(57)【要約】【課題】低輝度時の測光時間をより短縮することが可能な測光装置等を提供する。【解決手段】露光条件を異ならせてＣＣＤにより２回以上の測光用露光を行い、これらの結果に基づいて測光値を決定する測光装置であって、Ｂｖ値が２番目に低い測光範囲をカバーする露光２（Ｓ１１）をまず行って測光値を算出し（Ｓ１３）、ＣＣＤの有効ダイナミックレンジの下限値をこの測光値で割ったものを、露光２の露光時間に掛けて、さらに余裕分の係数を掛けることにより、一番低い測光範囲をカバーする露光１の露光時間を算出し（Ｓ１６）、この最短の露光時間で露光１を行って（Ｓ１７）測光値を算出する（Ｓ１９）測光装置。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子と、
露光条件に基づいて上記撮像素子を駆動する撮像素子駆動手段と、
露光条件を決定して上記撮像素子駆動手段を制御することにより上記撮像素子に測光用露光を行わせるものであり、必要な測光範囲が上記撮像素子の有効ダイナミックレンジを逸脱する場合には、露光条件を異ならせて複数回の測光用露光を行わせるように制御し、その際に、相対的に低い輝度に対応する一の測光範囲の測光を行うための一の露光条件による第１の測光用露光を行わせるに先行して、相対的に高い輝度に対応する他の測光範囲の測光を行うための他の露光条件による第２の測光用露光を行わせ、該第２の測光用露光による測光結果を用いて上記第１の測光用露光の露光条件を適応的に決定し、該第１の測光用露光を行わせるように制御する制御手段と、
を具備したことを特徴とする測光装置。
【請求項２】
上記第２の測光用露光は、上記第１の測光用露光に対応する一の測光範囲の輝度に次いで低い輝度の他の測光範囲に対応するものであることを特徴とする請求項１に記載の測光装置。
【請求項３】
上記制御手段は、上記第１の測光用露光の露光時間が、上記第２の測光用露光による測光結果から推定される必要な範囲内で、最短となるように、該第１の測光用露光の露光条件を決定するものであることを特徴とする請求項１に記載の測光装置。
【請求項４】
上記制御手段は、上記撮像素子の有効ダイナミックレンジの下限値を、上記第２の測光用露光による測光結果により除算したものに、該第２の測光用露光の露光時間を掛けることにより得られる算出時間を、上記第１の測光用露光の露光時間として決定するものであることを特徴とする請求項３に記載の測光装置。
【請求項５】
上記制御手段は、上記算出時間に、さらに１以上の係数を掛けたものを、余裕分を含む上記第１の測光用露光の露光時間として決定するものであることを特徴とする請求項４に記載の測光装置。
【請求項６】
上記測光用露光は、上記撮像素子の垂直走査期間を単位としてその単位の自然数倍の期間内で行われるようになっており、
上記制御手段は、第２の測光用露光による測光結果を用いた第１の測光用露光の露光条件の決定を、上記撮像素子の垂直ブランキング期間内に行うものであることを特徴とする請求項１に記載の測光装置。
【請求項７】
請求項１に記載の測光装置を具備し、
上記撮像素子は、画像の撮像に用いられる撮像素子を兼ねたものであることを特徴とする電子カメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測光を行う際に撮像素子を用いて１回以上の測光用露光を行う測光装置、電子カメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の銀塩カメラは、銀塩フィルムに露光を行うものであったために専用の測光装置を備えていたが、近年、カメラとして大きくシェアを伸ばしつつある電子カメラは、光電変換を行う撮像素子を備えているために、測光を行うのにこの撮像素子の出力を利用するものが製品化されている。
【０００３】
撮像素子は、一般的に、電気信号を印加することにより電気的なポテンシャルウェルを形成し、このウェル内に、被写体からの光子により励起された電荷を蓄積するものであるために、入射した光子数が多すぎる場合にはウェルからの電荷のオーバーフローが生じたり、あるいは光子数が少なすぎる場合には熱により励起される電荷による熱雑音の影響を大きく受けたりすることがある。さらに、その後にアナログデータとして得られる映像信号をデジタルデータに変換する際にも、中間レベル以外の信号部分はサンプリング誤差等の影響を大きく受けることになる。従って、撮像素子が光量に応じた良好な電気信号を取得できるのは、所定の有効ダイナミックレンジの範囲内となっている。
【０００４】
一方、撮像素子を備えた機器としての電子カメラは、様々な輝度をもった被写体を撮影の対象とするために、必要な測光範囲は広範なものとなっており、撮像素子による１回の露光のみでは、必要な測光範囲の全体をカバーすることは困難である。
【０００５】
そこで、測光時に露光条件を異ならせて複数回の露光を行うことにより、必要な測光範囲全体の測光を行うようになされた測光装置を備える電子カメラが提案されている。より詳しくは、このような電子カメラは、必要な測光範囲を被写体からの光量に応じた複数の領域に分割し、各領域がそれぞれの露光条件における撮像素子の有効ダイナミックレンジに収まるようにしたものとなっており、分割される領域はそれぞれ予め定められたものとなっている。
【０００６】
そして、測光用露光は、基本的に、垂直走査期間を単位としてその単位の自然数倍の期間内で行われるようになっており、ある垂直走査期間で電荷を蓄積すると、その次の垂直走査期間で信号の読み出しを行い、その後に、読み出した映像信号に基づいて測光値を算出している。
【０００７】
このとき、必要な全測光範囲の内の相対的に低い輝度に対応する測光範囲をカバーする測光用露光は、複数の垂直走査期間に渡って行われることになり、例えば垂直走査期間の数倍から十数倍の期間に渡って行われることもある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、相対的に低い輝度に対応する測光範囲をカバーする測光用露光を行うには、長い露光期間を必要としていて、しかもそれが固定的に予め定められたものであるために、従来は測光に長い時間を要し、電子カメラにおいてはレリーズタイムラグが長くなる要因となっていた。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、低輝度時の測光時間をより短縮することが可能な測光装置、電子カメラを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、第１の発明による測光装置は、撮像素子と、露光条件に基づいて上記撮像素子を駆動する撮像素子駆動手段と、露光条件を決定して上記撮像素子駆動手段を制御することにより上記撮像素子に測光用露光を行わせるものであり必要な測光範囲が上記撮像素子の有効ダイナミックレンジを逸脱する場合には露光条件を異ならせて複数回の測光用露光を行わせるように制御しその際に相対的に低い輝度に対応する一の測光範囲の測光を行うための一の露光条件による第１の測光用露光を行わせるに先行して相対的に高い輝度に対応する他の測光範囲の測光を行うための他の露光条件による第２の測光用露光を行わせ該第２の測光用露光による測光結果を用いて上記第１の測光用露光の露光条件を適応的に決定し該第１の測光用露光を行わせるように制御する制御手段と、を具備したものである。
【００１１】
また、第２の発明による測光装置は、上記第１の発明による測光装置において、上記第２の測光用露光が、上記第１の測光用露光に対応する一の測光範囲の輝度に次いで低い輝度の他の測光範囲に対応するものである。
【００１２】
さらに、第３の発明による測光装置は、上記第１の発明による測光装置において、上記制御手段が、上記第１の測光用露光の露光時間が上記第２の測光用露光による測光結果から推定される必要な範囲内で最短となるように該第１の測光用露光の露光条件を決定するものである。
【００１３】
第４の発明による測光装置は、上記第３の発明による測光装置において、上記制御手段が、上記撮像素子の有効ダイナミックレンジの下限値を、上記第２の測光用露光による測光結果により除算したものに、該第２の測光用露光の露光時間を掛けることにより得られる算出時間を、上記第１の測光用露光の露光時間として決定するものである。
【００１４】
第５の発明による測光装置は、上記第４の発明による測光装置において、上記制御手段が、上記算出時間に、さらに１以上の係数を掛けたものを、余裕分を含む上記第１の測光用露光の露光時間として決定するものである。
【００１５】
第６の発明による測光装置は、上記第１の発明による測光装置において、上記測光用露光が上記撮像素子の垂直走査期間を単位としてその単位の自然数倍の期間内で行われるようになっており、上記制御手段は、第２の測光用露光による測光結果を用いた第１の測光用露光の露光条件の決定を、上記撮像素子の垂直ブランキング期間内に行うものである。
【００１６】
第７の発明による電子カメラは、上記第１の発明による測光装置を具備し、上記撮像素子が、画像の撮像に用いられる撮像素子を兼ねたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。    
図１から図５は本発明の一実施形態を示したものであり、図１は測光装置を備えた電子カメラの構成を示すブロック図である。
【００１８】
この電子カメラは、図１に示すように、被写体像を結像するためのレンズ系１と、このレンズ系１を駆動して合焦やズームを行うためのレンズ駆動機構２と、このレンズ駆動機構２を制御するためのレンズドライバ３と、上記レンズ系１により集光される光束の通過範囲を制御するための絞りなどを含んでなる露出制御機構４と、被写体に照明光を照射するために発光するストロボ５と、後述するシステムコントローラ２０からの露出情報に基づいてこのストロボ５と上記露出制御機構４とを制御することにより露出を制御する露出制御ドライバ６と、上記露出制御機構４を通過した光束が後述するＣＣＤ８に到達する時間を機械的に制御するためのメカニカルシャッタ７と、このメカニカルシャッタ７を介して結像される光学的な被写体像を光電変換して電気的な映像信号を出力する撮像素子たるＣＣＤ８と、このＣＣＤ８による撮像動作を制御するための撮像素子駆動手段たるＣＣＤドライバ９と、上記ＣＣＤ８から出力される映像信号に相関二重サンプリングを行うとともに増幅を行うＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ）１０と、このＣＤＳ１０により処理されたアナログの映像信号をデジタルの映像信号に変換するＡ／Ｄ変換器１１と、このＡ／Ｄ変換器１１から出力されるデジタル映像信号に所定の前処理を行うプリプロセス回路１２と、このプリプロセス回路１２による処理後の映像信号に色信号生成処理やマトリクス変換処理、強調処理、圧縮伸張処理などの各種のデジタル信号処理を行うデジタルプロセス回路１３と、このデジタルプロセス回路１３により処理された画像を観察可能に表示するためのカラーＬＣＤ等でなるＬＣＤ１４と、上記デジタルプロセス回路１３により圧縮処理等がなされた画像を後述するカードメモリ１６に書き込んだりあるいは該カードメモリ１６に記録されている圧縮等がなされた画像データを上記デジタルプロセス回路１３により伸張するために読み出したりするカードＩＦ１５と、撮影者がこの電子カメラに対する操作を行うための操作スイッチ部１７と、この電子カメラに関して設定されている撮影モードやシャッタ速度、絞り値などの情報を表示するためのものであり上記ＬＣＤ１４とは別体で設けられたモノクロＬＣＤ等でなる操作表示部１８と、後述するシステムコントローラ２０により実行される処理プログラムや撮影モードに係るプログラム線図や各種の初期値やその他のデータ等を保存するＥＥＰＲＯＭ１９と、上述した各要素を含むこの電子カメラ全体を統合的に制御する制御手段たるシステムコントローラ２０と、を有して構成されている。
【００１９】
上記操作スイッチ部１７は、電源をオンするための電源スイッチ、撮影を指示入力するための２段スイッチでなる撮影スイッチ、撮影モードを設定するためのモード設定スイッチ、マニュアルモード時の各種の設定を行うためのスイッチなどを含んで構成されている。
【００２０】
また、この電子カメラには、上記カードＩＦ１２を介してメモリカード１３が着脱可能に装着されるようになっている。従って、該メモリカード１３は、この電子カメラに固有の構成要素とはなっていない。
【００２１】
図２は電子カメラの撮影動作を示すフローチャートである。
【００２２】
この電子カメラの電源スイッチがオンされて、各種の初期設定などがなされた後は、上記操作スイッチ部１７による操作を待機する状態となる。この状態のときに上記操作スイッチ部１７の撮影スイッチが操作されると、撮影動作を開始するようになっている。
【００２３】
まず、２段スイッチでなる撮影スイッチの１段目（１ｓｔレリーズスイッチ）がオンになっているか否かを判断して（ステップＳ１）、オフである場合にはこの撮影処理を終了し、一方、オンになっている場合には後述するような測光動作を行う（ステップＳ２）。この測光動作は、プリプロセス回路１２やデジタルプロセス回路１３により処理されたＣＣＤ８の出力に基づいてシステムコントローラ２０が測光演算を行い、その結果に基づきＣＣＤドライバ９を介してＣＣＤ８を制御することにより行われる。また、システムコントローラ２０は、最終的に得られた測光値に基づいて、露出制御ドライバ６を介して露出制御機構４を制御したり、本露光の際にストロボ５を発光させたりするようになっている。
【００２４】
その後、ＡＦ動作を行って、システムコントローラ２０がレンズドライバ３を介してレンズ駆動機構２を動作させることにより、レンズ系１を合焦位置に移動させる（ステップＳ３）。
【００２５】
そして、撮影スイッチの２段目（２ｎｄレリーズスイッチ）がオンになったか否かを判断して（ステップＳ４）、オフである場合には上記ステップＳ１に戻って１段目がオンであるかを再度確認し、また、２段目がオンになっている場合には、ＣＣＤドライバ９を介してＣＣＤ８により撮影用の露光（本露光）を行う（ステップＳ５）。
【００２６】
その後、上記デジタルプロセス回路１３等により信号処理を行った後にＬＣＤ１４に撮影された画像を表示するとともに（ステップＳ６）、撮影された画像を該デジタルプロセス回路１３により圧縮処理してカードＩＦ１５を介してメモリカード１６に保存し（ステップＳ７）、この撮影処理を終了する。
【００２７】
図３は電子カメラの測光動作を示すフローチャート、図４は電子カメラによる測光用露光の各範囲を示す線図、図５は垂直同期信号に同期して行われる測光用露光とそのデータ読み出しとを示すタイミングチャートである。
【００２８】
上記図２のステップＳ２において測光動作を行うための処理プログラムがコールされると、この図３に示す測光動作を行うようになっている。
【００２９】
この電子カメラは、測光を行う際に、必要な測光範囲（被写体輝度に応じて必要とされる測光範囲）のダイナミックレンジが広いのに対応するために、該必要な測光範囲を複数の狭いダイナミックレンジの領域に分割して、各領域毎に測光動作を行うようになっている。
【００３０】
ここでは、図４に示すように、一般的に必要とされるダイナミックレンジがＢｖ−４（例えば、ＩＳＯ４００、シャッタ速度１秒、絞り値Ｆ２．８に対応する）〜Ｂｖ１２（例えば、ＩＳＯ１００、シャッタ速度１／１０００秒、絞り値Ｆ１１に対応する）であるとする。
【００３１】
さらに、ＣＤＳ１０を介したＣＣＤ８の出力は、上記Ａ／Ｄ変換器１１により例えば１０ビット（０〜１０２３）のデジタルデータに変換されるようになっているが、この出力範囲の内で線形性が比較的良いと考えられる４０〜６４０までの４段分の領域が各露光における有効なダイナミックレンジとして用いられるようになっているものとする。
【００３２】
このときには、上述したような一般的に必要な露光範囲（Ｂｖ−４〜Ｂｖ１２）が１６段分であって、有効なダイナミックレンジが４段分であるために、Ｂｖ値が小さい方から順に、露光１（第１の測光用露光）、露光２（第２の測光用露光）、露光３（第３の測光用露光）、露光４（第４の測光用露光）の４つの露光領域に分割して、測光用露光を行うようになっている。
【００３３】
具体的には、上記露光２は有効なダイナミックレンジによりＢｖ０〜Ｂｖ４の範囲を、上記露光３は有効なダイナミックレンジによりＢｖ４〜Ｂｖ８の範囲を、上記露光４は有効なダイナミックレンジによりＢｖ８〜Ｂｖ１２の範囲を、それぞれ測光するようになっている。また、露光１については、何等かの工夫を施さないと、図４の２点鎖線に示すように有効なダイナミックレンジによりＢｖ−４〜Ｂｖ０の範囲を測光することになるが、このような固定的な測光範囲を測光すると測光時間が長くなってしまうために、本実施形態においては後述するように、その有効なダイナミックレンジでカバーするＢｖ値の範囲が可変（図４の１点鎖線参照）に設定されるようになっている。
【００３４】
すなわち、動作を開始すると、複数の露光領域の内の、まず、２番目にＢｖ値が小さい露光領域をカバーする露光２を行う（ステップＳ１１）。この露光２は、図５に示すように１つの垂直走査期間を単位として、その単位内でいわゆる素子シャッタにより露光時間を制御することで行われる。
【００３５】
次の垂直走査期間では、露光３を行うとともに、露光２により蓄積されたデータ２の読み出しを行う（ステップＳ１２）。
【００３６】
データ２の読み出しが行われると、次の垂直走査期間との間の垂直ブランキング期間内において、読み出したデータ２による測光値をシステムコントローラ２０が算出して（ステップＳ１３）、算出した測光値が露光２の有効ダイナミックレンジの中にあるか、あるいはそれより上にあるか下にあるかを判断する（ステップＳ１４）。ここでは、データ２に基づき算出された測光値がＢｖ０〜Ｂｖ４の中に入っているか否かにより判定され、入っている場合にはデータ２の測光値を使用することにして（ステップＳ１５）、この測光処理を終了する。
【００３７】
また、上記ステップＳ１４において、露光２の測光値が有効ダイナミックレンジよりも下であると判断された場合には、露光１を行うのに必要と考えられる最も短い露光時間Ｔ１を、取得されたデータ２に基づき算出された測光値Ｄ２と、露光２の露光時間Ｔ２と、有効ダイナミックレンジの下限値ＤＬ（１０ビットでデジタル化してその内の４０〜６４０が有効ダイナミックレンジとなる上記例においては、４０）と、を用いて、上記ステップＳ１３の測光値を算出したのと同一の垂直ブランキング期間内において、次の数式１に示すように算出する（ステップＳ１６）。    
【数１】
Ｔ１＝（ＤＬ／Ｄ２）×Ｔ２×ｋ
ここに、係数ｋは、余裕分を含ませるためのものであり、０以上のある小さな数αを用いて、
【数２】
ｋ＝１＋α
として与えられる。この数式２中の数αは、製造時にＥＥＰＲＯＭ１９に予め記憶させた所定値を用いても良いし、ＣＣＤ８の温度などを検出してその結果に応じて動的に変化させても構わない。
【００３８】
なお、上記ステップＳ１４において、露光２の測光値Ｄ２が有効ダイナミックレンジの下限値ＤＬよりも下である場合にこのステップＳ１６の演算が行われるために、Ｔ１＞Ｔ２の関係は自動的に成立するようになっている。
【００３９】
ここで一例を具体的に説明すると、露光２の露光時間Ｔ２が垂直走査期間とほぼ同じである場合には、従来のような固定的な露光を行うと、露光１の露光時間Ｔ１としては被写体の輝度によらず常に１６の垂直走査期間を要することになってしまう。これに対して、上記数式１により算出したＴ１が被写体の輝度に応じて例えば３×Ｔ２となった場合には、図５に示すように、Ｔ１として３の垂直走査期間があれば済むために、測光時間を大幅に短縮することが可能となるのである。
【００４０】
このようにして算出された露光時間Ｔ１を含むような１以上の垂直走査期間で露光１を行うとともに、データ３の読み出しを行う（ステップＳ１７）。データ３の読み出しは、ＣＣＤ８のレジスタ等をクリアするために行っているが、ここでは測光値がＢｖ０以下となることが分かっているために、読み出したデータ３は使っても使わなくても構わない。
【００４１】
そして、上記ステップＳ１６で決定された垂直走査期間により蓄積された露光１によるデータ１を読み出して（ステップＳ１８）、読み出したデータ１を用いてシステムコントローラ２０が測光値を算出し（ステップＳ１９）、ここで算出したデータ１による測光値を使用することにして（ステップＳ２０）、この測光処理を終了する。
【００４２】
一方、上記ステップＳ１４において、露光２の測光値が有効ダイナミックレンジよりも上であると判断された場合には、露光４を行うとともに、データ３の読み出しを行う（ステップＳ２１）。
【００４３】
そして、次の垂直走査期間との間の垂直ブランキング期間内において、読み出したデータ３を用いてシステムコントローラ２０が測光値を算出し（ステップＳ２２）、算出した測光値が露光３の有効ダイナミックレンジの中にあるか、あるいはそれよりも上にあるかを判断する（ステップＳ２３）。ここでは、データ３に基づき算出された測光値がＢｖ４〜Ｂｖ８の中に入っているか否かにより判定され、入っている場合にはデータ３の測光値を使用することにして（ステップＳ２４）、この測光処理を終了する。
【００４４】
また、上記ステップＳ２３において、露光３の測光値が有効ダイナミックレンジよりも上であると判断された場合には、露光４によるデータ４を読み出して（ステップＳ２５）、読み出したデータ４を用いてシステムコントローラ２０が測光値を算出し（ステップＳ２６）、ここで算出したデータ４による測光値を使用することにして（ステップＳ２７）、この測光処理を終了する。
【００４５】
なお、図５は露光１〜露光４の全ての測光用露光を行う場合を例にとって図示しているが、実際には、図３で説明したように、必ずしも全ての測光用露光を行う必要がないことはもちろんである。
【００４６】
このような実施形態によれば、２番目に低い測光範囲をカバーする第２の測光用露光による測光結果を用いて、１番低い測光範囲をカバーする第１の測光用露光の露光条件を適応的に決定しているために、低輝度時の測光時間をより短縮することが可能となる。なお、上述のような２番目に低い輝度（Ｂｖ）に対応した測光範囲に関する測光結果に依拠して上記第１の測光用露光の条件を決定する他、３番目に低い輝度に対応した測光範囲に関する測光結果に依拠して第１の（及び／又は第２の）測光用露光の条件を決定するようにしてもよい。
【００４７】
このとき、第２の測光用露光の露光時間に、有効ダイナミックレンジの下限値を第２の測光用露光の測光結果で割ったもの、を掛けて、第１の測光用露光の露光時間としているために、必要な範囲内で最短となるような露光時間を、容易に短時間で算出することができる。
【００４８】
このときさらに、余裕分を含んだ係数ｋを掛けているために、第１の測光用露光の測光結果が、該第１の測光用露光における有効ダイナミックレンジ内に、より確実に入るようにすることができる。
【００４９】
また、測光値の算出や第１の測光用露光の露光時間の算出を、垂直ブランキング期間内に行っているために、垂直走査期間における測光用露光やデータ読み出しを無駄なく行うことができ、測光に要する時間をより短縮することが可能となる。
【００５０】
そして、このような測光装置を電子カメラに適用することにより、レリーズタイムラグをより短縮することが可能となる。
【００５１】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の測光装置、電子カメラによれば、低輝度時の測光時間をより短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における測光装置を備えた電子カメラの構成を示すブロック図。
【図２】上記実施形態における電子カメラの撮影動作を示すフローチャート。
【図３】上記実施形態における電子カメラの測光動作を示すフローチャート。
【図４】上記実施形態において、電子カメラによる測光用露光の各範囲を示す線図。
【図５】上記実施形態において、垂直同期信号に同期して行われる測光用露光とそのデータ読み出しとを示すタイミングチャート。
【符号の説明】
１…レンズ系
２…レンズ駆動機構
３…レンズドライバ
４…露出制御機構
５…ストロボ
６…露出制御ドライバ
７…メカニカルシャッタ
８…ＣＣＤ（撮像素子）
９…ＣＣＤドライバ（撮像素子駆動手段）
１０…ＣＤＳ
１１…Ａ／Ｄ変換器
１２…プリプロセス回路
１３…デジタルプロセス回路
１４…ＬＣＤ
１５…カードＩＦ
１６…メモリカード
１７…操作スイッチ部
１８…操作表示部
１９…ＥＥＰＲＯＭ
２０…システムコントローラ（制御手段）
【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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