(57)【要約】【課題】より使いやすいＬＥＤ光源を提供することであり、ＬＥＤの直線状アレイで使用する光学部品を提供することである。【解決手段】発光ダイオードの直線状アレイ（１４０）を含む光源（１２０）を利用して光ガイド内に光を配向する照明アセンブリ（１００）が提供される。直線状アレイは長手方向軸（１６２）の周囲に等間隔対向配置した長側部（１６０、１８０）及び短側部（２００、２２０）を有し且つ取付け平面（２４０）に位置決めされる。直線状アレイは取付け平面に直交する平面内に位置決めした光学平面（２５０）を有する。反射面（２７０）を有する一次光学部品（２６０）が光学平面に関連付けされ、反射面が、放物断面と、焦点（２８０）と、放物断面の二等分線とを有し、焦点が、直線状アレイの長側部の一方に配置され、前記二等分線が、光学平面に関して、例えば約８°傾斜した軸（２８３）を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明アセンブリ（１００）であって、
複数の発光ダイオードより成る直線状アレイ（１４０）を含む光源（１２０）にして、前記直線状アレイが、長手方向軸（１６２）の周囲に対向配置した２つの長側部（１６０、１８０）及び同じく対向配置した２つの短側部（２００、２２０）を有し、取付け平面（２４０）内に位置決めされ且つ、該取付け平面（２４０）に直交する中間光学平面（２５０）を有する光源と、
反射面（２７０）を有する一次光学部品（２６０）にして、前記反射面（２７０）が、２つの相互に傾斜する傾斜部分を含み、各傾斜部分が放物断面を近似し且つ焦点（２８０）と、放物断面（２８２）の二等分線とを有し、前記焦点（２８０）が前記長側部（１６０、１８０）の一方の位置に配置され、前記二等分線が前記中間光学平面（２５０）から離れる方向に傾斜した軸（２８３）を有する一次光学部品と、
を含む照明アセンブリ。
【請求項２】
前記反射面（２７０）の一部が放物線に一致する表面を含む請求項１の照明アセンブリ。
【請求項３】
前記反射面（２７０）の各一部が、放物断面に正接する直線セグメントを含む請求項１の照明アセンブリ。
【請求項４】
前記反射面の各一部が、ｂを入口開口と直交し且つ該入口開口に中心を置く垂直のｂ軸とし、ｆを焦点長とし、ａを前記ｂ軸に直交する軸に沿った距離とした場合の式ｂ＝１／４ｆ・ａ2を持つ放物線により定義される請求項１の照明アセンブリ。
【請求項５】
反射面（２７０）が、前記短側部（２００、２２０）に隣り合う一部にして、前記放物断面（２８２）の傾斜された二等分線の、前記取付け平面（２４０）に直交する最後のＬＥＤ（Ｌｎ）の中心を貫く構成の軸（Ｚ２）を中心とする回転の軌跡により画定される前記一部を含む請求項１の照明アセンブリ。
【請求項６】
前記反射面の前記短側部（２００、２２０）に隣り合う一部が、直線状アレイの各長側部（１６０、１８０）に沿って配置した、反射面（２７０）の対向する各部分と連結される請求項４の照明アセンブリ。
【請求項７】
最初のＬＥＤ（Ｌ１）と最後のＬＥＤ（Ｌｎ）とを連結するラインが中間光学平面（２５０）に配置される請求項１の照明アセンブリ。
【請求項８】
放物断面（２８２）の二等分線の軸（２８３）が約８°傾斜される請求項１の照明アセンブリ。
【請求項９】
前記直線状アレイが５個のＬＥＤを含む請求項１の照明アセンブリ。
【請求項１０】
前記一次光学部品（２６０）が金属を含む請求項１の照明アセンブリ。
【請求項１１】
前記一次光学部品（２６０）が、反射面（２７０）を備えるプラスチック材料を含む請求項１の照明アセンブリ。
【請求項１２】
照明アセンブリ（１００）であって、
発光ダイオードの直線状アレイ（１４０）を含む光源（１２０）にして、前記直線状アレイが、対向配置した２つの長側部（１６０、１８０）及び同様に対向配置した２つの短側部（２００、２２０）を有し、取付け平面（２４０）内に位置決めされ且つ、該取付け平面（２４０）に直交する光学平面（２５０）を有する光源と、
焦点（２８０）を有する光学部品（２６０）にして、前記光源（１２０）に関して前記焦点（２８０）が前記光学平面（２５０）からオフセットされる状態下に位置決めした光学部品と、
を含む照明アセンブリ。
【請求項１３】
取付け平面（２４０）上に配置したＬＥＤ（Ｌ１−Ｌｎ）の直線状アレイ（１４０）と共に使用するようになっているロープロファイル型の光学部品（２６０）用の反射面（２７０）の創出方法であって、
最初のＬＥＤ（Ｌ１）の中心内における焦点長及び焦点（２８０）を伴う状態下にＺ−Ｙ平面内に放物断面（２８２）の二等分線を画定し、該二等分線の軸（２８３）を、前記最初のＬＥＤ（Ｌ１）の中心を通り且つ取付け平面（２４０）と直交する軸Ｚ１と整列させること、
前記軸（２８３）を前記軸Ｚ１から離れる方向に傾斜させること、
前記軸（２８３）を、前記焦点（２８０）がＬＥＤの直線状アレイの第１の長手方向縁部（１８０）に隣り合うようにＹ軸に沿って移行させること、
前記二等分線を、前記ＬＥＤの直線状アレイの最初のＬＥＤ（Ｌ１）の中心から、最後のＬＥＤ（Ｌｎ）にして、前記取付け平面（２４０）と直交する該最後のＬＥＤ（Ｌｎ）の中心を貫いて構成される軸Ｚ２を有する該最後のＬＥＤ（Ｌｎ）の中心にかけて引くこと、
該二等分線を前記軸Ｚ２の周囲に回転させること、
を含む方法。
【請求項１４】
前記軸（２８３）を、前記焦点（２８０）がＬＥＤの直線状アレイの第１の長手方向縁部（１８０）に隣り合うようにＹ軸に沿って移行させることが、前記放物断面（２８２）の前記二等分線の軸（２８３）をＬＥＤ（Ｌ１）の幅の半分の距離においてＹ軸に沿って移行させることを含む請求項１３の方法。
【請求項１５】
前記軸（２８３）を前記軸Ｚ１から離れる方向に傾斜させること、前記軸（２８３）を、前記焦点（２８０）がＬＥＤの直線状アレイの第１の長手方向縁部（１８０）に隣り合うようにＹ軸に沿って移行させること、前記二等分線を、前記ＬＥＤの直線状アレイの最初のＬＥＤ（Ｌ１）の中心から、最後のＬＥＤ（Ｌｎ）にして、前記取付け平面（２４０）と直交する該最後のＬＥＤ（Ｌｎ）の中心を貫いて構成される軸Ｚ２を有する該最後のＬＥＤ（Ｌｎ）の中心にかけて引くこと、該二等分線を前記軸Ｚ２の周囲に回転させること、
を、ＬＥＤの直線状アレイの第２の長手方向縁部（１６０）に関して反復することを更に含む請求項１３の方法。
【請求項１６】
光源（１２０）を有する照明アセンブリ（１００）用の光学部品（２６０）であって、
入口窓と、該入口窓に直交し且つ前記光学部品（２６０）を二等分する中間平面とを有し、前記光学部品が反射面（２７０）を更に有し、該反射面（２７０）が、相互に傾斜した２つの部分にして、各部分が放物断面を近似し且つ焦点（２８０）及び放物断面（２８２）の二等分線を有し、該二等分線が、前記中間平面から離れる方向に傾斜する軸（２８３）を有する光学部品。
【請求項１７】
前記反射面（２７０）の前記各部分が、該反射面（２７０）の対向する部分を向く方向において前記中間平面から横方向に離して配置した焦点（２８０）を更に有する請求項１６の光学部品。
【請求項１８】
入口窓面積を有する入口窓（２６２）と、出口窓面積を有する出口窓（２６４）と、高さを有する反射面にして、前記入口窓から前記出口窓に配向された軸に沿って約１２ｍｍ〜１３ｍｍの範囲において伸延する反射面とを有する光学部品（２６０）であって、前記出口窓（２６４）の窓面積が前記入口窓（２６２）の窓面積よりも約５．２〜約５．４倍の範囲において大型である光学部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光源に関し、詳しくは、発光ダイオード（単数または複数のＬＥＤ）を利用する光源に関する。更には本発明は、ＬＥＤからの発光光線を遠隔位置に配分する光ガイド内に合焦させる光学部品を用いる光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
堅牢且つ小型で必要電力が小さく且つ長寿命であることから、ＬＥＤ利用の照明応用例が数多く開発されてきている。これらの照明応用例の中で最も重要なのは自動車用光源、即ち、後部中央ブレーキ照明（ＣＨＭＳＬ）及びテール及びブレーキの各照明である。ある応用例ではＬＥＤは、それらが代替するＳ８フィラメント式照明に匹敵する直視光源としての使用に好適である。しかしながら、他の応用例では光源から集め及びまたは合焦させた光を、例えば光ガイドを介して遠隔位置に配向可能とすることが所望される。光ガイドは受けた光を合焦または集中させず、単に別の位置に差し向ける。ＰＡＲ照明で使用するそれらの如く、基準式Ｚ＝１／４ｆ・Ｒ2に基づいて創出した放物断面を備える光学部品が光の有効な集中体であり、過去において発光ダイオードと共に使用されていたことは昔から知られている。しかしながら、一般に各発光ダイオードは個別の光学部品と、コスト高で且つ整合上の問題によって複雑化する困難な手順とが用いられる。高輝度で照射角が狭く且つ放射輪郭形状が明瞭な自動車ヘッド照明用にＬＥＤアレイを備える単独の光学部品を用いることが提案された。発行された米国特許出願公開第２００９／０００１４９０Ａ１（Ｂｏｇｎｅｒ他）を参照されたい。発行された米国特許出願公開第２００９／０１８５３８９Ａ１（Ｔｅｓｓｎｏｗ他）において、単数または複数のＬＥＤからの光を単数または複数の光ガイド内に直接導入する事も知られている。
【０００３】
しかしながら、光ガイドへの光導入用としての放物断面型光学部品の採用は、特に、ＬＥＤ直線状アレイが関与する場合は困難なものとなる。例えば、２×３チップアレイ状のＬＥＤの各々に対し、単一のガラス製複合放物断面型集光器（ＣＰＣ）を用いることが知られているが、このシステムは密な直線状アレイではうまく作用しない。
また、ＬＥＤの直線状アレイの使用にも困難が伴う。直線状アレイの場合、先ず、一般に特定の入口に限定され、その入口のサイズはアレイ自身の物理的寸法形状により決まる。この種のアレイ用の特定の出口開口を従来型ＣＰＣを用いて開発するのは実用的ではないことが分かっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０００１４９０Ａ１
【特許文献２】米国特許出願公開第２００９／０１８５３８９Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決しようとする課題は、より使いやすいＬＥＤ光源を提供することであり、光ガイド内に光を導入するための改良されたＬＥＤ光源を提供することであり、ＬＥＤの直線状アレイで使用する光学部品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、光ガイド内に光を配向するための照明アセンブリであって、
発光ダイオードの直線状アレイを有する光源にして、前記直線状アレイが、長手方向軸線の周囲に等間隔に対向配置した２つの長側部及び２つの短側部を有し、取り付け用プレート上に対向状態に位置決めされ且つ前記取り付け用プレートに直交する平面内に位置付けた光学軸を有する光源と、を含む照明アセンブリが提供される。１次光学部品であり得る光学部品がＬＥＤの周囲に設けられ、該光学部品と関連する反射面を有している。反射面は放物断面、焦点、放物断面の二等分線、を有し、前記焦点は直線状アレイの長側部の一方に配置され、前記放物断面の二等分線は光学軸に関して傾斜した軸を有する。当該構造により、光ガイド内への光導入用のＣＰＣ装置が提供される。更に、当該構造によれば、光学軸と直交する両方向に対し、光ガイド内への放出上非常に効率的な角度２０°において放射させる光学部品が提供される。放物断面は真性で、円滑な放物である必要はないが、放物断面に正接する多角形または直線状セグメントにより近似され得る。
【発明の効果】
【０００７】
より使いやすいＬＥＤ光源が提供され、ＬＥＤの直線状アレイで使用する光学部品が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の１様相に従う照明アセンブリの平面図である。
【図２】本発明の１様相に従う照明アセンブリの側面図である。
【図３】図１を線３−３に沿って切断した断面図である。
【図４】図１を線４−４に沿って切断した断面図である。
【図５】ＬＥＤアレイのダイヤグラム図的斜視図である。
【図６】本発明の１様相に従う放物断面調製ステップの１つをダイヤグラム図的に表した斜視図である。
【図７】本発明の１様相に従う放物断面調製ステップの１つをダイヤグラム図的に表した斜視図である。
【図８】本発明の１様相に従う放物断面調製ステップの１つをダイヤグラム図的に表した斜視図である。
【図９】本発明の１様相に従う放物断面調製ステップの１つをダイヤグラム図的に表した斜視図である。
【図１０】本発明の１様相に従う放物断面調製ステップの１つをダイヤグラム図的に表した斜視図である。
【図１１】本発明の１様相に従う放物断面調製ステップの１つをダイヤグラム図的に表した斜視図である。
【図１２】本発明の１様相に従う放物断面調製ステップの１つをダイヤグラム図的に表した斜視図である。
【図１３】従来開発された放物断面を本発明の１様相を利用して開発されたそれと比較してダイヤグラム図的に示す図である。
【図１４】本発明の別態様例のダイヤグラム図的例示図である。
【図１５】本発明の特定実施例のダイヤグラム図的例示図である。
【図１６】本発明の特定実施例のダイヤグラム図的例示図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
特に図１及び図５を参照して説明するに、光ガイド１０１内に光を配向する照明アセンブリ１００が例示される。光源１２０が、多数のＬＥＤからなる直線状アレイ１４０を含み、当該直線状アレイが、長手方向軸１６２の周囲に好ましくは等間隔配置した２つの長側部１６０、１８０及び２つの短側部２００、２２０を有し、取付け平面２４０上に位置決めされ、該取付け平面２４０に直交する平面内に配置された中間光学平面２５０を有している。図５に示す実施例では、記号Ｌ１−Ｌｎで示す５個のＬＥＤが１列に配置される。取付け平面２４０は、ドイツ国ミュンヘンのＯｓｒａｍ  ＧｍｂＨ社から入手可能なＪＦＬ２等の市販入手可能な光源の上面２４１であることが好ましい。反射面２７０を持つ光学部品２６０がＬＥＤに隣り合って設けられ、前記反射面２７０が、放物断面、焦点２８０、放物断面２８２の二等分線、を有する反射面２７０と関連され、前記焦点２８０が長側部１６０、１８０の一方に配置され、放物断面２８２の二等分線が、光学平面２５０に関して傾斜した軸２８３を有している。この特徴は図８に例示される。
【００１０】
好ましい実施例では、放物断面２８２の二等分線の軸２８３は、５個のＬＥＤを有するＬＥＤの直線状アレイ１４０に関して約８°傾斜される。
光学部品２６０は、反射面２７０を適宜反射面化する好適な金属、例えば、アルミニュームまたはステンレススチールから形成し得、または、アクリロニトリルブタジュエンスチレン（ＡＢＳ）材料等の高温プラスチックから形成し得る。本発明の好ましい実施例では光学部品２６０はアルミニュームから作製されるが、光学部品用としての最適材料の選択は種々要因に依存し、材料コストや光学部品の使用場所の環境条件は軽視できない。
【００１１】
好ましい実施例では、光学部品２６０を上述した光源と共に用いる場合、光学部品２６０は長手方向の各軸２６３、２６５の夫々に沿って約１０ｍｍ×約１４．４ｍｍの寸法形状の出口窓を有し得る。
図３及び図４を参照するに、光学部品２６０は入口窓２６２及び出口窓２６４を有し、各窓は全体に楕円形状を有し且つ短軸２６３及び長軸２６５を有し、出口窓２６４の短軸は入口窓２６２の短軸よりも３．０４６〜３．０５倍長く、出口窓２６４の長軸２６５は入口窓２６２の長軸よりも約１．８７５倍長い。
【００１２】
図５〜図１２には、多数のＬＥＤ（Ｌ１−Ｌｎ）からなる直線状アレイ１４０と共に使用するロープロファイル型光学部品２６０と共に使用する反射面２７０の創出法がシーケンス的に例示される。
図５を参照するに、本発明の好ましい実施例に従うチップ状のＬＥＤの直線状アレイ１４０が示され、ＬＥＤはＬ１から始まり、Ｌｎが最後である。ここでｎは５に等しい。各ＬＥＤチップは１ｍｍ×１ｍｍのサイズを有し、各チップ間の間隙は０．１ｍｍである。ＬＥＤは１列に配置される。ＬＥＤ列には図示された５個よりも多いまたは少ないＬＥＤを含み得る。各ＬＥＤからの放出光はＺ軸方向にランベルトパターンを提供する。図示される構成では、ＬＥＤの直線状アレイの中心位置でＬＥＤのＬ１と最後のＬＥＤであるＬｎの夫々に位置付けた２つのＺ軸、即ちＺ１及びＺ２が画定される。
【００１３】
図６に示すように、Ｚ−Ｙ平面内に、焦点長１ｍｍの焦点２８０をＬＥＤＬ１の中央に位置付けた放物断面２８２の二等分線が生成され、当該二等分線の軸２８３が軸Ｚ１と平行に整列される。
放物断面２８２の二等分線の軸２８３が軸Ｚ１から内側に離れる方向で焦点２８０を中心に傾斜され、図７に示す好ましい実施例では８°傾斜される。
次いで、放物断面２８２の二等分線の軸２８３がＬＥＤＬ１の幅の半分の距離においてＹ軸に沿って移動され、かくして図８及び図９に示す如く、焦点２８０がＬＥＤアレイ１２０の長側部１８０上に配置される。
【００１４】
次いで、放物断面２８２の二等分線の軸２８３がＸ軸に沿ってＬＥＤＬ１の中心から、軸Ｚ２を有する最後のＬＥＤＬｎの中心へと矢印２８４（図１０）に沿って移行され、図１１に示す如くその底部が切り離され、底縁部２８５がＬＥＤ１４０の上面と同じ高さに位置付けられる。
次いで、放物断面２８２の二等分線が軸Ｚ２を中心として回転され、反射面２７０の片半分を形成する。以上の作業を他方の長側部１６０及び軸Ｚ１について反復し、図１、図３、図４に完成状態で示す反射面２７０が完成する。
【００１５】
図１３には本発明により提供される、本来のそれと比較して比率の異なる実施例がダイヤグラム図的に例示される。図１３では、本来の形状が実線で示され、本発明のアスペクトにおける放物断面の二等分線が点線で示される。
本発明の光学部品２６０は、中でも、光軸に直交する両方向に２０°の放射光と、光ガイドへの最適連結を提供する上で好都合な、出口開口幅の約３０％の低減化とを提供する。
【００１６】
図１５及び図１６には、ＣＰＣが傾斜及び移行されない従来型と比較する実施例が例示され、光学部品２６０が１２．６１ｍｍの高さ“ｈ”と、１ｍｍの焦点距離“ｆ”と、入口半径１．６４ｍｍ、所望の出口半径５．００ｍｍを有している。５．００ｍｍの２つの出口半径部分間の直線セクションの各端部間長Ｌは４．４０ｍｍである。従って、出口窓の面積“Ａ”は２・Ｒ２・Ｌ＋π・（Ｒ２）2である。
かくして、図１５には３つのプロファイル、即ち、Ｒ２＝５ｍｍである本発明の実施例と、焦点距離は同じであるがＲ２＝７．５１ｍｍ（やはり大型の入口面積を生成する）である放物断面が傾斜されず且つ移行されない従来タイプと、Ｆ＝０．６４である、放物断面が傾斜されず且つ移行されない従来タイプとが例示される。
【００１７】
従って、この例を用いると、本発明の実施例に従い設計され、Ｒ２＝５ｍｍ、Ｌ＝４．４０ｍｍ、の場合は出口窓面積Ａ＝１２２．５ｍｍ2となる。出口開口は１０ｍｍ×１４．４ｍｍである。また、入口窓はエリヤＲ１では１．６４ｍｍ、Ｌ＝４．４ｍｍであるから入口面積Ａ＝２２．８８ｍｍ2となり、高さＨ＝１２．６１ｍｍでの出口面積は入口面積の５．３５倍、または一般に入口面積の約５．２〜５．４倍となる。この高さ位置での面積比は本発明の傾斜及び移行無くしては達成し得ないものである。
【００１８】
対称的に、焦点長が同じで且つＲ２＝７．５１ｍｍの非傾斜及び非移行型（“ｓｔｒａｉｇｈｔ  ｆｏｒｗａｒｄ”と称し得る）放物断面の場合、出口窓面積Ａ＝２４３．３ｍｍ2であり、これと同じ入口面積を有しＲ２＝５．９２ｍｍである非傾斜及び非移行型放物断面では出口開口は１１．８４×１６．２４ｍｍであるから出口窓面積Ａ＝１６２．２ｍｍ2となる。かくして、本発明の如く放物断面の軸を傾斜及び移行させることで、出口窓面積を従来型放物断面のそれよりも３０〜５０％小さくできる。
【００１９】
放物反射面を上述した如く傾斜及び移行させない、つまり、例えば、Ｚ＝０位置でのＬＥＤチップ面上に中心を置く焦点長が０．４３４ｍｍの、約１０ｍｍ×１５ｍｍのプラスチック製ＣＰＣを用いることは、ＬＥＤのアレイからの光の入射部分の面積を小さくし且つ出口部分の面積を大きくできるが、開き角は入口位置で大きく出口側では小さくなるので一次光学部品を光ガイドの入射口と注意深く整列させる必要が生じ、光ガイドの寸法形状を厳しい許容誤差の下に制御する必要が生じることを意味し、逆に、光の入口部分の開口を大きくし、通過光を狭い領域に送る場合は光の開き角は小から大となり、大きな開き角では光ガイドに入らない光が生じ得る。
【００２０】
４５°の角度の入射光の損失が約２０％であるのに比較して、面に直交させた場合は入射光の損失は約４％と、より効率的であることが知られている。ここで説明した如く傾斜及び移行させたＣＰＣを用いない場合、プラスチック成型によるＣＰＣを単に小型化し、しかし１０ｍｍ×１５ｍｍの代表的断面積を有する光ガイドの入口部分に光を入射させるための関連する寸法形状で、安価な１ショット成型プロセスを使用して作製し得るが、当該プロセスは、光の損失を招く“ひけ”をプラスチックに生じさせ得る。あるいは、所謂２層成型法によれば成型を注意深く制御し得るが当該プロセスは高価である。ここで説明した如き傾斜及び移行させたＣＰＣを用いれば、代表的には低コストの、大量生産型自動車用照明用の成型プラスチックから作製される光ガイドに関する、または光ガイドに対するＣＰＣの光出口部分の整合に関する、大きな許容度に耐え得る驚くべき利益がもたらされる。
以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解されたい。
【符号の説明】
【００２１】
１００  照明アセンブリ
１２０  光源、ＬＥＤアレイ
１４０  直線状アレイ
１６０  長側部
１６２  長手方向軸
２００  短側部
２４０  平面
２４１  上面
２５０  中間光学平面
２６０  光学部品
２６２  入口窓
２６３  短軸
２６４  出口窓
２６５  長軸
２７０  反射面
２８０  焦点
２８２  放物断面
２８３  軸
２８４  矢印
２８５  底縁部
Ｚ１  軸
Ｚ２  軸
【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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【図１６】
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