(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱体の前面中央に定着したＬＥＤ光源の直射光を受光側焦点距離内で光軸中心に受光する平凸レンズを前記放熱体に被せた内筒に同軸平行に設け、前記平凸レンズに接近した出光側焦点距離内の真円輪郭光束を楕円輪郭光束に変換する平凸フレネルレンズとリニヤフレネルレンズとを接近させて前記内筒に被せた外筒に同軸平行に設けることで、前記真円輪郭光束をその直径よりも短径が小さく長径が大きい楕円輪郭光束に変換し、この楕円輪郭光束でレンズ光軸に垂直の被照射面を正面から楕円輪郭でスポット照明可能にしたことを特徴とする楕円照射投光器。
【請求項２】
放熱体の前面中央に定着したＬＥＤ光源の直射光を受光側焦点距離内で光軸中心に受光する平凸レンズを前記放熱体に被せた内筒に同軸平行に設け、前記平凸レンズに接近した出光側焦点距離内の真円輪郭光束を楕円輪郭光束に変換する平凸フレネルレンズとリニヤフレネルレンズとを接近させて前記内筒に被せた外筒に同軸平行に設けることで、前記真円輪郭光束をその直径よりも短径が小さく長径が大きい楕円輪郭光束に変換し、この楕円輪郭光束でレンズ光軸に垂直の被照射面を正面から楕円輪郭でスポット照明可能にした多数の楕円照射投光器を用意し、これらの投光器を道路照明灯の灯体内にそれぞれ所定の下向き取着角度で路線方向に長く投光可能に内装したことを特徴とする楕円照射投光器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は楕円照射投光器に係り、特に本発明は、高速道路やステージ等のレンズ光軸に垂直の被照射面を正面から楕円輪郭で効率良く照明できる楕円照射投光器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤを光源とした従来のスポットライトとしては、特開２００７−５２９５７号公報（特許文献１）のように、複数のＬＥＤを並列状に並べて各ＬＥＤの照射光を前方へ照射するよう形成したＬＥＤ配列部と、このＬＥＤ配列部からの照射光束を平行光にして前方へ照射するアレイレンズと、このアレイレンズを通過した光を集光して仮想焦点に集める集光レンズと、前記仮想焦点を通過した光の照射角を制御して被照射面に向けて照射する照射角制御レンズと、前記ＬＥＤ配列部、アレイレンズ、集光レンズ、照射角制御レンズを適正関係位置に保持する灯体とを備えたＬＥＤスポットライトが周知である。
【０００３】
この従来例は、ＬＥＤの照射光を真円光束のまま前記各レンズで光学的に処理することで、レンズ光軸に垂直の被照射面を前記特許文献公報中の図７のように、主として真円輪郭でスポット照射するスポットライトだから、このままでは、真円輪郭光束を楕円輪郭光束に変換できないので、上記公報中の段落００３３および図１０に記載のように、真円輪郭光束の通過範囲をアパーチャ板６１（楕円孔付き遮光板）で制限し、上記真円輪郭光束をその直径以内の長径の楕円輪郭光束に変換することで、上記被照射面を正面から楕円輪郭でスポット照射可能にしている。
【０００４】
すなわち、この従来例は、真円照射輪郭と楕円照射輪郭の短径部周辺との間に前記アパーチャ板による遮光部分が生じるので、この遮光部分における照射光束が全部無駄になると共に、この遮光部分は、照射楕円光束を偏平にすればする程増加するため、折角の照射光束が上記遮光部分で大幅に減少してしまい、極めて不経済であるし、所望照射現場を楕円輪郭光束で効率良くスポット照明できないという根源的で切実な問題点が有る。
【０００５】
さらに、上記従来例では、前記集光レンズの出光側焦点の外側における真円光束が漸次弱くなる部位に照射角制御レンズを設けたものだから、全体的に長寸となり、使い勝手が悪いし、１０ｍ〜１５ｍ程度比較的に遠く離れたレンズ光軸に垂直の被照射面を明るく照明するには、前記各レンズに焦点距離が長く、明るい、大口径・大重量のレンズを用い、これら各レンズを大砲のように長くて太い大重量の灯体に整然と設ける必要が有る。
【０００６】
しかも、上記従来例におけるＬＥＤ配列部は、上記各レンズの大口径化に対応して大面積・大電力・大光量にする必要が有るため、今度は、ＬＥＤ光源・ＬＥＤ配列部の消費電力とか、ＬＥＤの放熱が大問題となり、スポットライト全体として、ますます大型かつ大重量・コスト高になるという互いに相容れない根源的で切実な問題点も有る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−５２９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、前記従来例における楕円輪郭照射光の無駄を除去し、比較的に遠くの被照射面を効率良く楕円輪郭で照明するために、ＬＥＤ光源の直射光を受光側焦点距離内で受光する平凸レンズに接近した出光側焦点距離内に平凸フレネルレンズとリニヤフレネルレンズを同軸平行に設けることで、真円輪郭光束をその直径よりも短径が小さく長径が大きい楕円輪郭光束に光量損失無く変換することで、照射光の無駄を除去し、かなり遠くのレンズ光軸に垂直の被照射面を正面から楕円輪郭で効率良くスポット照明できる短寸軽量な楕円照射投光器を提供することに有る。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記した本発明の目的は、放熱体の前面中央に定着したＬＥＤ光源の直射光を受光側焦点距離内で光軸中心に受光する平凸レンズを前記放熱体に被せた内筒に同軸平行に設け、前記平凸レンズに接近した出光側焦点距離内の真円輪郭光束を楕円輪郭光束に変換する平凸フレネルレンズとリニヤフレネルレンズとを接近させて前記内筒に被せた外筒に同軸平行に設けることで、前記真円輪郭光束をその直径よりも短径が小さく長径が大きい楕円輪郭光束に変換し、この楕円輪郭光束でレンズ光軸に垂直の被照射面を正面から楕円輪郭でスポット照明可能にしたことで達成できた。なお、本発明による多数の楕円照射投光器を現用一般の高速道路照明灯のケース内にそれぞれ所定の取着角度で路線方向に長く投光可能に内装することで、道路照明灯として使用可能にしてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ＬＥＤ光源の直射光を受光側焦点距離内で光軸中心に受光する平凸レンズに接近した出光側焦点距離内の真円輪郭光束を楕円輪郭光束に変換する平凸フレネルレンズとリニヤフレネルレンズとを接近させて前記光源と平凸レンズに対し同軸平行に設けたので、前記真円輪郭光束をその直径よりも短径が小さく長径が大きい楕円輪郭光束に光量損失無く、しかも上記各レンズで照射光束の長径中央光束をワイドに広げつつ変換でき、このワイドな楕円輪郭光束でレンズ光軸に垂直の被照射面を正面から楕円輪郭で効率良くスポット照明できるという優れた効果が有る。
【００１１】
すなわち、前記平凸フレネルレンズで照射光束の過大な拡散を阻止した後、真円輪郭光束を楕円輪郭光束に変換するに当たっては、リニヤフレネルレンズにより真円輪郭光束をその直径よりも短径が小さく長径が大きい楕円輪郭光束に光量損失無く変換でき、上記真円輪郭光束を所望の楕円照射輪郭の短径付近まで絞り込めると共に、この絞り込み量に応じて前記真円輪郭光束をその直径よりも大きく膨出させ得るので、真円輪郭光束を楕円輪郭光束に光量損失無く変換でき、しかもこれらの各レンズで照射光束の中央部分を楕円長径方向に広げつつワイドに変換でき、この光量損失が無いワイドな楕円輪郭光束で、レンズ光軸に垂直の被照射面を正面から楕円輪郭で効率良くスポット照明できるという優れた効果が有る。
【００１２】
したがって、本発明によれば、照射光束を大きく無駄にするアパーチャ板（楕円孔付き遮光板）が全く不要であり、照射光束の無駄が無くなったので、楕円輪郭光束を大幅に偏平にしても絶対光量は減少せず、ＬＥＤ光源から１０〜１５ｍ程度離れた比較的に遠くの照射光軸に垂直の被照射面を長径約４ｍ・短径約２ｍ程度の楕円照射輪郭で平凸フレネルレンズにより照射光束の長径中央幅を広げつつ正面から明るく照明できるという優れた効果も有る。
【００１３】
また、本発明による楕円照射投光器は、前記平凸レンズを放熱体に被せた内筒に同軸平行に設ける一方、前記平凸フレネルレンズとリニヤフレネルレンズとを外筒に同軸平行に設け、この外筒を前記内筒に無造作に被せて固定するだけで、前記ＬＥＤ光源と上記各レンズとの配列関係位置を適正位置に確保できるから、各部材の位置合わせ作業が著しく簡単で極めて作り易く、製造単価を逓減できる。
【００１４】
しかも、本発明による楕円照射投光器における前記平凸フレネルレンズとリニヤフレネルレンズとは、それぞれ平凸レンズに接近させて構成できるから、全体として短寸軽量にでき、使い勝手が極めて良いという優れた効果も有る。また、本発明の請求項２の発明によれば、前記多数の投光器を道路照明灯のケース内にそれぞれ所定の下向き取着角度で路線方向に長く投光可能に内装したので、例えば１３．５メートルの高さから道路面等の被照射面を長径約２０ｍ・短径約１０ｍ程度の楕円照射輪郭で路線方向に長く、路肩や対向車線方向に対しては短かく、４８０Ｗの水銀灯と同程度の平均照度、すなわち、１５ルックス程度の平均照度で明るく投光できた。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による楕円照射投光器の中央部切断平面図
【図２】本発明による楕円照射投光器の分解斜視図
【図３】本発明による楕円照射投光器の光路説明図
【図４】本発明による楕円照射投光器の照射輪郭説明図
【図５】本発明による楕円照射投光器の斜視図
【図６】本発明による楕円照射投光器の実写投光図
【図７】本発明による楕円照射投光器の水平照度分布図
【図８】本発明による楕円照射投光器の鉛直照度分布図
【図９】道路照明灯のグローブを開けた例を示す縦断側面図
【図１０】本発明による投光器取着部材の一例を示す斜視図
【図１１】本発明投光器の多数をケースに実装する途中の例を示す縦断側面図
【図１２】本発明投光器の多数をケースに実装し終えた例を示す縦断側面図
【図１３】本発明を用いた道路照明灯の一例を示す縦断側面図
【図１４】本発明を用いた道路照明灯の一例を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明による楕円照射投光器の実施形態例に付き、図面と共に説明すると、光を前方に狭角拡散直射光として照射する図１・図２のような周知の無色透明ドームレンズを有するＬＥＤ光源１を実装した端子基板１Ａを導熱板１Ｂを介し例えば丸椀状に成形した放熱体２の前面（底面）２Ａの中央部に図１のように雄ねじｎで熱伝導可能に定着すると共に、前記光源１の狭角直射光を図３のように受光側焦点距離内でレンズ光軸Ｌｏを中心に平面側で受光する図２のような取付け用の鍔付きを有する平凸レンズ３を用意する。
【００１７】
この平凸レンズ３を前記放熱体２に図１のように止め縁４Ａまで同軸平行に被せる例えば図２のような円筒状内筒４の開口縁螺孔４Ｂに取着リング４Ｃと雄ねじｎで図１のように螺着固定すると共に、前記平凸レンズ３の凸面３Ａに接近した出光側焦点距離内における図３・図４のような真円輪郭光束Ｌ１を楕円輪郭光束Ｌ２に光量損失無く変換するために、図２のような周知の平凸フレネルレンズ５と現用一般の方形リニヤフレネルレンズを円形にカット形成した円形輪郭のリニヤフレネルレンズ６とを用意する。
【００１８】
前記平凸フレネルレンズ５とリニヤフレネルレンズ６とを図１のように同軸平行に重合または、対向接近させて図２のような外筒７の開口縁７Ａの螺孔７Ｂに取着リング７Ｃと雄ねじｎで図１のように取着した後、これら各レンズ５・６を前記平凸レンズ３の凸面３Ａに接近させた状態で上記外筒７を前記内筒４に図１のように同軸平行に被せ、両者を雄ねじｎで螺着固定することで、図１・図５のような本発明による楕円照射投光器Ａを構成できた。
【００１９】
この楕円照射投光器Ａは、光源１の狭角拡散直射光を前記平凸レンズ３の受光側焦点距離内で、この平凸レンズの受光平面に図３のように入射すると、この平凸レンズ３で整然と光源直射光を極く僅かに拡散する図４のような真円輪郭光束Ｌ１に絞り込めると共に、前記平凸レンズ３の出光凸面３Ａに接近配置した前記平凸フレネルレンズ５と、主としてリニヤフレネルレンズ６により、前記真円輪郭光束Ｌ１をその直径よりも短径が小さく長径が大きい同図４のような楕円輪郭光束Ｌ２に光量損失無く変換でき、本発明による楕円照射投光器Ａから図６のように１３．５ｍ程度遠く離れたレンズ光軸Ｌｏに垂直の被照射面Ｂを長径約４ｍ・短径約２ｍ程度の楕円照射輪郭Ｃで明るく照射できた。なお、この楕円照射輪郭Ｃを図６では実線で明確に輪郭表現したが、楕円照射輪郭Ｃは、外側になる程緩徐に暗くなるため、実際には、上記実線のような明確な楕円輪郭区分は存在しない。
【００２０】
すなわち、本発明による楕円照射投光器Ａは、前記平凸フレネルレンズ５で照射光束の過大な拡散を阻止した後リニヤフレネルレンズ６により真円輪郭光束Ｌ１をその直径よりも短径が小さく長径が大きい同図４のような楕円輪郭光束Ｌ２に光量損失無く変換でき、上記真円輪郭光束Ｌ１を所望の楕円照射輪郭の短径付近まで絞り込めると共に、この絞り込み量に応じて前記真円輪郭光束Ｌ１をその直径よりも大きく膨出させ得るので、真円輪郭光束Ｌ１を楕円輪郭光束Ｌ２に光量損失無く、しかもこれら各レンズ５・６で照射光束の中央部分を楕円長径方向に広げつつワイドに変換でき、この光量損失が無いワイドな楕円輪郭光束Ｌ２で、図６のように本発明による楕円照射投光器Ａ（ＬＥＤ光源１）から１３．５ｍ程度離れたレンズ光軸に垂直の被照射面Ｂを正面から長径約４ｍ・短径約２ｍ程度の楕円照射輪郭部分Ｃを最高照度１８ルックス程度で明るく照射できた。
【００２１】
ただし、本発明における前記ＬＥＤ光源１としては、米国クリー社製のパワー型白色ＬＥＤ（所要電力１．２５ワット・明るさ１２５ルーメン）のＬＥＤの四個を端子基板に田の字状に並列配置した合計所要電力５ワット・合計明るさ５００ルーメンのＬＥＤ素子に透明ドームレンズを被せ固定した現用市販のＬＥＤ光源１を用いる。
【００２２】
また平凸レンズ３として厚さ１６．７ｍｍ、直径５０ｍｍ、焦点距離２７ｍｍ程度の現用一般の非球面平凸レンズを用い、また、ＬＥＤ光源１の出光部から平凸レンズ３の受光平面３Ａまでの距離を１５ｍｍとした。
【００２３】
さらに平凸フレネルレンズ５としては、最大厚さ１．５ｍｍ・最小厚さ１．２ｍｍ程度で直径６５ｍｍの透明アクリル樹脂製の極く偏平な弯凸透明円板の偏平弯凸面に現用一般のフレネルレンズと同様な中心側がほぼ垂直で外側が厚さ方向に緩徐に薄くなる最大深さ０．７ｍｍの多数の同心円溝５Ａを有する焦点距離６５ｍｍ程度の現用一般の平凸フレネルレンズ５を用いる。
【００２４】
リニヤフレネルレンズ６としては、最大厚さ１．９ｍｍ程度・最小厚さ１．５ｍｍ程度の透明アクリル樹脂製の極く偏平なカマボコ状透明板の極く偏平な弯凸面に最大深さ０．７ｍｍの多数の平行直線溝６Ａを形成した現用一般の方形リニヤフレネルレンズ（シリンドリカルレンズ）を直径６５ｍｍ程度の円板状にカットして作った円形輪郭のリニヤフレネルレンズ６を用い、ＬＥＤ光源１の先端からリニヤフレネルレンズ６の前面（出光面）までの距離を３５ｍｍとした本発明による楕円照射投光器Ａを試作した。
【００２５】
この試作楕円照射投光器Ａを周知の定格電源に接続して点灯し、ＬＥＤ実装面から被照射面Ｂまでの距離を図６のように１３．５ｍとし、被照射面Ｂにおける楕円輪郭照射部Ｃを図６の立体照射図のような長径約４ｍ・短径約２ｍの楕円輪郭照射条件で照射実験を実行した。
【００２６】
この楕円輪郭照射部Ｃの照度を測定した結果、中心部最高照度１８．７５ルックスで、その５０％以上の照度範囲が上記照射部Ｃの短径約２ｍ・長径約４ｍ程度の楕円照射輪郭の範囲に納まっていて、その周辺部に向けて徐々に照度が小さくなるが、照度ムラの無い均一な照度分布であることが確認できた。この楕円輪郭照射部Ｃの中心点を通過する水平断面の照度測定結果を図７に、鉛直断面の照度測定結果を図８にそれぞれ示す。
【実施例】
【００２７】
次に、前述したような本発明による楕円照射投光器Ａの多数をナトリゥムランプや、水銀灯による現用一般の道路照明灯、（例えば特開平７−２１８０９号公報参照）の灯体内にそれぞれ所定の下向き取着角度で路線方向に長く投光可能に内装して使用する実施形態に付き説明する。
【００２８】
上記現用一般の道路照明灯は、図９のように全体的に偏平で平面と底面形状がそれぞれほぼ楕円輪郭の灯体８の開口部先端付近にヒンジ９で下向き回動可能に枢支した透明なグローブ１０を有し、このグローブの他端に定着した同図９のような取着片１１の対向突片１１Ａ間に側面が「く字状」係止鉤片１２をその中間枢支部１２Ａで枢支してあり、他端部に引きレバー１３を備えている。
【００２９】
そして、この現用一般の道路照明灯は、前記引きレバー１３の先端付近を図９矢示方向に引くと、鉤片１２がその枢支部１２Ａを支点として矢示方向に回動する一方、引きレバー１３を放すと上記鉤片１２は、その枢支部１２Ａの軸に備えた蔓巻きバネ等の弾力による自己復帰力で、図９実線位置のように原状復帰する現用一般のグローブ開閉構造を有する道路照明灯であり、本発明では、上記灯体８内の水銀灯等の照明灯（図示せず）をそのソケット８Ａから外すと共に、灯体内装反射板（図示せず）も除去しておく。
【００３０】
次いで、本発明では、図１０のような偏平方形折箱の四辺から所定の角度で斜めに立ち上がる斜辺１４Ａを有する金属等強靱材で作った取着部材１４を用意し、その底面および上記各斜辺１４Ａにそれぞれ同図１０のように複数個ずつバランスよく整然と設けた合計１６箇所の取着孔１４Ｂにそれぞれこの発明による前記楕円照射投光器Ａをその放熱体２の後面中央に図１のように突設固定した雄ねじｎを挿入してナットＮで螺着することで、例えば合計１６個の投光器Ａをそれぞれ図１１のように所定の下向き取着角度で整然と上記取着部材１４に備える。
【００３１】
そして、前記道路照明灯の灯体８の天板の内面に沿わせて図９・図１１のように堅固に横設した強靱な灯体取付け板１５の前寄り斜辺１５Ａに引掛け孔１５Ｂを設ける一方、前記合計１６個の投光器Ａを備えた取着部材１４の前寄り斜辺１４Ａから図１０のように立ち上げた縦辺１４Ｃの外側に突設した側面へ字状の引掛け突片１４Ｄを図１１のように取着部材１４を傾けつつ上記引掛け孔１５Ｂに挿入して片持ち支持した後、上記取着部材１４の後部を同図１１の矢示方向に回動させて上記取着部材１４の後部における斜辺立ち上げ辺１４Ｅの上面１４Ｆを取付け板１５に密着させてねじ孔１４Ｇに通したねじｎにより取付け板１５に図１２のように螺着する。
【００３２】
次いで、グローブ１０を前記ヒンジ９を支点として図１３のように上向きに回動復帰させて灯体８の開口部に被せるのであるが、この場合には、グローブ１０を被せ終える直前に、この力で先ず鉤片斜辺１２Ｂが灯体側に突設した係止突片１６の側縁を摺動しつつ、鉤片１２がその自己復帰力に抗し、枢支部１２Ａを支点として引きレバー１３と共に同図１３の矢示方向に回動する。
【００３３】
その後、上記鉤片斜辺１２Ｂが係止突片１６の側縁を通過してその上端から外れると、係止鉤片１２がその自己復帰力で引きレバー１３と共に枢支部１２Ａを支点として図１３の矢示と反対方向に回動復帰し、鉤片１２が上記係止突片１６の上端に図１３のように係合するので、前記グローブ１０を灯体８に被着保持でき、図１３・図１４のように本発明による楕円照射投光器Ａの多数を道路照明灯灯体８に内装できた。なお、図１０中、符号１４Ｈで示す部分は、ドライバー挿通孔である。
【００３４】
次いで、前記楕円照射投光器Ａなどの点検や交換時に、前記グローブ１０を灯体８から下向きに回動させて開けるに当たっては、引きレバー１３を係止鉤片１２の自己復帰力に抗して枢支部１２Ａを支点として図１３の矢示方向に引くことで、係止鉤片１２は、同図１３の矢示方向に回動し、鉤片１２が上記係止突片１６の上縁から外れるので、図１２のようにグローブ１０を灯体８から下向きに回動させて開けることができる。
【００３５】
そして、前記合計１６個の投光器Ａを内装した前記道路照明灯灯体は、道路脇の道路照明灯ポールの上部に周知手段で下向き投光可能に取着すると共に、合計１６個の各楕円照射投光器Ａの消費電力５Ｗ×１６＝８０Ｗに対応した電源回路基板に灯体８のソケット８Ａから電力を供給することで、合計１６個の楕円照射投光器Ａにより、１３．５メートルの高さから高速道路面等の被照射面Ｂを長径約２０ｍ・短径約１０ｍ程度の楕円照射輪郭で路線方向に長く、路肩や対向車線方向に対しては短かく、４８０Ｗの水銀灯に匹敵する平均照度、すなわち１５ルックス程度の平均照度で明るく投光できた。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
この発明による前記楕円照射投光器および多数の楕円照射投光器を内装した上記楕円照射道路照明灯は、それぞれ道路照明以外に例えばテレビスタジオや、各種展示会場とか、舞台等の現用一般の広い被照射面を正面から楕円輪郭光束でワイドに照明する楕円照射投光器としても立派に使用できる。
【符号の説明】
【００３７】
１…ＬＥＤ光源
２…放熱体
３…平凸レンズ
４…内筒
５…平凸フレネルレンズ
６…リニヤフレネルレンズ
７…外筒
８…道路照明灯の灯体
９…ヒンジ
１０…グローブ
１１…取着片
１２…係止鉤片
１３…引きレバー
１４…取着部材
１５…取付け板
１６…係止突片
Ａ…本発明による楕円照射投光器
Ｂ…被照射面
Ｃ…楕円照射輪郭
Ｌo …レンズ光軸
Ｌ1 …真円輪郭光束
Ｌ2 …楕円輪郭光束
【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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【図１３】
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【図１４】
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