(57)【要約】【課題】極めて簡易な構成で被検査体の表面状態を高精度に検査することのできる表面検査装置及び検査方法を提供する。【解決手段】本発明は、表面検査装置及び検査方法に関するものであり、被検査体（Ｆ）の検査部に接するように検査光（Ｌ）を投光する投光器（９４）と、前記検査部を通過した前記検査光（Ｌ）を受光する第１受光器（９６ａ、９６ｂ）と、前記検査部によって散乱された前記検査光（Ｌ）を受光する第２受光器（１００）と、前記第１受光器（９６ａ、９６ｂ）によって受光した前記検査光（Ｌ）の光量に従い、前記検査部に対する前記検査光（Ｌ）の投光位置を調整する位置調整機構（５４）と、前記第２受光器（１００）によって受光した前記検査光（Ｌ）の光量に従い、前記検査部の表面状態を判定する判定部（１３０）とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体の検査部に接するように検査光を投光する投光器と、
前記検査部を通過した前記検査光を受光する第１受光器と、
前記検査部によって散乱された前記検査光を受光する第２受光器と、
前記第１受光器によって受光した前記検査光の光量に従い、前記検査部に対する前記検査光の投光位置を調整する位置調整機構と、
前記第２受光器によって受光した前記検査光の光量に従い、前記検査部の表面状態を判定する判定部と、
を備えることを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記投光器は、前記検査部に沿って前記検査光を走査する走査部を有することを特徴とする表面検査装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、
前記判定部は、前記検査部の表面状態を、前記走査部による前記検査光の走査位置毎に判定することを特徴とする表面検査装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置において、
前記投光器は、前記検査光を前記検査部で合焦させるように設定されることを特徴とする表面検査装置。
【請求項５】
請求項４記載の装置において、
前記第２受光器は、前記検査部によって散乱された前記検査光を集光する集光レンズと、前記集光レンズの焦点位置に配設されるスリット部材と、前記スリット部材を通過した前記検査光を受光する受光部とを備えることを特徴とする表面検査装置。
【請求項６】
請求項１記載の装置において、
前記第１受光器は、前記検査部を通過した前記検査光を異なる位置で受光する少なくとも２つの受光器からなることを特徴とする表面検査装置。
【請求項７】
請求項６記載の装置において、
前記位置調整機構は、前記受光器毎に前記検査部に対する前記検査光の投光位置を調整することを特徴とする表面検査装置。
【請求項８】
請求項１記載の装置において、
前記投光器、前記第１受光器及び前記第２受光器は、相対的な位置関係が固定されたユニットにより構成されることを特徴とする表面検査装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置において、
前記被検査体は、ロール体を介して搬送されるウエブであり、前記検査部は、前記ロール体に巻き架けられた前記ウエブの凸状に湾曲する部分であることを特徴とする表面検査装置。
【請求項１０】
被検体の検査部を通過した検査光を第１受光器により受光するステップと、
前記第１受光器により受光した前記検査光の光量に従い、前記検査部に対する前記検査光の投光位置を調整するステップと、
投光位置の調整された前記検査光の前記検査部による散乱光を第２受光器により受光するステップと、
前記第２受光器により受光した前記検査光の光量に従い、前記検査部の表面状態を判定するステップと、
を有することを特徴とする表面検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査体の表面状態を検査する表面検査装置及び検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
写真フイルム、印画紙、磁気記録材料、フラットパネルディスプレイ用保護フイルム、位相差フイルム等は、高い品質を確保するため、表面状態を厳密に管理する必要がある。例えば、これらの材料の製造過程において、支持体に薬品塗布や蒸着等の処理を施す際、支持体の表面に異物が付着していたり、製造欠陥による突起状の欠陥部分が有ると、製造された材料を商品として出荷できないだけでなく、歩留まりの低下により、商品のコストが上昇してしまう。
【０００３】
このような異物や欠陥部分を検出する従来技術として、例えば、特許文献１に開示された装置では、図８に示すように、巻回された糸巻体２の外周部近傍にレーザ光源４から出力されたレーザビームＬを照射し、糸巻体２の欠陥部分である毛羽６によって散乱されたレーザビームＬを受光器８により検出するように構成している。
【０００４】
また、特許文献２に開示された装置では、図９に示すように、ロール体１０に巻き架けられたフイルム１２の表面近傍にレーザ光源１４から出力されたレーザビームＬを照射し、フイルム１２の表面の異物１６を通過したレーザビームＬを受光器１８によって検出するように構成している。
【０００５】
さらに、特許文献３、４に開示された装置では、図１０に示すように、ロール体２０に巻き架けられたフイルム２２の表面近傍にレーザ光源２４からレーザビームＬを照射し、大サイズの異物２６を通過したレーザビームＬを第１受光器２８によって検出する一方、小サイズの異物２６により散乱されたレーザビームＬを第２受光器３０によって検出するように構成している。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５８−７６５７１号公報
【特許文献２】特開平７−２２９８５０号公報
【特許文献３】特開２００８−１０７１３１号公報
【特許文献４】特開２００８−１０７１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この場合、特許文献１に開示された装置では、糸巻体２の外周部に対するレーザビームＬの光軸の位置（距離Ｗ）を厳密に調整しておかないと、レーザビームＬが糸巻体２によって散乱され、受光器８により検出されることがあるため、毛羽６と糸巻体２とを区別することができなくなってしまう。このような不具合を回避するため、距離Ｗを大きく設定すると、微細な毛羽６を検出することができない。また、距離Ｗは、環境温度や糸巻体２の張力により変動するため、検出可能な毛羽６の大きさも一定に定まらない。
【０００８】
また、特許文献２に開示された装置では、異物１６によるレーザビームＬの光量低下を検出することで、異物１６を検出するようにしているが、特に微細な異物１６の場合には、光量低下も極めて小さいため、確実に異物１６を検出できないおそれがある。
【０００９】
さらに、特許文献３、４に開示された装置では、大サイズの異物２６であれば、第１受光器２８または第２受光器３０のいずれでも検出することができるが、小サイズの異物２６の場合、特許文献１の場合と同様に、フイルム２２の表面からレーザビームＬの光軸までの距離を厳密に調整しておかないと、異物２６とフイルム２２とを区別することができなくなってしまう。
【００１０】
本発明は、前記の不具合を解消するためになされたものであって、極めて簡易な構成で被検査体の表面状態を高精度に検査することのできる表面検査装置及び検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の表面検査装置は、被検査体の検査部に接するように検査光を投光する投光器と、
前記検査部を通過した前記検査光を受光する第１受光器と、
前記検査部によって散乱された前記検査光を受光する第２受光器と、
前記第１受光器によって受光した前記検査光の光量に従い、前記検査部に対する前記検査光の投光位置を調整する位置調整機構と、
前記第２受光器によって受光した前記検査光の光量に従い、前記検査部の表面状態を判定する判定部と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の表面検査方法は、被検体の検査部を通過した検査光を第１受光器により受光するステップと、
前記第１受光器により受光した前記検査光の光量に従い、前記検査部に対する前記検査光の投光位置を調整するステップと、
投光位置の調整された前記検査光の前記検査部による散乱光を第２受光器により受光するステップと、
前記第２受光器により受光した前記検査光の光量に従い、前記検査部の表面状態を判定するステップと、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の表面検査装置及び検査方法では、被検査体の検査部を通過した検査光の光量を検出し、その光量に従って検査光の投光位置を調整した後、検査部からの散乱光に基づいて検査部の表面状態を検査することにより、微細な異物や突起状の欠陥部分を、極めて簡易な構成で確実に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、検査ロール４８（ロール体）を介して、凸状に湾曲された状態で搬送されるフイルムＦの表面状態を検査する本実施形態の表面検査装置５０の構成図である。
【００１５】
表面検査装置５０は、フイルムＦの表面状態を検査する検査ユニット５２（ユニット）と、検査ユニット５２を矢印θ方向に傾動させるとともに、矢印Ｚ方向に昇降させることにより、フイルムＦに対する位置調整を行う位置調整機構５４とを備える。
【００１６】
位置調整機構５４は、図示しない固定部に固定されるブラケット５６に対して、ガイドバー５８ａ、５８ｂを介して矢印Ｚ方向に昇降可能に連結される板体６０を有する。ブラケット５６には、板体６２を介して昇降モータ６４が固定される。昇降モータ６４の駆動軸６６に装着されるプーリ６８は、ベルト７０を介してプーリ７２に連結される。一方、板体６０には、雌ねじ部材７４が固定されており、この雌ねじ部材７４に螺合するボールねじ７６にプーリ７２が装着される。従って、昇降モータ６４が駆動されることにより、ベルト７０を介してボールねじ７６が回転し、ボールねじ７６が螺合する雌ねじ部材７４を介して板体６０が矢印Ｚ方向に昇降する。
【００１７】
検査ユニット５２を構成するハウジング７８の上面部のうち、検査ロール４８の長手方向に沿った一端部側及び他端部側には、ブラケット８０ａ及び８０ｂが固定される。一方のブラケット８０ａには、板体６０に固定されるブラケット８２ａが支軸８３により軸支される。また、他方のブラケット８０ｂには、板体６０に固定された支軸８４を介してブラケット８２ｂが軸支される。支軸８４は、ブラケット８２ｂに形成された長孔８６に挿入される。ブラケット８２ｂは、支軸８４から検査ロール４８の長手方向に離間するように延在する係合部８８を有する。係合部８８には、板体６０の端部に固定されたブラケット９０を介して、矢印方向に伸縮するリニアアクチュエータ９２が係合する。従って、リニアアクチュエータ９２が矢印方向に伸縮することにより、係合部８８を介してブラケット８２ｂが矢印θ方向に回動し、検査ユニット５２がブラケット８０ａの支軸８３を中心として矢印θ方向に傾動する。
【００１８】
図２は、検査ユニット５２のハウジング７８に収納される検査光学系の構成図である。
【００１９】
検査光学系は、レーザビームＬ（検査光）をフイルムＦの凸状に湾曲する検査部に接するように投光する投光器９４と、検査部を通過したレーザビームＬを受光する２つの位置調整用受光器９６ａ、９６ｂ（第１受光器）と、検査部の異物９８（図３、図４）によって散乱されたレーザビームＬを受光する異物検出用受光器１００（第２受光器）とを備え、ハウジング７８内に相対的な位置関係が固定された状態で収納される。位置調整用受光器９６ａ、９６ｂは、図３に示すように、レーザビームＬの走査範囲において、検査ロール４８の長手方向の両端部側に配設される。なお、異物９８には、フイルムＦに付着した塵埃や、フイルムＦの突起状の欠陥部分が含まれるものとする。
【００２０】
投光器９４は、レーザビームＬを出力するレーザ発振器１０２と、レーザビームＬのビーム径を調整するレンズ１０４と、レーザビームＬの光路を変えるミラー１０６と、レーザビームＬを検査ロール４８の長手方向に偏向するポリゴンミラー１０８（走査部）と、レーザビームＬのフイルムＦ上での走査速度を調整するｆθレンズ等からなる走査レンズ１１０（走査部）と、レーザビームＬの光路を変え、フイルムＦの検査部を介して位置調整用受光器９６ａ、９６ｂの方向に導くミラー１１２とを備える。
【００２１】
異物検出用受光器１００は、光軸がフイルムＦに対するレーザビームＬの走査面と直交する方向に配設される２組のシリンドリカルレンズ１１４ａ、１１４ｂと、シリンドリカルレンズ１１４ａ、１１４ｂ間の焦点位置に配設され、レーザビームＬの走査方向に延在するスリット１１５を有するスリット部材１１６と、レーザビームＬの走査方向に延在する光散乱帯１１８が外周部に形成され、シリンドリカルレンズ１１４ｂにより集光されたレーザビームＬが導入される集光ロッド１２０と、集光ロッド１２０の端部に装着され、レーザビームＬを電気信号に変換するフォトマルチプライア等の光電変換部１２２（受光部）とを備える。なお、光電変換部１２２は、集光ロッド１２０の両端部に装着してもよい。異物検出用受光器１００は、シリンドリカルレンズ１１４ａの焦点位置が、投光器９４によるレーザビームＬの走査面上となるように設定される。
【００２２】
図５は、表面検査装置５０の制御回路ブロック図である。
【００２３】
表面検査装置５０は、投光器９４を制御して、レーザ発振器１０２から出力されるレーザビームＬの走査制御を行う走査制御部１２４と、位置調整用受光器９６ａ、９６ｂによって受光したレーザビームＬの光量に基づき、検査ユニット５２の位置調整量を算出するユニット位置調整量算出部１２６と、算出された位置調整量に従い、昇降モータ６４及びリニアアクチュエータ９２を制御するユニット駆動制御部１２８と、異物検出用受光器１００によって受光したレーザビームＬの光量に基づき、異物９８の有無の判定処理を行う異物判定処理部１３０（判定部）と、異物９８の有無の判定結果を表示するモニタ１３２と、判定結果を必要に応じて音声にて通知するスピーカ１３４と、異物判定処理部１３０により異物９８が有ると判定されたとき、フイルムＦ上での異物９８の位置情報を記憶する異物位置情報記憶部１３６とを備える。なお、異物判定処理部１３０は、走査制御部１２４によるレーザビームＬのフイルムＦ上での走査位置と、検査ロール４８を駆動制御するロール駆動制御部１３８によるフイルムＦの搬送位置とに従って異物９８の位置情報を算出する。
【００２４】
本実施形態の表面検査装置５０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その動作につき図６のフローチャートに従って説明する。
【００２５】
検査ロール４８に巻装されたフイルムＦに対して、表面検査装置５０を図１に示す状態に設置した後、走査制御部１２４により投光器９４が駆動され、レーザビームＬが出力される（ステップＳ１）。
【００２６】
レーザ発振器１０２から出力されたレーザビームＬは、レンズ１０４によってビーム径が調整された後、ミラー１０６を介してポリゴンミラー１０８に入射する。ポリゴンミラー１０８は、入射したレーザビームＬを反射偏向し、走査レンズ１１０及びミラー１１２を介して位置調整用受光器９６ａ、９６ｂに導く。
【００２７】
位置調整用受光器９６ａ、９６ｂは、入射したレーザビームＬを受光し、光信号を電気信号に変換してユニット位置調整量算出部１２６に供給する。電気信号としての光量情報を受信したユニット位置調整量算出部１２６は（ステップＳ２）、位置調整用受光器９６ａ、９６ｂが受光したレーザビームＬの光量を所定の光量とすることのできる検査ユニット５２の位置調整量を算出してユニット駆動制御部１２８に供給し、検査ユニット５２の位置調整を行う（ステップＳ３）。
【００２８】
ユニット位置調整量算出部１２６は、好ましくは、各位置調整用受光器９６ａ、９６ｂによって検出したレーザビームＬの光量が、フイルムＦが存在しないときの光量の５０〜８０％となるように、位置調整量を算出する。レーザビームＬは、光強度分布がガウス分布であり、フイルムＦの表面の異物９８による散乱光が最も強くなるのは、レーザビームＬの光軸上に異物９８が存在するときである。従って、レーザビームＬの光軸は、異物９８の分だけフイルムＦの表面から上部に設定することが望ましい。すなわち、位置調整用受光器９６ａ、９６ｂにより検出されるレーザビームＬの光量は、フイルムＦが存在しないときの光量の５０％以上に設定することが望ましい。また、微小な異物９８を検出するため、レーザビームＬは、フイルムＦに接していなければならない。しかも、必要な光量からなる散乱光を異物検出用受光器１００に導くためには、実用上、２０％以上のレーザビームＬがフイルムＦによって蹴られることが望ましい。この結果、位置調整用受光器９６ａ、９６ｂにより検出されるレーザビームＬは、フイルムＦが存在しないときの光量の５０〜８０％となるように、位置調整量を算出することが望ましい。
【００２９】
そこで、ユニット駆動制御部１２８は、先ず、リニアアクチュエータ９２を駆動し、ブラケット８２ｂの係合部８８を介して、検査ユニット５２のハウジング７８をブラケット８０ａの支軸８３を中心として図１に示す矢印θ方向に傾動させる。検査ユニット５２が所定量傾動し、位置調整用受光器９６ａ、９６ｂによって受光した各レーザビームＬの光量が等しくなった時点で、リニアアクチュエータ９２の動作を停止させる。このとき、位置調整用受光器９６ａに向かうレーザビームＬの光軸とフイルムＦの表面との距離、及び、位置調整用受光器９６ｂに向かうレーザビームＬの光軸とフイルムＦ表面との距離がそれぞれ等しくなる。従って、レーザビームＬをフイルムＦの表面に沿って走査させたとき、レーザビームＬがフイルムＦの表面から一定の距離を保持した状態で移動することなる。
【００３０】
次いで、ユニット駆動制御部１２８は、昇降モータ６４を駆動し、板体６０を介して検査ユニット５２のハウジング７８を矢印Ｚ方向に昇降させる。昇降モータ６４の駆動軸６６の回転は、プーリ６８、ベルト７０及びプーリ７２を介してボールねじ７６に伝達され、ボールねじ７６の回転が雌ねじ部材７４を介して板体６０を昇降させることにより、検査ユニット５２が矢印Ｚ方向に昇降する。そこで、位置調整用受光器９６ａ、９６ｂによって受光したレーザビームＬの光量が、検査ロール４８及びフイルムＦが存在しないときの光量の５０〜８０％となった時点で、昇降モータ６４の動作を停止させることにより、レーザビームＬとフイルムＦの表面との距離が所望の距離に調整される。
【００３１】
以上のようにして、検査ユニット５２と、フイルムＦの検査部との位置関係が調整された後、異物検出用受光器１００を用いて、フイルムＦの検査部により散乱されたレーザビームＬの検出を行う。
【００３２】
フイルムＦの検査部に異物９８が存在する場合、異物９８によって散乱されたレーザビームＬは、シリンドリカルレンズ１１４ａ、スリット部材１１６及びシリンドリカルレンズ１１４ｂを介して集光ロッド１２０に導かれる。この場合、シリンドリカルレンズ１１４ａの焦点位置がフイルムＦの検査部近傍に設定されているため、異物９８によって散乱されたレーザビームＬは、シリンドリカルレンズ１１４ａによって集光された後、スリット部材１１６のスリット１１５を介してシリンドリカルレンズ１１４ｂから集光ロッド１２０に導入されるが、異物９８以外のフイルムＦの表面によって反射されたレーザビームＬは、シリンドリカルレンズ１１４ａによって集光されることがなく、あるいは、スリット部材１１６によって蹴られるため、集光ロッド１２０に導入されることはない。従って、集光ロッド１２０には、異物９８によって散乱されたレーザビームＬのみが導入される。
【００３３】
集光ロッド１２０に導入された異物９８による散乱光であるレーザビームＬは、光散乱帯１１８によって散乱反射された後、集光ロッド１２０の端部に装着されている光電変換部１２２に入射して電気信号に変換され、異物判定処理部１３０に供給される（ステップＳ４）。電気信号としての光量情報を受信した異物判定処理部１３０は、その光量を異物判定基準として設定した閾値と比較することにより、異物９８の有無判定処理を行う（ステップＳ５）。この場合、集光ロッド１２０に導入される散乱光は、異物９８のみからの散乱光であるため、フイルムＦを異物９８として誤検出することなく、異物９８のみを検出することができる。
【００３４】
異物判定処理部１３０により異物有りと判定されたとき（ステップＳ６）、異物判定処理部１３０は、モニタ１３２を介してフイルムＦに異物９８が有ることを表示するとともに、スピーカ１３４を駆動して音声等により異物９８が有ることを作業者に通知する（ステップＳ７）。
【００３５】
また、異物判定処理部１３０は、異物９８が有ると判定した時点でのレーザビームＬの走査位置情報を走査制御部１２４から取得するとともに、ロール駆動制御部１３８からフイルムＦの搬送方向に対する位置情報を取得し、これらの位置情報を異物位置情報として異物位置情報記憶部１３６に記憶させる（ステップＳ８）。なお、異物位置情報記憶部１３６に記憶された異物位置情報は、表面検査が終了したフイルムＦとともに次の工程に供給し、例えば、異物９８の有るフイルムＦの一部を削除する等、適切な処置を施すことができる。この結果、例えば、異物９８を見逃し、フイルムＦに対して無駄な後工程での処理を施してしまう、といった不具合を回避することができる。
【００３６】
以上の処理は、検査ロール４８を回転させ、フイルムＦを搬送させながら表面検査が終了するまで連続的に行われる（ステップＳ９）。
【００３７】
この場合、フイルムＦの表面に対する検査ユニット５２の位置を位置調整機構５４により調整しながら表面検査を行うことができる。従って、検査ロール４８の芯振れや、搬送されるフイルムＦの厚さの変化がある場合であっても、レーザビームＬとフイルムＦの表面との距離が常に一定に維持されるため、異物９８の有無を常時確実に判定することができる。
【００３８】
また、表面検査装置５０は、表面状態の検査が必要なフイルムＦの所定部位に設置し、位置調整用受光器９６ａ、９６ｂによって受光したレーザビームＬの光量に基づき、位置調整機構５４により位置調整を行いながら異物９８の有無判定を行うことができる。従って、表面検査装置５０の設置が容易であり、且つ、極めて簡易な構成で異物９８の有無を確実に判定することができる。
【００３９】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。
【００４０】
例えば、図７は、図１に示す位置調整機構５４に代えて、ゴリオメータ１４０及びパンタグラフ１４２を組み合わせてなる位置調整機構１４４を用いて検査ユニット５２の傾動及び昇降を行うようにした機構を示す。ゴリオメータ１４０は、検査ユニット５２のハウジング７８に固定され、検査ロール４８の長手方向に湾曲する凸状湾曲面１４５を有する部材１４６と、凸状湾曲面１４５に係合する凹状湾曲面１４８を有する部材１５０とを有し、摘み１５２を回動させることにより、部材１４６を部材１５０に対して矢印θ方向に傾動可能に構成される。パンタグラフ１４２は、部材１５０に固定される板体１５４と、伸縮アーム１５６ａ、１５６ｂを介して板体１５４に連結される板体１５８とを有し、摘み１６０を回動させることにより、伸縮アーム１５６ａ、１５６ｂ間を連結する連結バー１６２ａ、１６２ｂに螺合するねじ部材１６４を介して、板体１５４を矢印Ｚ方向に昇降可能に構成される。作業者は、摘み１５２及び１６０を調整することで、フイルムＦの検査部に対する検査ユニット５２の位置を容易に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本実施形態の表面検査装置の構成図である。
【図２】表面検査装置の検査ユニットのハウジングに収納される検査光学系の構成図である。
【図３】検査光学系を構成する位置調整用受光器の配置説明図である。
【図４】検査光学系を構成する異物検出用受光器及びレーザビームの光路の説明図である。
【図５】表面検査装置の制御回路ブロック図である。
【図６】本実施形態の表面検査装置の動作フローチャートである。
【図７】表面検査装置を構成する位置調整機構の他の実施形態の説明図である。
【図８】従来技術の説明図である。
【図９】従来技術の説明図である。
【図１０】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
【００４２】
４８…検査ロール
５０…表面検査装置
５２…検査ユニット
５４、１４４…位置調整機構
９４…投光器
９６ａ、９６ｂ…位置調整用受光器
９８…異物
１００…異物検出用受光器
１０２…レーザ発振器
１２２…光電変換部
１２４…走査制御部
１２６…ユニット位置調整量算出部
１３０…異物判定処理部
１３２…モニタ
１３４…スピーカ
１３６…異物位置情報記憶部
１４０…ゴリオメータ
１４２…パンタグラフ
【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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【図９】
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【図１０】
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