(57)【要約】【課題】部品点数を減らして、簡易な構造によって画像を表示することを可能にし、小型化を図ることができる走査型光投影装置を提供する。【解決手段】光が出射される先端部を揺動可能として、光ファイバー１６を支持する保持手段１８と、前記光ファイバー１６に接続された光源２０と、前記光ファイバー１６の前記先端部に磁力を作用させ、光ファイバー１６を揺動駆動させる磁力発生手段１４とを備え、前記光ファイバー１６の先端部には、前記磁力発生手段１４による磁力の作用を受けて光ファイバー１６を移動させる磁性体が設けられ、前記磁力発生手段１４を制御して前記光ファイバー１６を走査移動させるとともに、前記光源２０からの光の出射を制御して画像を表示する制御部２５とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が出射される先端部を揺動可能として、光ファイバーを支持する保持手段と、
前記光ファイバーに接続された光源と、
前記光ファイバーの前記先端部に磁力を作用させ、光ファイバーを揺動駆動させる磁力発生手段とを備え、
前記光ファイバーの先端部には、前記磁力発生手段による磁力の作用を受けて光ファイバーを移動させる磁性体が設けられ、
前記磁力発生手段を制御して前記光ファイバーを走査移動させるとともに、前記光源からの光の出射を制御して画像を表示する制御部とを備えることを特徴とする走査型光投影装置。
【請求項２】
前記光ファイバーは、先端部に芯線が露出して設けられ、
前記磁性体として、前記芯線の外表面に磁性体金属層が被着形成されていることを特徴とする請求項１記載の走査型光投影装置。
【請求項３】
前記磁性体は、光ファイバーの被覆部の外面に磁性体金属ホルダが取り付けられて形成されていることを特徴とする請求項１記載の走査型光投影装置。
【請求項４】
前記磁力発生手段は、正方形の一つのコーナー部を挟む２辺の位置に、それぞれ一つの磁石を配置して形成され、
前記磁石の磁力を制御する磁力制御部が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の走査型光投影装置。
【請求項５】
前記光ファイバーは、前記磁力発生手段による磁力が前記光ファイバーに作用していない状態において、
前記磁石により挟まれる正方形のコーナー部とは対角位置にあるコーナー部に、出射面が位置するように前記保持手段によって保持されていることを特徴とする請求項４記載の走査型光投影装置。
【請求項６】
前記磁力発生手段は、円形の支持リングに、周方向に均等間隔をあけて複数の磁石を配置して形成され、
前記磁石の磁力を制御する磁力制御部が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の走査型光投影装置。
【請求項７】
前記光ファイバーは、前記磁力発生手段による磁力が前記光ファイバーに作用していない状態において、
前記支持リングの中心位置に出射面が位置するように前記保持手段によって保持されていることを特徴とする請求項６記載の走査型光投影装置。
【請求項８】
前記光ファイバーは、単芯の光ファイバーとして形成され、
前記制御部は、前記光源から前記光ファイバーにRGB光の合成光を入射させるように制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の走査型光投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバーを用いた走査型光投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像表示装置として液晶プロジェクター装置が広く使用されている。液晶プロジェクター装置による画像表示方法には、光源から出射した光をハーフミラーによってRGB光に分波し、分波光をクロスプリズムにより合成して画像として投影する方法、RGB光をMEMSミラーにより反射し、スクリーン上でRGB光を走査して画像を表示するといった方法がある。また、画像表示方法として、複数の発光部を備えた回転発光体を回転させながら、発光部を所定のタイミングで点滅させることによって文字や図形を表示する装置（特許文献２参照）もある。
【特許文献１】特開２００６−７２２５１号公報
【特許文献２】特開２０００−２７６０８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年、液晶プロジェクター装置の小型化が進み、携帯型の液晶プロジェクター装置についても検討されている。画像投影装置の小型化には、ハーフミラーやクロスプリズムを使用する方式とくらべてMEMSミラーを用いる方式が有利である。しかしながら、MEMSミラーを用いる方式では、ミラーの位置を正確に制御する必要があり、多数個のMEMSミラーを用いて光を走査する方式の場合は、部品点数が多くなり、各々のミラーの位置調節が難しいという問題がある。
【０００４】
本発明は、これらの課題を解決すべくなされたものであり、クロスプリズムやMEMSミラーを用いることなく、より簡易な構造によって画像を表示することを可能にし、小型化を図ることができる走査型光投影装置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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は次の構成を備える。
すなわち、光が出射される先端部を揺動可能として、光ファイバーを支持する保持手段と、前記光ファイバーに接続された光源と、前記光ファイバーの前記先端部に磁力を作用させ、光ファイバーを揺動駆動させる磁力発生手段とを備え、前記光ファイバーの先端部には、前記磁力発生手段による磁力の作用を受けて光ファイバーを移動させる磁性体が設けられ、前記磁力発生手段を制御して前記光ファイバーを走査移動させるとともに、前記光源からの光の出射を制御して画像を表示する制御部とを備えることを特徴とする。
なお、光ファイバーの先端部とは、光ファイバーの先端の一定の範囲を意味する。磁性体は、光ファイバーの先端側の一部分に設ける。
【０００６】
また、前記光ファイバーは、先端部に芯線が露出して設けられ、前記磁性体として、前記芯線の外表面に磁性体金属層が被着形成されている形態として使用することができる。また、前記磁性体は、光ファイバーの被覆部の外面に磁性体金属ホルダが取り付けられて形成されている形態とすることもできる。
【０００７】
また、前記磁力発生手段は、正方形の一つのコーナー部を挟む２辺の位置に、それぞれ一つの磁石を配置して形成され、前記磁石の磁力を制御する磁力制御部が設けられた構造とすることができる。
また、前記光ファイバーは、前記磁力発生手段による磁力が前記光ファイバーに作用していない状態において、前記磁石により挟まれる正方形のコーナー部とは対角位置にあるコーナー部に、出射面が位置するように前記保持手段によって保持されていることを特徴とする。
【０００８】
また、前記磁力発生手段は、円形の支持リングに、周方向に均等間隔をあけて複数の磁石を配置して形成され、前記磁石の磁力を制御する磁力制御部が設けられていることを特徴とする。
また、前記光ファイバーは、前記磁力発生手段による磁力が前記光ファイバーに作用していない状態において、前記支持リングの中心位置に出射面が位置するように前記保持手段によって保持されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る走査型光投影装置は、光ファイバーの先端部に磁性体を設け、磁力発生手段による磁力を光ファイバーに作用させることにより光ファイバーを揺動駆動し、光ファイバーからの投射光を走査して画像を表示する。したがって、画像を表示する機構の構成が簡素化され、部品点数を減らして投影装置の小型化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る走査型光投影装置の実施の形態について、添付図面とともに説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、走査型光投影装置の第１の実施の形態の全体構成を示す。本実施形態の走査型光投影装置は、光ファイバーからの出射光を利用して画像を表示することを特徴とする。図１に示す走査型光投影装置は、円筒形に形成されたホルダ１０の前端に取り付けられた投影レンズ１２と、投影レンズ１２の後方に配置された磁力発生手段１４と、磁力発生手段１４の後方に配置された光ファイバー１６とを備える。
【００１１】
光ファイバー１６はコリメート機能を備えた光ファイバーとして形成され、先端側に芯線１６ａが露出し、被覆部１６ｂが保持手段としての保持ステージ１８に支持される。保持ステージ１８は、芯線１６ａが磁力発生手段１４に向けて延出するように光ファイバー１６を支持するとともに、被覆部１６ｂの基部を支持することによって、光ファイバー１６の先端側を揺動可能としている。保持ステージ１８に光ファイバー１６を支持するには、保持ステージ１８に光ファイバー１６の配置位置に合わせてＶ溝を設け、Ｖ溝に沿って光ファイバー１６を配置し、上から蓋をするようにして接着剤により光ファイバー１６を固定支持すればよい。
【００１２】
光ファイバー１６には光源２０が接続され、光源２０から光ファイバー１６の芯線１６ａに光を入射させることによって、光ファイバー１６の先端から光が投射される。
投影レンズ１２は、光ファイバー１６から投射される光を拡大投影する作用をなすものであり、広角レンズ等が用いられる。ホルダ１０に光ファイバー１６をセットした状態において、光ファイバー１６の芯線１６ａの先端位置が投影レンズ１２の焦点位置（距離Ｆ）に位置するように設定する。
【００１３】
本発明に係る光投影装置においては、磁力を光ファイバー１６に作用させ、磁気的な吸引力を利用して光ファイバー１６（先端側部分）を揺動駆動する。このため、芯線１６ａの外表面に、磁気作用を受ける磁性体として磁性体金属層を被着形成した光ファイバー１６を使用する。
【００１４】
図２に、芯線１６ａの外表面に磁性体金属層を形成する方法を示す。
図２（ａ）は、被覆部１６ｂから芯線１６ａが延出した状態を示す。光ファイバー１６の端面（光出射面１６ｃ）は、芯線１６ａの軸線方向に対して垂直となる面方向に対してわずかに傾斜する面に形成される。
図２（ｂ）は、芯線１６ａの先端に磁性体金属層が付着しないように、芯線１６ａの先端をレジスト等からなるマスク１９によって被覆した状態を示す。
【００１５】
次いで、スパッタリングあるいはめっき等によって芯線１６ａの表面に磁性体金属層１７を形成する（図２（ｃ）：断面図）。磁性体金属層１７は、芯線１６ａの外表面の全面に被着するように設ける。磁性体金属層１７には、ニッケル、鉄、コバルト、あるいはこれらの合金等からなる磁性材料が用いられる。
本実施形態において使用している光ファイバー１６は、芯線１６ａの径０．１２５ｍｍ、被覆部１６ｂの径０．２５ｍｍである。磁性体金属層１７の厚さは、０．０１ｍｍ程度である。
【００１６】
図２（ｄ）は、マスク１９を除去し、芯線１６ａの外表面に磁性体金属層１７が被着形成された光ファイバー１６を示す。芯線１６ａの先端面には磁性体金属層１７は付着していない。芯線１６ａの先端部分をマスクして磁性体金属層１７を形成することによって、光ファイバー１６の光出射およびコリメート機能が阻害されることはない。
【００１７】
図３は、コリメート機能を備えていない光ファイバーについて、芯線の外表面に磁性体金属層を形成する方法を示す。
図３（ａ）は、芯線１６ａと被覆部１６ｂを備える光ファイバー１６を示す。図３（ｂ）は、芯線１６ａの外表面に磁性体金属層１７を形成した状態を示す（断面図）。図３（ｃ）は、磁性体金属層１７が外面に被着形成された芯線１６ａの端面に研磨加工を施し、芯線１６ａの端面を傾斜面に仕上げた状態を示す。
【００１８】
芯線１６ａの露出部分の長さを調節する必要がある場合は、芯線１６ａの外表面を磁性体金属層１７によって被覆した後、所定長さに合わせて芯線１６ａを切断した後、芯線１６ａの端面に研磨加工を施して、芯線１６ａの端面を傾斜面に加工すればよい。
こうして、芯線１６ａの出射面が露出し、芯線１６ａの外表面に磁性体金属層１７が被着形成された光ファイバー１６が得られる。
【００１９】
図１において、磁力発生手段１４は、磁気的な力を光ファイバー１６に作用させて光ファイバー１６を揺動駆動させるために設けたものである。磁力発生手段１４として、本実施形態においては、直交する二方向（横位置と縦位置）にひとつずつ磁石を配置した。磁石は磁力制御部１５に接続され、磁石のコイルに供給する電流を制御することによって磁石から発生する磁力が制御される。光ファイバー１６の芯線１６ａの先端の位置を、磁石が配置されている位置と重複するように設定して、光ファイバー１６に磁石による磁力が効果的に作用するようにする。
【００２０】
続いて、本実施形態の走査型光投影装置において光ファイバーを揺動駆動させる作用について説明する。
図４は、図１において、光ファイバー１６の端面側（投影レンズ１２を配置した側）から光ファイバー１６と磁力発生手段１４の配置を見た状態を示す。本実施形態における磁力発生手段１４は、正面方向から見て、横位置と縦位置に一つずつ磁石１４ａ、１４ｂを配置したものである。磁石１４ａ、１４ｂは正方形領域のコーナー部を挟む２辺に配置される（L形配置）。
【００２１】
図４（ａ）は、光ファイバー１６が基準位置にある状態、すなわち磁石１４ａ、１４ｂから光ファイバー１６に磁界を作用させない状態における光ファイバー１６の位置を示す（黒丸印）。この基準状態においては、光ファイバー１６（端面位置）は、磁石１４ａ、１４ｂの配置位置を２辺とする正方形領域の、磁石１４ａ、１４ｂによって形成されるコーナー部とは対角位置にあるコーナー部に位置する。この基準位置は、磁石１４ａ、１４ｂから光ファイバー１６に作用させる磁力をOFFにすると、光ファイバー１６が復帰する復元位置である。
【００２２】
図４（ｂ）は、横置きの磁石１４ａによる磁力を１００％とし、縦置きの磁石１４ｂの磁力を０％とした状態である。この場合は、光ファイバー１６は横方向（ｘ方向）には吸引されず、縦方向（ｙ方向）にのみ吸引され、横置きの磁石１４ａにもっとも接近した位置ｂに移動する。すなわち、光ファイバー１６は磁石１４ａ、１４ｂによって画成される正方形領域の右辺上を移動し、横置きの磁石１４ａに最も近接した位置に移動する。
図４（ｃ）は、横置きの磁石１４ａの磁力を０％とし、縦置きの磁石１４ｂの磁力を１００％とした場合である。この場合は、正方形領域の下辺上を移動して縦置きの磁石１４ｂにもっとも近接した位置ｃに光ファイバー１６が移動する。
【００２３】
図４（ｄ）は、横置きの磁石１４ａと縦置きの磁石１４ｂの磁力をともに１００％とした場合である。この場合は、正方形領域の左上のコーナー部に最も近接した位置ｄに光ファイバー１６が移動する。
図４（ｅ）は、横置きの磁石１４ａと縦置きの磁石１４ｂの磁力をともに５０％とした場合である。この場合は、正方形領域の中央位置ｅに光ファイバー１６が移動する。
図４（ｆ）は、横置きの磁石１４ａの磁力を７０％とし、縦置きの磁石１４ｂの磁力を８０％とした場合である。この場合は、基準位置ａから横方向に８０％、縦方向に７０％の位置に光ファイバー１６が移動する。
【００２４】
図４に示す磁石１４ａ、１４ｂの作用は、磁石１４ａ、１４ｂによる磁力を制御すること、たとえばコイルに通電する電流を制御することによって、光ファイバー１６の先端の位置を、磁石１４ａ、１４ｂによって画成される正方形領域の任意の位置に移動させることができることを示している。すなわち、光ファイバー１６は、芯線１６ａの外表面に磁性体金属層１７を被着形成し、磁石１４ａ、１４ｂによる磁力の作用を受けられるように形成することにより、磁石１４ａ、１４ｂによる磁力（吸引力）を利用して、光ファイバー１６の揺動領域内の任意の位置に移動させることができる。
【００２５】
図５（ａ）は、正方形領域の光ファイバー１６の揺動領域内において、磁石１４ａ、１４ｂによって光ファイバー１６に作用させる磁力を制御することにより、光ファイバー１６の端面位置を走査させる例を示す。光ファイバー１６を各段ごとに、左位置から右位置に移動させることによって、光ファイバー１６の端面が揺動領域の全域をカバーするように走査させることができる。
【００２６】
図６は、図１に示す走査型光投影装置において、磁力制御部１５により磁力発生手段１４を制御することによって光ファイバー１６が揺動駆動される状態を示している。本実施形態においては、横置きの磁石１４ａと縦置きの磁石１４ｂによる磁力を制御することによって、光ファイバー１６の先端側を湾曲させるようにして光ファイバー１６を揺動駆動する。光ファイバー１６の先端側を湾曲させるように揺動させた際に、光ファイバー１６が磁力発生手段１４に接触して損傷しないように揺動位置を規制する位置規制部を設けることも有効である。
【００２７】
制御部２５は、磁力制御部１５を制御することにより、磁力発生手段１４によって光ファイバー１６を走査させるように駆動するとともに、光源２０から光ファイバー１６に入射させる光のタイミングを、光ファイバー１６の走査タイミングと合わせて制御することによって、スクリーンに文字、図形等の画像を表示するように制御する。光ファイバー１６から出射された光は投影レンズ１２を介してスクリーン上にスポット光として達するから、このスポット光を画素として画像が表示される。図５（ｂ）は、光ファイバー１６によるスポットを１画素として文字を表示した例を示す。
【００２８】
磁力制御部１５により、磁石１４ａ、１４ｂから光ファイバー１６に作用させる磁力を高速で制御することにより、光ファイバー１６からの出射光は高速でスクリーン上を走査し、スクリーンに画像が表示される。
光源２０から光ファイバー１６に入射させる入射光が単色であれば、スクリーンには単色画像が表示され、カラー光を入射させることによって、スクリーンにカラー画像を表示させることができる。光ファイバー１６にカラー光を入射させる方法としては、ファイバ型カプラあるいは導波路型カプラを使用してRGB光を合成し、合成光を光ファイバー１６に入射させればよい。
【００２９】
また、光ファイバー１６を単芯ではなく、RGB用の３芯の光ファイバーとし、各々の光ファイバーにRGB光の光源を接続してカラー表示させることも可能である。この場合は、各々の光ファイバーにRGB光を接続し、各々のRGB光の光源を別個に制御すればよい。
【００３０】
（第２の実施の形態）
図７は、走査型光投影装置の第２の実施の形態の構成を示す。本実施形態の走査型光投影装置は、光ファイバー１６と、光ファイバー１６を基準状態において水平に支持するファイバホルダ１８ａと、光ファイバー１６に接続される光源２０ａと、光ファイバー１６に磁力を作用させて光ファイバー１６を揺動駆動する磁力発生手段３０とを備える。
【００３１】
光ファイバー１６に磁力を作用させて光ファイバー１６を揺動駆動させるため、光ファイバー１６の先端に磁性体として、円筒状に形成した磁性体金属ホルダ１７ａを接着固定する。本実施形態においては、光ファイバー１６の被覆部１６ｂを覆うように磁性体金属ホルダ１７ａを取り付けている。磁性体金属ホルダ１７ａを使用するかわりに、被覆部１６ｂから芯線１６ａを延出させ、芯線１６ａの外表面に磁性体金属層を被着させるようにしてもよい。
【００３２】
本実施形態においては、光ファイバー１６に磁力を作用させる磁力発生手段３０を、円形の支持リング３２に沿って、周方向に均等間隔に８個の磁石３１ａ〜３１ｈを配置する構成とし、支持リング３２の中心位置に、基準状態において光ファイバー１６の先端が位置するように光ファイバー１６を配置する。
各々の磁石３１ａ〜３１ｈの磁力は、磁力制御部１５ａにより、磁石３１ａ〜３１ｈのコイルへの通電を制御する等によって制御される。
【００３３】
図８は、本実施形態において、磁力発生手段３０により光ファイバー１６を駆動（移動）させる例を示す。
図８（ｅ）は、磁力発生手段３０に設けられた磁石３１ａ〜３１ｈのいずれからも磁力を発生させていない状態、すなわち光ファイバー１６に磁力が作用していない基準状態であり、この状態において光ファイバー１６は支持リング３２の中心に位置する。
図８（ａ）は、磁石３１ｈのみから光ファイバー１６に磁力を作用させた状態であり、光ファイバー１６が磁石３１ｈの近傍に移動した状態を示す。
【００３４】
図８（ｂ）は、磁石３１ａから磁力を作用させた状態であり、このときは光ファイバー１６は、磁石３１ａにより吸引されて磁石３１ａの近傍に移動する。図８（ｃ）は、磁石３１ｂ、図８（ｄ）は磁石３１ｇ、図８（ｆ）は磁石３１ｃ、図８（ｇ）は磁石３１ｆ、図８（ｈ）は磁石３１ｅ、図８（ｉ）は磁石３１ｄからそれぞれ磁力を作用させた場合であり、各々の磁石による磁力によって光ファイバー１６がそれぞれ移動する。
【００３５】
図８に示すように、本実施形態においても、磁力制御部１５ａにより、磁力発生手段３０に設けた磁石３１ａ〜３１ｈの磁力を制御することによって、光ファイバー１６の先端部を揺動駆動させることができ、光ファイバー１６から出射される光をスクリーン面内において周期的に走査させることができる。
【００３６】
図９は、本実施形態において光ファイバー１６が揺動駆動される状態を示したものである。磁力制御部１５ａにより磁力発生手段３０に設けられた磁石の磁力が制御され、光ファイバー１６の先端に設けた磁性体金属ホルダ１７ａに作用する力（吸引力）が制御されて光ファイバー１６が揺動駆動される。
制御部２５ａにより、光ファイバー１６の先端を走査するように磁力制御部１５ａを制御し、光ファイバー１６の走査タイミングに合わせて光源２０ａから光ファイバー１６に入射させる光を制御することによって、投影レンズ１２を介してスクリーンに画像を表示させることができる。
【００３７】
なお、上記実施形態においては、磁力発生手段３０を円形の支持リング３２に磁石を配置して形成したが、正方形の枠体状に形成した支持体に磁石を配置して磁力発生手段を形成し、基準状態において、磁力発生手段の中心に光ファイバーの出射面が位置するように構成することもできる。また、第１の実施の形態において、Ｌ形配置の磁石１４ａ、１４ｂに対向して、他の磁石をＬ形配置とし、磁力発生手段が全体として正方形の辺配置となるようにしてもよい。
また、光ファイバーの出射位置を位置決めする際に、一つの磁力発生手段によらずに複数の磁力発生手段を、たとえば光ファイバーの軸線方向に並置し、複数の磁力発生手段の作用を利用することによって、光ファイバーの揺動駆動をより安定させることが可能である。
【００３８】
本発明に係る走査型光投影装置は、光ファイバーを磁力を用いて揺動駆動する方法によって光ファイバーからの投射光をスクリーン上において走査させ、画像を表示する構造としたから、MEMSを使用して画像を表示する場合等とくらべて部品点数を減らすことができ、また、実際に使用する光ファイバーは微小部品であって、容易に装置の小型化を図ることができる。また、本発明装置においては、動作時には光ファイバーが揺動駆動されるのみであるから動作時の振動、騒音が抑えられる。
また、投影する画像をそれほど大きくする必要がない場合には、本発明に係る光ファイバーを用いた光投影装置によって十分に画像を表示することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】走査型光投影装置の第１の実施の形態の概略構成を示す説明図である。
【図２】芯線の外表面に磁性体金属層を被着形成する方法を示す説明図である。
【図３】芯線の外表面に磁性体金属層を被着形成する他の方法を示す説明図である。
【図４】第１の実施の形態において光ファイバーが移動する状態を示す説明図である。
【図５】光ファイバーによる走査方法（ａ）と、光ファイバーによって表示する例（ｂ）を示す説明図である。
【図６】第１の実施の形態において光ファイバーが揺動駆動される状態を示す説明図である。
【図７】走査型光投影装置の第２の実施の形態の概略構成を示す説明図である。
【図８】第２の実施の形態において光ファイバーが移動する状態を示す説明図である。
【図９】第２の実施の形態において光ファイバーが揺動駆動される状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  ホルダ
１２  投影レンズ
１４  磁力発生手段
１４ａ、１４ｂ  磁石
１５、１５ａ  磁力制御部
１６  光ファイバー
１６ａ  芯線
１６ｂ  被覆部
１６ｃ  光出射面
１７  磁性体金属層
１７ａ  磁性体金属ホルダ
１８  保持ステージ
１８ａ  ファイバホルダ
２０、２０ａ  光源
２５、２５ａ  制御部
３０  磁力発生手段
３１ａ〜３１ｈ  磁石
３２  支持リング
【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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