(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
不動フレームと、
全体的に環状の回転フレームと、
所定の帯域幅を有する変調搬送波を受け取るように結合されている入力ポートを有している位相分割器であって、前記帯域幅にわたってほぼ一様な振幅を維持しながら、互いの間にほぼ１８０°ずれた位相角を有する第１及び第２の変調搬送波成分をそれぞれ供給する第１及び第２の出力ポートを有している位相分割器と、
前記回転フレームに取り付けられていると共に前記環状の回転フレームの周りに位置決めされている伝送線路であって、前記位相分割器からの第１及び第２の変調搬送波成分を受け取るために前記位相分割器の第１及び第２の出力ポートにそれぞれ結合されている第１及び第２の導体を有している少なくとも１つの個別セグメントを含んでいる伝送線路と、
前記不動フレームに取り付けられていると共に、前記少なくとも１つの個別セグメントに印加された第１及び第２の変調搬送波成分を受け取るために、その間で無線結合を確定するほど前記伝送線路の近くに位置決めされているカップラと、
該カップラから供給された第１及び第２の変調搬送波成分をそれぞれ受け取る第１及び第２の入力ポートを有している電力コンバイナであって、ほぼ１８０°位相がずれた第１及び第２の変調搬送波成分を組み合わせて、該電力コンバイナの出力ポートから供給される組み合わせ変調搬送波を形成するように構成されている電力コンバイナとを備えた計算機式断層写真システム。
【請求項２】
前記電力コンバイナは、
該電力コンバイナの第１の入力ポートに結合されており、該第１の入力ポートを介して受け取った変調搬送波成分に対してほぼ同相の位相角を有するそれぞれの出力信号を供給する第１の伝送線路と、
前記電力コンバイナの第２の入力ポートと所定の電気的アースとの間に所定のレベルのインダクタンスを形成するように構成されている第２の伝送線路であって、前記第２の入力ボートを介して受け取った変調搬送波成分に対してほぼ１８０°位相がずれた位相角を有するそれぞれの出力信号を供給するために前記第２の出力ポートに結合されている反転手段を含んでいる第２の伝送線路と、
第１及び第２の組み合わせ抵抗を含んでいる組み合わせ回路網であって、前記組み合わせ抵抗の各々は、前記電力コンバイナの出力ポートに並列に結合されているそれぞれの一方の端子を有していると共に、前記第１及び第２の伝送線路からの出力信号をそれぞれ受け取るために前記第１及び第２の伝送線路にそれぞれ結合されているそれぞれの他方の端子を有している、組み合わせ回路網とを含んでいる請求項１に記載の計算機式断層写真システム。
【請求項３】
前記電力コンバイナの第１の入力ポートと前記所定の電気的アースとの間に結合されている補償コイルを更に含んでいる請求項２に記載の計算機式断層写真システム。
【請求項４】
前記組み合わせ回路網は更に、前記電力コンバイナの第１及び第２の入力ポートで受け取られたほぼ同相のあらゆる入力信号を実質的に相殺する抵抗手段を含んでいる請求項２に記載の計算機式断層写真システム。
【請求項５】
前記抵抗手段は、前記第１の伝送線路と前記第１の組み合わせ抵抗との間に結合されているそれぞれの一方の端子を有している第１の整合抵抗を含んでおり、前記抵抗手段は更に、前記第２の伝送線路と前記第２の組み合わせ抵抗との間に結合されているそれぞれの一方の端子を有している第２の整合抵抗を含んでおり、前記第１及び第２の整合抵抗の各々は、前記所定の電気的アースに結合されているそれぞれの他方の端子を有している請求項４に記載の計算機式断層写真システム。
【請求項６】
前記第１及び第２の伝送線路の各々は、互いに実質的に同様な電気長を有しているそれぞれの同軸線路を含んでいる請求項２に記載の計算機式断層写真システム。
【請求項７】
前記同軸線路の各々は、ほぼ円筒形の巻線を形成するように巻装された可撓性を有する同軸線路を含んでいる請求項６に記載の計算機式断層写真システム。
【請求項８】
前記反射手段は、前記第２の伝送線路に対する同軸線路の外側シールドと、中心導体とを含んでおり、前記中心導体は、前記所定の電気的アースに接続されており、前記外側シールドは、前記第２の変調搬送波成分を受け取るように前記電力コンバイナの第２の入力ポートに接続されている請求項６に記載の計算機式断層写真システム。
【請求項９】
前記第１及び第２の伝送線路は、該伝送線路の各々に対応している一対の導電ストリップを含んでいる第１のプリント配線段を含んでおり、前記それぞれの導電ストリップの対は、第１の基板の互いに向かい合った面の上に設けられている請求項２に記載の計算機式断層写真システム。
【請求項１０】
前記第１及び第２の伝送線路は更に、該伝送線路の各々に対応している一対のコイルを含んでいる第２のプリント配線段を含んでおり、該それぞれのコイルの対の各々は、前記第１の段のそれぞれ１つの前記導電ストリップに結合されていると共に、第２の基板の互いに向かい合った面の上に設けられている請求項７に記載の計算機式断層写真システム。
【請求項１１】
前記第２の基板上の前記互いに向かい合った面の各々は、前記第１の基板上の互いに向かい合った面に対してほぼ垂直に位置決めされている請求項１０に記載の計算機式断層写真システム。
【請求項１２】
前記反射手段は、前記第２の伝送線路に対応している一対のストリップのそれぞれ１つの間で信号の流れを反対にするように構成されている通り抜けコネクタを含んでいる請求項９に記載の計算機式断層写真システム。
【請求項１３】
前記第１及び第２の伝送線路の各々は、互いに同様な電気長を有している請求項１２に記載の計算機式断層写真システム。
【請求項１４】
前記回転フレームに取り付けられた伝送線路は更に、他の個別セグメントを含んでおり、該他の個別セグメントの各々は、それぞれの第１及び第２の変調搬送波成分を受け取るように結合されているそれぞれの第１及び第２の導体を有しており、前記少なくとも１つのセグメント及び前記他のセグメントは、任意の２つの相次ぐセグメントの所定の端が、その内部を伝搬する変調搬送波成分の遅延時間の不連続を回避するように、互いに実質的に隣接するように配置されている請求項２に記載の計算機式断層写真システム。
【請求項１５】
前記個別セグメントの各々は、それぞれほぼ平面状の伝送線路を含んでおり、前記個別セグメントのそれぞれの第１及び第２の導体の各々は、互いにほぼ平行である請求項１４に記載の計算機式断層写真システム。
【請求項１６】
前記カップラは、第１及び第２の導体を有しているほぼ平面状の伝送線路を含んでおり、前記第１及び第２の導体は、互いにほぼ平行に整合していると共に、それぞれの前記個別セグメントの第１及び第２の導体に対してほぼ平行に位置決めされている請求項１４に記載の計算機式断層写真システム。
【請求項１７】
不動フレームと、全体的に環状の回転フレームとを有している計算機式断層写真システムに設けられた装置であって、
所定の帯域幅を有する変調搬送波を受け取るように結合されている入力ポートを有している位相分割器であって、前記帯域幅にわたってほぼ一様な振幅を維持しながら、互いの間にほぼ１８０°ずれた位相角を有する第１及び第２の変調搬送波成分をそれぞれ供給する第１及び第２の出力ポートを有している位相分割器と、
前記回転フレームに取り付けられていると共に前記環状の回転フレームの周りに位置決めされている伝送線路であって、前記位相分割器からの第１及び第２の変調搬送波成分を受け取るために前記位相分割器の第１及び第２の出力ポートにそれぞれ結合されている第１及び第２の導体を有している少なくとも１つの個別セグメントを含んでいる伝送線路と、
前記不動フレームに取り付けられていると共に、前記少なくとも１つの個別セグメントに印加された第１及び第２の変調搬送波成分を受け取るために、その間に無線結合を確定するほど前記伝送線路の近くに位置決めされているカップラと、
該カップラから供給された第１及び第２の変調搬送波成分をそれぞれ受け取る第１及び第２の入力ポートを有している電力コンバイナであって、ほぼ１８０°位相がずれた第１及び第２の変調搬送波成分を組み合わせて、該電力コンバイナの出力ポートから供給される組み合わせ変調搬送波を形成するように構成されている電力コンバイナとを備えた計算機式断層写真システムに備えられた装置。
【請求項１８】
前記電力コンバイナは、
該電力コンバイナの第１の入力ポートに結合されており、該第１の入力ポートを介して受け取った変調搬送波成分に対してほぼ同相の位相角を有するそれぞれの出力信号を供給する第１の伝送線路と、
前記電力コンバイナの第２の入力ポートと所定の電気的アースとの間に所定のレベルのインダクタンスを形成するように構成されている第２の伝送線路であって、前記第２の入力ポートを介して受け取った変調搬送波成分に対してほぼ１８０°位相がずれた位相角を有するそれぞれの出力信号を供給するために前記第２の出力ポートに結合されている反転手段を含んでいる第２の伝送線路と、
第１及び第２の組み合わせ抵抗を含んでいる組み合わせ回路網であって、前記組み合わせ抵抗の各々は、前記電気コンバイナの出力ポートに並列に結合されているそれぞれの一方の端子を有していると共に、前記第１及び第２の伝送線路からの出力信号をそれぞれ受け取るために前記第１及び第２の伝送線路にそれぞれ結合されているそれぞれの他方の端子を有している、組み合わせ回路網とを含んでいる請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記電力コンバイナの第１の入力ポートと前記所定の電気的アースとの間に結合されている補償コイルを更に含んでいる請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記組み合わせ回路網は更に、前記電力コンバイナの第１及び第２の入力ポートから受け取られたほぼ同相のあらゆる入力信号を実質的に相殺する整合抵抗を含んでいる請求項１８に記載の装置。
【請求項２１】
前記整合抵抗は、前記第１の伝送線路と前記第１の組み合わせ抵抗との間に結合されているそれぞれの一方の端子を有している第１の整合抵抗を含んでおり、前記整合抵抗は更に、前記第２の伝送線路と前記第２の組み合わせ抵抗との間に結合されているそれぞれの一方の端子を有している第２の整合抵抗を含んでおり、前記第１及び第２の整合抵抗の各々は、前記所定の電気的アースに結合されているそれぞれの他方の端子を有している請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記第１及び第２の伝送線路の各々は、互いに同様な電気長を有しているそれぞれの同軸線路を含んでいる請求項１８に記載の装置。
【請求項２３】
前記同軸線路の各々は、ほぼ円筒形の巻線を形成するように巻装された可撓性を有する同軸線路を含んでいる請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記反転手段は、前記第２の伝送線路に対する同軸線路の外側シールドと、中心導体とを含んでおり、前記中心導体は、前記所定の電気的アースに接続されており、前記外側シールドは、前記第２の変調搬送波成分を受け取るように前記電力コンバイナの第２の入力ポートに接続されている請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記第１及び第２の伝送線路は、該伝送線路の各々に対応している一対の導電ストリップを含んでいる第１のプリント配線段を含んでおり、前記それぞれのストリップの対は、第１の基板の互いに向かい合った面の上に設けられている請求項１８に記載の装置。
【請求項２６】
前記第１及び第２の伝送線路は更に、該伝送線路の各々に対応している一対のコイルを含んでいる第２のプリント配線段を含んでおり、該それぞれのコイルの対の各々は、前記第１の段のそれぞれ１つの対応している導電ストリップに結合されていると共に、第２の基板の互いに向かい合った面の上に設けられている請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記第２の基板上の前記互いに向かい合った面の各々は、前記第１の基板上の互いに向かい合った面に対してほぼ垂直に位置決めされている請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記反転手段は、前記第２の伝送線路に対応している一対のストリップのそれぞれ１つの間で信号の流れを反対にするように構成されている通り抜けコネクタを含んでいる請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記第１及び第２の伝送線路の各々は、互いに同様な電気を有している請求項２４に記載の装置。
【請求項３０】
前記回転フレームに取り付けられた伝送線路は更に、他の個別セグメントを含んでおり、該他の個別セグメントの各々は、それぞれの第１及び第２の変調搬送波成分を受け取るように結合されているそれぞれの第１及び第２の導体を有しており、前記少なくとも１つのセグメント及び前記他のセグメントは、任意の２つの相次ぐセグメントの所定の端が、その内部を伝搬する変調搬送波成分の遅延時間の不連続を回避するように、互いに実質的に隣接するように配置されている請求項１８に記載の装置。
【請求項３１】
前記個別セグメントの各々は、それぞれほぼ平面状の伝送線路を含んでおり、前記個別セグメントのそれぞれの第１及び第２の導体の各々は、互いにほぼ平行である請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記カップラは、第１及び第２の導体を有しているほぼ平面状の伝送線路を含んでおり、前記第１及び第２の導体は、互いにほぼ平行に整合していると共に、それぞれの前記個別セグメントの第１及び第２の導体に対してほぼ平行に位置決めされている請求項３０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
関連出願
本出願は、本出願と同日に出願され、本発明と同じ被譲渡人に譲渡され、ここで引用される親出願第０８／４０７，０８９号（出願人控え番号ＲＤ−２３，８０７）、発明の名称「計算機式断層写真システムにおける高データ速度通信用の位相分割器を用いた伝送線路」と関連する。
発明の背景
本発明の分野は、全般的には計算機式断層写真法（ＣＴ）に関連するが、特に、ＣＴシステムにおける高データ通信用の正確な広帯域電力コンバイナ（組み合わせ器）を用いた伝送線路に関連する。
ＣＴシステムは、異なる回転角度における多数のＸ線像又はビューを求めるために回転フレーム又はガントリを用いていることが典型的である。各組の像は、この分野では「スライス」と呼ばれる。一般的に、患者又は無生物が、軸方向に可動なテーブルに乗せられて、回転フレームの中心開口に位置決めされ、こうして多数の軸方向位置でもそれぞれのスライスを求めることができるようにしている。こうして得られた各々のスライスは、この後、所定のアルゴリズムに従ってコンピュータで処理されて、診断又は検査用の強化像を作成する。
回転フレームは、Ｘ線源と、検出器配列と、各々のビューに対する像データを発生するのに必要な電子回路とを含んでいる。生の像データを強化形式に処理するために、１組の不動の電子回路が用いられている。このため、ＣＴシステムの回転フレームと不動フレームとの間で像データを連絡できるようにすることが必要である。
患者の不快さを減少させるために、及び／又はシステムの利用度を最大にするために、所望のビューをできるだけ早く求めることが望ましいので、不動フレームと回転フレームとの間の通信のデータ速度は重要な因子である。現在のＣＴシステムでは、１つのビューは典型的には、各々の個別の検出器チャンネル出力に１６ビット表示を用いて、約８００個の検出器チャンネルで構成されており（即ち、ビュー当たり１２．８キロビット）、典型的には毎秒１０００回繰り返されるので、像データだけに対しても、正味のデータ速度条件は約１３メガビット／秒（Ｍｂｉｔ／ｓｅｃ）になる。４倍、８倍又は１６倍も多くの検出器チャンネルを用いることにより、多数の像スライスを同時に構成することのできる将来のＣＴシステムでは、像データだけに対しても、このデータ速度の条件は１５０Ｍｂｉｔ／ｓｅｃを超える程増加する。
従来のＣＴシステムは、回転フレームを不動フレームに電気的に結合するために、ブラシ及びスリップ・リングを用いていた。しかしながら、一般的に、通信のためにブラシ及びスリップ・リングを利用しているＣＴシステムは、達成し得るデータ速度に重大な制約がある。これは、信号が円形のスリップ・リングに沿って伝搬するのに実質的な時間を必要とするためである。所望のデータ速度では、リングに沿った電気的な通路長はビット周期のかなりの端数になり、このため、リングに沿って反対向きに伝搬する電磁波は、ビット周期内の実質的に異なる時刻に受信点に到達し、誤った受信の原因に成り得る。
Ａ．Ｋ．コリンズに付与され、本発明の被譲渡人に譲渡された、ここで引用する米国特許第５，２０８，５８１号は、通信のためにブラシ及びスリップ・リングを用いた他の形式のガントリを開示している。この米国特許の設計では、不動フレームと回転フレームとの間で比較的高速の通信が行えるが、接触しているブラシ及びリングを用いることにより、本質的に、ある欠点がある事実はそのままである。例えば、ブラシとリングとの間の機械的な接触により、疲労が生じ、信頼性のある通信を維持するためには、このようなブラシ及びリングを定期的に取り換えることを必要とする。更に、この米国特許のスリップ・リングの設計では、多量スライス型ＣＴシステムに必要な一層高いデータ速度が得られない。
他のＣＴシステムは、不動フレームと回転フレームとの間の通信のために光学式データ・リンクを用いている。光学式データ・リンクの設計では、スリップ・リング及びブラシの典型的な欠点は回避されるが、このような光学的な設計で必要となる光学系は、厳密な仕様の下に製造されなければならないし、回転フレームの比較的長い円周に沿って信頼性のある光学的な結合を達成するために、実質的な空間的な整合を動作中に必要とする。これはコスト高に通じ、そのため、ＣＴシステムに対して、安いコストで、ＣＴシステムの不動フレームと回転フレームとの間の信頼性のある高データ速度の通信ができるようにする改良された通信リンクを提供することが望ましい。
更に、セルラー電話、細動除去器、外科のこによって、及び任意の所与のＣＴシステムで発生される電気雑音によっても、病気の環境内に典型的に発生されるような電磁放射線の妨害に対して頑健な、不動フレームと回転フレームとの間の通信リンクを提供することが望ましい。更に、連邦通信委員会及び／又は外国政府によって課せられる規制のような政府の規制に合致するために、このような通信リンクから放射される電磁エネルギのレベルを低下させることも望ましい。米国特許出願第０８／３０７，１２０号に記載されているように、伝送線路及びカップラはプロープが、このような高いデータ速度の通信リンクを実現する手段になる。更に米国特許出願第０８／３０７，１３０号に記載されているように、カップラが伝送線路に容易に接近できるようにする通路を形成しながら、伝送線路からの電磁放射線を実質的に減少させるためにＵ字型構造が効果的に用いられている。このようなＵ字型構造は伝送線路を実効的にシールドするが、カップラから脱出し又はカップラに沿って漏洩する電磁放射線を減少させることが望ましい。カップラの動作の妨げになり得るような、外部で発生された電磁エネルギに対するカップラの感度を低下させることも望ましい。
発明の要約
全般的に言うと、本発明は、不動フレームと、全体的に環状の回転フレームとを有している計算機式断層写真（ＣＴ）システムにおいて、所定の帯域幅を有する変調搬送波を受け取るように結合された入力ポートを有している位相分割器を備えた装置を提供することにより、上に述べた必要を満たす。位相分割器は第１及び第２の出力ポートを有しており、第１及び第２の出力ポートは、変調搬送波に対する帯域幅にわたって実質的に一様な振幅を保ちながら、互いに約１８０°のような実質的にずれた位相角を有する第１及び第２の変調搬送波成分をそれぞれ供給する。伝送線路が回転フレームに取り付けられていると共に、実質的に環状回転フレームに沿って位置決めされている。伝送線路は、少なくとも１つの個別セグメントを含んでおり、このセグメントは、位相分割器から第１及び第２の変調搬送波成分を受け取るように位相分割器の出力ポートにそれぞれ結合されている第１及び第２の導体を有している。カップラが不動フレームに取り付けられていると共に、個別セグメントに印加されている第１及び第２の変調搬送波成分を受け取るために、その間で無線結合を確立するのに十分なほど伝送線路の近くに位置決めされている。この装置は更に、カップラから供給された第１及び第２の変調搬送波成分をそれぞれ受け取る第１及び第２の入力ポートを有している電力コンバイナを含んでいる。電力コンバイナは、実質的に１８０°位相がずれた第１及び第２の変調搬送波を組み合わせて、電力コンバイナの出力ポートから供給される組み合わせ変調搬送波を形成するように設計されている。電力コンバイナは、電力コンバイナの第１及び第２の入力ポートで受け取られた、外部で発生された電磁妨害のような同相入力信号を実質的に相殺するための整合抵抗を含んでいることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
本発明の新規と考えられる特徴は、請求の範囲に具体的に記載してあるが、本発明自体の構成、作用並びにその他の目的及び利点は、以下図面について説明するところを参照すれば最もよく理解されよう。図面全体にわたり、同様な部分には同じ参照番号を用いている。
第１図は、本発明を用いたＣＴシステムの斜視図である。
第２図は、本発明に従って、電力コンバイナに実質的に１８０°位相がずれた変調搬送波成分を供給するために、伝送線路に非接触型で結合されたカップラを用いた装置の一例を示す概略図である。
第３図は、第２図の装置に対するそれぞれの実施例で伝送線路及び／又はカップラに利用することのできるマイクロストリップの断面図である。
第４図は、本発明による電力コンバイナの簡略モデル回路図である。
第５図は、第４図の一実施例の電力コンバイナに従って、実質的に円筒形の巻線を形成するように巻装された同軸線路の側面図を含む全体的な概略図である。
第６Ａ図は、第４図の電力コンバイナに対する他の実施例の２つのプリント配線段の斜視図であって、一方の段は水平に配置されており、他方の段は垂直に配置されていることが示されている図である。
第６Ｂ図は、第６Ａ図に示す垂直段の通り抜けコネクタを示す概略図である。
第６Ｃ図は、第６Ａ図の２つの配線段の間の電気接続の一例を示す断面図である。
発明の詳しい説明
第１図に示すように、人間の解剖学的な部分の少なくとも関心のある領域の像を発生するために使用されているＣＴシステムが、患者テーブル１０を有しており、このテーブルは、所定の円周、例えば外周１６を有している全体的に環状の回転フレーム又はガントリ１５の開口１１内に位置決めすることができる。不動フレーム１２を用いて回転フレーム１５を支持することが便利である。高度にコリメートされたＸ線を発生することが好ましい作像エネルギ源１３が、開口１１の一方の側で回転フレームに装着されており、検出器配列１４が開口の他方の側に装着されている。回転フレームは、Ｘ線源１３及び検出器配列１４と共に、患者の走査の間に、開口の周りを回転して、少なくとも１８０°の回転範囲にわたる多くの相異なる角度からのＸ線減衰測定値を求める。検出器配列１４は、その長さに沿って約８００個の検出器チャンネルをそれぞれ有している多数の列で構成することができる。検出器配列１４の各々のチャンネルの個別の出力が、データ収集システムＤＡＳ（図面に示していない）に接続されている。各々のチャンネルの出力は、サンプリングされたときに、ＤＡＳによって、例えばＸ線強度を表す１６ビットのディジタル値に変換される。
回転フレームは更に、回転フレーム１５と一緒に回転する他の搭載された電子回路（図面に示していない）を含んでいる。搭載された電子回路は、回転フレーム１５から離して配置された不動の電子回路装置３０に対して実質的にスレーブである。不動の電子回路装置３０は、回転フレーム１５に搭載された電子回路に対する指令を発すると共に、その結果得られた像データを、不動フレーム１２からの適当な電気リード線を介して受け取って、受け取った像データの処理を行うコンピュータを基本としたシステムである。
本発明は、正確な広帯域の位相分割器（フェイズ・スプリッタ）によって差動的に駆動される伝送線路を用いることにより、回転フレームと不動フレームとの間で高いデータ速度の通信を行わせる装置を提供する。位相分割器について更に詳しいことは、本発明の被譲渡人に譲渡された、発明者Ｄ．Ｄ．ハリソンの米国特許親出願第０８／４０７，０８９号（出願人控え番号ＲＤ−２３，８０７）、発明の名称「計算機式断層写真システムにおける高データ速度通信用に位相分割器を用いた伝送線路」を参照されたい。この伝送線路は、本発明に従って、電力コンバイナに実質的に位相がずれた信号を供給するプローブ又はカップラに非接触型で結合されている。この非接触型の結合により、スリップ・リング及びブラシを用いることが回避され、回転フレーム１５が連続的に回転できるようにすることが有利である。前に述べたように、多重スライス型ＣＴシステムは高データ速度の通信を必要とする。本発明は、ブラシ及びスリップ・リングを用いずに、又はコスト高の光学装置を用いずに、このような高データ速度の通信（例えば、１５０Ｍｂｉｔ／ｓｅｃを超える）をできるようにするので有利である。更に、本発明は、回転フレームの円周が比較的長い（約１３フィート）にもかかわらず、コスト効果があって信頼性のある高データ速度の通信ができるようにする。
以下の説明では、回転フレーム１５と不動フレーム１２との間のすべての通信が直列化されている、即ち、送信では並列データから直列データに変換され、受信のときにはその逆に変換され、このために周知の多重化学式を用いていると仮定する。このようにするのは、単一のビット・ストリームのみを送信すればよいようにするためであるが、本発明に従って多重並列通路も用いることができることは、当業者には明らかであろう。いずれの場合も、多重レベル又は多重位相符号化方式を用いて、利用可能な最大データ速度を更に高めることができる。
第２図に示すように、伝送線路４０が回転フレーム１５（第１図）に取り付けられていると共に、実質的に回転フレームの周囲に、例えば回転フレームの円周に沿って位置決めされている。同様に、伝送線路を回転フレームの環に、即ち回転フレームにある同心円によって区切られた面に、例えば開口１１を画定している同心円と、円周１６を有している一層大きな同心円とによって区切られた面に好便に固定することができる。更に、本発明は、円形以外の幾何学的な配置でも同じように本発明の利点が得られるので、円形の幾何学的な配置に制限されないことを承知されたい。伝送線路４０は、個別のセグメント５０及び６０のような１つ又は更に多くのセグメントを含んでおり、これらのセグメントの各々は、それぞれの第１の端５２及び６２と、それぞれの第２の端５４及び６４とを有している。第２図では、各々の個別のセグメントが２本１組の線によって表されている。これは、第３図に最もよく示されているように、個別のセグメントの各々は、互いに実質的に１８０°位相がずれたそれぞれの信号を伝える第１及び第２の信号導体を含んでいるからである。即ち、伝送線路の各セグメントは、広帯域位相分割器７２及び７４のようなそれぞれの位相分割器によって差動的に駆動される。第２図には２つの位相分割器が示されているが、１つの位相分割器からの出力信号を容易に分割すると共に増幅して、伝送線路の個別セグメント５０及び６０を有効に駆動することができることが理解されよう。即ち、それぞれ１つの個別セグメントを駆動するために別個の位相分割器を用いる必要はない。例えば、セグメント５０及び６０のうちの一方の第１の端を１つの位相分割器の同相出力信号を受け取るように並列に接続し、セグメント５０及び６０の他方の第１の端をこの１つの位相分割器の位相はずれの出力信号を受け取るように並列に接続することができる。この例では、セグメント５０及び６０を駆動するのに１つの位相分割器しか必要としない。各々の個別セグメント５０及び６０は、それぞれの第１の端５２及び６２に印加された変調信号がそれぞれの第２の端５４及び６４に到達するときに所定の遅延時間を有するように選択されたそれぞれの電気長を有していることが好ましい。セグメント５０及び６０のそれぞれの電気長が互いに実質的に同様であれば、上に述べたセグメントの配置により、変調信号は相対的に実質的に同様な遅延時間でそれぞれの第２の端に到達する。
第２図に示すように、変調搬送波が位相分割器７２及び７４のそれぞれの入力ポートに印加される。変調搬送波は典型的には、１００ＭＨｚから１ＧＨｚを超えるまでというような比較的広い帯域幅を有している。変調搬送波は、パルス幅変調、周波数シフト・キーイング等のような容易に利用可能な多数の変調方式のうちのいずれかを用いて、回転フレーム１５に搭載された電子回路によって発生されることが便利である。第２図に示すように、位相分割器７２及び７４のそれぞれの出力ポートは、変調搬送波の帯域幅にわたって実質的に一様な振幅を保ちながら、互いの間に１８０°というような実質的なずれた位相角を有する第１及び第２の変調搬送波成分Ｍ１及びＭ２のようなそれぞれの出力信号を供給する。前に述べたように、各々のセグメントは、相互に実質的に１８０°位相がずれた第１及び第２の変調搬送波成分をそれぞれ受け取る。それぞれの位相分割器の出力ポートは、随意選択により、伝送線路のそれぞれのセグメントのインピーダンス特性に合うように選択された所定の抵抗値を有している整合抵抗７６及び７８に接続することができる。同様に、それぞれの第２の端５４及び６４は、伝送線路の個別セグメント５０及び６０におけるエネルギの反射を最小限に抑えるように選択された所定の抵抗値を有している終端抵抗８０及び８２にそれぞれ接続されている。個別セグメントの間の遅延時間に差があっても、特定の用途によってはそのような遅延時間の差が許容されることもあるので、この他の配置を用いることもできる。例えば、位相分割器７４及び整合抵抗７８は第１の端６２の代わりに、第２の端６４に接続し、終端抵抗８２は第２の端６４の代わりに、第１の端６２に接続することができる。この場合、個別セグメントの間に所定の遅延時間が存在するが、ある用途では、このような遅延時間を許容することができる。
個別セグメント５０及び６０は、任意の２つの相次ぐセグメントのそれぞれの第１の端が互いに実質的に隣接し、任意の２つの相次ぐセグメントのそれぞれの第２の端が互いに実質的に隣接するように配置されていることが好ましい。任意の２つの相次ぐセグメントの間の隙間の寸法は、搬送波の波長に対して小さくすべきである。例えば、７５０ＭＨｚの搬送波に対しては約１／８インチである。この配置にすると、回転フレームを取り巻いているどの個別セグメントの間にも遅延時間の不連続が回避されるので便利である。更にこれにより、すべての回転角度で、伝送線路とカップラとの間の有効な結合動作ができる。第２図に示すように、２つの個別セグメント５０及び６０の各々は、回転フレームの円周に沿って約１８０°の角度を見込むように設計することができる。一般的に、Ｎを所定の偶数として、回転フレームの円周に沿って約３６０°／Ｎの角度をそれぞれ見込むＮ個の個別セグメントは、変調された差信号（即ち、互いに実質的に１８０°位相がずれた第１及び第２の変調搬送波成分の正味の結果）がいずれの場合も、Ｎ個の個別セグメントのどの間の任意の隙間も含めて、回転フレームの円周に沿ったどこでも受信のために利用することができるので、同等に有効であることが理解されよう。前に述べたように、個別セグメントの間の所定の遅延時間を許容し得るような用途もある。この場合、個別セグメントの数Ｎを偶数に制限する必要はない。これは、このような所定の遅延時間が許容されるような用途では、所定の奇数個の個別セグメントも効果的に利用することができるからである。個別セグメントについて上に述べた構成は、各々のセグメントが実質的に同じような誘電率を有している材料で作成されていると仮定している。しかしながら、所定の相異なる誘電率を有しているセグメント材料を便利に用いることができることも明らかであろう。この場合、それぞれの個別セグメントが見込む角度は互いに同じである必要はない。
本発明の装置は更に、カップラ１００を有しており、カップラ１００は、不動フレーム１２（第１図）に取り付けられていると共に、個別セグメントに印加されている第１及び第２の変調搬送波成分を受信するために、その間に無線結合を確立するのに十分なほど、差動的に駆動される伝送線路の近くに位置決めされている。本明細書で用いる「無線結合」という用語は、無線周波数の電磁放射線によるエネルギの非接触型の伝達を言う。カップラ１００は、カップラ軸線１０２に沿って所定の長さ寸法を有していることが理解されよう。この軸線は、例えば、個別セグメント５０及び６０に対して実質的に平行にすることができる。カップラの長さ寸法は、周波数依存性を有する方向性結合効果が実質的に回避されるのに十分に短いと共に、個別セグメントの間の任意の隙間をカップラが通過するときにいつでも、カップラ１００に実質的な信号の減少が起こるのを回避するのに十分に長く選択することが便利である。矢印１０４及び１０６で示すように、それぞれのセグメント５０及び６０に印加された変調搬送波成分は、反対向きに伝搬し、このため、任意の隙間の近くでの盲点を回避するために、カップラ１００は、同軸線路対又はその他の適当にシールドされた電気導体対のような出力ポート手段１１２に直列接続されている第１の端１１０と、何ら終端インピーダンス、即ち終端抵抗が実質的にない第２の端１０８とを有していることが好ましい。
カップラ１００によって受信された各々の変調搬送波成分は、受信された変調搬送波成分の伝搬方向とは無関係に、即ち個別セグメント５０及び６０を進行するそれぞれの電磁波の伝搬方向と無関係に、同軸線路対１１２へ通過する。例えば、第２の端１０８に到達した波は、容易に第１の端に向かって伝搬し、そこから同軸線路対１１２へ伝搬し、これに対して第１の端１１０に到達した波は、抵抗終端のない第２の端１０８から第１の端に向かって反射され、そこから同第線路対１１２へ伝搬する。いずれの場合も、カップラ１００は、回転フレームの全周に沿って、伝送線路を伝搬するそれぞれ１８０°位相がずれた変調搬送波成分を非接触型で抽出できるようにしていることが有利である。電力コンバイナ（組み合わせ器）１１４が、カップラから供給されている第１及び第２の変調搬送波成分をそれぞれ受け取る第１及び第２の入力ポートを有している。後で第４図について更に詳しく説明するが、電力コンバイナ１１４は、カップラ１００から供給されている第１及び第２の変調搬送波成分を１つの変調搬送波に再び組み合わせる。当業者にはわかるように、カップラの長さ寸法は、変調信号に用いる搬送波周波数の特定の値に応じて変化し得る。これに制限するつもりはないが、例として言うと、カップラの長さ寸法は、λを伝送線路材料における搬送波の波長として、λ／４からλ／８までの範囲内に選択することができる。
第３図は、伝送線路の差動的に駆動されるセグメント及びカップラに有効に用いることのできる実質的に平面状の伝送線路の断面を示す。例として、第３図はマイクロストリップ２００を示しており、マイクロストリップ２００では、実質的に平行な第１及び第２の導体２０２及び２０３、並びに大地平面２０６が、適当な誘導体材料２０４によって互いに隔てられている。このような実質的に平面状の伝送線路は、周知のプリント配線技術を用いて容易に製造することができ、これにより、光学式データ・リンクに比べてコストを大幅に節約することができることが理解されよう。同様に、第１及び第２の導体が２つの大地平面の間でそれぞれの誘電体材料内で「サンドウィッチ」になっているストリップライン伝送線路も、伝送線路のセグメント及びカップラの両方として、この代わりに用いることができる。更に、カップラは、マイクロストリップ又はストリップライン伝送線路で構成されている必要がない。短い２本１組のワイヤのような適当な導体を、駆動される伝送線路と実質的に平行に整合させたものでも、有効に作用する。
第４図はカップラ１００（第２図）から供給された１８０°位相のずれた変調搬送波成分を組み合わせるために用いられる電力コンバイナ１１４（第２図）のような正確な広帯域電力コンバイナの簡略モデル回路図である。第４図に示すように、電力コンバイナは、電力コンバイナの第１の入力ポート３１０に結合された第１の伝送線路３０６を有している。これが遅延線３０７1として概略図で示されている。第１の伝送線路３０６は、電力コンバイナの第１の入力ポートで受信した変調搬送波成分に対して実質的に同相の位相角を有する出力信号を供給する。当業者にはわかるように、伝送線路３０６は、伝送線路３０６の電気長に応じて、その内部を伝搬する任意の信号に単に所定の遅延時間を導入するものであり、そのため、伝送線路３０６を遅延線として示してある。
その出力信号に何ら移相（フェイズ・シフト）を加えずに、単に所定の遅延時間を導入するだけと説明した第１の伝送線路３０６とは対照的に、第２の伝送線路３０８は、電力コンバイナの第２の入力ポート３１２と所定の電気的な大地との間に所定のレベルのインダクタンスを持たせるように設計されている。このため、第２の伝送線路３０８は図式的に、誘電子３０９と直列の遅延線３０７2として示されており、この誘電子は、第２の入力ポート３１２と所定の電気的な大地との間に伝送線路３０８によって生ずるインダクタンスを表す。第２の伝送線路３０８は反転手段３１４を含んでおり、反転手段３１４は、第２の入力ポートに結合されており、電力コンバイナの第２の入力ボートで受信された変調搬送波成分に対して実質的に１８０°位相がずれた位相角を有する出力信号を供給する。第２の伝送線路によって生ずるインダクタンスによって、反転手段３１４は、第２の入力ポートを介して受け取った成分搬送波信号を電気的に短絡せずに、電力コンバイナの第２の入力ポートで受け取った変調搬送波成分に１８０°の位相変化又は反転を実効的に加えることができる。従って、第１及び第２の変調搬送波成分が互いに実質的に１８０°位相がずれていることに基づいて、第１及び第２の伝送線路のそれぞれの出力信号は、反転手段３１４によって加えられた位相変化のために、互いに実質的に同相の信号を構成する。本明細書で用いる「実質的に同相の信号」とは、実質的に同じ周波数であって、実質的に同じ時点に対応する値を通過する電気信号又は波形を指す。
組み合わせ回路網３１６は、第１及び第２の伝送線路からの実質的に同相の出力信号を組み合わせるために使用されている。組み合わせ回路網３１６は、随意選択により、第１及び第２の組み合わせ抵抗３１８及び３２０をそれぞれ含んでいてもよい。各々の組み合わせ抵抗３１８及び３２０は、電力コンバイナの出力ポート３２５に並列に結合されている端子３２２及び３２４のようなそれぞれの一方の端子を有している。各々の組み合わせ抵抗３１８及び３２０は、第１及び第２の伝送線路からの出力信号をそれぞれ受け取るために、第１及び第２の伝送線路にそれぞれ結合されている端子３２６及び３２８のようなそれぞれの他方の端子を有している。補償コイル３３０が第１の入力ポート３１０と所定の電気的な大地との間に結合されている。補償コイル３３０は、第１及び第２の伝送線路３０６及び３０８の各々が、その内部を伝搬するそれぞれの信号に対して実質的に同一のインピーダンスを有するように、第２の伝送線路３０８によって生ずるインダクタンスのレベルを実効的に釣り合わせる。
第４図に示すように、組み合わせ回路網３１６は、電力コンバイナの第１及び第２の入力ポートで受け取られた同相の入力信号を実質的に相殺するために、第１及び第２の整合抵抗３３２及び３３４のような整合抵抗を含んでいることが好ましい。本明細書で用いる「第１及び第２の入力ポートで受け取られた同相の入力信号」とは、電力コンバイナは通常、第１及び第２のその入力ポートに１８０°位相がずれた入力信号を予想しているので、外部で発生された望ましくない電磁妨害を指す。整合抵抗３３２及び３３４を用いると、それらを用いない場合に計算機式断層写真システムの不動フレームと回転フレームとの間の通信を妨げるかもしれないような、外部で発生されたこのような電磁エネルギに対する感度を実効的に減少させる。第４図に示すように、第１の整合抵抗３３２の端子３３６のような一方の端子が、第１の伝送線路３０６と第１の組み合わせ抵抗３１８との間に結合されている。同様に、第２の整合抵抗３３４の端子３３８のような一方の端子が、第２の伝送線路３０８と第２の組み合わせ抵抗３２０との間に結合されている。第１及び第２の整合抵抗３３２及び３３４の各々は、所定の電気的な大地にそれぞれ結合されている端子３４０及び３４２のような他方の端子をそれぞれ有している。５０オームのインピーダンスの値を有している伝送線路では、各々の組み合わせ抵抗にとって適当な値は５０オームであり、各々の整合抵抗に対する適当な値は７５オームであることを示すことができる。今述べた抵抗の値は例として述べたものに過ぎず、これに制約されるものではないことを承知されたい。インピーダンスの値が５０オーム以外である伝送線路では、組み合わせ抵抗及び整合抵抗にこの他の適当な抵抗値を容易に選択することができる。このような抵抗値も、伝送線路の任意の所与のインピーダンスに対して任意の所望のインピーダンス整合が得られるように選択され、前に述べたように、電力コンバイナの第１及び第２の入力ポートを介して受け取るかもしれないあらゆる同相信号又は電磁妨害を実質的に相殺する。更に、ある用途では、所定のレベルの線路インピーダンスの不整合を容易に許容することのできる用途であるので、実質的に正確な線路インピーダンスの整合が必要でないことがある。伝送線路３０６及び３０８、並びに組み合わせ回路網３１６のような、電力コンバイナを構成している種々の電気部品のそれぞれの電気長は、電力コンバイナの第１及び第２の入力ポートの各々から組み合わせ点Ｃまでそれぞれ伝搬する信号が組み合わせ点Ｃに到達したとき、互いに実質的に同一の遅延時間を有するように選択されていることが好ましい。このため、組み合わせ点Ｃまで伝搬する信号に対して組み合わせ回路網３１６が実質的に同一の遅延時間を導入すると仮定すると、第１及び第２の伝送線路３０６及び３０８によってそれぞれ導入される任意の遅延時間は、互いに実質的に同一の値を有するはずである。
第５図は、第１及び第２の伝送線路３０６及び３０８の一実施例を示す。この実施例では、伝送線路３０６及び３０８はいずれも、それぞれの同軸線路で構成されており、第１の変調搬送波成分と第２の変調搬送波成分との間に実質的な位相の一様性を維持するために実質的な同様に電気長を有している。第５図に最もよく示されているように、各々の同軸線路は、実質的に円筒形の巻線を形成するように巻装された可撓性を有する同軸線路で構成されていることが好ましい。この形式にすると、回路の対称性が得られ、コンパクトになり、第１の伝送線路と第２の伝送線路との間の電磁的な相互作用が比較的小さくなるので便利である。この実施例では、反転手段３１４は、第２の伝送線路となる同軸線路の外側シールド及び中心導体によって構成されていることが便利である。即ち、第２の伝送線路となる同軸線路の中心導体は電気的に接地されており、外側シールドは第２の入力ポートからの変調搬送波成分を受け取る。逆に、第１の伝送線路の外側シールドは電気的に接地されており、中心導体は第１の入力ポートからの変調搬送波成分を受け取る。
第６Ａ図は、第１及び第２の伝送線路３０６及び３０８（第４図）の他の実施例を示す。この実施例では、伝送線路３０６及び３０８は第１のプリント配線段４００を含んでおり、第１のプリント配線段４００は、各々の伝送線路に対して、第１の基板４０６の互いに向かい合った面に配設されているストリップ４０２及び４０４のようなそれぞれ一対の実質的に対応している導電ストリップを含んでいる。第６Ａ図に示すように、伝送線路３０６及び３０８は更に、第２のプリント配線段４１０を含んでおり、第２のプリント配線段４１０は、各々の伝送線路に対して、第１のプリント配線段にあるそれぞれ１つの導電ストリップにそれぞれ結合されている、即ち、電気的に接続されているコイル４１２及び４１４のようなそれぞれ一対の実質的に対応しているコイルを含んでいる。導電ストリップ４０２及び４０４は、第６Ａ図では細い線で示されているが、導電ストリップがコイル４１２及び４１４の幅寸法と同様な幅寸法を有していることを承知されたい。細い線で表示したのは、図面を簡単にする便宜のためである。更に、第６図において、対応する各々のストリップ４０２及び４０４、並びに対応する各々のコイル４１２及び４１４に付した添字の数字は、このようなストリップ及びコイルを用いて構成されている特定の伝送線路（即ち、第１及び第２の伝送線路）を便利に同定する。例えば、コイル４１２1及び４１４1は、第１の伝送線路に対する一対の対応しているコイルを表しており、コイル４１２2及び４１４2は、第２の伝送線路に対する一対の対応しているコイルを表している。同様に、ストリップ４０２1及び４０４1は、第１の伝送線路に対する一対の対応しているストリップを表しており、ストリップ４０２2及び４０４2は、第２の伝送線路に対する一対の対応しているストリップを表している。
プリント配線段４００とプリント配線段４１０との間の電気的な接続は、第１の伝送線路に対して第６Ｃ図に最もよく示されているように、導電ストリップ及びコイルの適当な端で行うことができる。例えば、ストリップ４０２1は、導電ジョイント４２２又は可撓性ワイヤ等のようなそれぞれの接続導体を介して、コイル４１２1に接続されている。同様に、ストリップ４０４1は、適当な導電ジョイント４２４によってストリップ４０４1に電気的に接続されている導電ピン４２０のようなそれぞれの接続導体を介して、コイル４１４1に接続されている。第６Ｃ図に示すように、コイル４１４の接続端は、基板４０６の厚さを考慮に入れて、コイル４１２の接続端を越えて伸びている。第６Ｃ図は、伝送線路３０６及び３０８のうちの一方のみに対する接続を示している。しかしながら、両方の伝送線路３０６及び３０８のそれぞれの導電ストリップ及びコイルが上に述べたように接続されていることは言うまでもない。第２の伝送線路に対する導電ストリップ及びコイルの適当な端で、同様な電気接続をすることができることが理解されよう。導電ストリップ４０２及び４０４と同様に、コイル４１２及び４１４は第２の基板４１６の互いに向かい合った面に設けられている。第２の基板に設けられた互いに向かい合った面の各々は、第１の基板に設けられた互いに向かい合った面に対して実質的に垂直に配置されていることが好ましい。このようにすると、第１及び第２のプリント配線段を伝搬する信号の間の電磁干渉を減少させることができる。更に、コイル４１２及び４１４をそれぞれ構成している同心ループ又はターンの任意の２つの隣接したループの間の隙間の間隔は、その間の電磁的な漏話を減少させるために、ループの幅に対して十分に広くすることが好ましい。例えば、この隙間の間隔は、ループ幅の約３倍に容易に選択することができる。第６Ａ図はコイル４１２及び４１４を、角のある同心ループ、即ち、全体的に矩形のループとして示しているが、コイルのループには、この他の幾何学的な形状を用いても同じように有効に作用する。例えば、コイルのループは、全体的に矩形にする代わりに、全体的に円形等に形成することができる。この実施例では、反転手段３１４（第４図）は通り抜け（フィードスルー）コネクタ３５０で構成されているが、その概念図を第６Ｂ図に示してある。通り抜けコネクタは、第２の伝送線路に対する一対の実質的に対応しているストリップのそれぞれ１つを横切る信号の流れを反対にするように設計されている。例えば、第６Ｂ図の概念図に示すように、通り抜けコネクタ３５０は、基板４０６の互いに向かい合った面に配設されている導電ストリップ４０２2と導電ストリップ４０４2との間で、第２の伝送線路３０８における信号の流れを反対にすることができるようにする。即ち、ストリップ４０２2が伝える信号は、基板４０６を通過して、通り抜けコネクタ３５０によって空間的に反転される前にストリップ４０４2が配置されていた面とは反対側に位置している面に沿って続き、これに対して、ストリップ４０４2が伝える信号は、基板４０６を通過して、通り抜けコネクタによって空間的に反転される前にストリップ４０４2が配置されていた面とは反対側に位置し���いる面に沿って続く。当業者にはわかるように、通り抜けコネクタ３５０は、それぞれの導電ストリップを伝搬する任意の信号を電気的に短縮することを回避するように設計されている。プリント配線段を用いることにより、本発明に従った電力コンバイナは、周知のプリント配線技術を用いて容易に製造することができ、これにより、他の回路製造技術の場合に比べて、コストを大幅に節約することができることが理解されよう。第６Ａ図にははっきりと示していないが、第４図に関連して説明したように、補償抵抗３１８及び３２０、整合抵抗３３２及び３３４（第４図）、並びに補償コイル３３０（第４図）も、周知のプリント配線製造技術を用いて、第６図の実施例に容易に取り入れることができることが理解されよう。種々のプリント配線技術の初期のものではあるが、包括的な取り扱いについては、例えばプロシーディングズ・オブ・ジ・ＩＲＥ誌、ウェイブズ・アンド・エレクトロンズ・セクションズ、１９４８年１月号、１２１頁〜１５９頁所載のＣ．ブルネッティ及びＲ．カーティスの論文「プリント配線技術」を参照されたい。前に述べたように、伝送線路３０６及び３０８のそれぞれの電気長は、第１の変調搬送波成分と第２の変調搬送波成分との間に所望の位相差を維持するために、互いに実質的に同一に選択されていることが理解されよう。
本発明の種々の特定の構造を説明したが、これは例示に過ぎないことを承知されたい。当業者には、本発明の要旨を逸脱せずに、種々の変更及び適応が容易に考えられよう。例えば、シールドされた伝送線路のセグメントは回転フレーム又はガントリ１５（第１図）と一緒に回転し、カップラは不動フレーム１２（第１図）に取り付けられていると説明したが、この代わりに、シールドされた伝送線路セグメントを不動にし、カップラを回転フレームに装着することも等しく可能であり、即ち、カップラ及び伝送線路セグメントの不動及び回転の機械的な装着を容易に入れ替えても、同じ有効な結果が得られる。従って、本発明は、請求の範囲のみのよって限定されることを承知されたい。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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