(57)【要約】【課題】  入出力切換回路に、特性悪化を抑制しながら入出力兼用の端子を設ける。【解決手段】  第１セレクタ１０は、外部から入力される複数の信号を選択する。第１オペアンプＯＰ１は、第１セレクタ１０の選択した信号を所定の増幅率で増幅する。第１出力端子３２は、第１オペアンプＯＰ１の出力信号を外部に出力する。第１出力端子３２と第２セレクタ２０との間には経路が設けられる。第１出力端子３２から信号が入力される場合、第１オペアンプＯＰ１をハイインピーダンス状態に設定する。第８抵抗３４は、第１出力端子３２から信号が入力される場合、終端抵抗として機能する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から入力される複数の信号を選択する選択回路と、
前記選択回路の選択した信号を所定の増幅率で増幅する増幅回路と、
前記増幅回路の出力信号を外部に出力する外部端子と、
前記外部端子と前記選択回路の入力側とを繋ぐ経路と、を備え、
前記外部端子から信号が入力される場合、前記増幅回路の出力側をハイインピーダンスに設定することを特徴とする入出力切換回路。
【請求項２】
前記増幅回路は、
オペアンプと、
それに接続された利得を設定するための抵抗と、を含み、
前記抵抗は、前記外部端子から信号が入力される場合、終端抵抗として機能することを特徴とする請求項１に記載の入出力切換回路。
【請求項３】
外部から入力される複数の信号を受ける第１外部入力端子群と、
前記第１外部入力端子群から入力される複数の信号を選択する第１選択回路と、
前記第１選択回路の選択した信号を所定の増幅率で増幅する第１増幅回路と、
前記第１増幅回路の出力信号を外部に出力する第１外部出力端子と、
外部から入力される複数の信号を受ける第２外部入力端子群と、
前記第２外部入力端子群から入力される複数の信号を選択する第２選択回路と、
前記第２選択回路の選択した信号を所定の増幅率で増幅する第２増幅回路と、
前記第２増幅回路の出力信号を外部に出力する第２外部出力端子と、
第１外部出力端子と前記第２選択回路の入力側とを繋ぐ経路と、を備え、
前記第１外部出力端子から信号が入力される場合、前記第１増幅回路の出力側をハイインピーダンスに設定することを特徴とする入出力切換回路。
【請求項４】
前記第１増幅回路は、
オペアンプと、
それに接続された利得を設定するための抵抗と、を含み、
前記抵抗は、前記第１外部出力端子から信号が入力される場合、終端抵抗として機能することを特徴とする請求項３に記載の入出力切換回路。
【請求項５】
前記第２外部入力端子群と前記第２選択回路の入力側とを繋ぐ、各経路内に挿入される第１抵抗と、
前記第１外部入力端子群と前記第１抵抗との間の各接続点と、所定の固定電位との間に挿入される第２抵抗と、をさらに備え、
前記第１増幅回路は、
オペアンプと、
その出力端子からその入力端子への帰還経路に挿入された第３抵抗と、
前記第３抵抗と前記オペアンプの入力端子との間の接続点と、所定の固定電位との間に挿入される第４抵抗と、を含み、
前記第１抵抗と前記第３抵抗、および前記第２抵抗と第４抵抗とを対応させたことを特徴とする請求項３に記載の入出力切換回路。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の入出力切換路回路と、
前記ハイインピーダンスに設定するか否かを制御する制御部と、
を備えることを特徴とする半導体集積装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テレビやＤＶＤレコーダなどのＡＶ機器の入出力インタフェースに適用可能な入出力切換回路、それを搭載した半導体集積装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＶＤプレイヤ、ＤＶＤまたはＨＤＤレコーダ、ゲーム機など、映像や音声の再生、記録を行うＡＶ機器が普及してきている。これに伴い、テレビなどの視聴用機器に接続されるケーブルの数も増えてきている。そのような視聴用機器の前面や後面などには、外部機器からの入力用、および外部機器への出力用のケーブルを差し込むための端子が複数設けられることが多くなってきている。
【０００３】
特許文献１および特許文献２は、１つのビデオ端子を入出力で共用できるビデオ入出力回路を開示する。特許文献１の図１、２では、Ｃ−ＭＯＳアナログスイッチＩＣからなるスイッチ３で、入力バッファ５と出力バッファ６とを選択的に切り替えることにより、１つのビデオ端子１を入力用と出力用とに切り替えて使用することを可能にしている。特許文献２の図１、図２でも、スイッチ１４によって経路の切り替えを行っている。
【特許文献１】特開２００２−２６２１２９号公報
【特許文献２】特開２００４−１０４７５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１、２に開示された回路では、１つの端子を入出力兼用にするため、入力の場合と出力の場合とで、スイッチを用いて経路を切り替えている。スイッチを用いると、信号特性を低下させる要因となる。特に、アナログスイッチを使用した場合、オン抵抗が大きくなる。
【０００５】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、特性悪化を抑制しながら入出力兼用の端子を設けることができる入出力切換回路、それを搭載した半導体集積装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の入出力切換回路は、外部から入力される複数の信号を選択する選択回路と、選択回路の選択した信号を所定の増幅率で増幅する増幅回路と、増幅回路の出力信号を外部に出力する外部端子と、外部端子と選択回路の入力側とを繋ぐ経路と、を備える。外部端子から信号が入力される場合、増幅回路の出力側をハイインピーダンスに設定する。「所定の増幅率」は、１倍であってもよい。
【０００７】
この態様によると、増幅回路の状態を制御することにより、例えばスイッチなど、特性を悪化させやすい部材を使用しなくても、外部端子を入出力兼用のものとすることができる。
【０００８】
増幅回路は、オペアンプと、それに接続された利得を設定するための抵抗と、を含んでもよい。抵抗は、外部端子から信号が入力される場合、終端抵抗として機能してもよい。この態様によると、外部端子を出力用に使用する場合、増幅回路の利得を設定するための抵抗を、外部端子を入力用に使用する場合、終端抵抗として転用することにより、部品数を抑えることができる。
【０００９】
本発明の別の態様もまた、入出力切換回路である。この入出力切換回路は、外部から入力される複数の信号を受ける第１外部入力端子群と、第１外部入力端子群から入力される複数の信号を選択する第１選択回路と、第１選択回路の選択した信号を所定の増幅率で増幅する第１増幅回路と、第１増幅回路の出力信号を外部に出力する第１外部出力端子と、外部から入力される複数の信号を受ける第２外部入力端子群と、第２外部入力端子群から入力される複数の信号を選択する第２選択回路と、第２選択回路の選択した信号を所定の増幅率で増幅する第２増幅回路と、第２増幅回路の出力信号を外部に出力する第２外部出力端子と、第１外部出力端子と第２選択回路の入力側とを繋ぐ経路と、を備える。第１外部出力端子から信号が入力される場合、第１増幅回路の出力側をハイインピーダンスに設定する。
【００１０】
この態様によると、第１増幅回路の状態を制御することにより、例えばスイッチなど、特性を悪化させやすい部材を使用しなくても、第１外部出力端子を入力用としても使用することができる。
【００１１】
第１増幅回路は、オペアンプと、それに接続された利得を設定するための抵抗と、を含んでもよい。抵抗は、第１外部出力端子から信号が入力される場合、終端抵抗として機能してもよい。この態様によると、第１外部出力端子を入力用に使用する場合、第１増幅回路の利得を設定するための抵抗を、終端抵抗として転用することにより、部品数を抑えることができる。
【００１２】
第２外部入力端子群と第２選択回路の入力側とを繋ぐ、各経路内に挿入される第１抵抗と、第１外部入力端子群と第１抵抗との間の各接続点と、所定の固定電位との間に挿入される第２抵抗と、をさらに備えてもよい。第１増幅回路は、オペアンプと、その出力端子からその入力端子への帰還経路に挿入された第３抵抗と、第３抵抗とオペアンプの入力端子との間の接続点と、所定の固定電位との間に挿入される第４抵抗と、を含んでもよい。第１抵抗と第３抵抗、および第２抵抗と第４抵抗とを対応させてもよい。「第１抵抗と第３抵抗、および第２抵抗と第４抵抗」の抵抗値を実質的に同一の値としてもよい。「所定の固定電位」は、グランド電位であってもよい。
【００１３】
この態様によると、第２外部入力端子群から信号を入力しても、第１外部出力端子から信号を入力しても、同様の特性で入力することができる。
【００１４】
本発明のさらに別の態様は、半導体集積装置である。この装置は、入出力切換路回路と、ハイインピーダンスに設定するか否かを制御する制御部と、を備える。
【００１５】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を装置、方法、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、特性悪化を抑制しながら入出力兼用の端子を設けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
まず、本発明の概要を説明する。本発明は、複数の入力端子から入力される信号を選択して、出力端子から出力する入出力切換回路である。例えば、入出力切換回路は、次のように使用される。テレビなどのディスプレイに搭載され、その入力端子に、ＤＶＤプレイヤと接続するケーブル、ゲーム機と接続するケーブルが繋がれ、その出力端子に拡張スピーカと接続するケーブルが繋がれる。そして、その入出力切換回路は、ＤＶＤプレイヤの再生するオーディオ信号、およびゲーム機が再生するオーディオ信号を選択して、拡張スピーカに出力する。このように、複数の入力信号から所望の信号を選択して出力することができる。
【００１８】
（実施形態１）
図１は、実施形態１における入出力切換回路の構成を示す図である。本実施形態では、入出力切換回路を半導体集積回路１００で構成した例を説明するが、集積回路化した形態に限るものではない。図１では、５つの入力端子１２、１４、１６、２２、２４を備える。第１入力端子１２、第２入力端子１４、および第３入力端子１６は、それぞれ第１抵抗Ｒ１２、第２抵抗Ｒ１４、第３抵抗Ｒ１６を介して第１セレクタ１０と接続する。また、第４入力端子２２、および第５入力端子２４は、それぞれ第９抵抗Ｒ４２、第１０抵抗Ｒ４４と接続する。
【００１９】
第１抵抗Ｒ１２、第２抵抗Ｒ１４、第３抵抗Ｒ１６、第９抵抗Ｒ４２、および第１０抵抗Ｒ４４は、第１セレクタ１０および第２セレクタ２０の保護用の抵抗であり、対応する入力端子１２、１４、１６、２２、２４からみえるインピーダンスを調整する。各入力端子１２、１４、１６、２２、２４に入力される信号（以下、本実施形態ではオーディオ信号とする。）は、これらの抵抗により所定量減衰する。
【００２０】
第１抵抗Ｒ１２、第２抵抗Ｒ１４、および第３抵抗Ｒ１６と、第１セレクタ１０との接続点は、それぞれ、第４抵抗Ｒ２２、第５抵抗Ｒ２４、および第６抵抗Ｒ２６を介して、グランド電位に接している。また、第９抵抗Ｒ４２、および第１０抵抗Ｒ４４と、第２セレクタ２０との接続点は、それぞれ、第１１抵抗Ｒ５２、および第１２抵抗Ｒ５４を介して、グランド電位に接している。
【００２１】
第４抵抗Ｒ２２、第５抵抗Ｒ２４、第６抵抗Ｒ２６、第１１抵抗Ｒ５２、および第１２抵抗Ｒ５４は、終端抵抗として機能する。これらの抵抗は、各入力端子１２、１４、１６、２２、２４に接続されたケーブル端における反射を防止する。これらの抵抗の抵抗値は、使用するケーブルの特性インピーダンスに応じて設定されるものであるが、一般的な規格では、７５Ωとなる。
【００２２】
第１入力端子１２から入力されるオーディオ信号は、第１抵抗Ｒ１２と第４抵抗Ｒ２２とにより分圧されて、第１セレクタ１０に入力される。第２入力端子１４、および第３入力端子１６に入力されるオーディオ信号も同様である。また、第４入力端子２２、および第５入力端子２４から入力されるオーディオ信号も、それぞれ分圧されて第２セレクタ２０に入力される。
【００２３】
第１セレクタ１０、および第２セレクタ２０は、入力が３系統、出力が１系統のセレクタであり、３つの入力信号から１つを選択して出力する。第１セレクタ１０、および第２セレクタ２０は、後述するマイコンなどにより切り替えられてもよいし、マニュアルで切り替えられてもよい。第１セレクタ１０の出力信号は、第１オペアンプＯＰ１の非反転入力端子に入力される。第２セレクタ２０の出力信号は、第２オペアンプＯＰ２の非反転入力端子に入力される。
【００２４】
第１オペアンプＯＰ１の出力端子と反転入力端子との間には、帰還抵抗として機能する第７抵抗Ｒ３２が接続され、その反転入力端子と第７抵抗３２との接続点と、グランド電位の間には、第８抵抗３４が接続される。第１オペアンプＯＰ１、第７抵抗Ｒ３２、および第８抵抗Ｒ３４は、非反転増幅器を構成する。
【００２５】
この非反転増幅器にて、反転入力端子電圧は、（第８抵抗Ｒ３４の抵抗値）／｛（第７抵抗Ｒ３２の抵抗値）＋（第８抵抗Ｒ３４の抵抗値）｝＊出力端子電圧Ｖｏとなる。オペアンプＯＰ１の非反転入力端子電圧と、反転入力端子電圧とは仮想短絡するため、非反転入力端子電圧Ｖｉと出力端子電圧Ｖｏとの間には、下記式１の関係が成立する。
【００２６】
Ｖｉ＝Ｒ３４／（Ｒ３２＋Ｒ３４）＊Ｖｏ
Ｖｏ＝（１＋Ｒ３２／Ｒ３４）Ｖｉ      …（式１）
よって、当該非反転増幅器の利得は、（１＋Ｒ３２／Ｒ３４）となり、第７抵抗Ｒ３２および第８抵抗Ｒ３４の少なくとも一方を調整することにより、所望の利得を得ることができる。
【００２７】
また、第７抵抗Ｒ３２および第８抵抗Ｒ３４の少なくとも一方を可変抵抗で構成し、その可変抵抗を調整することこにより、上記非反転増幅器の利得を動的に変更できるようにしてもよい。例えば、第１セレクタ１０が選択する信号に応じて、後述するマイコンが適応的に利得を変更していってもよい。
【００２８】
これと同様に、第２オペアンプＯＰ２の出力端子と反転入力端子との間には、帰還抵抗として機能する第１３抵抗Ｒ６２が接続され、その反転入力端子と第１３抵抗６２との接続点と、グランド電位との間には、第１４抵抗Ｒ６４が接続される。第２オペアンプＯＰ２、第１３抵抗６２、および第１４抵抗Ｒ６４は、非反転増幅器を構成する。この非反転増幅器の動作原理は、上述した通りである。
【００２９】
第１オペアンプＯＰ１は、その出力端子のインピーダンスを無限大にするモード（以下、ハイインピーダンスモードという。）を備える。このモードへの遷移、およびこのモードから通常動作モードへの復帰は、後述するマイコンなどにより制御されてもよし、マニュアルで制御されてもよい。ハイインピーダンスモードにするためには、例えば、第１オペアンプＯＰ１の電源をオフすればよい。このように、第１オペアンプＯＰ１の電源をオンオフ制御することにより、ハイインピーダンスモードへの遷移または通常動作モードへの復帰を制御することができる。
【００３０】
第１オペアンプＯＰ１の出力端子は、本入出力切換回路の第１出力端子３２に接続される。したがって、第１セレクタ１０が選択し、第１オペアンプＯＰ１を含む非反転増幅器の増幅した信号が第１出力端子３２から外部に出力される。この場合、第１オペアンプＯＰ１は、通常動作モードで動作する。同様に、第２オペアンプＯＰ２の出力端子は、本入出力切換回路の第２出力端子３４に接続される。
【００３１】
本実施形態は、第１出力端子３２を入出力兼用端子とする。すなわち、第１出力端子３２と外部機器とをケーブルで繋ぎ、当該機器からの信号を本入出力切換回路に入力することができる。その際、第１オペアンプＯＰ１をハイインピーダンスモードに設定する。これにより、第１オペアンプＯＰ１から第１出力端子３２に信号が出力されなくなる。これに対して、第１出力端子３２に外部から入力される信号は、第７抵抗Ｒ３２を介して第２セレクタ２０に入力される。第７抵抗Ｒ３２と第２セレクタ２０との接続点は、第８抵抗Ｒ３４を介してグランド電位に接している。
【００３２】
第７抵抗Ｒ３２および第８抵抗Ｒ３４は、第１出力端子３２から信号が入力される場合、第９抵抗Ｒ４２および第１２抵抗Ｒ５２に対応する機能を発揮する。すなわち、第８抵抗Ｒ３４が終端抵抗として機能し、第７抵抗Ｒ３２がインピーダンスを調整し、第７抵抗Ｒ３２および第８抵抗Ｒ３４で分圧された信号が第２セレクタ２０に入力される。例えば、第７抵抗Ｒ３２と第９抵抗Ｒ４２、および第８抵抗Ｒ３４と第１２抵抗Ｒ５２の抵抗値や特性を合わせてやれば、外部機器からのケーブルを第４入力端子２２または第１出力端子３２のいずれに繋いでも、同様の入力系となり、特性も一致する。
【００３３】
また、第７抵抗Ｒ３２および第８抵抗Ｒ３４の少なくとも一方を可変抵抗で構成し、第１出力端子３２から信号が入力される場合、第９抵抗Ｒ４２および第１２抵抗Ｒ５２の抵抗値に合わせ、第１出力端子３２から外部に信号が出力される場合、それと異なる抵抗値に設定することにより、第１オペアンプＯＰ１を含む非反転増幅器の利得を所望の値に設定することができる。
【００３４】
第２セレクタ２０は、第４入力端子２２、第５入力端子２４、および第１出力端子３２から入力されるオーディオ信号から１つを選択して、第２オペアンプＯＰ２に出力する。本実施形態では、第２出力端子３４を入出力兼用端子にしないため、第２オペアンプＯＰ２は、第１オペアンプＯＰ１のように、ハイインピーダンスモードは必要ない。もちろん、そのモードを備え、第２セレクタ２０から信号が出力されない場合、省電力化のためにスタンバイしてもよい。
【００３５】
以上説明したように本実施形態によれば、第１オペアンプＯＰ１にハイインピーダンスモードに遷移する機能を備えることにより、その出力端子と接続される端子を入出力兼用の端子とすることができる。すなわち、アナログスイッチなどのスイッチ素子を使用せずとも、入力信号と出力信号との衝突を回避することができる。また、そのようなスイッチを使用しないため、それによる特性悪化を防止することができる。
【００３６】
また、第１オペアンプＯＰ１の帰還系やグランド電位との間に挿入される利得を設定するための抵抗を、入力信号の減衰抵抗および終端抵抗として転用することにより、スイッチ素子などを使用せずとも終端処理を行うことができる。また、それによる特性悪化を防止することができる。また、部品数を削減することができる。また、第１オペアンプＯＰ１の出力側にスイッチが必要ないため、出力インピーダンスを低くすることができる。また、第１出力端子３２からの入力系を半導体集積回路１００内に配しているため、半導体集積回路１００外に配線を増やす必要がなく、システム全体を簡素化することができる。
【００３７】
図１に示した回路では、６つの入力系を５つの入力端子１２、１４、１６、２２、２４で実現することができ、端子数を削減することができる。また、入出力兼用端子が設けられると、それを搭載した機器を使用するユーザにとって柔軟な配線が可能となる。例えば、本入出力切換回路がテレビやＤＶＤデッキなどに適用される場合、入出力兼用の第１出力端子３２を正面に配置するとよい。一般に、すべての端子を正面に配置することは、面積的または意匠的に難しい場合もあり、機器の背面や側面にも端子が設けられる場合が多い。このような場合、正面に入出力兼用端子が設けられると、ユーザは背面や側面に手を伸ばさなくても、所望の配線を実現しやすくなる。すなわち、その機器に信号を入力したい場合と、そこから外部に信号を出力した場合のいずれの場合でも、その端子におけるケーブルの繋ぎ変えだけで、実現することができる。
【００３８】
（実施形態２）
図２は、実施形態２における入出力切換回路の構成を示す図である。実施形態１との共通部分については説明を省略する。実施形態２は、機器の端子を入出力兼用にするため、半導体集積回路１００の第１出力端子３２と、それを搭載する図示しないセット機器の端子とを結ぶ経路中のノードＮ２から、第６入力端子２６に通じる経路が設けられる。この経路は、半導体集積回路１００外に設けられ、例えば、セット機器のアプリケーション基板上に設けてもよい。第６入力端子２６は、第１５抵抗Ｒ４６を介して第２セレクタ２０と接続する。第１５抵抗Ｒ４６と、第２セレクタ２０との接続点は、第１６抵抗Ｒ５６を介してグランド電位に接している。
【００３９】
上記ノードＮ２と第１出力端子３２との間には、第１スイッチＳＷ２が挿入され、上記ノードＮ２と第６入力端子２６との間には、第２スイッチＳＷ４が挿入される。これらのスイッチＳＷ２、４のオンオフは、所定の信号により制御される。この信号は、後述するマイコンなどにより生成されてもよいし、マニュアルで生成されてもよい。また、デジタル信号により制御される場合、第２スイッチＳＷ４には、第１スイッチＳＷ２に与えられる信号の反転信号が与えられる。したがって、上記ノードＮ２と半導体集積回路１００との間には、入力系または出力系のいずれかの系が形成される。
【００４０】
以上説明したように第２実施形態によれば、半導体集積回路１００の外部に、機器の端子を入出力兼用にするための経路を設けることにより、既存の半導体集積回路１００を利用して、入出力兼用の端子を設けることができる。
【００４１】
（実施形態３）
図３は、実施形態３における入出力切換回路の構成を示す図である。実施形態３は、実施形態１にて説明した入出力切換回路とマイコンなどの制御部５０をワンチップ化した例である。実施形態１と共通部分については説明を省略する。実施形態３における半導体集積回路１００は、制御部５０を内蔵し、制御部５０は、第１オペアンプＯＰ１のハイインピーダンスモードへの遷移、または通常動作モードへの復帰を制御する。また、第１セレクタ１０および第２セレクタ２０における入力信号の選択動作を制御する。制御部５０は、図示しないユーザインタフェースからの指示により、これらの制御を行ってもよいし、図示しないセンサからの検出信号に基づき、それを行ってもよい。
【００４２】
制御部５０は、本半導体集積回路１００が搭載されるセット機器全般の制御を行うことができる。また、図示しないが第１オペアンプＯＰ１および第２オペアンプＯＰ２の出力信号を外部に出力するだけでなく、当該セット機器内部に取り込んでよい。
【００４３】
以上説明したように実施形態３によれば、入出力切換機能を内蔵した特定機器用の半導体集積回路１００を実現することができる。
【００４４】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００４５】
実施形態では、オーディオ信号を例に説明したが、ビデオ信号など、それ以外の信号にも適用可能である。また、実施形態では、２つのセレクタ１０、２０を設ける例を説明したが、１つまたは３つ以上設ける形態も可能である。さらに、実施形態では、入出力兼用の端子を１つ設ける例を説明したが、複数設けることも、もちろん可能である。さらに、端子数を削減したり、柔軟な配線が可能が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施形態１における入出力切換回路の構成を示す図である。
【図２】実施形態２における入出力切換回路の構成を示す図である。
【図３】実施形態３における入出力切換回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  第１セレクタ、  １２  第１入力端子、  １４  第２入力端子、  １６  第３入力端子、  ２０  第２セレクタ、  ２２  第４入力端子、  ２４  第５入力端子、  第１出力端子、  第２出力端子、  ＯＰ１  第１オペアンプ、  ＯＰ２  第２オペアンプ、  Ｒ３２  第７抵抗、  Ｒ３４  第８抵抗。
【図１】
2006180128.tif 000003
【図２】
2006180128.tif 000004
【図３】
2006180128.tif 000005