(57)【要約】  中間生産物（１）が、光エミッタのビーム広がりを抑えるための光学フロントビーム誘導要素（２）を備えた光源の製造において用いられる。中間生産物（１）は多数のフロントビーム誘導要素（２）及び、フロントビーム誘導要素（２）が規定の配列に固定される支持体（４）を有する。光学フロントビーム誘導要素（２）が実装され、それによって各光エミッタに取り付けられ得る。支持体（４）は、フロントビーム誘導要素（2；１０；１２，１３；１４，１５）の材料と比較して、より強く、より剛性のある材料から構成される。フロントビーム誘導要素（２）用の高価な材料ですら処理することが可能となり、且つその自動化された更なる処理ステップに特に適していることからコスト利点を有する中間生産物という結果をもたらす。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム広がりを抑えるための及び／又は光エミッタのビームを形成するための、光学フロントビーム誘導要素（２；１０；１２，１３；１４，１５）を備えた光源の製造における中間生産物（１）にして、
多数のフロントビーム誘導要素（２；１０；１２，１３；１４，１５）を備え、
フロントビーム誘導要素（２；１０；１２，１３；１４，１５）を規定の配列に固定する支持体（４）を備え、
光学フロントビーム誘導要素（２；１０；１２，１３；１４，１５）が各々組み込まれることによって、それが各光エミッタに取り付けられ得る、中間生産物（１）において、
支持体（４）が、フロントビーム誘導要素（２；１０；１２，１３；１４，１５）の材料と比較して、より強く、より剛性のある材料で構成されることを特徴とする、中間生産物。
【請求項２】
支持体（４）は、光エミッタ（８）を保持するために、結合部（５）を介してワンピースの状態で支持体の本体（６）に接合されるホルダー部（３）を有することを特徴とする、請求項１に記載の中間生産物。
【請求項３】
ホルダー部（３）は同時に、フロントビーム誘導要素（２；１０；１２，１３；１４，１５）用保持部に相当することを特徴とする、請求項２に記載の中間生産物。
【請求項４】
結合部（５）が分離個所を有することを特徴とする、請求項２又は３に記載の中間生産物。
【請求項５】
フロントビーム誘導要素（２；１０；１２，１３；１４，１５）が、以下のフロントビーム誘導要素の群、即ち、レンズ（２；１３）、回折対物レンズ、反射体（１０；１２）、光学導波路（１４；１５）、プリズムの群からの、少なくとも一つの要素を含んでいることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の中間生産物。
【請求項６】
フロントビーム誘導要素（２；１０；１２，１３；１４，１５）が射出成形された構成部品であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の中間生産物。
【請求項７】
光学導波路（１４，１５）として組み込まれたフロントビーム誘導要素が、多数の装着可能なフロントビーム誘導要素（１４）の発光を結合させるような形態であることを特徴とする、請求項５又は６に記載の中間生産物。
【請求項８】
以下の群、即ちポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、ポリフェニレンスルフィド（PPS）、部分的に芳香族のコポリアミド、液晶ポリマー（LCP）の群のうち、一つの熱可塑性プラスチックで作られた支持体（４）によって特徴付けられる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の中間生産物。
【請求項９】
支持体（４）が、射出成形された構成部品であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の中間生産物。
【請求項１０】
支持体（４）を備えたフロントビーム誘導要素（２；１０；１２，１３；１４，１５）が、二つの射出成形構成部品によって互いに接合されることを特徴とする、請求項６に従属した場合の請求項９に記載の中間生産物。
【請求項１１】
フロントビーム誘導要素（２；１０；１２，１３；１４，１５）が支持体面（７）において、特に二次元配列の形態で配置されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の中間生産物。
【請求項１２】
ホルダー部（３）が、適切で取付可能な光エミッタ（８）に面している側において散乱光を最小化する構造を有し、及び／又は、
支持体の本体（６）及びホルダー部（３）が、光エミッタ（８）の光を吸収する材料で作られていることを特徴とする、請求項２〜１１のいずれか一項に記載の中間生産物。
【請求項１３】
支持体（４）上にフロントビーム誘導要素（２）を固定するために、フロントビーム誘導要素（２）が、支持体（４）の閉鎖突起（１９）と係合する少なくとも一つのアンダーカットを有していることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の中間生産物。
【請求項１４】
支持体（４）が、少なくともフロントビーム誘導要素（２）に面している側において、接着力活性化表面（１２；２１；２２）を有していることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の中間生産物。
【請求項１５】
プラズマ処理された接着力活性化表面（１２；２１；２２）によって特徴付けられる、請求項１４に記載の中間生産物。
【請求項１６】
プライマーコーティングを有する接着力活性化表面（１２；２１；２２）によって特徴付けられる、請求項１４に記載の中間生産物。
【請求項１７】
セラミックコーティングを有する接着力活性化表面（１２；２１；２２）によって特徴付けられる、請求項１４に記載の中間生産物。
【請求項１８】
接着力活性化表面（１２；２１；２２）は、支持体（４）がフロントビーム誘導要素（２）と接触する個所のみに存在することを特徴とする、請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の中間生産物。
【請求項１９】
接着力活性化材料で作られた支持体（４）によって特徴付けられる、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の特徴節の前に係る、ビーム広がりを抑えるための及び／又は光エミッタのビームを形成するための、光学フロントビーム誘導要素（optischen Vorsatz-Strahlfuehrungselementen）を備えた光源の製造における中間生産物に関している。
【背景技術】
【０００２】
この種の中間生産物は、いわゆるマイクロレンズアレイの形状における従来の使用の根拠から知られている。一方で、フロントビーム誘導要素を特に、射出成形可能なシリコーン材料で製造することが可能である。この材料は非常に高価である。従って現在まで、汎用の中間生産物を経済的に製造することは不可能であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って本発明の課題は、フロントビーム誘導要素用の高価な材料であっても、かかる中間生産物に処理されることが可能であるように、且つ特に、自動化された更なる処理工程すら可能となるように、上記種類の中間生産物を更に開発することである。理想的には、多くの異なる光学フロントビーム誘導要素を、射出成形法による一つの工程で経済的に製造することを可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に従うと、この課題は請求項１の特徴付け部分に与えられている特徴構成を有する中間生産物によって成し遂げられる。
【０００５】
本発明によると、光学フロントビーム誘導要素を、支持体と同じ材料で製造することは必ずしも必要ではないということが認められた。本発明に従って支持体はフロントビーム誘導要素とは異なる材料で作られているので、支持体／フロントビーム誘導要素を組み合わせる材料を成形することにおける柔軟性は著しく増す。支持体は、ビーム誘導要素それ自身よりも、安価な材料で作ることができる。このことは、中間生産物に対する費用を減じるために用いられ得る。特に柔らかい材料で作られたフロントビーム誘導要素が用いられる場合、硬い、剛体の支持材料が用いられることによって、フロントビーム誘導要素の望まない変形を回避することができる。また、中間生産物の処理において、光エミッタが、支持体上に配置された各ホルダー部に、結合されたフロントビーム誘導要素と共に、自動的に接合される。続く分離によって、最終生産物、つまり製造された光源は、例えばプリント回路基板上に配置される等、更に自動的に処理され得る。逆接合処理（umgekehrten Feugeprozess）において、支持体上に配置されたホルダー部は、それらに接合されたフロントビーム誘導要素と共に、初めに分離され、且つその次に光エミッタ上に自動的に装着される。支持体によって、繊細なフロントビーム誘導要素すら、他の構成部品上に装着することが可能となる。特に中間生産物は、異なる波長の光を放出する光エミッタと共に、用いられ得る、このようにして光混合が成し遂げられ得る。特に、フロントビーム誘導要素は、射出成形可能なシリコーン材料で作られている。後者は、D70までのショア硬度を有する。支持体の形態によって、完成した光源は、尚支持体構成部品、特に支持体材料のホルダーを有することができる又は有することができない。かかる支持体構成部品は、光エミッタを備えたフロントビーム誘導要素がプリント回路基板上に付けられる前又は後に除去され得る。
【０００６】
請求項２に係るホルダー部は、中間生産物上の光エミッタの、又は光エミッタ上から分離された後に結合された、フロントビーム誘導要素を備えたホルダー部の単純な装着という結果をもたらす。
【０００７】
請求項３に係るホルダー部は、二つの機能、即ち一方で光エミッタを保持し、他方でフロントビーム誘導要素を保持する二つの機能を簡潔に結合する。
【０００８】
請求項４に係るホルダー部は、中間生産物を介して製造された光源の自動的な分離を、特に脱着部位として作られた結合部を外すことによって可能にする。
【０００９】
請求項５に係るフロントビーム誘導要素は、ビーム広がりを抑えるために、既に改善された。同様のフロントビーム誘導要素の組み合わせ、例えば、金属被覆した支持体に付けられたレンズ又は、レンズ出口対物レンズ(Linsen-Austrittsoptik)を備えた光学導波路も可能である。
【００１０】
請求項６に係るフロントビーム誘導要素は、経済的に製造され得る。
【００１１】
請求項７に係るフロントビーム誘導要素は、多くの光エミッタの放出を束ねることが可能である。このように、一つの光エミッタの光放出では不十分である用途、又は様々な波長を放出する光エミッタを用いることによって光混合が成し遂げられる用途が実用的となる。
【００１２】
請求項８に係る材料の支持体は、特に安定である。これら材料のうちの幾つかは、２６０℃までにおいて温度安定である。フロントビーム誘導要素用に適した材料、例えば射出成形可能な透明なシリコーン材料に関連して、これは、続くリフロー半田浴を用いる可能性をもたらす。
【００１３】
請求項９に係る支持体は、経済的に製造され得る。
【００１４】
これも、請求項１０に係る中間生産物に当てはまる。
【００１５】
請求項１１に係る中間生産物は、当該中間生産物が用いられる製造工程の自動装置を単純化する。
【００１６】
請求項１２に係る更なる改善は、後に挿入される光エミッタの稼動中、支持体の光学特性を改良する。拡散光抑制、又はホルダー部及び／又は支持体の本体の影響の吸収により、規定の照射特徴が成し遂げられる。
【００１７】
請求項１３に従って留め具により支持体に固定されたフロントビーム誘導要素の場合、支持体上の保持部及び結合部は省略され得る。留め具結合の代わりに、又は留め具結合に加えて、射出成形体製造中に支持体の同様の縮小による締りばめによって、又はフロントビーム誘導要素と支持体との間の、結合表面の部分的活性化によって固定が成され得る。請求項１３に係る支持体を形成するために、特に光源の製造において、高温のリフロー半田浴に支持体をさらすのを防ぐことを可能にする。該支持体はその時、リフロー半田浴の高温に耐性を有する材料で作られる必要は無い。
【００１８】
請求項１４に係る、接着力活性化表面は、フロントビーム誘導要素の、支持体への接着性を改善する。これは、支持体が、後に光源の部品となるホルダー部を有する場合に特に有利である。
【００１９】
請求項１５〜１７に係る接着力活性化表面は、中間生産物の大量生産に関して用いられ得る。
【００２０】
請求項１８に係る接着剤活性表面は、望まない場所、例えばスプルー溝の領域内への、支持体の望まない強固な接着を防ぐ。
【００２１】
請求項１９に係る支持体の利点は、請求項１４を参照して上記に説明されたものと同一である。
【００２２】
本発明の実施形態は、以下に図に基づいて説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
全体的に、図１及び図２に示されている中間生産物１は、ビーム広がりが抑制されなければならない光源の製造において用いられる。
【００２４】
ビーム広がりを抑制するために、完全に装着された場合に、光源が光エミッタの前にある、フロントビーム誘導要素２が用いられている。図１〜４に係る実施形態のフロントビーム誘導要素の場合、これらは、例えば射出成形され得るシリコーン材料のレンズである。全体で、中間生産物１は２５のレンズ２を有し、整然とした５×５配列として配置される。他の数のレンズ及び配列を有する実施形態が考えられる。配列及び／又は配列サイズの制限は、用いられる射出成形機のサイズに起因する。
【００２５】
各レンズ２は、支持体４のホルダー部３上に置かれる。ホルダー部３はリング状であり、且つ丸みのある四角の外側断面を有している。レンズ２の外径は、ホルダー部３の内側断面よりも大きいが、しかしながら同時にホルダー部３の外側断面よりも小さい。各ホルダー部３と結合している４つのブリッジの形態をしている結合部５によって、各ホルダー部３は支持体４の本体６にワンピースに接合されている。レンズとホルダー部の幾何学形状、及び結合物の数と形状は、用途に従って変形され得る。結合部５は分離個所の形状をしており、それによってホルダー部３は支持体の本体６から容易に除去され得る。
【００２６】
ホルダー部３及び結合部５を備えた支持体４は、高い強度及び剛性を有し、且つ射出成形可能である熱可塑性プラスチックから製造される。例えば、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、ポリフェニレンスルフィド（PPS）、又は部分的に芳香族のコポリアミドである。熱可塑性プラスチックは、任意にガラス繊維強化されても良い。LCP(液晶ポリマー)も支持体４用材料として使用可能である。
【００２７】
レンズ２の配列の仕方は、図３中では図面に対して水平及び垂直に走り、且つ７を付けられている支持体面に対して平行である。
【００２８】
レンズ２は、二つの構成部品射出成形によって支持体４に接合される。代替として、差し込み技術による製造、つまり、第一射出成形工程において、支持体４が形成され、その次に、特に常温成形技術（Kaltkanal-Technik）によってレンズ２が支持体４内の溝によって射出成形されること、も可能である。
【００２９】
図４はLEDの形態をしている、光エミッタ８装着後の中間生産物１の詳細を表す。フロントビーム誘導要素無しでは、つまりレンズ２無しでは、LED８は約１８０°のビーム広がりを有する。LED８はLEDハウジング８ａを有する。LED８を取り付けるために、熱硬化性ゲルがレンズ２の下面に塗られ、且つLED８がLEDハウジング８ａと共にそこにつけられる。ゲルが硬化された後、LED８はホルダー部３内及びレンズ２において固定される。ゲルは、同時に屈折率整合材料としても用いられる。代替として、LEDはゲル無しで、ホルダー部の及び／又はレンズの積極的（formschluessige）結合又は非積極的(kraftschluessige)結合によってLED本体に備えられる。図４はLED８の外縁ビーム９を表しており、ビームの拡散は、レンズ２の効果により抑えられている。
【００３０】
支持体４上にLED8を備えたレンズ２の距離及び配列がプリント回路基板上の所望の配列と等しい場合は、固定されたLED８を備えた中間生産物１は次に、特にリフロー半田浴内で電気的ボンディング工程を受けることができ、当該ボンディング工程で中間生産物１がそれと結合される。電気的ボンディングの次に、ホルダー部３を除いて、支持体４は結合部５を折ることによって除去され得る。プリント回路基板上に機能化光源をもたらす。中間生産物１の全ての材料は、２６０℃の典型的なリフロー半田浴温度に耐性を有する。代替として、例えばマトリクス照明（Matrix-Beleuchtung）が必要である用途において、支持体４をその更なる使用にまとめて供給することが可能である。かかる用途において、結合部も省略可能であるし、ホルダー部は支持体の本体とワンピースに併合可能である。
【００３１】
全く同じ支持体４が、異なる形態のレンズ２に用いられ得る。
【００３２】
図５は中間生産物の更なる実施形態を示している。図１〜４に係る中間生産物に対する参照番号を備えた上記構成部品と同一である構成部品には、同一の参照番号がついており、再度詳細には説明されない。
【００３３】
図５に係る中間生産物は、そのフロントビーム誘導要素として反射体１０を有している。後者は、例えば蒸着によって、同様に凹形に湾曲した、ホルダー部３の内部木口面の内部壁において覆われる。反射体１０は金属材料である。LED８の波長に応じて、反射体１０は金、銀、又はアルミニウム層である。支持体４は、金属物質によって完全に蒸着されても良いし、適切なマスキングによってホルダー部３の内部壁のみの部分蒸着が行われても良い。蒸着の代わりに、反射コーティングが直流電流によって又は成形法（ホイルバックインジェクション：Folienhinterspritzen）によって生じても良い。
【００３４】
図５及び６において、LED8の外縁ビーム９の、二つの実施例が示されている。外縁ビーム９の厳密な位置は、LED８の当初のビーム広がり及び反射体１０の形状に依存する。
【００３５】
図７はフロントビーム誘導要素の更なる実施例を示しており、図６に係る実施形態の反射体１０のタイプに従う反射体１２のビーム誘導結合体１１及び、それの上に例えば成型することによって又は噴霧することによって取り付けられたレンズ１３の形態をしている。ビーム誘導結合体１１の場合、反射体１２とレンズ１３とのビーム作用効果は併合される。
【００３６】
図８〜１０は、挿入されたLED８を備えた中間生産物１の更なる実施形態を表す。上記、図１〜７に係る実施形態に対する参照番号を有する構成部品と同様の構成部品は、同じ参照番号が付けられており、再度詳細に説明はされない。図８は、２×２行列の形態をしている、４つの相互に隣り合ったホルダー部３の領域における、支持体の本体６から見た詳細概略図である。この行列は、レンズ２の規定の配列を具体的に述べている。支持体面は、図８の図面と平行である。４つのホルダー部３の各々は、入力光学導波路部１４と結合されている。入力側において、入力光学導波路部１４は、各LED８を中心的に覆うホルダー部３へ通じている。出力側において、４つ全ての入力光学導波路部１４は、一つの出力光学導波路部１５に併合する。レンズ要素は、この上に任意に置かれ得る。光学導波路部１４，１５は、射出成形可能なシリコーン材料からワンピースに作られる。光学導波路部１４，１５によって、図示された４つのLED8の光は、光学導波路部１５へ括られる。このように括られたLED8の数及び配列は、適宜選択され得る。
【００３７】
図８に係る中間生産物の場合、スペーシングピン１６の形態のスペーサーを用いることによって、支持体の本体６は、支持体の本体６に対して平行に配置された支持板１７から間隔をあけられる。光学導波路部１４，１５は、支持体の本体６と支持板１７との間に配置される。
【００３８】
代替として、回折対物レンズ（回折光学系、diffraktive Optik）がフロントビーム誘導要素２として用いられ得る。
【００３９】
必要ならば、多数の支持体４及び／又は支持体の本体６が互いに接合され得る。必要ならば、特にホルダー部３の領域において支持体４が、散乱光の割合を減じる、黒く塗られたり、又は散乱光を最小化するよう構造化されても良い。
【００４０】
図１１〜１５は、LEDがまだ挿入されていない中間生産物１の更なる変形を表している。上記、図１〜１０に係る実施形態に対する参照番号を有する構成部品と同様の構成部品は、同じ参照番号が付けられており、再度詳細に説明はされない。
【００４１】
図１１〜１５に係る実施形態の場合、ホルダー部及び結合部が支持体４上には存在しない。その代わりにフロントビーム誘導要素２は、包囲溝１８の形態をしたアンダーカットを有する。各フロントビーム誘導要素２の溝１８は、支持体４上にフロントビーム誘導要素２を固定するために、補足的な包囲突起１９の形態をした支持体４の封鎖要素と係合される。
【００４２】
図１１〜１５に係る実施形態の場合、フロントビーム誘導要素２は、シリコーン材料からづくられた、半球形レンズの形態をしている。フロントビーム誘導要素２あたり一つのLED用レセプタクル２０は、図１〜４に係る実施形態のレセプタクルと同様の形態をしている。
【００４３】
上記全ての実施形態の場合、支持体４は、少なくともフロントビーム誘導要素２に面している側において、つまりそれがフロントビーム誘導要素２と接触するような場所で、接着力活性化表面を有し得る。接着力活性化表面が存在し得る支持体表面領域の例は、図１〜４及び図８〜１０に係る実施形態の支持体４の表面部２１であり、フロントビーム誘導要素２は支持体上に置かれている。図５〜７に係る実施形態の場合、反射体１２として同時に使用される表面部が、接着可能となり得る。図１１〜１５に係る実施形態の場合、閉鎖突起１９が同時に形成されている支持体４の表面部２２は、接着可能となり得る支持体４の表面領域である。
【００４４】
表面部１２，２１，２２の接着力活性化部は、様々な方法で作られ得る。接着力活性化部は、プラズマ処理によって生じ得る。代替として又は更に、接着促進剤又はプライマーが塗布され得る。接着力活性化部は、セラミック層、例えばAl2O3の蒸着によっても可能である。次の蒸着方法、つまりPVD（物理蒸着法）、PCVD（プラズマ化学蒸着法）、PICVD（プラズマパルス化学蒸着法）又はPECVD（プラズマ促進化学蒸着法）が用いられ得る。
【００４５】
接着力活性化表面の代わりに、上記実施形態の場合、全支持体４が接着可能材料で形成されても良い。これは、熱可塑性プラスチック支持体材料内に含んでいる添加剤によって成し遂げられ得る。可能な添加剤は、例えばセラミック粉を含む。
【００４６】
接着力活性化表面は、好ましくは、支持体４が実際にフロントビーム誘導要素２と接触する場所のみに存在する。支持体４上の全く又は少しの接着部も必要でない場所、例えば射出スプルー溝の領域においては、接着力活性化表面は存在するべきでない。表面被覆によって接着力活性化部が成し遂げられるならば、この被覆選択性は、例えばスプルー溝領域を覆う同様の被覆マスクを用いることによって成し遂げられ得る。
【００４７】
図１１〜１５に係る実施形態の場合、機能化光源は、図１〜１０に係る実施形態に関して上記説明した物と同様にして製造される。
【００４８】
図１１〜１５に従ってLED８がフロントビーム誘導要素２に固定された後、フロントビーム誘導要素２は、支持体４から取り除くことによって分離され、次にプリント回路基板上に電気的に結合され得る。LED8を備えたフロントビーム誘導要素の間隔及び配列が、プリント回路基板上の所望の配列と同様ならば、フロントビーム誘導要素２は、支持体４と共に、リフロー半田浴中で電気的結合ステップを行われ得る。続いて支持体４は、フロントビーム誘導要素２のアンダーカットから取り外すことによって除去され得る。
【００４９】
支持体４又はその部品がリフロー半田浴に実際に曝される場合にのみ、支持体４は、リフロー半田浴の温度に耐える材料から作られなくてはならない。特に図１１〜１４に係る実施形態の場合、LED８を備えたフロントビーム誘導要素２が電気的結合前に分離されるならば、このことは当てはまらない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】シリコーンレンズの形態である、ビーム広がりを抑えるためのフロントビーム誘導要素を備えた光源製造のための、中間生産物の平面図であって、レンズ側から見た図である。
【図２】光エミッタが取り付けられる前の、図１とは反対の方向から見た、図１に係る中間生産物の図である。
【図３】五つのシリコーンレンズの領域において中間生産物を通る断面図の拡大詳細図であり、断面は中間生産物によって決定された配列面に対して垂直に走る。
【図４】中間生産物の支持体のホルダー部内に挿入された光源を備えた、図３と類似の断面図である。
【図５】挿入された光エミッタを備えた中間生産物の更なる実施形態による、図４と類似の断面図である。
【図６】反射フロントビーム誘導要素の領域における、図５の詳細拡大図である。
【図７】フロントビーム誘導要素の更なる実施形態の、図６と類似の図である。
【図８】中間生産物の更なる実施形態の、図１と類似の詳細な平面図である。
【図９】図８中の視線にIXよる中間生産物の側面図である。
【図１０】図８中の視線Xによる中間生産物の側面図である。
【図１１】中間生産物の更なる変形の、図１と類似の図である。
【図１２】図１１に係る中間生産物の、反対側から斜めに見た図である。
【図１３】図１２と同じ側から見た、図１１に係る中間生産物の平面図である。
【図１４】図１３中の視線XIV〜XIVに従う断面図である。
【図１５】図１４の詳細拡大図である。
【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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【図１５】
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【国際調査報告】
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