(57)【要約】【課題】  線状光源の線状方向に直交する方向において照射面を広範囲で且つ均一な照度で照明することができる線状照明装置を提供すること。【解決手段】  線状光源２と、線状光源２の前方に設けられた第１レンズ３と、線状光源２と第１レンズ３との間に設けられ、線状光源２から発する光を反射する反射鏡４と、第１レンズ３の前方に設けられた第２レンズ５と、を備える。反射鏡４は、線状光源２の線状方向に延び且つ線状光源２を外側より覆う一対の反射壁１９を有している。線状光源２から発する直接光及び一対の反射壁１９で反射された線状光源２からの光はそれぞれ第１レンズ３により略平行光束に変換されて射出し、第１レンズ３からの略平行光束は第２レンズ５により収束光束又は光軸に対して略平行光束に変換されて射出し、所望する照射面２３を照射する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＬＥＤから構成された線状光源と、前記線状光源の前方に設けられたシリンドリカル状の第１レンズと、前記線状光源と前記第１レンズとの間に設けられ、前記線状光源から発する光を反射する反射鏡と、前記第１レンズの前方に設けられたシリンドリカル状の第２レンズと、を備え、
前記反射鏡は、前記線状光源の線状方向に延び且つ前記線状光源を外側より覆い、前記第１レンズに向かって延びる鏡面性を有する一対の反射壁を有し、前記線状光源の各ＬＥＤは前記第１レンズの前側焦点又はその近傍に位置付けられており、
前記線状光源から発した直接光及び前記反射壁で反射された前記線状光源からの光はそれぞれ、前記第１レンズによりそれぞれの画角に対して略平行光束に変換されて射出し、前記第１レンズからの略平行光束は前記第２レンズにより収束光束又は光軸に対して略平行光束に変換されて射出し、所望する照射面を照射することを特徴とする線状照明装置。
【請求項２】
前記一対の反射壁は、前記第１レンズに向かって外側に拡開して延びていることを特徴とする請求項１に記載の線状照明装置。
【請求項３】
前記一対の反射壁の開口部と前記第１レンズとの間又は前記第１レンズと前記第２レンズとの間には、前記第２レンズに入射する光の量を規制するためのスリットを有する規制手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の線状照明装置。
【請求項４】
前記第１レンズと前記第２レンズとの離間距離を調節するための離間距離調節手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の線状照明装置。
【請求項５】
前記第１レンズ及び／又は前記第２レンズはリニアフレネルレンズから構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の線状照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば画像処理検査等において被検査物を照明するために用いられる線状照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、シート状の紙やガラス基板、鋼板などの工業製品の品質、例えば、表面上の傷や凹凸異常、歪み、異物の付着、あるいは製品端面の状態などを製造ライン上で検査する際に、ＣＣＤカメラなどによる撮像を利用した画像処理検査が行われている。この画像処理検査においては、照射面に配置された被検査物を照明するための線状照明装置が用いられている。
【０００３】
この線状照明装置１００は、一般に、線状光源１０１と、線状光源１０１からの光を屈折させるシリンドリカルレンズ１０２と、を備えている（図８参照）。線状光源１０１は、直線状に並べた複数のＬＥＤ１０３から構成されている。線状光源１０１から発した光はシリンドリカルレンズ１０２に入射し、このシリンドリカルレンズ１０２から射出する光は照射面１０４を照射する。また、他のタイプの線状照明装置は、線状光源と、線状光源から発した光を反射するシリンドリカル状の凹面状反射面を有する反射鏡と、を備えている（例えば、特許文献１参照）。線状光源は、直線状に並べた複数のＬＥＤから構成されている。また、線状光源の線状方向に直交する断面において、反射鏡の凹面状反射面は、線状光源を一方の焦点、照射点を他方の焦点とする楕円の一部で構成されている。これにより、線状光源から発した光は反射鏡の凹面状反射面で反射され、この凹面状反射面からの反射光は照射面に集束する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−９３２２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のような従来の線状照明装置では、次のような問題がある。線状光源の線状方向に直交する方向における照射面の照度分布は、図８に示すように、中央部がピークとなった正弦波状の分布を有しているため、ＣＣＤカメラによる撮像ポイントが照度分布の正弦波のピークから僅かにずれると照度が著しく低下し、最適な撮像結果が得ることができないという問題がある。
【０００６】
また、複数のＬＥＤを一列に並べた線状光源は、ＬＥＤチップの実装バラツキや個々のＬＥＤの並べ方の誤差等によって、直線状ではない光源、正確には前後方向に波打ったような非直線状の光源となっている。そのため、照射面の照度のピークも直線状ではなく、光源と同様に波打った非直線状となってしまい、撮像ポイントも非直線状となってしまうという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、線状光源の線状方向に直交する方向において照射面を広範囲で且つ均一な照度でもって照明することができる線状照明装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１に記載の線状照明装置では、複数のＬＥＤから構成された線状光源と、前記線状光源の前方に設けられたシリンドリカル状の第１レンズと、前記線状光源と前記第１レンズとの間に設けられ、前記線状光源から発する光を反射する反射鏡と、前記第１レンズの前方に設けられたシリンドリカル状の第２レンズと、を備え、
前記反射鏡は、前記線状光源の線状方向に延び且つ前記線状光源を外側より覆い、前記第１レンズに向かって延びる鏡面性を有する一対の反射壁を有し、前記線状光源の各ＬＥＤは前記第１レンズの前側焦点又はその近傍に位置付けられており、
前記線状光源から発した直接光及び前記反射壁で反射された前記線状光源からの光はそれぞれ、前記第１レンズによりそれぞれの画角に対して略平行光束に変換されて射出し、前記第１レンズからの略平行光束は前記第２レンズにより収束光束又は光軸に対して略平行光束に変換されて射出し、所望する照射面を照射することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の請求項２に記載の線状照明装置では、前記一対の反射壁は、前記第１レンズに向かって外側に拡開して延びていることを特徴とする。
また、本発明の請求項３に記載の線状照明装置では、前記一対の反射壁の開口部と前記第１レンズとの間又は前記第１レンズと前記第２レンズとの間には、前記第２レンズに入射する光の量を規制するためのスリットを有する規制手段が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項４に記載の線状照明装置では、前記第１レンズと前記第２レンズとの離間距離を調節するための離間距離調節手段が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項５に記載の線状照明装置では、前記第１レンズ及び／又は前記第２レンズはリニアフレネルレンズから構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の線状照明装置によれば、線状光源から発する光のうち光軸を含む狭角な配光の光は第１レンズに入射した後に、光軸に対して略平行光束に変換されて第１レンズより射出する。また、線状光源から発する光のうち外側に向かう広角な配光の光は一対の反射壁で反射され、反射光は第１レンズに入射した後に反射像の画角に対して略平行光束に変換される。第１レンズから射出したそれぞれの略平行光束は第２レンズに入射し、この第２レンズによって収束光束に変換された後に照射面を照射する。この照射面においては、線状光源から発し直接第１レンズに入射した直接光と、一対の反射壁で反射されて第１レンズに入射した反射光とが照射面で重ね合わされるようになる。つまり、第２レンズによって一対の反射壁の開口部幅の拡大像が照射面に結像される。これにより、線状光源の線状方向に直交する方向における照射面の照度分布は、結像された一対の反射壁の開口部幅の拡大像の幅に対応する照射幅を有する実質上均一な照度となる。換言すると、一対の反射壁の開口部幅の照度分布がそのまま照射幅の照度分布となって結像される。従って、画像処理検査において照射面に被検査物を配置し、線状照明装置によってこの被検査物を照明する際に、ＣＣＤカメラによる撮像ポイントが直線状から多少ずれた場合であっても、照度が低下することがなく、良好な撮像結果を得ることができる。また、第１レンズから射出したそれぞれの略平行光束がそれぞれ第２レンズによって光軸に対して略平行光束に変換される場合には、照射距離に拘わらず照射面における照射幅の変化を少なくすることができる。
また、本発明の線状照明装置によれば、一対の反射壁は第１レンズに向かって外側に拡開して延びているので、ＬＥＤから発した広配光の光は、一対の反射壁で反射した後に、その開口部より狭配光な光となって射出する。それ故に、一対の反射壁から射出する光の配光をカバーする第１レンズ及び第２レンズの大きさをそれぞれ小さくすることができ、線状照明装置全体を小型化することができる。
【００１３】
また、本発明の線状照明装置によれば、第２レンズに入射する光の量を規制するためのスリットを有する規制手段が設けられているので、第２レンズによってこのスリットの幅の拡大像を照射面に結像させれば、照射面の照度はスリットの幅の拡大像の幅に等しい照射幅を有する均一な照度となる。従って、このスリットの幅を変更することによって、照射幅を調節することができる。なお、照射面の照度及び均一性は、スリットの幅を変更しても変わることはない。
【００１４】
また、本発明の線状照明装置によれば、第１レンズと第２レンズとの離間距離を調節することによって、一対の反射壁の開口部又はスリットの結像位置、即ち照射距離を調節することができる。これは所謂、ピント調節である。この調節に伴って結像倍率も変わるため、照射面の照射幅が変わる。例えば、第２レンズを第１レンズに近接する方向に移動させると、照射距離が長くなって結像倍率が大きくなり、照射面における照射幅が広くなる。また、第２レンズを第１レンズから離隔する方向に移動させると、照射距離が短くなって結像倍率が小さくなり、照射面における照射幅が狭くなる。
【００１５】
また、本発明の線状照明装置によれば、第１レンズ及び／又は第２レンズはフレネルレンズから構成されているので、第１レンズ及び／又は第２レンズの厚みを薄くすることができるとともに、その重量を軽くすることができ、これにより線状照明装置全体を薄型化及び軽量化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明に従う線状照明装置の一実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態による線状照明装置を示す断面図であり、図２は、図１の線状光源及びその周辺の構成を示す分解斜視図であり、図３は、図１の線状光源及びその周辺の構成を示す拡大断面図であり、図４は、図１の線状光源から発する光の配光角を説明するための説明図であり、図５は、図１の線状照明装置による照射面の照度分布を説明するための概略説明図であり、図６は、規制板を省略した場合における図１の線状照明装置による照射面の照度分布を説明するための概略説明図である。
【００１７】
図１〜図３を参照して、図示の線状照明装置１は、線状光源２と、線状光源２の前方に設けられた第１レンズ３と、線状光源２とシリンドリカル状の第１レンズ３との間に設けられ、線状光源２から発した光を反射する反射鏡４と、第１レンズ３の前方に設けられたシリンドリカル状の第２レンズ５と、を備え、これらはケーシング６に配設されている。以下、線状照明装置１の構成について詳細に説明する。
【００１８】
ケーシング６は、放熱フィン７と、放熱フィン７の両側に取付ネジ８により取り付けられた一対の第１側板９と、一対の第１側板９の外側に光軸方向にスライド移動自在に装着された一対の第２側板１０と、一対の第１及び第２側板９，１０の両端開口を閉塞するように取り付けられた一対の端板（図示せず）と、を備えている。ケーシング６は、放熱フィン７、一対の第１及び第２側板９，１０及び一対の端板によって上面開口の箱状に構成されている。第１側板９の外面にはネジ孔１１が設けられ、このネジ孔１１には調節用ネジ１３が螺着されている。第２側板１０には光軸方向に延びるガイド孔１２が設けられており、このガイド孔１２には調節用ネジ１３が移動自在に挿入されている。また、一対の第１側板９の各内面にはそれぞれ略Ｌ字状の取付部材１４が取付ネジ１５により取り付けられており、取付部材１４の一端部は第１側板９から内側に向かって延びている。
【００１９】
線状光源２は、広配光且つ高光束型の複数のＬＥＤ１６を長板状のプリント配線基板１７に直線状に一列に並べて実装することにより構成されている。ＬＥＤ１６からの光はその光軸を中心に立体角状に広がった配光をなし、光軸を中心とした所定範囲の立体角（即ち、有効配光角）内にその大部分が放射される。プリント配線基板１７はアルミニウムから形成され、放熱フィン７に取り付けられている。
【００２０】
反射鏡４は、長板状の底壁１８と、底壁１８の両側端部よりそれぞれ延びる一対の反射壁１９と、底壁１８の両端部よりそれぞれ延びる一対の反射端板２０とから構成されている。一対の反射壁１９及び反射端板２０の各内面にはそれぞれ反射面が形成され、この反射面には、金属蒸着やメッキ、研磨を施す、あるいは鏡面性が施された金属薄板やテープなどを貼付することによって鏡面性が付与されている。底壁１８には複数の貫通孔２１が設けられ、各貫通孔２１にはそれぞれＬＥＤ１６が挿通されている。一対の反射壁１９は、線状光源２の線状方向（即ち、図１において紙面に垂直な方向）に延び、また一対の反射端板２０は線状光源２の線状方向に略垂直な方向に延びている。また、一対の反射壁１９は、光軸Ｃ（図３参照）に対して角度θ（例えば約１０°）でもって第１レンズ３に向かって外側に拡開して延びている。反射鏡４の開口部には外側に延びる鍔部２２が設けられ、この鍔部２２は取付部材１４の一端部に取り付けられている。また、鍔部２２の上面の外周部には複数の爪２８が設けられている。
【００２１】
第１及び第２レンズ３，５の各光軸は線状方向に延び、線状方向に直交する断面の中央部を通っており、第１及び第２レンズ３，５の各光軸は一致している。
第１レンズ３は反射鏡４の開口部を覆うようにして取り付けられ、その前側焦点Ｆ１又はその近傍には線状光源２のＬＥＤ１６が位置付けられている。第１レンズ３の上面には、スリット２４を有する規制板２５（規制手段を構成する）が取り付けられており、複数の爪２８の各先端部を内側に折り曲げることによって、第１レンズ３及び規制板２５が複数の爪２８により反射鏡４の開口部に固定される。このスリット２４は線状光源２の線状方向に延び、その幅Ｄ１は一対の反射壁１９の開口部の幅Ｄ２よりも小さく構成されており、その幅方向中心部は光軸上に位置付けられている（図１及び図３参照）。なお、この規制板２５は第１レンズ３の他面、即ち、反射鏡４の開口部側に取り付けるようにしてもよい。あるいは、第１レンズ３から離間させて取り付けるようにしてもよい。
【００２２】
第２レンズ５は、ケーシング６の開口部、即ち一対の第２側板１０の開口部に取り付けられ、その焦点（後側焦点）Ｆ２は第２レンズ５と照射面２３との間に位置付けられている。本実施形態の線状照明装置１では、第１レンズ３と第２レンズ５との間の離間距離Ｈを調節するための離間距離調節手段が設けられており、この離間距離調節手段は、上述した調節用ネジ１３及びガイド孔１２から構成されている。調節用ネジ１３を締付方向に回転させると、調節用ネジ１３の頭部２６が第２側板１０の外面に当接され、これにより調節用ネジ１３がその位置で固定される。一方、調節用ネジ１３を緩む方向に回転させると、調節用ネジ１３の頭部２６が第２側板１０の外面より離隔され、これにより調節用ネジ１３の固定が解除される。
【００２３】
第２側板１０を第１側板９に対して図１中の矢印Ｐで示す方向に移動させると、調節用ネジ１３がガイド孔１２に沿って移動し、第２レンズ５が第１レンズ３から離隔する方向に移動する。また、第２側板１０を第１側板９に対して図１中の矢印Ｑで示す方向に移動させると、調節用ネジ１３がガイド孔１２に沿って移動し、第２レンズ５が第１レンズ３に近接する方向に移動する。
【００２４】
次に、図３〜図５を参照して、本実施形態の線状照明装置１による照明について説明する。線状光源２の各ＬＥＤ１６が発光されると、ＬＥＤ１６から発する光のうち光軸を含む挟配光の光は第１レンズ３に直接入射し、この第１レンズ３によって略平行光束となって第１レンズ３から射出する。また、ＬＥＤ１６から発する光のうち外側に向かう広配光の光は一対の反射壁１９で反射される。この反射光は、一対の反射壁１９にそれぞれ映り込んだＬＥＤ１６の虚像２７から画角φ（即ち、第１レンズ３の中心と虚像２７とを結ぶ直線が光軸Ｃから傾いた角）（図３参照）をもって第１レンズ３に入射し、この第１レンズ３によって画角φを保持した略平行光束となって第１レンズ３から射出する。上述のように一対の反射壁１９は第１レンズ３に向かって外側に拡開して延びているので、一対の反射壁１９で反射された光は、その開口部より狭配光な光となって（即ち、配光角がωからω’となって）射出する（図４参照）。
【００２５】
第１レンズ３から射出した略平行光束はそれぞれ、規制板２５のスリット２４によってその光の量が規制されるが、スリット２４の幅全域においては、ＬＥＤ１６から第１レンズ３に直接入射した直接光と、一対の反射壁１９で反射され第１レンズ３に入射した反射光とが重なり合い、均一な照度分布を有する。スリット２４を通過後、それぞれの略平行光束は第２レンズ５に入射し、この第２レンズ５によって収束光束に変換される。第２レンズ５から射出した各収束光束は、後側焦点Ｆ２にて一旦ＬＥＤ１６の光源像を結像した後に発散され、照射面２３を照射する。スリット２４の位置と照射面２３の位置とは、第２レンズ５によって結像関係（共役関係）にあり、スリット２４の幅の拡大像が照射面２３に結像される。従って、この照射面２３においては、スリット２４を通過する光束と同様に、ＬＥＤ１６から第１レンズ３に直接入射した直接光と、一対の反射壁１９で反射され第１レンズ３に入射した反射光とが照射面２３で再度重ね合わされることになり、均一な照度分布を有するスリット２４の幅の拡大像が照射面２３に結像される。これにより、線状光源２の線状方向に直交する方向における照射面２３の照度分布は、結像されたスリット２４の幅の拡大像の幅に対応する照射幅Ｌを有する実質上均一な照度となる（図５参照）。
【００２６】
従って、画像処理検査において照射面２３に被検査物（図示せず）を配置し、線状光源２から発する光によってこの被検査物を照明する際に、ＣＣＤカメラ（図示せず）による撮像ポイントが多少ずれた場合であっても、照度が低下することがなく、良好な撮像結果を得ることができる。
【００２７】
また、本実施形態の線状照明装置１では、上述した離間距離調節手段を用いて、第２レンズ５によるスリット２４の結像位置、即ち照射位置を調節することができるので、この調節に伴い、照射面２３の照射幅Ｌを次のようにして変更することができる。第２レンズ５を第１レンズ３に近接する方向に移動させると、照射距離（即ち、第２レンズ５から照射面２３までの距離）が長くなって結像倍率が大きくなり、照射面２３における照射幅Ｌが広くなる。また、第２レンズ５を第１レンズ３から離隔する方向に移動させると、照射距離が短くなって結像倍率が小さくなり、照射面２３における照射幅Ｌが狭くなる。
【００２８】
なお、本実施形態では、第２レンズ５に入射する光の量を規制するための規制板２５を設けたが、この規制板２５を省略してもよく、かかる場合には、照射面２３の照度分布は図６のようになる。照射面２３には一対の反射壁１９の開口部の幅の拡大像が結像されるが、この開口部全域において、ＬＥＤ１６から第１レンズ３へ入射する直接光と一対の反射壁１９を介して第１レンズ３へ入射する反射光とが重ね合わされて均一な照度分布を有し、且つ第２レンズ５の有効径が大きく光線のケラレが生じない場合には、照射面２３の照度分布は、結像された開口部の幅の拡大像の幅に対応する照射幅Ｌ’を有する実質上均一な照度となる。このとき、一対の反射壁１９の開口部の幅Ｄ２はスリット２４の幅Ｄ１よりも大きいので、開口部の拡大像の幅もスリット２４の拡大像の幅よりも大きくなり、照射幅Ｌ’は照射幅Ｌよりも大きくなる。この時、照射幅がＬである場合の照度と照射幅がＬ’である場合の照度とは同じである。これは、スリット２４の幅がスリット２４を通過する光の量を規制し、最終的に照射幅を規制することになるので、照度が規制されないためである。
【００２９】
また、第２レンズ５の前側焦点又はその近傍にスリット２４を位置付けることによって、第２レンズ５から射出する光は、スリット２４の幅と第２レンズ５の焦点距離とで決定される画角を持った略平行な平行光束とすることができる。それ故に、照射距離に拘わらず照射面２３における照射幅の変化を少なくすることができる。
【００３０】
次に、図７を参照して、他の実施形態の線状照明装置について説明する。図７は、本発明の他の実施形態による線状照明装置の線状光源及びその周辺の構成を示す拡大断面図である。なお、本実施形態において、上記実施形態と実質上同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３１】
本実施形態の線状照明装置１Ａでは、一対の反射壁１９Ａは第１レンズ３に向かって光軸Ｃと略平行に延びており、上述した規制板は設けられていない。これにより、一対の反射壁１９Ａの開口部の幅が小さくなるので、規制板を設けた場合と同様の作用効果が達成される。
【００３２】
以上、本発明に従う線状照明装置の一実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。
【００３３】
線状光源２は、その線状方向においてはＬＥＤ１６を１つ１つ並べて形成したものであり、実質的には不連続な発光体であり、線状光源２の線状方向における光度にはムラが生じる。このため、線状光源２の線状方向において均一な光度を得たい場合には、線状光源２の近傍にレンチキュラーシートやビーム成形シートなどを配設することによって、線状光源２をその線状方向において略連続な発光体とすることができ、均一な光度分布を持った線状光源２とすることができる。
【００３４】
また、第１及び第２レンズ３，５をそれぞれリニアフレネルレンズから構成することもできる。リニアフレネルレンズは、例えばアクリル樹脂をプレス成形することにより形成された平板状のレンズであり、その片面にはレンズ面が形成されている。このように構成することにより、第１及び第２レンズ３，５の厚みを薄くすることができるとともに、その重量を軽くすることができ、これにより線状照明装置１全体を薄型化及び軽量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態による線状照明装置を示す断面図である。
【図２】図１の線状光源及びその周辺の構成を示す分解斜視図である。
【図３】図１の線状光源及びその周辺の構成を示す拡大断面図である。
【図４】図１の線状光源から発する光の配光角を説明するための説明図である。
【図５】図１の線状照明装置による照射面の照度分布を説明するための概略説明図である。
【図６】規制板を省略した場合における図１の線状照明装置による照射面の照度分布を説明するための概略説明図である。
【図７】本発明の他の実施形態による線状照明装置の線状光源及びその周辺の構成を示す拡大断面図である。
【図８】従来の線状照明装置による照射面の照度分布を説明するための概略説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
１，１Ａ，１００  線状照明装置
２，１０１  線状光源
３  第１レンズ
４，４Ａ  反射鏡
５  第２レンズ
１６，１０３  ＬＥＤ
１９，１９Ａ  反射壁
２３  照射面
２４  スリット
２５  規制板（規制手段）
【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】
2010086884.tif 000008
【図７】
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【図８】
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