(57)【要約】【課題】反射型の光センサを用い、像振れ補正用の頂角プリズムその他の揺動部材の角度検出を高精度に行えるようにする。【解決手段】支点部３６を中心として正逆に揺動可能な頂角プリズム３３を含む揺動部材と、揺動部材を揺動可能に保持する固定フレーム３４と、曲面状の反射面８１，８２を有して揺動部材の部位に固定された測距用反射部８と、反射面８１，８２に向けて光を投射すると共に反射面８１，８２からの反射光を受けて揺動部材の揺動角に対応する信号を出力する角度センサ４ａ，４ｂとを備える。角度センサ４ａ，４ｂは反射型の光センサであり、測距用反射部８の反射面８１，８２は、揺動部材の角変位量に対して角度センサ４ａ，４ｂとの距離が一定の比率で変化するよう形状設定されるか、あるいは揺動部材の角変位量に対して角度センサ４ａ，４ｂの出力が一定の比率で変化するよう形状設定されている。【選択図】図４
2011150056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支点部を中心として正逆に揺動可能な揺動部材と、
前記揺動部材を揺動可能に保持する固定フレームと、
曲面状の反射面を有して前記揺動部材の部位に固設された測距用反射部と、
前記反射面に向けて光を投射すると共に前記反射面からの反射光を受けて前記揺動部材の揺動角に対応する信号を出力する角度センサとを備え、
前記角度センサは、前記測距用反射部の反射面に対向する位置で前記固定フレームに取り付けられた反射型の光センサであり、
前記測距用反射部の反射面は、前記揺動部材の角変位量に対して前記角度センサから投射される光の経路上での前記角度センサとの距離が一定の比率で変化するよう形状設定されていることを特徴とする角度検出装置。
【請求項２】
支点部を中心として正逆に揺動可能な揺動部材と、
前記揺動部材を揺動可能に保持する固定フレームと、
曲面状の反射面を有して前記揺動部材の部位に固設された測距用反射部と、
前記反射面に向けて光を投射すると共に前記反射面からの反射光を受けて前記揺動部材の揺動角に対応する信号を出力する角度センサとを備え、
前記角度センサは、前記測距用反射部に対向する位置で前記固定フレームに取り付けられた反射型の光センサであり、
前記測距用反射部の反射面は、前記揺動部材の角変位量に対して前記角度センサの出力が一定の比率で変化するよう形状設定されていることを特徴とする角度検出装置。
【請求項３】
前記反射面は、前記支点部を基準円の中心とするインボリュート曲線あるいはサイクロイド曲線に沿う輪郭を有する曲面であることを特徴とする請求項１記載の角度検出装置。
【請求項４】
前記揺動部材は、撮影レンズの光軸上にあって、頂角の向きが前記光軸に平行する前記支点部の軸線回りに変化させられる頂角プリズムを有し、
前記測距用反射部と前記角度センサは、前記支点部の軸線に直交する方向で対向配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の角度検出装置を備えた像振れ補正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は角度検出装置に係わり、特に撮影レンズを透して撮像素子に被写体像を結像する撮像光学系において、被写体像の振れを補正するべく揺動される頂角プリズムの揺動角検出に用いて好適な角度検出装置と、これを備えた像振れ補正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、動画や静止画を撮影するカメラなどの撮像光学系において、撮像素子に結像される被写体像の振れを補正するべく、撮影レンズの光軸方向に沿って３つの頂角プリズムを並べ、このうち２つを光軸に平行な軸線回りに頂角の向きが可変とされる揺動可能な可動プリズムとし、それらの揺動による光束偏向により撮影者の手振れなどに起因する被写体像の振れを補正できるようにした像振れ補正装置が知られている。
【０００３】
ここに、その種の像振れ補正装置では、揺動可能な頂角プリズム（可動プリズム）をマグネットと駆動コイルとにより構成される磁気回路の電磁力によって揺動させることが通例であるところ、可動プリズムの角度検出には磁気回路を構成するマグネットの磁気を検出するホール素子（磁気センサ）が用いられ、これによる磁電変換作用により可動プリズムの角度検出を行うようにしている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−９３１２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のように、可動プリズムの角度検出に磁気センサ（主としてホール素子）を用いるものによれば、可動プリズムに一体として組み付けられるマグネットの磁束だけでなく、そのマグネットと共に駆動用磁気回路を構成する固定側の駆動コイルによる磁束がホール素子に作用し、そのホール素子による高精度な角度検出に影響を及ぼす虞があった。
【０００６】
本発明は以上のような事情に鑑みて成されたものであり、その目的は反射型の光センサを用い、像振れ補正用の頂角プリズムその他の揺動部材の角度検出を高精度に行えるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するため、
支点部３５，３６を中心として正逆に揺動可能な揺動部材と、
前記揺動部材を揺動可能に保持する固定フレーム３４と、
曲面状の反射面８１を有して前記揺動部材の部位に固設された測距用反射部８と、
反射面８１に向けて光を投射すると共に反射面８１からの反射光を受けて前記揺動部材の揺動角に対応する信号を出力する角度センサ４ａ，４ｂとを備え、
角度センサ４ａ，４ｂは、測距用反射部８の反射面８１に対向する位置で固定フレーム３４に取り付けられた反射型の光センサであり、
測距用反射部８の反射面８１は、前記揺動部材の角変位量に対して角度センサ４ａ，４ｂから投射される光の経路上での角度センサ４ａ，４ｂとの距離が一定の比率で変化するよう形状設定されていることを特徴とする角度検出装置を提供する。
【０００８】
尚、反射面８１には、支点部３５，３６を基準円の中心とするインボリュート曲線あるいはサイクロイド曲線に沿う輪郭を有する曲面が適用される。
【０００９】
又、本発明は、
支点部３５，３６を中心として正逆に揺動可能な揺動部材と、
前記揺動部材を揺動可能に保持する固定フレーム３４と、
曲面状の反射面８２を有して前記揺動部材の部位に固設された測距用反射部８と、
反射面８２に向けて光を投射すると共に反射面８２からの反射光を受けて前記揺動部材の揺動角に対応する信号を出力する角度センサ４ａ，４ｂとを備え、
角度センサ４ａ，４ｂは、測距用反射部８に対向する位置で固定フレーム３４に取り付けられた反射型の光センサであり、
測距用反射部８の反射面８２は、前記揺動部材の角変位量に対して角度センサ４ａ，４ｂの出力が一定の比率で変化するよう形状設定されていることを特徴とする角度検出装置を提供する。
【００１０】
加えて、前記揺動部材は、撮影レンズ２１，２２，２３の光軸ｋ上にあって、頂角の向きが光軸ｋに平行する支点部３５，３６の軸線回りに変化させられる頂角プリズム３２，３３を有し、
測距用反射部８と角度センサ４ａ，４ｂは、支点部３５，３６の軸線に直交する方向で対向配置されていることを特徴とする角度検出装置を備えた像振れ補正装置を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る角度検出装置によれば、揺動部材を揺動可能に保持する固定フレームに角度センサ（反射型光センサ）が固定され、揺動部材にはその角変位量に対して光センサとの距離が一定の比率で変化するよう形状設定された反射面を有する測距用反射部が固設されることから、光センサの出力に基づいて反射面までの距離を検知し、その距離に対応する揺動部材の揺動角を迅速かつ正確に検出することができる。
【００１２】
更に、反射面の形状が、揺動部材の揺動中心を基準円の中心とするインボリュート曲線あるいはサイクロイド曲線に沿う輪郭を有する曲面とされる態様では、反射面と光センサとの距離を揺動部材の角変位量に対して誤差なく定率変化させることができ、しかもインボリュート曲面型では既存の工具を用いて容易に形成することができる。
【００１３】
又、揺動部材の角変位量に対してセンサ出力が一定の比率で変化するよう形状設定された反射面では、光センサの出力特性に合わせた高精度の角度検出が可能となる。
【００１４】
加えて、揺動部材が撮影レンズの光軸に平行な軸線回りに揺動する撮像光学系像触れ補正用の頂角プリズムを有するものであって、測距用反射部と光センサが頂角プリズムの揺動軸線に直交する方向で対向配置されているものでは、角度検出用の光が頂角プリズムを透過して撮像光学系に悪影響を及ぼすことを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の適用例として像振れ補正機能を有する撮像装置を示す構成図
【図２】像振れ補正装置を構成する頂角プリズムの斜視分解図
【図３】像振れ補正装置の縦断面図
【図４】本発明に係る角度検出装置を像振れ補正装置に適用した例を示す説明図
【図５】測距用反射部と角度センサの配置部分を示す部分拡大図
【図６】頂角プリズムが正側に揺動された状態を示す説明図
【図７】頂角プリズムが負側に揺動された状態を示す説明図
【図８】本発明に係る角度検出装置を構成する測距用反射部の実施形態を示す拡大図
【図９】角度センサの出力特性の一例を示すグラフ
【図１０】測距用反射部の反射面の変形例を示す部分拡大図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に基づき本発明に係る角度検出装置の一実施形態を説明する。先ず、図１に本発明に係る角度検出装置の適用例として、像振れ補正機能を有する撮像装置（例えば、ビデオカメラ）を示す。
【００１７】
図１において、１はカメラ本体、２はカメラ本体１に含まれるレンズ鏡筒であり、そのレンズ鏡筒２内には撮影レンズとして、前玉レンズ２１、変倍レンズ２２、及びフォーカスレンズ２３などが配置されている。このうち、変倍レンズ２２とフォーカスレンズ２３は、各々その光軸ｋ方向に移動可能とされており、その両者２２，２３の間には透過光量を調整するためのアイリス２４が設けられている。又、フォーカスレンズ２３の後方には、当該フォーカスレンズ２３により結像される光像（被写体像）を光電変換する撮像素子２５が設けられている。
【００１８】
一方、レンズ鏡筒２の一端（被写体側）には、撮影者の手振れなどに起因する像振れを補正するための像振れ補正装置３が装着されている。この像振れ補正装置３は、上記撮影レンズ（前玉レンズ２１、変倍レンズ２２、フォーカスレンズ２３など）の光軸ｋ方向に沿って配列する３つの頂角プリズム３１，３２，３３を具備してなるものであり、その一つ３１は固定部材として筒状の固定フレーム３４の枠体３４ａ（図３参照）に固定され、他の二つ３２，３３は揺動部材の主要構成体として縁枠３２ａ，３３ａと共に固定フレーム３４にて揺動可能に保持されている。特に、固定フレーム３４には、光軸ｋに平行する二つの支軸３５，３６（支点部）が設けられており、その支軸３５，３６を中心に頂角プリズム３２，３３および縁枠３２ａ，３３ａが光軸ｋと直交する面内で正逆に揺動可能とされている。
【００１９】
図１において、３７，３８は揺動部材としての頂角プリズム３２，３３を揺動させるための駆動コイルであり、この駆動コイル３７，３８は支軸３５，３６に近接して固定フレーム３４に取り付けられている。又、頂角プリズム３２，３３の縁枠３２ａ，３３ａには、駆動コイル３７，３８に対応してその内側となる位置にそれぞれヨーク３２ｂ，３３ｂを介して磁石３２ｃ，３３ｃが固設されている。更に、固定フレーム３４には、頂角プリズム３２，３３に対応してその揺動角を検出するための角度センサ４ａ，４ｂが設けられている。そして、係る像振れ補正装置３によれば、角度センサ４ａ，４ｂにより頂角プリズム３２，３３の揺動角を検出しながら、駆動コイル３７，３８に駆動電流を供給することにより、頂角プリズム３２，３３を正逆に揺動せしめて撮影者の手振れなどに起因する像振れ（撮像素子２５に結像される被写体像の振れ）を補正することができる。尚、頂角プリズム３２，３３の揺動により像振れが補正される原理については、特許文献１などに記載されるよう公知であるから、ここでの説明を省略する。
【００２０】
ここに、カメラ本体１には、その縦振れ量（図１の上下方向の振れ量）を検出するための振動センサ５ａ、カメラ本体１の横振れ量（図１の図示面直角方向の振れ量）を検出するための振動センサ５ｂ、それら振動センサ５ａ，５ｂや角度センサ４ａ，４ｂから検出信号が入力される制御部６（ＣＰＵ）、及び制御部６からの制御信号に基づいて駆動コイル３７，３８への通電量を制御するプリズム駆動回路７が内蔵され、これによりカメラ本体１の縦振れ量および横振れ量に応じて頂角プリズム３２，３３の揺動角変位が行なわれ、以って像振れの補正が可能とされている。
【００２１】
次に、像振れ補正装置３の構造を詳述すると、上記頂角プリズム３１，３２，３３はいずれもガラスや合成樹脂から形成される透明な光束偏向用光学部品であり、図２から明らかなように各々その頂角側が薄く、頂角とは反対側が厚い偏平な板状とされている。このうち、固定部材としての頂角プリズム３１は、その頂角が被写体側からみて例えば左下に向けられた状態で固定される。
【００２２】
又、揺動部材としての頂角プリズム３２，３３は、それぞれ頂角がＹ軸方向（上下方向）とＸ軸方向（水平方向）に向けられた状態を初期位置として、その頂角の向きが支軸３５，３６の軸線回りに変化するよう支軸３５，３６を中心に正逆に揺動可能とされている。加えて、頂角プリズム３２，３３は、各々その外周部に固定される縁枠３２ａ，３３ａを含み、その縁枠３２ａ，３３ａを介して上記固定フレーム３４に揺動可能に保持される。
【００２３】
図２および図３から明らかなように、縁枠３２ａ，３３ａは頂角プリズム３２，３３を抱き込むＣ字形の腕部３２ａ１，３３ａ１と、その腕部３２ａ１，３３ａ１の中央部分に一体的に連なる円筒状のボス部３２ａ２，３３ａ２とを有する。そして、そのボス部３２ａ２，３３ａ２内に軸受３２ｄ，３３ｄが嵌合され、その軸受３２ｄ，３３ｄに揺動中心となる支軸３５，３６が通される構成とされている。
【００２４】
尚、上記ヨーク３２ｂ，３３ｂは、ボス部３２ａ２，３３ａ２の外周に接着剤などにて固着されており、そのヨーク３２ｂ，３３ｂの外周に磁石３２ｃ，３３ｃが固着されている。特に、磁石３２ｃ，３３ｃは、頂角プリズム３２，３３の揺動方向一端側の表面磁極がＮ極、他端側の表面磁極がＳ極とされている。又、ボス部３２ａ２，３３ａ２の各一端には、図３に示されるよう座板３２ｅ，３３ｅが取り付けられており、その座板３２ｅ，３３ｅに後述する測距用反射部が取り付けられる構成とされている。
【００２５】
一方、図３から明らかなように、固定フレーム３４は、着脱自在な前後一対の枠体３４ａ，３４ｂを有する筒形であり、その両者３４ａ，３４ｂの間に二つの小片状の蓋部材３４ｃ，３４ｄが相対向して装着される構成とされている。そして、それら蓋部材３４ｃ，３４ｄに駆動コイル３７，３８が固定され、その駆動コイル３７，３８により磁石３２ｃ，３３ｃが取り囲まれるようになっている。特に、蓋部材３４ｃ，３４ｄには、上記測距用反射部に近接して、それぞれ上記角度センサ４ａ，４ｂ（図２、図３には示されない）が取り付けられ、それら角度センサ４ａ，４ｂにより頂角プリズム３２，３３の揺動角が検出可能とされている。すなわち、角度センサ４ａ，４ｂと、これに対応する測距用反射部は、本発明に係る角度検出装置を構成する。尚、頂角プリズム３２の揺動角を検出する角度検出装置と、頂角プリズム３３の揺動角を検出する角度検出装置は、いずれも同一の構成であるから、以下ではその一方（頂角プリズム３３に対応する角度検出装置）のみ図示してその構成を説明する。
【００２６】
図４において、８は上記の測距用反射部であり、その外周部分は例えばアルミニウム材料からなる鏡面仕上げされた反射面８１とされている。特に、反射面８１は角度センサ４ｂの出力特性に対応して形状設定されるものであり、本例ではその形状が支軸３６を基準円の中心とするインボリュート曲線に沿う輪郭を有する凸面状の曲面（インボリュート曲面）とされている。尚、測距用反射部８は支軸３６に隣接して座板３３ｅに固定され、その反射面８１は支軸３６の軸線に対して平行している。
【００２７】
一方、角度センサ４ｂは、測距用反射部８の反射面８１に対向して固定フレーム３４の蓋部材３４ｄに取り付けられている。蓋部材３４ｄには固定フレーム３４の内側に向けて延びるアーム部材３４ｄ１が一体に形成されており、そのアーム部材３４ｄ１の先端に角度センサ４ｂが固定されている。ここに、係る角度センサ４ｂは、反射面８１に向けて光を投射する図示せぬ発光素子と反射面８１からの反射光を受ける受光素子とを備える反射型の光センサであり、測距用反射部８とは支軸３６の軸線に直交する方向で対向している。したがって、反射面８１に投射される角度センサ４ｂからの光が頂角プリズム３３を透過せず、これにより図１に示した撮像素子２５に結像される被写体像への影響が防止可能とされている。
【００２８】
そして、上記のような角度検出装置によれば、角度センサ４ｂと反射面８１との距離、詳しくは、図５のように角度センサ４ｂから投射される光の経路上での角度センサ４ｂと反射面８１との距離Ｒから頂角プリズム３３の揺動角を正確に検出することができる。
【００２９】
ここに、本例によれば、頂角プリズムが図４に示す初期位置にあって、図４の反時計回りを正（＋）の揺動、時計回りを負（−）の揺動とし、頂角プリズム３３を図６のように正側に揺動させた場合に角度センタ４ｂと反射面８１との距離Ｒが大きくなり、逆に頂角プリズム３３を図７のように負側に揺動させた場合に角度センサ４ｂと反射面８１との距離Ｒが小さくなるようにしてある。特に、本例によれば、反射面８１が上記のようなインボリュート曲面とされていることから、頂角プリズム３３の角変位量に対して角度センサ４ｂと反射面８１との距離Ｒが一定の比率で変化する。
【００３０】
具体的には、図８のように頂角プリズムが正逆に角度αずつ揺動するとき、角度センサと反射面８１との距離Ｒ−３、Ｒ−２、Ｒ−１、Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が定量ずつ増減する。例えば、頂角プリズム３３が図４に示す初期位置にあるときの角度センサ４ｂと反射面８１との距離Ｒ０を１ｍｍとして、頂角プリズム３３を正逆に１度ずつ揺動させた場合、下表１に示すよう角度センサ４ｂと反射面８１との距離が例えば０．１ｍｍずつ増減することとなる。尚、頂角プリズム３３の角変位量に対して角度センサ４ｂと反射面８１との距離が一定の比率で変化するような反射面８１の形状には、上記のようなインボリュート曲面のほか、サイクロイド曲面（支軸３６を基礎円の中心とするサイクロイド曲線に沿う曲面）が挙げられる。
【００３１】
【表１】
2011150056.tif 000003
そして、上記のような角度検出装置によれば、角度センサ４ｂの出力（相対光電流）に基づいて反射面８１までの距離を検知し、その距離に対応する頂角プリズム３３の揺動角を検出しながら、その出力を図１に示した制御部６にフィードバックして頂角プリズム３３の角変位量を制御することができる。
【００３２】
尚、上記のように、頂角プリズム３３の角変位量に対して角度センサ４ｂと反射面８１との距離が一定の比率で変化する場合において、角度センサ４ｂの出力が反射面８１との距離に応じて一定の比率で変化するのであれば、複雑な演算を行わずして頂角プリズム３３の動作制御を高速で行うことができるものの、角度センサ４ｂとして用いられる汎用の反射型光センサは、一般にその出力が距離に応じて一定の比率で変化せず、例えば図９に示されるような出力特性（距離−相対光電流特性）を有するものであるから、その種のセンサが用いられた場合に角度検出に時間がかかることが懸念される。
【００３３】
すなわち、角度センサ４ｂとして、図９のような出力特性を有する反射型光センサが用いられる場合、その出力特性を現す曲線Ｃの近似式を図１に示す制御部６の記憶領域に格納しておけば、角度センサ４ｂの出力（相対光電流）から反射面８１までの距離を算定し、その距離に対応する頂角プリズム３３の揺動角を導き出すことができるが、これでは演算処理にかかる時間に起因して制御動作が遅延し、適正な像振れ補正が行えなくなる虞がある。
【００３４】
そこで、本発明は他の実施形態として、角度センサ４ｂに対向する反射面の曲面形状を工夫し、頂角プリズム３３の角変位量に対して角度センサ４ｂの出力が一定の比率で変化するようにしている。具体的には、角度センサ４ｂとして、図９に示されるような曲線Ｃで現される出力特性を有する反射型光センサが用いられる場合、測距用反射部８には、図１０に示されるような形状の反射面８２を有するものが用いられる。
【００３５】
図９および図１０を基に反射面８２の説明をすれば、係る反射面８２は、図９に示されるような出力特性を有する角度センサ４ｂに対応し、例えば頂角プリズム３３が初期位置（角変位量＝０）にあるときの角度センサ４ｂとの距離が１．５ｍｍ、頂角プリズム３３が正側に１０度揺動したときの角度センサ４ｂとの距離が３．０ｍｍ、頂角プリズム３３が負側に１０度揺動したときの角度センサ４ｂとの距離が１．０ｍｍとなるような形状に設定される。つまり、反射面８２は、頂角プリズム３３の角変位量に対して角度センサ４ｂの出力が図９に示される直線Ｌに沿って一定の比率で変化するよう、角度センサ４ｂとの距離が、頂角プリズム３３の角度αに対応する直線Ｌ上の相対向電流Ｌｄと同じ値の曲線Ｃ上での相対向電流Ｃｄに対応するＤ（ｍｍ）となるような形状に設定される。
【００３６】
そして、このような形状の反射面８２によれば、頂角プリズム３３の角変位量に対して角度センサ４ｂの出力を図９の直線Ｌの如く一定の比率で変化させることができるので、複雑な演算を行わずして角度センサ４ｂの出力に対応する頂角プリズム３３の角度を正確に検出し、その揺動制御を高速で行なうことが可能となる。尚、係る反射面８２によれば、角度センサ４ｂからの光が直角に入射しないものの、その入射角は大きく、しかも角度センサ４ｂとの距離は極短い範囲内で変化するだけであるから、角度センサ４ｂによる受光量の低減による検出誤差は許容範囲内に収めることができる。
【００３７】
以上、本発明に係る角度検出装置の実施形態を説明したが、反射面８１，８２は凸曲面とされることに限らず、凹曲面でもよい。更に、測距用反射部８は、揺動部材と別部材とされることに限らず、揺動部材と一体に形成されるものでもよい。又、上記例では像振れ補正装置を構成する頂角プリズムへの適用例を説明したが、本発明に係る角度検出装置は、頂角プリズム３２，３３に限らず、その他の揺動部材の角度検出にも好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００３８】
２１  前玉レンズ（撮影レンズ）
２２  変倍レンズ（撮影レンズ）
２３  フォーカスレンズ（撮影レンズ）
３２，３３  頂角プリズム（揺動部材）
３４  固定フレーム
３５，３６  支軸（支点部）
４ａ，４ｂ  角度センサ（反射型光センサ）
８  測距用反射部
８１，８２  反射面
ｋ  撮影レンズの光軸
【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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