(57)【要約】【課題】小型撮像機器に用いる小型の光調節装置において、さらなる小径化を行い、安定した駆動が提供できる光調節装置を提供する。【解決手段】開口１０１を有する基板１００と、回転中心位置に磁石３０１が接合され、基板１００上で、光軸方向に対して鉛直な平面内を回動する少なくとも一つの入射光調節手段３００を具備する光調節部と、磁石に回転力を与える少なくとも一つのコイル４００を具備し、コイル４００への通電により入射光調節手段３００を開口位置と、開口位置から退避した退避位置に変位させ、開口１０１を通過する入射光を調整する光調節装置において、コイル４００は、光軸に対して平行な方向へ延在して配置されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口を有する基板と、
回転中心位置に磁石が接合され、前記基板上で、光軸方向に対して鉛直な平面内を回動する少なくとも一つの入射光調節手段を具備する光調節部と、
前記磁石に回転力を与える少なくとも一つのコイルを具備し、
前記コイルへの通電により前記入射光調節手段を前記開口位置と、前記開口位置から退避した退避位置に変位させ、
前記開口を通過する入射光を調整する光調節装置において、
前記コイルは、光軸に対して平行な方向へ延在して配置されていることを特徴とする光調節装置。
【請求項２】
前記コイルの総長は、前記入射光調節手段を変位させる回転力を前記磁石に与える磁場が得られる長さに設定されていることを特徴とする請求項１に記載の光調節装置。
【請求項３】
前記コイルの総長が、前記開口を有する基板の外周長よりも長いことを特徴とする請求項１または２に記載の光調節装置。
【請求項４】
前記コイルの光軸方向に対して鉛直な平面による断面形状の縦横比が、光軸を中心とする仮想円の径方向の長さに比べ、周方向の長さが長いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光調節装置。
【請求項５】
前記コイルのコアが、先端部において、光軸と鉛直な面内に折り曲げられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光調節装置。
【請求項６】
前記コイルのコアが、先端部において、光軸と鉛直な面内に延在する平面部を持つことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光調節装置。
【請求項７】
前記入射光調節手段に開口が形成されていることを特徴とした請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光調節装置。
【請求項８】
前記入射光調節手段にレンズが形成されていることを特徴とした請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光調節装置。
【請求項９】
前記入射光調節手段に光学フィルターが形成されていることを特徴とした請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光調節装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の光調整装置を備え、
前記コイルに併設して、少なくとも一つの第１の光学素子が配置されていることを特徴とする光学系。
【請求項１１】
前記第１の光学素子が、前記光調節部及び第２の光学素子を保持する第１の鏡枠とは別に設けられた、第２の鏡枠に保持されていることを特徴とする請求項１０に記載の光学系。
【請求項１２】
前記第２の鏡枠が、前記光調節部に接合されていることを特徴とする請求項１１に記載の光学系。
【請求項１３】
前記コイルが、前記第２の鏡枠に保持されていることを特徴とする請求項１１乃至１２に記載の光学系。
【請求項１４】
前記第１の光学素子に切り欠き部を有し、
前記第１の光学素子は、前記コイルを、前記第１の光学素子の切り欠き領域に含む様に、前記コイルに併設して配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の光学系。
【請求項１５】
前記コイルが、前記光調節部を保持する第１の鏡枠外において、前記光軸方向に対して平行な方向へ延在して配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型の撮像機器に用いる光調節装置及び光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光調節装置として多種多様な方式が実施されている。その一手法として、単数もしくは複数の入射光調節手段を、電磁駆動源により、光路内外に相互に変位させ、光路を通過する入射光の光学特性を変化させる差込式光調節装置がある。近年、撮像機能を有した携帯機器やマイクロビデオスコープ等の小型撮像機器の高画質化に伴い、レンズや絞り、光学フィルター等の光学素子も、従来の固定焦点レンズ、固定絞り、固定特性フィルターから、フォーカスレンズ、可変絞り、可変特性フィルターを適用する要求が高まっている。
【０００３】
先述の差込式光調節装置は、構成が簡単なことから、この様な小型撮像機器に適用する小型化に適した光調節装置として注目されている。
【０００４】
この様な小型化に適した差込式光調節装置の例として、特許文献１では、絞り板がシャフトを通じて二極に分極されたローターに固定されており、このローターはリング状にコイル形成されたコイル体を、回転孔を通して貫き、上カバー及び下カバーに形成されたシャフト受けにより回転自由に固定される構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２０３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された構成では、コイルの成形可能なエリアは、上下カバーに形成された開口径以上、且つ上下カバーの外周径以内のエリアに限られている。
【０００７】
光調節装置の更なる小径化を実施する上で、コイルの成形可能なエリアの縮小に伴い、コイル長の短縮、あるいはコイル巻数の低減が余儀なくされる。これは、コイルの発生磁場の低下、強いては、絞り板の回転トルクの低下に繋がり、安定した駆動の妨げとなるという問題がある。
また、光調節装置の更なる小径化において、コイルの成形可能なエリアが縮小されるだけでなく、そもそもコイルを設けるスペースがないという問題も生じうる。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型撮像機器に用いる小型の光調節装置において、さらなる小径化を行い、安定した駆動が提供できる光調節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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は開口を有する基板と、回転中心位置に磁石が接合され、基板上で、光軸方向に対して鉛直な平面内を回動する少なくとも一つの入射光調節手段を具備する光調節部と、磁石に回転力を与える少なくとも一つのコイルを具備し、コイルへの通電により入射光調節手段を開口位置と、開口位置から退避した退避位置に変位させ、開口を通過する入射光を調整する光調節装置において、コイルは、光軸に対して平行な方向へ延在して配置されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の好ましい態様にあっては、コイルの総長は、入射光調節手段を変位させる回転力を磁石に与える磁場が得られる長さに設定されていることが望ましい。
【００１１】
本発明の好ましい態様にあっては、コイルの総長が、開口を有する基板の外周長よりも長いことが望ましい。
【００１２】
本発明の好ましい態様にあっては、コイルの光軸方向に対して鉛直な平面による断面形状の縦横比が、光軸を中心とする仮想円の径方向の長さに比べ、周方向の長さが長いことが望ましい。
【００１３】
本発明の好ましい態様にあっては、コイルのコアが、先端部において、光軸と鉛直な面内に折り曲げられていることが望ましい。
【００１４】
本発明の好ましい態様にあっては、コイルのコアが、先端部において、光軸と鉛直な面内に延在する平面部を持つことが望ましい。
【００１５】
本発明の好ましい態様にあっては、入射光調節手段に開口が形成されていることが望ましい。
【００１６】
本発明の好ましい態様にあっては、入射光調節手段にレンズが形成されていることが望ましい。
【００１７】
本発明の好ましい態様にあっては、入射光調節手段に光学フィルターが形成されていることが望ましい。
【００１８】
本発明によれば、上述の光調節装置を有し、コイルに併設して、少なくとも一つの第１の光学素子が配置されている光学系を提供できる。
【００１９】
本発明の好ましい態様にあっては、第１の光学素子が、光調節部及び第２の光学素子を保持する第１の鏡枠とは別に設けられた、第２の鏡枠に保持されていることが望ましい。
【００２０】
本発明の好ましい態様にあっては、第２の鏡枠が、光調節部に接合されていることが望ましい。
【００２１】
本発明の好ましい態様にあっては、コイルが、第２の鏡枠に保持されていることが望ましい。
【００２２】
本発明の好ましい態様にあっては、第１の光学素子に切り欠き部を有し、第１の光学素子は、コイルを、第１の光学素子の切り欠き領域に含む様に、コイルに併設して配置されていることが望ましい。
【００２３】
本発明の好ましい態様にあっては、コイルが、光調節部を保持する第１の鏡枠外において、光軸方向に対して平行な方向へ延在して配置されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明にかかる光調節装置及び光学系は、絞り板を駆動するコイルの大きさが、光調節装置の基板外径寸法に依存しない構成になるので、小径化しても安定した駆動を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施例に係る光調節装置の分解斜視図である。
【図２】上部基板を透過して表記した上面図を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係る光学系の分解斜視図である。
【図４】コイルの断面形状を説明する図である。
【図５】本発明の第３の実施例における第１の鏡枠の一部を透過して表記した斜視図である。
【図６】本発明の第４の実施例における光学系の斜視図である。
【図７】本発明の第５の実施例における光学系の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明にかかる光調節装置及び光学系の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２７】
第１の実施例では、光調節装置として、開口が形成された絞り板を光路位置と光路外に変位させることで、開口を通過する光束を規定する可変絞りを、電磁アクチュエータを用いて駆動する構成を例に説明する。
【００２８】
図１を用いて、第１の実施例の光調節装置の構成について説明する。図１は第１の実施例の光調節装置の分解斜視図を示している。図１に示す様に、第１の実施例の光調節装置は、第１の開口１０１、第１の軸受け穴１０２、位置決め部１０３、間隔部１０４が形成された下部基板１００と、第２の開口２０１、第２の軸受け穴２０２が形成された上部基板２００と、第３の開口３０２が形成され、円柱形状の磁石からなる軸部材３０１が接合された絞り板３００と、コア４０３にコイル線４０１が巻き線され、コア４０３の両端に折り曲げ部４０２が形成されたコイル４００からなる。
【００２９】
以下各々の構成部材の詳細について説明する。
下部基板１００及び上部基板２００に形成された、第１の開口１０１及び第２の開口２０１は、その開口中心を光軸とし、入射光が通過する光路となる。第１の開口１０１及び第２の開口２０１の開口径は同一もしくは異なる径に成形されており、この開口径（開口径が異なる場合は小さい方の開口径）が光調節装置における開放開口径となる。また、下部基板１００に形成された間隔部１０４は、下部基板１００及び上部基板２００の間隔を規定する部材である。
【００３０】
絞り板３００には、下部基板１００及び上部基板２００に形成された第１の開口１０１及び第２の開口２０１よりも小さな第３の開口３０２が形成されている。また、円柱状の磁石からなる軸部材３０１が圧入等の方法で接合されている。軸部材３０１は、下部基板１００及び上部基板２００に形成された第１の軸受け穴１０２及び第２の軸受け穴２０２と嵌合され、絞り板３００は軸部材３０１を回転軸として回動可能に設置される。
【００３１】
絞り板３００の動作可能エリアは、光軸方向については、下部基板１００及び上部基板２００により規定されており、回転方向については、下部基板１００に形成された位置決め部１０３及び間隔部１０４により規定される。また絞り板３００が、位置決め部１０３に当接する位置において、第３の開口３０２の開口中心は光軸と一致する様に形成されている。
【００３２】
コイル４００は、光軸に対して平行な方向へ延在する様に、磁性材からなるコア４０３にコイル線４０１が巻き線されている。コア４０３の両端には、折り曲げ部４０２がそれぞれ形成されている。折り曲げ部４０２は、絞り板３００に接合されている軸部材３０１をその間に配置する様に対向して構成されている。この折り曲げ部４０２は、コア４０３と磁気的に結合していれば、別体で設けても良いし、コア４０３の先端を折り曲げて形成しても良い。
【００３３】
ここで、コイル４００の総長Ｊは、コイル線４０１の巻き数、コイル線４０１への通電量、コア４０３の材料特性と共に、折り曲げ部４０２に発生する磁場を規定する重要なファクターである。その長さＪは、上記ファクターと共に、円柱状の磁石からなる軸部材３０１に、絞り板３００を変位させる回転力を与えるに足る磁場が得られる長さに設定される。また、コイル４００の総長Ｊは、下部基板１００及び上部基板２００の外周長Ｋよりも長く設定されている。
【００３４】
次に、図２を用いて、第１の実施例の光調節装置の動作について説明する。図２は第１の実施例の光調節装置の内、上部基板２００を透過して表記した上面図を示している。
絞り板３００に接合された軸部材３０１は円柱状の磁石からなり、略絞り板３００に形成された第３の開口３０２の中心から軸部材３０１に向う方向にＳ極及びＮ極となる様に着磁されている。
【００３５】
一方、コイル４００は、磁性材からなるコア４０３にコイル線４０１が巻き線されており、コイル線４０１に流す電流により、コア４０３の両端に形成された折り曲げ部４０２ａ及び４０２ｂが相互にＳ極及びＮ極に磁化される。更に、コイル４００により発生する磁場と、軸部材３０１の磁場との磁気的吸引力及び反発力により、軸部材３０１に回転力が生じ、絞り板３００は軸部材３０１を回転中心として回動する。この回転の方向はコイル線４０１に流す電流の方向で制御することが出来る。
【００３６】
ここで、軸部材３０１が上述したように着磁されており、図２（ａ）に示す様に、折り曲げ部４０２ａがＳ極に、折り曲げ部４０２ｂがＮ極に磁化されている場合、絞り板３００には、図中反時計回りの回転力が作用する。絞り板３００は、位置決め部１０３に当接した位置で停止する。この状態において、絞り板３００は、第１の開口１０１及び第２の開口２０１を塞ぎ、絞り板３００に形成された第３の開口３０２の開口中心が光軸と一致することで、入射光が通過する光路の径は第３の開口３０２となる。
【００３７】
また、図２（ｂ）に示す様に、折り曲げ部４０２ａがＮ極に、折り曲げ部４０２ｂがＳ極に磁化されている場合、絞り板３００には、図中時計回りの回転力が作用する。絞り板３００は、間隔部１０４に当接した位置で停止する。絞り板３００は、第１の開口１０１及び第２の開口２０１から退避し、開口径は第１の開口１０１及び第２の開口２０１となる。
この様に、コイル４００への通電方向を制御することで、絞り板３００を回動させ、入射光が通過する光路の径を２段階に制御することが可能となる。
【００３８】
次に本実施例における光調節装置の効果を説明する。
光調節装置にコイルを形成する形態として、基板表面に沿ってコイルを延在して形成した場合、コイルを形成することが可能なエリアは、基板開口径以上で、且つ基板外径以内のエリアに限られている。これにより、光調節装置の更なる小径化を実施する上で、コイルの成形可能エリアの縮小に伴い、コイル長の短縮、あるいはコイル巻数の低減が余儀なくされる。これは、コイルの発生磁場の低下、強いては、絞り板の回転トルクの低下に繋がり、安定した駆動の妨げとなる。更には、所望のコイルを設ける場所が確保できないという問題も生じうる。
【００３９】
一方、本実施例における光調節装置は、コイルを光軸と平行な方向に延在して形成する構成である。したがって、コイルの形成エリアが、光調節装置の外形寸法（基板外径）に依存しない為、光調節装置を小径化してもコイル長を自由に設定することが可能となる。
上述の様に、本実施例における光調節装置では、光調節装置を更に小径化しても、コイル長を確保することが可能となり、コイルの発生磁場の低下、強いては、電磁アクチュエータの発生力の低下を回避し、光調節装置を安定して駆動することが可能となる。
【００４０】
また、本実施例における絞り板を光学レンズに置き換えることによって、光学レンズ脱着装置として用いることも可能である。
また、本実施例における絞り板を光学フィルターに置き換えることによって、透過光量もしくは透過波長域を変える光学フィルター脱着装置として用いることも可能である。
【実施例２】
【００４１】
第２の実施例では、光学系として、開口が形成された絞り板を光路位置と光路外に変位させることで、開口を通過する光束を規定する可変絞りを、電磁アクチュエータを用いて駆動する光調節装置に対して、この光調節装置を適用する光学系を例に説明する。
【００４２】
図３を用いて、本実施例における光学系の構成について説明する。図３は第２の実施例における光学系の分解斜視図を示している。
図３に示す様にレンズ群５００（第１の光学素子に対応）は、第２の鏡枠６０２に接合されており、各々の間隔や光軸位置が規定されている。第２の鏡枠６０２は、光調節装置の光軸とレンズ群５００の光軸とが一致する様に、光調節装置の上部基板２００に接合されている。
【００４３】
また、コイル４００は、上部基板２００に直接接合されている。なお、コイル４００は、第２の鏡枠６０２に接合されることで、上部基板２００に間接的に接合される構成としても良い。更に、第１の鏡枠６０１には、レンズ群５００とは異なるレンズ群（不図示：第２の光学素子に対応）が接合されており、第１の鏡枠６０１と光調節装置とは、光調節装置及びレンズ群５００の光軸と、レンズ群５００とは異なるレンズ群の光軸とが一致する様に接合される形態をとっても良い。
【００４４】
図４は、コイルの断面形状を説明する図である。図４（ａ）に示す様に、その縦横比を考える。光軸を中心とする仮想円の径方向に沿う長さＭに比べ、周方向に沿う長さＬを長く設定する。すなわち、コイル４００の併設による、レンズ群５００のレンズ面積に与える影響を小さくする。所望のコイル長さを確保して、コイル４００の発生磁場を強くし、且つ光調節装置を小径化する。
更に、図４（ｂ）に示す様に、コイル４００を、光軸を中心とした仮想円の円周に沿って配置すれば、第２の鏡枠６０２内のレンズ群５００を配置するエリアをさらに広く取ることが可能となる。
【００４５】
次に本実施の形態における光学系の効果を説明する。
一般的に光調節装置を光学アプリケーションとして適用する場合、光軸方向に沿って、光調節装置の他にレンズ、撮像素子等が順次配置される。ここで、光調節装置、レンズ、撮像素子等を個々の機能単位として完結させる場合、光学系を小型化する為には、光調節装置に対する径方向の小径化と光軸方向の薄型化の双方が必須となる。
【００４６】
一方、第２の実施例における光学系は、光学系全体を一つの機能単位として考えることで、光調節装置の、光軸方向の薄型化に対する制限を緩和している。つまり、コイルを光軸と平行な方向に延在して形成すると共に、コイルに併設してレンズを配置することで、３次元的に光調節装置とレンズを組み合わせている。
【００４７】
この様に、本実施例における光調節装置では、光調節装置を更に小径化しても、コイル長を確保することが可能となり、コイルの発生磁場の低下、強いては、電磁アクチュエータの発生力の低下を回避し、光調節装置を安定して駆動することが可能となる。
【００４８】
また、光調節装置の光学特性に寄与する実効的な光軸方向の厚さを極力薄くし、光学設計の自由度を高めることが可能となる。更には、コイルと併設して配置したレンズ群を、光調節装置を接合する鏡枠とは異なる鏡枠に接合し、光調節装置に接合することで、レンズ群とコイルの干渉を回避することが可能となる。
また、第１の実施例と同様に、本実施例における絞り板を光学レンズに置き換えることや光学フィルターに置き換えることが可能であることは言うまでも無い。
【実施例３】
【００４９】
第３の実施例では、第２の実施例同様、光学系として、開口が形成された絞り板を光路位置と光路外に変位させることで、開口を通過する光束を規定する可変絞りを、電磁アクチュエータを用いて駆動する光調節装置に対して、この光調節装置を適用する光学系を例に説明する。
【００５０】
図５を用いて、第３の実施例における光学系の構成及び効果について説明する。図５は、第１の鏡枠（鏡筒）の一部を透過して表記した斜視図を示している。
図５に示す様に、本実施例における光学系は、レンズ群５００のレンズの一部が切り欠かれている点と、レンズ群５００が第１の鏡枠６０１に接合されている点で第２の実施例とは異なる。
【００５１】
本実施例では、レンズ群５００のレンズの一部を切り欠き、コイル４００の場所を設けて、レンズ群５００とコイル４００とを鏡枠６０１内に併設する。レンズ群５００は、光調節装置を接合する鏡枠６０１と同一の鏡枠６０１に接合することで、レンズ群の光軸合わせの精度を高めると共に、アセンブリを簡略化することが可能となる。
その他の主な効果については、第２の実施例と同様である。
【実施例４】
【００５２】
第４の実施例では、第２乃至第３の実施例同様、光学系として、開口が形成された絞り板を光路位置と光路外に変位させることで、開口を通過する光束を規定する可変絞りを、電磁アクチュエータを用いて駆動する光調節装置に対して、この光調節装置を適用する光学系を例に説明する。
【００５３】
図６を用いて、第４の実施例における光学系の構成及び効果について説明する。図６は、本実施例における光学系の斜視図を示している。
図６に示す様に、本実施例における光学系は、第１の鏡枠６０１に、貫通穴６０３が形成されている。また、コイル４００の折り曲げ部４０２が、貫通穴６０３を介して鏡枠６０１内に挿入され、鏡枠６０１内の絞り板３００に接合されている軸部材３０１をその間に配置する様に対向して形成されている。コイル４００が、鏡枠６０１の外部に設けられている点で、第２乃至第３の実施例とは異なる。
【００５４】
第３の実施例よりもコイル４００が鏡枠６０１の外部にある分小径化ではなくなるが、第４の実施例の様な構成とすることで、レンズ群５００をカットする必要はなくなり、また鏡枠６０１以外の光学系の構成を従来の構成と変えること無く形成することが可能となる。
その他の主な効果については、第２の実施例と同様である。
【実施例５】
【００５５】
第５の実施例では、第２乃至第４の実施例同様、光学系として、開口が形成された絞り板を光路位置と光路外に変位させることで、開口を通過する光束を規定する可変絞りを、電磁アクチュエータを用いて駆動する光調節装置に対して、この光調節装置を適用する光学系を例に説明する。
【００５６】
図７を用いて、第５の実施例における光学系の構成及び効果について説明する。図７は、本実施例における光学系の分解斜視図を示している。尚、本実施例では、第２の鏡枠６０２を省略して表記している。
【００５７】
図７に示す様に、本実施例における光学系は、複数のコイル４００ａ、４００ｂ、４００ｃと複数の絞り板３００ａ、３００ｂ、３００ｃが設けられている点で、第２乃至第４の実施例とは異なる。尚、本実施例におけるコイルの総長は、複数のコイル４００ａ、４００ｂ、４００ｃの合計の長さを指す。
【００５８】
この様な構成とすることで、複数の絞り板３００ａ、３００ｂ、３００ｃに各々異なる径の第３の開口３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃを形成し、各々の絞り板３００ａ、３００ｂ、３００ｃに対応するコイル４００ａ、４００ｂ、４００ｃへ順次駆動電流を通電することで、複数段の開口径を実現することが可能となる。
その他の主な効果については、第２の実施例と同様である。また、本構成を第３乃至第４の実施例同様に構成することが可能なことは言うまでも無い。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上のように、本発明にかかる光調節装置及び光学系は、小型撮像機器に用いる光調節装置に有用であり、特に、さらなる小径化を行い、安定駆動が望まれている光調節装置に適している。
【符号の説明】
【００６０】
１００、２００  基板
１０１、２０１、３０２  開口
１０２、２０２  軸受け穴
１０３  位置決め部
１０４  間隔部
３００  絞り板
３０１  回転軸
４００  コイル
４０１  コイル線
４０２  折り曲げ部
４０３  コア
５００  レンズ群
６０１、６０２  鏡枠
【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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