(57)【要約】【課題】発光源としてＬＥＤを用いる発光装置において、装置を大型化することなく多種の機能を実現可能であり、かつ、高い照射品質を得ることができる技術を提供する。【解決手段】本発明は、第一の発光素子が配置された回路基板の裏面（下側）に第一の発光素子と異なる色を発光する第二の発光素子を配置する。また、回路基板には開口部を設け、ＬＥＤパッケージの最下層には、第二の発光素子から発した光を反射し、開口部から第一の発光素子側に導く凹面状反射鏡を配置する。さらに、第一の発光素子と第二の発光素子とを独立して駆動可能な制御部を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配置される第一の発光素子と、
前記基板の、前記第一の発光素子と反対側の面に配置される第二の発光素子と、
前記第一の発光素子が発した光の放射方向を制御する第一の光学系と、
前記第二の発光素子が発した光の放射方向を制御する第二の光学系と、を備え、
前記基板は、１以上の開口部を備え、
前記第二の光学系は、前記第二の発光素子が発した光が、前記開口部を通過し、前記第一の光学系に導かれるよう形成されていること
を特徴とするＬＥＤ発光装置。
【請求項２】
請求項１記載のＬＥＤ発光装置であって、
前記１以上の開口部は、前記第一の発光素子を取り囲む周辺部に形成されていること
を特徴とするＬＥＤ発光装置。
【請求項３】
請求項１記載のＬＥＤ発光装置であって、
前記１以上の開口部は、前記第一の発光素子の間に形成されていること
を特徴とするＬＥＤ発光装置。
【請求項４】
請求項１から３いずれか１項記載のＬＥＤ発光装置であって、
前記第一の発光素子は青色発光素子であって、
当該青色発光素子を覆うように形成される蛍光体塗布領域をさらに備えること
を特徴とするＬＥＤ発光装置。
【請求項５】
請求項１から４いずれか１項記載のＬＥＤ発光装置であって、
前記第二の発光素子は、赤色発光素子であること
を特徴とするＬＥＤ発光装置。
【請求項６】
請求項１から５いずれか１項記載のＬＥＤ発光装置であって、
前記第二の光学系は、凹面状の反射鏡を備えること
を特徴とするＬＥＤ発光装置。
【請求項７】
請求項１から５いずれか１項記載のＬＥＤ発光装置であって、
前記第二の光学系は、前記第二の発光素子の直下近傍に凸状部を有する凹面状の反射鏡を備えること
を特徴とするＬＥＤ発光装置。
【請求項８】
請求項１から７いずれか１項記載のＬＥＤ発行装置であって、
前記第一の発光素子および前記第二の発光素子の駆動をそれぞれ制御する制御手段、をさらに備え、
前記制御手段は、
前記第一の発光素子のみ予め定められた時間、予め定められた強度で発光するよう制御するストロボ発光制御手段と、
前記第一の発光素子および前記第二の発光素子を略同時に予め定められた時間間隔で予め定められた強度で発光するよう制御するインジケータ点滅制御手段と、
前記第二の発光素子のみ予め定められた時間、予め定められた強度で発光するよう制御するインジケータ点灯制御手段と、
前記第一の発光素子および前記第二の発光素子を略同時に予め定められた時間、予め定められた強度で発光するよう制御する照明制御手段と、を備え、
前記制御手段は、当該ＬＥＤ発光装置の外部からの制御信号に従って、前記ストロボ発光制御手段と、前記インジケータ点滅制御手段と、前記インジケータ点灯制御手段と、前記照明制御手段とのいずれかの制御手段に、前記第一の発光素子および前記第二の発光素子の駆動を制御させること
を特徴とするＬＥＤ発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光源にＬＥＤを用いた発光装置の小型化および高性能化に関する。特に、薄型のデジタルカメラや撮影機能付き携帯電話といった小型撮影機器への搭載用発光装置の小型化および高性能化技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等の撮影機器には、例えば、ストロボなどの発光装置が備えられている。このような発光装置の中で、ＬＥＤを用いて発光させるＬＥＤストロボ１を図１０に示す。図１０（ａ）は、ＬＥＤストロボ１の正面図、図１０（ｂ）はＡ−Ａ’矢視方向断面図である。本図に示すように、ＬＥＤストロボ１は、基板２上に配置された光源であるＬＥＤ３と、ＬＥＤ３の外周に設置された反射鏡（以下、リフレクタと称す）４と、レンズ５と、リフレクタ４と一体に構成されてレンズ５を保持するレンズ保持部６と、を備える。ＬＥＤ３から発した光線は、直接レンズ５に届くものとリフレクタ４または基板２に反射し、レンズ５に届くものとがある。レンズ５では、これら２種の光線を制御し、目的の範囲にストロボ光を照射する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一般に、撮影機器には、上記ＬＥＤストロボ１以外にも、例えば、インジケータなどの発光装置が備えられる。インジケータは、セルフタイマーの残り時間表示や焦点位置を明確にするために用いられる。ＬＥＤストロボ１にインジケータを組み込んだ、インジケータ付きＬＥＤストロボ１’を図１１に示す。図１１において、（ａ）は正面図、（ｂ）はＢ−Ｂ’矢視方向断面図である。本図に示すように、インジケータ付きＬＥＤストロボ１’は、ＬＥＤストロボ１の基板２上にさらにインジケータ用ＬＥＤ７を備える（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００４−５０７０３８号公報
【特許文献２】特開２００５−３０１１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
最近は、デジタルカメラや撮影機能付き携帯電話は薄型、小型化が進み、それらに搭載される発光装置にも薄型、小型化の要求が高まっている。一方で、要求される発光機能は、ストロボ機能だけでなく、インジケータ機能など多種に渡る。ところが、上述のインジケータ付きＬＥＤストロボ１’の構成のように、機能ごとに別体の発光源が必要であり、その分、発光装置全体が大型化し、占有容積が増加している。従って、多機能化と薄型、小型化の要求を両立できていないだけでなく、駆動回路の配線の複雑化、部品点数の増加、製品コストの上昇、生産時の組み立て工数の増加などを招いている。
【０００６】
また、発光装置のサイズは、薄型、小型化が要求される一方で、大光量が要求され、発光源が大型化しているため、色ムラが発生しやすい。例えば、ＬＥＤストロボ１などで使われる白色光を出射するＬＥＤは、一般に、青色発光素子に、当該青色発光素子が発した青色光を受けて他の色（赤色成分、緑色成分）の蛍光を発光する蛍光体が塗布されて構成される。小型、薄型化の要求に伴い、ＬＥＤ３とレンズ５との距離が接近する方向にあり、レンズ５の大きさに対してＬＥＤ３の蛍光体面が相対的に大型化する。このため、ＬＥＤストロボ１の光学系においてＬＥＤ３は点光源ではなく面光源として扱う必要がある。
【０００７】
ところが、一般に青色発光素子を用いるＬＥＤでは、照射面中央部では色温度が上がり青みを帯びているのに対し、照射面周辺部では色温度が下がり黄色みを帯びる。面光源として扱われるＬＥＤ３から発生する光線は、図１２に示すように、その発生位置が蛍光体の端面に近づくほど白色から黄色を帯びてくるため、その色の違いがレンズ５で強調された照射面に色ムラが発生する。なお、図１２において、８は照射面、９は色ムラ発生領域、１０は白色領域である。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、発光源としてＬＥＤを用いる発光装置において、装置を大型化することなく多種の発光機能を高い照射品質で実現する技術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】
【０００９】
本発明は、独立して制御可能な２つの異なる発光色の発光素子を備え、一方の発光素子からの光を、他方の発光素子からの光の照射品質を高めるよう配光する。
【００１０】
具体的には、基板と、前記基板上に配置される第一の発光素子と、前記基板の、前記第一の発光素子と反対側の面に配置される第二の発光素子と、前記第一の発光素子が発した光の放射方向を制御する第一の光学系と、前記第二の発光素子が発した光の放射方向を制御する第二の光学系と、を備え、前記基板は、１以上の開口部を備え、前記第二の光学系は、前記第二の発光素子が発した光が、前記開口部を通過し、前記第一の光学系に導かれるよう制御するよう形成されていることを特徴とするＬＥＤ発光装置を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、発光源としてＬＥＤを用いる発光装置において、装置を大型化することなく、多種の発光機能を実現するとともに、照射の質を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）は、本発明の実施形態の発光装置の概略正面図であり、（ｂ）は、同発光装置の概略断面図である。
【図２】（ａ）は、本発明の実施形態のＬＥＤの概略正面図であり、（ｂ）は、同ＬＥＤの概略断面図である。
【図３】本発明の実施形態のＬＥＤの光線経路（光路）を説明するための図である。
【図４】（ａ）は本発明の実施形態のストロボ発光時の、（ｂ）は照明時の、それぞれ電流波形を説明するための図である。
【図５】（ａ）は、本発明の実施形態の点滅インジケータ発光時の、（ｂ）は、点灯インジケータ発光時の、それぞれ電流波形を説明するための図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態のその他の電流波形例を説明するための図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態のＬＥＤの開口部の他の例を説明するための図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態のＬＥＤの反射鏡の形状の他の例を説明するための図である。
【図９】本発明の実施形態のＬＥＤの光線経路（光路）を説明するための図である。
【図１０】（ａ）は、従来のＬＥＤストロボの正面図であり、（ｂ）は同断面図である。
【図１１】（ａ）は、従来のインジケータ付きＬＥＤストロボの正面図であり、（ｂ）は同断面図である。
【図１２】従来のＬＥＤストロボにおける色ムラの発生を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜＜第一の実施形態＞＞
以下、本発明を適用する第一の実施形態について説明する。以下、本発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１４】
本実施形態の発光装置１００の概略構成を説明する。図１（ａ）は、本実施形態の発光装置１００の概略正面図である。また、図１（ｂ）は、発光装置１００のＡ−Ａ矢視方向概略断面図である。これらの図に示すように、本実施形態の発光装置１００は、基本的に図１０に示す従来の発光装置と同様の構成を有し、基板２００と、基板２００上に配置されたＬＥＤ３００と、ＬＥＤ３００の外周に設置されたリフレクタ４００と、レンズ５００と、リフレクタ４００と一体に構成されてレンズ５００を保持するレンズ保持部６００と、を備える。
【００１５】
本実施形態のＬＥＤ３００は、独立して発光の制御が可能な２つの異なる発光色を有する発光素子を備える。以下、ＬＥＤ３００の構成について説明する。図２（ａ）は、本実施形態のＬＥＤ３００の概略正面図であり、図２（ｂ）は、本実施形態のＬＥＤ３００のＢ−Ｂ矢視概略断面図である。また、図３は、本実施形態のＬＥＤ３００の光線経路（光路）を説明するための図である。
【００１６】
本実施形態のＬＥＤ３００は、図２に示すように、ＬＥＤ内基板３１０と、ＬＥＤ内基板３１０上に配置される光源である青色発光素子３２０と、ＬＥＤ内基板３１０の青色発光素子３２０と反対側の面に配置される赤色発光素子３３０と、ＬＥＤ内基板３１０の青色発光素子３２０側に形成される第一のＬＥＤパッケージ３４０と、第一のＬＥＤパッケージ３４０の青色発光素子３２０側に形成されるＬＥＤ内リフレクタ３５０と、蛍光体を含有し、青色発光素子３２０を覆うように形成される蛍光体塗布領域３６０と、ＬＥＤ内基板３１０の赤色発光素子３３０側に形成される第二のＬＥＤパッケージ３７０と、第二のＬＥＤパッケージ３７０の赤色発光素子３３０側に形成される凹面状の光学面を有する反射鏡３８０と、を備える。ＬＥＤ内基板３１０の青色発光素子３２０側では、ＬＥＤ内リフレクタ３５０により第一の光学系が構成される。また、基板３１０の赤色発光素子３３０側では、反射鏡３８０により第二の光学系が構成される。
【００１７】
蛍光体塗布領域３６０は、青色光を吸収し、黄色の蛍光を発する、例えばＹＡＧ蛍光体を含有する樹脂により構成される。なお、本実施形態のＬＥＤ３００では、青色発光素子３２０および赤色発光素子３３０それぞれの数は問わない。ここでは、一例として、青色発光素子３２０を４個、赤色発光素子３３０を１個備える場合を図示する。
【００１８】
本実施形態のＬＥＤ内基板３１０は、青色発光素子３２０および赤色発光素子３３０をそれぞれ発光させる駆動回路（不図示）を備える。本実施形態の駆動回路は、基板２００を介して受け取る制御信号に従って電流を供給し、青色発光素子３２０および赤色発光素子３３０それぞれを独立して駆動する。なお、本実施形態では、ＬＥＤ内基板３１０と基板２００とは、ワイヤボンディングを含むＬＥＤ３００のパッケージ内の配線パターンを介して、ＬＥＤ３００のパッケージ底面に配置される電極（不図示）と基板２００とがハンダ付けされることにより接続される。
【００１９】
また、本実施形態のＬＥＤ内基板３１０は、赤色発光素子３３０から発した光を青色発光素子３２０側に導くため、１以上の開口部３９０をその周辺部に備える。図２に示すように、本実施形態では、開口部３９０は、４個の青色発光素子を取り囲む周辺部に形成される。
【００２０】
青色発光素子３２０から発せられた光は、蛍光体塗布領域３６０によりその一部が吸収され、黄色蛍光が発せられる。黄色光と青色光とが混色されることにより白色光に変換され、図３に実線で示すように、青色発光素子３２０側の第一の光学系を従来どおり通過し、上方に放射される。一方、赤色発光素子３３０から発せられた光は、図３に破線で示すように、赤色発光素子３３０側の第二の光学系において、反射鏡３８０にて反射され、基板３１０に設けられた開口部３９０を通過し、青色発光素子３２０側に導かれる。
【００２１】
青色発光素子３２０から発せられた光と蛍光体塗布領域３６０における蛍光体とにより得られる白色光は、照射面中央部に比べ、照射面周辺部では色温度が下がり黄色みを帯びる。従って照射面の色温度分布は一様ではなく、色ムラが発生する。本実施形態では、赤色発光素子３３０からの光を、照射面中央部青みを帯びた白色光を周辺同様の黄色みを帯びた色に補正可能なよう配光し、照射面全体の色温度や色ムラを改善する。
【００２２】
具体的には、本実施形態の開口部３９０の位置および第二光学系（反射鏡３８０）の形状を、赤色発光素子３３０からの光が、照射面中央部から周辺部にかけての色温度が高く青みを帯びている中央部の領域に段階的に配光されるようするよう調整する。これにより、赤色発光素子３３０からの光は、開口部３９０を通過し、照射面中央部の青みを帯びた光束に重畳される。結果として、照射面中央部の青みを帯びた白色光は、周辺部同様黄色みを帯びた色に補正され、照射面全体の色温度や色ムラを改善できる。
【００２３】
本実施形態のＬＥＤ３００は、上記構成を備え、基板２００を介して得る駆動電流により、例えば、ストロボ発光、照明、点滅インジケータ、点灯インジケータそれぞれの発光を実現することができる。ストロボ発光、照明、点滅インジケータ、点灯インジケータ、それぞれを実現するために青色発光素子３２０および赤色発光素子３３０を駆動させる電流波形の一例を図４、図５、図６に示す。
【００２４】
図４（ａ）は、ストロボ発光を実現する電流波形例を示す図である。ここでは、青色発光素子３２０のみを短時間、大きな電流量で駆動させるよう電流が供給される。これにより、青色光と黄色蛍光とが混色された白色光が大きな光量で出射され、ストロボ発光を実現できる。
【００２５】
図４（ｂ）は、照明としての発光を実現する電流波形例を示す図である。ここでは、青色発光素子３２０および赤色発光素子３３０を同時に、ユーザからのオン指示に従って点灯し、オフ指示に従って消灯するようよう電流が供給される。これにより、白色光と赤色光とが混合され、かつ、照射面中央部の色ムラが改善された光が出射され、高品質な照明を実現できる。なお、照明として発光させる場合は、ストロボ発光時に比べ、小さな電流量で駆動させる。
【００２６】
図５（ａ）は、点滅インジケータとしての発光を実現する電流波形例を示す図である。ここでは、赤色発光素子３３０のみ、間欠的に発光させるよう電流が供給される。また、図５（ｂ）は、点灯インジケータとしての発光を実現する電流波形例を示す図である。ここでは、予め定められた点灯期間、赤色発光素子３３０のみを連続的に発光させるよう電流が供給される。これらにより、赤色光がそれぞれ点滅および点灯する所望のインジケータ機能を実現できる。なお、インジケータとして発光させる場合も、ストロボ発光時に比べ、小さな電流量で駆動させる。
【００２７】
なお、インジケータとして点滅または点灯を実現させる場合、駆動して発光させる発光素子は、上述のように赤色発光素子３３０のみに限られない。例えば、図６（ａ）に示すように、青色発光素子３２０および赤色発光素子３３０を、同時に発光させるよう電流を供給してもよい。ここでは、一例として、発光毎に、青色発光素子３２０および赤色発光素子３３０それぞれに供給する電流量を変化させる場合を示す。供給する電流量は、これに限られない。これにより、白色光と赤色光との混色の点滅または点灯を得ることができる。
【００２８】
さらに、図６（ｂ）に示すように、各発光間に青色発光素子３２０を駆動させる電流量と、赤色発光素子３３０を駆動させる電流量とを、供給期間中に変化させてもよい。ここでは、一例として、青色発光素子３２０と赤色発光素子３３０とに供給する電流量を逆に変化される場合を示す。変化の仕方はこれに限られない。このように制御することにより、点滅する光の色を変化させることができる。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態のＬＥＤ３００は、独立して制御可能な２種の異なる色の発光素子を備え、両者を同時に発光させる際、照射面での色ムラを低減できるよう構成されている。このため、このＬＥＤ３００を搭載した本実施形態の発光装置１００は、１の発光源で、ストロボ、インジケータ、照明といった多種の機能をそれぞれ高い品質で実現することができる。また、制御は、ＬＥＤに供給する電流量を変化させるだけで容易に実現できる。従って、本実施形態によれば、多数の発光機能を実現するために複数の発光源を備える必要がないため、装置を大型化することなく、多機能で色ムラの少ない高性能なＬＥＤ発光装置を実現することができる。
【００３０】
なお、上記実施形態では、開口部３９０が、基板３１０の周辺部に設けられる場合を例にあげて説明した。しかし、開口部３９０の配置位置はこれに限られない。赤色発光素子３３０からの光を、所望の位置に所望の強度で、第一の光学系に配光できればよい。例えば、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、基板３１０に複数の細長い開口部３９０’が十字型に設けてもよい。ここでは、各青色発光素子３２０それぞれを独立して蛍光体で覆うよう構成し、開口部３９０’を、４個の青色発光素子３２０の間にそれぞれ設ける場合を例にあげて説明する。図７（ｃ）に、本変形例のＬＥＤ３００’の光路を示す。
【００３１】
図７に示す変形例のＬＥＤ３００’の場合、赤色発光素子３３０からの光を、照射面中央部から照射面周辺部へ向けて段階的に配光するよう、開口部３９０の配置と第二光学系（反射鏡３８０の形状）とを調整する。図７（ｃ）に示すように、赤色発光素子３３０からの光は、開口部３９０’を通過し、照射面中央部の青みを帯びた光束に重畳される。このため、照射面の青みを適宜抑えることができ、照射面全域として色ムラを補正できる。従って、上述のように照明として用いる場合、色ムラの少ない照明を実現できる。すなわち、本変形例によれば、装置を大型化することなく、多機能で色ムラの少ない高性能なＬＥＤ照明装置を実現できる。
【００３２】
また、反射鏡３８０の形状も上述の凹面形状に限られない。赤色発光素子３３０からの光を、所望の強度および角度で、第一の光学系に配光できればよく、例えば、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すような形状であってもよい。特に、図８（ａ）に示すように、反射鏡３８０の凹面に凸状部７００を有する構成の場合、有しない構成のものに比べ、赤色発光素子３３０からの光を照射面中央部により多く配光でき、より色ムラが改善される。
【００３３】
反射鏡３８０の形状が図３に示す本実施形態の反射鏡３８０のように凹面状の場合、図９に示すように、赤色発光素子３３０から発する光のうち出射面となす角が直角に近い光（直下近傍に向かう光）は、ＬＥＤ内基板３１０に当たり、開口部３９０を通過しない。また、比較的青みの少ない照射面周辺部付近方向にも配向される。一方、図８（ａ）に示すように、反射鏡３８０の凹面の、赤色発光素子３３０の出射面に対向する領域（直下部）に凸状に盛り上がった領域である凸状部７００を設けると、赤色発光素子３３０の直下付近で反射した光は、反射鏡３８０の端部付近に集まり、ここで反射し、開口部３９０を通過して照射面中央部に出射される。このように、反射鏡３８０に凸状部７００を設けると、凸状領域７００を設けない場合に比べ、開口部３９０から出射する光線が多くなり、赤色発光素子３３０の利用効率が高まる。さらに、照射面周辺部に出射する光が減るため、照射面全体の色ムラはさらに改善される。なお、凸状部７００は尖端状になっている必要はなく、丸状や平面状になっていてもよい。
【００３４】
さらに、赤色発光素子３３０の設置位置や設置数も適宜選択可能である。また、基板３１０の青色発光素子３２０配置側と反対側に配置する発光素子は、赤色に限られない。例えば、オレンジ色や黄色の発光素子（ＬＥＤ）であってもよく、上述のように、多種の機能を実現でき、かつ、上記青色発光素子と蛍光体により得られる白色光と混色により、色ムラを低減可能な色の光を発する発光素子であればよい。
【００３５】
また、本実施形態の発光装置１００は、駆動回路に供給する電流量を制御する制御部（不図示）を備えるよう構成してもよい。制御部は、例えば、上述の、ストロボ発光、点滅インジケータ、点灯インジケータ、照明等の駆動電流波形をプログラムとして予め保持し、発光装置１００が搭載される撮影機器からの指示（制御信号）またはユーザからの指示に応じて、プログラムに従って駆動回路を駆動させ、青色発光素子３２０および赤色発光素子３３０それぞれの発光タイミング、電流量を制御する。特に、制御部が両発光素子に供給する電流量を制御することにより、上記照明時の色ムラをより高い精度で補正することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１：ＬＥＤストロボ、１’：インジケータ付きＬＥＤストロボ、２：基板、３：ＬＥＤ、４：リフレクタ、５：レンズ、６：レンズ保持部、７：インジケータ用ＬＥＤ、８：投影面、９：色ムラ発生領域、１０：白色領域、１００：発光装置、２００：基板、３００：ＬＥＤ、３００’：ＬＥＤ、３１０：ＬＥＤ内基板、３２０：青色発光素子、３３０：赤色発光素子、３４０：第一のＬＥＤパッケージ、３５０：ＬＥＤ内リフレクタ、３６０：蛍光体塗布領域、３７０：第二のＬＥＤパッケージ、３８０：反射鏡、３９０’：開口部、３９０：開口部、４００：リフレクタ、５００：レンズ、６００：レンズ保持部、７００：凸状部
【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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【図１１】
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【図１２】
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