(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を撮像する撮像手段と、
この撮像手段による被写体の撮影時の露出を制御する露出制御手段と、
前記撮像手段により正規の撮像の直前に撮像された基準画像の全領域の輝度情報に基づき、適正露出を示す適正露出情報を取得する第１の取得手段と、
前記基準画像における所定の領域の輝度分布を示すヒストグラム情報に基づき当該領域に許容する露出上限を示す露出上限情報を取得する第２の取得手段と、
前記露出制御手段に、前記第２の取得手段により取得された露出上限情報により示される露出上限を超えない範囲で、前記第１の取得手段により取得された適正露出情報により示される適正露出へ向けた露出制御を行わせる制御手段と
を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第１の取得手段が取得する適正露出情報は、前記基準画像の撮像時に前記露出制御手段が制御した基準露出に対する第１の補正量であり、前記第２の取得手段が取得する露出上限情報は、前記基準画像の撮像時に前記露出制御手段が制御した基準露出に対する第２の補正量であるとともに、前記制御手段は、第１の補正量と第２の補正量とのいずれか一方に基づき前記露出制御手段に露出制御を行わせることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第２の補正量は、前記ヒストグラム情報により示される輝度分布における高輝度側の累積度数の割合が所定比率に達する輝度位置を、予め決められた最大許容輝度値に移動させるために必要な露出の補正量であることを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第１の取得手段は、前記基準画像の全領域の輝度分布を示すヒストグラム情報に基づき前記適正露出情報を取得することを特徴とする請求項１，２又は３記載の撮像装置。
【請求項５】
被写体を撮像する撮像手段を備えた撮像装置における露出制御方法において、
前記撮像手段により正規の撮像の直前に基準画像を撮像する工程と、
前記基準画像の全領域の輝度情報に基づき適正露出を示す適正露出情報を取得するとともに、基準画像における所定の領域の輝度分布を示すヒストグラム情報に基づき当該領域に許容する露出上限を示す露出上限情報を取得する工程と、
前記露出上限情報により示される露出上限を超えない範囲で前記適正露出情報により示される適正露出へ向けた露出制御を行う工程と
からなることを特徴とする露出制御方法。
【請求項６】
被写体を撮像する撮像手段と、この撮像手段による撮像時の露出を制御する露出制御手段とを備えた撮像装置が有するコンピュータを、
前記撮像手段により正規の撮像の直前に撮像された基準画像の全領域の輝度情報に基づき、適正露出を示す適正露出情報を取得する第１の取得手段と、
前記基準画像における所定の領域の輝度分布を示すヒストグラム情報に基づき当該領域に許容する露出上限を示す露出上限情報を取得する第２の取得手段と、
前記露出制御手段に、前記第２の取得手段により取得された露出上限情報により示される露出上限を超えない範囲で、前記第１の取得手段により取得された適正露出情報により示される適正露出へ向けた露出制御を行わせる制御手段と
して機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置及び、撮像装置の露出制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、銀塩カメラや、電子スチルカメラ、ビデオカメラ等の撮像装置においては、撮影条件に適した露出を決定し、シャッタースピードや絞り等を制御するＡＥ（自動露出制御）機能が設けられている。かかるＡＥには多様の方式が存在しており、近年においては、撮影（又は撮像）する画面内の複数箇所に測光領域（明るさの検出領域）を設定するとともに、主となる被写体に相当すると考えられる１又は複数の測光領域での測光結果に基づき適正な露出を決定し、より撮影シーンに応じた露出制御を可能とするマルチ測光方式を採用するものが多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のマルチ測光方式においても、完全に最適な露出を決定することは不可能であり、特に主となる被写体とその他の部分との明るさの兼ね合いを調整することが難しかった。このため、全体的に明るい雰囲気を備えた被写体が暗い画像となったり、イメージ通りの明るさの画像となっているものの、主となる被写体に白とびが生じたりする場合が依然として多いという問題があった。
【０００４】
本発明は、かかる従来の課題に鑑みてなされたものであり、全体の雰囲気を維持したまま、主たる被写体に最適な露出が確保できる、バランスのよい露出制御を行うことが可能となる撮像装置及び露出制御方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために請求項１の発明にあっては、被写体を撮像する撮像手段と、この撮像手段による被写体の撮影時の露出を制御する露出制御手段と、前記撮像手段により正規の撮像の直前に撮像された基準画像の全領域の輝度情報に基づき、適正露出を示す適正露出情報を取得する第１の取得手段と、前記基準画像における所定の領域の輝度分布を示すヒストグラム情報に基づき当該領域に許容する露出上限を示す露出上限情報を取得する第２の取得手段と、前記露出制御手段に、前記第２の取得手段により取得された露出上限情報により示される露出上限を超えない範囲で、前記第１の取得手段により取得された適正露出情報により示される適正露出へ向けた露出制御を行わせる制御手段とを備えたものとした。
【０００６】
かかる構成においては、撮像時には、基準画像全体の輝度情報に応じた露出制御が行われると同時に、露出の上限が基準画像の重要領域に許容される露出上限に制限される。しかも、重要領域に許容される露出上限は、重要領域の輝度分布を示すヒストグラム情報に基づき取得されるため、それを自在に設定することが可能である。したがって、重要領域に白とびを生じさせない範囲内で、画像全体の明るさに応じた露出制御を行うことができる。
【０００７】
また、請求項２の発明にあっては、前記第１の取得手段が取得する適正露出情報は、前記基準画像の撮像時に前記露出制御手段が制御した基準露出に対する第１の補正量であり、前記第２の取得手段が取得する露出上限情報は、前記基準画像の撮像時に前記露出制御手段が制御した基準露出に対する第２の補正量であるとともに、前記制御手段は、第１の補正量と第２の補正量とのいずれか一方に基づき前記露出制御手段に露出制御を行わせるものとした。
【０００８】
また、請求項３の発明にあっては、前記第２の補正量は、前記ヒストグラム情報により示される輝度分布における高輝度側の累積度数の割合が所定比率に達する輝度位置を、予め決められた最大許容輝度値に移動させるために必要な露出の補正量であるものとした。
【０００９】
また、請求項４の発明にあっては、前記第１の取得手段は、前記基準画像の全領域の輝度分布を示すヒストグラム情報に基づき前記適正露出情報を取得するものとした。
【００１０】
かかる構成においては、画像全体の明るさに応じた露出制御をより正確に行うことができる。
【００１１】
また、請求項５の発明にあっては、被写体を撮像する撮像手段を備えた撮像装置における露出制御方法において、前記撮像手段により正規の撮像の直前に基準画像を撮像する工程と、前記基準画像の全領域の輝度情報に基づき適正露出を示す適正露出情報を取得するとともに、基準画像における所定の領域の輝度分布を示すヒストグラム情報に基づき当該領域に許容する露出上限を示す露出上限情報を取得する工程と、前記露出上限情報により示される露出上限を超えない範囲で前記適正露出情報により示される適正露出へ向けた露出制御を行う工程とからなるものとした。
【００１２】
したがって、かかる方法によれば、重要領域に白とびを生じさせない範囲内で、画像全体の明るさに応じた露出制御を行うことができる。
【００１３】
また、請求項６の発明にあっては、被写体を撮像する撮像手段と、この撮像手段による撮像時の露出を制御する露出制御手段とを備えた撮像装置が有するコンピュータを、前記撮像手段により正規の撮像の直前に撮像された基準画像の全領域の輝度情報に基づき、適正露出を示す適正露出情報を取得する第１の取得手段と、前記基準画像における所定の領域の輝度分布を示すヒストグラム情報に基づき当該領域に許容する露出上限を示す露出上限情報を取得する第２の取得手段と、前記露出制御手段に、前記第２の取得手段により取得された露出上限情報により示される露出上限を超えない範囲で、前記第１の取得手段により取得された適正露出情報により示される適正露出へ向けた露出制御を行わせる制御手段として機能させるためのプログラムとした。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図にしたがって説明する。図１は、本発明に係る電子スチルカメラの電気的構成を示すブロック図である。
【００１５】
この電子スチルカメラはＡＥ（自動露出）機能を備えたものであって、固定レンズ１、絞り２を介して結像された被写体像を撮像する撮像手段であるＣＣＤ３と、絞り２の開口量を変化させる絞り駆動部４、ＣＣＤ３を駆動するためのＴＧ５及びＶドライバー６と、ＣＣＤ３から出力された撮像信号を保持するＣＤＳ、その撮像信号を増幅するゲイン調整アンプ（ＡＧＣ）、増幅後の撮像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器（ＡＤ）からなるユニット回路７とを有している。
【００１６】
ＣＣＤ３は、ＴＧ５が発生したタイミング信号に基づきＶドライバー６によって駆動され、被写体像の輝度に応じたアナログの撮像信号をユニット回路７へ出力するとともに、ＭＰＵ８からＴＧ５へ送られるシャッターパルスに基づき電荷蓄積時間を制御されて電子シャッターとして機能する。また、絞り３は、ＭＰＵ８から絞り駆動部４に送られる制御信号に応じて開口量を制御される。
【００１７】
ＭＰＵ８は、ＣＣＤ３から出力されユニット回路７を経てデジタル信号に変換された撮像信号に対して色信号処理等の各種の信号処理、及び画像処理を行うとともにビデオ信号を生成し、撮像した被写体像をスルー画像としてＴＦＴ液晶モニター９に表示させる。また、撮影時には、撮像信号を圧縮して所定のフォーマットの画像ファイルを生成し、それをフラッシュメモリ１０に記憶させ、再生時には圧縮した画像ファイルを伸張してＴＦＴ液晶モニター９に表示させる。
【００１８】
さらに、ＭＰＵ８には、電池等の電源を含む電源回路１１、シャッターキー等の各種のスイッチを含む操作キー部１２、ＤＲＡＭ１３、ＭＲＯＭ１４が接続されている。ＤＲＡＭ１３は、ＭＰＵ８の作業用のメモリであるとともに、撮影時には、ユニット回路７を経てデジタル信号に変換された１フレーム分の撮像信号を蓄積する画像メモリとしても機能する。
【００１９】
ＭＲＯＭ１４は、ＭＰＵ８による各部の制御及び各種データ処理に必要な動作プログラムが記録されたプログラムＲＯＭであり、特にＭＰＵ８を本発明の露出制御手段、第１及び第２の取得手段、制御手段として機能させるためのプログラムが記憶されている。また、ＡＥ制御を行うためのデータとして、撮影時の適正な露出値（ＥＶ）に対応する、絞り値（Ｆ）とシャッタースピードとの組み合わせを示すプログラム線図を構成するプログラムＡＥデータ、前記ユニット回路７のゲイン調整アンプ（ＡＧＣ）に設定するゲインの値等が記憶されている。
【００２０】
なお、ＭＲＯＭ１４は、プログラム等の記憶データを必要に応じて書き換え可能なメモリであってもよい。また、電子スチルカメラにおいては、上記プログラムやデータの一部、又は全部がフラッシュメモリ１０に記録されていたり、カメラ本体に着脱自在な記録媒体やパソコン等の他の機器を介して外部から供給される構成であってもよい。
【００２１】
次に、上記構成からなる電子スチルカメラにおける自動露出制御に関する動作を図２のフローチャートに従って説明する。このフローチャートは、ＴＦＴ液晶モニター９にスルー画像を表示するキャプチャーモード（撮影モード）が選択されて撮影待機状態となった後の動作を示すものである。
【００２２】
キャプチャーモードにおいて、電子スチルカメラはＣＣＤ３により被写体を逐次撮像するとともに、撮像画像をＴＦＴ液晶モニター９にスルー画像として表示している。その間にハーフシャッターが押されると（ステップＳＡ１でＹＥＳ）、まず露光量の調整を行う（ステップＳＡ２）。かかる調整では、その時点で撮像した撮像画像Ｇの全領域１００（図５参照）の画素の平均輝度が、電子スチルカメラの機種毎に予め設定されている装置に固有の基準輝度（ＹＲＥＦ）、例えば、撮像画像を所定の反射率のグレーとする輝度となるように、絞り値、シャッタースピード、ユニット回路７のＡＧＣアンプのゲインを制御する。
【００２３】
そして、撮像画像の平均輝度（Ｙ）が上記基準輝度となったら（ステップＳＡ３でＹＥＳ）、その状態の撮像画像を基準画像として以下の処理を行う。まず、撮像画像における重要領域（本発明の所定の領域）を設定する（ステップＳＡ４）。この重要領域は、全画面領域１００内で主たる被写体が存在すると想定される範囲であって、本実施の形態では、図６に示した予め決められている第１〜第３の注目領域１００ａ〜１００ｃのうちからカメラの向きに応じたものが自動的に設定される。すなわち、カメラの向きが通常の場合には同図(ａ）の第１の注目領域１００ａが、右側が上となる縦向きの場合には同図（ｂ）の第２の注目領域１００ｂが、左側が上となる縦向きの場合には同図（ｃ）の第３の注目領域１００ｃがそれぞれ重要領域として設定される。なお、カメラの向きは画像認識技術による所定の方式によって判定するものとしたが、傾斜センサ等を設けハード的に検出するようにしてもよい。
【００２４】
引き続き、基準画像において前記重要領域を構成する各画素の輝度データに基づき、重要領域における輝度分布を示すヒストグラムデータを生成し、それをＤＲＡＭ１３に格納する（ステップＳＡ５）。なお、本実施の形態おけるヒストグラムは、図７に示すように８ｂｉｔ（「０」〜「２５５」）で表現されるデータであり、また、見た目において白とびを感じさせないような許容最大輝度（Ｙｍａｘ）の輝度位置（許容最大輝度ポイント）として「２４７」が予め設定されている。
【００２５】
次に、かかるヒストグラムに基づき重要領域における露出補正可能量を取得する（ステップＳＡ６）。図３は、その処理手順を示すフローチャートである。かかる処理では、まず、前記ヒストグラムにおいて最高輝度から低輝度側へ画素数を積分していき（ステップＳＢ１）、全画素数に対する積分量の比率を順次算出するとともに（ステップＳＢ２）、算出結果が予め設定されている第１の規定比率となるまで処理を繰り返す（ステップＳＢ３でＮＯ）。ここで、第１の規定比率は、重要領域において白とびが生じても違和感がない（気にならない）と考えられる比率であって、本実施の形態では３％である。
【００２６】
そして、算出した比率が第１の規定比率に達したら（ステップＳＢ３でＹＥＳ）、そのときの輝度値（Ｙ１）を重要領域における処理上の最大輝度とし（ステップＳＢ４）、露出調整により、図８の上半分に示したように、かかる最大輝度（Ｙ１）の位置（最大輝度出現ポイント：図では「１９１」）を前述した許容最大輝度（Ｙ１ｍａｘ：「２４７」）の輝度位置（許容最大輝度ポイント）に移動させるようにヒストグラムを変化させるとき、それに要する露出の補正量を演算し、それを露出補正可能量Ａとして一時記憶する（ステップＳＢ５）。この露出補正可能量Ａが、本発明の露出上限情報でかつ第２の補正量である。なお、露出補正可能量Ａの演算に際しては、撮像用のγカーブを考慮した演算を行う。
【００２７】
また、露出補正可能量Ａを取得した後には、図２でステップＳＡ７へ進み、今度は、前記基準画像において、全領域１００における輝度の度数分布を示すヒストグラムのデータを生成し、それをＤＲＡＭ１３に格納した後、そのヒストグラムに基づき必要露出補正量を取得する（ステップＳＡ８）。この必要露出補正量は、基準画像の全領域１００における輝度の度数分布を、体的な明るさに適した輝度分布とするための露出補正量、換言すると、基準画像の全体的な明るさのみを基準として適正露出を得るために必要となる基本的な露出補正量であって、その取得は、先に図３で説明した露出補正可能量の場合と同様に以下の手順によって行う。
【００２８】
すなわち、全領域１００のヒストグラムにおいて最高輝度から低輝度側へ画素数を順に積分していき、全画素数に対する積分量の比率が、予め設定されている第２の規定比率に達したときの輝度値（Ｙ２）を取得する。第２の規定比率は、全領域１００において白とびの発生を許容する画素の割合であるとともに、前記重要領域における第１の規定比率（３％）よりも大きな比率であり、本実施の形態では６％である。そして、前記比率が第２の規定比率に達したら、そのときの輝度値（Ｙ２）を全領域１００における処理上の最大輝度とした後、露出調整により、図８の下半分に示したように、最大輝度（Ｙ２）の位置（最大輝度出現ポイント：図では「１３６」）を所定の目標輝度（Ｙ２ｍａｘ）の輝度位置に移動させるようにヒストグラムを変化させるとき、それに要する露出の補正量を演算し、それを必要露出補正量Ｂとして一時記憶する（ステップＳＢ５）。この必要露出補正量Ｂが、本発明の適正露出情報でかつ第１の補正量である。
【００２９】
ここで、前記目標輝度（Ｙ２ｍａｘ）は、ステップＳＡ２の調整に際して設定した絞り値、シャッタースピード、ＡＧＣアンプのゲインに基づき設定される、被写体の明るさに対応する輝度であって、その輝度位置（ＥＶ別目標ポイント）は、暗い被写体の場合には小さな輝度位置であり、明るい被写体の場合には大きな輝度位置である。なお、必要露出補正量Ｂの演算に際しても、撮像用のγカーブを考慮した演算を行う。
【００３０】
引き続き、上記必要露出補正量Ｂを取得した後には、ステップＳＡ６で取得した露出補正可能量Ａと必要露出補正量Ｂとに基づき、実際の露出補正量を設定する（ステップＳＡ９）。図４は、その処理手順を示すフローチャートであって、露出補正可能量Ａが必要露出補正量Ｂよりも大きいときには（ステップＳＣ１，ＳＣ３が共にＮＯ）、重要領域（第１の注目領域１００ａ等）に白とびが発生しないと判断し、必要露出補正量Ｂを実際の露出補正量として設定する（ステップＳＣ５）。また、露出補正可能量Ａが必要露出補正量Ｂよりも小さいときには（ステップＳＣ１がＮＯ，ＳＣ３がＹＥＳ）、基準画像の全領域１００の明るさに基づく補正を行うと重要領域に白とびが発生すると判断し、露出補正可能量Ａを実際の露出補正量として設定する（ステップＳＣ４）。また、露出補正可能量Ａがマイナス側の補正量であったとき（ステップＳＣ１でＹＥＳ）、つまり、重要領域に許容最大輝度（Ｙ１ｍａｘ）を超えた輝度の画素が既に３％以上存在しており、重要領域では既に白とびが生じているようなときには、必要露出補正量Ｂと関係なく、露出補正可能量Ａを実際の露出補正量として設定する（ステップＳＣ２）。
【００３１】
しかる後、図２でステップＳＡ１０において、シャッターが押されたか否かを判断し、シャッターが押されていなければ（ステップＳＡ１０でＮＯ）、ステップＳＡ１へ戻って前述した処理を繰り返す。シャッターが押されたら（ステップＳＡ１０でＹＥＳ）、ステップＳＡ２で調整した露光量、すなわち撮像画像の全領域１００の画素の平均輝度を基準輝度に合わせたときの露光量に対して、ステップＳＡ９で設定した露出補正量に応じ、プログラム線図に基づく絞り値、シャッタースピード、ＡＧＣゲインの制御を行い撮影光量を制御する（ステップＳＡ１１）。
【００３２】
以上のように、本実施の形態における露出制御によれば、重要領域（第１〜第３の注目領域１００ａ〜１００ｃ）に白とびが生じない範囲内で、画像全体の明るさに基づく露出制御を行うことから、例えば直射日光の当たる人物撮影などでは、人物を重要領域に配置させることにより、人物部分に白とびが生じることのない適切な露出が可能となる。また、海やスキー場のような全体的に明るいシーンでは、重要領域における被写体に白とびを発生させない範囲で、被写体の明るさを反映されたイメージ通りの明るい画像が撮影できる。また、白壁が連続するような、一様な明るさ被写体を撮影する場合でも、ＥＶ値に応じた適正な露出を得ることができる。つまり、全体の雰囲気を維持したまま主たる被写体に最適な露出が確保できる、バランスのよい露出制御を行うことが可能である。
【００３３】
しかも、画像全体の明るさに基づく露出制御についても、重要領域と同様に輝度分布を示すヒストグラムに基づき行うため、画像全体の明るさに応じた露出制御をより正確に行うことができることから、より最適な露出制御を行うことが可能である。なお、画像全体の明るさに基づく露出制御は、必ずしもヒストグラムに基づき行う必要はなく、前述した基準画像における輝度情報に基づく方法であれば、他の方法によって前述した必要露出補正量Ｂを取得するようにしてもよい。その場合であっても、先に説明したと同様の効果を得ることができる。
【００３４】
また、本実施の形態においては、前述した基準画像を撮像したとき、正確には前述したステップＳＡ２の調整が終了した時点の露出を、露出補正可能量Ａまたは必要露出補正量Ｂの一方を用いて補正する場合について説明したが、ステップＳＡ６で撮影時に確保すべきＥＶ値を直接取得し、かつステップＳＡ８で上限とするＥＶ値を直接取得したのち、ステップＳＡ９では前述と同様の判断基準によりいずれか一方のＥＶ値を選択的に最終的に制御すべきＥＶ値として設定するようにしても構わない。
【００３５】
また、本実施の形態では、ハーフシャッターが押されている間に逐次、露出補正可能量Ａ、必要露出補正量Ｂを取得して露出補正量を設定する処理（ステップＳＡ２〜ＳＡ１０）を行うものを示したが、これとは別に、シャッターが押された時点で基準画像を取得した後、上記と同様の処理を行わせるようにしても構わない。
【００３６】
また、前述した重要領域の設定については、例えば、カメラの向きに関係なく、撮像画像の中央部分に固定的に設定してもよい。また、撮影者に、図示した第１〜第３の領域１００ａ〜１００ｃ等の予め用意した複数の領域のうちのから１又は複数の領域を撮影時において選択させるようにすれば、使い勝手が向上する。さらには、任意の方法により被写体の違いに応じて自動的に設定させるようにしてもよい。
【００３７】
また、以上の説明においては、本発明を電子スチルカメラに採用した場合について説明したが、言うまでもなく、ＣＣＤ型やＣＭＯＳ型の固体撮像素子が設けられるとともに、撮像装置として機能するのに必要な所定のプログラムを記憶する記録媒体を備えた情報機器、例えばパーソナルコンピュータや各種の携帯情報端末にも本発明を採用することができる。また、イメージスキャナー等の他の撮像装置にも本発明を採用してもよく、その場合においても、撮像画像の重要領域における白とびを回避しつつ、バランスのよい露出制御を行うことが可能となる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明においては、基準画像における所定の領域に白とびを生じさせない範囲内で、画像全体の明るさに応じた露出制御を行うことができるようにしたことから、全体の雰囲気を維持したまま主たる被写体に最適な露出が確保できる、バランスのよい露出制御を行うことが可能となる。
【００３９】
また、適正露出情報を基準画像の全領域の輝度分布を示すヒストグラム情報に基づき取得するものでは、画像全体の明るさに応じた露出制御をより正確に行うことができることから、より最適な露出制御を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す電子スチルカメラのブロック図である。
【図２】同実施の形態における自動露出制御に関する動作を示すフローチャートである。
【図３】露出補正可能量の取得手順を示すフローチャートである。
【図４】最終補正量の取得手順を示すフローチャートである。
【図５】撮像画像の全領域を示す図である。
【図６】撮像画像にカメラの向きに応じ重要領域として選択的に設定される第１〜第３の注目領域を示す図である。
【図７】重要領域での許容最大輝度を示す説明図である。
【図８】露出補正可能量と必要露出補正量の取得方法を示す説明図である。
【符号の説明】
２    絞り
３    ＣＣＤ
４    絞り駆動部
５    ＴＧ
６    Ｖドライバー
７    ユニット回路
８    ＭＰＵ
１３    ＤＲＡＭ
１４    ＭＲＯＭ
【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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