(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の基板と、
前記第１及び第２の基板の間に挟持された複数の光源素子と、
前記光源素子に関連付けられ且つ前記第１及び第２の基板の間に挟持された複数の制御回路と、
前記複数の制御回路に共通であり且つ前記第１及び第２の基板の間に挟持された薄膜の入力電力供給電極と、
前記複数の光源素子に共通であり且つ前記第１及び第２の基板の間に挟持された薄膜の出力電力ドレイン電極と、
を有する光出力素子であって、
前記複数の制御回路は、前記入力電力供給電極から入力電圧が供給される入力部コネクタと、１つ以上の前記光源素子を制御するための第１の出力部コネクタと、出力抵抗に接続される第２の出力部コネクタと、制御信号を受信するための制御入力部コネクタと、制御信号を出力するための制御出力部コネクタと、基準コネクタとを有し、
前記複数の制御回路は直列に接続され、或る制御回路の制御出力部コネクタはデータ線を介して次の制御回路の制御入力部コネクタに接続され、
前記出力抵抗は、前記出力電力ドレイン電極に接続され、
前記基準コネクタ上の電圧は、前記出力電力ドレイン電極上の電圧と等しく、
前記制御回路に電力を供給するための供給電圧は、前記第２の出力部コネクタ上の電圧と前記基準コネクタ上の電圧との間の差に基づくものであり、
前記複数の制御回路は、前記制御信号に基づいて前記関連する光源素子と前記出力抵抗との間で選択的に出力電力を供給するように構成された、光出力素子。
【請求項２】
各前記制御回路の前記制御入力部コネクタは、シリアルデータ信号を受信し、前記出力電力が、前記データ信号の１つ以上のビットに依存して前記関連する光源素子と前記出力抵抗との間で選択的に供給される、請求項１に記載の光出力素子。
【請求項３】
各前記制御回路の前記制御出力部コネクタは、前記シリアルデータ信号の１つ以上のビットが除去されたシリアルデータ信号を出力するように構成された、請求項２に記載の光出力素子。
【請求項４】
前記光源素子の２次元のアレイ及び関連する制御回路を有し、前記光源素子及び制御回路は２つの群に分割され、各前記群は複数の光源素子及び制御回路並びに各制御回路の入力部コネクタに接続された入力電力供給電極を有する、請求項２又は３に記載の光出力素子。
【請求項５】
各前記群は、各前記光源素子に接続された出力電力ドレイン電極を有し、各前記群は行又は列を有し、前記入力電力供給電極は行又は列の線であり、前記出力電力ドレイン電極は行又は列の線である、請求項４に記載の光出力素子。
【請求項６】
各前記制御回路は、異なる抵抗を持つ複数の出力部を有する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光出力素子。
【請求項７】
前記光源素子は、ＬＥＤ素子又はＬＥＤ素子の群を有する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光出力素子。
【請求項８】
前記光源素子は、無機ＬＥＤ、有機ＬＥＤ又は高分子ＬＥＤを有する、請求項７に記載の光出力素子。
【請求項９】
前記光源素子は、レーザダイオードを有する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光出力素子。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光出力素子と、前記制御回路に供給される信号を制御するための照明コントローラと、を有する照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光出力素子に関し、特に透明基板構造に関連する離散的な光源を利用する光出力素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の照明素子の知られた一例は、いわゆる「LED in glass」素子である。一例が図１に示される。典型的にガラス板が利用され、透明な導電皮膜（例えばＩＴＯ）が電極を形成する。導電皮膜は、半導体ＬＥＤ素子に接続される電極を形成するためパターニングされる。該アセンブリは、熱可塑性層（例えばポリビニルブチラール、ＰＶＢ）内にＬＥＤを持つ、ガラスを積層することにより完成させられる。
【０００３】
この種の素子の用途は、棚、ショーケース、ファサード、オフィスのパーティション、壁の被膜、及び装飾照明である。該照明素子は、画像の表示のため、又は単に装飾の目的のために、他の物体の照明のために利用されることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の素子の問題の一つは、例えば画像又は動的なパターンを表示するため、ガラス中の個々のＬＥＤがスイッチオン及びオフされるようにすることを可能とする構造を提供することが困難である点である。透明な電極の２次元パターンが望ましいが、層構造が単純なままに維持されるべき場合には交差が回避される必要があるため、このことは困難なのである。個々の配線が（２次元パターンではなく）各ＬＥＤに対して利用される場合には、このことは非常に高い配線抵抗（例えばＩＴＯ電極）に導き、これら配線において高い電気的な損失をもたらす。
【０００５】
本発明の目的は、比較的単純な導電体パターンを用いて、光源素子又は光源素子の群の独立した制御を提供することにある。
【０００６】
本発明によれば、
基板構成と、
前記基板構成の構造に組み込まれた複数の光源素子と、
前記光源素子に関連付けられ且つ前記基板構成の構造に組み込まれた複数の制御回路と、
を有する光出力素子であって、各前記制御回路は少なくとも４つの接続されたコネクタを有し、少なくとも１つの前記コネクタが、前記光源素子の１つ以上に結合された、光出力素子が提供される。
【０００７】
本発明は、光源素子と共に基板の構造に埋め込まれた制御回路を提供する。該制御回路は、接続（例えば電力線）を共有し、共有されたバス型の制御システムを利用することができ、該構成はそれ故、多量の別個の導電体の必要を回避する。
【０００８】
該制御回路は、５又は６個のコネクタを持っても良い。
【０００９】
好適には、各前記制御回路は、入力電圧が供給される入力部と、１つ以上の前記光源素子を制御するための出力部と、制御信号を受信するための制御入力部と、制御信号を出力するための制御出力部と、を有する。
【００１０】
このことは、制御回路が、該制御回路の制御入力及び制御出力を用いて共に結合されることを可能とする。このようにして、これら制御回路は、共通制御線又は制御線のセットに沿って備えられることができ、そのため、制御線が制御回路間又は制御回路の群間で共有されることができる。
【００１１】
前記複数の制御回路は直列に接続されても良く、或る制御回路の制御出力部は次の制御回路の制御入力部に接続されても良い。このことは、単一のデータ線が、光源素子の群を制御するために利用されることを可能とする。制御信号は、回路から回路へと送られる。このことは、電力線（及び制御線）が低い抵抗即ち広いトラックで定義されることを可能とする。
【００１２】
各前記制御回路の前記制御入力部は好適には、シリアルデータ信号を受信し、前記シリアルデータ信号の１つ以上のビットに依存して前記出力部への前記入力電圧の切り換えを制御するように構成された。このようにして、複数の制御回路の制御を実行するため、シリアルデータ信号が、共有された制御信号線を用いて、制御回路から制御回路へと送られることができる。例えば、各前記制御回路の前記制御出力部は、前記シリアルデータ信号の１つ以上のビットが除去されたシリアルデータ信号を出力するように構成されても良い。斯くして、各制御回路は、シリアル制御語の予め割り当てられた部分に応答し、次いで、次の制御回路が自身の制御信号に応答することができるようにするため該制御語のこれら部分を除去する。
【００１３】
複数の制御回路の全てに対して共通であり、且つ各制御回路入力に接続された、駆動電極が備えられても良い。該電極は、大きな面積及び従って低い抵抗を持ち得る。
【００１４】
各前記制御回路の前記出力部は好適には、それぞれの（２端子の）前記光源素子の第１の端子に接続され、前記素子は好適には、前記複数の光源素子の全てに共通であり且つ各前記光源素子の第２の端子に接続されたドレイン電極を更に有する。ここでもまた、該電極は、大面積の低抵抗電極となり得る。
【００１５】
本装置は、前記光源素子の２次元のアレイ及び関連する制御回路を有しても良く、前記光源素子及び制御回路は２つの群に分割され、各前記群は複数の光源及び制御回路並びに各制御回路の入力部に接続された共通駆動電極を有しても良い。各群はまた好適には、各光源素子に接続された共通ドレイン電極を有する。例えば、光源素子の行及び列のアレイが備えられても良い。
【００１６】
各群はこのとき行又は列を有しても良く、共通駆動電極及び共通ドレイン電極もまた、行又は列のラインである。
【００１７】
例えばアレイの端において、各群の前記共通駆動電極は共に結合され、各群の共通ドレイン電極は共に結合されても良く、基本的に群を並列に配置しても良い。
【００１８】
代替として、第１の群のドレイン電極は、第２の群の駆動電極に接続されても良く、基本的に群を直列に配置しても良い。
【００１９】
各制御回路は、マイクロコントローラを有しても良い。
【００２０】
一例においては、各制御回路は、それぞれが異なる抵抗又は異なる機能を持つ、複数の出力部を有しても良い。このことは例えば制御回路の出力部と光源素子との間に、異なる量の直列抵抗を導入することにより、異なる光源の明るさが提供されることを可能とする。このことはまた例えば、制御回路の近くの基準電圧が、光源のオン／オフ状態に略依存しないことを可能とする。
【００２１】
前記基板構成は、第１及び第２の基板と、前記基板の間に挟持された電極構成とを有しても良く、少なくとも１つの前記光源素子が前記電極構成に接続されても良い。このことは、組み込まれた光源を提供する。例えば、光源素子はそれぞれ、ＬＥＤ素子又はＬＥＤ素子の群を有しても良い。
【００２２】
各制御回路は、（ｉ）光源素子又は複数の光源素子と（ii）出力抵抗器との間で、電力を切り換えしても良い。このことは、電圧供給線が安定電圧のままとなることを可能とする。なぜなら、制御回路が関連する光源素子をスイッチオンするかスイッチオフするかにかかわらず、流れる電流は略一定のままとなり得るからである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ガラス照明素子における既知のＬＥＤを示す。
【図２】図１の装置の単一のＬＥＤをより詳細に示す。
【図３】複数の光源素子の独立した制御を提供するための一方法を示す。
【図４】本発明の光出力素子の第１の例を示す。
【図５】図４の素子の動作を更に説明するために利用される。
【図６】代替のコネクタ配置設計を示す。
【図７】代替の制御回路設計を示す。
【図８】本発明の光出力素子の第２の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の例は、添付図面を参照しながら、以下に詳細に説明される。
【００２５】
異なる図面において類似する部分を示すために同一の参照番号が利用される。
【００２６】
ガラス照明素子中のＬＥＤの構造は、図２に示される。該照明素子は、ガラス板１及び２を有する。これらガラス板の間には、（半）透明電極３ａ及び３ｂ（例えばＩＴＯを用いて形成される）、並びに透明電極３ａ及び３ｂに接続されるＬＥＤ４がある。熱可塑性物質の層５が、ガラス板１と２との間に備えられる（例えばＰＶＢ又はＵＶ樹脂）。
【００２７】
これらガラス板は、典型的には１．１ｍｍ乃至２．１ｍｍの厚さを持つ。ＬＥＤに接続する電極間の間隔は、典型的には０．０１乃至０．３ｍｍ、例えば約０．１５ｍｍである。熱可塑層は、０．３ｍｍ乃至２ｍｍの典型的な厚さを持ち、電極の電気抵抗は２乃至８０Ω、又は１０乃至３０Ω／スクエアの範囲内である。
【００２８】
電極は好適には、該素子の通常の使用において観測者にとって知覚できないように、略透明である。導電体の構成が光の透過における変化をもたらさない場合（例えばパターニングされていないため、又はパターンが見えないため）には、システムが透明となるためには、５０％以上の透明度が十分となり得る。より好適には、透明度は７０％であり、更に好適には９０％以上であり、更に好適には９９％以上である。導電体構成がパターニングされている場合（例えば細い配線が利用されているため）には、透明度は好適には８０％よりも大きく、より好適には９０％よりも大きく、最も好適には９９％よりも大きい。
【００２９】
電極はＩＴＯのような透明な物質でできたものであっても良く、又は通常の利用においては可視ではないように十分に薄い銅のような不透明な物質でできたものであっても良い。適切な物質の例は、米国特許US5,218,351に開示されている。
【００３０】
図３は、個々のＬＥＤを制御するための電極パターンの例を示す。個々の配線１０乃至１５は、幾つかの対応するＬＥＤ４を制御するために利用される。これら配線は、電極物質３の層において切り込み６を作成するためレーザを用いて作成される。この方法における問題点は、配線１０乃至１５が非常に薄く、非常に高い抵抗に帰着し、従って電力の大きな損失に帰着する点である。
【００３１】
本発明は、（ガラスのような）基板に埋め込まれた（ＬＥＤのような）複数の光源を制御するための、代替の方法を提供する。個々の光源の制御は、画像又はその他の動的なパターンの表示を可能とする。
【００３２】
例えば、本発明は、基板に埋め込まれた、光源のためのマイクロコントローラを提供する。このとき、光源の全体を制御するために薄いデータ配線が利用されることができる。
【００３３】
図４は、本発明による第１の実施例を示す。本構成においては、ＬＥＤの行及び列アレイの１つの行における全てのＬＥＤ４に対して電力を供給するために、単一の電極１０が利用される。
【００３４】
ＬＥＤ４がスイッチオンされるか否かを制御するため、マイクロコントローラ７は各ＬＥＤに関連付けられる。マイクロコントローラ７は、４つの接続部を持つ。１つの接続部が複数のマイクロコントローラに共通する入力電極１０に接続され、別の１つの接続部が個々の出力電極１６に接続される。これらは入力及び出力信号端子を定義する。図４の例においては、ＬＥＤ４は、それぞれの電極出力部１６と共通電極１７との間に接続される。斯くして、マイクロコントローラ７は、入力電極１０から出力電極１６へ電力を選択的に送ることにより対応するＬＥＤ４のオン／オフ状態を制御することができ、該電力が次いでＬＥＤ４を駆動する。
【００３５】
マイクロコントローラ７がＬＥＤ４をスイッチオンするか否かを決定することを可能とするため、該マイクロコントローラ７はデータ線１８から該マイクロコントローラ７が受信するデータを利用する。該データ線は、該線上の全てのマイクロコントローラを制御するために利用されるシリアルデータ列を搬送する。該データ線は斯くしてマイクロコントローラ７の制御入力部に接続し、それぞれのマイクロコントローラもまた、直列構成における次のマイクロコントローラにデータ列を送るための制御出力部を持つ。
【００３６】
図４は、ＬＥＤ及び制御回路の２つの行を示す。各行は、一方の行線として自身の共通電力供給線１０と、他方の行線として共通ドレイン線１７を持つが、該共通電力供給線は互いに接続されても良く（例えばアレイの端部において）、同様に共通ドレイン線が互いに接続されても良い。このことは、アレイ領域内での交差を回避する。代替として、ドレイン線１７と次の行の電力線とが同一の電極であっても良い（従って、第１の行のドレイン線と第２の行の電力線とが一体化される）。
【００３７】
図５は、データの列「１１０」がどのようにデータ線１８に入力され、マイクロコントローラによって解釈されるかを、より詳細に示す。第１のマイクロコントローラ７は、対応するＬＥＤ４がスイッチオンされるべきであることを決定するための、当該列における第１の記号「１」を利用する。該マイクロコントローラは該第１のアイテムを該データ列から除去し、制御出力部を用いて残りのデータ「１０」を次のマイクロコントローラに転送し、該残りのデータがデータ線１８の続きを定義する。同様に、該次のマイクロコントローラはＬＥＤをスイッチオンし、データ「０」を最後のマイクロコントローラに転送し、該最後のマイクロコントローラが自身のＬＥＤをオフにする。
【００３８】
本実施例においては、データ線１８のみが示されている。しかしながら、複数のデータ線１８、又はデータ線とマイクロコントローラのための低電力供給との組み合わせが、利用されても良い。
【００３９】
マイクロコントローラの例として、例えばMicrochip Technology社のPIC10F200/202/204/206のような６ピンの８ビット・フラッシュマイクロコントローラが利用されても良い。
【００４０】
図６は、本システムが実際にどのように実装され得るかを、より詳細に示す。本実施例においては、マイクロコントローラに関する２つの更なる問題点が対処される。第１には、マイクロコントローラが電力を供給される必要がある点であり、第２には、マイクロコントローラにおける電力電圧が特定のパラメータ内に留まるべきである点である。
【００４１】
以上に説明された例と同様に、共通電極１０及び１７は、その大きな電極幅のために、低い抵抗を備えられる。データ線はここでも１８として示され、マイクロコントローラ７並びにＬＥＤ４ａ及び４ｂが示される。データ線１８により与えられる情報に基づいて、マイクロコントローラ７は、電極１６ａ又は１６ｂに出力電力を供給する。電力が電極１６ａに供給される場合には、図６におけるＬＥＤ４ａについて示されるように、ＬＥＤがオンにされる。
【００４２】
代替として、電力が電極１６ｂに供給される場合には、ＬＥＤはオンにされないが、高い抵抗を持つように選択された線１６ｂ（ＬＥＤ４ｂについて示されるような）を通って電力が流れ、そのため電極１６ｂの両端における電圧降下は、ＬＥＤのために利用されたとした場合の電圧に類似する。この手法を用いて、マイクロコントローラの基準コネクタピンにおける安定した電圧Ｖｓを実現することが可能である。
【００４３】
マイクロコントローラのための供給電圧は、線１６ｂの出力電圧である、線１０上の電圧とピンＶｓ上の電圧との間の差に基づく。本例においては、１６ｂの出力電圧は線１０の電圧と等しく、従って供給電圧は線１０と線１７との間の電圧差に基づく。線１７における安定した電圧は斯くして、安定したチップ電力供給を確実にする。
【００４４】
白矢印は、ＬＥＤ４ａをオンにし、ＬＥＤ４ｂをオフにするための、電流の経路を示す。ＬＥＤの出力部における電圧は等しく（ＬＥＤがオフの場合にはＬＥＤの両端の電圧降下は０であるが、経路１６ｂの結果、出力電圧は不変である）、そのため線１０及び１７における電圧、並びにマイクロコントローラに対する供給電圧は、安定である。
【００４５】
図６に示される実施例の更なる利点は、或るＬＥＤの障害が、他のＬＥＤに対する問題に導かない点である。これは、全てのＬＥＤ及びマイクロコントローラが、同一の電極１０と１７との間に、並列に接続されるからである。
【００４６】
一般に、マイクロコントローラ７は、光源に接続された導電体構成に接続された少なくとも１つのコネクタを持つ、少なくとも４つのコネクタを有する、その他のいずれの電気的な構成要素であっても良い。好適には、電力を導伝するため２つのコネクタを利用し、少なくとも１つの付加的な入力部と、制御信号のための１つの付加的な出力接続を持つ。
【００４７】
例えば、単純化された素子は、図７に示されるように、データ線１８に接続されたトランジスタを有しても良い。該データ線は該トランジスタをスイッチオン又はオフし、それにより共通入力部１０と一意な出力部１６との間の切り換えを実行する。
【００４８】
図７による素子を利用して、ガラス中の画像のオン／オフ状態を制御することが可能である（該ガラスは画像を表示しても良いし、ＬＥＤがオフにされても良い）。更なる実施例においては、マイクロコントローラとＬＥＤとが組み合わせられても良い。このことは、ＬＥＤとマイクロコントローラとを１つの素子に組み込むことにより実装され得る。しかしながら、小型の配線によりＬＥＤをマイクロコントローラに接続することも可能である。該小型の配線は、電極１６を置き換える。この利点は、電極１６の抵抗が回避され、更に低減された電力の損失に導くことである。
【００４９】
更なる実施例においては、図８に示されるように、マイクロコントローラは、ＬＥＤの光強度を制御するためにも利用される。図示される例においては、このことは、３つの電極線１９ａ、１９ｂ及び１９ｃに導く幾つかの出力コネクタを持つマイクロコントローラを利用することにより実行される。電極線１６の幅及び長さは、線１９ａ、１９ｂ及び１９ｃが異なる抵抗を持つように選択される。好適には、経路１９ｂ（ＬＥＤに対する接続抵抗を含む）による抵抗は、１９ａによる抵抗の半分であり、１９ｃによる抵抗は１９ｂによる抵抗の半分である。
【００５０】
マイクロコントローラが共通入力１０から第１の出力部１９ａへと電力を送る場合には、ＬＥＤは特定の光強度を持つこととなる。代わりに、マイクロコントローラが第２の出力部１９ｂにより電力を送る場合には、ＬＥＤは更なる（好適には２倍の）光を発することとなる。所望の光強度を達成するため、マイクロコントローラは、異なる出力端子１９ａ、１９ｂ及び１９ｃに対する電圧出力の組み合わせを生成するように指示されても良い。
【００５１】
本例においては、３つの出力コネクタがマイクロコントローラについて利用されるが、実際にはこの数は変わっても良い。
【００５２】
ＬＥＤの強度を制御する他の方法は、周期的にＬＥＤをスイッチオン及びオフする（例えばパルス幅変調のような本分野において知られた方法を用いて）ことにより達成される。本発明においては、このことは各制御回路により局所的に実行され得る。入力信号に基づいて、ＬＥＤの明るさを制御するため、制御回路が該ＬＥＤのオン／オフ状態を局所的に変調しても良い（又は入力信号が変調されても良い）。本方法は、図６のようなシステムにおいて、特に良く動作する。局所的な変調の利点は、導電体構成の全体が変調される必要があるわけではない点である。このことは、（そうでなければ導電体構成の全体により生成されるであろう）電磁放射の生成を制限する。
【００５３】
以上の例は、個別の光源に関連付けられた光路を示した。しかしながら、本発明は典型的には、大きなガラス板に埋め込まれた多くのＬＥＤ素子として実装されることは、理解されるであろう。ＬＥＤ間の典型的な距離は１ｃｍ乃至１０ｃｍ、例えば約３ｃｍであっても良い。
【００５４】
各光源は単一のＬＥＤ又は複数のＬＥＤを有しても良く、１つの制御回路が複数の光源を制御しても良い。１つの制御回路が複数の光源のためのものである場合には、これら光源は例えば赤色、緑色及び青色のような種々の色であっても良く、斯くして単色光源のカラーサブ画素を定義しても良い。
【００５５】
以上の例はガラス基板を利用するが、プラスチック基板が利用されても良いことは明らかであろう。
【００５６】
透明な（又は少なくとも半透明な）電極を形成するための少数のとり得る物質が、以上に概説された。他の例は、米国特許US5,218,351に見出され、約１０ｍｍ以上離隔され約０．１ｍｍの直径を持つ、又は１ｍｍ以上離隔され約２０μｍの直径を持つ、導電性の配線を含む。これら配線は、金、銀、銅、亜鉛又はステンレスからできたものであっても良い。代替として、外表面が蒸着又は金属めっき等により金属で被覆された、ポリエステル又はナイロンの配線のような樹脂でできたより線が利用されても良い。蒸着されたＳｉＯ２−インジウム合金の導電膜も利用され得る。
【００５７】
特に好適な物質のひとつは、インクジェット又はシルクスクリーン印刷により付着させられ得る導電インクである。該インクは、銀のような微細な金属粒子を含み、０．１Ω／スクエア／ミルよりも小さなコンダクタンスを持つ。インクを用いる典型的な線幅は、０．０８ｍｍ乃至０．８ｍｍである。
【００５８】
その他の電気的な構成要素が、本素子の構造に付加的に組み込まれても良い。
【００５９】
ＬＥＤと制御回路とは１つの集積素子に一体化されても良いし、又は低抵抗配線により接続されても良い。
【００６０】
以上の例において、制御回路は明るさを制御するためのものである。該制御回路の他の機能は、オン／オフ状態のプログラムされたシーケンスであり得る。例えば、該制御回路は、１秒の周期でＬＥＤを明滅させるよう指示されても良い。代替として、該制御回路は、所定の平均周波数（例えば１Ｈｚ）でＬＥＤをランダム的にオン／オフさせるよう指示されても良い。代替として、該制御回路は、オン／オフ状態のシーケンスであって該制御回路が該シーケンスの先頭から再生し続けるシーケンスを用いて指示されても良い。
【００６１】
斯くして、該制御回路は、種々のプログラム可能な光学機能及び効果を実装するために利用されることができる。個々の制御回路に供給される信号を制御するためにこれら効果を制御するため、素子全体のための照明コントローラが備えられる。
【００６２】
種々の変更が、当業者には明らかであろう。
【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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