JP2014095968A - タッチパネル装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】タッチパネル装置とともに用いられる表示装置が矩形でない場合であっても、その表示装置の領域内における導体のタッチの有無やタッチ位置を無駄なく判定することができるタッチパネル装置を提供する。
【解決手段】各センサ電極2a〜2pは、基準点8の周りを一定方向に回るように配置される。そして、各センサ電極2a〜2pは、それぞれ、基準点8から遠ざかる方向に向かって延び、基準点8からその方向に沿った長さが長くなるほど、幅広になるように形成される。
【選択図】図2
【解決手段】各センサ電極2a〜2pは、基準点8の周りを一定方向に回るように配置される。そして、各センサ電極2a〜2pは、それぞれ、基準点8から遠ざかる方向に向かって延び、基準点8からその方向に沿った長さが長くなるほど、幅広になるように形成される。
【選択図】図2
Description
本発明は、タッチパネル装置に関し、特に、静電容量方式のタッチパネル装置に関する。
入力デバイスとして、キーボードやマウス等が多く用いられてきた。しかし、情報処理装置の応用範囲が広がるにつれて、入力デバイスとしてタッチパネル装置も用いられるようになった。
タッチパネル装置は、液晶表示パネル等の表示装置と一体となって用いられる。例えば、タッチパネル装置は、液晶表示パネル等の表示装置の上に設けられたり、液晶表示パネルに組み込まれた態様で形成されたりする。
タッチパネル装置の方式としては、抵抗膜方式、光学方式、静電容量方式、超音波方式、圧力方式等がある。そして、タッチパネル装置の用途に適した方式が採用される。例えば、駅や図書館等の公共施設で固定して用いられるタッチパネル装置では、乱暴に扱っても破損しない方式が採用される。また、車載用ナビゲーションシステムで用いられるタッチパネル装置では、振動に対して耐久性があり、外光によって視認性が損なわれにくい方式が採用される。また、携帯端末では、軽量化・薄型化が容易な方式が採用される。
近年では、スマートフォンの急速な普及により、静電容量方式のタッチパネル装置が急速に普及している。
一般に、静電容量方式のタッチパネル装置は、複数のX電極と複数のY電極とを備え、矩形に形成される。そして、X電極を順次、1本ずつ選択し、1本のX電極の選択中に、Y電極を順次選択し、選択した電極の周囲の静電容量の変化によって、指等のタッチ位置を検出する。
複数のX電極と複数のY電極とを備え、矩形に形成されたタッチパネル装置は、例えば、特許文献1に記載されている。
パーソナルコンピュータや携帯端末で用いられる液晶表示パネルは矩形であるため、そのような液晶表示パネルとともに用いられるタッチパネル装置も、前述のように矩形に形成されていた。
しかし、液晶表示パネルは、省エネ、省スペースの要求に応えるために、パーソナルコンピュータや携帯端末以外にも、種々の用途に用いられるようになった。例えば、車両、オートバイ等のスピードメータやその他各種の計器類に液晶表示パネルが利用されるようになった。そして、そのような用途の広がりとともに、液晶表示パネルの形状も矩形に限られなくなった。例えば、メータ等の計器類に利用される液晶表示パネルの形状は、円形であったり、扇形であったりする。
図12は、そのような矩形でない液晶表示パネルと、一般的なタッチパネル装置とを組み合わせた状態を表す模式図である。図12では、円形の液晶表示パネル51と、矩形のタッチパネル装置52とを示している。図12に示す例では、タッチパネル装置52は、X電極X0〜X3と、Y電極Y0〜Y5を有し、X電極とY電極との交差部分におけるタッチの有無を検出する。矩形でない液晶表示パネル51の各位置におけるタッチの有無の検出を可能とするように、液晶表示パネル51よりも大きい矩形のタッチパネル装置52を用いると、タッチパネル装置52は、液晶表示パネル51の領域外におけるタッチの有無の判定も行うことになる。例えば、図12に示す例では、タッチパネル装置52は、X電極X3とY電極Y0との交差部分等に関しても、指等のタッチの有無の判定を行う。しかし、そのような箇所は、液晶表示パネル51の領域外である。従って、タッチパネル装置52は、液晶表示パネル51の領域外の、タッチの有無の判定を行う必要がない箇所に関しても、タッチの有無の判定を行うことになる。
このようなタッチパネル装置52における不要な判定処理をなくすために、タッチパネル装置52全体が液晶表示パネル51の領域内に収まるように、タッチパネル装置52の大きさを定めることが考えられる。しかし、タッチパネル装置52は矩形であるので、その場合、液晶表示パネル51の外縁付近に、タッチパネル装置52と重ならない領域が生じる。すなわち、液晶表示パネル51の外縁付近で、タッチの有無を判定できない領域が生じてしまう。
このような問題は、表示装置が液晶表示パネル以外の場合にも生じる。
そこで、本発明は、タッチパネル装置とともに用いられる表示装置が矩形でない場合であっても、その表示装置の領域内における導体のタッチの有無やタッチ位置を無駄なく判定することができるタッチパネル装置を提供することを目的とする。
本発明によるタッチパネル装置は、基準点の周りに配置される複数のセンサ電極と、各センサ電極の周囲の静電容量の変化を計測し、静電容量の変化量に基づいて、導体のタッチ位置を判定するタッチ判定手段(例えば、センサIC3)とを備え、各センサ電極は、それぞれ、基準点から遠ざかる方向に向かって延び、基準点からその方向に沿った長さが長くなるほど、幅広になるように形成されていることを特徴とする。
タッチ判定手段が、周囲の静電容量が変化したセンサ電極に該当する領域内で導体のタッチがあったと判定し、静電容量の変化量が大きいほど、センサ電極が延びている方向に沿って基準点から離れた位置を導体のタッチ位置として判定してもよい。
各センサ電極における最も幅広の部分が、タッチの有無の判定対象の導体の接触領域の幅とほぼ等しい構成であってもよい。
各センサ電極の形状は、中心角が共通である略扇形であってもよい。
本発明によれば、タッチパネル装置とともに用いられる表示装置が矩形でない場合であっても、その表示装置の領域内における導体のタッチの有無やタッチ位置を無駄なく判定することができる。
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図1は、本発明のタッチパネル装置の例を示す模式的断面図である。本発明のタッチパネル装置は、複数のセンサ電極2と、センサIC(Integrated Circuit)3と、カバーガラス4とを備える。
図1は、本発明のタッチパネル装置の例を示す模式的断面図である。本発明のタッチパネル装置は、複数のセンサ電極2と、センサIC(Integrated Circuit)3と、カバーガラス4とを備える。
また、本発明のタッチパネル装置は、表示装置7とともに用いられる。表示装置7は、矩形以外の形状であり、その形状の領域内で表示を行う。以下の説明では、表示装置7が円形であり、円形の領域内で表示を行う場合を例にして説明する。このような表示装置7の例として、円形のメータ表示器が挙げられる。
また、表示装置7は、例えば、液晶表示パネルであるが、液晶表示パネル以外の表示装置であってもよい。
また、図1に示す例では、表示装置7の上層にセンサ電極2およびカバーガラス4を設ける構成としたが、センサ電極2およびカバーガラス4が表示装置7に組み込まれている構成であってもよい。
カバーガラス4は、センサ電極2を保護する。
センサIC3は、個々のセンサ電極2と、それぞれ配線9によって接続される。そして、センサIC3は、各センサ電極2の周囲の静電容量の変化を計測し、静電容量の変化量に基づいて、導体のタッチ位置を判定する。以下の説明では、タッチパネル装置にタッチする導体が指である場合を例にして説明する。
図2は、各センサ電極2の形状および配置の例を示す説明図である。図2では、表示装置7に配置された各センサ電極2をユーザ側から見た状態を示している。図2では、センサ電極2として、16個のセンサ電極2a〜2pを示している。ただし、センサ電極の数は16個に限定されない。
各センサ電極2a〜2pは、基準点8の周りを一定方向(本例では、時計回り方向)に回るように配置されている。
基準点8は、例えば、表示装置7の形状(本例では、円)の中心点である。ただし、表示装置7の形状の領域内において、その形状の中心点以外の点を基準点8としてもよい。図2では、表示装置7の形状(円)の中心点を基準点とする場合を例示している。
各センサ電極2a〜2pは、それぞれ、基準点8から遠ざかる方向に向かって延びるように形成されている。例えば、センサ電極2aは、遠ざかる方向である図2に示す方向Aに向かって延びるように形成されている。他のセンサ電極2b〜2pに関しても、延びる方向は方向A(図2参照)とは異なっていても、いずれも、基準点から遠ざかる方向に延びるように形成されている。
また、各センサ電極2a〜2pは、基準点8から延びる方向に沿った長さが長くなるほど、幅広に形成される。例えば、図2に示すセンサ電極2aを例にして説明すると、基準点8から、方向A(図2参照)に沿った長さが長くなっている場所ほど、センサ電極2aの幅が広く形成されている。すなわち、基準点8に近い場所ほど、センサ電極2aの幅は狭く、基準点8から遠い場所ほど、センサ電極2aの幅は広い。このようなセンサ電極2の形状として、略扇形の形状が挙げられる。ここでは、センサ電極2aを例にして説明したが、他のセンサ電極2b〜2pに関しても同様である。以下、各センサ電極2a〜2pが略扇形である場合を例にして説明する。
このように各センサ電極2a〜2pを形成することによって、各センサ電極2a〜2pを組み合わせた形状を、表示装置7の形状とほぼ同じ形状にできる。
各センサ電極2a〜2pは電気的に絶縁されている。すなわち、センサ電極同士は離間して配置されている。センサ電極同士が接触していると、センサ電極の周囲の静電容量の変化を計測する際に、計測結果に混ざるノイズが大きくなるので、センサ電極同士は接触させない。また、センサ電極同士の距離を開けすぎると、表示装置7の形状の領域内で、センサ電極が存在しない部分の面積が増加するので、センサ電極2a〜2pを組み合わせた形状と、表示装置7の形状とがほぼ同じ形状になると言える程度の間隔で、センサ電極同士を離して配置することが好ましい。
また、全てのセンサ電極2a〜2pの中心(ここでは、略扇形の中心を意味する。)が基準点8に存在するように、各センサ電極2a〜2pを形成すると、基準点8付近で多数のセンサ電極が密集することになる。この状態を避けるため、少なくとも1つのセンサ電極2の中心が基準点8に存在していればよい。基準点8近傍での指のタッチの認識率を高める観点からは、基準点8に存在しているセンサ電極2は1つであることが好ましい。図2では、扇形のセンサ電極2kの中心が基準点8に存在し、他のセンサ電極2a〜2jおよびセンサ電極2l〜2pに関しては、扇形の中心近傍に該当する部分が形成されていない場合を例示している。換言すると、複数のセンサ電極2a〜2pのうち、1つのセンサ電極だけを基準点8に最近接させることが好ましい。
ただし、図2に示す例では、略扇形の全てのセンサ電極2a〜2pの中心角は、等しい。
なお、センサ電極2とセンサIC3とを接続させる配線9(図2において図示略。図1参照)は、センサ電極2における基準点8側から引き出されていても、あるいは、センサ電極2における基準点8とは反対側から引き出されていてもよい。省スペースの観点からは、配線9をセンサ電極2における基準点8側から引き出すことが好ましい。また、基準点8側からの配線の引き出しと、基準点8とは反対側からの配線の引き出しとを、センサ電極2の並び順に交互に切り替えてもよい。この場合、各配線の配設の容易性を向上できる。
センサIC3(図1参照)は、例えば、個々のセンサ電極2a〜2pを1つずつ順次、選択する。そして、センサIC3は、選択したセンサ電極の周囲の静電容量の変化を計測する。センサIC3は、選択したセンサ電極の周囲の静電容量が変化していれば、そのセンサ電極に該当する領域内で指(導体)のタッチがあったと判定する。一方、選択したセンサ電極の周囲の静電容量が変化していなければ、センサIC3は、そのセンサ電極に該当する領域内で指のタッチはなかったと判定する。なお、ノイズによる静電容量の変化は、無視してよい。例えば、静電容量の変化量が閾値以下であれば、センサIC3は、静電容量は変化していないとみなしてよい。
このように、センサIC3は、周囲の静電容量が変化しているセンサ電極を特定する。このことは、基準点8から見てどの方向に指のタッチがあったかを検出していることを意味する。
さらに、センサIC3は、指のタッチがあった方向に関して、基準点8からどれだけ離れた位置に指のタッチがあったかを判定する。具体的には、センサIC3は、選択したセンサ電極の周囲の静電容量が変化したと判定した場合、その静電容量の変化量が大きいほど、そのセンサ電極が延びている方向に沿って基準点から離れた位置を指のタッチ位置として判定する。
図3は、タッチの有無の判定対象となる導体(本例では指)がタッチパネル装置に接触したときの接触領域と、本発明におけるセンサ電極との重複する領域の変化を示す説明図である。タッチの有無の判定対象となる導体の接触領域の大きさは、ほぼ一定であるとみなすことができる。以下の説明では、導体の接触領域の大きさは、予め想定された一定の大きさであるものとする。
図3では、指の接触領域11を破線で示している。そして、指が基準点8に近い場所をタッチした場合を示している。基準点8に近い場所ほどセンサ電極2の幅は狭いので、指が基準点8に近い場所をタッチした場合、指の接触領域11とセンサ電極2とが重複する領域の面積は小さい。
そして、タッチ位置が基準点8から離れるほど、指の接触領域11は図3に示す方向Lに移動する。従って、タッチ位置が基準点8から離れているほど、指の接触領域11とセンサ電極2との重複領域の面積が大きくなる。
センサ電極2における静電容量の変化量は、指の接触領域11とセンサ電極2とが重複する領域の面積が大きくなるにつれて大きくなる。従って、センサIC3は、選択したセンサ電極における静電容量が変化したと判定した場合、その静電容量の変化量が大きいほど、そのセンサ電極が延びている方向に沿って基準点から離れた位置を指のタッチ位置として判定することができる。ここで、静電容量の変化量と、基準点8からのタッチ位置の距離との対応関係は、予めメモリ(図示略)に記憶させておき、センサIC3は、静電容量の変化量の計測値に対応する基準点8からの距離をそのメモリから読み込むことによって、基準点8からのタッチ位置の距離を判定すればよい。
このように、センサIC3は、指のタッチがあった方向に関して、基準点8からどれだけ離れた位置に指のタッチがあったかを判定する。すなわち、本発明では、センサIC3は、基準点8を基準として、タッチ位置の方向および基準点からの距離を判定することによって、指のタッチ位置を特定する。
ただし、センサ電極2の幅が指の接触領域11に対して広すぎると、「タッチ位置が基準点から離れているほど、指の接触領域11とセンサ電極2との重複領域の面積が大きくなる」という関係が保たれなくなる。図4は、センサ電極2の幅が指の接触領域11に対して広すぎる場合の例を示す説明図である。図4に示す例では、タッチ位置が基準点8に比較的近い場所で、指の接触領域11とセンサ電極2との重複領域の面積は最大値に達する。すなわち、タッチ位置が基準点8に比較的近い場所で、重複領域の面積は、指の接触領域11の面積と等しくなり、飽和する。従って、タッチ位置が基準点8からある程度離れると、タッチ位置が基準点8から離れても重複領域の面積は最大値のまま変化しなくなる。そのため、タッチ位置が基準点8からある程度以上離れた場所では、タッチ位置が変化したとしても、静電容量の変化量が一定になる。従って、基準点8からのタッチ位置の距離を正確に判定することが困難になる。また、センサ電極2の幅が指の接触領域11に対して広すぎると、タッチ位置の方位分解能も低下する。
従って、予め想定される指の接触領域11の幅に応じて、センサ電極の最大幅を定めておくことが好ましい。例えば、各センサ電極2における最も幅広の部分が指の接触領域11の幅とほぼ等しくなるように、各センサ電極2を形成しておくことが好ましい。
次に、動作について説明する。
図5は、本発明のタッチパネル装置の処理経過の例を示すフローチャートである。以下の説明では、説明を簡単にするために、センサIC3がセンサ電極2を1つずつ選択する場合を例にして説明する。
図5は、本発明のタッチパネル装置の処理経過の例を示すフローチャートである。以下の説明では、説明を簡単にするために、センサIC3がセンサ電極2を1つずつ選択する場合を例にして説明する。
まず、センサIC3は、1つのセンサ電極2を選択する(ステップS1)。次に、センサIC3は、選択したセンサ電極2の周囲の静電容量の変化を計測する。そのセンサ電極2の配置領域に指がタッチしていなければ、静電容量は変化しない。この場合(ステップS3のNo)、センサIC3は、選択するセンサ電極2を切り替え(ステップS5)、ステップS2以降の処理を繰り返す。
また、選択されたセンサ電極2の配置領域に指がタッチしているとする。すると、図6に示すように、選択されたセンサ電極2と指31との間にキャパシタ21が形成される。この結果、センサ電極2の周囲の静電容量が変化する。この場合(ステップS3のYes)、センサIC3は、基準点8から見て、ステップS1で選択したセンサ電極2の配置された方向に指のタッチ位置があると判定する。さらに、センサIC3は、静電容量の変化量に基づいて、基準点8(図2参照)から指のタッチ位置までの距離を判定する(ステップS4)。すなわち、センサIC3は、指のタッチ位置の方向および、基準点8からタッチ位置までの距離を判定する。この結果、指のタッチ位置が特定されることになる。センサIC3は、指のタッチ位置を外部のシステム(上位システム)に出力する。
その後、センサIC3は、選択するセンサ電極2を切り替え(ステップS5)、ステップS2以降の処理を繰り返す。
前述のように、各センサ電極2a〜2pは、基準点8から延びる方向に沿った長さが長くなるほど、幅広に形成される。そして、そのようにセンサ電極2a〜2pを形成することによって、各センサ電極2a〜2pを組み合わせた形状を、矩形でない表示装置7の形状とほぼ同じ形状にできる。従って、本発明によれば、表示領域7の外側にまでセンサ電極を配置して、その位置でのタッチの有無を判定することがない。よって、表示装置が矩形でない場合であっても、その表示装置の領域内における導体のタッチの有無やタッチ位置を無駄なく判定することができる。
また、X電極とY電極を設ける一般的な構成とは異なり、本発明では、センサ電極2同士を交差させて配置することはない。そのため、本発明では、マルチタッチの検出も容易に行うことができる。
また、発明者は、タッチ位置が基準点から遠ざかるほど、静電容量の変化量が増加することを実験により確認した。図7は、その実験で用いたセンサ電極および実験結果を示す説明図である。発明者は、図7(a)に示すように、一方の端部が狭く、もう一方の端部が広がったセンサ電極2上にカバーガラスを設けた。そして、図7(a)に示す左側から指のタッチ位置を変化させつつ、指をタッチしたときとタッチしていないときの静電容量の変化量を測定した。その結果を図7(b)に示している。なお、図7(a)では基準点の図示を省略しているが、基準点は、図7(a)に示すセンサ電極の左側の端部近傍に存在する。図7(b)に示す横軸は、タッチ位置の移動距離を示す。図7(b)の縦軸は、指をタッチしたときとタッチしていないときの静電容量の変化量を示す。図7(b)に示す実験結果からも、基準点とタッチ位置との距離が大きくなるほど、静電容量の変化量が増加する傾向があることが確認できた。
次に、本発明の実施形態の変形例について説明する。
上記の実施形態では、センサIC3が、センサ電極2を1つずつ選択し、選択したセンサ電極2に関して静電容量の変化を計測する場合を例にして説明した。センサIC3は、センサ電極2を順次選択するのではなく、静電容量の変化の計測を各センサ電極2に関して同時に行ってもよい。この場合、センサIC3は、隣り合う2つのセンサ電極に関して、同時に静電容量の変化を検出したときに、その2つのセンサ電極の境界方向に指のタッチ位置があると判定してもよい。このように判定を行うことで、指のタッチ位置の方向をより細かく特定することができる。
上記の実施形態では、センサIC3が、センサ電極2を1つずつ選択し、選択したセンサ電極2に関して静電容量の変化を計測する場合を例にして説明した。センサIC3は、センサ電極2を順次選択するのではなく、静電容量の変化の計測を各センサ電極2に関して同時に行ってもよい。この場合、センサIC3は、隣り合う2つのセンサ電極に関して、同時に静電容量の変化を検出したときに、その2つのセンサ電極の境界方向に指のタッチ位置があると判定してもよい。このように判定を行うことで、指のタッチ位置の方向をより細かく特定することができる。
また、上記の実施形態では、表示装置7が円形である場合を例にして説明したが、表示装置7の形状は円形に限定されない。例えば、表示装置7は、扇形であり、扇形の領域内で表示を行ってもよい。このような表示装置7の例として、扇形のメータ表示器が挙げられる。
図8は、表示装置7が扇形である場合のセンサ電極2の配置例を示す説明図である。図8に示す例において、各センサ電極2は、表示装置7の扇形の形状を一定の中心角で分割した形状になっている。従って、本例において、各センサ電極2も扇形である。また、図8に示す例では、各センサ電極2の中心角は共通である。
図8では、各センサ電極2の中心(ここでは、扇形の中心を意味する。)が基準点8に密集している場合を示しているが、既に説明したように、少なくとも1つのセンサ電極2の中心が基準点8に存在していればよい。
また、図2や図8に示す例では、略扇形または扇形のセンサ電極の中心角が共通である場合を例示したが、センサ電極の中心角は共通でなくてもよい。一部のセンサ電極の中心角が、他のセンサ電極の中心角と異なる場合のセンサ電極の例を図9に示す。図9では、センサ電極2s,2tの中心角が、他のセンサ電極2の中心角の1/2である場合を例示している。
ただし、中心角が異なっているセンサ電極同士では、静電容量の変化量と、基準点8からのタッチ位置の距離との対応関係が異なる。よって、図9に例示する場合には、静電容量の変化量と基準点8からのタッチ位置の距離との対応関係を示す情報をメモリ(図示略)に予め記憶させておく際に、センサ電極2s,2tの選択時用の情報と、他のセンサ電極2の選択時用の情報とをそれぞれ用意してメモリに記憶させておく。
また、中心角だけでなく、センサ電極2の形状や大きさが共通でなくてもよい。図10は、表示装置7が楕円形である場合のセンサ電極2の配置例を示す説明図である。図10に示す例では、センサ電極2の形状は1種類ではなく複数種類存在する。このように、本発明のタッチパネル装置は、複数種類の形状のセンサ電極2を備えていてもよい。形状や大きさが異なるセンサ電極同士でも、静電容量の変化量と、基準点8からのタッチ位置の距離との対応関係は異なる。従って、この場合には、形状や大きさの異なるセンサ電極の種類毎に、静電容量の変化量と基準点8からのタッチ位置の距離との対応関係を示す情報をメモリ(図示略)に記憶させておけばよい。
図9や図10に例示したように、各センサ電極の中心角が共通でなかったり、形状や大きさが共通でなかったりしてもよい。ただし、各センサ電極2が略扇形であり、略扇形の中心角が共通であれば、静電容量の変化量と基準点8からのタッチ位置の距離との対応関係も各センサ電極2で共通化することができる。従って、各センサ電極2が略扇形であり、略扇形の中心角が共通であることが好ましい。
また、既に説明したように、本発明において、各センサ電極は、それぞれ、基準点8から遠ざかる方向に向かって延びるように形成されている。ここで、各センサ電極は、図11に例示するように、基準点8から、曲がった方向に延びるように形成されていてもよい。
本発明は、矩形以外の形状の表示装置とともに用いられるタッチパネル装置に好適に適用される。
2 センサ電極
3 センサIC
4 カバーガラス
7 表示装置
3 センサIC
4 カバーガラス
7 表示装置
Claims (4)
- 基準点の周りに配置される複数のセンサ電極と、
各センサ電極の周囲の静電容量の変化を計測し、静電容量の変化量に基づいて、導体のタッチ位置を判定するタッチ判定手段とを備え、
各センサ電極は、それぞれ、前記基準点から遠ざかる方向に向かって延び、前記基準点から前記方向に沿った長さが長くなるほど、幅広になるように形成されている
ことを特徴とするタッチパネル装置。 - タッチ判定手段は、周囲の静電容量が変化したセンサ電極に該当する領域内で導体のタッチがあったと判定し、静電容量の変化量が大きいほど、前記センサ電極が延びている方向に沿って基準点から離れた位置を導体のタッチ位置として判定する
請求項1に記載のタッチパネル装置。 - 各センサ電極における最も幅広の部分は、タッチの有無の判定対象の導体の接触領域の幅とほぼ等しい
請求項1または請求項2に記載のタッチパネル装置。 - 各センサ電極の形状は、中心角が共通である略扇形である
請求項1から請求項3のうちのいずれか1項に記載のタッチパネル装置。
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2012
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