(57)【要約】【課題】  リーダ／ライタとの近接時における通信不具合を解消しながら、通信距離の低下を抑えることができるアンテナモジュールを提供する。【解決手段】  本発明に係るアンテナモジュール１１は、リーダ／ライタとの離間時における同調を目的とした第１同調コイル１３Ａと、リーダ／ライタとの近接時における同調を目的とした第２同調コイル１３Ｂとを備えている。第１同調コイル１３Ａは通信距離確保のため高いＱレベルのアンテナとし、第２同調コイル１３Ｂは、同調周波数帯域の拡大を図るためＱレベルを抑えたアンテナ設計とする。リーダ／ライタとの離間時と近接時における同調点のズレを原因とする通信不具合を解消することができ、通信距離の低下も抑えられる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部アンテナと同調する非接触通信用のアンテナモジュールであって、
前記外部アンテナとの離間時に同調する第１同調コイルと、
前記外部アンテナとの近接時に同調する第２同調コイルとを備えた
ことを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項２】
前記第１同調コイルの共振先鋭度（Ｑ）は、前記第２同調コイルの共振先鋭度よりも高い
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナモジュール。
【請求項３】
前記第２同調コイルには、Ｑダンプ抵抗が並列接続されている
ことを特徴とする請求項２に記載のアンテナモジュール。
【請求項４】
前記第１同調コイルと前記第２同調コイルとは、互いに隣接して配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナモジュール。
【請求項５】
前記第１同調コイルと前記第２同調コイルとは共に、同一基板上に形成されている
ことを特徴とする請求項４に記載のアンテナモジュール。
【請求項６】
前記第１同調コイルと前記第２同調コイルとを選択的に切り替える切替手段を備えた
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナモジュール。
【請求項７】
前記第１同調コイルは、給電コイルを兼ねている
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナモジュール。
【請求項８】
前記外部アンテナはリーダ／ライタである
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナモジュール。
【請求項９】
外部アンテナとの離間時に同調する第１同調コイルと、前記外部アンテナとの近接時に同調する第２同調コイルとを有する非接触通信用のアンテナモジュールが、筐体内部に組み込まれている
ことを特徴とする携帯情報端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦＩＤ（無線周波数識別：Radio Frequency Identification）システムに用いられるアンテナモジュール及びこれを備えた携帯情報端末に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、非接触ＩＣカードシステムに代表されるＲＦＩＤ技術においては、ＩＣカード等の識別用非接触ＩＣタグにアンテナコイルを内蔵させ、外部リーダ／ライタの送受信アンテナから発信される電波との誘導結合により、例えば通信周波数１３．５６ＭＨｚにおける非接触データ通信を行うようにしている。
【０００３】
この種の非接触ＩＣタグには、例えば、ベース基板表面にループ状に形成されたアンテナコイルを有するアンテナモジュールが用いられている（下記特許文献１参照）。このアンテナモジュールは、必要に応じて磁芯部材や金属シールド板を備え、例えば携帯電話等の携帯情報端末の筐体内部に組み込んで使用することができる。
【０００４】
このアンテナモジュールは、アンテナコイルで受信した又は送信する信号を処理、生成するモジュール回路（信号処理回路）を備えている。このモジュール回路は、情報を記憶したメモリ等を含むＩＣチップ等の部品で構成されており、アンテナコイルに電気的に接続されている。なお、このモジュール回路は、アンテナモジュールが組み込まれる機器の制御基板に組み込まれる場合もある。
【０００５】
アンテナモジュールとリーダ／ライタ間の通信時、アンテナコイルにはリーダ／ライタからの発振電波の強さに応じた誘導電流が発生する。この誘導電流は上記モジュール回路において整流され情報の読出し電圧に変換される。読み出された情報はモジュール回路において変調され、アンテナコイルを介してリーダ／ライタへ送信される。
【０００６】
図８は従来のアンテナモジュールの一構成例を示している。このアンテナモジュール１は、給電コイル２と、この給電コイル２と相互誘導により結合された同調コイル３と、給電コイル２に接続されたモジュール回路４とを備えている。同調コイル３は、同調容量５を有しており、外部リーダ／ライタとの間で所定の同調周波数で同調する。
【０００７】
このアンテナモジュール１における同調コイル３は、例えば図９に示したようなアンテナ特性（周波数特性）Ｐ０に設計されている。この例では、同調周波数（同調点）はｆ０に設計されており、この周波数で最大の共振先鋭度Ｑ０及び通信距離が得られることになる。なお、通信距離は、一般に、同調コイル３の共振先鋭度が高いほど大きくなる。
【０００８】
一方、図１０に示したアンテナモジュール６は、同調コイルが給電コイルと兼ねた給電／同調コイル７で構成された例を示している。この構成によっても、図９に示したようなアンテナ特性Ｐ０が得られる。
【０００９】
ところで、この種のアンテナモジュール（非接触ＩＣタグ）においては、リーダ／ライタとの通信の際、これらの間の相対距離によって同調点が変化することが知られている。具体的には、アンテナモジュールとリーダ／ライタとが互いに離間している状態での同調点ｆ０に比べて、アンテナモジュールがリーダ／ライタに接近している近接状態での同調点は、高周波数側（図９においてｆｐ）にシフトする。従って、同調点の帯域が狭いアンテナ特性では、アンテナモジュールとリーダ／ライタとの近接状態において、通信特性が低下することになる。
【００１０】
このように、従来のアンテナモジュールにおいては、構造上、Ｑ値が高いアンテナ特性が得られるものの、同調点がずれたときの通信特性の低下は回避できない。また、同調コイルに抵抗等を挿入しＱを下げる（ダンピング）こともできるが、出力レベルの低下が起こるため用途に制限が生じてしまい、本質的な対策にはなり得ない。
【００１１】
一方、同調コイルを複数備え、各々異なる同調点で同調する同調回路を備えたアンテナコイルも知られている（下記特許文献２参照）。これは図１１に示したように、給電コイル２に相互誘導により結合する同調回路８が、複数の同調コイル８ａ，８ｂ及び８ｃで構成されている。図１２に示したように、各同調コイル８ａ，８ｂ，８ｃのアンテナ特性Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３はそれぞれｆ１（＝ｆ０），ｆ２，ｆ３に同調点を有している。
【００１２】
この構成によれば、図１２に示したように個々の同調コイル８ａ〜８ｃで同調周波数帯域を広げ、シフトした同調点ｆｐを包含するアンテナ特性を得ることが可能となり、アンテナモジュールがリーダ／ライタと近接したときの同調周波数の変化による影響をなくして、安定した通信性能を確保するようにしている。
【００１３】
【特許文献１】特開２００４−３６４１９９号公報
【特許文献２】特開２００３−６９３３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、複数の同調コイル８ａ〜８ｃを備えた従来のアンテナモジュール（上記特許文献２に開示されたアンテナコイル）においては、図１２に示したように、従前の単一コイルでなる同調コイル３のアンテナ特性Ｐ０に比べてＱが大きく低下するので、その低下量ΔＱ０の大きさによっては、リーダ／ライタとの離間時においてアンテナモジュールの通信距離が確保できなくなるという問題がある。
【００１５】
これは、各同調コイル８ａ〜８ｃがそれぞれ同様なＱレベルを有し互いに同調点を異ならせることによって、通信距離を犠牲にして周波数帯域を広げることを主眼としているからである。現実には、リーダ／ライタとの近接時の通信不具合を解消しながらも、通信距離は最大限確保することが求められており、従って従来のアンテナモジュールでは、このような要求に十分に応えることは困難である。
【００１６】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、リーダ／ライタとの近接時における通信不具合を解消しながら、通信距離の低下を抑えることができるアンテナモジュール及びこれを備えた携帯情報端末を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
以上の課題を解決するに当たり、本発明のアンテナモジュールは、外部アンテナとの離間時に同調する第１同調コイルと、外部アンテナとの近接時に同調する第２同調コイルとを備えている。
【００１８】
第１の同調コイルは、外部アンテナとの離間時（通信距離が比較的長い時）における同調を目的としているので、できるだけ長い通信距離が得られるような、比較的Ｑ（共振先鋭度）値の高いアンテナ設計とされる。
【００１９】
一方、第２同調コイルは、外部アンテナとの近接時（通信距離が比較的短い時）における同調帯域の確保を目的としているので、Ｑダンプを施して、同調周波数帯域を押し広げられるようなアンテナ設計とされる。第２同調コイルとしては、近接時の不具合を解消できる程度のＱレベルを確保できれば十分だからである。なお、この第２同調コイルの同調点は第１同調コイルの同調点と同一としてもよいし、異ならせてもよい。
【００２０】
このように、Ｑのレベルを異ならせた複数の同調コイルを有するアンテナモジュールにおいては、外部アンテナとの通信時における通信距離の低下量を従来よりも低く抑えることが可能となる。これにより、外部アンテナとの近接時における通信不具合を解消しながら、必要とする通信距離を確保できる。
【００２１】
本発明に係るアンテナモジュールは、非接触ＩＣタグ用のアンテナモジュールに限らずリーダ／ライタの送受信アンテナ部にも適用可能である。従って、本発明が非接触ＩＣタグ用のアンテナモジュールに適用される場合、外部アンテナはリーダ／ライタの送受信アンテナ部に相当し、本発明がリーダ／ライタの送受信アンテナ部に適用される場合、外部アンテナは非接触ＩＣタグのアンテナコイルに相当する。
【００２２】
更に本発明に係るアンテナモジュールは、上記第１同調コイルと第２同調コイルとを選択的に切り替える切替手段を備えた構成とすることができる。この構成により、アンテナモジュールが外部アンテナと離間しているときには第１同調コイルを選択して両者間の通信を確立し、他方、アンテナモジュールが外部アンテナと近接しているときには第２同調コイルを選択し、同調点の変化の影響を抑えた安定した通信状態を確保する。
【００２３】
なお、第１同調コイルと第２同調コイルとの間の切替手法としては、例えば、当該アンテナモジュールと外部アンテナとの間の相対距離の大きさに応じて変化する同調コイルの誘導電圧を基準とすることができる。即ち、この電圧レベルが一定値に達している場合、第２同調コイルを選択して同調周波数帯域を広げ、近接時の通信不具合を回避する。逆に同調コイルの電圧レベルが上記一定値よりも低い場合は、第１同調コイルを選択してＱ値の低下を抑え、通信距離を確保する。
【発明の効果】
【００２４】
以上述べたように本発明によれば、外部アンテナとの離間時に同調する第１同調コイルと、外部アンテナとの近接時に同調する第２同調コイルとを備えているので、外部アンテナとの近接時における通信不具合を解消しながら、アンテナモジュールのＱ値の低下を抑えて、安定した通信動作を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して説明する。以下の各実施の形態では、外部リーダ／ライタと非接触通信を行う非接触ＩＣタグ用のアンテナモジュールを例に挙げて説明する。
【００２６】
（第１の実施の形態）
図１及び図２は本発明の第１の実施の形態を示している。ここで、図１は本実施の形態のアンテナモジュール１１の概略構成図、図２はアンテナモジュール１１のアンテナ特性を説明する図である。
【００２７】
本実施の形態のアンテナモジュール１１は、給電コイル１２と、この給電コイル１２と相互誘導により結合された同調回路１３と、給電コイル１２に接続されたモジュール回路１４とを備えている。同調回路１３は、同調容量１５を有しており、リーダ／ライタ（図示略）との間で所定の同調周波数で同調する。これによりアンテナモジュール１１はリーダ／ライタとの間で非接触通信を行う。
【００２８】
同調回路１３は、リーダ／ライタとの離間時に同調する第１同調コイル１３Ａと、リーダ／ライタとの近接時に同調する第２同調コイル１３Ｂと、同調容量１５と、Ｑダンプ抵抗１６とで構成されている。
【００２９】
第１同調コイル１３Ａは、例えば図２において実線で示したようなアンテナ特性Ｐ１１Ａに設計されている。この例において、第１同調コイル１３Ａは、図８を参照して説明した同調コイル３と同様に設計され、リーダ／ライタとの離間時の通信周波数ｆ０（例えば１６．７６ＭＨｚ）に同調点が設定されている。即ち、第１同調コイル１３Ａは、リーダ／ライタとの離間時（リーダ／ライタから離れているとき）における同調を目的としており、通信距離が長くなるような比較的高い共振先鋭度Ｑ１が得られるアンテナ設計とされている。
【００３０】
第２同調コイル１３Ｂは、例えば図２において一点鎖線で示したようなアンテナ特性Ｐ１１Ｂに設計されている。この例では、同調点が第１同調コイル１３Ａの同調点ｆ０に設計され、この周波数で共振先鋭度Ｑ２（＜Ｑ１）を得る。
【００３１】
第２同調コイル１３Ｂは、リーダ／ライタとの近接時における同調帯域の確保を目的としているので、Ｑダンプを施して同調周波数帯域を押し広げるアンテナ設計となっている。第２同調コイル１３Ｂには長い通信距離は特に必要なく、近接時の不具合を解消できる程度のＱレベルを確保できれば十分だからである。
【００３２】
本実施の形態では、第２同調コイル１３ＢにＱダンプ抵抗１６を並列接続することによって、図２に示したように、周波数ｆｐが含まれる同調帯域を確保している。Ｑダンプ抵抗１６の大きさは特に限定されず、必要とする周波数範囲に同調帯域を広げられ、かつ、外部リーダーライタとの近接時に通信を確立できる程度のＱ２が確保できればよい。
【００３３】
なお、第１，第２同調コイルの線幅、ターン数、材質等の形成条件は、仕様に応じて適宜設定される。
【００３４】
モジュール回路１４は、同調回路１３で受信した又は送信する信号を処理、生成するための信号処理回路部で、主として、情報を記憶したメモリや演算回路、変復調回路等を集積したＩＣ部品で構成されている。このモジュール回路１４は、同調回路１３と相互誘導により結合された給電コイル１２に接続されており、給電コイル１２及び同調回路１３と共にモジュール化されている。
【００３５】
これら給電コイル１２及び同調回路１３は、同一基板上に配置形成されている。特に本実施の形態では、給電コイル１２の内周側に同調回路１３が配置されている。また、同調回路１３においては、第１同調コイル１３Ａと第２同調コイル１３Ｂとが互いに隣接しており、第１同調コイル１３Ａの内周側に第２同調コイル１３Ｂが配置されている。このとき、モジュール回路１４は同一基板上に実装することができる。
【００３６】
これにより、給電コイル１２、同調回路１３及びモジュール回路１４のモジュール体でなるアンテナモジュール１１の小型化、薄型化を図ることができ、携帯情報端末の小型、薄型化された筐体内部へ省スペースで搭載することが可能となる。
【００３７】
以上のように構成される本実施の形態のアンテナモジュール１１においては、リーダ／ライタとの通信時、同調回路１３においてリーダ／ライタからの発振電波の強さに応じた誘導電流が発生する。この誘導電流は給電コイル１２を介してモジュール回路１４に供給され、このモジュール回路１４において整流され情報の読出し電圧に変換される。読み出された情報はモジュール回路１４において変調され、給電コイル１２及び同調回路１３を介してリーダーライタへ送信される。
【００３８】
同調回路１３においては、リーダ／ライタとアンテナモジュール１１との間の相対距離が比較的長い場合、主として第１同調コイル１３Ａを用いた非接触通信が行われる。第１同調コイル１３Ａのアンテナ特性Ｐ１１Ａは、第２同調コイル１３Ｂの影響を受け、第２同調コイル１３Ｂが存在しない場合（図８に示した同調コイル３のアンテナ特性Ｐ０）の共振先鋭度Ｑ０に比べて低くなる。しかし、第１，第２同調コイル１３Ａ，１３ＢのＱ値を互いに異ならせて構成しているので、このＱの低下量ΔＱ１（図２）は、図１１及び図１２を参照して説明した従来のアンテナモジュールにおけるＱの低下量ΔＱ０に比べて小さい（ΔＱ１＜ΔＱ０）。
【００３９】
一方、リーダ／ライタとの近接時におけるアンテナモジュール１１の通信は、主として第２同調コイル１３Ｂが用いられる。この第２同調コイル１３Ｂのアンテナ特性Ｐ１１Ｂは、リーダ／ライタとの近接時における通信周波数ｆｐを包含するブロードな同調帯域を有しているため、アンテナモジュールとリーダ／ライタとが近接した状態での同調周波数のズレを吸収して安定した通信動作が確保される。
【００４０】
従って本実施の形態によれば、リーダ／ライタとの近接時における通信不具合を解消しながら、必要とする通信距離を確保できるので、幅広い通信距離に対応して安定かつ確実な通信動作環境を提供でき、ＲＦＩＤの信頼性向上を図ることが可能となる。
【００４１】
なお、上述した構成のアンテナモジュール１１において、第１同調コイル１３Ａは給電コイル１２を兼ねる構成とすることも可能である。図３にその一構成例を示す。給電／同調コイル１７は、リーダ／ライタとの離間時に同調する第１同調コイルに対応している。
【００４２】
この場合、第２同調コイル１３Ｂは、給電／同調コイル１７の内周側に隣接配置され、当該コイル１７と相互誘導により結合される。また、コイル１７，１３Ｂの双方に同調容量１５が設けられている。このような構成によっても、上述と同様な作用効果を得ることができる。
【００４３】
（第２の実施の形態）
図４及び図５は本発明の第２の実施の形態を示している。なお、図において上述の第１の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４４】
本実施の形態のアンテナモジュール２１は、同調回路２３の構成が上述の第１の実施の形態と異なっている。即ち本実施の形態では、リーダ／ライタとの近接時に発生する同調周波数のズレの傾向を予め把握し、その周波数帯域に合うように第１同調コイル２３Ａの同調点と第２同調コイル２３Ｂの同調点とを異ならせている。
【００４５】
上述したように、リーダ／ライタとの近接時における同調点が、離間時における同調点よりも高周波数側にシフトすることから、第１同調コイル２３Ｂの同調点よりも高い周波数で第２同調コイル２３Ｂの同調点を設定している。図５は、第１同調コイル２３Ａの同調点ｆ０（１６．７６ＭＨｚ）に対し、第２同調コイル２３Ｂの同調点を１８．５３ＭＨｚに設定した例を示している。
【００４６】
本実施の形態によれば、上述の第１の実施の形態と同様な効果を得ることができるとともに、上述の第１の実施の形態に比べて、第１同調コイル２３Ａのアンテナ特性Ｐ２１Ａと第２同調コイル２３Ｂのアンテナ特性Ｐ２１Ｂとの相互間の干渉を抑えることができるので、第１同調コイル２３Ａの共振先鋭度Ｑ１の低下量ΔＱ２をより低減することが可能となる。
【００４７】
（第３の実施の形態）
図６及び図７は本発明の第３の実施の形態を示している。なお、図において上述の第１の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４８】
本実施の形態のアンテナモジュール３１は、リーダ／ライタとの離間時に同調する第１同調コイル３３Ａと、リーダ／ライタとの近接時に同調する第２同調コイル３３Ｂとを有している。第１同調コイル３３Ａ及び第２同調コイル３３Ｂは、それぞれ給電コイルとしての機能を独立して備え、各々独立してモジュール回路３４に電気的に接続されている。
【００４９】
第１同調コイル３３Ａ及び第２同調コイル３３Ｂは互いに同一の同調点ｆ０（１６．７６ＭＨｚ）に設定されている。第２同調コイル３３ＢにはＱダンプ抵抗１６が並列接続されたＱダンプコイルとされており、これにより図７に示したように、第１同調コイル３３Ａの共振先鋭度Ｑ１は、第２同調コイル３３Ｂの共振先鋭度Ｑ２よりも高くなっている。なお、第１同調コイル３３Ａと第２同調コイル３３Ｂ間は、相互誘導による結合を小さくするために、互いに距離を離して配置されている。
【００５０】
一方、モジュール回路３４には、第１同調コイル３３Ａと第２同調コイル３３Ｂとを選択的に切り替える切替回路３５が設けられている。図６の例では、切替回路３５が第１同調コイル３３Ａを選択している状態を示している。これら第１同調コイル３３Ａと第２同調コイル３３Ｂ間の切替は、これらのコイルに発生する誘導電圧を検出する検出部（図示略）の出力に基づいて行われるようになっている。
【００５１】
即ち、第１，第２同調コイル３３Ａ，３３Ｂの発生誘導電圧は、リーダ／ライタとの間の相対距離（通信距離）によって変化し、両者間の距離が近いほど大きな誘導電圧が発生する。
【００５２】
そこで、この電圧レベルが一定値よりも低い場合は第１同調コイル３３Ａを選択することにより、両者間の通信距離の低下を抑制することができる。一方、電圧レベルが一定値に達している場合は第２同調コイル３３Ｂを選択することにより、同調周波数帯域を広げ、安定した通信動作を確保することができる。
【００５３】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００５４】
例えば以上の各実施の形態では、第２同調コイル１３Ｂ，２３Ｂ，３３Ｂの同調周波数帯域を広げるためにＱダンプ抵抗を挿入したが、これに代えて、第１同調コイルからの離間距離を広げたり、コイル抵抗の大きい材料で第２同調コイルを形成する等の方法も適用可能である。
【００５５】
また、以上の各実施の形態では、本発明に係るアンテナモジュール１１，２１，３１として、非接触ＩＣタグ用のアンテナモジュールを例に挙げて説明したが、これに限らず、リーダ／ライタの送受信アンテナ部に本発明を適用することも勿論可能である。
【００５６】
更に本発明に係るアンテナモジュールは、非接触ＩＣタグ用のアンテナモジュールとリーダ／ライタ用のアンテナモジュールを兼ねた構成とすることも可能である。この場合、給電コイルや同調回路は、タグ用及びリーダ／ライタ用として、共通に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるアンテナモジュール１１の概略構成図である。
【図２】アンテナモジュール１１の周波数特性を説明する図である。
【図３】アンテナモジュール１１の構成の変形例を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態によるアンテナモジュール２１の概略構成図である。
【図５】アンテナモジュール２１の周波数特性を説明する図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態によるアンテナモジュール３１の概略構成図である。
【図７】アンテナモジュール３１の周波数特性を説明する図である。
【図８】従来のアンテナモジュールの概略構成図である。
【図９】従来のアンテナモジュールの周波数特性を説明する図である。
【図１０】従来の他のアンテナモジュールの概略構成図である。
【図１１】同調コイルを複数備えた従来のアンテナモジュールの概略構成図である。
【図１２】図１１のアンテナモジュールの周波数特性を説明する図である。
【符号の説明】
【００５８】
１１，２１，３１…アンテナモジュール、１２…給電コイル、１３，２３…同調回路、１３Ａ，２３Ａ，３３Ａ…第１同調コイル、１３Ｂ，２３Ｂ，３３Ｂ…第２同調コイル、１４，３４…モジュール回路、１５…同調容量、１６…Ｑダンプ抵抗。
【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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