(57)【要約】【課題】従来と比べて簡単な構成，制御，信号処理により、室内の温度分布及び人体の存在や挙動の検出を行う赤外線センサシステムを提供すること。【解決手段】室内の温度分布検出範囲と人体検出範囲が同一エリアとなるようにサーモパイル１０，１１と焦電型赤外線検出器１２を複合化した赤外線センサ１と、サーモパイル信号処理部２と焦電型赤外線検出器信号処理部３と、前記赤外線センサを上下・左右方向に走査する垂直方向駆動手段５及び水平方向駆動手段６と、前記垂直方向駆動手段及び水平方向駆動手段を制御する垂直・水平駆動制御部７と、エリア別赤外線センサ情報記憶部８とで構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
室内の温度分布検出範囲と人体検出範囲が同一エリアとなるようにサーモパイルと焦電型赤外線検出器を複合化した赤外線センサと、サーモパイル信号処理部と焦電型赤外線検出器信号処理部と、前記赤外線センサを上下・左右方向に走査する垂直方向駆動手段及び水平方向駆動手段と、前記垂直方向駆動手段及び水平方向駆動手段を制御する垂直・水平駆動制御部と、エリア別赤外線センサ情報記憶部とで構成したことを特徴とする赤外線センサシステム。
【請求項２】
前記赤外線センサシステムにおいて、水平方向駆動手段により左右方向の赤外線センサの視野を重複するように動作させることを特徴とする請求項１記載の赤外線センサシステム。
【請求項３】
前記赤外線センサシステムにおいて、垂直方向駆動手段により上下方向の赤外線センサの視野を重複するように動作させることを特徴とする請求項１記載の赤外線センサシステム。
【請求項４】
前記赤外線センサシステムにおいて、水平方向駆動手段により左右方向の赤外線センサの視野角を重複するように動作させるとともに、垂直方向駆動手段により上下方向の赤外線センサの視野を重複するように動作させることを特徴とする請求項１記載の赤外線センサシステム。
【請求項５】
前記赤外線センサシステムにおいて、焦電型赤外線検出器信号処理部の情報とサーモパイル信号処理部の情報の時間変化をもとに室内における人体の位置を推測することを特徴とする請求項１記載の赤外線センサシステム。
【請求項６】
前記赤外線センサシステムが搭載された空気調和機において、空気調和機に記憶された空気調和機の設置情報に基づいて、赤外線センサの視野の水平方向駆動範囲を決定することを特徴とする請求項１，２，４のいずれか１項に記載の赤外線センサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家庭内の居室の温度分布や人体の存在検出や挙動検出などを行う赤外線センサシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、非接触で温度を測定する方法としては量子型赤外線センサによるものと熱型赤外線センサによるものがあった。量子型赤外線センサは、感度が高く応答は速いが、冷却が必要であり、民生用には不向きである。一方、熱型赤外線センサは、比較的感度は低く応答速度は低いが、冷却不要のため、民生市場で実用化されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１３は、特許文献１に記載された熱型赤外線センサの中で、比較的感度及び応答速度に優れた焦電型赤外線センサを用いた熱画像検出装置を示すものである。図１３において、熱画像検出装置は、直線軸上に１次元に配列された複数の焦電型熱検出素子群からなる赤外線センサと、赤外透過レンズと、前記赤外透過レンズを介し、前記焦電型熱検出素子群へ入射する赤外線量を制御するチョッパ機構や前記直線軸に一定角度だけ傾斜させた回転軸と、前記回転軸を中心として前記焦電型熱検出素子群を回転させて２次元の熱画像を得るものである。
【０００４】
前記従来の構成では、物体表面の温度検出を行うためには、焦電型熱検出素子群からなる赤外線センサへ入射する赤外線量を制御するチョッパ機構が不可欠である。また、検出熱画像の信頼性や精度を確保するためには、チョッパ開閉と焦電型熱検出素子群から出力される信号の取得及び水平駆動の同調や２次元の熱画像から人体の存在検出や挙動検出を行う必要があった。
【特許文献１】特開平６−１０５２３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような焦電型赤外線センサを用いた熱画像検出装置では、物体表面の温度検出を行うために、焦電型熱検出素子群へ入射する赤外線量を制御するチョッパ機構が不可欠であり、熱画像検出装置の構造が複雑になるという課題を有していた。
【０００６】
また、熱画像の取得には、チョッパ開閉と焦電型熱検出素子群から出力される信号の処理と水平駆動の同調や２次元の熱画像の画像処理により人体の存在や人体の挙動検出を行う必要があり、これらの処理のために高性能のマイクロプロセッサを用いて、煩雑な制御や信号処理を実現・実行しなければならないという課題を有していた。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、室内の温度分布検出範囲と人体検出範囲が同一エリアとなるようにサーモパイルと焦電型赤外線検出器を複合化した赤外線センサを用いることにより、簡単な構成，制御，信号処理により、室内の温度分布及び人体の存在及び位置の検出や人体の挙動検出を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明の赤外線センサシステムは、室内の温度分布検出範囲と人体検出範囲が同一エリアとなるようにサーモパイルと焦電型赤外線検出器を複合化した赤外線センサと、サーモパイル信号処理部と焦電型赤外線検出器信号処理部と、前記赤外線センサを上下・左右方向に走査する垂直方向駆動手段及び水平方向駆動手段
と、前記垂直方向駆動手段及び水平方向駆動手段を制御する垂直・水平駆動制御部と、エリア別赤外線センサ情報記憶部とで構成したものである。
【０００９】
これによって、従来と比べて簡単な構成・制御・信号処理により、室内の温度分布及び人体の存在及び位置の検出や人体の挙動検出を行うことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の赤外線センサシステムは、従来と比べて簡単な構成，制御，信号処理により室内の温度分布及び人体の存在及び位置の検出や人体の挙動検出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
第１の発明は、室内の温度分布検出範囲と人体検出範囲が同一エリアとなるようにサーモパイルと焦電型赤外線検出器を複合化した赤外線センサと、サーモパイル信号処理部と焦電型赤外線検出器信号処理部と、前記赤外線センサを上下・左右方向に走査する垂直方向駆動手段及び水平方向駆動手段と、前記垂直方向駆動手段及び水平方向駆動手段を制御する垂直・水平駆動制御部と、エリア別赤外線センサ情報記憶部とで構成されるものであり、従来と比べて簡単な構成で室内の温度分布を検出することができる。
【００１２】
第２の発明は、前記赤外線センサシステムにおいて、水平方向駆動手段により左右方向の赤外線センサの視野を重複するように動作させて比較的簡単な方法で、より正確な赤外線センサシステムに対して左右方向の人体位置の検出を行うことができる。
【００１３】
第３の発明は、前記赤外線センサシステムにおいて、垂直方向駆動手段により上下方向の赤外線センサの視野を重複するように動作させることにより、比較的簡単な方法で、より正確な赤外線センサシステムに対して前後方向の人体位置の検出や人体の挙動推定を行うことができる。
【００１４】
第４の発明は、前記赤外線センサシステムにおいて、水平方向駆動手段により左右方向の赤外線センサの視野角を重複する動作させるとともに、垂直方向駆動手段により上下方向の赤外線センサの視野を重複するように動作させることにより、赤外線センサシステムに対する人体の左右・前後方向の相対位置の検出を、より正確に行うことができる。
【００１５】
第５の発明は、前記赤外線センサシステムにおいて、サーモパイル信号処理部の情報の時間変化を用いて、焦電型赤外線検出器信号処理部の情報を補完することにより人体の存在検出の精度を向上することができる。
【００１６】
第６の発明は、前記赤外線センサシステムが搭載された空気調和機において、空気調和機に記憶された空気調和機の設置情報に基づいて、赤外線センサの視野の水平方向駆動範囲を決定することにより人体の存在できない範囲の人体検出を避けることができる。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における赤外線センサシステムの構成図を示すものである。図１において、１は、室内の温度分布検出範囲と人体検出範囲が同一エリアとなるようにサーモパイルと焦電型赤外線検出器を複合化した赤外線センサである。この赤外線センサ１は、図２のように、サーモパイルの温接点１０を、該焦電型赤外線検出器の受光電極１２上に形成したことを特徴としている（特開２０００−２７５１００号公報参照）。これにより、室内の温度分布検出範囲と人体検出範囲を同一エリアとする赤外線セン
サが構成される。
【００１９】
赤外線センサの視野角から入射される赤外線の量に応じた起電力がサーモパイルの温接点１０と冷接点１１間に生じ、これをサーモパイル信号処理部２にて、出力信号の温度換算を行うことにより、エリア４内の非接触の温度検出が可能となる。また、人の動きに応じて、赤外線センサの視野角から入射される赤外線の変化は、焦電型赤外線検出器１２出力の電気信号変化を発生し、これを焦電型赤外線検出器信号処理部３にてフィルタリングすることにより、エリア４内の人体の検出が可能となる。
【００２０】
５は、赤外線センサを垂直方向に走査し、温度分布検出と人体検出のエリアを室内の奥行き方向に変化させる垂直方向駆動手段であり、６は、温度分布検出と人体検出のエリアを左右方向に変化させる水平方向駆動手段である。赤外線センサ１は、前記２つの駆動手段により垂直・水平方向駆動制御部７からの命令によって、図１では、Ａ１→Ａ２→Ａ３→Ａ４→・・→Ａ９とエリア内の温度分布検出と人体検出を行い、結果として、室内全体の温度分布検出と人体検出を行う。
【００２１】
焦電型赤外線検出器１２は、振動や衝撃に対しても信号出力を発生するとともに、サーモパイルも熱時定数が大きいため、垂直・水平駆動制御部７と、サーモパイル信号処理部２と焦電型赤外線検出器信号処理部３は、同調させる。
【００２２】
例えば、垂直あるいは。水平走査から１〜２秒経過後にエリア内の温度分布の検出と人体検出を行う。これにより、サーモパイル，焦電型赤外線検出器の特性による誤検知を低減することができる。
【００２３】
図３（ａ）は、焦電型赤外線検出器信号処理部３の出力の時間経過を示したものであり、○はエリア内の人体検出、×は人体不在、＿は不定を示している。同時に室内全エリアの人体検出を行うことはできないため、図３（ａ）のようになる。赤外線センサの垂直・水平走査をＮ回，Ｎ＋１回と繰り返し、人体位置情報をエリア別センサ情報記憶部８に蓄えていく。この結果について、統計処理を行うことにより、室内における人体位置の推定が可能となる。
【００２４】
また、図３（ｂ）は、サーモパイル信号処理部２の出力の時間経過を示したものであり、エリア内の輻射温度結果を示している。赤外線センサの垂直・水平走査をＮ回，Ｎ＋１回と繰り返し、エリア別センサ情報記憶部８に蓄えていくこともできる。
【００２５】
これにより、従来と比べて簡単な構成，制御，信号処理により、室内の温度分布及び人体の存在及び位置の検出や人体の挙動検出を行う赤外線センサシステムを提供することができる。
【００２６】
（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施の形態における赤外線センサシステムの構成を示すものである。
【００２７】
前述の赤外線センサシステムにおいて、水平方向駆動手段により左右方向の赤外線センサの視野を重複するように動作させることにより図４のＡ１−Ａ２−Ａ３，・・，Ａ７−Ａ８−Ａ９のような重複箇所を有する温度分布検出及び人体検出エリアが得られる。例えば、図４のＡ１とＡ２において、双方のエリアに赤外線センサシステムにより人体が検出された場合、Ａ１の縦線部とＡ２横線部の重複エリアに人体が存在すると推定することもできる。つまり、Ａ１とＡ２の２エリアの人体検出結果の論理和を用いて３エリアの人体位置の推定が可能となる。Ａ２とＡ３や、更に赤外線センサシステムに対して左右方向に
並ぶＡ４−Ａ５−Ａ６とＡ７−Ａ８−Ａ９についても同様のことが言える。
【００２８】
これにより、従来と比べて、安価で、簡単な構成，制御，信号処理により、赤外線センサシステムに対して左右方向の人体位置を検出エリア以上に細分化して推定する赤外線センサシステムを提供することができる。
【００２９】
（実施の形態３）
図５は、本発明の第３の実施の形態における赤外線センサシステムの構成図を示すものである。
【００３０】
前述の赤外線センサシステムにおいて、垂直方向駆動手段により上下方向の赤外線センサの視野を重複するように動作させることにより図５のＡ１−Ａ６−Ａ７，・・，Ａ３−Ａ４−Ａ９のような温度分布検出及び人体検出エリアが得られる。例えば、図５のＡ２とＡ５において、双方のエリアに赤外線センサシステムにより人体が検出された場合、Ａ２の横線部とＡ５の縦線部の重複エリアに人体が存在すると推定することもできる。つまり、Ａ２とＡ５の２エリアの人体検出結果の論理和を用いて３エリアの人体位置の推定が可能となる。Ａ５とＡ８や、更に赤外線センサシステムに対して前後方向に並ぶＡ１−Ａ６−Ａ７とＡ３−Ａ４−Ａ９についても同様のことが言える。
【００３１】
図６は、本発明の第３の実施の形態における赤外線センサ視野角の垂直配光図を示すものである。１３は、赤外線センサシステムであり、人体検出を行うために室内の高所に設置される。赤外線センサシステム１３は、垂直方向に一定の視野角を有しており、垂直方向駆動手段により移動させることによって、例えば、図５のＡ２，Ａ５，Ａ８に対応する温度分布検出及び人体検出エリアを床面に配することになる。一方、座位１４、椅座１５、立位１６において、人体は高さを有しており、その状態によって、Ａ２−Ａ５−Ａ８で人体が検出されるエリアが異なる。
【００３２】
図７は、人体検出エリアに相当する赤外線センサの視野角と在室者の姿勢との関係を示したものである。１７は、Ａ２に相当する視野角の範囲のみ人体が検出される限界の範囲概略を示したもので、赤外線センサシステム１３の極近傍で、姿勢としては座位と推定できる。１８は、Ａ２とＡ５に相当する視野角に人体が検出される限界の範囲を概略示したものであり、姿勢は問わず、赤外線センサシステム１３の比較的近くに人体が存在すると推定できる。１９は、Ａ２，Ａ５，Ａ８に相当する視野角に人体が検出される限界範囲を概略示したもので、姿勢は問わず、赤外線センサシステム１３の少し離れたところに人体が存在すると推定できる。２０は、Ａ５，Ａ８に相当する視野角に人体が検出される限界範囲を概略示したもので、姿勢は問わず、赤外線センサシステム１３から比較的離れた所に人体が存在すると推定できる。２１は、Ａ８に相当する視野角のみに人体が検出される限界範囲を概略示したもので、姿勢は問わず、赤外線センサシステム１３から遠く離れた所に人体が存在すると推定できる。当然のことながら、赤外線センサシステムからの人体までの距離は、赤外線センサの視野角及び仰角に依存する。
【００３３】
これらにより、従来と比べて、安価で、簡単な構成，制御，信号処理により、赤外線センサシステムに対して前後方向の人体位置を検出エリア以上に細分化して推定するとともに一部人体の挙動・姿勢を推定する赤外線センサシステムを提供することができる。
【００３４】
（実施の形態４）
図８は、本発明の第４の実施の形態における赤外線センサシステムによる人体位置検出エリアの床面分布を示すものである。
【００３５】
本発明において、前記赤外線センサシステムは、水平方向駆動手段により左右方向の赤
外線センサの視野角を重複する動作を行うともに、垂直方向駆動手段により上下方向の赤外線センサの視野を重複するように動作を行うことにより、左右方向には、２２のような人体検出エリアの重複エリアを確保でき、前後方向には、２３のような人体重複エリアが確保できる。
【００３６】
これにより、温度分布検出及び人体検出エリアＡ１・・Ａ９において、赤外線センサシステム１３により人体検出を順次行い、人体検出結果の論理和を隣接の温度分布検出及び人体検出エリアＡ１・・Ａ９を算出することにより、室内を２５分割したエリアにおいて人体位置を推定できる。
【００３７】
（実施の形態５）
図９は、本発明の第５の実施の形態における赤外線センサシステムによる人体検出の流れを示したものである。赤外線センサシステム１３の焦電型赤外線検出器１２は、振動・衝撃・外部からの入射赤外線の変化に対しても信号出力を発生するため、赤外線センサの視野角の移動に伴い、人体の挙動による入射赤外線の変化以外の原因により不要な人体検出信号を発生する。そのため視野角移動開始（９０１）から焦電型赤外線検出器１２による人体検出情報取り込みを禁止する（９０２）。また、視野角移動終了（９０３）しても焦電型赤外線検出器１２の時定数が０．５〜１Ｈｚのため、不要な人体検出信号がＴ１時間（１〜２秒程度）継続する。したがって、視野角移動終了から更にＴ１時間は、焦電型赤外線検出器１２による人体の存在判定は禁止時間帯となる。
【００３８】
図１０（ａ）は、Ｔ１時間２６に人体の挙動がない場合の焦電型赤外線検出器１２の出力信号２４とサーモパイル信号処理部により算出されたエリアの輻射温度２５の時間変化を示したものである。Ｔ１時間２６を適切に設定することで、人体在検出の誤検出を回避できる。しかしながら、Ｔ１時間２６内にのみ、人体の移動や挙動が発生する可能性もある。
【００３９】
これに対し、室内の壁や床の温度時定数は長く、サーモパイル信号処理部により求められたエリア輻射温度の時間変化発生は人体の大きな挙動や移動と考えられる。図１０（ｂ）は、Ｔ１時間２６内に人体の移動や挙動が発生に伴う焦電型赤外線検出器１２の出力信号２４とサーモパイル信号処理部により算出されたエリアの輻射温度２５の時間変化を示した。人体の大きな挙動や移動に伴いエリアの輻射温度２５の△Ｔ以上の時間変化が発生する。
【００４０】
したがって、Ｔ１時間２６内は、サーモパイル信号処理部により求められたエリア輻射温度の△Ｔ以上の時間変化検出（９０４，９０５，９０６）により人体の存在判定を行う（９０７）。
【００４１】
これにより、焦電型赤外線検出器の特性によるＴ１時間２６内の人体誤検出を防止できるとともに、Ｔ１時間２６内での焦電型赤外線検出禁止に対する補完として、サーモパイル信号処理部による人体検出が可能となり、室内あるいはエリア内での人体在判定を確実に行うことができる。
【００４２】
（実施の形態６）
図１１は、本発明の第６の実施の形態における空気調和機に搭載された赤外線センサシステムの構成を示したものである。サーモパイル信号処理部２、焦電型赤外線検出器信号処理部３、垂直・水平駆動制御部７、エリア別センサ情報記憶部８は、空気調和機の制御装置２８内に構成される。また、室内の右端設や左端設置などの空気調和機の設置情報記憶部２７も有し、空気調和機の設置情報に基づいて、赤外線センサの視野の水平方向駆動範囲を決定することができる。
【００４３】
図１２は、室内の右端に空気調和機２９が設置された場合の温度分布検出及び人体検出エリアを示したものである。Ａ３，Ａ４，Ａ９は人体が存在できないエリアであり、この３エリアに関しては、温度分布検出及び人体検出が不要である。したがって、Ａ１-Ａ２-Ａ３−Ａ４−Ａ５−Ａ６−Ａ７−Ａ８−Ａ９と順次温度分布検出及び人体検出していたのに対し、空気調和機２９の設置状態に対応して、Ａ１-Ａ２−Ａ５−Ａ６−Ａ７−Ａ８と温度分布検出及び人体検出を行うように水平方向駆動手段及び垂直方向駆動手段を制御することができる。
【００４４】
これにより、室内の温度分布検出及び人体検出を行うエリア数を削減でき、室内１回あたりの室内の温度分布検出及び人体検出サイクルを短縮することができる。人体位置検出タイムポイントと実際の人体位置の時間差が少なくなり、より精度のよい人体位置情報を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明にかかる赤外線センサシステムは、従来と比べて簡単な構成で、室内の温度分布検出及び人体の挙動，位置，在室状況を検出することが可能であり、空気調和機や換気扇や空気清浄器などの用途に適用できる。
【００４６】
特に、冷凍サイクルの制御が３０〜６０秒間隔であるエアコンなどの室内空間の空調快適制御に適している。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態１における赤外線センサシステムの構成図
【図２】温度分布検出範囲と人体検出範囲を同一エリアとする赤外線センサの構成図
【図３】（ａ）本発明の実施の形態１におけるエリア別情報記憶部における焦電型赤外線検出器信号処理部出力結果の説明図（ｂ）本発明の実施の形態１におけるエリア別情報記憶部におけるサーモパイル信号処理部出力結果の説明図
【図４】本発明の実施の形態１における赤外線センサシステムの構成図
【図５】本発明の実施の形態２における赤外線センサシステムの構成図
【図６】本発明の第３の実施の形態における赤外線センサ視野角の垂直配光図
【図７】赤外線センサ視野角と在室者の姿勢との関係図
【図８】本発明の第４の実施の形態における赤外線センサシステムの人体位置検出エリアの床面分布図
【図９】本発明の第５の実施の形態における赤外線センサシステムの人体検出処理の流れ図
【図１０】（ａ）人体の挙動がない場合の焦電型赤外線検出器出力信号輻射温度の時間変化を示す図（ｂ）人体の挙動がある場合の焦電型赤外線検出器出力信号輻射温度の時間変化を示す図
【図１１】本発明の第６の実施の形態における空気調和機に搭載された赤外線センサシステムの構成図
【図１２】室内の右端に空気調和機が設置された場合の温度分布検出及び人体検出エリアを示す図
【図１３】従来の熱画像検出装置の断面図
【符号の説明】
【００４８】
１  赤外線センサ
２  サーモパイル信号処理部
３  焦電型赤外線検出器信号処理部
４  エリア
５  垂直方向駆動手段
６  水平方向駆動手段
７  垂直・水平駆動制御部
８  エリア別センサ情報記憶部
１０  サーモパイル温接点
１１  サーモパイル冷接点
１２  焦電型赤外線検出器
１４  座位
１５  椅座
１６  立位
１７  Ａ２の視野角の範囲のみ人体が検出される限界範囲
１８  Ａ２とＡ５の視野角に人体が検出される限界範囲
１９  Ａ２，Ａ５，Ａ８の視野角に人体が検出される限界範囲
２０  Ａ５，Ａ８の視野角に人体が検出される限界範囲
２１  Ａ８の視野角のみに人体が検出される限界範囲
２２  左右方向の人体検出エリアの重複エリア
２３  前後方向の人体検出エリアの重複エリア
２４  焦電型赤外線検出器１２の出力信号の時間変化
２５  サーモパイル信号処理部により算出されたエリアの輻射温度の時間変化
２６  不要な人体検出信号を取得しない時間
２７  空気調和機の設置情報記憶部
２８  空気調和機の制御装置
２９  空気調和機
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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