉄３１と左側の磁石３３とが吸着して停止する。本実施形態でも、例えば図３の時刻T0のパルスで軟鉄３１と左側の磁石３３とが吸着して停止した後も、繰り返し周期的にパルスをコイル３２に流し続ける。【００４９】
このように周期的にパルスをコイル３２に印加することで、例えば、軟鉄３１が当接部３６に突き当たっている状態で、電磁アクチュエータ４２（または、内視鏡２ａの所定の位置）に衝撃が加わっても、次のパルスでレンズ４３ａが当接部３６の方向に引き戻される。パルスを印加する繰り返し周期は、第１の実施形態と同様に、内視鏡観察視野が一瞬ずれても診断に支障がない程度の短い時間（例えば、１秒程度）に設定する。【００５０】
第１の実施形態と同様に、パルスを印加する繰り返し周期は、常に一定である必要がなく、例えば、印加するパルス毎に異なる周期であってもよい。また、ユーザが設定部２３を用いて、パルスを印加する繰り返し周期を設定することができるようにしてもよい。さらに、タイミング発生回路２１は、駆動装置３ａに接続される内視鏡２ａからの内視鏡ＩＤ１８に応じて、パルスを印加する繰り返し周期を変更してもよい。【００５１】
また、本実施形態では、電磁アクチュエータ４２に印加する駆動パルスを図３を用いて説明、すなわち、第１の実施形態の電磁アクチュエータ１５に印加する駆動パルスを同じとして説明しているが、電磁アクチュエータ４２及び電磁アクチュエータ１５に印加する駆動パルスは、それぞれ異なっていてもよい。【００５２】
また、内視鏡装置１ａは、フォーカス調整及びズーム調整を行うことができる構成であるが、電磁アクチュエータ１５、フォーカスレンズユニット１６、通電ケーブル１７、及び、ドライバ回路２２を削除し、ズーム調整のみを行うことができる構成であってもよい。【００５３】
以上のように、レンズ駆動装置を構成する内視鏡装置１ａは、軟鉄３１が磁石３３または３４に吸着した後も、周期的にパルスを電磁アクチュエータ４２に印加するようにした。この結果、内視鏡装置１は、内視鏡観察中に電磁アクチュエータ４２（または内視鏡２ａの所定の位置）に外部衝撃が加わって、軟鉄３１が磁石３３または３４から離れてしまった場合でも、軟鉄３１が磁石３３または３４に直ちに吸着するため、内視鏡観察に支障が生じなくなる。【００５４】
よって、本実施形態のレンズ駆動装置によれば、第１の実施形態と同様に、アクチュエータに衝撃が加わった場合でも、安定して内視鏡観察を行うことができる。【００５５】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。【００５６】
本出願は、２０１４年７月１６日に日本国に出願された特願２０１４−１４６１９６号公報を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。
【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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