(57)【要約】【課題】取り付け作業の効率化、および取り付け時に導光体を反らすことにより生じる製品の品質低下を防ぐために、簡易にパネルへ取り付けることが可能な導光体、及びこれを備えた照明装置、表示装置を提供する。【解決手段】光源から射出される光を入射する入射面と、入射した光を視覚方向へと射出する射出面、さらに前記射出面と対向する光偏向面を備えた導光体であって、前記導光体の射出面の形状を、一対の平行な長辺と、前記長辺となす角を持つ短辺による台形形状とすることで、導光体を反らさずに効率良く筐体へ取り付けることが可能となる。また、取り付け作業時間の短縮及び反りにより生じる導光体の品質低下を防止することができる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から射出される光を入射する入射面と、入射した光を視覚方向へと射出する射出面、さらに前記射出面と対向する光偏向面を備えた導光体であって、前記光偏向面には光偏向要素が設けられており、かつ、一対の平行な長辺と、上記長辺となす角を持つ短辺による台形形状を前記射出面に備える角柱体とし、前記射出面には前記入射面と垂直な方向に延在する光閉じ込めレンズを有することを特徴とする導光体。
【請求項２】
前記射出面が、上底が長く、下底が短い台形形状である導光体であって、前記台形形状の上底と第一の短辺のなす角θ１と、前記上底と第二の短辺のなす角θ２が、ともに８３°以上８８°以下の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の導光体。
【請求項３】
前記光偏向要素には疎密パターンニングが施されており、該疎密パターンニングが射出面内で上底側を疎、下底側を密とすることを特徴とする請求項１または２に記載の導光体。
【請求項４】
光源と、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の導光体と、少なくとも一枚以上の光学シートを具備することを特徴とする照明装置。
【請求項５】
光源と、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の導光体と、反射型偏光分離シートを具備することを特徴とする照明装置。
【請求項６】
請求項４または５のいずれか１項に記載の照明装置と、表示画像を規定する画像表示素子とを有することを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に照明光路制御に用いられる導光体、および面状照明装置ならびに表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
低消費電力で動作する液晶表示装置は薄型、軽量の特徴があり、主にパーソナルコンピュータや携帯電話などを中心とした表示装置としての需要が拡大している。特に、最近の大型液晶テレビやフラットディスプレイ等においては、主に直下型方式の照明装置とエッジライト方式の照明装置とが採用されている。直下型方式の照明装置では、光源として複数のＣＣＦＬ（冷陰極管）やＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）が、パネルの背面に規則的に配置される。液晶パネルなどの画面表示装置と光源との間には、光散乱性の強い拡散板が用いられ、光源である冷陰極管やＬＥＤが視認されないようにしている。
【０００３】
一方、エッジライト方式の照明装置は、図１に示すように、複数の冷陰極管やＬＥＤなどの光源６が導光体７と呼ばれる透明性の板の端面に配置される。導光体７における射出面７ｂの逆の面（光偏向面７ａ）には、該導光体７の端面から入射する入射光を効率良く射出面７ｂへと導く光偏向要素１８が設けられており、一般的には、白色のインキをドット状に印刷したものが利用されている（特許文献１）。しかし、白色ドットに入射された光はほぼ無指向に拡散反射されるため、導光体７の射出面７ｂ側の光取り出し効率が低く、光のロスが発生する。
【０００４】
そこで、マイクロレンズをインクジェット法によって導光体７の光偏向面７ａへと形成する方法や、レーザーアブレーション法によって光偏向要素１８を形成する方法などが提案されている。白色インキと違い、導光体７の樹脂と空気との屈折率差による反射、屈折、透過を利用しているため、光吸収はほとんど生じない。そのため、白色インキに比べて光取り出し効率の高い導光体７を得ることができる。
【０００５】
導光体７の光偏向面７ａに形成される光偏向要素１８は、二次元的な疎密配置とする必要がある。光軸方向のみに疎密パターンニングを施すと、端面から入射した光が導光体内で扇状に広がり、複数の光源の重なりの影響や、光源が配置されない側端面での反射や漏れ光などの影響により、面内に三角形状の輝度が低い暗部が生じる。
【０００６】
特許文献２には、一次元方向に光偏向要素１８を疎密パターンニングした例として、一方向に延在するプリズム溝を有した導光体が示されている。このような一次元方向のみに疎密パターンニングされた導光体は、上述した輝度が低い暗部が生じるため好ましくない。
【０００７】
このような面内の輝度ムラを低減するには、疎密パターンニングを一次元のみに施すのではなく、面内二次元的に施す必要がある。
【０００８】
また、エッジライト型の照明装置において、ＬＥＤ等の照明装置と導光体の距離を密接にするために、導光体と照明装置の筐体は同等のサイズで規格することが一般的である。そのため、導光体をパネルに組み込む際に、光源側を固定した上で導光体を反らせて取り付けを行う必要がある。これにより、取り付け作業の効率性の低下や反りによる導光体の品質低下といった問題が生じてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１−２４１５９０号公報
【特許文献２】特開２０００−８９０３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述の問題に対して、取り付け作業の効率化、および反りによる導光体の品質低下を防ぐために、反らすことなく簡易に筐体へ取り付けることが可能な導光体の提供が望まれている。そこで、本発明は、簡易に筐体へ組み込むことが可能な導光体、及びこれを備えた照明装置、表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上述の課題を達成するために、以下の様な手段を講じる。
第１の発明は、エッジライト型の照明装置において、光源から射出される光を入射する入射面と、入射した光を視覚方向へと射出する射出面、さらに前記射出面と対向する光偏向面を備えた導光体であって、前記光偏向面には光偏向要素が設けられており、かつ、一対の平行な長辺と、上記長辺となす角を持つ短辺による台形形状を前記射出面に備える角柱体とし、前記射出面には前記入射面と垂直な方向に延在する光閉じ込めレンズを有することを特徴とする導光体である。
第２の発明は、前記射出面が、上底が長く、下底が短い台形形状である導光体であって、前記台形形状の上底と第一の短辺のなす角θ１と、前記上底と第二の短辺のなす角θ２が、ともに８３°以上８８°以下の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の導光体である。
第３の発明は、前記光偏向要素には疎密パターンニングが施されており、該疎密パターンニングが射出面内で上底側を疎、下底側を密とすることを特徴とする請求項１または２に記載の導光体である。
第４の発明は、光源と、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の導光体と、少なくとも一枚以上の光学シートを具備することを特徴とする照明装置である。
第５の発明は、光源と、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の導光体と、反射型偏光分離シートを具備することを特徴とする照明装置である。
第６の発明は、請求項４または５のいずれか１項に記載の照明装置と、表示画像を規定する画像表示素子とを有することを特徴とする表示装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の導光体によれば、光射出面が台形形状の角柱体であるために、導光体を反らさずに効率良く筐体へ取り付けることができ、作業時間の短縮及び反りによる導光体の品質低下を防止することができた。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態による導光体を備えた照明装置を含む液晶表示装置を示す概略断面図である。
【図２】（ａ）光閉じ込めレンズが無い場合の入射光の導光の様子を示す平面図である。（ｂ）導光体を入射面側から眺めた場合の導光の様子を示す平面図である。
【図３】（ａ）光閉じ込めレンズがある場合の入射光の導光の様子を示す平面図である。（ｂ）導光体を入射面側から眺めた場合の導光の様子を示す平面図である。
【図４】（ａ）射出面が長方形で、従来の直方体形状の導光体における、光閉じ込めレンズを形成しない場合の面内輝度分布である。（ｂ）本発明の実施形態による導光体における、光閉じ込めレンズを形成しない場合の面内輝度分布である。
【図５】（ａ）射出面が長方形で、従来の直方体形状の導光体において、光偏向要素（凹形状）を光軸方向に一次元に疎密パターンニングした場合の斜視図である。（ｂ）導光体を、光閉じ込めレンズの延在方向と垂直な面で切断した際の断面図である。
【図６】（ａ）本発明の実施形態による導光体の形状を示す斜視図である。（ｂ）本発明の実施形態による導光体を、光入射面近傍において、光閉じ込めレンズの延在方向と垂直な面で切断した場合の断面図である。（ｃ）本発明の実施形態による導光体を、光射出面（台形）の下底の中心付近において、光閉じ込めレンズの延在方向と垂直な面で切断した場合の断面図である。（ｄ）本発明の実施形態による導光体の形状を示す上面図である。
【図７】（ａ）本発明の導光体における、光偏向要素の他の形状を示す斜視図である。（ｂ）導光体を、光入射面近傍において、光閉じ込めレンズの延在方向と垂直な面で切断した場合の断面図である。（ｃ）本発明の導光体における、光射出面（台形）の下底の中心付近において、光閉じ込めレンズの延在方向と垂直な面で切断した場合の断面図である。
【図８】（ａ）本発明の実施形態による導光体の形状例（等脚台形）である。（ｂ）本発明の実施形態による導光体の他の形状例（短辺と長辺のなす角が異なる台形）である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態における導光体７を備える照明装置３、及び該照明装置３を具備する表示装置１の概略断面図であり、各部位の縮図は実際とは一致していない。
図１に示す表示装置１は、画像表示素子２と、この画像表示素子２の光入射側に臨ませて配置された照明装置３を備える。
画像表示素子（液晶表示素子）２は、液晶層９を２つの偏光板１０、１１を挟んで構成されている。
照明装置３は、拡散性光学シート２８、集光シート２０、拡散シート８、導光体（導光板）７、及び反射板５の順に配置した積層体と、導光体７の側面に配置された光源６を少なくとも含んで構成される。この照明装置３は、拡散性光学シート２８を画像表示素子２に臨ませて配置される。
拡散シート８は、導光体７から射出される光を拡散する機能を有する。集光シート２０は拡散シート８によって拡散された光を、視覚方向Ｆへと集光する機能を有する。拡散性光学シート２８は、集光シート２０によって集光された光を拡散し、また集光シート２０を保護する機能、及び集光シート２０に形成される周期構造と画像表示素子２の周期構造とによるモアレ干渉縞の発生を抑制する機能を有する。あるいは、集光シート２０によって集光された光の偏光を分離する機能を有していても良い。集光シート２０は、例えば基材２３の表面に複数のプリズム２４が形成されたプリズムシートが一般的に良く用いられる。また、偏光分離機能を有する拡散シート２８としては、ＤＢＥＦ（スリーエム社登録商標）に代表されるような、一方の偏光を透過し、もう一方の偏光を反射する反射型偏光分離シートが一般的によく用いられる。反射型偏光分離シートを用いることで、反射した偏光を再利用でき、輝度の向上と光の利用効率の良化が見込まれ、好適に用いられる。
【００１５】
光源６としては、例えば点光源が挙げられる。点光源としては、ＬＥＤ（発光ダイオード）が挙げられ、具体的には白色ＬＥＤや光の３原色である赤色、緑色、青色のチップで構成されるＲＧＢ−ＬＥＤ等が挙げられる。または、光源６はＣＣＦＬに代表される蛍光管であっても良い。図１では、光源６が導光体７の対向する２つの端面７ｃに、その延在方向に複数配置された例を示しているが、これに限らず、１つの端面のみに配置する場合、または４つの端面に配置される場合などもあり得る。
【００１６】
導光体７の視覚方向Ｆが射出面７ｂであり、射出面７ｂとは反対側の面には光偏向面７ａが形成される。光偏向面７ａには、光源６からの入射光を射出面７ｂ側へと偏向する光偏向要素１８が形成される。光偏向要素１８としては、ドット状の構造物、例えば凹型、または凸型のマイクロレンズ形状や角錐形状、円錐形状等の構造物が挙げられる。この光偏向要素１８による射出面７ｂ側への光偏向量は、単位面積当りの光偏向要素１８の占める面積が大きいほど多くなる。
【００１７】
そして、導光体の光射出面７ｂには、光閉じ込めレンズ１６が形成される。光閉じ込めレンズ１６は、レンチキュラー形状や台形プリズム、多角プリズム、または側面が湾曲したプリズムレンズ等様々な形状を取り得る。また光閉じ込めレンズ１６は、射出面７ｂ上に規則的に配置されており、例えば、光閉じ込めレンズ１６は、凹型のマイクロレンズ形状で底面が楕円形状である光偏光要素１８の長軸方向と直交していても良い。
【００１８】
次に、光閉じ込めレンズ１６の機能について、図２を用いて説明する。
図２（ａ）は、光閉じ込めレンズ１６を有さない導光体７の平面図である。光閉じ込めレンズ１６が無い場合、光源６から射出された光は入射面７ｃから導光体７へ入射し、導光体７内部を扇状に広がりながら導光する。
図２（ｂ）は、光閉じ込めレンズ１６を有さない導光体７を入射面７ｃ側から眺めた場合の導光の様子を示す図である。光は射出面７ｂと光偏光面７ａで内部反射を繰り返しながら広がり、伝播する。
【００１９】
一方、図３（ａ）に光閉じ込めレンズ１６がある導光体７の平面図を示す。光閉じ込めレンズがある場合、入射面７ｃから入射した光は、光閉じ込めレンズ１６の内側面によって入射面７ｃと平行な方向に対する向きを変えながら反射を繰り返して導光する。
図３（ｂ）は、導光板７を入射面７ｃ側から眺めた場合の導光の様子を示す図である。光は光閉じ込めレンズ１６に反射されて向きが変えられるので、光閉じ込めレンズ１６が無い場合と比べて略直線状に伝播する。
【００２０】
図６は、本発明の実施の形態における導光体７の形状の一例である。図６（ａ）には斜視図を、図６（ｄ）には上面図を示す。本発明において導光体７の形状は直方体ではなく、一対の平行な長辺（上底７ｄ１  、下底７ｄ２）と、前記上底７ｄ１とのなす角θ１を持つ第一の短辺７ｃ１、および前記上底７ｄ１となす角θ２を持つ第二の短辺７ｃ２による、台形形状を射出面に有する角柱体とすることを特徴としている。なお、上底７ｄ１は下底７ｄ２より長いほうが望ましい。実際に製品として筐体を起こした時に、上底７ｄ１の方が長いと重力の力でフレームにしっかりと嵌り、かつ導光体７が光源６に近い状態を保つことが可能となる。
本発明の射出面に台形形状を備える導光体にあっては、図８（ａ）に示すような等脚台形（θ１＝θ２）、図８（ｂ）に示すようななす角の異なる台形（θ１≠θ２）のいずれも選択することができる。このような形状にすることにより、導光体入光面７ｃを固定した上で導光体を反らせながら組み込む従来の方法に比べて、導光体を筐体に対して滑らせつつ組み込むことが可能となり、作業時間の短縮と導光体の反りによる劣化防止を両立することができる。
なお、前記のなす角θは８３°以上８８°以下の範囲であることが望ましい。θが８３°より小さい場合、傾斜角度が大きすぎるため、光閉じ込めレンズ１６から漏れた光の影響を受け、前記上底７ｄ１に暗部が生じる可能性がある。一方、θが８８°より大きいと、前述した組み込み易さの点で効果が得られにくい。
さらに、フレームの幅と導光体７の大きさに合わせて前記の範囲内でθ１、θ２を設定することで、台形形状の傾斜部分をフレームにより隠すことができ、完成品の外観では従来の液晶テレビの様な長方形形状とすることが可能となる。
【００２１】
また、図４（ａ）のように導光体の射出面が長方形形状の際に、入射面付近を疎、長方形長辺の中心線付近を密とする一次元パターンニングのみで光偏向要素１８を配置し、光閉じ込めレンズ１６を形成しない場合、光源が配置されない側の端面での反射や漏れ光などの影響により暗部Ｄが生じてしまう。一方、図４（ｂ）のように導光体７を台形形状とした場合、ＬＥＤ光の照射の偏りから、暗部Ｄと明部Ｉが生じてしまう。そこで、光源付近と中央部の輝度分布を考慮した上で、光偏向要素１８の疎密パターンニングを上底７ｄ１付近の領域を疎にし、下底７ｄ２付近の領域が密となるように二次元的に配置し、光閉じ込めレンズ１６を形成することで、光量の偏りを低減でき、導光体７の形状を台形形状に変化させても輝度均一性を保持することが可能となる。
【００２２】
本発明の導光体７は、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）に代表されるアクリル樹脂、またはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル共重合体）、ＡＳ（アクリロニトリルスチレン共重合体）等の透明樹脂を用いて、当該技術分野では良く知られている押出成形法、射出成型法、あるいは熱プレス成型法によって、光偏向要素１８、及び光閉じ込めレンズ１６を一体で成形することができる。または、平板の導光体７を上述した製法で成形した後、光偏向要素１８、及び光閉じ込めレンズ１６を印刷法や、ＵＶ硬化樹脂、放射線硬化樹脂などを用いて形成しても良い。
【００２３】
画像表示素子２は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する素子であることが好ましい。画素単位で光を透過／遮光して画像を表示するものであれば、本実施形態の照明装置３により、視覚方向Ｆへの輝度が向上され、光強度の視角度依存性が低減され、さらに、光偏向要素１８の視認性が低減された光を有効に利用して、画像品位の高い画像を表示させることができる。
画像表示素子２は、液晶表示素子であることが好ましい。液晶表示素子は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する代表的な素子であり、他の表示素子に比べて、画像品位を高くすることができるとともに、製造コストを低減することができる。
【００２４】
以上、本発明の照明装置３、並びに表示装置１の実施形態について説明したが、本発明の照明装置３は表示装置１のみに適用されるものではない。すなわち光源６から射出された光を効率的に集光する機能を有する照明装置３として例えば照明機器などにも使用できることは想像に難しくない。
【実施例】
【００２５】
以下、実施例に基づいて本発明について詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【００２６】
以下に示す導光体７と照明装置３を作製した。
導光体７としては、上底７ｄ１と短辺７ｃ１、７ｃ２のなす角θ（θ１＝θ２）を８０°、８７°、９０°とした等脚台形及び直方体形状のものと、なす角θ１＝８５°、θ２＝８６°のもの、およびなす角θ１＝８０°、θ２＝８７°のものの５種類を作製した。下底７ｄ２を９００ｍｍ、θ＝９０°の時の短辺７ｃ１の長さを５００ｍｍ、厚さを３ｍｍとし、二つの短辺７ｃ１、７ｃ２をそれぞれ含む側面を光入射面とした。なお、それぞれの入射面に対向するように、ＬＥＤからなる光源６を一列に配列した。
また、導光体７の光偏向面７ａに形成される光偏向要素１８を凹型のマイクロレンズ形状とした。θ＝９０°以外の４種類の導光体７は、光入射面に近い領域においてはマイクロレンズの占める領域を小さくし、さらに下底付近が最も密になるよう高さ１０μｍのマイクロレンズを配置した。θ＝９０°の場合、導光体７は光偏向要素１８が一次元となるよう、光軸方向のみ疎密パターンニングを配置した。マイクロレンズは底面が楕円形状で、楕円体の一部からなる形状からなり、底面の短軸幅は１００μｍ、長軸幅は２００μｍとし、長軸方向と入射面が平行になるように、光偏向要素１８を六方最密配列した。
また、導光体７の射出面７ｂ側に等方性拡散シート８を載せて照明装置３を作製した。等方性拡散シート８は、透明基材の表面に半球状のマイクロレンズが多数配列されたマイクロレンズシートを用い、マイクロレンズにコリメート光が入射した時の散乱角が１５°であるものを用いた。
導光体７は、アクリル樹脂の押出し成形により、ロール金型に成形した光偏光要素１８のパターンと、光閉じ込めレンズ１６のパターンをアクリル樹脂表面に転写することで一体作製した。
【００２７】
まず、導光体７の筐体への組み込み易さ、及び筐体に組み込んだ時の外観について、以下の方法で確認を行った。各導光体を含むサンプルに対する結果は以下の通りである。なお、θ＝８０°のものを実施例１、θ＝８７°のものを実施例２、θ１＝８５°、θ２＝８６°のものを実施例３、θ１＝８０°、θ２＝８７°のものを実施例４、θ＝９０°のものを比較例１とする。得られた結果を表１に示す。
＜作業性の確認＞
筐体に前記５種類の導光体を組み込み、シート・パネルを取り付け、再びシート・パネル・導光体を取り外す作業をそれぞれ５セット行い、時間を記録した。
＜外観の確認＞
前記５種類の導光体を筐体へ組み込み、幅が３ｃｍの外枠フレームを装着した時の外観の確認を行った。外観に問題が無い場合は○、問題がある場合を×とする。
【表１】
2014241250.tif 000003
【００２８】
以上の評価結果より、比較例１では導光体の組み込みに時間を要したのに対して、実施例１から実施例４ではスムーズに筐体へ組み込むことが可能であった。また、外観の確認結果から、実施例１および実施例４では、なす角θが小さすぎるために、外枠フレームから光源のＬＥＤがはみ出てしまっていた。今回の導光体の寸法では、実施例２および実施例３の導光体が最も好ましい結果となった。
【００２９】
次に、照明装置３を視覚方向Ｆから眺めた時に暗部Ｄおよび明部Ｉが視認されるか否かの確認、及び輝度均一性の評価を以下の方法で行った。得られた結果を表２に示す。
＜暗部Ｄおよび明部Ｉの視認性の確認＞
照明装置３の最表面から視覚方向Ｆ側に距離１００ｃｍ離れた位置に視点を置き、照明装置３を眺めた時に暗部Ｄおよび明部Ｉが視認されるか否かを目視で確認した。それぞれ、視認されれば×、視認されなければ○とする。
＜輝度均一性の評価＞
射出面７ｂにおいて中心を基準とし長辺方向に５分割、短辺方向に５分割して計２５分割した各領域の輝度を超低輝度分光放射計（ＳＲＵＬ２、トプコン製）にて測定した。測定結果から輝度の最大値と最小値の比（最小値÷最大値）が０．６５以上なら均一性を○、０．６５以下なら×として評価した。
【表２】
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【００３０】
以上の評価・測定結果より、実施例１および実施例４では、なす角θが小さすぎるため光閉じ込めレンズからもれた光の影響を受けて特に暗部Ｄが視認され、均一性も０．６５を下回る数値を示した。実施例２および実施例３では、暗部Ｄ・明部Ｉの視認性、輝度の均一性において良好な結果が得られた。一方、比較例１では暗部Ｄが明確に視認され、輝度均一性も低い値を示し、好ましくない結果となった。
【符号の説明】
【００３１】
１…液晶表示装置
２…液晶パネル
３…照明装置
５…反射板
６…光源
７…導光体
７ａ…光偏光面
７ｂ…射出面
７ｃ…導光体入光面
７ｃ１…導光体射出面第一の短辺
７ｃ２…導光体射出面第二の短辺
７ｄ…導光体側面
７ｄ１…導光体射出面上底
７ｄ２…導光体射出面下底
８…等方性拡散シート
９…液晶層
１０…偏光板
１１…偏光板
１６…光閉じ込めレンズ
１８…光偏向要素
２０…プリズムシート
２３…基材
２４…プリズム
２８…拡散シート
Ｄ…暗部
Ｉ…明部
【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】
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【図８】
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