(57)【要約】【課題】  撮影画面中心に対して対象な位置にある２つの焦点検出エリアにおける焦点検出性能差を解消する。【解決手段】  複数の焦点検出エリアの内の撮影画面中心に対して対象な位置に設定された第１の焦点検出エリアと第２の焦点検出エリアにおいて、第１の焦点検出エリアに対応するイメージセンサーアレイ（ＲＡ、ＲＢ）の転送レジスターＲＲを第１の出力端子ＯＵＴ１へ接続するとともに、第２の焦点検出エリアに対応するイメージセンサーアレイ（ＬＡ、ＬＢ）の転送レジスターＬＲを第１の出力端子ＯＵＴ１とは異なる第２の出力端子ＯＵＴ２へ接続し、第１の出力端子ＯＵＴ１からの第１の焦点検出エリアに対応するイメージセンサーアレイ（ＲＡ、ＲＢ）の電荷信号の読み出しと、第２の出力端子ＯＵＴ２からの第２の焦点検出エリアに対応するイメージセンサーアレイ（ＬＡ、ＬＢ）の電荷信号の読み出しとを同時に行う。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光強度に応じた電荷を蓄積する複数の光電変換素子からなるイメージセンサーアレイであって、撮影光学系の撮影画面内に設定された複数の焦点検出エリアのそれぞれに対して設けられる複数イメージセンサーアレイと、
前記各イメージセンサーアレイに対して設けられ、蓄積電荷を転送する複数の転送レジスターと、
前記複数の転送レジスターから転送された電荷信号を出力する複数の出力端子とを備えたイメージセンサーであって、
前記複数の焦点検出エリアの内の前記撮影画面の中心に対して対象な位置に設定された第１の焦点検出エリアと第２の焦点検出エリアにおいて、前記第１の焦点検出エリアに対応する前記イメージセンサーアレイの前記転送レジスターを第１の出力端子へ接続するとともに、前記第２の焦点検出エリアに対応する前記イメージセンサーアレイの前記転送レジスターを前記第１の出力端子とは異なる第２の出力端子へ接続することを特徴とするイメージセンサー。
【請求項２】
請求項１に記載のイメージセンサーを備えた焦点検出装置であって、
前記各イメージセンサーアレイ上に被写体像を結像させる焦点検出光学系と、
前記複数のイメージセンサーアレイの電荷蓄積を制御する蓄積制御手段と、
前記複数の出力端子からの前記複数のイメージセンサーアレイの電荷信号の読み出しを制御する読み出し制御手段と、
前記複数の出力端子から読み出した電荷信号に基づいて前記複数の焦点検出エリアにおける前記撮影光学系の焦点調節状態を演算する焦点検出演算手段とを備え、
前記読み出し制御手段は、前記第１の出力端子からの前記第１の焦点検出エリアに対応する前記イメージセンサーアレイの電荷信号の読み出しと、前記第２の出力端子からの前記第２の焦点検出エリアに対応する前記イメージセンサーアレイの電荷信号の読み出しとを同時に行うことを特徴とする焦点検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点検出用イメージセンサーとそのイメージセンサーを用いた焦点検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮影画面周辺に複数の焦点検出エリアを備えた焦点検出装置において、イメージセンサーアレイと電荷転送用レジスターとの間に保持用メモリ部を設け、イメージセンサーアレイにおける電荷蓄積終了後にいったん蓄積電荷をメモリ部で保持し、その後に順次読み出すようにしたイメージセンサー装置が知られている。
（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
【特許文献１】特許第２７０５１５８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の装置では、保持用メモリに暗電流が混入して電荷蓄積信号が劣化することがある。そのため、例えば撮影画面の左と右に位置する２つの焦点検出エリアのイメージセンサーアレイから電荷信号を順に読み出すと、先に読み出した電荷信号と後から読み出した電荷信号とでは劣化度が異なり、これらの信号に基づいて焦点検出演算を行うと電荷信号の劣化度の違いに起因した焦点検出誤差を生じる。つまり、撮影画面の左と右に位置する２つの焦点検出エリアにおいて焦点検出性能に差が生じるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）  請求項１のイメージセンサーは、複数の焦点検出エリアの内の撮影画面中心に対して対象な位置に設定された第１の焦点検出エリアと第２の焦点検出エリアにおいて、第１の焦点検出エリアに対応するイメージセンサーアレイの転送レジスターを第１の出力端子へ接続するとともに、第２の焦点検出エリアに対応するイメージセンサーアレイの転送レジスターを第１の出力端子とは異なる第２の出力端子へ接続する。
（２）  請求項２の焦点検出装置は、第１の出力端子からの第１の焦点検出エリアに対応するイメージセンサーアレイの電荷信号の読み出しと、第２の出力端子からの第２の焦点検出エリアに対応するイメージセンサーアレイの電荷信号の読み出しとを同時に行わせる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、撮影画面中心に対して対象な位置にある第１と第２の焦点検出エリアにおいて、焦点検出性能差を解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明を自動焦点調節カメラに適用した一実施の形態を説明する。この一実施の形態では、撮影光学系の異なる領域を通過した被写体からの光束により焦点検出光学系によりイメージセンサー上に一対の被写体像を結像させ、一対の被写体像の像ずれ量に基づいて撮影光学系の焦点調節状態、すなわちデフォーカス量を検出するＴＴＬ位相差検出方式の焦点検出装置を例に上げて説明する。なお、外光式位相差検出方式の焦点検出装置に対しても本発明を適用することができる。
【０００８】
図１は一実施の形態の構成を示す図である。光学系１は撮影光学系（不図示）を通過した被写体光を後述する焦点検出用イメージセンサーの受光面へ導き、被写体像を結像させるための焦点検出用の光学系である。
【０００９】
図２は、撮影光学系（不図示）の撮影画面内に設定された焦点検出エリアを示す図である。この一実施の形態では、撮影画面Ｐ内に６個の焦点検出エリアＣＨ、ＣＶ、Ｌ、Ｒ、Ｔ、Ｂを設定した例を示す。撮影画面Ｐの中心を撮影光学系（不図示）の光軸が通る。焦点検出エリアＣＨとＣＶは撮影画面Ｐの中心、つまり撮影画面Ｐ上の撮影光学系の光軸が貫通する点において垂直に交差して配置される。焦点検出エリアＬとＲは撮影画面Ｐの中心に対して左右対称な撮影画面周辺の位置に配置され、焦点検出エリアＴとＢは撮影画面Ｐの中心に対して上下対象な撮影画面周辺の位置に配置される。
【００１０】
図１に戻り、イメージセンサー２は、焦点検出光学系１を通り、さらに上述した６個の焦点検出エリアＣＨ、ＣＶ、Ｌ、Ｒ、Ｔ、Ｂを通って導かれた被写体光を受光し、各焦点検出エリアごとに電荷蓄積を行って被写体光の光強度分布に応じた電荷信号を出力する。
【００１１】
コントローラー３はマイクロコンピューターとＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバーターなどの周辺部品を備え、イメージセンサー２の電荷蓄積と電荷信号の出力を制御するとともに、電荷信号に基づいて焦点検出演算を行う。
【００１２】
コントローラー３はマイクロコンピューターのソフトウエア形態により構成されるイメージセンサー制御部３-１、Ａ／Ｄ変換部３-２、演算処理部３-３を備えている。イメージセンサー制御部３-１はイメージセンサー２の入力端子Ｃ１〜Ｃ５およびラッチ端子ＬＡＴＣＨへコマンド信号を出力し、イメージセンサーアレイ２の電荷蓄積開始、電荷蓄積終了、電荷信号の転送出力（読み出し）などを指令する。Ａ／Ｄ変換部３-２はイメージセンサー２から読み出した電荷信号をデジタル信号に変換する。
【００１３】
演算処理部３-３は電荷信号に基づいて焦点検出演算を行い、撮影光学系（不図示）の焦点調節状態、すなわちデフォーカス量を検出する。なお、外光式位相差検出方法の焦点検出装置は被写体までの撮影距離を検出する。
【００１４】
図３はイメージセンサー２の詳細な構成を示す図である。イメージセンサー２は、１枚の半導体基板上に複数のイメージセンサーアレイ、保持用メモリ、電荷転送用レジスター、スイッチ回路、デコーダー、タイミングジェネレーターなどが配置されている。
【００１５】
図２に示す６個の焦点検出エリアＣＨ、ＣＶ、Ｌ、Ｒ、Ｔ、Ｂのそれぞれに対して一対のイメージセンサーアレイが設けられ、６対１２本のイメージセンサーアレイ（ＣＨＡ、ＣＨＢ）、（ＣＶＡ、ＣＶＢ）、（ＬＡ、ＬＢ）、（ＲＡ、ＲＢ）、（ＴＡ、ＴＢ）、（ＢＡ、ＢＢ）が配置される。イメージセンサーアレイは光強度に応じて電荷を蓄積する複数の光電変換素子を一列に並べて形成される。
【００１６】
焦点検出エリアＣＨにはイメージセンサーアレイＣＨＡとＣＨＢが対応し、同様に、エリアＣＶにはアレイＣＶＡとＣＶＢが、エリアＬにはアレイＬＡとＬＢが、エリアＲにはアレイＲＡとＲＢが、エリアＴにはアレイＴＡとＴＢが、エリアＢにはアレイＢＡとＢＢがそれぞれ対応する。各対のイメージセンサーアレイ上には、焦点検出光学系１によって各焦点検出エリアを通過した被写体からの対の光束が導かれ、対の被写体像が結像される。そして、各イメージセンサーアレイは被写体像の光強度分布に応じた電荷を蓄積する。
【００１７】
各イメージセンサーアレイで蓄積された電荷信号は、レジスターを介して転送されるまでの間、保持用メモリに一時的に保持される。保持用メモリは複数のメモリ素子を一列に並べて形成され、各イメージセンサーアレイに対して１本の保持用メモリが配置される。
【００１８】
イメージセンサーアレイＣＨＡに対しては保持用メモリＣＨＭＡが対応し、同様に、アレイＣＨＢにはメモリＣＨＭＢが、アレイＣＶＡにはメモリＣＶＭＡが、アレイＣＶＢにはメモリＣＶＭＢが、アレイＬＡにはメモリＬＭＡが、アレイＬＢにはメモリＬＭＢが、アレイＲＡにはメモリＲＭＡが、アレイＲＢにはメモリＲＭＢが、アレイＴＡにはメモリＴＭＡが、アレイＴＢにはメモリＴＭＢが、アレイＢＡにはメモリＢＭＡが、アレイＢＢにはメモリＢＭＢがそれぞれ対応する。
【００１９】
各イメージセンサーアレイで蓄積され、保持用メモリに一時的に保持された電荷信号は、各イメージセンサーに対応して配置されるレジスターを介して転送され、読み出される。この電荷転送用のレジスターは、基本的には各対のイメージセンサーアレイごとに１本ずつ設けられる。しかし、撮影画面中央に縦に配置された対のイメージセンサーアレイＣＶＡとＣＶＢに対しては、撮影画面中央に横に配置された対のイメージセンサーアレイＣＨＡとＣＨＢのレジスターＣＨＲに分断されるので、それぞれ別個のレジスターＣＶＲＡとＣＶＲＢが設けられる。
【００２０】
イメージセンサーアレイＣＨＡとＣＨＢに対してはレジスターＣＨＲが対応し、同様に、アレイＣＶＡにはレジスターＣＶＲＡが、アレイＣＶＢにはレジスターＣＶＲＢが、アレイＬＡとＬＢにはレジスターＬＲが、アレイＲＡとＲＢにはレジスターＲＲが、アレイＴＡとＴＢにはレジスターＴＲが、アレイＢＡとＢＢにはレジスターＢＲがそれぞれ対応する。
【００２１】
各電荷転送用レジスターは２個のスイッチ回路Ｓ１とＳ２のいずれかに接続される。スイッチ回路Ｓ１にはレジスターＣＨＲ、ＴＲ、ＲＲが接続され、それらのレジスターからの電荷信号を切り換えて出力端子ＯＵＴ１から出力する。スイッチ回路Ｓ２にはレジスターＣＶＲＡ、ＣＶＲＢ、ＢＲ、ＬＲが接続され、それらのレジスターからの電荷信号を切り換えて出力端子ＯＵＴ２から出力する。
【００２２】
したがって、出力端子ＯＵＴ１からはイメージセンサーアレイＣＨＡ、ＣＨＢ、ＴＡ、ＴＢ、ＲＡ、ＲＢの電荷信号が出力され、出力端子ＯＵＴ２からはイメージセンサーアレイＣＶＡ、ＣＶＢ、ＢＡ、ＢＢ、ＬＡ、ＬＢの電荷信号が出力される。
【００２３】
イメージセンサーアレイ（ＬＡ、ＬＢ）と（ＲＡ、ＲＢ）は、撮影画面中心に対して左右対称に配置される焦点検出エリアＬとＲに対応するイメージセンサーアレイである。また、イメージセンサーアレイ（ＴＡ、ＴＢ）と（ＢＡ、ＢＢ）は、撮影画面中心に対して上下対象に配置される焦点検出エリアＴとＢに対応するイメージセンサーである。これらの撮影画面Ｐの中心、つまり撮影画面Ｐ上の撮影光学系（不図示）の光軸が垂直に交わる点に対して対象に配置された焦点検出エリアに対しては、対応する２対のイメージセンサーアレイの電荷信号をそれぞれ別の出力端子から同時に出力する。
【００２４】
撮影画面中心に対して左右対称に配置される焦点検出エリアＬとＲに対応する２対のイメージセンサーアレイ（ＬＡ、ＬＢ）と（ＲＡ、ＲＢ）では、一方の対のイメージセンサーアレイ（ＬＡ、ＬＢ）の電荷信号をスイッチ回路Ｓ２を介して出力端子ＯＵＴ２から、他方の対のイメージセンサー（ＲＡ、ＲＢ）の電荷信号をスイッチ回路Ｓ１を介してＯＵＴ１からそれぞれ同時に出力する。
【００２５】
同様に、撮影画面中心に対して上下対象に配置される焦点検出エリアＴとＢに対応する２対のイメージセンサーアレイ（ＴＡ、ＴＢ）と（ＢＡ、ＢＢ）では、一方の対のイメージセンサーアレイ（ＴＡ、ＴＢ）の電荷信号をスイッチ回路Ｓ１を介して出力端子ＯＵＴ１から、他方の対のイメージセンサーアレイ（ＢＡ、ＢＢ）の電荷信号をスイッチ回路Ｓ２を介して出力端子ＯＵＴ２からそれぞれ同時に出力する。
【００２６】
デコーダＤＣは、コマンド端子Ｃ１〜Ｃ５とラッチ端子ＬＡＴＣＨから入力したコントローラー３からのコマンド信号のコードを解読する。タイミングジェネレーターＴＧは、各イメージセンサーアレイ、保持用メモリ、電荷転送用レジスターに対してコマンドコード解読結果の各種命令を実行させる。
【００２７】
図４は一実施の形態の焦点検出動作を示すフローチャートである。このフローチャートにより、一実施の形態の動作を説明する。コントローラー３は、外部から焦点検出開始の指令信号を受信するとこの焦点検出動作を開始する。
【００２８】
ステップ１においてイメージセンサーアレイごとに電荷蓄積開始指令と終了指令を出力して電荷の蓄積を行う。なお、イメージセンサーアレイごとに電荷蓄積時間が異なるので、特開平０８−０７６００２号公報で提案されているように、各イメージセンサーアレイの電荷蓄積時間の中間点が揃うように電荷蓄積時刻をずらすのが望ましい。各イメージセンサーアレイで蓄積した電荷は保持用メモリに移し、転送用レジスターにより転送するまでの間、保持用メモリで一時的に保持する。
【００２９】
ステップ２では撮影画面中央のイメージセンサーアレイＣＨＡ、ＣＨＢ、ＣＶＡ、ＣＶＢの電荷転送用レジスターＣＨＲ、ＣＨＲＡ、ＣＨＲＢに電荷転送指令を出力し、保持用メモリＣＨＭＡ、ＣＨＭＢに保持されているイメージセンサーＣＨＡ、ＣＨＢの電荷信号を出力端子ＯＵＴ１から出力すると同時に、保持用メモリＣＶＭＡ、ＣＶＭＢに保持されているイメージセンサーＣＶＡ、ＣＶＢの電荷信号を出力端子ＯＵＴ２から出力する。Ａ／Ｄ変換部３-２は、イメージセンサー２の出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２から出力された電荷信号をデジタル電荷信号に変換する。
【００３０】
ステップ３でイメージセンサー（ＣＨＡ、ＣＨＢ）と（ＣＶＡ、ＣＶＢ）の電荷信号に基づいて焦点検出演算を行い、撮影画面中央の焦点検出エリアＣＨとＣＶにおける撮影光学系（不図示）のデフォーカス量を検出する。
【００３１】
ステップ４において撮影画面左右のイメージセンサーアレイ（ＬＡ、ＬＢ）と（ＲＡ、ＲＢ）の電荷転送用レジスターＬＲ、ＲＲに電荷転送指令を出力し、保持用メモリＲＭＡ、ＲＭＢに保持されているイメージセンサーアレイ（ＲＡ、ＲＢ）の電荷信号を出力端子ＯＵＴ１から出力すると同時に、保持用メモリＬＭＡ、ＬＭＢに保持されているイメージセンサーアレイ（ＬＡ、ＬＢ）の電荷信号を出力端子ＯＵＴ２から出力する。Ａ／Ｄ変換部３-２は、イメージセンサー２の出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２から出力された電荷信号をデジタル電荷信号に変換する。
【００３２】
ステップ５でイメージセンサーアレイ（ＬＡ、ＬＢ）と（ＲＡ、ＲＢ）の電荷信号に基づいて焦点検出演算を行い、撮影画面左右の焦点検出エリアＬとＲにおける撮影光学系（不図示）のデフォーカス量を検出する。
【００３３】
ステップ６において撮影画面上下のイメージセンサーアレイ（ＴＡ、ＴＢ）と（ＢＡ、ＢＢ）の電荷転送用レジスターＴＲ、ＢＲに電荷転送指令を出力し、保持用メモリＴＭＡ、ＴＭＢに保持されているイメージセンサーアレイ（ＴＡ、ＴＢ）の電荷信号を出力端子ＯＵＴ１から出力すると同時に、保持用メモリＢＭＡ、ＢＭＢに保持されているイメージセンサーアレイ（ＢＡ、ＢＢ）の電荷信号を出力端子ＯＵＴ２から出力する。Ａ／Ｄ変換部３-２は、イメージセンサー２の出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２から出力された電荷信号をデジタル信号に変換する。
【００３４】
ステップ７でイメージセンサーアレイ（ＴＡ、ＴＢ）と（ＢＡ、ＢＢ）の電荷信号に基づいて焦点検出演算を行い、撮影画面上下の焦点検出エリアＴとＢにおける撮影光学系（不図示）のデフォーカス量を検出する。
【００３５】
図５は一実施の形態の動作を示すタイミングチャート、図６は従来の焦点検出装置の動作を示すタイミングチャートである。図６に示すように、従来の焦点検出装置では、撮影画面左右の焦点検出エリアＬとＲの焦点検出を行う場合に、まず左側の焦点検出エリアＬのイメージセンサーＬＡ、ＬＢの電荷信号を読み出し、焦点検出演算を行って左側の焦点検出エリアＬのデフォーカス量を検出した後に、右側の焦点検出エリアＲのイメージセンサーＲＡ、ＲＢの電荷信号を読み出し、焦点検出演算を行って右側の焦点検出エリアＲのデフォーカス量を検出していた。
【００３６】
そのため、右側の焦点検出エリアＲの電荷信号は、左側の焦点検出エリアの電荷信号読み出し時間と焦点検出演算時間とを加えた時間だけ、左側の焦点検出エリアＬの電荷信号よりも長く保持用メモリＲＭＡ、ＲＭＢに保持されることになり、保持用メモリＲＭＡ、ＲＭＢに保持されている間に暗電流が混入して電荷信号が劣化する。この結果、上述したように撮影画面左右の焦点検出エリアＬとＲにおいて焦点検出性能に差が生じてしまう。
【００３７】
これに対し一実施の形態の焦点検出装置では、撮影画面中心に対して左右対称に配置される焦点検出エリアＬとＲに対応するイメージセンサー（ＬＡ、ＬＢ）と（ＲＡ、ＲＢ）の電荷信号を別個のイメージセンサー出力端子ＯＵＴ１とＯＵＴ２から同時に読み出すようにしているので、左右の焦点検出エリアＬとＲの電荷信号の保持用メモリ（ＬＭＡ、ＬＭＢ）と（ＲＭＡ、ＲＭＢ）における保持時間は同一になり、電荷信号の劣化度合いは同じになる。したがって、撮影画面左右の焦点検出エリアＬとＲにおける焦点検出性能に差は生じない。
【００３８】
なお、撮影画面中心に対して上下対象に配置される焦点検出エリアＴとＢにおいても、左右の焦点検出エリアＬ、Ｒと同様に、一実施の形態では焦点検出性能に差は生じない。
【００３９】
このように、一実施の形態では、複数の焦点検出エリアの内の撮影画面中心に対して対象な位置に設定された第１の焦点検出エリアと第２の焦点検出エリアにおいて、第１の焦点検出エリアに対応するイメージセンサーアレイの転送レジスターを第１の出力端子へ接続するとともに、第２の焦点検出エリアに対応するイメージセンサーアレイの転送レジスターを第１の出力端子とは異なる第２の出力端子へ接続し、第１の出力端子からの第１の焦点検出エリアに対応するイメージセンサーアレイの電荷信号の読み出しと、第２の出力端子からの第２の焦点検出エリアに対応するイメージセンサーアレイの電荷信号の読み出しとを同時に行うようにした。これにより、撮影画面中心に対して対象な位置にある第１と第２の焦点検出エリアのイメージセンサーから読み出した電荷信号の劣化度合いが等しくなり、第１と第２の焦点検出エリアの焦点検出性能差がなくなる。
【００４０】
なお、上述したイメージセンサーでは、撮影画面中心に対して左右と上下に対象な位置の焦点検出エリアを例に上げて説明したが、撮影画面中心すなわち撮影画面上の撮影光学系の光軸が垂直に交わる点に対して対象な位置に配置される焦点検出エリアであればよく、例えば撮影画面の対角線上に配置される焦点検出エリアなどであってもよい。
【００４１】
また、上述した一実施の形態ではイメージセンサーアレイと電荷転送用メモリとの間に電荷保持用メモリを設けた例を示したが、本発明によって、撮影画面中心に対して対象な位置の２対の焦点検出エリアに対応する２対のイメージセンサーから同時に電荷信号を読み出すことができれば、必ずしも電荷保持用メモリを設ける必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】一実施の形態の構成を示す図である。
【図２】一実施の形態の撮影画面における焦点検出エリアの配置を示す図である。
【図３】一実施の形態のイメージセンサーアレイの配置を示す図である。
【図４】一実施の形態の焦点検出動作を示すフローチャートである。
【図５】一実施の形態の焦点検出動作を示すタイミングチャートである。
【図６】従来の焦点検出装置の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
１  焦点検出光学系
２  イメージセンサー
３  コントローラー
ＣＨＡ、ＣＨＢ、ＣＶＡ、ＣＶＢ、ＬＡ、ＬＢ、ＲＡ、ＲＢ、ＴＲ、ＴＢ、ＢＡ、ＢＢ  イメージセンサーアレイ
ＣＨＲ、ＣＶＲＡ、ＣＶＲＢ、ＬＲ、ＲＲ、ＴＲ、ＢＲ  電荷転送用レジスター
ＯＵＴ１、ＯＵＴ２  出力端子
【図１】
2006337558.tif 000003
【図２】
2006337558.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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