(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体像を形成する撮影光学系と、
所定の電荷蓄積期間に受光面内の各画素で蓄積した電荷を電気信号として出力することにより、前記撮影光学系が形成した被写体像を電気信号に変換する撮像デバイスと、
前記撮影光学系と前記撮像デバイスとの間に配置されて前記撮影光学系からの被写体光が透過する光学素子と、
少なくとも前記電荷蓄積期間において、前記光学素子を、前記撮像デバイスの受光面と略平行な方向へ、複数の画素の長さに亘って移動させ続ける移動機構と
を備えたことを特徴とする電子カメラ。
【請求項２】
前記撮影光学系と前記光学素子との間にシャッタを備えるとともに、
前記移動機構は、前記撮影光学系からの被写体光が前記シャッタによって前記撮像デバイスへ入射されている間に、前記光学素子を移動させる
ことを特徴とする請求項１記載の電子カメラ。
【請求項３】
前記移動機構は、モータ及びカム機構を備え、前記モータの回転駆動力を前記カム機構によって往復直線運動に変換して前記光学素子を一方向に振動させる
ことを特徴とする請求項１又は２記載の電子カメラ。
【請求項４】
前記光学素子は、ローパスフィルタである
ことを特徴とする請求項１，２又は３記載の電子カメラ。
【請求項５】
前記光学素子は、赤外線吸収フィルタである
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の電子カメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮影光学系と撮像デバイスとの間に各種光学素子を備える電子カメラに、関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、静止画像又は動画像を電子的に保存する電子スチルカメラやビデオカメラが、急速に普及している。これらのいわゆる電子カメラは、撮影光学系が形成した被写体像を撮像デバイスによって画素毎の電気信号に変換して（さらに、その電気信号をアナログデジタル変換して）画像データとして記録媒体に記録する機能を、有している。
【０００３】
その撮像デバイスを内蔵する電子カメラは、一般に、ローパスフィルタや赤外線吸収フィルタ等の各種のフィルタを、撮影光学系と撮像デバイスとの間に、備えている。
【０００４】
このようにローパスフィルタを光路中に配置するのは、撮像デバイスが、規則的に列ぶ複数の画素を受光面に備えているために、その画素間隔で決まる標本化空間周波数に近似した空間周波数成分を有する被写体が撮像されると、被写体の画像データにモアレが現れてしまうからである。そのため、被写体光をローパスフィルタに透過させて、被写体像の空間周波数の中から、標本化空間周波数成分近傍の空間周波数成分を、低減させている。具体的には、ローパスフィルタは、水晶やリチウムナイオベート等からなる複屈折板を複数枚貼り合せることにより一枚の光学的なフィルタとして形成されている。そして、一般的には、撮影光学系によって形成される被写体像を４つの被写体像に分離して、上下左右に半画素間隔ずつズレた４重像を受光面に形成することによって高周波数成分を平均化している。
【０００５】
また、赤外線吸収フィルタを光路中に配置するのは、被写体光の中から赤外波長成分を除去するためである。これは、撮像デバイスが人間の目と異なる分光感度を有し、可視光の他に赤外光を受光してしまうからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した各種のフィルタの表面には、静電気によって塵埃が付着し易い。このため、フィルタに付着した塵埃が、撮像デバイスが得る画像の画質を、著しく低下させていた。
【０００７】
特に、リチウムナイオベート等のような焦電性を有する強誘電性結晶が用いられるローパスフィルタは、僅かな温度変化で表面に分極電荷を発生させる（これを焦電気又はピロ電気という）ために、カメラ内部の塵埃を引き寄せ易い。
【０００８】
また、ブロワやスプレー等を用いて空気を吹き付けたり、ブラシや布などを用いて拭き取ることにより、フィルタに付着した塵埃を取り除くこともできるが、交換レンズや各部品を取り外して分解した後でなければ清掃することができないので、非常に手間が掛かっていた。
【０００９】
さらに、このように手間を掛けて掃除したにも拘わらず、カメラを組み立てる際には、どうしても僅かな塵埃が筐体内に混入し、その新たな塵埃が帯電電荷によってフィルタに引き寄せられていたために、あまり清掃の効果が上がらなかった。
【００１０】
そこで、本発明の課題は、被写体光が透過するフィルタに塵埃が付着した場合でも、撮像デバイスが得る画像の画質を著しく低下させることのない電子カメラを、提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成するために案出された電子カメラは、被写体像を形成する撮影光学系と、所定の電荷蓄積期間に受光面内の各画素で蓄積した電荷を電気信号として出力することにより、前記撮影光学系が形成した被写体像を電気信号に変換する撮像デバイスと、前記撮影光学系と前記撮像デバイスとの間に配置されて前記撮影光学系からの被写体光が透過する光学素子と、少なくとも前記電荷蓄積期間において、前記光学素子を、前記撮像デバイスの受光面と略平行な方向へ、複数の画素の長さに亘って移動させ続ける移動機構とを備えたことを、特徴としている。
【００１２】
このように構成されると、撮影光学系を透過した被写体光は、移動機構によって撮像デバイスの受光面と略平行な方向に移動される光学素子を透過した後に、撮像デバイスへ入射する。
【００１３】
これにより、光学素子の表面に塵埃が付着してしまった場合、撮像デバイスの受光面に映り込む塵埃の影は、撮像デバイスの一定の画素に集中せずに複数の画素に分散する。
【００１４】
従って、この光学素子を透過した後に形成された被写体像を撮像して得られる画像には、塵埃の影が目立たなくなり、塵埃による画質の低下が生じることが少なくなる。
【００１５】
本発明の電子カメラの移動機構には、撮像デバイスが被写体像を撮像している間のみ光学素子を移動させる機構が適用されていれば良く、モータの回転駆動力をカム機構によって往復直線運動に変換して光学素子を一方向に振動させる振動機構が適用されても良いし、その他の機構が適用されても良い。また、往復直線運動によって光学素子を一方向に振動させる振動機構に限らず、例えば、光学素子を光軸周りに回転させる機構でも良いし、撮像デバイスの受光面と略平行な平面内において光学素子の中心を撮影光学系の光軸周りに回転運動させる機構でも良い。尚、光学素子を移動させる方向は、光軸に対して直交、即ち、撮像デバイスの受光面と平行でなく、受光面に対して多少傾いていても良いが、光軸に直交する方向に対して移動する量がある程度確保されていることが必要である。
【００１６】
また、本発明の電子カメラでは、移動機構に取り付けられる光学素子は、ローパスフィルタでも良いし、赤外線吸収フィルタでも良いし、若しくは、これらフィルタを組み合わせたものでも良いし、或いは、他の光学素子でも良い。ローパスフィルタを移動機構に取り付ける場合には、常光線に対する異常光線の分離方向が定まるようにローパスフィルタの入射面が削り出されているので、ローパスフィルタは、撮影光学系の光軸に対してほぼ直交した状態を維持したまま移動又は振動されることが望まれる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電子カメラの実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は、本発明の電子カメラの実施形態であるデジタルカメラ１の概略光学構成を示す説明図である。また、図２は、本例のデジタルカメラ１の概略内部構成を示すブロック図である。
【００１９】
本実施形態のデジタルカメラ１は、撮影光学系１１，絞り１２，クイックリターンミラー２１，フォーカルプレーンシャッタ２２，ローパスフィルタ２３，赤外線吸収フィルタ２４，ＣＣＤエリアセンサ２５，焦点板２６，ペンタゴナルダハプリズム２７，及び、接眼レンズ２８を、主要な光学構成としている。
【００２０】
また、撮影光学系１１及び絞り１２以外の上記光学構成は、制御回路４０，バッテリ６０，操作パネル７０，移動機構（図３参照）８０，及び、記録媒体９０とともに、筐体１０内に備えられている。撮影光学系１１及び絞り１２は、鏡筒１０に内蔵されており、この鏡筒１０は、デジタルカメラ１の交換レンズとして筐体２０に対して着脱される。
【００２１】
その鏡筒１０を筐体２０に取り付けたとき、撮影光学系１１の光軸Ａｘは、撮像デバイスであるＣＣＤエリアセンサ２５の受光面２５ａ内の撮像領域の中心に、合致する。また、その受光面２５ａには、赤外線吸収フィルタ２４が接着されており、撮影光学系１１の光軸Ａｘは、赤外線吸収フィルタ２４及び受光面２５ａの夫々に対して直交する。
【００２２】
その赤外線吸収フィルタ２４の前側（撮影光学系１１側）には、移動機構（図３参照）８０に取り付けられたローパスフィルタ２３が設置されている。この移動機構８０は、撮影光学系１１の光軸Ａｘに対してローパスフィルタ２３が直交するように配置されており、撮影光学系１１からの被写体光は、このローパスフィルタ２３を透過することができる。ここで、移動機構８０は、このローパスフィルタ２３を光軸Ａｘに対して垂直な方向に移動させる機構として筐体１０に組み込まれているが、その機構については後述する。
【００２３】
この撮影光学系１１とローパスフィルタ２３との間には、クイックリターンミラー２１が設置されている。このクイックリターンミラー２１は、非撮影時には、撮影光学系１１を透過した被写体光を、ペンタゴナルダハプリズム２７へ向けて反射する。また、後述する操作パネル７０に備えられる図示せぬシャッタボタンが押されると、当該ミラー２１は、ＣＣＤエリアセンサ２５の受光面２５ａと平行な回転軸を中心に回転され、撮影光学系１１からの透過光を遮らない位置に跳ね上げられる（図１は、当該ミラー２１が跳ね上がった状態を破線にて示している）。
【００２４】
非撮影時では、クイックリターンミラー２１において反射した被写体光は、ＣＣＤエリアセンサ２５の受光面２５ａと等価な位置にある焦点板２６において一旦結像した後、ペンタゴナルダハプリズム２７を介して接眼レンズ２８に入射する。そして、この接眼レンズ２８では、被写体の正立像が拡大観察される。
【００２５】
一方、撮影時、即ち、クイックリターンミラー２１が跳ね上げられた時、当該ミラー２１の反射面は、撮影光学系１１の光軸Ａｘから離れた位置にて、光軸Ａｘと平行、且つ、ＣＣＤエリアセンサ２５の受光面２５ａに対して垂直となるために、撮影光学系１１を透過した被写体光は、当該ミラー２１にて反射されることなく、ローパスフィルタ２３及び赤外線吸収フィルタ２４を透過してＣＣＤエリアセンサ２５の受光面２５ａ内の撮像領域へ入射する。
【００２６】
但し、クイックリターンミラー２１とローパスフィルタ２３との間には、フォーカルプレーンシャッタ２２が配置されており、当該シャッタ２２は、撮影状態における露出時（後述する操作パネル７０の図示せぬシャッタボタンが押された時）にのみ、先幕と後幕との間に形成される任意の間隔を持つスリットを、所定の速度で受光面２５ａの前を横切るように移動させることにより、撮影光学系１１からの被写体光をＣＣＤエリアセンサ２５の受光面２５ａに到達させる。
【００２７】
このとき、ＣＣＤエリアセンサ２５の受光面２５ａ上に形成される被写体像は、ローパスフィルタ２３によって、受光面２５ａ内における上下左右に半画素間隔ずつズレた４重像として形成される。また、受光面２５ａに入射する被写体光からは、赤外線吸収フィルタ２４によって、赤外波長成分が除去されている。
【００２８】
以上のようにしてＣＣＤエリアセンサ２５の受光面２５ａ上に形成される被写体像は、そのＣＣＤエリアセンサ２５によって各画素毎の電気信号に変換される。この電気信号は、内部回路４０においてアナログデジタル変換処理された後にデジタル画像データとして保存される。
【００２９】
その内部回路４０は、図２に示すように、ＣＰＵ４１，電源回路４２，モータドライバ４３，ＣＣＤ駆動回路４４，増幅器（ＡＭＰ）４５，アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器４６，ＤＳＰ（digital Signal Processor）４７，メモリコントローラ４８，内部メモリ４９，画像メモリ５０，及び、インターフェース回路５１を、備えている。
【００３０】
ＣＰＵ４１は、電源回路４２，モータドライバ４３，ＣＣＤ駆動回路４４，ＤＳＰ４７，メモリコントローラ４８，インターフェース回路５１，操作パネル７０，及び、移動機構８０のモータ駆動回路８８に接続された中央処理装置であり、これらデバイスを統合的に制御することにより本デジタルカメラ１の制御部として機能する。
【００３１】
内部メモリ４９は、ＣＰＵ４１によって実行される各種のプログラム及びデータが記録されたメモリである。画像メモリ５０は、画像データを記憶するメモリである。
【００３２】
メモリコントローラ４８は、ＣＰＵ４１の命令に従って、内部メモリ４９から画像メモリ５０へデータを転送する処理や，画像メモリ５０からＤＳＰ４７へデータを転送する処理，ＤＳＰ４７から画像メモリ５０へデータを転送する処理を行う。
【００３３】
モータドライバ４３は、ＣＰＵ４１の命令に従って、露出制御時における絞り１２の開口度の調整やフォーカルプレーンシャッタ２２のシャッタ動作などを制御する。
【００３４】
また、ＣＰＵ４１の命令に従って動作するＣＣＤ駆動回路４４に制御されるＣＣＤエリアセンサ２５は、受光面２５ａ上に形成される被写体像を光電変換することにより画素信号として読み出し、その画素信号をＡＭＰ４５に送る。ＡＭＰ４５で増幅された画素信号は、Ａ／Ｄ変換器４６によってデジタル画素信号に変換された後、ＤＳＰ４７へ送られる。
【００３５】
ＤＳＰ４７は、ＣＰＵ４１の命令に従って、デジタル画素信号をデジタル画像データとして画像メモリ５０に記録する。また、ＤＳＰ４７は、ＣＰＵ４１の命令に従って、画像メモリ５０に記録されている画像データを読み出し、シェーディング補正，ガンマ補正，画像収縮又は画像拡張などの画像処理を施した後に、画像メモリ５０に記録する。
【００３６】
インターフェース回路５１は、ＣＰＵ４１の命令に従って、画像メモリ５０から読み出された画像データに所定の処理を施し、その画像データを記録媒体９０に記録する。この記録媒体９０は、筐体１０から取り外すことが可能なものであり、ＰＣカードや小型フラッシュメモリカードを用いることができる。
【００３７】
操作パネル７０は、図示せぬシャッタボタンを含む各種のボタン又はダイヤル等を備えており、操作者の操作による入力に対応する信号をＣＰＵ４１に出力する。その信号を受信したＣＰＵ４１は、それら信号に応じて各デバイスへ命令を出力する。例えば、図示せぬシャッタボタンが操作者によって押されると、ＣＰＵ４１は、モータドライバ４３に露出開始命令を出力し、図示せぬ露出計によるＴＴＬ測定によって決定される開口度となるように絞り１２を駆動させるとともに、ＣＣＤエリアセンサ２５の感度や被写体の照度によって決定されるスリット幅及びシャッタ速度にてフォーカルプレーンシャッタ２２を駆動させる。
【００３８】
電源回路４２は、内部回路４０に電源を供給するバッテリ６０に接続されている。このバッテリ６０は、筐体１０から取り外すことができるとともに繰り返し充電をすることができ、筐体１０に装着されている時は、移動機構８０のモータ駆動回路８８へも電源を供給する。
【００３９】
次に、その移動機構８０について説明する。
【００４０】
図３は、本例のデジタルカメラ１のフォーカルプレーンシャッタ２２からＣＣＤエリアセンサ２５までの概略構成を示す分解斜視図である。また、図４は、移動機構８０によってローパスフィルタ２３を移動させた状態を示す説明図である。
【００４１】
上述したように、移動機構８０に取り付けられるローパスフィルタ２３は、ＣＣＤエリアセンサ２５の受光面２５ａと平行に配置される。また、これらローパスフィルタ２３及び受光面２５ａと平行に、フォーカルプレーンシャッタ２２が配置されている。以下、説明のために、フォーカルプレーンシャッタ２２の先幕と後幕との間に形成されるスリットが移動する方向を「上下方向」（図３に示す矢印の方向）とし、ＣＣＤエリアセンサ２５の受光面２５ａ内において上下方向に垂直な方向を「左右方向」とする。また、受光面２６ａに対して垂直な方向を、「光軸方向」と称することにする。
【００４２】
移動機構８０は、左フィルタガイド８１，カムフォロワ８２ｃを有する右フィルタガイド８２，シャフト８３，８４，平板８５，コイルバネ８６，回転軸に円板８７ａを有するモータ８７，及び、モータ駆動回路８８を、備えている。
【００４３】
この移動機構８０に取り付けられるローパスフィルタ２３は、ＣＣＤエリアセンサ２５の受光面２５ａの撮像領域より大きい正方形の平板状に形成されている。そして、ローパスフィルタ２３の左右側縁には、当該左右側縁の長さよりも若干長い長さを有する長板状の左右フィルタガイド８１，８２が、夫々の両端をローパスフィルタ２３の上下側縁から突出した状態で、当該左右側縁に沿って貼り付けられている。
【００４４】
その左右フィルタガイド８１，８２の夫々の上下両端には、Ｕ状の切欠８１ａ，８１ｂ，８２ａ，８２ｂが、左右方向に沿って形成されており、上側の切欠８１ａ，８２ａにシャフト８３が、また、下側の切欠８１ｂ，８２ｂにシャフト８４が、夫々填め込まれることにより、平行に配置される２本のシャフト８３，８４の間にローパスフィルタ２３が挟み込まれている。これら切欠８１ａ，８１ｂ，８２ａ，８２ｂは、ローパスフィルタ２３をシャフト８３，８４に沿って平行移動させる際のガイドとして機能する。
【００４５】
また、ＣＣＤエリアセンサ２５の受光面２５ａと平行に配置された等長のシャフト８３，８４の一端は、当該シャフト８３，８４に対して垂直に配置される平板８５に、固定されている。この平板８５と左フィルタガイド８１との間には、シャフト８４が内部に挿通されたコイルバネ８６が、備えられている。
【００４６】
さらに、右フィルタガイド８２の下端部には、棒状のカムフォロワ８２ｃが光軸方向に突出した状態で設けられており、このカムフォロワ８２ｃは、ローパスフィルタ２３がコイルバネ８６の弾発力によって平板８５から離反する方向へ付勢されることにより、受光面２５ａと平行に配置される円板８７ａの外周縁に対して、その回転中心に向けて押し付けられている。
【００４７】
この円板８７ａの偏心位置には、モータ８７の回転軸が取り付けられており、この円板８７ａがモータ８７によって回転駆動されると、カムフォロワ８２ｃが左右方向に往復直線運動する。従って、図４に示すように、モータ８７が円板８７ａを駆動すると、ローパスフィルタ２３がシャフト８３，８４に沿って左右方向に往復する。
【００４８】
このモータ８７による円板８７ａの駆動は、ＣＰＵ４１からの命令に従って動作するモータ駆動回路８８によって制御される。ＣＰＵ４１は、露出時にモータ駆動回路８８に駆動命令を出力し、フォーカルプレーンシャッタ２２がシャッタ動作を行っている間、即ち、ＣＣＤエリアセンサ２５が電荷を蓄積している間、ローパスフィルタ２３を移動させる（但し、本例の移動機構８０によると、シャッタスピードによってはローパスフィルタ２３を振動させることとなる場合もある）。
【００４９】
以上に示したようにローパスフィルタ２３を光軸方向に対して垂直な方向に沿って移動させる構成としたのは、以下の理由による。
【００５０】
図５は、移動機構８０を駆動させない場合において、また、図６は、移動機構を駆動させた場合において、夫々、ローパスフィルタ２３に塵埃が付着したときのＣＣＤエリアセンサ２５の画素に塵埃の影が映り込む様子と各画素におけるＣＣＤ電荷蓄積減少量とを示した説明図である。ここで、説明のために、被写体光は受光面２５ａ全面に亘って平均的な強度にて入射するものとし、ＣＣＤエリアセンサ２５の各画素において入射光の光量に応じて受光部２５ｂに蓄積される電荷の量は一定であるとする。
【００５１】
図１に示すように、ローパスフィルタ２３の前面に１粒の塵埃（ゴミ）１００が付着した場合、ローパスフィルタ２３を透過する被写体光が、ＣＣＤエリアセンサ２５の受光面に２５ａに、ゴミ１００の影１００ａを形成する（図５の（ａ）及び（ｂ）参照）。
【００５２】
この影１００ａが映り込んだ画素においては、受光部２５ｂに単位時間に蓄積される電荷の量が、影が映り込んでいない画素の受光部２５ｂにおける単位時間当たりの電荷の蓄積量に比べて少なくなってしまう。このようにゴミ１００の影１００ａによって受光部２５ｂに蓄積されるはずの光量が減少したときの蓄積電荷の減少量（以下、「かげり量」と称する）を、図５の（ｃ）に示している。
【００５３】
一方、図６の（ｂ）に示すように、ローパスフィルタ２３に１粒のゴミ（図５のゴミと同じ大きさであるとする）１００が付着した場合において、受光面２５ａと平行な状態を保ったままローパスフィルタ２３を移動させると、単位時間内においてローパスフィルタ２３を透過する被写体光が、ＣＣＤエリアセンサ２５の受光面に２５ａに、ゴミ１００の影１００ｂを形成する（図６の（ａ）及び（ｂ）参照）。
【００５４】
すると、この影１００ｂが映り込む画素の数は、ローパスフィルタ２３を移動させない場合（図５では影が映る画素は４個）に比べると増加する（図６では影が映る画素は８個）。
【００５５】
しかし、ローパスフィルタ２３を移動させた場合におけるゴミ１００の影１００ｂが映り込む各画素においては、ゴミ１００が移動することにより被写体光が遮られる時間が短縮するので、受光部２５ｂにおける単位時間当たりのかげり量が、移動させていないときの影１００ａが映り込む各画素におけるかげり量に比べると少なくなる。
【００５６】
つまり、ゴミ１００による単位時間当たりのかげり量の総和は一定である（図５の（ｃ）のグラフにおける面積と図６の（ｃ）のグラフにおける面積は等しい）が、ローパスフィルタ２３を移動させることにより、そのかげり量をより多くの画素に分散させることができるので、受光面２５ａ上に形成される被写体像では、ゴミ１００の影１００ｂがぼかされて目立たなくなる。
【００５７】
従って、本実施形態のデジタルカメラ１によると、ローパスフィルタ２３の表面に塵埃が付着した場合でも、このローパスフィルタ２３を移動させることによって塵埃の影をぼかすことができるので、ＣＣＤエリアセンサ２５が得る被写体の画像の画質が塵埃によって悪化するのを抑制することができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の電子カメラによると、被写体光が透過するフィルタに塵埃が付着した場合でも、撮像デバイスが得る画像の画質を著しく低下させることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の電子カメラの実施形態であるデジタルカメラの概略光学構成を示す説明図
【図２】  本例のデジタルカメラの概略内部構成を示すブロック図
【図３】  本例のデジタルカメラのフォーカルプレーンシャッタからＣＣＤエリアセンサまでの概略構成を示す分解斜視図
【図４】  移動機構によってローパスフィルタを移動させた状態を示す説明図
【図５】  移動機構を駆動させない場合の（ａ）ＣＣＤエリアセンサの画素に塵埃の影が映り込む様子と（ｂ）被写体光がゴミの影を受光面に射影するときの光路と（ｃ）ＣＣＤ電荷蓄積減少量とを示した説明図
【図６】  移動機構を駆動させた場合の（ａ）ＣＣＤエリアセンサの画素に塵埃の影が映り込む様子と（ｂ）被写体光がゴミの影を受光面に射影するときの光路と（ｃ）ＣＣＤ電荷蓄積減少量とを示した説明図
【符号の説明】
１      デジタルカメラ
１１      撮影光学系
２１      クイックリターンミラー
２２      フォーカルプレーンシャッタ
２３      ローパスフィルタ
２４      赤外線吸収フィルタ
２５      ＣＣＤ
２７      ペンタゴナルダハプリズム
４１      ＣＰＵ
４７      ＤＳＰ
５０      画像メモリ
８０      移動機構
９０      記録媒体
【図１】
0003762618.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003762618.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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