(57)【要約】接触感知パネルであって、基板の一面に配置される複数の感知電極及び前記複数の感知電極の一側に連結される導線を含み、前記各感知電極は前記一側の反対方向に突出する凸部と前記一側に向かって窪む凹部をそれぞれ少なくとも１つ含む。前記各感知電極の凸部は隣接する少なくとも１つの感知電極の凹部に挿入する形態で配置されることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一面に配置される複数の感知電極と、
前記複数の感知電極の一側に連結される導線を含み、
前記各感知電極は前記一側の反対方向に突出する凸部と前記一側に向かって 窪む凹部をそれぞれ少なくとも１つ含み、
前記各感知電極の凸部は隣接する少なくとも１つの感知電極の凹部に挿入する形態で配置されることを特徴とする接触感知パネル。
【請求項２】
前記感知電極が形成される前記一面は、前記基板の唯一の面であることを特徴とする請求項１に記載の接触感知パネル。
【請求項３】
前記凸部は前記一側の反対方向に次第にその幅が減少し、前記凹部は前記一側に向かって次第にその幅が減少することを特徴とする請求項１に記載の接触感知パネル。
【請求項４】
前記感知電極が配置される基板は、電子機器のディスプレイウィンドウに取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の接触感知パネル。
【請求項５】
前記感知電極は、透明導電物質で形成されることを特徴とする請求項１に記載の接触感知パネル。
【請求項６】
隣接する２つの感知電極は、その凸部と凹部が互いに噛み合って四角形状の領域をなすことを特徴とする請求項１に記載の接触感知パネル。
【請求項７】
前記感知電極は前記凸部を複数備え、
前記複数の凸部は同じ方向に互いに平行に設けられることを特徴とする請求項１に記載の接触感知パネル。
【請求項８】
単一の電極層を有する接触感知パネルであって、
前記電極層を形成する複数の感知電極を含み、
前記複数の感知電極は少なくとも一部が鋸歯状からなり、
前記複数の感知電極のそれぞれは少なくとも１つの隣接する感知電極と鋸歯が互いに噛み合う形状に配置されることを特徴とする接触感知パネル。
【請求項９】
前記鋸歯は、その突出した方向の長さが幅よりも大きいことを特徴とする請求項８に記載の接触感知パネル。
【請求項１０】
前記鋸歯は、その幅が５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の接触感知パネル。
【請求項１１】
鋸歯が互いに噛み合う形状で隣接して配置された２つの感知電極は四角形状の領域をなすことを特徴とする請求項８に記載の接触感知パネル。
【請求項１２】
鋸歯が互いに噛み合う形状で隣接して配置された２つの感知電極間の間隔は１００μｍ以上であることを特徴とする請求項８に記載の接触感知パネル。
【請求項１３】
基板の一面に配置されて感知領域を形成し、第１軸に沿って延びる感知電極と、
前記感知電極と電気的に連結される接触感知部を含み、
前記感知電極は前記感知領域内で前記第１軸に沿って延びる多数のサブ電極に分割され、
前記感知電極を分割する多数のサブ電極間の領域に他の感知電極を分割するサブ電極が少なくとも１つ配置されることを特徴とするタッチセンサ装置。
【請求項１４】
前記接触感知部は、
接触により前記感知電極で生成される静電容量の変化を用いて前記接触を感知することを特徴とする請求項１３に記載のタッチセンサ装置。
【請求項１５】
前記接触感知部は、
互いに異なる感知電極に含まれる２つ以上のサブ電極で生成される前記静電容量の変化に基づいて接触入力を感知することを特徴とする請求項１３に記載のタッチセンサ装置。
【請求項１６】
前記サブ電極は、５ｍｍ以下の幅を有することを特徴とする請求項１３に記載のタッチセンサ装置。
【請求項１７】
互いに隣接する前記感知電極間の間隔は１００μｍ以上であることを特徴とする請求項１３に記載のタッチセンサ装置。
【請求項１８】
前記多数のサブ電極のうちの一部は前記第１軸方向に沿ってその幅が狭くなり、前記多数のサブ電極のうちの残りは前記第１軸方向に沿ってその幅が広くなることを特徴とする請求項１３に記載のタッチセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一の電極層を有する接触感知パネル及び接触感知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
接触感知装置とは、ユーザの接触位置を感知し、感知された接触位置に関する情報を入力情報と認識して画面制御を含む電子機器の全般的な制御を行うための入力装置をいう。接触感知装置は、ノートブックなどに適用されるタッチパッド、ディスプレイ画面上の接触入力を感知するタッチスクリーンなどを含む。
【０００３】
接触感知装置はユーザの入力により感知信号が生成される接触感知パネルと、感知信号を用いて入力を判断する接触感知部などを含み、接触感知パネルは感知信号の生成方式によって抵抗膜方式、静電容量方式などに区分される。ユーザの接触によるキャパシタンスの変化に基づいて接触位置を検出する静電容量方式接触感知パネルは高い耐久性とスライディング形態の入力への適合性などによりその適用範囲が次第に広がっている。
【０００４】
静電容量方式接触感知パネルは、キャパシタンスの変化を感知するための透明感知電極を含む。透明電極は、一般にインジウム錫酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）のような透明導電物質で形成される。従来は、この透明電極を２つの層に別々に形成して、一層は接触位置のＸ方向座標を、他層は接触位置のＹ方向座標を検出するために利用するのが一般的な形態であった。しかし、２つの層で透明電極を構成する場合、パネルの透明度が低下し、工程の追加により歩留まりが低下し、価格が上昇するという問題がある。そのため、近年は単一層で透明電極を構成する、いわゆる単一透明電極層構造の静電容量方式接触感知パネルに対する研究が進められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
単層構造の接触感知パネルは構造が単純で、工程の歩留まりが高く、価格が安いという長所を有する。また、厚さが薄く、超薄型電子機器に適用するのに適しており、透明度が高いため鮮明な画面を提供できる。
【０００６】
しかし、単層構造の接触感知パネルは、前述した従来の二重層の構造に比べて複数の透明電極の配置の自由度が低いため、検出された接触位置の正確度が多少低下し得るという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、接触感知パネルに適用可能な新たな形態の単層構造を提示することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、基板の一面に配置される複数の感知電極と、前記複数の感知電極の一側に連結される導線を含み、前記各感知電極は前記一側の反対方向に突出する凸部と前記一側に向かって窪む凹部をそれぞれ少なくとも１つ含み、前記各感知電極の凸部は隣接する少なくとも１つの感知電極の凹部に挿入する形態で配置されることを特徴とする接触感知パネルが提供される。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、単一の電極層を有する接触感知パネルであって、前記電極層を形成する複数の感知電極を含み、前記複数の感知電極は少なくとも一部が鋸歯状からなり、前記複数の感知電極のそれぞれは少なくとも１つの隣接する感知電極と鋸歯が互いに噛み合う形状に配置されることを特徴とする接触感知パネルが提供される。本発明の更に他の態様によれば、基板の一面に配置されて感知領域を形成し、第１軸に沿って延びる感知電極と、前記感知電極と電気的に連結される接触感知部を含み、前記感知電極は前記感知領域内で前記第１軸に沿って延びる多数のサブ電極に分割され、前記感知電極を分割する多数のサブ電極間の領域に他の感知電極を分割するサブ電極が少なくとも１つ配置されることを特徴とするタッチセンサ装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明による接触感知パネルによれば、接触位置の計算誤差を最小化して検出の正確度を高めることができるという効果を奏する。これにより、接触入力の線形性が改善される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態によるタッチスクリーンパネルの平面構造を示す図である。
【図２】図１の感知電極の形状と配置構造を具体的に説明する図である。
【図３】図１のタッチスクリーンパネルの断面構造を示す図である。
【図４】本タッチスクリーンパネルにユーザの指が接触した場合に現れるキャパシタンスの変化を示す図である。
【図５】図１のタッチスクリーンパネルを用いて接触位置を計算する過程を示す図である。
【図６】図１のタッチスクリーンパネルを用いて接触位置を計算する過程を示す図である。
【図７】本発明により接触位置検出の正確度が向上する効果を説明する図である。
【図８】本発明により接触位置検出の正確度が向上する効果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付する図面を参照して本発明による接触感知パネルについて説明する。以下の説明で同一であるか、対応する構成に対しては図面において同一の部材番号を用いて表示し、重複説明は省略する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態による接触感知パネルの平面構造を示す図であり、図２は、図１の感知電極１１１、１１２の形態を具体的に説明する図である。一方、図３は、図１におけるＡ−Ａ’線に沿った断面構造を示す図である。図面に示されているように、基板１２０の横方向をＸ方向、縦方向をＹ方向、厚さ方向をＺ方向で表示する。
【００１４】
図１を参照すれば、それぞれの感知電極１１１、１１２は一側で導線１３０と連結される。感知電極１１１、１１２は、感知領域１２４内で導線１３０と連結される一側と反対方向に突出する凸部１１３、及び前記一側方向に窪む凹部１１４を少なくとも１つ以上含む。互いに隣接する感知電極１１１、１１２の凹部１１４には他の感知電極１１１、１１２の凸部１１３が配置される。一実施形態として、一対の感知電極１１１、１１２のうち何れか一つの感知電極の凹部１１４にもう一つの感知電極の凸部１１３が配置されることで、一対の感知電極１１１、１１２は矩形状をなすことができる。
【００１５】
図３に示すように、本接触感知パネルは電子機器のディスプレイ画面の前面に設けられる基板１２０の背面に装着可能である。接触感知パネルがディスプレイ画面に装着される場合、基板１２０は感知電極１１１、１１２が配置される透明な感知領域１２４とディスプレイベゼルをなす不透明なベゼル領域１２２で構成される。基板１２０は電子機器のケース機構物の一部であって、均一な厚さと誘電率を有するアクリルや強化ガラスなどの透明材料からなる。ベゼル領域１２２は、基板１２０の背面に顔料を蒸着したり、印刷又は塗布して形成できる。
【００１６】
基板１２０の背面にはＸ方向に長く、櫛状又は鋸歯状の領域をなして形成された感知電極１１１、１１２が左右に対をなしてＹ方向に複数の位置に繰り返し配置されている。一対の感知電極１１１、１１２は、２つの斜面が互いに向かい合う形状に配置されており、その幅が最も広い端部側が導線１３０を経て接触感知回路部１４０の各感知チャネルに連結される。
【００１７】
図２によれば、左側の感知電極１１１はＸ方向に互いに平行に突出した３つの凸部１１３を有する。各凸部１１３の間には感知電極１１１により形成される領域の内側に向かって凹状の凹部１１４が設けられる。右側の感知電極１１２も同一の形態を有し、この２つの感知電極１１１、１１２は一側の凸部１１３が相手側の凹部１１４に挿入する形態で、即ち、鋸歯が互いに噛み合う形状に配置される。このように配置された２つの感知電極１１１、１１２により四角形状の領域が形成される。
【００１８】
凸部１１３はその突出した方向に次第に幅が狭くなる形態を有し、突出した長さに比べて幅がより小さい。このような構造により接触位置のＸ方向座標を計算できるようになるが、これについては後述する。
【００１９】
接触感知パネルが電子機器のディスプレイ画面に装着される場合、前述した感知電極１１１、１１２はＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯなどの膜型（ｆｉｌｍ -ｔｙｐｅ）の透明導電物質からなり、一面に透明導電物質が形成されている透明フィルム１１５を写真エッチング（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）などの方法を用いてパターニングすることで製作される。次に、パターニングされた感知電極１１１、１１２が形成された透明フィルム１１５上に銀（Ａｇ）などの導電性金属材料をシルクスクリーン法により印刷して導線１３０を形成できる。図３に示すように、感知電極１１１、１１２と導線１３０が形成された透明フィルム１１５は基板１２０の背面に積層（ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）される。図３には示されていないが、透明フィルム１１５の積層にはＯＣＡ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｌｅａｒ Ａｄｈｅｓｉｖｅ）のような接着剤を用いることができる。
【００２０】
導線１３０を通じて各感知電極１１１、１１２に電気的に連結される接触感知回路部１４０は基板１２０の感知領域１２４上に印加されるユーザの接触により現れるキャパシタンスの変化を感知する。図４に示すように、このキャパシタンスの変化はユーザの人体の一部、例えば、指先が感知領域１２４上の特定位置に接触する場合、該当位置の感知電極１１１、１１２と前記人体の接触面を２つの電極板とし、基板１２０と透明電極１１５を誘電物質とするキャパシタでモデリングされる、基板１２０の厚さ方向（Ｚ方向）に形成されるキャパシタンスＣｔと、ここに直列に連結されて接地される人体キャパシタンスＣｂにより現れるものである。接触感知回路部１４０は、このようなキャパシタンスにより現れる電気的な変化を感知するための電気回路で構成される。
【００２１】
座標演算部１５０は、接触感知回路部１４０により得られたキャパシタンスの変化に関するデータに基づいて接触位置のＸ方向及びＹ方向座標を計算する。接触感知回路部１４０と座標演算部１５０はＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）の形態で提供され、ＦＰＣＢ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）などの軟性基板（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｂｏａｒｄ）に実装されることが好ましい。このＩＣを実装した軟性基板は、基板１２０の背面側に形成された導線１３０とボンディング（ｂｏｎｄｉｎｇ）により電気的に連結される。適用可能なボンディング方法としては、ＡＣＦ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）などのフィルムを用いたボンディングが挙げられる。このように、タッチセンサ装置を硬性の（ｒｉｇｉｄ）基板１２０部分と軟性の（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）基板部分とに分けて構成し、ボンディング方法により連結することで、多様な形態の電子機器への組立性が向上する。
【００２２】
図５及び図６は、ユーザの接触により現れるこのキャパシタンスの変化を感知したことから接触位置のＸ方向及びＹ方向の座標を計算する過程を具体的に示す図である。図５に示すように、接触感知回路部１４０は０番〜１５番の１６個の独立した感知チャネルを有する。これらの感知チャネルを通じて接触感知回路部１４０は各感知電極１１１、１１２に対して現れるキャパシタンスの変化を感知する。
【００２３】
図５にはユーザの人体の一部（例えば、指先）が５番、６番、１３番及び１４番の感知チャネルが連結された感知電極に跨って基板１２０上に接触している状態が示されている。接触領域５０を斜線で示した丸で表示した。以下、説明の便宜上、各感知チャネルの番号によってそれに連結された各感知電極１１１、１１２に番号を付して呼ぶことにする。
【００２４】
図６は、各感知チャネルに対して接触感知回路部１４０から得られる接触信号の強度を棒グラフの形式で示す。参考までに、接触信号は前記接触により現れるキャパシタンスの変化量を反映させる信号であって、キャパシタンスの変化量を直接反映させる信号から環境雑音による影響と人体の接触による基板１２０の温度上昇により現れるキャパシタンスの変化などの雑音要因を除去した信号である。接触信号は、アナログ電圧又はデジタル値で示され、この信号の強度とは前記アナログ電圧の強度又は前記デジタル値の大きさを意味する。
【００２５】
図６を参照すれば、接触領域５０が形成されている５番、６番、１３番、１４番の感知電極に対して測定された接触信号の強度は該当感知電極上に接触領域５０が跨っている部分の面積に大体比例する傾向を示す。これは、前記接触により形成されるキャパシタンスＣｔがキャパシタの特性上、接触面積に比例し、人体キャパシタンスＣｂも接触面積に比例して増加するためである。
【００２６】
また、図６によれば、５番、６番、１３番、１４番の感知電極周辺に位置する、直接接触が発生しない３番、４番、７番、１５番の感知電極に連結された感知チャネルでもキャパシタンスの変化が感知される。この周辺チャネルで感知されるキャパシタンスの変化は、接触領域５０周辺で発生する電場の周辺成分（ｆｒｉｎｇｉｎｇ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）及び人体の接近によるものである。従って、直接接触が発生した５番、６番、１３番、１４番の感知電極から遠くなるほどその値が小さく現れる。また、右側端部に導線１３０が連結された１５番チャネルに比べて、接触領域５０から更に近い左側端部に導線１３０が連結された４番、７番のチャネルでその値が相対的に大きく現れる現象を確認することができるが、これは導線１３０が連結された端部における感知電極１１１、１１２の凸部１１３の幅が反対側端部における幅に比べて大きいため、接触面積が大きく形成されるためである。
【００２７】
以下、このように得られた接触信号の強度データに基づいて接触位置のＸ方向座標及びＹ方向座標を計算する過程について説明する。後で詳細に説明するが、２つの位置成分を計算するにおいては互いに異なる方法が適用される。
【００２８】
まず、接触位置のＸ方向成分を計算する方法は、以下の通りである。座標演算部１５０は、感知電極１１１の左側端部に導線１３０を通じて連結された０番〜７番のチャネルで得られた接触信号の強度と、感知電極１１２の右側端部に導線１３０を通じて連結された８番〜１５番のチャネルで得られた接触信号の強度の比（ｒａｔｉｏ）を計算する。計算の結果得られた比値に感知領域１２４の横長さを掛けると、最小値は０であり、最大値は感知領域１２４の横長さと同じ範囲の座標値が得られる。
【００２９】
この計算には０番〜７番のチャネルで得られた接触信号の強度の総和と８番〜１５番のチャネルで得られた接触信号の強度の総和が利用され得る。しかし、雑音による影響又は指の接触時に基板１２０に近接する手の平などによる影響を排除するために接触信号の強度が所定臨界値を超える感知チャネル（例えば、５番、６番、１３番、１４番のチャネル）で得られたデータのみを利用するように設計されることもできる。
【００３０】
次に、接触位置のＹ方向座標を計算する方法について説明する。接触位置のＹ方向座標は各感知チャネルが連結された感知電極１１１、１１２のＹ方向の中心位置に対して、該当感知チャネルで得られた接触信号の強度を重みとして重み平均を求めることで計算される。０番と１番の電極、８番と９番の電極のように隣接する２つの感知電極１１１、１１２間の間隔（ｐｉｔｃｈ）をＤとすれば、０番〜７番の電極のＹ方向の中心位置は（ｎ＋０.５）×Ｄのように表される。同様の方法で８番〜１５番の電極のＹ方向の中心位置は（ｎ−８＋０.５）×Ｄのように表される。ｎは各感知電極１１１、１１２に連結された感知チャネルの番号を示す。
【００３１】
以上で説明した接触位置のＸ方向及びＹ方向座標の計算方法は単純な平均又は重み平均演算を含む非常に単純なアルゴリズムにより実現される。従って、多くの演算リソースと格納空間なしに容易に実現されることができ、座標計算を速やかに行うことができる。また、上記方法によれば、少数の感知電極１１１、１１２を用いて接触位置のＸ方向及びＹ方向座標を容易、かつ、正確に識別できる。
【００３２】
図１及び図５には各感知電極１１１、１１２の凸部１１３の幅がその長さ方向に沿って線形的に減少する形態が示されている。しかし、感知電極１１１、１１２の形状は例示された形態に制限されず、必要に応じて、多様な形状に設計されることができる。
【００３３】
図７及び図８は、前述した感知電極１１１、１１２の形状及び配置構造により接触位置検出の正確性が高くなる原理を説明する。図７は、感知電極１１１、１１２の形状を凸部１１３と凹部１１４を有する形態の代わりに、単純な三角形状で構成する場合を例示する。図７に示した配置構造によれば、２つの感知電極１１１、１１２の境界部分が平行な直線からなる。以下、図７のように配置された２つの感知電極１１１、１１２に対して、同一のＸ方向座標を有する３つの位置５１、５１、５３にそれぞれ指を接触するとするとき、接触位置５１に対しては左側感知電極１１１により形成される面積が大きいため、検出された接触位置が左側に傾いて現れ、同じ理由で接触位置５２に対しては検出された接触位置が右側に傾いて現れる。このように、本発明による感知電極１１１、１１２の形状を適用しない場合、検出された接触位置のＸ方向成分がＹ方向成分と接触面積により影響を受けるという問題がある。
【００３４】
しかし、図８に示すように、本発明による感知電極１１１、１１２の形状と配置構造によれば、各感知電極１１１、１１２が複数の凸部１１３と凹部１１４とに分割されているので、検出された接触位置のＸ方向座標がＹ方向座標により受ける影響が最小化する。これにより、Ｘ方向座標の検出正確度が増加するようになる。
【００３５】
また、図８に示すように、各感知電極１１１、１１２が複数のサブ電極に分割されているが、互いに電気的に連結された構造であるため、これと連結された各導線１３０の個数は図7と同じである。従って、ベゼル領域１２２の幅の増加なしに接触位置を正確に感知できる。
【００３６】
図２に示す凸部１１３の最大幅ｗは、指による最小の接触面積を考慮して５ｍｍ以下に設計することが好ましい。また、２つの感知電極１１１、１１２の配置間隔は、２つの感知電極１１１、１１２間の寄生キャパシタンスが大きく形成されないように１００μｍ以上、好ましくは２００μｍに設計することが好ましい。
【００３７】
以上、単層構造の接触感知パネルに適用される感知電極１１１、１１２の形状及び配置構造について説明した。提案された形状及び構造は、感知電極１１１、１１２の配置の自由度が低い単層構造の接触感知パネルに主に適用されるが、同一の構造を多層構造の接触感知パネルの各層に設けられる感知電極に適用することも可能である。この場合、本発明により得られるのと同一の効果を得ることができる。
【００３８】
これまで感知電極１１１、１１２がＸ方向に長く形成された場合についてのみ説明したが、感知電極１１１、１１２をＹ方向に長く形成し、Ｘ方向の複数の位置に配置して構成することも可能である。
【００３９】
前記実施形態において、感知電極１１１、１１２を実質的に透明な伝導性物質で形成する場合、本発明による接触感知パネルは、タッチスクリーンパネルと理解され得る。また、感知電極１１１、１１２の材料と関係なく、タッチパッド、タッチキーパッドなどのような一般的なタッチセンサ装置にも本発明による電極構造を適用できるのはもちろんである。
【００４０】
以上の説明は、本発明に関する全般的な理解を促進するために提供されたものであり、本発明が前記説明された実施形態と同一の構造にのみ制限的に解釈されるのではない。本発明の属する分野において通常の知識を有する者であれば、このような記載から多様な形態の修正及び変形を加えることができる。従って、後述する特許請求の範囲だけでなく、この特許請求の範囲と均等であるか、等価的な変形がある全ての対象は本発明が包括する範囲に属するといえる。
【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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【図６】
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【図７】
2011511357.tif 000009
【図８】
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【国際調査報告】
2011511357.tif 000011
2011511357.tif 000012
2011511357.tif 000013
2011511357.tif 000014