(57)【要約】【課題】２段構成の位相同期ループを有する周波数シンセサイザに関し、周波数間隔を細かく設定可能とし、且つチャネル切替えによる位相同期特性を一定化する。【解決手段】第１，第２の分周器１１，１２と、第１の位相比較器１３と、第１のループフィルタ１４と、第１の電圧制御発振器１５とを含む第１の位相同期ループＰＬＬ１と、第３，第４，第５の分周器２１，２２，２６と、第２の位相比較器２３と、第２のループフィルタ２４と、第２の電圧制御発振器２５と、周波数変換器２７とを含む第２の位相同期ループＰＬＬ２とを備え、第２の位相同期ループＰＬＬ２の第４，第５の分周器２２，２６を固定分周器とし、第１，第２，第３の分周器１１，１２，２１を、チャネル切替えの要求に対応して分周数を切替える可変分周器とする。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準信号を第１の分周器により分周し、第１の電圧制御発振器の出力信号を第２の分周器により分周して、それぞれの分周出力信号位相を第１の位相比較器により比較し、比較出力信号をループフィルタを介して前記第１の電圧制御発振器に制御電圧として印加して出力信号周波数を制御する第１の位相同期ループと、
第２の電圧制御発振器の出力信号を第５の分周器により分周し、該第５の分周器の出力信号を、前記第１の位相同期ループの出力信号をローカル入力信号とする周波数変換器に入力し、該周波数変換器の出力信号を第４の分周器により分周し、前記第１の位相同期ループの出力信号を第３の分周器により分周して、前記第３及び第４の分周器のそれぞれの出力信号位相を第２の位相比較器により比較し、比較出力信号を第２のループフィルタを介して前記第２の電圧制御発振器に制御電圧として印加して出力信号周波数を制御する第２の位相同期ループとを備え、
前記第４及び第５の分周器を、予め設定した分周数の固定分周器とし、前記第１，第２及び第３の分周器を、チャネル切替えに対応して分周数を切替える可変分周器とした
ことを特徴とする周波数シンセサイザ。
【請求項２】
前記第１の位相同期ループの前記第１の電圧制御発振器の出力信号の基本波成分を分離して前記第２及び第３の分周器に入力し、前記基本波成分の整数倍の信号を前記周波数変換器に入力する信号分配回路を設けたことを特徴とする請求項１記載の周波数シンセサイザ。
【請求項３】
前記第１の位相同期ループの前記第１の電圧制御発振器の出力信号の基本波成分を分離して前記第２の分周器に入力し、前記基本波成分の整数倍の信号を前記周波数変換器及び前記第３の分周器に入力する信号分配回路を設けたことを特徴とする請求項１記載の周波数シンセサイザ。
【請求項４】
前記信号分配回路は、前記第１の電圧制御発振器の出力信号を２分岐し、一方を前記第２の分周器に入力し、他方を逓倍器により整数倍して前記周波数変換器に入力する構成を有することを特徴とする請求項２又は３記載の周波数シンセサイザ。
【請求項５】
前記信号分配回路は、前記第１の電圧制御発振器の出力信号を２分岐し、一方を基本波成分のみ通過させ、他方の該基本波の整数倍の選択された高調波成分のみを通過させるフィルタにより構成したことを特徴とする請求項２又は３記載の周波数シンセサイザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チャネル切替えによる特性変化が生じないようにした位相同期ループ（ＰＬＬ；Ｐｈａｓｅ　Ｌｏｃｋｅｄ　Ｌｏｏｐ）構成を有する周波数シンセサイザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は基本的な位相同期ループの構成を示すもので、１０１，１０２は分周器、１０３は位相比較器、１０４はループフィルタ、１０５は電圧制御発振器（ＶＣＯ）を示す、図示を省略した基準発振器からの基準信号Ｆ１１を分周器１０１により分周して位相比較器１０３に入力し、又電圧制御発振器１０５の出力信号Ｆ１２を分周器１０２により分周して位相比較器１０３に入力し、位相比較器１０３から位相差に対応した信号を出力し、ループフィルタ１０４を介して電圧制御発振器１０５の制御電圧とするものである。
【０００３】
この場合の分周器１０１，１０２の分周数と周波数との関係は、分周器１０１の分周数をＲ、分周器１０２の分周数をＮ、シンセサイザ出力信号Ｆ１２の周波数をＦｖｃｏ、基準信号Ｆ１１の周波数をＦｓとすると、
Ｆｖｃｏ＝（Ｆｓ／Ｒ）×Ｎ
と表すことができる。従って、分周器１０２の分周数Ｎを切替えることにより、シンセサイザ出力信号Ｆ１２の周波数を切替えることができる。即ち、チャネル切替えを行うことができる。
【０００４】
又例えば、基準信号Ｆ１１の周波数Ｆｓを１０ＭＨｚ、シンセサイザ出力信号Ｆ１２の周波数Ｆｖｃｏを２ＧＨｚとすると、位相比較器１０３に入力する信号の周波数を同一とする必要があるから、例えば、分周器１０１の分周数Ｒ＝２とすると、分周器１０２の分周数Ｎ＝４００となる。この時、ＰＬＬによる周波数シンセサイザは、分周数Ｎの値が小さい程、雑音特性や応答特性に有利であることが知られている。
【０００５】
そこで、図８に示すように、位相同期ループを２段構成とし、分周数を低減した構成が提案されている。同図に於いて、１１１，１１２は分周器、１１３は位相比較器、１１４はループフィルタ、１１５は電圧制御発振器を示し、第１の位相同期ループＰＬＬ１を構成している。又１２１，１２２は分周器、１２３は位相比較器、１２４はループフィルタ、１２５は電圧制御発振器、１２６は分周器、１２７は周波数変換器を示し、第２の位相同期ループＰＬＬ２を構成している。
【０００６】
基準信号Ｆ１１を第１の位相同期ループＰＬＬ１に入力し、前述のように、基準信号Ｆ１１に位相同期した電圧制御発振器１１５の出力信号を中間信号Ｆ１３として第２の位相同期ループＰＬＬ２に入力する。第２の位相同期ループＰＬＬ２に於いては、この中間信号Ｆ１３を基準入力信号とし、分周器１２１により分周して位相比較器１２３に入力し、又中間信号Ｆ１３をローカル入力信号として周波数変換器１２７に入力する。
【０００７】
又電圧制御発振器１２５の出力信号、即ち、シンセサイザ出力信号Ｆ１２を分周器１２６により分周して内部周波数信号Ｆ１４として周波数変換器１２７に入力し、周波数変換して内部周波数信号Ｆ１５とする。この内部周波数信号Ｆ１５を分周器１２２により分周して位相比較器１２３に入力する。位相比較器１２３の出力信号をループフィルタ１２４を介して電圧制御発振器１２５の制御電圧とする。
【０００８】
この場合、基準信号Ｆ１１の周波数を１０ＭＨｚとし、シンセサイザ出力信号Ｆ１２の周波数を２ＧＨｚとし、中間信号Ｆ１３の周波数を４００ＭＨｚとして、分周器１１１の分周数Ｒ＝２とすると、分周器１１２の分周数Ｎ＝８０とすることになる。そして、分周器１２６の分周数を１０とすると、内部周波数信号Ｆ１４の周波数は２００ＭＨｚとなり、周波数変換器１２７の出力の内部周波数信号Ｆ１５の周波数は２００ＭＨｚとなる。そして、分周器１２１の分周数Ｒ＝８とすると、分周器１２２の分周数Ｎ＝４となる。従って、第２の位相同期ループＰＬＬ２のループ内の分周器１２２，１２６の分周数は、４×１０＝４０となる。即ち、総分周数の値を小さくすることが可能である。又分周器１２２の分周数を制御信号により切替えることによってシンセサイザ出力信号Ｆ１２の周波数を切替えることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前述の第１と第２との位相同期ループＰＬＬ１，ＰＬＬ２を設けた周波数シンセサイザに於いては、シンセサイザ出力信号のチャネル間隔（周波数間隔）が、中間信号Ｆ１３を分周器１２１によって分周した基準比較信号の周波数と、分周器１２６の分周数との積に対応した値となるから、チャネル間隔を細かく設定することが困難である問題がある。又分周器１２１をフラクショナル分周器（分数分周器）とすることが考えられるが、それによっても、設定可能な条件が制約されることになる。
【００１０】
又チャネル切替えの為に、分周器１２２の分周数を制御信号によって切替えることになるが、分周器１２２と分周器１２６とのそれぞれの分周数の積が、第２の位相同期ループＰＬＬ２の総分周数となるから、所望のチャネル周波数を出力する為に、分周器１２２の分周数を切替えた時に、総分周数が大きく変化することがある。特に、総分周数を小さい値となるように選定するものであるから、チャネル切替えにより、相対的に総分周数の変化が大きくなる。それにより、チャネル対応の位相同期特性が大きく変化する問題がある。
【００１１】
本発明は、チャネル間隔を細かくすることを可能とし、且つチャネル切替えによる位相同期特性が変化しないようにすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の周波数シンセサイザは、図１を参照して説明すると、基準信号を第１の分周器１１により分周し、第１の電圧制御発振器１５の出力信号を第２の分周器１２により分周して、それぞれの分周出力信号位相を第１の位相比較器１３により比較し、比較出力信号をループフィルタ１４を介して第１の電圧制御発振器１５に制御電圧として印加して出力信号周波数を制御する第１の位相同期ループＰＬＬ１と、第２の電圧制御発振器２５の出力信号を第５の分周器２６により分周し、この第５の分周器２６の出力信号を、第１の位相同期ループＰＬＬ１の出力信号をローカル入力信号とする周波数変換器２７に入力し、この周波数変換器２７の出力信号を第４の分周器２２により分周し、第１の位相同期ループＰＬＬ１の出力信号を第３の分周器２１により分周して、第３及び第４の分周器２１，２２のそれぞれの出力信号位相を第２の位相比較器２３により比較し、比較出力信号を第２のループフィルタ２４を介して第２の電圧制御発振器２５に制御電圧として印加して出力信号周波数を制御する第２の位相同期ループＰＬＬ２とを備え、第４及び第５の分周器２２，２６を、予め設定した分周数の固定分周器とし、第１，第２及び第３の分周器１１，１２，２１を、チャネル切替えに対応して分周数を切替える可変分周器としたものである。
【００１３】
又第１の位相同期ループＰＬＬ１の第１の電圧制御発振器１５の出力信号の基本波成分を分離して、第２及び第３の分周器１１，２１に入力し、基本波成分の整数倍の信号を周波数変換器２７に入力する信号分配回路を設けることができる。又第１の位相同期ループＰＬＬ１の第１の電圧制御発振器１５の出力信号の基本波成分を分離して第２の分周器１２に入力し、基本波成分の整数倍の信号を周波数変換器２７及び第３の分周器２１に入力する信号分配回路を設けることができる。
【００１４】
又信号分配回路は、第１の電圧制御発振器の出力信号を２分岐し、一方を第２の分周器に入力し、他方を逓倍器により整数倍して周波数変換器に入力する構成とすることができる。又信号分配回路は、第１の電圧制御発振器の出力信号を２分岐し、一方を基本波成分のみ通過させ、他方の該基本波の整数倍の選択された高調波成分のみを通過させるフィルタにより構成とすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態の説明図であり、１０は制御部で、プロセッサ等により構成し、各部を制御するものである。又１１，１２は第１，第２の分周器、１３は第１の位相比較器、１４は第１のループフィルタ、１５は第１の電圧制御発振器を示し、各部により第１の位相同期ループＰＬＬ１を構成する。又２１，２２，２６は第３，第４，第５の分周器、２３は第２の位相比較器、２４は第２のループフィルタ、２５は第２の電圧制御発振器、２７は周波数変換器を示し、各部により第２の位相同期ループＰＬＬ２を構成する。
【００１６】
図示を省略した水晶発振器等の高安定度の発振器からの基準信号Ｆ１を第１の分周器１１により分周し、第１の位相比較器１３に対して基準比較信号として入力し、又第１の電圧制御発振器１５の出力信号を中間信号Ｆ３として周波数変換器２７と第２，第３の分周器１２，２１とに入力し、第１の分周器１１の分周出力信号位相と第２の分周器１２の分周出力信号位相とを第１の位相比較器１３により比較し、位相比較出力信号を第１のループフィルタ１４を介して第１の電圧制御発振器１５の制御電圧として印加する。
【００１７】
この第１の位相同期ループＰＬＬ１の出力信号、即ち、第１の電圧制御発振器１５の出力信号を中間信号Ｆ３として、前述のように、第２の位相同期ループＰＬＬ２の周波数変換器２７と、第３の分周器２１とに入力する。又周波数変換器２７は、第１の位相同期ループＰＬＬ１の出力信号（中間信号Ｆ３）をローカル入力信号とし、第２の電圧制御発振器２５の出力信号を第５の分周器２６により分周した内部周波数信号Ｆ４の周波数を変換して内部周波数信号Ｆ５として第４の分周器２２に入力する。
【００１８】
第２の位相比較器２３は、第３の分周器２１の分周出力信号位相と、第４の分周器２２の分周出力信号位相とを比較し、位相比較出力信号を第２のループフィルタ２４を介して第２の電圧制御発振器２５の制御電圧とし、この電圧制御発振器２５の出力信号周波数を制御する。
【００１９】
第２の位相同期ループＰＬＬ２の第４の分周器２２と第５の分周器２６との分周数は、予め設定した値に固定する固定分周器とする。これに対して、第１の位相同期ループＰＬＬ１の第１及び第２の分周器１１，１２と、第２の位相同期ループＰＬＬ２の第３の分周器２１との分周数を、チャネル切替えに対応して切替える可変分周器とする。従って、チャネル切替えの要求を制御部１０に入力すると、制御信号ｓ１，ｓ２，ｓ３を、第１，第２，第３の分周器１１，１２，２１に入力して、それぞれの分周数を切替える。それによって、第２の位相同期ループＰＬＬ２の第２の電圧制御発振器２５の出力信号をシンセサイザ出力信号Ｆ２として、チャネル切替えの要求に従った周波数とすることができる。
【００２０】
このチャネル切替えによる分周数の変更は、第１，第２，第３の分周器１１，１２，２１に対して行い、第２の電圧制御発振器２５の出力信号を帰還するループ内の第４，第５の分周器２２，２６は固定分周器とするものであるから、第２の位相同期ループＰＬＬ２の位相同期特性はチャネル切替えによっても変化しないことになる。なお、第３の分周器２１は、フラクショナル分周器（分数分周器）とすることもできる。
【００２１】
図２は制御機能の概要説明図であり、制御部１０に対してチャネル切替えの設定要求が入力されると、予め作成したテーブルを参照するか、又は演算処理によって制御データを出力し、デコーダ等によりデコードして、第１，第２，第３の分周器１１，１２，２１及びその他の制御機器を制御する。即ち、制御部１０は、チャネル切替えの要求に従って、第１の分周器１１に対する分周数と、第２の分周器１２に対する分周数と、第３の分周器２１に対する分周数とをそれぞれ設定するデータを出力する構成とする。
【００２２】
図３は動作周波数の説明図であり、（Ａ）は、第４の分周器２２の分周数を４、第５の分周器２６の分周数を１６とした固定分周器とし、基準信号Ｆ１の周波数を１０ＭＨｚとして、第１の分周器１１と第２の分周器１２との分周数と、中間信号Ｆ３の周波数と、第３の分周器２１の分周数と、第２の位相比較器２３に入力する第３の分周器２１の出力信号周波数（第２の比較周波数）と、シンセサイザ出力信号Ｆ２の周波数とについて、シンセサイザ出力信号Ｆ２の周波数を３０００ＭＨｚ，３００８ＭＨｚ，３０１６ＭＨｚとした場合を示す。
【００２３】
例えば、第１の分周器１１の分周数を１０２２、第２の分周器１２の分周数を１８６００とすると、第１の電圧制御発振器１５の出力信号、即ち、中間信号Ｆ３の周波数は、１８１．９９６ＭＨｚとなる。そして、第３の分周器２１をフラクショナル分周器とし、その分周数を１３２＋（４／１６）とすると、その分周出力信号周波数は１．３７６ＭＨｚとなる。
【００２４】
又第４の分周器２２の分周数は４であるから、周波数変換器２７の出力の中間周波数信号Ｆ５の周波数は、１．３７６×４＝５．５０４（ＭＨｚ）となるように動作するもので、従って、周波数変換器２７に入力される内部周波数信号Ｆ４の周波数は、１８１．９９６＋５．５０４＝１８７．５（ＭＨｚ）となる。第５の分周器２６の分周数は１６であるから、１８７．５×１６＝３０００（ＭＨｚ）となる。即ち、シンセサイザ出力信号Ｆ２の周波数を３０００ＭＨｚとすることができる。
【００２５】
同様に、第１の分周器１１の分周数を１０００、第２の分周器１２の分周数を１８２００、第３の分周器２１の分周数を１２１＋（１／３）とすると、シンセサイザ出力信号Ｆ２の周波数を３００８ＭＨｚとすることができる。又第１の分周器１１の分周数を１０００、第２の分周器１２の分周数を１８２００、第３の分周器２１の分周数を１１２とすると、即ち、第３の分周器２１の分周数のみを変更した時、シンセサイザ出力信号Ｆ２の周波数を３０１６ＭＨｚとすることができる。そして、第２の位相同期ループＰＬＬ２に於ける第２の電圧制御発振器２５の出力信号を帰還するループ内の分周数は、４×１６＝６４の値が、チャネル切替えによっても一定となり、位相同期特性は変化しないことになる。
【００２６】
又図３の（Ｂ）は、シンセサイザ出力信号Ｆ２の周波数を２ＭＨｚ間隔で切替える場合に於ける周波数誤差〔ｐｐｍ〕を示すもので、シンセサイザ出力信号Ｆ２の周波数を３０００ＭＨｚと３００８ＭＨｚとした場合は、周波数誤差は０であり、その他の周波数に切替えた場合の誤差も０．２４ｐｐｍ程度であるから、実用上充分な周波数精度とすることができる。
【００２７】
又第３の分周器２１をフラクショナル分周器とした場合であり、このフラクショナル分周器は、例えば、カウンタとデコーダとの組合せ等の既に知られている各種の構成を適用することができるものである。又基準信号Ｆ１は、１０ＭＨｚとした場合を示すが、これ以外の周波数を適用することも可能である。又第４，第５の分周器２２，２６の分周数を４，１６とした場合を示すが、これ以外の値を適用することも可能である。又チャネル切替えによる周波数間隔を２ＭＨｚとした場合を示すが、０．１ＭＨｚ間隔等の細かい周波数間隔となるように、第１，第２，第３の分周器１１，１２，２１の分周数の切替えを行うことも可能である。
【００２８】
図４は本発明の第２の実施の形態の説明図であり、図１と同一符号は同一部分を示し、３０は信号分配回路、Ｆ６は中間信号を示す。なお、図１に於ける制御部１０は図示を省略している。又図１と同様に、第１，第２，第３の分周器１１，１２，２１は可変分周器とし、第４，第５の分周器２２，２６は固定分周器とする。
【００２９】
現時点で存在する第３，第４の分周器２１，２２と第２の位相比較器２３との動作速度の制限から、周波数変換器２７と第３の分周器２１に入力する信号周波数を共通にできない場合がある。このような場合に於いて、信号分配回路３０は、第１の電圧制御発振器１５の出力信号の例えば基本波成分を中間信号Ｆ３として、第３の分周器２１に入力し、高調波成分又は基本波成分を整数倍した中間信号Ｆ６を周波数変換器２７に入力することにより解決することができる。
【００３０】
図５は信号分配回路の説明図であり、図４の信号分配回路３０の構成を説明するもので、（Ａ）は、第１の電圧制御発振器１５の出力信号を信号分配回路５１に入力して、この電圧制御発振器１５の出力信号の基本波成分を点線で示す経路で中間信号Ｆ３として出力し、この中間信号Ｆ３の周波数の整数倍の高調波成分を鎖線で示す経路で中間信号Ｆ６として出力するフィルタ等の組合せによる原理的な構成を示す。
【００３１】
又図５の（Ｂ）は、第１の電圧制御発振器１５の出力信号を２分岐する電力分配回路５２と、逓倍器５３とを用いて信号分配回路を構成した場合を示し、電力分配器５２により電圧制御発振器１５の出力信号を２分岐し、その中の一方を中間信号Ｆ３として前述の第２，第３の分周器１２，２１に入力し、他方を逓倍器５３によりｎ逓倍して、中間信号Ｆ３の周波数のｎ倍の周波数の中間信号Ｆ６とし、周波数変換器２７に入力する。
【００３２】
又図５の（Ｃ）は、電力分配器５４により電圧制御発振器１５の出力信号を２分岐する。通常の電圧制御発振器１５の出力信号には、高調波成分を含むものであるから、その基本波成分を中間信号Ｆ３として分岐し、高調波成分をフィルタ５５に入力し、このフィルタ５５の通過周波数を所望の中間信号Ｆ６の周波数となるように設定する。それにより、図５の（Ｂ）の逓倍器５３を用いた場合と同様に、第５の分周器２６の分周数を小さくすることができる。
【００３３】
図６は本発明の第３の実施の形態の説明図であり、図１と同一符号は同一部分を示し、４０は信号分配回路を示す。この信号分配回路４０は、例えば、図５の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、第１の電圧制御発振器１５の出力信号を中間信号Ｆ３，Ｆ６に分配する構成を有するもので、第１の電圧制御発振器１５の出力信号の基本波に相当する中間信号Ｆ３を第２の分周器１２に入力し、この中間信号Ｆ３の周波数の整数倍の周波数の中間信号Ｆ６を、周波数変換器２７と第３の分周器２１とに入力する。
【００３４】
従って、第１の位相同期ループＰＬＬ１の出力信号の周波数をｎ倍とした中間信号Ｆ６を、第２の位相同期ループＰＬＬ２に入力する構成に相当し、前述の各実施の形態と同様に、第４，第５の分周器２２，２６を固定分周器とし、第１，第２，第３の分周器１１，１２，２１を可変分周器として、チャネル切替えの要求に従って、可変分周器の分周数を切替えるものである。従って、周波数誤差を許容範囲内として、チャネル切替えの周波数間隔を狭く設定することが可能であり、且つ第４，第５の分周器２２，２６による総分周数はチャネル切替えによっても変化しないので、位相同期特性を一定に維持することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、第１の位相同期ループＰＬＬ１と、第２の位相同期ループＰＬＬ２とを備えた周波数シンセサイザであって、第１の位相同期ループＰＬＬ１の第１，第２の分周器１１，１２と、第２の位相同期ループＰＬＬ２の第３の分周器２１とを可変分周器とし、第２の位相同期ループＰＬＬ２の第４，第５の分周器２２，２６を固定分周器として、チャネル切替えの要求に従って可変分周器の分周数を切替えるものであり、第２の位相同期ループＰＬＬ２の第２の電圧制御発振器２５の出力信号を帰還するループの第４，第５の分周器２２，２６は固定分周器であり、且つ総分周数を小さい値に設定することが可能であるから、位相雑音特性を良好に維持し、且つチャネル切替えによっても分周数が変化しないことにより、位相同期特性が変化しない利点がある。又許容可能の誤差範囲で、チャネル切替えの周波数間隔を細かく設定することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の説明図である。
【図２】制御構成の概要説明図である。
【図３】動作周波数の説明図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の説明図である。
【図５】信号分配回路の説明図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態の説明図である。
【図７】位相同期ループの説明図である。
【図８】従来の周波数シンセサイザの説明図である。
【符号の説明】
１０　制御部
１１　第１の分周器
１２　第２の分周器
１３　第１の位相比較器
１４　第１のループフィルタ
１５　第１の電圧制御発振器
２１　第３の分周器
２２　第４の分周器
２３　第２の位相比較器
２４　第２のループフィルタ
２５　第２の電圧制御発振器
２６　第５の分周器
２７　周波数変換器
ＰＬＬ１　第１の位相同期ループ
ＰＬＬ２　第２の位相同期ループ
【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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