(57)【要約】【課題】ＬＥＤ光源から放射される略円形の照射形状を略矩形の照射形状に変換することのできるＬＥＤ光源モジュールを実現する。【解決手段】ＬＥＤチップ28を有するＬＥＤ光源14と、該ＬＥＤ光源14を囲繞し、上端に矩形状の開口を有するホルダー部材16と、上記ＬＥＤ光源14の上方に配置されると共に上記ホルダー部材16上端の矩形状の開口を閉塞するレンズ部材18とを備え、上記レンズ部材18は、複数のシリンドリカルレンズ36を並列に連接して成る多連シリンドリカルレンズ38と凸レンズ40とで構成されており、上記多連シリンドリカルレンズ38を構成する各シリンドリカルレンズ36の凸面36ａをＬＥＤ光源14側に向けて配置すると共に、上記凸レンズ40の凸面40ａをＬＥＤ光源14の反対側に向けて配置した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤチップを有するＬＥＤ光源と、該ＬＥＤ光源を囲繞し、上端に矩形状の開口を有するホルダー部材と、上記ＬＥＤ光源の上方に配置されると共に上記ホルダー部材上端の矩形状の開口を閉塞するレンズ部材とを備えたＬＥＤ光源モジュールであって、
上記レンズ部材は、複数のシリンドリカルレンズを並列に連接して成る多連シリンドリカルレンズと凸レンズとで構成されており、
上記レンズ部材の多連シリンドリカルレンズを構成する各シリンドリカルレンズの凸面をＬＥＤ光源側に向けて配置すると共に、上記凸レンズの凸面をＬＥＤ光源側とは反対側に向けて配置したことを特徴とするＬＥＤ光源モジュール。
【請求項２】
上記ＬＥＤ光源を構成するＬＥＤチップの上方に、凸レンズより成る補助レンズを配置したことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ光源モジュール。
【請求項３】
上記ＬＥＤ光源とレンズ部材との間に、ＬＥＤ光源側からレンズ部材側へ向かって徐々に拡開する反射型遮蔽材を配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤ光源モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はＬＥＤ光源を備えたＬＥＤ光源モジュールに係り、特に、ＬＥＤ光源から放射される略円形の照射形状を略矩形の照射形状に変換することのできるＬＥＤ光源モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
歯科治療に用いられる無影灯等の照明装置においては、患者の口元の形状に対応させて、治療部位である患者の口元及びその周辺を略矩形の照射形状で照らすことが要求される。
従来、上記歯科治療用の無影灯の光源としてはハロゲンランプが用いられている（例えば特開２００２−３５２６０５号公報）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３５２６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ハロゲンランプを光源として用いた場合、
（１）ハロゲンランプは輻射熱が大きいため歯科医師や患者へ不快感を与える、
（２）フィラメントが断線しやすいため短寿命であり、治療中にフィラメントが突然断然して消灯することがあって危険である、
（３）消費電力が大きい
といった問題が生じていた。
そこで、ハロゲンランプに比較して輻射熱が小さく、長寿命且つ低消費電力のＬＥＤ（発光ダイオード）を採用した光源の登場が望まれていた。
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑みて案出されたものであり、その目的は、ＬＥＤ光源から放射される略円形の照射形状を略矩形の照射形状に変換することのできるＬＥＤ光源モジュールを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明の請求項１に記載のＬＥＤ光源モジュールは、
ＬＥＤチップを有するＬＥＤ光源と、該ＬＥＤ光源を囲繞し、上端に矩形状の開口を有するホルダー部材と、上記ＬＥＤ光源の上方に配置されると共に上記ホルダー部材上端の矩形状の開口を閉塞するレンズ部材とを備えたＬＥＤ光源モジュールであって、
上記レンズ部材は、複数のシリンドリカルレンズを並列に連接して成る多連シリンドリカルレンズと凸レンズとで構成されており、
上記レンズ部材の多連シリンドリカルレンズを構成する各シリンドリカルレンズの凸面をＬＥＤ光源側に向けて配置すると共に、上記凸レンズの凸面をＬＥＤ光源側とは反対側に向けて配置したことを特徴とする。
【０００７】
本発明の請求項２に記載のＬＥＤ光源モジュールは、請求項１に記載のＬＥＤ光源モジュールにおいて、
上記ＬＥＤ光源を構成するＬＥＤチップの上方に、凸レンズより成る補助レンズを配置したことを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項３に記載のＬＥＤ光源モジュールは、請求項１又は２に記載のＬＥＤ光源モジュールにおいて、
上記ＬＥＤ光源とレンズ部材との間に、ＬＥＤ光源側からレンズ部材側へ向かって徐々に拡開する反射型遮蔽材を配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のＬＥＤ光源モジュールは、ＬＥＤ光源を囲繞するホルダー部材の矩形状の開口をレンズ部材で閉塞し、該レンズ部材の多連シリンドリカルレンズを構成する各シリンドリカルレンズの凸面をＬＥＤ光源側に向けて配置すると共に、上記凸レンズの凸面をＬＥＤ光源側とは反対側に向けて配置したことにより、シリンドリカルレンズの凸面36ａから入光して線状に集光されたＬＥＤ光源の光が、凸レンズで集光後出射し、出射光は交差・拡散してＬＥＤ光源モジュールから所定距離離れた照射面において略矩形状に照射されるので、ＬＥＤ光源から放射される略円形の照射形状を略矩形の照射形状に変換することができる。
【００１０】
請求項２に記載のＬＥＤ光源モジュールの如く、上記ＬＥＤ光源を構成するＬＥＤチップの上方に、凸レンズより成る補助レンズを配置した場合には、ＬＥＤチップから放射された光が補助レンズで集光されてＬＥＤ光源の光の指向角が小さくなり、その結果、レンズ部材に入射する光の量を増大させることができるので、照射光の照度を向上させることができる。
【００１１】
請求項３に記載のＬＥＤ光源モジュールの如く、ＬＥＤ光源とレンズ部材との間に、ＬＥＤ光源側からレンズ部材側へ向かって徐々に拡開する反射型遮蔽材を配置した場合には、略矩形状の照射形状の形成に寄与しない余分な光を遮光することができ、鮮明な矩形状の照射形状を得ることができる。また、レンズ部材へ向かわないＬＥＤ光源の光を反射させてレンズ部材へ導くことができるため、光を遮光することによる照度の低下を補うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面に基づき、本発明に係るＬＥＤ光源モジュールの実施形態を説明する。
図１及び図２は、本発明に係る第１のＬＥＤ光源モジュール10を示すものであり、図１は第１のＬＥＤ光源モジュール10を模式的に示す中央横断面図、図２は第１のＬＥＤ光源モジュール10を模式的に示す中央縦断面図である。
【００１３】
本発明の第１のＬＥＤ光源モジュール10は、図１及び図２に示すように、回路基板12上に配置されたＬＥＤ光源14と、該ＬＥＤ光源14を囲繞するように回路基板12上に載置され、上端に矩形状の開口を有する略直方体状のホルダー部材16と、上記ＬＥＤ光源14の上方に配置されるレンズ部材18を有している。
【００１４】
上記レンズ部材18の下端の左右にはフランジ20が形成されており、該フランジ20をホルダー部材16の側壁上端に形成された段部22上に載置することにより、ホルダー部材16の矩形状の上端開口がレンズ部材18で閉塞されている。
【００１５】
上記ＬＥＤ光源14は、図３に一例を示すように、樹脂やセラミック等より成る円盤状の絶縁基板23に設けた凹部24の底面に配設した第１の導体パターン26ａ上にＬＥＤチップ28をダイボンドすることにより、ＬＥＤチップ28底面の一方の電極（図示せず）と第１の導体パターン26ａとを電気的に接続している。上記第１の導体パターン26ａは、凹部24の底面及び内周面、絶縁基板23の上面及び外周面を経て絶縁基板23外方へ取り出されている。
【００１６】
上記ＬＥＤチップ28は窒化ガリウム系半導体結晶等で構成されており、後述する蛍光体を励起させる波長の紫外線及び４１０ｎｍ〜４９０ｎｍ波長の青色又は青紫等の青色系可視光を発光するものである。
【００１７】
また、上記第１の導体パターン26ａと所定間隙を設けて凹部24の底面に配設した第２の導体パターン26ｂと、上記ＬＥＤチップ28上面の他方の電極（図示せず）とをボンディングワイヤ30を介して電気的に接続して成る。上記第２の導体パターン26ｂは、凹部24の底面及び内周面、絶縁基板23の上面及び外周面を経て絶縁基板23外方へ取り出されている。
【００１８】
上記ＬＥＤチップ28は、絶縁基板23の凹部24内に充填されたシリコン樹脂等の透光性材料より成るコーティング材32によって被覆・封止されている。
また、上記コーティング材32中には、ＬＥＤチップ28の発光を約５６０ｎｍ〜約５９０ｎｍ程度の黄色系可視光に変換する黄色蛍光体34Yと、ＬＥＤチップ28の発光を約６００ｎｍ〜約７８０ｎｍ程度の赤色系可視光に変換する赤色蛍光体34Rが分散状態で多数混入されている。
【００１９】
上記黄色蛍光体34Yとしては、例えば、（Ｙ，Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ等のＹＡＧ蛍光体が該当する。
また、上記赤色蛍光体34Rとしては、例えば、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ，Ｃｌ、ＺｎＳ：Ｍｎ、ＣａＳ：Ｅｕ等の硫化物系蛍光体が該当する。
【００２０】
上記ＬＥＤ光源14は、第１の導体パターン26ａ及び第２の導体パターン26ｂを介してＬＥＤチップ28に電圧が印加されると、ＬＥＤチップ28から紫外線及び青色系可視光が発光する。また、ＬＥＤチップ28の発光を受けて、黄色蛍光体34Yから黄色系可視光が放射されると共に、赤色蛍光体34Rから赤色系可視光が放射される。
そして、ＬＥＤチップ28から放射される青色系可視光、黄色蛍光体34Yから放射される黄色系可視光、赤色蛍光体34Rから放射される赤色系可視光とが混色することにより白色光が得られ、該白色光がＬＥＤ光源14外部へ放射されるのである。
【００２１】
尚、ＬＥＤチップ28から放射される青色系可視光と黄色蛍光体34Yから放射される黄色系可視光とを混色させるだけでも白色光を得ることができるが、この白色光には波長成分として赤色成分が含まれていないため演色性が低い（悪い）という問題が生じる。尚、演色性とは太陽光（自然光）と比較して物を見たときの色の見え方のことをいい、太陽光（自然光）に近い色の見え方をする程、演色性が高い（良い）ものとなる。
【００２２】
殊に、歯科治療用の無影灯に用いられる光源にあっては、演色性が低いと患者の口内の皮膚や血の色が分かりにくく、赤い血が黒く見えてしまう場合等においては治療ミスにつながる可能性があることから、高い演色性が求められる。具体的には、日本工業規格JIS Z 8726 「光源の演色性評価方法」において、１５色の試験色の評価数の平均値である平均演色評価数Ｒａ＝８５以上が必要である。
【００２３】
上記の通り、本発明のＬＥＤ光源14は、コーティング材32中に黄色蛍光体34Yと共に、赤色成分を補う赤色蛍光体34Rが分散されているので演色性が高く、コーティング材32中に混入する黄色蛍光体34Yと赤色蛍光体34Rの混入割合を適宜調整することにより、平均演色評価数Ｒａ＝８５以上を実現することができる。
【００２４】
図４及び図５は、本発明に係る第１のＬＥＤ光源モジュール10の上記レンズ部材18を示すものであり、図４の（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は底面図、図５の（ａ）は側面図、図５の（ｂ）は図４のＡ−Ａ断面図、図５の（ｃ）は図４のＢ−Ｂ断面図である。
【００２５】
本発明のレンズ部材18は、複数のシリンドリカルレンズ36を並列に連接（本実施例の場合は５個のシリンドリカルレンズ36を並列に連接）して成る多連シリンドリカルレンズ38と、該多連シリンドリカルレンズ38と一体的に形成されると共に、上記多連シリンドリカルレンズ38の上方に配置される凸レンズ40で構成されている。
シリンドリカルレンズ36は平凸状と成された所謂カマボコ型のレンズであり、該シリンドリカルレンズ36の凸面36ａに平行光を入光させると線状に集光するものである。
【００２６】
図１に示すように、上記レンズ部材18は、ＬＥＤ光源14に向かって多連シリンドリカルレンズ38、凸レンズ40の順で配置されていると共に、多連シリンドリカルレンズ38を構成する５個のシリンドリカルレンズ36の凸面36ａがＬＥＤ光源14側に向けて配置されると共に、凸レンズ40の凸面40ａがＬＥＤ光源14側とは反対側に向けて配置されている。
【００２７】
本発明の第１のＬＥＤ光源モジュール10は、ＬＥＤ光源14を囲繞するホルダー部材16の矩形状の開口をレンズ部材18で閉塞し、該レンズ部材18の多連シリンドリカルレンズ38を構成する各シリンドリカルレンズ36の凸面36ａをＬＥＤ光源14側に向けて配置すると共に、上記凸レンズ40の凸面40ａをＬＥＤ光源14側とは反対側に向けて配置したことにより、シリンドリカルレンズ36の凸面36ａから入光して線状に集光されたＬＥＤ光源14の光が、凸レンズ40で集光後出射し（図６及び図７参照）、出射光は交差・拡散してＬＥＤ光源モジュール10から所定距離離れた照射面において略矩形状に照射されるので、ＬＥＤ光源14から放射される略円形の照射形状を略矩形の照射形状に変換することができる。
【００２８】
図８及び図９は、本発明に係る第２のＬＥＤ光源モジュール50を示すものであり、該第２のＬＥＤ光源モジュール50は、図１０に示すように、ＬＥＤ光源14のＬＥＤチップ28を封止するコーティング材32上に凸レンズより成る補助レンズ52を形成することにより、ＬＥＤチップ28の上方に補助レンズ52を配置した点に特徴を有するものであり、その他の構成は上記第１のＬＥＤ光源モジュール10と実質的に同じである。
尚、コーティング材32と補助レンズ52の界面での光の反射散乱を防止するため、補助レンズ52は、コーティング材32と同一材料で構成して屈折率を同一とするのが好ましい。
【００２９】
第２のＬＥＤ光源モジュール50にあっては、ＬＥＤチップ28の上方に凸レンズより成る補助レンズ52を配置したので、ＬＥＤチップ28から放射された光が補助レンズ52で集光され、図１１及び図１２に示すように、ＬＥＤ光源14の光の指向角θが小さくなり、その結果、レンズ部材18に入射する光の量を増大させることができるので、照射光の照度を向上させることができる。
【００３０】
図１３及び図１４は、本発明に係る第３のＬＥＤ光源モジュール60を示すものであり、該第３のＬＥＤ光源モジュール60は、ＬＥＤ光源14とレンズ部材18との間に反射型遮蔽材62を設けた点に特徴を有するものであり、その他の構成は上記第１のＬＥＤ光源モジュール10と実質的に同様である。
上記反射型遮蔽材62は、光反射率の高い白色と成された一対の板材62ａ，62ａで構成されており、上記一対の板材62ａ，62ａを、ＬＥＤ光源14側からレンズ部材18側へ向かって徐々に拡開するように対向配置して成る。上記一対の板材62ａ，62ａは、ホルダー部材16の内壁に形成した凸部64上に載置されている。
尚、上記白色の板材62ａの代わりに、アルミニウム等の光反射率の高い材料で構成された板材62ａを用いても良い。
【００３１】
第３のＬＥＤ光源モジュール60にあっては、ＬＥＤ光源14とレンズ部材18との間に、一対の板材62ａ，62ａをＬＥＤ光源14側からレンズ部材18側へ向かって徐々に拡開するように対向配置して成る反射型遮蔽材62を配置したことから、略矩形状の照射形状の形成に寄与しない余分な光を遮光することができ、鮮明な矩形状の照射形状を得ることができる。また、レンズ部材18へ向かわないＬＥＤ光源14の光を反射させてレンズ部材18へ導くことができるため、光を遮光することによる照度の低下を補うことができる。
【００３２】
また、図１５及び図１６は、本発明に係る第４のＬＥＤ光源モジュール70を示すものであり、該第４のＬＥＤ光源モジュール70は、ＬＥＤ光源14とレンズ部材18との間に反射型遮蔽材72を設けた点に特徴を有するものであり、その他の構成は上記第２のＬＥＤ光源モジュール50と実質的に同様である。
【００３３】
上記反射型遮蔽材72は、光反射率の高い白色と成された一対の板材72ａ，72ａで構成されており、上記一対の板材72ａ，72ａを、ＬＥＤ光源14側からレンズ部材18側へ向かって徐々に拡開するように対向配置して成る。上記一対の板材72ａ，72ａは、ホルダー部材16の内壁に形成した凸部74上に載置されている。
【００３４】
第４のＬＥＤ光源モジュール70にあっては、ＬＥＤ光源14とレンズ部材18との間に、一対の板材72ａ，72ａをＬＥＤ光源14側からレンズ部材18側へ向かって徐々に拡開するように対向配置して成る反射型遮蔽材72を配置したことから、略矩形状の照射形状の形成に寄与しない余分な光を遮光することができ、鮮明な矩形状の照射形状を得ることができる。また、レンズ部材18へ向かわないＬＥＤ光源14の光を反射させてレンズ部材18へ導くことができるため、光を遮光することによる照度の低下を補うことができる。
【００３５】
本発明者らは、上記第１のＬＥＤ光源モジュール10〜第４のＬＥＤ光源モジュール70について、矩形状の照射面の照度（Lx）、明るさ（Lm）、色度座標（CIEx,CIEy）、色温度（Ｋ）、平均演色評価数（Ｒａ）の測定試験を行った。尚、ＬＥＤ光源14の平均設定電流（IfmA）は３５０mAである。
照度の低いものから高いもの順に並べた測定結果を図１７に示す。
【００３６】
図１７に示す通り、補助レンズ52を有しない第１のＬＥＤ光源モジュール10［図１７の(2)］及び第３のＬＥＤ光源モジュール60［図１７の(1)］より、補助レンズ52を有する第２のＬＥＤ光源モジュール50［図１７の(4)］及び第４のＬＥＤ光源モジュール70［図１７の(3)］の方が照度が高くなっており、補助レンズ52が照度向上に寄与することが判る。
【００３７】
共に補助レンズ52を有しない第１のＬＥＤ光源モジュール10［図１７の(2)］と第３のＬＥＤ光源モジュール60［図１７の(1)］との比較においては、反射型遮蔽板62を備えた第３のＬＥＤ光源モジュール60より、反射型遮蔽板62を備えない第１のＬＥＤ光源モジュール10の方が照度及び明るさが高くなっている。
また、共に補助レンズ52を有する第２のＬＥＤ光源モジュール50［図１７の(4)］と第４のＬＥＤ光源モジュール70［図１７の(3)］との比較においては、反射型遮蔽板72を備えた第４のＬＥＤ光源モジュール70より、反射型遮蔽板72を備えない第２のＬＥＤ光源モジュール50の方が照度及び明るさが高くなっている。
これは、上記の通り、反射型遮蔽板62，72を備えた場合には、鮮明な矩形状の照射形状を得ることができる反面、ＬＥＤ光源14の光を一部遮光するためである。
【００３８】
第１のＬＥＤ光源モジュール10〜第４のＬＥＤ光源モジュール70は、色度座標ＣＩＥｘが０．３４８〜０．３８５、ＣＩＥｙが０．３４３〜０．３６２の範囲の白色光が
得られている。
【００３９】
色温度は光源が発している光の色を定量的な数値で表現する単位（Ｋ：ケルビン）である。第１のＬＥＤ光源モジュール10は３７６９Ｋであり温白色、第２のＬＥＤ光源モジュール50は４８７１Ｋであり昼白色、第３のＬＥＤ光源モジュール60は３８１７Ｋであり温白色、第４のＬＥＤ光源モジュール70は４８５８Ｋであり昼白色が得られた。
【００４０】
演色性に関しては、第１のＬＥＤ光源モジュール10〜第４のＬＥＤ光源モジュール70の何れもがＲａ＝９２以上を実現しており高い演色性を有している。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る第１のＬＥＤ光源モジュールを模式的に示す中央横断面図である。
【図２】本発明に係る第１のＬＥＤ光源モジュールを模式的に示す中央縦断面図である。
【図３】第１のＬＥＤ光源モジュールのＬＥＤ光源を模式的に示す断面図である。
【図４】第１のＬＥＤ光源モジュールのレンズ部材を示す（ａ）正面図、（ｂ）平面図、（ｃ）底面図である。
【図５】第１のＬＥＤ光源モジュールのレンズ部材を示す（ａ）側面図、（ｂ）図４のＡ−Ａ断面図、（ｃ）図４のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】第１のＬＥＤ光源モジュールにおけるレンズ部材への光の入射光及び出射光の軌跡を示す正面図である。
【図７】第１のＬＥＤ光源モジュールにおけるレンズ部材への光の入射光及び出射光の軌跡を示す側面図である。
【図８】本発明に係る第２のＬＥＤ光源モジュールを模式的に示す中央横断面図である。
【図９】本発明に係る第２のＬＥＤ光源モジュールを模式的に示す中央縦断面図である。
【図１０】第２のＬＥＤ光源モジュールのＬＥＤ光源を模式的に示す断面図である。
【図１１】第２のＬＥＤ光源モジュールにおけるレンズ部材への光の入射光及び出射光の軌跡を示す正面説明図である。
【図１２】第２のＬＥＤ光源モジュールにおけるレンズ部材への光の入射光及び出射光の軌跡を示す側面説明図である。
【図１３】本発明に係る第３のＬＥＤ光源モジュールを模式的に示す中央横断面図である。
【図１４】本発明に係る第３のＬＥＤ光源モジュールを模式的に示す中央縦断面図である。
【図１５】本発明に係る第４のＬＥＤ光源モジュールを模式的に示す中央横断面図である。
【図１６】本発明に係る第４のＬＥＤ光源モジュールを模式的に示す中央縦断面図である。
【図１７】第１のＬＥＤ光源モジュール〜第４のＬＥＤ光源モジュールの照度（Lx）、明るさ（Lm）、色度座標（CIEx,CIEy）、色温度（Ｋ）、平均演色評価数（Ｒａ）の測定結果を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４２】
10    第１のＬＥＤ光源モジュール
12    回路基板
14    ＬＥＤ光源
16    ホルダー部材
18    レンズ部材
20    フランジ
22    段部
23    絶縁基板
24    凹部
26ａ  第１の導体パターン
26ｂ  第２の導体パターン
28    ＬＥＤチップ
30    ボンディングワイヤ
32    コーティング材
34Y  黄色蛍光体
34R  赤色蛍光体
36    シリンドリカルレンズ
36ａ  シリンドリカルレンズの凸面
38    多連シリンドリカルレンズ
40    凸レンズ
40ａ 凸レンズの凸面
50    第２のＬＥＤ光源モジュール
52    補助レンズ
60    第３のＬＥＤ光源モジュール
62    反射型遮蔽材
62ａ 板材
64    凸部
70    第４のＬＥＤ光源モジュール
72    反射型遮蔽材
72ａ 板材
74    凸部
【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】
2014011171.tif 000009
【図８】
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【図９】
2014011171.tif 000011
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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