(57)【要約】【課題】素子が劣化しにくく、光信号が安定した、より精度の高い光通信を行うことのできる光電変換装置を提供すること。【解決手段】光ファイバ２を支持するフェルール５と、フェルール５を回路基板４上に支持するフェルール受け６とを備えた光電変換装置１において、フェルール受け６に貫通孔６ａを設け、貫通孔６ａの一端をフェルール５により閉じ、他端を回路基板４により閉じ、フェルール５と、回路基板４と、フェルール受け６の貫通孔６ａにより形成される空間に光素子を有する光モジュール３を設け、光素子を配する空間を外部から密閉することで、光素子を劣化させる物質と光モジュール３の接触を防ぐ。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号を光信号に変換して光ファイバに光を射出する発光部の素子又は／および、光ファイバから受光した光を電気信号に変換する受光部の素子を備えた回路基板を有する光電変換装置であって、光ファイバを支持するフェルールと、前記フェルールを前記回路基板上に支持するフェルール受けとを備えており、
前記フェルール受けに貫通孔が設けられ、前記貫通孔は一端を前記フェルールにより閉じられ、他端を前記回路基板により閉じられており、前記フェルールと、前記回路基板と、フェルール受けの貫通孔により形成される空間に前記素子が設けられることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
前記フェルールに凸状部が設けられ、前記凸状部が前記空間に配されており、凸状部に光ファイバが配されていることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記回路基板と前記フェルールの間に素子台が設けられ、前記素子が素子台上面に配されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記回路基板に貫通孔又は／及び凹部が設けられ、前記フェルール受けに凸部が設けられており、前記凸部が前記回路基板の貫通孔又は／及び凹部に嵌まることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記回路基板の素子が設けられている面の裏面に、前記素子に接続された集積回路が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気信号と光信号の変換を行う光電変換装置に関するものであり、より詳細には素子と光ファイバの光結合に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報通信分野において、光通信システムが広く採用されている。情報を伝搬する通信光を用いた通信は、電気通信のように電磁波の影響を受けず、また伝送損失が少ないなどの利点がある。しかし、光通信の技術は、全ての情報伝達を光信号によって行うまでには至っておらず、電気通信と光通信の両方用いる機器においては光信号と電気信号間の変換を行う光電変換装置が用いられる。
【０００３】
ここで、他の情報通信と同様に、光通信においても信号の減衰を防ぐことが必要となる。そして、光電変換装置における通信光の減衰要因の一つに光ファイバの端面と受光部の素子または発光部の素子とが正しく光結合されないということが挙げられる。そのため、光結合を精度よく行う技術が必要であり、そのような技術として、特許文献１に開示されている発明がある。なお、光結合とは光ファイバの端面と、受光部又は発光部との間で、情報を伝達する光信号の通信が可能である状態を指す。
【０００４】
特許文献１に開示されている発明は、光ファイバを挿通するフェルールと素子を搭載する基盤に位置合わせ部材を挿入嵌合する嵌合部を設け、嵌合部に位置合わせ部材を介設することにより、光軸の位置合わせをして光接続を行うものである。このことにより、光ファイバ端面へ照射される通信光の減少を防ぎ、精度の高い光通信を行うことができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２０６３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に開示されている発明では、受光部又は発光部の素子が露出しており、外部からの湿気、ガス等に対して素子が保護されていない。そのため、長期間使用すると素子が劣化して使用不能になる。また、素子から射出された光信号、または、素子に射出された光信号に外部からの光が干渉することにより、光信号に意図しない情報が含まれる恐れがある。
【０００７】
そこで本発明は、素子が劣化しにくく、安定した光信号を用いたより精度の高い光通信を行うことのできる光電変換装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための請求項１の発明は、電気信号を光信号に変換して光ファイバに光を射出する発光部の素子又は／および、光ファイバから受光した光を電気信号に変換する受光部の素子を備えた回路基板を有する光電変換装置であって、光ファイバを支持するフェルールと、前記フェルールを前記回路基板上に支持するフェルール受けとを備えており、前記フェルール受けに貫通孔が設けられ、前記貫通孔の一端が前記フェルールにより閉じられ、他端が前記回路基板により閉じられており、前記フェルールと、前記回路基板と、フェルール受けの貫通孔により形成される空間に前記素子が設けられることを特徴とする光電変換装置である。
【０００９】
本発明の光電変換装置では、フェルール受けによりフェルールを回路基板上に支持するため、フェルールに挿通された光ファイバの配置位置がフェルールとフェルール受けの係合によって決定する。そのため、光ファイバと、発光部の素子や受光部の素子等の光素子の光軸の位置合わせが容易に実行できるので、光素子と光ファイバの光軸がずれない。即ち、光ファイバ端面から受光部の素子へ照射される通信光や、発光部の素子から光ファイバ端面へ向かって照射される通信光が本来照射されるべき場所からずれない。したがって、本来照射されるべき場所への通信光の量が減少することを防ぐことができる。
【００１０】
さらに、本発明の光電変換装置では、フェルール受けに貫通孔が設けられ、光素子がフェルール受けの貫通孔に取り囲まれるように配置されている。即ち、光素子が貫通孔の内部にあり、貫通孔の上面（開口）がフェルールの底面（下面）に塞がれ、貫通孔の下面（開口）が回路基板に塞がれているため、光素子が密閉もしくは事実上密閉された空間に配置されている。そのことにより、外部からの湿気やガス等の影響による光素子の劣化を防ぐことが可能である。また、外部から光が前記した空間に侵入しないので、光信号は外部の光の干渉を受けない。その結果、光素子が劣化しにくくなり、光素子と光ファイバ間の光信号に外部の光の干渉による乱れが生じにくくなるため、光通信の信頼性が確保できる。
【００１１】
請求項２の発明は、前記フェルールに凸状部が設けられ、前記凸状部が前記空間に配されており、凸状部に光ファイバが配されていることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置である。
【００１２】
本発明の光電変換装置では、フェルールに凸状部が設けられ、この凸状部が事実上密閉された空間に配されるので、凸状部が回路基板に向かって突出する。そして、光ファイバが凸状部に配されているので、空間の内部に設けられた前述の光素子と光ファイバが近くなる。即ち、凸状部を設けない場合に比べて、凸状部の突出方向の長さに相当する距離だけ光素子と光ファイバが近づく。そのことにより光信号の伝達精度が向上する。
【００１３】
請求項３の発明は、前記回路基板と前記フェルールの間に素子台が設けられ、前記素子が素子台上面に配されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光電変換装置である。
【００１４】
本発明の光電変換装置では、回路基板とフェルールの間に素子台が設けられており、素子台の上面（回路基板に設置した際にフェルールに向かい合う位置にある面）に前述の光素子が設けられている。そのため、素子台を設けない場合に比べて、素子台の高さ（設置した際に回路基板側からフェルール側へ向かう方向の素子台の長さ）に相当する距離だけ光素子と光ファイバが近づき、光信号の伝達精度がよくなる。
【００１５】
請求項４の発明は、前記回路基板に貫通孔又は／及び凹部が設けられ、前記フェルール受けに凸部が設けられており、前記凸部が前記回路基板の貫通孔又は／及び凹部に嵌まることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光電変換装置である。
【００１６】
本発明の光電変換装置では、フェルール受けに凸部が設けられており、フェルール受けの凸部が回路基板に設けられた貫通孔や凹部に嵌まる。そのため、回路基板に固定されたフェルール受けの高さが低くなり、前述の光素子と光ファイバが近づく。そのことにより光信号の伝達精度がよくなる。
【００１７】
具体的に説明すると、まず、ピン等の係合部材でフェルールをフェルール受けに支持する場合には、フェルール受けは厚みが必要である。しかし、フェルールはフェルール受けの上側の面に設けられているので、フェルール受けの厚さ（高さ）を大きくすると、フェルールの底面が回路基板から離れてしまう。したがって、光素子とフェルール、即ち、光素子と光ファイバが離間してしまう。
【００１８】
そこで、回路基板に貫通孔又は及び凹部を設け、フェルール受けの一部を貫通孔に落とし込むことにより、フェルール受けに必要な厚さを保持しつつ、回路基板とフェルールの間におけるフェルール受けの厚さ（高さ）を小さくすることができる。そのことにより、貫通孔を設けない回路基板上にフェルール受けを設けた場合に比べて、光素子と光ファイバを近づかせることができる。
【００１９】
請求項５の発明は、前記回路基板の素子が設けられている面の裏面に、前記素子に接続された集積回路が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光電変換装置である。
【００２０】
請求項５の発明では、回路基板の光素子が設けられている面の裏面に、光素子と接続された集積回路（ＩＣ）を設けることにより、光素子と集積回路を繋ぐ配線を短くすることができる。そのことにより、伝送による信号の減衰を低減することができる。
【００２１】
また、回路基板内のレイアウトの自由度が高まり、光電変換装置の小型化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、発光部の素子や受光部の素子が劣化しにくく、光信号の伝達が安定した、より精度の高い光通信を行うことのできる光電変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施形態の光電変換装置の斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の光電変換装置の分解斜視図である。
【図３】図１の光電変換装置のフェルール受けを縦断した側面図である。
【図４】図３の光電変換装置に封止材を用いた場合の説明図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の光電変換装置に用いるフェルールの斜視図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の光電変換装置に用いるフェルール受けの斜視図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の光電変換装置のフェルール受けを縦断した側面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態の光電変換装置のフェルール受けを縦断した側面図である。
【図９】本発明の第４の実施形態の光電変換装置の説明図であり、（ａ）は光電変換装置のフェルール受けを縦断した側面図であり、（ｂ）は（ａ）の光電変換装置の回路基板の平面図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態の光電変換装置のフェルール受けを縦断した側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図２に示すように、本発明の第１の実施形態の光電変換装置１は、回路基板４と、光ファイバ２を支持するフェルール５と、フェルール受け６とを備えている。回路基板４上にはフェルール受け６が配され、フェルール受け６の上にはフェルール５が設置される。フェルール５にはピン孔５ｂが設けられており、フェルール受け６の、ピン孔５ｂに対応する位置にはピン穴６ｂが設けられている。これらピン孔５ｂ、ピン穴６ｂにピン９を挿通し、フェルール５とフェルール受け６の位置合わせをする。
【００２５】
なお、回路基板４には光モジュール３が設けられており、フェルール受け６には貫通孔６ａが設けてある。さらに、図２に示すように、貫通孔６ａの中に光モジュール３がくるようにフェルール受け６は回路基板４に設けられる。また、フェルール５に支持された光ファイバ２の先端（下端）は、光モジュール３と対向している。
【００２６】
そして、光モジュール３（受光部又は／及び発光部の素子）によって電気信号と光信号を変換し、光ファイバ２と光モジュール３とを光学的に接続する。以下詳細に説明する。
【００２７】
光ファイバ２は従来周知の光ファイバであり、ガラスやプラスチック等の細い繊維の部材で作成された、光信号を通す通信ケーブルである。
【００２８】
光モジュール３は、光信号と電気信号とを変換する部材であり、光素子を内蔵する。光モジュール３は、内蔵される光素子により発光モジュールと受光モジュールとに分けられる。発光モジュールは、レーザダイオードや発光ダイオード等の発光素子を備えた光モジュールであり、受光モジュールは、フォトダイオード等の受光素子を備えた光モジュールである。なお、本実施形態において、光モジュール３は発光モジュールとするが、光モジュール３を受光モジュールとした場合においても、本発明の各実施形態の光電変換装置は同様の効果を得ることができる。
【００２９】
図２、図５に示される様に、フェルール５は光ファイバ２を保持する部材であり、略直方体状の部分と、略直方体状の部分の上面から、該上面と垂直方向に突出した突出部５ａを有している。フェルール５の中心部分には、突出部５ａの突出方向の端部から直方体部分の底面５ｃまで貫通する孔５ｄが設けられている。すなわち、孔５ｄはフェルール５の長手方向に延びており、光ファイバ２を丁度挿通可能である。したがって、孔５ｄの開口部分の内径は光ファイバ２の外径に略等しい。
【００３０】
さらに、略直方体状の部分の角部付近にはピン孔５ｂが設けられている。ピン孔５ｂは対角の角部に夫々設けられており、孔５ｄと平行に延びている。なお、ピン孔５ｂにはピン９が丁度挿通される。即ち、ピン孔５ｂの内径は、挿通するピン９の外径に略等しい。
【００３１】
図２、図６に示される様に、フェルール受け６の中央部分には貫通孔６ａが設けられている。貫通孔６ａの開口は四角形であり、カタカナの「ロ」の様な形状となっている。そして、貫通孔６ａは上面６ｄから下面６ｅに至っている。即ち、フェルール受け６の形状は、図６の矢印Ｃ方向から見ると漢字の「回」の様な形状となっている。
【００３２】
さらに、上面６ｄの角部付近にはピン穴６ｂが設けられている。ピン穴６ｂは対角に２つ設けられており、貫通孔６ａと平行に延びる有底穴である。
【００３３】
次に本実施形態の光電変換装置１における、各部材間の組み立て構成について説明する。
【００３４】
図２に示すように、フェルール受け６は回路基板４の上に設けられている。そして、光モジュール３は、フェルール受け６の貫通孔６ａの内部に配置されている。即ち、光モジュール３は回路基板４上に配されており、貫通孔６ａの内壁６ｃに囲まれている。
【００３５】
図１、図２に示すように、フェルール５はフェルール受け６の上側に配置される。即ち、フェルール受け６は回路基板４とフェルール５に挟まれる様に設けられており、フェルール５の底面５ｃとフェルール受け６の上面６ｄが接触している。換言すると、フェルール受け６の貫通孔６ａはフェルール５の底面５ｃによって塞がれている。
【００３６】
さらに、フェルール５とフェルール受け６は、ピン孔５ｂとピン穴６ｂが重なりあうように配置されている。即ち、ピン孔５ｂの中心軸とピン穴６ｂの中心軸が一致しており、ピン孔５ｂとピン穴６ｂがあたかも一体の有底穴のような形状になっている。
【００３７】
ピン９はピン孔５ｂを挿通し、さらにピン穴６ｂに挿入されている。具体的に説明すると、ピン９はフェルール５を貫通しており、フェルール受け６の内部で止まっている。なお、フェルール受け６にフェルール５が配置されると、光モジュール３と光ファイバ２が対向する。さらに、光モジュール３は集積回路８に接続されており、一部（フェルール受け６の下面６ｅに接触する部分等）がプリント配線で接続されている。
【００３８】
また、図３で示すように、フェルール５の底面５ｃとフェルール受け６の内壁６ｃ、回路基板４により、外気と遮断される内部空間１０が形成される。内部空間１０は密閉された空間であるので、湿気やガス、光等の光接続に影響を及ぼす要因が内部空間１０に侵入することを防ぐことができる。そのことにより、光モジュール３に光素子を劣化させる物質が接触しないので、光モジュール３を劣化しにくくすることが可能である。また、内部空間１０の外部の光等が光通信の信号に干渉しないため、光通信の精度が向上する。
【００３９】
そして、上記したように、プリント配線の様なあまり厚みを持たない配線方法を用いると、内部空間１０の気密性を保ちつつ、光モジュール３と集積回路８を接続することが容易となるので望ましい。
【００４０】
なお、図４で示すように、内部空間１０を形成する際に、各部材間に樹脂等の封止材１１を使用すると、より気密性を高めることができる。
【００４１】
なお、以下では第２の実施形態から第５の実施形態を説明するが、特に説明がない限り、第１の実施形態における光電変換装置１と同様の構造については、同様の符号を付して重複する説明を省略する。
【００４２】
本発明の第２の実施形態における光電変換装置３０は図７に示される様に、フェルール５の底面５ｃから、底面５ｃと垂直な方向に突出する凸状部５ｅが設けられている。さらに、孔５ｄが凸状部５ｅの突出方向の先端部分まで延びている。そして、光ファイバ２の端部（光モジュール３の対向部位）が、フェルール５の底面５ｃに設けた凸状部５ｄを貫通して、光モジュール３に対向している。換言すると、光ファイバ２の下端（先端）が、凸状部５ｅの突出先端側の面から露出している。よって光ファイバ２は内部空間１０内で凸状部５ｅにより保護され、且つ姿勢を保持された状態で光モジュール３に近接する。
【００４３】
そのことにより、フェルール５をフェルール受け６の上側に配置した際に、光ファイバ２と光モジュール３が近づくので光通信の精度が向上する。
【００４４】
本発明の第３の実施形態における光電変換装置３１は図８に示される様に、回路基板４と光モジュール３の間に素子台７が設けられており、素子台７の上面（図８における上側の面）に光モジュール３が配されている。そのことにより、フェルール５をフェルール受け６の上側に配置した際に、光ファイバ２と光モジュール３が近づくので光通信の精度が向上する。
【００４５】
本発明の第４の実施形態における光電変換装置３２は図９に示される様に、有底穴のピン穴６ｂの代わりに貫通孔であるピン孔６ｇが設けられており、回路基板４に貫通孔４ａが設けられている。さらに、フェルール受け６の下面６ｅに凸部６ｆが設けられており、この凸部６ｆはピン孔６ｇの中心軸の延長上の位置にある。ここで、貫通孔４ａの開口の形状と凸部６ｆの断面の形状は略同一であり、凸部６ｆは貫通孔４ａに丁度挿入可能になっている。そして、ピン９は、回路基板４の下側に板状の部材（図示せず）によって、抜け落ちないように固定されている。
【００４６】
そして、フェルール受け６は、凸部６ｆを貫通孔４ａに挿入した状態で回路基板４上に配置されている。換言すると、フェルール受け６の下端部を回路基板４にめり込ませるように、回路基板４上にフェルール受け６が配置されている。このことにより、フェルール受け６に必要な厚みを確保しつつ、フェルール受け６の高さ（図９（ａ）における上下方向の長さ）を低くすることができる。
【００４７】
具体的に説明すると、上記したようにフェルール受け６のピン穴６ｂとフェルール５のピン孔５ｂは、ピン９を挿入又は、挿通してフェルール５の位置を固定するために用いられる。そのため、フェルール受け６の高さが低く、ピン穴６ｂの深さ（図６における上下方向の長さ）が浅いと、ピン９が外れやすくなり、フェルール５の位置を固定する力が弱くなる。そのため、フェルール受け６はある程度の厚みが必要になる。しかし、フェルール受け６を厚くすると、フェルール受け６の上面６ｄに配置するフェルール５（光ファイバ２の下端）の位置から回路基板４上に配置する光モジュール３までの距離が遠くなるという問題が発生する。
【００４８】
しかし、凸部６ｆを貫通孔４ａ挿入することにより、フェルール受け６のピン穴６ｂ（ピン孔６ｇ）の延びる方向の長さを保ちつつ、回路基板４の表面（光モジュール３が設けられている面）より上に位置する部分の高さ（図９（ａ）における上下方向の長さ）を低くすることができる。そのため、ピン９の、フェルール５のフェルール受け６への設置位置を固定する力を維持した上で、光ファイバ２と光モジュール３を接近させることが可能である。
【００４９】
加えて、ピン穴６ｂではなくピン孔６ｇを用いることにより、ピン９を回路基板４の裏面（光モジュール３が配置されている面に対向する面）から突出するように設けることができる。したがって、ピン９を回路基板４の表面から裏面へ抜ける様に配置することができるため、フェルール５のフェルール受け６への設置位置を固定する力をより強くすることが可能となる。
【００５０】
即ち、第４の実施形態における光電変換装置３２は、フェルール５とフェルール受け６を固定する力を維持した上で光ファイバ２と光モジュール３とを接近させて光通信の精度を向上させることができる。
【００５１】
ここで、本発明の第４の実施形態では回路基板４に貫通孔４aを設けたが、回路基板４にフェルール受け６の凸部６ｆを係合させる方法はこれに限るものではない。例えば、回路基板４を厚みのある回路基板にして、貫通孔４aの代わりに凹部を設けてもよい。即ち、フェルール受け６の厚さが必要な部分を回路基板４の表面（光モジュール３を設けている面）より下の部分（裏面側の部分）に配置すればよい。
【００５２】
また、本実施形態ではピン穴６ｂの代わりにピン孔６ｇが設けたが、ピン穴６ｂで本発明を実施してもよい。即ち、フェルール受け６のピン穴６ｂに、ピン９がフェルール５の設置位置を固定するために十分な長さだけピン穴６ｂに嵌まっていればよい。
【００５３】
さらにまた、ピン９を回路基板４の下側に板状の部材（図示せず）によって固定したが、ピン孔６ｇを設けた場合にピン９を固定する方法はこれに限るものではない。例えばピン９の上端部に突起を設けて、ピン孔５ｂの開口部分と係止させてもよい。即ち、ピン９がピン孔５ｂとピン穴６ｂ（ピン孔６ｇ）に挿入された状態で固定されればよい。
【００５４】
本発明の第５の実施形態における光電変換装置３３は図１０に示される様に、光モジュール３に接続された集積回路８が、回路基板４の裏面（光モジュール３が配置されている面と反対側の面）に配置されている。ちなみに、集積回路８は、電源線やグラウンド等の、接触すると回路が誤作動や焼損等の不具合を起こす恐れのある部材と、接触しないように配置する。
【００５５】
そして、回路基板４に光モジュール３と集積回路８を接続する導線を挿通可能な孔（図示せず）が設けられており、導線が挿通されている。また、この孔には樹脂が充填されており、内部空間１０を密閉している。
【００５６】
上記した構成にすると、光モジュール３と集積回路８を接続する導線等の接続部材の長さ（配線長）を短くすることができる。そのため、伝送における信号の減衰を低減することができる。
【００５７】
本発明の各実施形態において、フェルール受け６と回路基板４を別途に設けているが、フェルール受け６と回路基板４を一体に形成してもよい。
【００５８】
例えば、回路基板４にフェルール受け６の形状に突出した凸状部を設けて、フェルール受け６の代わりに用いてもよい。即ち、本発明の光電変換装置は、光モジュール３の近傍にフェルール５を容易に配置し、固定できればよい。また、フェルール５を配置した際に、光モジュール３がフェルール５と回路基板４の間の密閉された内部空間１０内に配され、光ファイバ２と光モジュール３の位置決め（光軸合わせ）を容易に行うことができればよい。
【００５９】
本発明の各実施形態において、プリント配線や導線により、光モジュール３は集積回路８に接続されているが、光モジュール３と集積回路８の接続方法はこれに限るものではない。内部空間１０の気密性が保たれた状態で、内部空間１０内の光モジュール３と内部空間の外にある集積回路８が接続されればよい。
【００６０】
また、内部空間１０が大きくする必要があるものの、光モジュール３と集積回路８を内部空間１０内に設けてもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１，３０，３１，３２，３３  光電変換装置
２  光ファイバ
３  光モジュール（発光部の素子又は／および、受光部の素子）
４  回路基板
５  フェルール
６  フェルール受け
７  素子台
８  集積回路
１０  内部空間
【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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