(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群とからなり、
前記第１レンズ群は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１−１レンズユニットと、所定の空気間隔を隔てた正の屈折力を有する第１−２レンズユニットとからなり、
前記第２レンズ群は、物体側から順に、正の屈折力を有する第２−１レンズユニットと、所定の空気間隔を隔てた負の屈折力を有する第２−２レンズユニットと、所定の空気間隔を隔てた正の屈折力を有する第２−３レンズユニットとからなり、
広角端状態から望遠端状態へのズーミングに際して、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔が縮小し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間隔が拡大するように、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群とが移動し、前記第３レンズ群が固定され、以下の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
０．７＜ｆ２／｜ｆ１｜＜１．５    （ｆ１＜０）
３＜ｆ３／ｆｗ＜１０
１．３１１≦ｆ１２／｜ｆ１｜＜３          （ｆ１＜０）
１．１＜｜ｆ２２｜／ｆ２＜５          （ｆ２２＜０）
１．６＜（Ｄ１ｗ−Ｄ１ｔ）／ｆｗ＜６
１．６＜（Ｄ２ｔ−Ｄ２ｗ）／ｆｗ＜６
但し、
ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離，
ｆ２：前記第２レンズ群の焦点距離，
ｆ３：前記第３レンズ群の焦点距離，
ｆｗ：広角端状態におけるズームレンズの焦点距離，
ｆ１２：前記第１−２レンズユニットの焦点距離，
ｆ２２：前記第２−２レンズユニットの焦点距離，
Ｄ１ｗ：広角端状態における前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との空気間隔，
Ｄ１ｔ：望遠端状態における前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との空気間隔，
Ｄ２ｗ：広角端状態における前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との空気間隔，
Ｄ２ｔ：望遠端状態における前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との空気間隔
【請求項２】
前記第１−１レンズユニットは、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凹負レンズとからなり、
前記第１−２レンズユニットは物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなることを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
【請求項３】
前記第１−１レンズユニットの最も物体側の面が非球面であることを特徴とする請求項１または２に記載のズームレンズ。
【請求項４】
前記第２−２レンズユニットは、物体側から順に、両凸正レンズと両凹負レンズとの接合レンズからなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項５】
前記第３レンズ群は、少なくとも１つの面が非球面の正の単レンズで構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像素子等を用いたビデオカメラ、電子スチルカメラ等に適したズームレンズ、特にズーム比が２．５倍以上で、広角端状態で６０°以上の画角を有し、優れた結像性能を有するズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、固体撮像素子に適したズームレンズが特開平６−９４９９６号公報、特開平７−２６１０８３号公報などに開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平６−９４９９６号公報に開示されたズームレンズは、いずれもズーム比が２倍程度と小さく不十分であった。
【０００４】
また、特開平７−２６１０８３号公報に開示されたレンズにおいても、ズーム比は２．３倍程度で不十分であった。さらに、当該公報の収差図から明らかなようにズーミングに伴う球面収差の変動が大きく、結像性能が不十分であった。
【０００５】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、固体撮像素子等を用いたビデオカメラ、電子スチルカメラ等に適し、小型であり、ズーム比が２．５倍以上で、広角端状態で６０°以上の画角を有し、優れた結像性能を有するズームレンズを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群とからなり、
前記第１レンズ群は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１−１レンズユニットと、所定の空気間隔を隔てた正の屈折力を有する第１−２レンズユニットとからなり、
前記第２レンズ群は、物体側から順に、正の屈折力を有する第２−１レンズユニットと、所定の空気間隔を隔てた負の屈折力を有する第２−２レンズユニットと、所定の空気間隔を隔てた正の屈折力を有する第２−３レンズユニットとからなり、
広角端状態から望遠端状態へのズーミング（変倍）に際して、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が縮小し、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が拡大するように、第１レンズ群と第２レンズ群とが移動し、第３レンズ群が固定され、以下の条件式を満足する構成である。
（１）  ０．７＜ｆ２／｜ｆ１｜＜１．５ （ｆ１＜０）
（２）  ３＜ｆ３／ｆｗ＜１０
（３）  １．３１１≦ｆ１２／｜ｆ１｜＜３ （ｆ１＜０）
（４）  １．１＜｜ｆ２２｜／ｆ２＜５ （ｆ２２＜０）
（５）  １．６＜（Ｄ１ｗ−Ｄ１ｔ）／ｆｗ＜６
（６）  １．６＜（Ｄ２ｔ−Ｄ２ｗ）／ｆｗ＜６
但し、ｆ１は第１レンズ群の焦点距離、ｆ２は第２レンズ群の焦点距離、ｆ３は第３レンズ群の焦点距離、ｆｗは広角端状態におけるズームレンズの焦点距離、ｆ１２は第１−２レンズユニットの焦点距離、ｆ２２は第２−２レンズユニットの焦点距離、Ｄ１ｗは広角端状態における第１レンズ群と第２レンズ群との空気間隔、Ｄ１ｔは望遠端状態における第１レンズ群と第２レンズ群との空気間隔、Ｄ２ｗは広角端状態における第２レンズ群と第３レンズ群との空気間隔、Ｄ２ｔは望遠端状態における第２レンズ群と第３レンズ群との空気間隔をそれぞれ示している。
【０００７】
本発明では、第１レンズ群を負屈折力、第２レンズ群を正屈折力の構成とすることにより、広角端状態で６０°以上の画角を有し、かつ、第１レンズ群の小型化を図ることができる。また、正屈折力の第３レンズ群を設けることにより、固体撮像素子の使用に適するよう効果的に射出瞳位置を像面から遠く離すことができる。
【０００８】
また、第１レンズ群を、物体側から順に、負の屈折力を有する第１−１レンズユニットと、該第１−１レンズユニットから所定の空気間隔を隔てて設けられている正の屈折力を有する第１−２レンズユニットとから構成することにより、ズームレンズの結像性能を良好とし、特に、倍率色収差と歪曲収差を良好に補正している。
【０００９】
また、第２レンズ群を、物体側から順に、正の屈折力を有する第２−１レンズユニットと、該第２−１レンズユニットから所定の空気間隔を隔てて設けられている負の屈折力を有する第２−２レンズユニットと、該第２−２レンズユニットから所定の空気間隔を隔てて設けられている正の屈折力を有する第２−３レンズユニットとから構成することにより、ズーミング時の球面収差と非点収差の変動を抑え、良好な結像性能を確保することができる。
【００１０】
さらに、ズーミングに際しては、結像面に最も近い位置にある第３レンズ群が固定となるよう構成することにより、ズーミング駆動機構を固体撮像素子に結合された電子回路から離して配置することができるので好ましい。
【００１１】
次に、各条件式について説明する。条件式（１）は、２．５倍程度以上のズーム比を達成しつつ、小型化と、結像性能を良好にするための条件式である。条件式（１）の下限値を下回ると、所望のズーム比を達成するのが困難となる。あるいは、ズーミングに伴う第１レンズ群と第２レンズ群との間隔変化が大きくなり、ズームレンズの小型化が困難となる。逆に、条件式（１）の上限値を上回ると、歪曲収差、倍率色収差、像面湾曲の補正が困難となり、簡素な構成で良好な結像性能を得るのが困難となる。なお、さらに好ましくは、条件式（１）の下限値を０．９、上限値を１．３とすると、より良好に諸収差の補正が可能となるので望ましい。
【００１２】
条件式（２）は、射出瞳位置を適切にし、かつズームレンズの小型化を達成するための条件式である。条件式（２）の上限値を上回ると、広角端状態での射出瞳位置が像面に接近し、固体撮像素子に用いることが困難となる。逆に、条件式（２）の下限値を下回ると、第３レンズ群の構成の複雑化や、第１レンズ群と第２レンズ群の大型化を招きズームレンズ全体を小型にするのが困難となる。なお、さらに好ましくは、条件式（２）の下限値を４、上限値を６とすることが望ましい。
【００１３】
条件式（３）は、第１−２レンズユニットの焦点距離の適切な範囲を規定する条件式である。条件式（３）の上限値を上回ると、第１−２レンズユニットの屈折力が弱くなり、球面収差や色収差の補正が困難となる。逆に、条件式（３）の下限値を下回ると、第１−２レンズユニットの屈折力が強くなり、第１−１レンズユニットとの間の空気間隔公差や偏心公差が厳しくなり好ましくない。なお、さらに好ましくは、条件式（３）の下限値を１．２、上限値を２．３とすることが望ましい。
【００１４】
条件式（４）は、第２−２レンズユニットの焦点距離の適切な範囲を規定する条件式である。条件式（４）の上限値を上回ると、第２−２レンズユニットの屈折力が弱くなり、球面収差の補正が困難となる。逆に、条件式（４）の下限値を下回ると、第２−２レンズユニットの屈折力が強くなり、第２−２レンズユニットに隣接するレンズユニットとの間の空気間隔公差や偏心公差が厳しくなり好ましくない。なお、さらに好ましくは、条件式（４）の下限値を１．１、上限値を４とすることが望ましい。
【００１５】
条件式（５）は、広角端状態から望遠端状態へのズーミングの際の第１レンズ群と第２レンズ群との空気間隔の変化の適切な範囲を規定する条件式である。条件式（５）の上限値を上回ると、ズーミングの際の第１レンズ群と第２レンズ群との空気間隔の変化が大きくなり、ズームレンズ全体が大型化し好ましくない。逆に、条件式（５）の下限値を下回ると、十分なズーム比を確保できなくなる。なお、さらに好ましくは、条件式（５）の下限値を１．９、上限値を５．５とすることが望ましい。
【００１６】
条件式（６）は、広角端状態から望遠端状態へのズーミングの際の第２レンズ群と第３レンズ群との空気間隔の変化の適切な範囲を規定する条件式である。条件式（６）の上限値を上回ると、ズーミングの際の第２レンズ群と第３レンズ群との空気間隔の変化が大きくなり、ズームレンズ全体が大型化し好ましくない。逆に、条件式（６）の下限値を下回ると、十分なズーム比を確保できなくなる。なお、さらに好ましくは、条件式（６）の下限値を１．９、上限値を５．５とすることが望ましい。
【００１７】
また、本発明は、上記の構成のもとで、第１−１レンズユニットを、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凹負レンズとから構成し、第１−２レンズユニットを物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなるよう構成する事が望ましい。これにより、少ないレンズ枚数で良好な結像性能を得ることができる。
【００１８】
また、本発明は、前記第１−１レンズユニットの最も物体側の面に非球面を導入することが望ましい。これにより、ズームレンズの広角端状態での歪曲収差を効果的に補正できる。
【００１９】
また、本発明は、第２−２レンズユニットを、物体側から順に、両凸正レンズと両凹負レンズとの接合レンズからなる構成とすることが望ましい。これにより、第２レンズ群内のレンズ偏心公差を緩和すること、及び良好な収差補正を行うことを効果的に両立できる。
【００２０】
また、本発明は、前記第３レンズ群を少なくとも１つの面が非球面の正の単レンズから構成することが望ましい。これにより、第３レンズ群の構成を複雑化させることなく、良好にコマ収差を補正でき、ズームレンズの小型化と良好な収差補正との両立が可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に，添付図面に基づいて本発明にかかるズームレンズの数値実施例を説明する。第１実施例乃至第６実施例のレンズ構成をそれぞれ図１乃至図６に示す。各実施例とも、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、絞りＳと、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３から構成される。第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１−１レンズユニットＵ１１と、正の屈折力を有する第１−２レンズユニットＵ１２とからなる。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、正の屈折力を有する第２−１レンズユニットＵ２１と、負の屈折力を有する第２−２レンズユニットＵ２２と、正の屈折力を有する第２−３レンズユニットＵ２３とからなる。そして、広角端状態から望遠端状態へのズーミングに際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔が縮小し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔が拡大するように、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２が移動し、第３レンズ群Ｇ３が固定している構成である。
【００２２】
また、各実施例とも、第１−１レンズユニットＵ１１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凹負レンズとからなり、第１−２レンズユニットＵ１２は物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる。さらに、第１実施例乃至第３実施例の第１−１レンズユニットＵ１１の最も物体側の面は非球面である。
【００２３】
また、各実施例とも、第２−２レンズユニットＵ２２は、物体側から順に、両凸正レンズと両凹負レンズとの接合レンズとからなる。
【００２４】
また、各実施例とも、第３レンズ群Ｇ３は像側面が非球面である正の単レンズからなる。
【００２５】
以下の表１に、第１実施例の諸元の値を掲げる。［全体諸元］中のｆは焦点距離、Ｂｆはバックフォーカス、ＦNOはＦナンバー、 2ωは画角を表す。［レンズ諸元］中、第１カラムは物体側からのレンズ面の番号、第２カラムｒはレンズ面の曲率半径、第３カラムｄはレンズ面間隔、第４カラムνはアッベ数、第５カラムｎはｄ線（λ=587.6nm）に対する屈折率をそれぞれ示している。［非球面データ］欄には、以下の式で非球面を表現した場合の非球面係数を示す。
【００２６】
Ｘ（ｙ）＝ｙ2／［ｒ・｛１＋（１−Ｋ・ｙ2／ｒ2）1/2｝］＋Ｃ４・ｙ4＋Ｃ６・ｙ6＋Ｃ８・ｙ8＋Ｃ１０・ｙ10
【００２７】
但し、Ｘ（ｙ）は非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸方向に沿った距離、ｒは近軸の曲率半径、Ｋは円錐定数、Ｃiは第ｉ次の非球面係数である。また、［ズーミングデータ］欄には、広角端状態、中間焦点距離、望遠端状態の各状態での焦点距離、可変間隔の値を示す。なお、以下の第２〜第６実施例の諸元値、非球面式等において本実施例と同様の符号を用いる。
【００２８】
【表１】
0004432153.tif 000002
0004432153.tif 000003
【００２９】
図７，８，９は第１実施例の広角端状態、中間焦点距離、望遠端状態の諸収差図をそれぞれ示している。各収差図において、ＦNOはＦナンバー、ωは画角、ｄはｄ線（λ=587.6nm）及びｇはｇ線（λ=435.6nm）を示している。非点収差図において、実線はサジタル像面を、破線はメリジオナル像面をそれぞれ示す。なお、以下の第２〜第６実施例の諸収差図において本実施例と同様の符号を用いる。各収差図から、各実施例は諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。
【００３０】
（第２実施例）
以下の表２に第２実施例にかかるズームレンズの諸元値を掲げる。
【００３１】
【表２】
［全体諸元］
ｆ＝１．０００〜２．０３４〜４．７６８
Ｂｆ＝０．４２４
ＦNO＝１．９７〜２．５８〜４．２０
２ω＝８０．７９〜４２．４９〜１８．１４°
［レンズ諸元］
r        d     ν      n
1    4.5213   0.2203   52.32  1.75500 非球面
2    1.6930   1.0212
3   -5.1258   0.1864   60.69  1.56384
4    3.6093   0.0254
5    3.0746   0.5285   23.78  1.84666
6   11.3974   (d 6)
7    ∞       0.1695                   絞り
8    9.1185   0.3782   52.32  1.75500
9  -10.4597   0.0254
10    2.7302   0.3876   47.82  1.75700
11    5.2755   0.0254
12    2.7963   0.5268   56.32  1.56883
13   -9.2484   1.3584   23.78  1.84666
14    1.5499   0.3615
15  -36.6490   0.3380   64.14  1.51633
16   -5.4324   0.0254
17    2.4970   0.4117   34.96  1.80100
18    7.4341   (d18)
19    2.9661   0.3999   55.18  1.66547
20   17.6272   0.1525                  非球面
21    ∞       0.5661   64.20  1.51680
22    ∞
［非球面データ］
（１面）
Ｋ    ＝  １．０００００
Ｃ４  ＝  ５．６２６５４×１０-3
Ｃ６  ＝−２．２６９５１×１０-4
Ｃ８  ＝  ７．１８６１５×１０-5
Ｃ１０＝  ０．０００００
（２０面）
Ｋ    ＝  １．０００００
Ｃ４  ＝  ３．０９９９８×１０-2
Ｃ６  ＝−１．２０８５７×１０-2
Ｃ８  ＝  ２．５３１６８×１０-3
Ｃ１０＝  ０．０００００
［ズーミングデータ］
広角端状態  中間焦点距離  望遠端状態
f      1.00000      2.03390      4.76779
d 6    5.68836      2.24738      0.33899
d18    0.33898      1.80687      5.68835
【００３２】
図１０，１１，１２は第２実施例の広角端状態、中間焦点距離、望遠端状態の諸収差図をそれぞれ示している。各収差図から、各実施例は諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。
【００３３】
（第３実施例）
以下の表３に第３実施例にかかるズームレンズの諸元値を掲げる。
【００３４】
【表３】
0004432153.tif 000004
0004432153.tif 000005
【００３５】
図１３，１４，１５は第３実施例の広角端状態、中間焦点距離、望遠端状態の諸収差図をそれぞれ示している。各収差図から、各実施例は諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。
【００３６】
（第４実施例）
以下の表４に第４実施例にかかるズームレンズの諸元値を掲げる。
【００３７】
【表４】
0004432153.tif 000006
0004432153.tif 000007
【００３８】
図１６，１７，１８は第４実施例の広角端状態、中間焦点距離、望遠端状態の諸収差図をそれぞれ示している。各収差図から、各実施例は諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。
【００３９】
（第５実施例）
以下の表５に第５実施例にかかるズームレンズの諸元値を掲げる。
【００４０】
【表５】
0004432153.tif 000008
0004432153.tif 000009
【００４１】
図１９，２０，２１は第５実施例の広角端状態、中間焦点距離、望遠端状態の諸収差図をそれぞれ示している。各収差図から、各実施例は諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。
【００４２】
（第６実施例）
以下の表６に第６実施例にかかるズームレンズの諸元値を掲げる。
【００４３】
【表６】
0004432153.tif 000010
0004432153.tif 000011
【００４４】
図２２，２３，２４は第６実施例の広角端状態、中間焦点距離、望遠端状態の諸収差図をそれぞれ示している。各収差図から、各実施例は諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。
【００４５】
また、上記第１〜第６実施例の条件式対応値を表７に掲げる。
【００４６】
【表７】
0004432153.tif 000012
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、固体撮像素子等を用いたビデオカメラ、電子スチルカメラ等に好適な、小型で、ズーム比が２．５倍以上で、広角端状態で６０°以上の画角を有し、優れた結像性能を有するズームレンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例のレンズ構成を示す図である。
【図２】本発明の第２実施例のレンズ構成を示す図である。
【図３】本発明の第３実施例のレンズ構成を示す図である。
【図４】本発明の第４実施例のレンズ構成を示す図である。
【図５】本発明の第５実施例のレンズ構成を示す図である。
【図６】本発明の第６実施例のレンズ構成を示す図である。
【図７】本発明の第１実施例の広角端状態での諸収差図である。
【図８】本発明の第１実施例の中間焦点距離での諸収差図である。
【図９】本発明の第１実施例の望遠端状態での諸収差図である。
【図１０】本発明の第２実施例の広角端状態での諸収差図である。
【図１１】本発明の第２実施例の中間焦点距離での諸収差図である。
【図１２】本発明の第２実施例の望遠端状態での諸収差図である。
【図１３】本発明の第３実施例の広角端状態での諸収差図である。
【図１４】本発明の第３実施例の中間焦点距離での諸収差図である。
【図１５】本発明の第３実施例の望遠端状態での諸収差図である。
【図１６】本発明の第４実施例の広角端状態での諸収差図である。
【図１７】本発明の第４実施例の中間焦点距離での諸収差図である。
【図１８】本発明の第４実施例の望遠端状態での諸収差図である。
【図１９】本発明の第５実施例の広角端状態での諸収差図である。
【図２０】本発明の第５実施例の中間焦点距離での諸収差図である。
【図２１】本発明の第５実施例の望遠端状態での諸収差図である。
【図２２】本発明の第６実施例の広角端状態での諸収差図である。
【図２３】本発明の第６実施例の中間焦点距離での諸収差図である。
【図２４】本発明の第６実施例の望遠端状態での諸収差図である。
【符合の説明】
Ｇ１  ・・・  第１レンズ群
Ｇ２  ・・・  第２レンズ群
Ｇ３  ・・・  第３レンズ群
Ｕ１１・・・  第１−１レンズユニット
Ｕ１２・・・  第１−２レンズユニット
Ｕ２１・・・  第２−１レンズユニット
Ｕ２２・・・  第２−２レンズユニット
Ｕ２３・・・  第２−３レンズユニット
Ｓ    ・・・  絞り
【図１】
0004432153.tif 000013
【図２】
0004432153.tif 000014
【図３】
0004432153.tif 000015
【図４】
0004432153.tif 000016
【図５】
0004432153.tif 000017
【図６】
0004432153.tif 000018
【図７】
0004432153.tif 000019
【図８】
0004432153.tif 000020
【図９】
0004432153.tif 000021
【図１０】
0004432153.tif 000022
【図１１】
0004432153.tif 000023
【図１２】
0004432153.tif 000024
【図１３】
0004432153.tif 000025
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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