(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つ以上の入力周波数成分を有する入力信号を測定対象回路に与えた場合の、前記測定対象回路の出力を測定する位相測定装置であって、
前記入力周波数成分の平均である平均周波数に基づいて、前記入力周波数成分および歪み成分の位相を取得する位相取得部と、
前記位相取得部の取得結果に基づき、前記入力周波数成分の位相が一致する一致時間を測定する一致時間測定手段と、
前記位相取得部の取得結果に基づき、前記一致時間における前記歪み成分の位相を測定する歪み成分位相測定手段と、
を備えた位相測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の位相測定装置であって、
前記位相取得部が、
前記測定対象回路の出力を、前記入力周波数成分の平均である平均周波数によって直交変換する直交変換手段と、
前記直交変換手段の出力における前記入力周波数成分および歪み成分の位相を取得する位相取得手段と、
を備えている位相測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の位相測定装置であって、
前記一致時間における前記入力周波数成分の位相を測定する一致位相測定手段を備えた位相測定装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の位相測定装置であって、
前記測定対象回路は増幅器である、
位相測定装置。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれか一項に記載の位相測定装置であって、
前記位相取得手段は、複素高速フーリエ変換を行う複素高速フーリエ変換手段を有する、
位相測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の位相測定装置であって、
前記複素高速フーリエ変換手段はデジタルの信号の複素ベクトルを取得する、
位相測定装置。
【請求項７】
請求項１または２に記載の位相測定装置であって、
前記歪み成分位相測定手段の測定結果を表示する表示手段を備えた位相測定装置。
【請求項８】
請求項３に記載の位相測定装置であって、
前記一致位相測定手段の測定結果および前記歪み成分位相測定手段の測定結果を表示する表示手段を備えた位相測定装置。
【請求項９】
二つ以上の入力周波数成分を有する入力信号を測定対象回路に与えた場合の、前記測定対象回路の出力を測定する位相測定方法であって、
前記入力周波数成分の平均である平均周波数に基づいて、前記入力周波数成分および歪み成分の位相を取得する位相取得工程と、
前記位相取得工程の取得結果に基づき、前記入力周波数成分の位相が一致する一致時間を測定する一致時間測定工程と、
前記位相取得工程の取得結果に基づき、前記一致時間における前記歪み成分の位相を測定する歪み成分位相測定工程と、
を備えた位相測定方法。
【請求項１０】
二つ以上の入力周波数成分を有する入力信号を測定対象回路に与えた場合の、前記測定対象回路の出力を測定する位相測定装置であって、前記入力周波数成分の平均である平均周波数に基づいて、前記入力周波数成分および歪み成分の位相を取得する位相取得手段とを有する位相測定装置における位相測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記位相取得手段の取得結果に基づき、前記入力周波数成分の位相が一致する一致時間を測定する一致時間測定処理と、
前記位相取得手段の取得結果に基づき、前記一致時間における前記歪み成分の位相を測定する歪み成分位相測定処理と、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１１】
二つ以上の入力周波数成分を有する入力信号を測定対象回路に与えた場合の、前記測定対象回路の出力を測定する位相測定装置であって、前記入力周波数成分の平均である平均周波数に基づいて前記入力周波数成分および歪み成分の位相を取得する位相取得手段とを有する位相測定装置における位相測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータによって読み取り可能な記録媒体であって、
前記位相取得手段の取得結果に基づき、前記入力周波数成分の位相が一致する一致時間を測定する一致時間測定処理と、
前記位相取得手段の取得結果に基づき、前記一致時間における前記歪み成分の位相を測定する歪み成分位相測定処理と、
をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータによって読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、二つ以上の周波数成分を有する信号を非線形回路（測定対象回路）に与えた場合に、非線形回路から出力される信号の歪みの位相の測定に関する。
【背景技術】  従来より、増幅器に信号を与えて増幅させることが広く行われている。増幅器は線形回路であることが理想的である。しかし、完全な線形回路であるような増幅器を製造することは困難であるため、増幅器を一種の非線形回路として扱うことになる。すなわち、増幅器に信号を与えると、増幅された信号のみならず、歪み成分もまた出力されてしまう。
このような歪み成分を測定することが、例えば特許文献１（特開２００１−２８５２１１号公報（要約））に示すように行われている。
しかしながら、増幅器に二つ以上の周波数成分を有する信号を与えた場合に、増幅器から出力される歪み成分の位相を測定することは、従来、行われていない。
そこで、本発明は、二つ以上の周波数成分を有する信号を測定対象回路に与えた場合に、測定対象回路から出力される信号の歪みの位相を測定することを課題とする。
【発明の開示】
本発明の一態様による位相測定装置によれば、二つ以上の入力周波数成分を有する入力信号を測定対象回路に与えた場合の、前記測定対象回路の出力を測定する位相測定装置であって、前記入力周波数成分の平均である平均周波数に基づいて、前記入力周波数成分および歪み成分の位相を取得する位相取得部と、前記位相取得部の取得結果に基づき、前記入力周波数成分の位相が一致する一致時間を測定する一致時間測定手段と、前記位相取得部の取得結果に基づき、前記一致時間における前記歪み成分の位相を測定する歪み成分位相測定手段と、を備えて構成される。
上記のように構成された位相測定装置によれば、二つ以上の入力周波数成分を有する入力信号を測定対象回路に与えた場合の、前記測定対象回路の出力を測定する。そして、位相取得部によって、前記入力周波数成分の平均である平均周波数に基づいて、前記入力周波数成分および歪み成分の位相が取得され、一致時間測定手段によって、前記位相取得部の取得結果に基づき、前記入力周波数成分の位相が一致する一致時間が測定される。さらに、歪み成分位相測定手段によって、前記位相取得部の取得結果に基づき、前記一致時間における前記歪み成分の位相が測定される。
さらに、本発明による位相測定装置によれば、前記位相取得部が、前記測定対象回路の出力を、前記入力周波数成分の平均である平均周波数によって直交変換する直交変換手段と、前記直交変換手段の出力における前記入力周波数成分および歪み成分の位相を取得する位相取得手段と、を備えていることが好ましい。
さらに、本発明による位相測定装置によれば、前記一致時間における前記入力周波数成分の位相を測定する一致位相測定手段を備えていることが好ましい。
さらに、本発明による位相測定装置によれば、前記測定対象回路は増幅器であることが好ましい。
さらに、本発明による位相測定装置によれば、前記位相取得手段は、複素高速フーリエ変換を行う複素高速フーリエ変換手段を有することが好ましい。
さらに、本発明による位相測定装置によれば、前記複素高速フーリエ変換手段はデジタルの信号の複素ベクトルを取得することが好ましい。
さらに、本発明による位相測定装置によれば、前記歪み成分位相測定手段の測定結果を表示する表示手段を備えていることが好ましい。
さらに、本発明による位相測定装置によれば、前記一致位相測定手段の測定結果および前記歪み成分位相測定手段の測定結果を表示する表示手段を備えていることが好ましい。
本発明の他の態様による位相測定装置によれば、二つ以上の入力周波数成分を有する入力信号を測定対象回路に与えた場合の、前記測定対象回路の出力を測定する位相測定方法であって、前記入力周波数成分の平均である平均周波数に基づいて、前記入力周波数成分および歪み成分の位相を取得する位相取得工程と、前記位相取得工程の取得結果に基づき、前記入力周波数成分の位相が一致する一致時間を測定する一致時間測定工程と、前記位相取得工程の取得結果に基づき、前記一致時間における前記歪み成分の位相を測定する歪み成分位相測定工程と、を備えて構成される。
さらに、本発明の他の態様による位相測定装置によれば、二つ以上の入力周波数成分を有する入力信号を測定対象回路に与えた場合の、前記測定対象回路の出力を測定する位相測定装置であって、前記入力周波数成分の平均である平均周波数に基づいて、前記入力周波数成分および歪み成分の位相を取得する位相取得手段とを有する位相測定装置における位相測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記位相取得手段の取得結果に基づき、前記入力周波数成分の位相が一致する一致時間を測定する一致時間測定処理と、前記位相取得手段の取得結果に基づき、前記一致時間における前記歪み成分の位相を測定する歪み成分位相測定処理と、をコンピュータに実行させるように構成される。
さらに、本発明の他の態様による位相測定装置によれば、二つ以上の入力周波数成分を有する入力信号を測定対象回路に与えた場合の、前記測定対象回路の出力を測定する位相測定装置であって、前記入力周波数成分の平均である平均周波数に基づいて前記入力周波数成分および歪み成分の位相を取得する位相取得手段とを有する位相測定装置における位相測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータによって読み取り可能な記録媒体であって、前記位相取得手段の取得結果に基づき、前記入力周波数成分の位相が一致する一致時間を測定する一致時間測定処理と、前記位相取得手段の取得結果に基づき、前記一致時間における前記歪み成分の位相を測定する歪み成分位相測定処理と、をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録してコンピュータによって読み取り可能▲２▼構成される。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の実施形態にかかる増幅器測定システムの構成を示すブロック図である。
図２は、増幅器２０の動作を説明するための図であり、増幅器２０に与えられる入力信号の周波数スペクトル（図２（ａ））、増幅器２０の出力の周波数スペクトル（図２（ｂ））、ω０（＝（ω１０＋ω２０）／２）＝０とした場合の増幅器２０の出力の周波数スペクトル（図２（ｃ））を示す図である。
図３は、位相取得部４０の構成を示すブロック図である。
図４は、複素ベクトルｓ１およびｓ２の初期状態（時間ｔ＝０における状態）を示す図である。
図５は、複素ベクトルｓ１の位相θ１および複素ベクトルｓ２の位相θ２の時間ｔとの関係を表したグラフである。
図６は、複素ベクトルｓ１の位相θ１、複素ベクトルｓ２の位相θ２および複素ベクトルｓ３の位相θ３の時間ｔとの関係を表したグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる増幅器測定システムの構成を示すブロック図である。増幅器測定システムは、入力信号生成部１０、増幅器（測定対象回路）２０、直交変換部３０、位相取得部４０、一致時間・位相測定部５０、歪み成分位相測定部６０、表示部７０を備える。なお、直交変換部３０、位相取得部４０、一致時間・位相測定部５０、歪み成分位相測定部６０および表示部７０は、位相測定装置１を構成する。
入力信号生成部１０は、二つの入力周波数成分ω１、ω２を有する入力信号を生成する。入力信号生成部１０は、第一発振器１２、第二発振器１４、加算器１６を有する。第一発振器１２は、周波数ω１０の信号を生成する。第二発振器１４は、周波数ω２０の信号を生成する。加算器１６は、周波数ω１０の信号および周波数ω２０の信号を加算して出力する。加算器１６の出力が、入力信号である。入力信号は、増幅器２０に与えられる。
増幅器（測定対象回路）２０は、与えられた入力信号を増幅して出力する。増幅器２０の動作を図２を参照して説明する。増幅器２０に与えられる入力信号の周波数スペクトルは、図２（ａ）に示すように、周波数ω１０および周波数ω２０の成分を有する。増幅器２０は、入力信号を増幅して出力する。
増幅器２０の出力の周波数スペクトルは、図２（ｂ）に示すようなものである。周波数ω１０および周波数ω２０の成分のレベルが上昇していることがわかる。しかし、増幅器２０を完全な線形回路とすることは困難なため、増幅器２０は非線形回路となってしまう。よって、周波数ω１０および周波数ω２０の成分の他に、周波数ω３０および周波数ω４０の成分（歪み成分という）が出力されてしまう。
ここで、周波数ω１０および周波数ω２０を平均した平均周波数ω０（＝（ω１０＋ω２０）／２）を０とした場合、増幅器２０の出力の周波数スペクトルは図２（ｃ）のようになる。すなわち、ω１０がω１（＝ω１０−ω０）に、ω２０が−ω１（＝ω２０−ω０）に、ω３０が３ω１（＝ω３０−ω０）に、ω４０が−３ω１（＝ω４０−ω０）になる。
位相測定装置１は、増幅器（測定対象回路）２０の出力を測定する。位相測定装置１は、直交変換部３０、位相取得部４０、一致時間・位相測定部５０、歪み成分位相測定部６０および表示部７０を備える。
直交変換部３０は、増幅器２０の出力を、入力周波数成分（周波数ω１０および周波数ω２０）の平均である平均周波数ω０によって直交変換する。これにより、図２（ｂ）に示すような増幅器２０の出力の周波数スペクトルを、図２（ｃ）に示すようなものとして取り扱うことができる。直交変換部３０は、乗算器３２、３４を有する。乗算器３２は、増幅器２０の出力にｃｏｓ（ω０・ｔ）を乗算して出力する。乗算器３４は、増幅器２０の出力に−ｓｉｎ（ω０・ｔ）を乗算して出力する。
位相取得部４０は、直交変換部３０の出力における入力周波数成分（±ω１）および歪み成分（＋３ω１）の位相を取得する。図３は、位相取得部４０の構成を示すブロック図である。位相取得部４０は、ローパスフィルタ４２ａ、ｂ、Ａ／Ｄ変換器４４ａ、ｂ、複素ＦＦＴ（高速フーリエ変換）部４６、位相決定部４８を有する。
ローパスフィルタ４２ａは、乗算器３２の出力の低周波成分を通過させ、高周波成分を遮断する。ローパスフィルタ４２ｂは、乗算器３４の出力の低周波成分を通過させ、高周波成分を遮断する。
Ａ／Ｄ変換器４４ａは、ローパスフィルタ４２ａの出力をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器４４ｂは、ローパスフィルタ４２ｂの出力をデジタル信号に変換する。ただし、Ａ／Ｄ変換器４４ａ、ｂのサンプリング周波数は、ω１０−ω２０＝２ω１を２πで割ったものの整数倍とする。すなわち、ω１／πの整数倍とする。
複素ＦＦＴ（高速フーリエ変換）部４６は、Ａ／Ｄ変換器４４ａ、ｂの出力について複素高速フーリエ変換を行う。これにより、入力周波数成分（±ω１）および歪み成分（＋３ω１）の複素ベクトルが得られる。
位相決定部４８は、入力周波数成分（±ω１）および歪み成分（＋３ω１）の複素ベクトルに基づき、各成分の位相を決定する。位相はｔａｎ−１（複素ベクトルの虚部／複素ベクトルの実部）として求めることができる。入力周波数成分＋ω１の位相をθ１、入力周波数成分−ω１の位相をθ２、歪み成分＋３ω１の位相をθ３とする。θ１、θ２およびθ３は、時間の関数である。以後、時間ｔにおける位相を例えばθ１（ｔ）などと表記する。
図１に戻り、一致時間・位相測定部５０は、位相取得部４０の取得結果に基づき、入力周波数成分＋ω１の位相θ１と、入力周波数成分−ω１の位相θ２とが最初に一致する一致時間Δｔおよびその時の位相θ１（Δｔ）（＝θ２（Δｔ））を測定する。
入力周波数成分＋ω１の複素ベクトルｓ１および入力周波数成分−ω１の複素ベクトルｓ２は下記の式のように表される。
【数１】
0004656652.tif 000002
上記の式から明らかなように、複素ベクトルｓ１およびｓ２は、大きさこそ異なるものの、同じ大きさの回転速度で逆向きに回転している。複素ベクトルｓ１およびｓ２の初期状態（時間ｔ＝０における状態）を図４に示す。図４においては、縦軸にＩｍ（虚部）、横軸にＲｅ（実部）をとっている。複素ベクトルｓ１の初期位相はθ１（０）、複素ベクトルｓ２の初期位相はθ２（０）である。複素ベクトルｓ１およびｓ２は、時間Δｔに位相が最初に一致する。そのときの、位相θ１（Δｔ）（＝θ２（Δｔ））は、下記の式のように表される。
【数２】
0004656652.tif 000003
時間Δｔに位相がθ１（Δｔ）となった複素ベクトルｓ１およびｓ２は、同じ大きさの回転速度で逆向きに回転しているため、複素ベクトルｓ１およびｓ２が１／２回転し、θ１（Δｔ）＋πで位相が一致する。そのときの時間は、Δｔ＋π／ω１である。その後、さらにθ１（Δｔ）で位相が一致する。そのときの時間は、Δｔ＋２π／ω１である。このようにして、時間Δｔ＋ｎ・π／ω１で位相が一致し（ｎ＝０，１，２，…）、その時の複素ベクトルｓ１およびｓ２の位相はθ１（Δｔ）（ｎ＝０，２，４…）あるいはθ１（Δｔ）＋π（ｎ＝１，３，５…）である。
複素ベクトルｓ１の位相θ１および複素ベクトルｓ２の位相θ２の時間ｔとの関係をグラフに表したものが図５である。ただし、図示の便宜上、θ１（０）＝０としてある。図５からも明らかなように、時間Δｔ＋ｎ・π／ω１で複素ベクトルｓ１およびｓ２の位相が一致し（ｎ＝０，１，２，…）、その時の複素ベクトルｓ１およびｓ２の位相はθ１（Δｔ）（ｎ＝０，２，４…）あるいはθ１（Δｔ）＋π（ｎ＝１，３，５…）である。
歪み成分位相測定部６０は、位相取得部４０の取得結果に基づき、一致時間Δｔにおける歪み成分＋３ω１の位相θ３（Δｔ）を測定する。一致時間Δｔは、一致時間・位相測定部５０から取得する。
歪み成分＋３ω１の複素ベクトルｓ３は下記の式のように表される。
【数３】
0004656652.tif 000004
上記の式から明らかなように、複素ベクトルｓ１が１回転すると、複素ベクトルｓ３が３回転する。複素ベクトルｓ１が１／２回転すると、複素ベクトルｓ３が３／２回転する。
よって、複素ベクトルｓ１が位相θ１（Δｔ）から１回転すると、複素ベクトルｓ３が３回転するので、複素ベクトルｓ３の位相は元に戻る。よって、複素ベクトルｓ１が位相θ１（Δｔ）からｎ回転すると（ｎ＝１，２，…）、複素ベクトルｓ３の位相は、一致時間Δｔにおける歪み成分＋３ω１の位相θ３（Δｔ）に戻る。
また、複素ベクトルｓ１が位相θ１（Δｔ）から１／２回転すると、複素ベクトルｓ３が３／２回転するので、複素ベクトルｓ３の位相はπ進む。よって、複素ベクトルｓ１が位相θ１（Δｔ）＋πになると、複素ベクトルｓ３の位相は、θ３（Δｔ）＋πになる。
複素ベクトルｓ１の位相θ１、複素ベクトルｓ２の位相θ２および複素ベクトルｓ３の位相θ３の時間ｔとの関係をグラフに表したものが図６である。なお、図６においては、θ１およびθ２は一点鎖線、θ３は実線で図示している。図６からも明らかなように、時間Δｔ＋ｎ・π／ω１（ｎ＝０，２，４…）で複素ベクトルｓ３の位相がθ３（Δｔ）となり、時間Δｔ＋ｎ・π／ω１（ｎ＝１，３，５…）で複素ベクトルｓ３の位相がθ３（Δｔ）＋πとなる。
このように、複素ベクトルｓ１およびｓ２が一致する位相はθ１（Δｔ）あるいはθ１（Δｔ）＋πといった一定の値をとる。しかも、複素ベクトルｓ１およびｓ２が一致したときの複素ベクトルｓ３の位相もまたθ３（Δｔ）あるいはθ３（Δｔ）＋πといった一定の値をとる。よって、入力周波数成分±ω１の位相を表す値としてθ１（Δｔ）を、歪み成分＋３ω１の位相を表す値としてθ３（Δｔ）を測定することは有意義である。
なお、複素ベクトルｓ１およびｓ２が一致する位相に対する、複素ベクトルｓ１およびｓ２が一致したときの複素ベクトルｓ３の相対位相は、一定の値θ３（Δｔ）−θ１（Δｔ）をとる。
表示部７０は、一致時間・位相測定部５０の測定結果θ１（Δｔ）および歪み成分位相測定部６０の測定結果θ３（Δｔ）を表示する。
次に、本発明の実施形態の動作を説明する。
まず、第一発振器１２から出力された周波数ω１０の信号と、第二発振器１４から出力された周波数ω２０の信号とが、加算器１６により加算され、入力信号として増幅器２０に与えられる。入力信号の周波数スペクトルは図２（ａ）に示すようなものである。
入力信号は増幅器２０により増幅される。ただし、増幅器２０は非線形回路の一種であり、周波数ω１０および周波数ω２０の成分のみならず、歪み成分（周波数ω３０および周波数ω４０の成分）も出力されてしまう（図２（ｂ）参照）。
増幅器２０の出力は位相測定装置１に与えられる。位相測定装置１は、増幅器２０の出力を測定するためのものである。
まず、増幅器２０の出力は、直交変換部３０により、入力周波数成分（周波数ω１０および周波数ω２０）の平均である平均周波数ω０によって直交変換される。これにより、増幅器２０の出力を、入力周波数成分±ω１、歪み周波数成分±３ω１として取り扱うことができる（図２（ｃ）参照）。直交変換部３０の出力には二種類あり、乗算器３２の出力と乗算器３４の出力とがある。
乗算器３２の出力は、ローパスフィルタ４２ａにより高周波成分が遮断され、Ａ／Ｄ変換器４４ａによりデジタル信号に変換されてから、複素ＦＦＴ部４６に与えられる。乗算器３４の出力は、ローパスフィルタ４２ｂにより高周波成分が遮断され、Ａ／Ｄ変換器４４ｂによりデジタル信号に変換されてから、複素ＦＦＴ部４６に与えられる。複素ＦＦＴ部４６は複素高速フーリエ変換を行い、入力周波数成分（±ω１）および歪み成分（＋３ω１）の複素ベクトルを得る。位相決定部４８は、複素ベクトルを受け、各成分の位相を決定する。
位相決定部４８の出力の内、入力周波数成分＋ω１の位相θ１および入力周波数成分−ω１の位相θ２を受けて、一致時間・位相測定部５０が、θ１とθ２とが最初に一致する一致時間Δｔおよびその時の位相θ１（Δｔ）（＝θ２（Δｔ））を測定する（図５参照）。
位相決定部４８の出力の内、歪み成分＋３ω１の位相θ３を受け、さらに、一致時間・位相測定部５０から一致時間Δｔを受け、歪み成分位相測定部６０が、一致時間Δｔにおける歪み成分＋３ω１の位相θ３（Δｔ）を測定する（図６参照）。
表示部７０は、一致時間・位相測定部５０の測定結果θ１（Δｔ）および歪み成分位相測定部６０の測定結果θ３（Δｔ）を表示する。
本発明の実施形態によれば、入力周波数成分±ω１の位相を表す値として有意義なθ１（Δｔ）を一致時間・位相測定部５０により測定する。さらに、歪み成分＋３ω１の位相を表す値として有意義なθ３（Δｔ）を歪み成分位相測定部６０により測定する。さらに、θ１（Δｔ）およびθ３（Δｔ）を表示部７０により表示する。よって、増幅器２０から出力される信号の歪みおよび入力周波数成分の位相を表す値として有意義な値を測定し、かつ表示することができる。
なお、Ａ／Ｄ変換器４４ａ、ｂは、ローパスフィルタ４２ａ、ｂと複素ＦＦＴ部４６との間に配置するかわりに、増幅器２０と位相測定装置１との間に配置してもよい。
また、上記の実施形態は、以下のようにして実現できる。ＣＰＵ、ハードディスク、メディア（フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭなど）読み取り装置を備えたコンピュータのメディア読み取り装置に、上記の各部分（例えば一致時間・位相測定部５０および歪み成分位相測定部６０）を実現するプログラムを記録したメディアを読み取らせて、ハードディスクにインストールする。このような方法でも、上記の実施形態を実現できる。
【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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