JP7441915B2 - ライトフィールドプロセッサシステム - Google Patents
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Description
本願は、2016年7月25日に出願され“LIGHT FIELD PROCESSOR SYSTEM”と題された米国仮特許出願第62/366,524号および2016年12月29日に出願され“LIGHT FIELD PROCESSOR SYSTEM”と題された米国仮特許出願第62/440,286号に対する優先権を主張するものであり、これらの各々の全体の内容は、参照により本明細書中に援用される。
本発明は、例えば、以下を提供する。
(項目1)
ウェアラブル眼科デバイスであって、
光をユーザの周囲から受光し、数値的ライトフィールド画像データを生成するように構成される、外向きに面した頭部搭載型ライトフィールドカメラと、
前記数値的ライトフィールド画像データにアクセスし、前記ユーザの眼に関する光学処方箋を取得し、前記光学処方箋に基づいて、ある量の正または負の屈折力を前記数値的ライトフィールド画像データにコンピュータ的に導入し、修正された数値的ライトフィールド画像データを生成するように構成される、ライトフィールドプロセッサと、
前記修正された数値的ライトフィールド画像データに対応する物理的ライトフィールドを生成するように構成される、頭部搭載型ライトフィールドディスプレイと
を備える、デバイス。
(項目2)
前記屈折力は、球面または円柱屈折力を備える、項目1に記載のデバイス。
(項目3)
前記修正された数値的ライトフィールド画像データは、少なくとも部分的に、前記光学処方箋に関して補正される、前記項目のいずれかに記載のデバイス。
(項目4)
前記ライトフィールドプロセッサは、前記数値的ライトフィールド画像データによって表される1つまたはそれを上回る波面を識別し、前記光学処方箋に基づいて、前記1つまたはそれを上回る波面の曲率をコンピュータ的に修正することによって、前記修正された数値的ライトフィールド画像データを生成するように構成される、前記項目のいずれかに記載のデバイス。
(項目5)
前記ライトフィールドプロセッサはさらに、仮想現実または拡張現実画像コンテンツを前記数値的ライトフィールド画像データに追加するように構成される、前記項目のいずれかに記載のデバイス。
(項目6)
前記光学処方箋は、近視に関する処方箋を備える、前記項目のいずれかに記載のデバイス。
(項目7)
前記光学処方箋は、遠視に関する処方箋を備える、前記項目のいずれかに記載のデバイス。
(項目8)
前記光学処方箋は、乱視に関する処方箋を備える、前記項目のいずれかに記載のデバイス。
(項目9)
前記光学処方箋は、前記ユーザの眼の高次収差に関する情報を備える、前記項目のいずれかに記載のデバイス。
(項目10)
前記ライトフィールドカメラは、マイクロレンズの2次元アレイおよび光検出器の対応する2次元アレイを伴う、一体型結像カメラを備える、前記項目のいずれかに記載のデバイス。
(項目11)
前記ライトフィールドディスプレイは、マイクロレンズの2次元アレイおよび光源の対応する2次元アレイを伴う、一体型結像ディスプレイを備える、前記項目のいずれかに記載のデバイス。
(項目12)
前記ライトフィールドディスプレイは、赤外線光を前記ユーザの眼の中に投影し、前記光学処方箋を測定するように構成される、1つまたはそれを上回る赤外線光源を備える、前記項目のいずれかに記載のデバイス。
(項目13)
前記ライトフィールドプロセッサは、前記修正された数値的ライトフィールド画像データをリアルタイムで生成するように構成される、前記項目のいずれかに記載のデバイス。(項目14)
前記ライトフィールドプロセッサは、前記光学処方箋を生成するように構成される、前記項目のいずれかに記載のデバイス。
(項目15)
前記ライトフィールドプロセッサは、
第1の試験量の正または負の屈折力を前記数値的ライトフィールド画像データにコンピュータ的に導入することと、
前記ユーザから、前記第1の試験量の正または負の屈折力に関するフィードバックを受信することと、
第2の試験量の正または負の屈折力を前記ライトフィールド画像データにコンピュータ的に導入することと
を行うことによって、前記光学処方箋を生成するように構成される、項目14に記載のデバイス。
(項目16)
前記ライトフィールドプロセッサはさらに、前記物理的ライトフィールドの一部として生成される場合、前記ユーザの角膜または水晶体内の障害と相互作用するであろう1つまたはそれを上回る光線を除去することによって、前記修正された数値的ライトフィールド画像データを生成するように構成される、前記項目のいずれかに記載のデバイス。
(項目17)
ウェアラブル眼科デバイスを使用するための方法であって、前記方法は、
修正された数値的ライトフィールド画像データを生成するように、ある量の正または負の屈折力をユーザの周囲の数値的ライトフィールド画像データにコンピュータ的に導入することであって、前記屈折力の量は、前記ユーザに関する光学処方箋に基づく、ことと、
ライトフィールドディスプレイを使用して、前記修正された数値的ライトフィールド画像データに対応する物理的ライトフィールドを生成することと
を含む、方法。
(項目18)
前記修正された数値的ライトフィールド画像データを生成することは、前記数値的ライトフィールド画像データによって表される1つまたはそれを上回る波面を識別し、前記光学処方箋に基づいて、前記1つまたはそれを上回る波面の曲率をコンピュータ的に修正することを含む、項目17に記載の方法。
(項目19)
仮想現実または拡張現実画像コンテンツを前記数値的ライトフィールド画像データに追加することをさらに含む、前記項目のいずれかに記載の方法。
(項目20)
赤外線光を前記ユーザの眼の中に投影させ、前記光学処方箋を測定することをさらに含む、前記項目のいずれかに記載の方法。
(項目21)
前記修正された数値的ライトフィールド画像データをリアルタイムで生成することをさらに含む、前記項目のいずれかに記載の方法。
(項目22)
前記光学処方箋を生成することをさらに含む、前記項目のいずれかに記載の方法。
(項目23)
前記光学処方箋を生成することは、
第1の試験量の正または負の屈折力を前記数値的ライトフィールド画像データにコンピュータ的に導入することと、
前記ユーザから、前記第1の試験量の正または負の屈折力に関するフィードバックを受信することと、
第2の試験量の正または負の屈折力を前記ライトフィールド画像データにコンピュータ的に導入することと
を含む、項目30に記載の方法。
(項目24)
前記物理的ライトフィールドの一部として生成される場合、前記ユーザの角膜または水晶体内の障害と相互作用するであろう1つまたはそれを上回る光線をコンピュータ的に除去することによって、前記修正された数値的ライトフィールド画像データを生成することをさらに含む、前記項目のいずれかに記載の方法。
ライトフィールドプロセッサシステム
近視、遠視、乱視、および高次収差の補正
種々の実施形態では、ライトフィールドプロセッサシステム600は、少なくとも部分的に、色収差を補正または補償するために使用されてもよい。色収差は、ライトフィールドプロセッサシステムの光学またはユーザの眼と異なるように相互作用する、異なる波長の光から生じるものである。色収差は、典型的には、光学材料の屈折率が、通常、光の波長の関数として幾分変動するという事実によって生じる。概して、2つのタイプの色収差が、存在する。すなわち、縦方向色収差および側方色収差である。縦方向色収差は、異なる波長の光がレンズから異なる距離に合焦するときに生じる。側方色収差は、異なる波長の光が光学システムの焦点面上の異なる位置に合焦されるときに生じる。色収差は、画像の色成分を相互に対して偏移または変位させ得る。
いくつかの実施形態では、ライトフィールドプロセッサシステムは、老眼を補償するために使用されてもよい。老眼は、眼の水晶体の遠近調節の振幅における低減であって、典型的には、加齢と関連付けられる。近いオブジェクトに関して、毛様体筋は、水晶体の形状を変化させ、遠近調節屈折力を提供し、これは、眼によって受光された光網膜上に合焦させ、画像をその上に形成する。加齢に伴って、眼の水晶体が形状を変化させ、近距離視認のために遠近調節する能力は、減少される。従来、老眼は、分割レンズ(例えば、二焦点、三焦点等)を備える多焦点補正レンズシステムを使用することによって、または連続焦点距離勾配(例えば、累進レンズ)を伴うレンズもしくは可変焦点の機械的に変形可能もしくは液晶レンズを使用することによって処置される。
別の一般的視覚的病気は、斜視であって、これは、両眼が、融合された立体画像を生産するために、単一輻輳点において整合不能であるものである。これは、典型的には、弱化した眼球筋肉を伴う眼がその運動をその正常対応物のものと協調不能であることから生じる。同様に、弱視も、視覚的病気であって、片眼または両眼における視力低下が存在する。本視力低下は、乳児期または幼少時の間の視覚の異常発達によって生じ得る。弱視は、時として、「怠惰な眼(lazy eye)」とも称される。
本明細書に説明されるシステム(例えば、図6、7、および14におけるシステム600)はまた、「METHODS AND SYSTEMS FOR DIAGNOSING AND TREATING HEALTH AILMENTS」と題され、2016年3月16日に出願された米国特許出願第15/072,290号(その全内容は、参照することによって本明細書に組み込まれる)に説明される技法のいずれかを使用して、種々の他の眼異常または歪曲を検出、診断、査定、補正、および/または処置するために使用されることができる。例えば、本明細書に説明されるシステムは、米国特許出願第15/072,290号に説明され、ここで簡単に要約されるように、コントラスト試験、視野試験、または色盲試験を実施するために使用されることができる。
図15は、本明細書に説明されるウェアラブルデバイスが、眼位計または屈折計として機能し、装着者または患者の視力を補正または改善する好適な屈折を判定するために使用され得る方法を図示する。例えば、本明細書に説明されるライトフィールドプロセッサシステムは、図15に示される眼位計を実装するために使用されることができる。眼位計からの試験の結果は、例えば、装着者または患者の光学処方箋を判定するために使用されることができる(例えば、眼鏡またはコンタクトレンズ内の補正レンズのため、もしくはライトフィールドプロセッサシステムにおいて使用するため)。そのようなシステムは、眼検査を投与するために使用されてもよく、本検査は、典型的には、医師または臨床医のオフィスにおいて投与されてもよいことを理解されたい。1つまたはそれを上回る実施形態では、患者の個々のライトフィールドプロセッサシステムは、可能性として、医師監督を伴って使用されてもよい、または医師のオフィスは、診断目的のために使用され得る、ライトフィールドプロセッサシステムのその独自のバージョンを有してもよい。図15は、拡張現実に関連して議論されるが、類似特徴は同様に、仮想現実アイウェア等の仮想現実デバイス内に含まれることができる。
本明細書に説明されるウェアラブルライトフィールドプロセッサシステムは、検影器として使用され、装着者または患者の視力障害を判定することができる。特に、ライトフィールドプロセッサシステムは、検影器として動作するとき、近視、遠視、乱視、および/または他の視力障害を検出するために使用されることができる。ライトフィールドプロセッサシステムは、例えば、中立化等の検影法技法を使用することによって、患者の眼の屈折誤差を判定するように構成されることができる。中立化は、眼を横断して掃引される光ビームまたはスポットが、画像を網膜に形成し、網膜を横断して移動することを実質的に停止するまで、眼の正面の屈折力を調節することを含む。ライトフィールドプロセッサシステムは、中立化が達成されるまで、異なる光学補正を伴うビームを提供するように構成されてもよい。ライトフィールドプロセッサシステムは、したがって、識別された視力障害を補正するための光学処方箋を判定するように構成されることができる。そのようなデバイスは、眼検査を投与するために使用されてもよく、本検査は、典型的には、医師または臨床医のオフィスにおいて、もしくは装着者によって自宅で自動的に投与されてもよいことを理解されたい。1つまたはそれを上回る実施形態では、患者の個々のライトフィールドプロセッサシステムは、可能性として、医師監督を伴って使用されてもよい、または医師のオフィスは、診断目的のために使用され得る、ライトフィールドプロセッサシステムのその独自のバージョンを有してもよい。種々の実施形態では、本ライトフィールドプロセッサシステムは、本明細書に開示されるデバイスと同様に構成されることができる。
1つまたはそれを上回る実施形態では、本明細書に説明される眼科デバイス(例えば、ライトフィールドプロセッサシステム600)は、自動屈折計として機能するように構成されてもよい。自動屈折計は、人物の屈折誤差の客観的測定を提供する。患者からの主観的応答を伴い得る、眼位計とは対照的に、自動屈折計は、ユーザからの応答に依拠しない。毛様体筋麻痺薬剤(例えば、眼点眼薬)が、毛様体筋を弛緩位置に保ち、ユーザの遠近調節の喪失をもたらすために使用されてもよい。眼の本弛緩位置は、網膜のより一貫したビューを提供する。患者は、自動屈折計デバイスによって投影される画像を視認するように求められてもよい。画像は、機械が読取を行うにつれて、深度平面を横断して合焦内および合焦外に移動し、画像が網膜上に来たときを判定してもよい。機械は、結果を平均し、処方箋を判定してもよい。
1つまたはそれを上回る実施形態では、ライトフィールドプロセッサシステム600は、収差計として機能してもよい。収差計は、可能性として、焦点ぼけ、規則的乱視、および高次収差(例えば、球面収差、コマ、トレフォイル、不規則的乱視)を含む、眼内の不規則性を測定する。高次収差さえ、視覚の品質に有意な影響を及ぼし得、深度知覚、コントラスト、色覚、暗視等に影響を及ぼし得る。低次収差に加えた高次収差の識別は、より正確な処方箋アイウェアを生産することに役立ち得る。
1つまたはそれを上回る実施形態では、ライトフィールドプロセッサシステム600は、黄斑障害を検出、診断、および/または補償するように構成されてもよい。黄斑障害(例えば、孔、嚢胞、変性等)は、異常、死点、または光に対する低減された感度の領域もしくはユーザの視野内の光に対する感度の欠如をもたらす、網膜内の黄斑および中心窩組織における損傷である。黄斑障害の一般的形態は、加齢黄斑変性(AMD)、シュタルガルト病、ベスト病、および他の変性状態を含む。加齢黄斑変性は、網膜色素上皮層の萎縮によって特徴付けられる、「ドライ型」AMDと、網膜内の異常血管成長からの合併症に起因して生じる失明である、「ウエット型」AMDとを含む。黄斑障害は、視野の種々の部分における異常、死点、または光に対する低減された感度の領域、ならびにコントラストまたは色感度の喪失をもたらし得る。高頻度において、異常、死点、または低減された感度の領域は、周縁ではなく、視野の中心の近傍に生じる。
本明細書に説明される種々のシステムは、1つまたはそれを上回る外向きに面したカメラを含み、画像情報を周囲環境から捕捉してもよく、本画像情報は、続いて、システムの装着者に提示される画像および/またはビデオとして表示されてもよい。いくつかの実施形態では、システムによって装着者に提示される画像情報は、カメラによって元々捕捉された画像情報に対して修正された画像情報を提供するように再レンダリングされてもよい。修正は、カメラによって捕捉された画像情報を受信し、画像情報を処理し、表示される画像および/またはビデオを生成する光変調器に後に通信される変更を含める、プロセッサ(例えば、画像プロセッサ)によって実施されてもよい。いくつかの実施形態では、世界の装着者のビューおよびそのビュー内の特定の特徴は、所望に応じて、診断または治療目的のために修正されてもよい。
本明細書に説明される実施形態のうちのいくつかでは、ライトフィールドプロセッサシステムは、ユーザの病状または感情的状態等の誘起イベントに基づいて、またはユーザの環境内のイベントまたは検出された状態に基づいて、診断または処置プロトコルを開始、終了、修正等する。他の誘起イベントもまた、適用可能であってもよい。ある場合には、そのような誘起イベントは、コンピュータビジョンシステムによって検出されることができる。
種々の機械学習アルゴリズムが、誘起イベントを学習するために使用されることができる。いったん訓練されると、機械学習アルゴリズムは、ライトフィールドプロセッサシステムによって記憶されることができる。機械学習アルゴリズムのいくつかの実施例は、回帰アルゴリズム(例えば、通常の最小2乗回帰等)、インスタンスベースのアルゴリズム(例えば、学習ベクトル量子化等)、決定ツリーアルゴリズム(例えば、分類および回帰ツリー等)、Bayesianアルゴリズム(例えば、Naive Bayes等)、クラスタ化アルゴリズム(例えば、k-平均クラスタ化等)、関連付けルール学習アルゴリズム(例えば、アプリオリアルゴリズム等)、人工ニューラルネットワークアルゴリズム(例えば、Perceptron等)、ディープ学習アルゴリズム(例えば、ディープBoltzmannマシン、またはディープニューラルネットワーク等)、次元削減アルゴリズム(例えば、主成分分析等)、アンサンブルアルゴリズム(例えば、スタック汎化等)、および/または他の機械学習アルゴリズムを含む、教師ありまたは教師なし機械学習アルゴリズムを含むことができる。いくつかの実施形態では、個々のモデルは、個々のデータセットのためにカスタマイズされてもよい。例えば、ウェアラブルデバイスは、基本モデルを生成または記憶してもよい。基本モデルは、データタイプ(例えば、特定のユーザ)、データセット(例えば、取得される付加的画像のセット)、条件付き状況、または他の変形例に特有の付加的モデルを生成する開始点として使用されてもよい。いくつかの実施形態では、ウェアラブルライトフィールドプロセッサシステムは、複数の技法を利用し、集約されたデータの分析のためのモデルを生成するように構成されてもよい。他の技法は、事前に定義された閾値またはデータ値を使用することを含んでもよい。
本明細書に議論されるように、開示される頭部搭載型ディスプレイは、有利には、健康関連診断、監視、および治療法をユーザにおいて実施するために使用され得る、ユーザのウェアラブル診断または健康システムの一部を形成し得る。いくつかの実施形態では、健康関連診断、監視、および治療法は、眼科診断分析、監視、および療法を含んでもよい。しかしながら、本明細書の本開示に照らして、診断または健康システムは、眼科用途に限定されず、概して、健康関連診断、監視、および治療法に適用されてもよいことを理解されるであろう。
Claims (13)
- ウェアラブル眼科デバイスであって、
光のビームを含む物理的ライトフィールドを生成し、前記光のビームをユーザの眼の中に指向し、これにより、網膜反射をもたらすように構成されている頭部搭載型ライトフィールドディスプレイと、
前記網膜反射を受光し、数値的画像データを生成するように構成されている頭部搭載型光検出器アレイと、
前記頭部搭載型ライトフィールドディスプレイを制御し、前記数値的画像データを使用して前記網膜反射を分析し、前記網膜反射の前記分析に基づいて、前記ユーザの眼に関する光学処方箋を決定するように構成されているライトフィールドプロセッサと
を備え、前記頭部搭載型光検出器アレイは、ライトフィールドカメラの一部であり、前記数値的画像データは、数値的ライトフィールド画像データを備える、ウェアラブル眼科デバイス。 - 前記ライトフィールドプロセッサは、前記数値的画像データの前記分析に基づいて、ある量の正または負の屈折力を前記光のビームにコンピュータ的に導入するようにさらに構成されている、請求項1に記載のデバイス。
- 前記頭部搭載型ライトフィールドディスプレイは、一体型結像ディスプレイを備える、請求項1に記載のデバイス。
- ウェアラブル眼科デバイスであって、
光のビームを含む物理的ライトフィールドを生成し、前記光のビームをユーザの眼の中に指向し、これにより、網膜反射をもたらすように構成されている頭部搭載型ライトフィールドディスプレイと、
前記網膜反射を受光し、数値的画像データを生成するように構成されている頭部搭載型光検出器アレイと、
前記頭部搭載型ライトフィールドディスプレイを制御し、前記数値的画像データを使用して前記網膜反射を分析し、前記網膜反射の前記分析に基づいて、前記ユーザの眼に関する光学処方箋を決定するように構成されているライトフィールドプロセッサと
を備え、前記頭部搭載型光検出器アレイは、前記頭部搭載型ライトフィールドディスプレイに統合されている、ウェアラブル眼科デバイス。 - ウェアラブル眼科デバイスであって、
光のビームを含む物理的ライトフィールドを生成し、前記光のビームをユーザの眼の中に指向し、これにより、網膜反射をもたらすように構成されている頭部搭載型ライトフィールドディスプレイと、
前記網膜反射を受光し、数値的画像データを生成するように構成されている頭部搭載型光検出器アレイと、
前記頭部搭載型ライトフィールドディスプレイを制御し、前記数値的画像データを使用して前記網膜反射を分析し、前記網膜反射の前記分析に基づいて、前記ユーザの眼に関する光学処方箋を決定するように構成されているライトフィールドプロセッサと、
少なくとも2つのピンホールを有するディスクと
を備え、前記ディスクは、前記光のビームが前記ピンホールを通過するように、前記眼の正面に位置付けられている、ウェアラブル眼科デバイス。 - 前記ライトフィールドプロセッサは、前記網膜反射を分析することにより、前記網膜上の前記光の焦点を決定するように構成されている、請求項1に記載のデバイス。
- ウェアラブル眼科デバイスであって、
光のビームを含む物理的ライトフィールドを生成し、前記光のビームをユーザの眼の中に指向し、これにより、網膜反射をもたらすように構成されている頭部搭載型ライトフィールドディスプレイと、
前記網膜反射を受光し、数値的画像データを生成するように構成されている頭部搭載型光検出器アレイと、
前記頭部搭載型ライトフィールドディスプレイを制御し、前記数値的画像データを使用して前記網膜反射を分析し、前記網膜反射の前記分析に基づいて、前記ユーザの眼に関する光学処方箋を決定するように構成されているライトフィールドプロセッサと、
光をユーザの周囲から受光し、数値的ライトフィールド画像データを生成するように構成されている外向きに面した頭部搭載型ライトフィールドカメラと
を備え、前記ライトフィールドプロセッサは、前記網膜反射の前記分析に基づいて、前記数値的ライトフィールド画像データをコンピュータ的に修正するように構成されている、ウェアラブル眼科デバイス。 - ウェアラブル眼科デバイスの作動方法であって、前記ウェアラブル眼科デバイスは、頭部搭載型光検出器アレイと、ライトフィールドプロセッサとを備え、前記方法は、
前記頭部搭載型光検出器アレイが、網膜反射を受光し、前記頭部搭載型光検出器アレイが、数値的画像データを生成することと、
前記ライトフィールドプロセッサが、前記数値的画像データを使用して、前記網膜反射を分析し、前記ライトフィールドプロセッサが、前記網膜反射の前記分析に基づいて、ユーザの眼に関する光学処方箋を決定することと
を含み、前記頭部搭載型光検出器アレイは、ライトフィールドカメラの一部であり、前記数値的画像データは、数値的ライトフィールド画像データを備える、作動方法。 - 前記ライトフィールドプロセッサが、前記数値的画像データの前記分析に基づいて、ある量の正または負の屈折力を前記光のビームにコンピュータ的に導入することをさらに含む、請求項8に記載の作動方法。
- 前記ウェアラブル眼科デバイスは、一体型結像ディスプレイを備える頭部搭載型ライトフィールドディスプレイをさらに備える、請求項8に記載の作動方法。
- ウェアラブル眼科デバイスの作動方法であって、前記ウェアラブル眼科デバイスは、頭部搭載型ライトフィールドディスプレイと、頭部搭載型光検出器アレイと、ライトフィールドプロセッサとを備え、前記方法は、
前記頭部搭載型光検出器アレイが、網膜反射を受光し、前記頭部搭載型光検出器アレイが、数値的画像データを生成することと、
前記ライトフィールドプロセッサが、前記数値的画像データを使用して、前記網膜反射を分析し、前記ライトフィールドプロセッサが、前記網膜反射の前記分析に基づいて、ユーザの眼に関する光学処方箋を決定することと
を含み、前記頭部搭載型光検出器アレイは、前記頭部搭載型ライトフィールドディスプレイと統合される、作動方法。 - 前記ライトフィールドプロセッサが、前記網膜反射を分析し、前記網膜上の前記光の焦点を決定することをさらに含む、請求項8に記載の作動方法。
- ウェアラブル眼科デバイスの作動方法であって、前記ウェアラブル眼科デバイスは、頭部搭載型光検出器アレイと、ライトフィールドプロセッサと、外向きに面した頭部搭載型ライトフィールドカメラとを備え、前記方法は、
前記頭部搭載型光検出器アレイが、網膜反射を受光し、前記頭部搭載型光検出器アレイが、数値的画像データを生成することと、
前記ライトフィールドプロセッサが、前記数値的画像データを使用して、前記網膜反射を分析し、前記ライトフィールドプロセッサが、前記網膜反射の前記分析に基づいて、ユーザの眼に関する光学処方箋を決定することと、
前記外向きに面した頭部搭載型ライトフィールドカメラが、光をユーザの周囲から受光し、数値的ライトフィールド画像データを生成することと、
前記ライトフィールドプロセッサが、前記網膜反射の前記分析に基づいて、前記数値的ライトフィールド画像データをコンピュータ的に修正することと
を含む、作動方法。
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