(57)【要約】【課題】  本発明は、ＬＥＤなどの光源の数が少なくても種々の照明効果を有する照明装置を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明の照明装置１０は、光１４を発する光源１２と、前記光源１２の発する光１４の光路上に配置され、回折格子となる誘電体アンテナ２２を設けた光透過性シート１６と、を含むことである。光源１２で発せられた光１４は、光透過性シート１６の誘電体アンテナ２２によって分散され、高輝度の光点Ｌを映し出すことができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発する光源と、前記光源の発する光の光路上に配置され、光を電磁波として取り扱ったときに集光を効率よくする凸状の誘電体アンテナを設けた光透過性部材と、を含む照明装置。
【請求項２】
前記光透過性部材を揺れ動かす機構を設けた請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記光透過性部材上に拡散部材を配置した請求項１に記載の照明装置。
【請求項４】
前記光源が入る凹部を備えた構造体を有する請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記光透過性部材が円錐形である請求項１に記載の照明装置。
【請求項６】
前記円錐形の頂点の角度が９０°±３０°である請求項５に記載の照明装置。
【請求項７】
前記誘電体アンテナの間隔が０．０１μｍ〜１０ｃｍである請求項１乃至５に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折現象によって種々の照明効果を有する照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より蛍光管、白熱電球、発光ダイオード（以下、ＬＥＤと記載する。）などの多種多様な光源が開発・発売されている。それらの光源は、通常の照明からその場の雰囲気に合わせた演出用の照明装置、信号灯、バックライトなどの様々な装置に利用される。
【０００３】
例えば、ＬＥＤを利用した信号灯は、多数のＬＥＤを密集させて並べるのが通常である（特許文献１参照）。また、クリスマスツリーなどに取り付ける演出用のＬＥＤも多数必要であり、１光点に１つのＬＥＤが存在する。しかし、多数のＬＥＤを使用するのは種々の面で不経済である。演出用の照明において、単にＬＥＤを使用するだけでは演出効果に限界がある場合がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−０３６４９７号公報（図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ＬＥＤなどの光源の数が少なくても種々の照明効果を有する照明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】
【０００６】
本発明の照明装置の要旨は、光を発する光源と、前記光源の発する光の光路上に配置され、回折格子となる誘電体アンテナを設けた光透過性シートと、を含むことである。光源で発せられた光は、光透過性シートの誘電体アンテナによって分散され、高輝度の光点を映し出すことができる。
【０００７】
照明装置は、前記光透過性シートを回転、振動、またはその両方により揺れ動かす機構を設けてもよい。
【０００８】
前記光透過性シート上に拡散シートを配置してもよい。
【０００９】
前記光源が入る凹部を備えた構造体を有してもよい。
【００１０】
前記光透過性シートは円錐形であってもよい。
【００１１】
前記円錐形の頂点の角度が９０°±３０°であってもよい。
【００１２】
前記誘電体アンテナの間隔は０．０１μｍ〜１０ｃｍである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、回折格子として働く誘電体アンテナによって光を格子状に分散させることができる。誘電体アンテナによって、高輝度の光を分散させることができる。分散した光は拡散せず、照度が距離の自乗に反比例することはない。この光の分散をうまく利用することによって種々の照明装置を構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の照明装置の実施形態について図面を用いて説明する。まずは本発明の基本的な構成から説明する。
【００１５】
図１のように、照明装置１０は、光１４を発する光源１２と、誘電体アンテナを設けた光透過性シート１６とを含む。以上の構成が、本発明の照明装置１０の基本的な構成である。
【００１６】
図１の光源１２は、レーザーダイオードを使用している。レーザー光の波長は例えば約６６０ｎｍ、出力は約１ｍＷ以下である。後述する種々の実施例においては、光源１２はレーザーダイオードに限定されず、ＬＥＤなどのあらゆる光が使用可能である。
【００１７】
図２の光透過性シート１６は、光源１２の発する光１４の光路上に配置される。光透過性シート１６は、透明のシート２０の上に誘電体アンテナ２２が配置されている。光透過性シート１６に形成された誘電体アンテナ２２が回折格子となる。誘電体アンテナ２２は、透明のシート２０のどちら側に配置されてもよい。この誘電体アンテナ２２によって光１４が回折、透過、散乱される。なお、図１の照明装置１０はレーザー光１４と光透過性シート１６とは垂直になっている。
【００１８】
誘電体アンテナ２２は広帯域の光に対応することができる。誘電体アンテナ２２は円柱形状である。円柱形状以外に、角柱、円錐、角錐、円錐台、角錐台などであってもよい。誘電体アンテナ２２は、格子状に並べられて配置されるが、回折格子として働くのであれば格子状に並べられなくてもよい。誘電体アンテナ２２同士の側面から側面の間隔は約０．０１μｍ〜１０ｃｍであり、好ましくは約０．３〜５０μｍである。誘電アンテナ２２の間隔の違いによって、図３に示す格子模様の光点Ｌの数が異なるようになる。例えば、約１μｍであれば中心に最も近い輝く点として中心も含めて格子状の光点Ｌは７点であり、約４μｍであれば中心に最も近い輝く点として中心も含めて光点Ｌは９点となる。なお、誘電体アンテナ２２の高さは約０．０１μｍ〜１０ｃｍであり、好ましくは約０．２〜１０μｍである。
【００１９】
図３に光透過性シート１６にレーザー光１４を通過させたときに壁１８などに映し出される光点Ｌの模様を示す。図３に示すように格子状に光点Ｌが映し出される。図３においてハッチングを施している中心の光点Ｌ１は光透過性シート１６を介して光源１２まで直線で結ばれる。なお、本明細書において符号Ｌは符号Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５を総括的に示すものとする。
【００２０】
符号Ｌと一緒に示した数字は光の明るさの順位を示す。実験によりＬ１〜Ｌ３までの光点Ｌは明るさが十分であったが、Ｌ４、Ｌ５は通常市販のＬＥＤの輝度では十分な明るさが得られなかった。したがって、十分な明るさが得られた光点Ｌは９点である。以下、この９点の光点Ｌについて検討する。
【００２１】
表１に各光点Ｌの照度の測定結果を示す。ｄ１は、図１に示す光透過性シート１６と壁１８の距離である。ｄ２は、図１に示す光源１２と光透過性シート１６との距離である。測定時の部屋の照度は６ｌｕｘであった。
【００２２】
【表１】
2006252880.tif 000003
【００２３】
光透過性シート１６の透過率にもよるが、光１４を光透過性シート１６に通すと、光点Ｌ１の照度は光透過性シート１６を通さないときの照度の約４５〜４８％となる。光透過性シート１６に光１４を通すことによって、光１４が図３のように格子状に分散する。
【００２４】
光透過性シート１６が無い場合に光点Ｌ２やＬ３の照度が測定されたのは、部屋の照度の影響である。そこで部屋の照度の影響を除去した場合、すなわち暗闇を想定した場合の照度を表２に示す。光透過性シート１６が無い場合のレーザー光１４の照度をＬ０とした場合の暗闇での照度を表３に示す。
【００２５】
【表２】
2006252880.tif 000004
【００２６】
【表３】
2006252880.tif 000005
【００２７】
図４（ａ）〜（ｃ）に示す光点Ｌの格子模様や光１４の広がりの関係について表４に示す。なお、θは光透過性シート１６から壁１８までにおける２次元での光１４の角度であり、Ωは光１４の立体角である。ｄ３やｒは図４（ａ）に示すように、光点間の距離である。また、照射距離と格子模様の関係は表５のようになる。さらに表５に基づいて一般式を求めると表６のようになる。
【００２８】
【表４】
2006252880.tif 000006
【００２９】
【表５】
2006252880.tif 000007
【００３０】
【表６】
2006252880.tif 000008
【００３１】
以上をまとめると、誘電体アンテナ２２を有する光透過性シート１６によって光１４を格子状に分散させることができる。分散により、分散しない場合の光と比較して各光１４の照度は下がるが、分散した各光１４は拡散せず、各光１４は高輝度となる。すなわち、光１４の照度が距離の自乗に反比例して下がることはない。光１４が拡散しない高輝度の光点Ｌを複数発生させるために複数のレーザーダイオードを必要としない。
【００３２】
図３に示すように、１つの光源１４から十分な照度を有する９個の光点Ｌを発生させている。照明装置１０は、従来と比較して１／９個の光源１４を備えるだけですみ、コスト面などで有利である。なお、実験により２ｎ＋１個（ｎは正の整数）の光点Ｌが発生することが確認できている。従来と同じだけの光点Ｌを発生させるのであれば、１／（２ｎ＋１）個の光源１４を備えるだけでよい。
【００３３】
図１においてレーザー光１４と光透過性シート１６とは垂直になっていたが、図５のように任意の角度φをつけてもよい。ｄ１を１０ｃｍ、ｄ２を３０ｃｍとした場合に、φ＝１０〜３０°、１５０〜１７０°で同心円状に光点Ｌが並ぶことが実験により確認できた（図６）。光透過性シート１６とレーザー光１４の角度φを調節することによって、格子状または同心円状に光点Ｌを並べることができ、角度φによっては光点Ｌは曲線状に並ぶ。照明装置１０に光透過性シート１６の角度を変える手段を設けることによって、光点Ｌの並びを変えることができる。また、光透過性シート１６を回転させたり揺れ動かす手段を設け、光透過性シート１６を動くようにしても良い。光点Ｌが変化し、照明効果を上げることができる。
【００３４】
以上の基本的な照明装置１０をうまく利用することによって、以下に説明する各種照明装置が可能となる。
【実施例１】
【００３５】
例えば自動車のストップランプなどに照明装置が適用可能である。図７のストップランプ２６は、光源１２と、上記の光透過性シート１６と、光透過性シート１６と密着した拡散板（拡散シート）２８を備える。光源１２は１〜数個のＬＥＤなどである。
【００３６】
光透過性シート１６を通過した光１４は格子状に分散される。上述のように分散された光１４は拡散しないので高輝度である。この分散された高輝度の光１４が拡散板２８によって拡散される。高輝度の光１４が拡散されるため、視認性のよい光となる。１つのＬＥＤであっても視認性がよい光となり、白熱電球と比較して長寿命、省電力、視認性のよいストップランプ２６となる。このストップランプ２６は、信号灯などに使用することもできる。
【実施例２】
【００３７】
クリスマスツリーなどの装飾品を照らしたりすることができる照明装置について説明する。図１の壁１８がクリスマスツリーなどに置き換わる。照明装置は任意の方向から装飾品を照らすことが好ましい。光源は複数のＬＥＤやレーザーダイオードである。ＬＥＤなどが発する色は複数である方が好ましい。上述したように１つの光源から複数の光点を発生させることができるため、従来よりも数少ない光源で従来と同じ照明効果がある。また、ＬＥＤなどは点滅などするようにするのが好ましい。ＬＥＤが自己点滅型のＬＥＤであったり、ＬＥＤなどに発振回路を接続することでＬＥＤなどを点滅させる。なお、照明装置は装飾品だけではなく建物の壁、床、天井などを照らしてもよく、光が点滅などすることによって光の演出効果がある。
【実施例３】
【００３８】
図８の液晶ディスプレイなどのバックライト３０について説明する。光源１２はＬＥＤを使用する。バックライト３０は、光源１２を配置するための凹部３２を設けた板状の構造体３４を含む。光源１２と凹部３２の数は複数である。凹部３２の側面は構造体３４の上面に対して４５度の傾斜を有している。構造体３４の上面に上記の光透過性シート１６と拡散シート２８とが重ねて配置される。
【００３９】
凹部３２の中に光源１２が配置されることにより、凹部３２の開口部に光が集中し、高輝度となる。すなわち、光ファイバーなどで光を導いたようになる。高輝度の光が複数のポイントで発生し、この光を光透過性シート１６と拡散シート２８とによって分散と拡散をさせるため、従来のバックライトと比較して高輝度のバックライト３０となる。また、既存のＬＥＤを用いたバックライトと比較してＬＥＤの数も大幅に少なくすることができる。
【実施例４】
【００４０】
図９（ａ）に照明装置をクリスマスツリー３６などの装飾品として使用した場合を示す。光源はレーザーダイオードやＬＥＤなどを使用する。レーザーダイオードなどは複数の色を取りそろえ、各レーザーダイオードなどが点滅するようにしてもよい。上記の光透過性シート１６を円錐形にする。複数の光透過性シート１６は隙間が空くようにして重ねられる。円錐形の頂点となる部分に棒状の部材３８を配置し、光透過性シート１６をその部材３８に固定する。棒状の部材３８の下端に固定台４０を設ける。固定台４０にレーザーダイオードなどを配置し、光透過性シート１６に向かって光を照射するようにする。
【００４１】
効果的に光の演出がおこなわれるように、各光透過性シート用に光源を設けてもよい。光透過性シート１６を３枚使用した場合の光源の配置を図９（ｂ）に示す。図９（ｂ）の×は棒状の部材３８が取り付けられる位置であり、●が下段の光透過性シート１６の光源の位置、▲が中段の光透過性シート１６の光源の位置、□が上段の光透過性シート１６の光源の位置である。光源と光透過性シート１６との位置関係により、光路が固定台４０に対して傾斜するようにし、光透過性シート１６に対して垂直に光が当たるようにしてもよい。光透過性シート１６と光路との角度によって、格子状または同心円状の光点が発生する。なお、棒状の部材３８として光透過性の材料を用い、かつ棒状の下部に光源の一部を当てると輝く柱が形成できる。
【００４２】
光透過性シート１６によって光が格子状に分散される。円錐形の光透過性シート１６が複数あるため、光が立体的に見え、その場の雰囲気を演出することができる。１つの光源より複数の光点が発生し、あたかも多数の光源を使用しているように見せることができる。なお、上述した円錐形は、底面が開口しており、内部も空間になっている。光透過性シート１６を円錐形にしたが、多の形状であってもよい。
【実施例５】
【００４３】
白色光を光透過性シート１６に通過させたときに、壁などに照射された光は、図１０に示すように、尾を引いたような長細い光点Ｌとなる。この光点Ｌは、すべての光点Ｌの中心点Ｏ側からその反対側に向けてプリズムのごとく色が変化している。その理由について説明する。図１１（ａ）に示すように、光源１２から白色光が出射された場合には、光透過性シート１６を通過し、壁などに光１４が照射されるとする。図１１（ｂ）は図１１（ａ）の光透過性シート１６の○で示した箇所の拡大である。角度や距離などは図に示すとおりである。図１１（ｂ）より、以下の得ような式が成り立つ。
【００４４】
【数１】
2006252880.tif 000009
【００４５】
式において、ｍは正の整数、λは光１４の波長である。上の式より、波長によって回折される光１４の方向が異なることがわかる。図１１（ａ）より、光路の差＝ｘｓｉｎθとなり、また以下のような式が成り立つ。
【００４６】
【数２】
2006252880.tif 000010
【００４７】
すなわち、波長によって照射される光１４の位置が異なることがわかる。したがって、図１０に示すように、白色光が光透過性シート１６を通過すると、中心点Ｏ側から外側に向けて光色が変化する。光の変化は、図１０の中心Ｏの側に青色、外側に赤色の光が照射される。
【実施例６】
【００４８】
図９（ａ）において、固定台４０に対して光路が９０°の傾きを有するのならば、図１２（ａ）に示すように、円錐形をした光透過性シート１６の頂点を通って底面と直交する線と、光透過性シート１６との角度θは約４５°±１５°が好ましい。すなわち、光は光透過性シート１６に対して約４５°±１５°の傾きを有することになる。また、図１２（ｂ）に示すように、円錐形の頂点が丸まっていても、上記角度θは約４５°±１５°が好ましい。これは、光の角度によって光透過性シートを透過する光量が異なり、上記角度θであれば光が良く透過するためである。
【００４９】
また、図１３に示すように図９（ａ）の光透過性シート１６にビーズ４２を取り付けても良い。ビーズ４２によって、光がビーズ４２によって集光されて通過し、光が上方に進行させやすくなる。
【実施例７】
【００５０】
光透過性シート１６はダイクロリックミラーとして使用することもできる。図１４に示すように、２枚の光透過性シート１６を一直線上に並べる。使用する光１４はＲＧＢの色が混色された白色光である。光透過性シート１６と光１４の角度は４５°になるようにする。１枚目の光透過性シート１６を光１４が透過したとき、ある色だけ違う方向に進行し、取り出すことができる。また、２枚目の光透過性シート１６を光１４が透過したとき、さらにある色だけ違う方向に進行する。そして、残った色の光だけが直進することになる。これは、１枚目と２枚目の光透過性シート１６に設けられる誘電体アンテナの間隔を異ならせることによって光透過性シート１６に波長選択性を持たせ、光１４の回折を変えるためである。光１４は光透過性シート１６を通過することによって、上述したように図３や図６のように拡散される。
【実施例８】
【００５１】
図１５に示すように、複数のスリットを設けた円筒４４の中に光源１２を配置し、円筒４４を覆い被せるように円錐状の光透過性シート１６を設けても良い。光源１２から出た光がスリットによって光が線状になって通過し、その光が光透過性シート１６によって回折する。光透過性シート１６をぶら下げて、揺れ動かしても良い。回折光が揺れ動くこととなる。
【実施例９】
【００５２】
図１６に示すように、ディスク４８の表面に誘電体アンテナを設けも良い。図１６のディスク４８は、ワイングラス４６などの底であり、ワイングラス４６の中に光源１２を配置し、インテリアとして利用することができる。ディスク４８における誘電体アンテナの配置は、例えば同心円状にする。また、隣り合う誘電体アンテナが等間隔になるようにする。
【００５３】
図１７に示すように、２枚のディスク４８の一部を隙間を空けながら重ね合わせ（図１７中の斜線部）、２枚のディスク４８を回転させても良い。回転方向は、図１７において重ね合わされた部分でお互いのディスク４８が同方向に回転するようにする。重ね合わされた部分を光が通過するようにする。ディスク４８が回転するため、光と誘電体アンテナの位置関係が時間ごとに変化し、回折方向が変化する。そのため、ディスク４８を通過した光が壁（看板などを含む）などに照射されたときに、ディスク４８の回転速度によって種々の動きをする。ディスク４８の回転速度によって、光がある方向に進んだり、速度が変わるとその反対方向に進んだり、また速度によって光が停止したりする。２枚のディスク４８は楕円形であっても良い。時間と共に回転速度を変化させる構成でも良い。なお、１枚のディスク４８を回転させることも構成であっても良い。
【実施例１０】
【００５４】
誘電体アンテナをめがねのレンズに設けてもよい。自動車の助手席などに乗って移動する自動車の中から街灯などを見ると、虹色の光が移動し、万華鏡をのぞいているようになる。
【実施例１１】
【００５５】
オーロラのような虹色の光を映し出す演出用の照明装置について説明する。光源の光が光透過性シートを通して壁や天井に照射する構成である。光源は蛍光管やＬＥＤなどを使用する。上記の光透過性シートをゆっくり波を打つように揺れ動かす機構を設ける。光が誘電体アンテナを透過するときに回折するために、壁などに映し出される光が虹色になり、虹色の光が揺れ動くことによってオーロラのようになる。また、蛍光管などに発振回路を接続し、光が点滅するようにしてもよい。オーロラの出現と消滅を表現することができる。
【実施例１２】
【００５６】
図１８に示すように、壁５０と天井の間に隙間５２を設け、隙間５２の付近に光透過性シート１６を設ける。光透過性シート１６を設けた側に光源１２を配置し、反対側に人が立つようにする。人がいる側の部屋は暗くする。光源１２が発する光１４を白色光にすることによって、光透過性シート１６および隙間を通過した光１４が虹色に見える。また、光透過性シート１６を振動などで揺れ動かす機構を設ける。光透過性シート１６を揺れ動かすことによってオーロラのように見える。蛍光管などに発振回路を接続し、光が点滅するようにしてもよい。オーロラの出現と消滅を表現することができる。
【実施例１３】
【００５７】
図１８を図１９のように変形しても良い。壁５０と天井との隙間に任意の形状の衝立５４を設ける。光源１２のある部屋の方にあった光透過性シート１６を取り除く。人がいる方の部屋を暗くしておく。光１４の一部が衝立５４の隙間を通じて人のいる方の部屋に木もれ日のようにはいる。人が、光透過性シート１６または光透過性シート１６を用いた眼鏡を使用して光を見ると光１４が虹のように見える。また、衝立５４を前後左右に揺れ動かす機構を設ける。衝立５４が揺れ動くことによって、光がオーロラのように見える。蛍光管などに発振回路を接続し、光が点滅するようにしてもよい。オーロラの出現と消滅を表現することができる。
【実施例１４】
【００５８】
上述した光透過性シート１６はシート状のもの以外に板状のものであっても良い。また、上述した拡散シートも板状のものであっても良い。さらに、それらの形などは四角形、円形など平面的なものから、平面的なものから立体的なものに変形したものであっても良い。また、光源１２を固定させず、光源１２の位置が移動する構成であっても良い。
【００５９】
その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の照明装置の基本的な構成を示す図である。
【図２】光透過性シートの断面を示す図である。
【図３】格子模様に映し出された光点を示す図である。
【図４】格子模様の模式図であり、（ａ）は光点の格子模様であり、（ｂ）は光透過性シートから壁までの角度を示す図であり、（ｃ）は光透過性シートから壁までの立体角を示す図である。
【図５】光透過性シートを光路に対して傾けた場合の図である。
【図６】図５の場合の壁に映し出される光点の図である。
【図７】ストップランプなどに適用した照明装置の図である。
【図８】バックライトに適用した照明装置の図である。
【図９】クリスマスツリーに適用した照明装置の図であり、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は固定台の光源の位置を示す図である。
【図１０】図１１の場合に壁などに照射された光の様子を示す図である。
【図１１】白色光が光透過性シートを通過したときの図であり、（ａ）は光と浮かせイートによって光が回折している図であり、（ｂ）は（ａ）で示した光透過性シートの○内を拡大した図である。
【図１２】光と光透過性シートの関係を示す図であり、（ａ）は円錐形の光透過性シートであり、（ｂ）は（ａ）の頂点を丸めた場合の図である。
【図１３】光透過性シートにビーズを取り付けた場合の図である。
【図１４】光透過性シートをダイクロリックミラーとして使用した場合の図である。
【図１５】スリットを多数設けた円筒を配置した照明装置の図である。
【図１６】ディスクに誘電体アンテナを設けた図である。
【図１７】ディスクを２枚重ね合わせた場合の図である。
【図１８】光透過性シートを使用してオーロラなどを演出する場合の図である。
【図１９】壁と天井との間に衝立を設けた場合の図であり、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は衝立の一例を示す正面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０：照明装置
１２：光源
１４：光
１６：光透過性シート（光透過性部材）
１８：壁
２０：透明のシート
２２：誘電体アンテナ
２６：ストップランプ
２８：拡散板（拡散シート、拡散部材）
３０：バックライト
３２：凹部
３４：構造体
３６：クリスマスツリー
３８：棒状の部材
４０：固定台
【図１】
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【図２】
2006252880.tif 000012
【図３】
2006252880.tif 000013
【図４】
2006252880.tif 000014
【図５】
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【図６】
2006252880.tif 000016
【図７】
2006252880.tif 000017
【図８】
2006252880.tif 000018
【図９】
2006252880.tif 000019
【図１０】
2006252880.tif 000020
【図１１】
2006252880.tif 000021
【図１２】
2006252880.tif 000022
【図１３】
2006252880.tif 000023
【図１４】
2006252880.tif 000024
【図１５】
2006252880.tif 000025
【図１６】
2006252880.tif 000026
【図１７】
2006252880.tif 000027
【図１８】
2006252880.tif 000028
【図１９】
2006252880.tif 000029