(57)【要約】【課題】プリズムと撮像素子との固着の手順を低減すると共に、固着後の温度変化によるプリズムと撮像素子との位置ずれを最小限にする。【解決手段】プリズム４０に撮像素子１を固着する場合に、まず基板２に実装した撮像素子１を固着板２０に接着する。次に、固着板２０の撮像素子１非装着面２０ｂとプリズム４０の側面とを固着する固着部材３０及び３１上の、固着板２０の撮像素子１非装着面側（３０ａ、３１ａ）及びプリズム４０の側面側（３０ｂ、３１ｂ）にＵＶ接着剤を塗布する。そして、ＵＶ接着剤６０が塗布された固着部材３０及び３１を、固着板２０の撮像素子１非装着面２０ｂ上をすべらせてプリズム４０の側面に当て、最後に紫外線光を照射してＵＶ接着剤を硬化させるようにした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズを通して入射した光を少なくとも２色に分解して出力するプリズムと、
前記プリズムで分解・出力された光を撮像信号に変換する撮像素子とを備えた撮像装置において、
基板に実装された前記撮像素子を装着した固着板と、
前記固着板の前記撮像素子非装着面と前記プリズムの側面とを、接着剤を介して固着させる複数の固着部材とを備えたことを特徴とする
撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の撮像装置において、
前記撮像素子と前記固着板との固着と、前記固着部材と前記プリズムとの固着及び前記固着部材と前記固着版との固着には、紫外線硬化接着剤を用いることを特徴とする
撮像装置。
【請求項３】
請求項２記載の撮像装置において、
前記固着板と前記固着部材は、前記紫外線硬化接着剤を硬化させるための紫外線光を透過するガラス素材であることを特徴とする
撮像装置。
【請求項４】
請求項１記載の撮像装置において、
前記撮像素子と前記固着板との接続は、前記撮像素子の封止用ガラス部材を介して行われることを特徴とする
撮像装置。
【請求項５】
請求項４記載の撮像装置において、
前記固着板は、前記撮像素子の封止用ガラス部材で形成されることを特徴とする
撮像装置。
【請求項６】
請求項２記載の撮像装置において、
前記固着部材と前記プリズムとの接続面において、前記固着部材側又は前記プリズム側のいずれか一面は粗面であることを特徴とする
撮像装置。
【請求項７】
請求項６記載の撮像装置において、
前記固着部材と前記固着板との接続面においては、前記固着部材側及び前記固着板側のいずれの面も鏡面であることを特徴とする
撮像装置。
【請求項８】
請求項１記載の撮像装置において、
前記固着部材には、前記プリズムとの非接触面及び前記固着板との非接触面とが直交する位置に切り欠きを設けてあることを特徴とする
撮像装置。
【請求項９】
請求項１記載の撮像装置において、
前記撮像素子とレンズとの間の距離は、前記固着板を間に挟まない場合の前記撮像素子とレンズとの間の距離と同一であることを特徴とする
撮像装置。
【請求項１０】
請求項１記載の撮像装置において、
前記固着部材と前記プリズムとの間には、防塵部材を設けてあることを特徴とする
撮像装置。
【請求項１１】
レンズを通して入射した光を少なくとも色に分解して出力するプリズムと、  前記プリズムで分解・出力された光を撮像信号に変換する撮像素子とを備えた撮像装置における製造方法において、
基板に実装された前記撮像素子を固着板に接着し、
前記固着板の前記撮像素子非装着面と前記プリズムの側面とを固着する固着部材上の、前記固着板の前記撮像素子非装着面側及び前記プリズムの側面側に紫外線硬化接着剤を塗布し、
前記紫外線硬化接着剤が塗布された固着部材を、前記固着板の前記撮像素子非装着面上をすべらせて前記プリズムの側面に当て、
紫外線を照射して前記紫外線硬化接着剤を硬化させることを特徴とする
製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリズムを介して入射光を分光する機構を備えたビデオカメラに適用して好適な撮像装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、業務用などの比較的高価なビデオカメラにおいては、高画質・高感度の要求性能を満たすため、単一レンズを通った光を色分割プリズムで赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色に分割して、それぞれの撮像素子に結像させることが行われている。この場合、プリズムと撮像素子との位置決めは、それぞれの撮像素子についてその受光面の水平方向（Ｘ軸）、垂直方向（Ｙ軸）、前後方向（Ｚ軸）、さらに各軸を中心にした回転方向（α、β、γ）の６軸に対して行う必要がある。そして、６軸における位置調整はμ単位で精度良く行われる必要がある。位置決めが正確に行われないと、レジストレーションずれ等の問題が生じてしまうためである。
【０００３】
このように、プリズムと各撮像素子との固着には、位置において高い精度が求められるため、その位置決めや固着については様々な手法が考案されている。
【０００４】
特許文献１には、プリズムと撮像素子との間の接着層を安定化させる力を設けた上で、色分解プリズムと撮像素子とを固着することについての開示がある。
【特許文献１】特開平１１−２７５５９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、プリズムと撮像素子とは精度良く位置決めされて固着される必要があるため、通常その位置合わせは、撮像素子を基板に実装する前に行われていた。つまり、撮像素子単体を用いて行われていた。基板のように体積の大きいものは、位置決めにおいては不安定要因となるためである。ところが、撮像素子とプリズムとを固着した後で、撮像素子に基板を実装させる手法においては、組み立ての手順が増えてしまうという問題があった。
【０００６】
また、プリズムと撮像素子との固着は、接着剤を用いて行われることが多いが、プリズムと全く同一の線膨張係数を有する接着剤は存在しないため、接着剤を多く使えば使うほど、固着後の温度変化によって色分解プリズムと撮像素子との位置ずれが生じやすくなるという問題もあった。
【０００７】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、プリズムと撮像素子との固着の手順を低減すると共に、固着後の温度変化によるプリズムと撮像素子との位置ずれを最小限にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、レンズを通して入射した光を少なくとも２色に分解して出力するプリズムと、プリズムで分解・出力された光を撮像信号に変換する撮像素子とを備えた撮像装置において、プリズムに撮像素子を固着する場合に、まず基板に実装された撮像素子を固着板に接着するようにした。次に、固着板の撮像素子非装着面とプリズムの側面とを固着する固着部材上の、固着板の撮像素子非装着面側及びプリズムの側面側に紫外線硬化接着剤を塗布するようにした。そして、接着剤が塗布された固着部材を、固着板の撮像素子非装着面上をすべらせてプリズムの側面に当て、最後に紫外線を照射して紫外線硬化接着剤を硬化させるようにしたものである。
【０００９】
このように、基板に実装された撮像素子が固定板上に接着された上で、固着部材を介してプリズムと固着されるため、撮像素子を基板に実装させた上でプリズムに固着しても、位置ずれが生じにくくなる。
【００１０】
また、接着剤が塗布された固着部材を、固着版上をすべらせてプリズムの側面に当てるようにしたため、固着部材とプリズムとを線接触により固着できるようになる。よって、プリズムと線膨張係数の異なる接着剤の量を、最小限に減らすことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、プリズムと撮像素子との固着の手順が低減すると共に、固着後の温度変化によるプリズムと撮像素子との位置ずれが最小限となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施の形態を、図１〜図１０を参照して説明する。本実施の形態においては、入射光をＲ、Ｇ、Ｂの３色に分解するプリズムと、撮像素子としてＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）素子を備えたビデオカメラに適用したものである。
【００１３】
図１は、基板２に実装された撮像素子１と、プリズム４０とが固着された様子を示した図である。本例においては、撮像素子１としてＣＭＯＳ素子を使用しており、ＣＭＯＳ素子を含むＣＭＯＳパッケージが基板に面実装してある状態で、固着が行われているものとする。
【００１４】
図１において、Ｇチャンネル用の撮像素子１Ｇ、Ｒチャンネル用の撮像素子１Ｒ、Ｂチャンネル用の撮像素子１Ｂが、プリズム４０の各ブロックの出光面に固着された様子を示してある。プリズム４０の各ブロックである４０Ｇ、４０Ｒ、４０Ｂはそれぞれ、固着ガラス（固着部材）３０Ｇ及び３１Ｇ、３０Ｒ及び３１Ｇ、３０Ｂ及び３１Ｂに両脇を挟まれた状態で、固着ガラス板（固着板）２０Ｇ、２０Ｒ、２０Ｂを介して撮像素子１Ｇ、１Ｒ、１Ｂと接着されている。固着の詳細な位置や方法については後述する。
【００１５】
次に、図２を参照して、プリズム４０と撮像素子１との位置について説明する。図２においては、説明を分かりやすくするため、基板の図示を省略してある。
【００１６】
図２の画面下方よりプリズム４０に入射した入力光は、まずプリズムのブロック４０ＧによってＧが分解され、分解された光ＧはＧチャンネル用の撮像素子１Ｇの受光面に結像される。次に、プリズムのブロック４０Ｇを通過した光のうち、Ｂがブロック４０Ｂによって分解され、分解された光ＢはＢチャンネル用の撮像素子１Ｂの受光面に結像される。そして、ブロック４０Ｇと４０Ｂとを通過した光、つまりＲの光が、ブロック４０Ｒを通してＲチャンネル用の撮像素子１Ｒの受光面に結像される。プリズム４０と各撮像素子１Ｇ、１Ｒ、１Ｂとの位置決めの詳細については後述する。
【００１７】
次に、図３を参照して、プリズム４０と、撮像素子１との接着の詳細について説明する。図３は、プリズム４０と撮像素子１とが固着された様子を示す側面図である。図３においても、図２と同様に基板の図示を省略してあるが、プリズム４０との固着は、基板に撮像素子１が実装された状態で行うものとする。図３において基板を図示する場合には、撮像素子１の左側に配置される。また、図３においては、プリズム４０を１つだけ図示してあるが、実際にはＲ、Ｇ、Ｂの３つチャンネル用のプリズムの各ブロックに対して、同様に固着が行われるものとする。
【００１８】
図３において、撮像素子１はＣＭＯＳシールガラス１１で封止されており、ＣＭＯＳシールガラス１１は、ＵＶ（ultraviolet）接着剤６０を介して固着ガラス板２０に接着されている。また、固着ガラス板２０の撮像素子１非装着面２０ａには、固着ガラス３０及び３１がＵＶ接着剤６０を介して固着されている。そして、固着ガラス３０及び３１は、プリズム４０の側面４０ａ及び４０ｂを挟むような状態で、ＵＶ接着剤６０を介してプリズム４０に固着されている。
【００１９】
本例においては、撮像素子１を搭載したＣＭＯＳパッケージと、固着ガラス板２０との接着は、ＣＭＯＳパッケージの封止材であるＣＭＯＳシールガラス１１を介して行うようにしてある。
【００２０】
また、各部材間の固着精度を上げるため、接着剤として、硬化収縮率が小さく、短時間で硬化する紫外線硬化接着剤（以下ＵＶ接着剤と称する）を使用してある。
【００２１】
また、温度変化に強い構成とするため、固着ガラス板２０及び固着ガラス３０、３１を、プリズム４０と同じ材料で構成してある。
【００２２】
さらに、固着ガラス３０又は３１と固着ガラス板２０との間と、固着ガラス３０又は３１とプリズム４０との間は、表面張力を利用した接着がされるようにしてある。このため、接着剤の体積を削減させることが可能となり、接着剤硬化時に撮像素子１とプリズム４０との相対的な位置が変動することを防ぐことができる他、経時変化を防ぐことが可能となる。
【００２３】
このとき、固着ガラス３０又は３１と固着ガラス板２０との接着面と、固着ガラス３０又は３１とプリズム４０との接着面とで生じる表面張力の力がどちらも同じ程度であると、固着ガラス３０又は３１が安定しなくなり、結果的に撮像素子１とプリズム４０との間に位置ずれを生じさせてしまう可能性がある。このため本例では、各部材間の接着面の粗さに変化を持たせ、各部材間で働く表面張力の大きさを変えるようにしてある。つまり、固着ガラス板２０の撮像素子１非装着面２０ａと、固着ガラス３０の固着ガラス板２０との接続面３０ａ、固着ガラス３１の固着ガラス板２０との接続面３１ａとは鏡面にしてあり、プリズム４０の側面４０ａと４０ｂとは粗面としてある。
【００２４】
このようにすることで、固着ガラス板２０と固着ガラス３０又は３１との接続面は鏡面同士であるため、接着面には所定量の表面張力が働くが、固着ガラス３０又は３１とプリズム４０との接続面は、プリズム４０側が粗面であるため、表面張力がおきにくくなる。よって、接着面が鏡面同士である固着ガラス３０又は３１と固着ガラス板２０との接着は強固となり、固着ガラス３０又は３１は、固着ガラス板２０に対して垂直に接着されるようになる。一方、接着面が粗面であるプリズム４０に対しては、固着ガラス３０又は３１は、線接触での接着がされる。
【００２５】
これにより、撮像素子１とプリズム４０との位置合わせの結果、撮像素子１を装着した固着ガラス板２０とプリズム４０とが互いに平行に位置していない場合等にも、固着ガラス３０又は３１とプリズム４０との位置ずれは、固着ガラス３０又は３１とプリズム４０との線接触により吸収されるようになる。固着ガラス３０及び３１の固着方法については後述する。
【００２６】
なお、本例においては、鏡面の粗さはＲｍａｘ（最大粗さ）で０．５μ以下、粗面の粗さはＲｍａｘで１．５μ〜３μとしてある。
【００２７】
このように、固着ガラス３０又は３１と固着ガラス板２０間、固着ガラス３０又は３１とプリズム４０間で、その接着のその粗さを調整してあるため、固着ガラス３０又は３１の方向を間違えて固着してしまうと、当初想定していた固着強度が出せなくなってしまう可能性がある。このため、固着ガラス３０及び３１には、固着ガラス板２０側の接着面とプリズム４０側の接着面とを間違えて固着してしまわないように、図４に示されるような切り欠き７０を設けてある。
【００２８】
図４において、切り欠き７０は、固着ガラス板２０との接着面である３０ａ（又は３１ａ）とプリズム４０との接着面である３０ｂ（又は３１ｂ）以外の２面が直交する位置に設けてある。このように切り欠き７０を設けてあることで、固着ガラス３０及び３１の方向を間違えて固着してしまうことが無くなり、組み立ての作業性が向上する。また、固着ガラス３０と３１とが間違いなく固着ガラス板２０又はプリズム４０に接着されることで、設計時に想定された固着強度を保つことができるようになる。
【００２９】
また、本例においては、固着ガラス板２０を撮像素子１とプリズム４０との間に挟むことにより、撮像素子１と図示しないレンズとの間の距離が変わってしまわないように、固着ガラス板２０の厚み方向の高さとプリズム４０の光軸方向の高さを調整してある。図５（ａ）には固着ガラス板２０を挟まない場合の、撮像素子１とプリズム４０の配置を示してあり、図５（ｂ）には本例における撮像素子１と固着ガラス板２０及びプリズム４０の配置例を示してある。
【００３０】
図５（ａ）においては、ＣＭＯＳシールガラス１１とプリズム４０との間の距離は０．７ｍｍとしてある。この状態で、撮像素子１とプリズム４０との間に固着ガラス板２０を挟むと、撮像素子１とレンズとの間の距離が長くなってしまう。このため、固着ガラス板２０を挟んでも撮像素子１とレンズ間での距離が変動しないように、図５（ａ）に破線で示された部分から上を固体ガラス板２０の厚み方向の高さとして置き換え、その分プリズム４０の光軸方向の高さを低くして調整するようにしてある。この場合の撮像素子１、固着ガラス板２０及びプリズム４０の配置の例を図５（ｂ）に示してある。
【００３１】
このように、固着ガラス板２０の厚み方向の高さとプリズム４０の光軸方向の高さを調整することにより、固着ガラス板２０を挿入する場合にも、撮像素子１とレンズとの距離を変更する必要が無くなる。
【００３２】
また、本例においては、固着ガラス板２０とプリズム４０との隙間の空間に、防塵部材５０を設けてある。防塵部材５０の固着の例について、図６を参照して説明する。図６（ａ）は断面図であり、図６（ｂ）は正面図である。図６（ａ）において、防塵部材５０は固着ガラス板２０上に接着してあり、プリズム４０との間の空間を埋める形状としてあると共に、プリズム４０から入射される光を通過させるための開口部５０ａを設けてある。
【００３３】
図６（ｂ）では、撮像素子１を実装した基板２上に、防塵部材５０が配置されている様子が示されている。図６（ｂ）においては図示していないが、実際には防塵部材５０は、固着ガラス板２０（図示略）を介して基板２に固着してある。防塵部材５０の開口部５０ａからは、撮像素子１が見える。
【００３４】
このように、固着ガラス板２０とプリズム４０との隙間に、開口部５０ａを備えた防塵部材５０を設けてあることにより、固着ガラス板２０とプリズム４０との隙間に埃等が混入することを防ぐことができる。また、撮像素子１の受光部以外に光が照射されることを防ぐことができる。
【００３５】
なお、防塵部材５０としては、プリズム４０との接触部に角が無く、低応力かつ低摩擦な材質を使用するものとし、その厚さは例えば０．１ｍｍ程度とする。
【００３６】
次に、図７のフローチャートを参照して、撮像素子１とプリズム４０との固着処理例について説明する。まず、撮像素子１を基板２に実装する（ステップＳ１）。次に、撮像素子１を封止しているＣＭＯＳシールガラス１１上に、固着ガラス板２０を接着する（ステップＳ２）。そして、固着ガラス板２０上に防塵部材５０を取り付ける（ステップＳ３）。次に、基板２を保持してプリズム４０で分解されるＲ、Ｇ、Ｂ３色と撮像素子１の受光面との位置決めを行う。
【００３７】
プリズム４０と撮像素子１との位置決めは、図８に示されるように、撮像素子１の受光面１ａの水平方向（Ｘ軸）、垂直方向（Ｙ軸）、前後方向（Ｚ軸）、さらに各軸を中心にした回転方向（α、β、γ）の６軸に対して行う。なお、図８及び、以降で参照する図９、図１０においては、説明を分かりやすくするため、基板２の図示を省略してある。プリズム４０と撮像素子１との位置決めは、図示せぬ冶具等を用いて行うものとする。また、撮像素子１の固定位置は、環境試験、機械試験などを通じて変動が生じない信頼性を有する位置であるものとする。
【００３８】
図７のフローチャートに戻って説明を続けると、プリズム４０と撮像素子１との位置決めが完了した後は、固着ガラス３０及び３１の側面の２面にＵＶ接着剤６０を塗布する（ステップＳ５）。固着ガラス３０及び３１の側面の２面とは、固着ガラス板２０に接着される面と、プリズム４０に接着される面の２面である。
【００３９】
固着ガラス３０及び３１にＵＶ接着剤６０が塗布された後は、固着ガラス３０及び３１を同時に固着ガラス板２０に接面させ、プリズム４０に当たるまで移動させる（ステップＳ６）。このときの固着ガラス３０及び３１と固着ガラス板２０、プリズム４０との位置関係を図９に示してある。
【００４０】
固着ガラス３０及び３１の固着は、図９に示されたように、固着ガラス板２０とプリズム４０とを横にした状態で行う。図９において、固着ガラス３０及び３１を構成する面のうち、固着ガラス板２０との接着面３０ａ及び３１ａ、プリズム４０との接着面３０ｂ及び３１ｂにＵＶ接着剤６０を塗布してある。固着ガラス３０及び３１の固着にあたっては、図９に示されたように、まず固着ガラス３０の接着面３０ａと固着ガラス３１の接着面３１ａを、固着ガラス板２０に接面させる。そして、固着ガラス３０及び３１を図７中にＡ１として示した方向にスライドさせ、プリズム４０の側面に当たるまで移動させる。
【００４１】
固着ガラス３０及び３１がプリズム４０の側面に接面した状態を、図１０に示してある。図１０においては、撮像素子１が装着された固着ガラス板２０と、プリズム４０とが、
固着ガラス３０及び３１を介して保持されている。
【００４２】
ここでまた図７のフローチャートに戻って説明を続ける。ステップＳ６において、固定ガラス３０及び３１がプリズム４０の側面に配置されると（図１０に示された状態となると）、紫外線光を照射してＵＶ接着剤を硬化させ、撮像素子１とプリズム４０とを固定させる（ステップＳ７）。
【００４３】
このように、撮像素子１を基板２に実装させた状態で、プリズム４０との固着を行うことができるため、プリズム４０に撮像素子１を固着させた後で基板２を装着させる手法に比べて、組み立ての手順を削減することができる。
【００４４】
また、接着剤を、固着ガラス３０及び３１と固着ガラス板２０との接着面と、固着ガラス３０及び３１とプリズム４０との接着面のみに使用するようにしたため、接着剤の体積が小さく抑えられる。これにより、線膨張係数の違いにより温度変化によって位置ずれが起きる可能性が少なくなる。
【００４５】
なお、ここまで説明した実施の形態で示した具体的な数値は一例を示したものであり、本発明は、これらの数値に限定されるものではない。
【００４６】
また、上述した実施の形態では、撮像素子としてＣＭＯＳ素子を用いた例を説明したが、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）等、他の撮像素子を用いるようにしてもよく、撮像素子の基板への実装も、面実装でなくてもよい。
【００４７】
また、上述した実施の形態では、ビデオカメラに適用した例を説明したが、ビデオカメラとして記録部と一体化されたもの等、各種構成の撮像装置に適用させてもよい。
【００４８】
また、上述した実施の形態では、３板式の撮像装置を例に挙げて説明したが、２板式や４板式等の撮像装置に適用させてもよい。
【００４９】
また、上述した実施の形態では、温度変化に強い構成とするため、固着ガラス板２０及び固着ガラス３０、３１を、プリズム４０と同じ材料で構成するようにしたが、プリズム４０と熱膨張係数が近似した材質であれば、セラミックやチタン等の他の素材を用いるようにしてもよい。
【００５０】
また、上述した実施の形態では、固着ガラス板２０を介して撮像素子１とプリズム４０とを固着する構成としたが、固着ガラス板２０の代わりに、撮像素子１の封止用ガラス材を大きくしたものを使用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施の形態による撮像素子とプリズムとの固着の例を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態による撮像素子とプリズムとの配置例を示す側面図である。
【図３】本発明の一実施の形態による撮像素子とプリズムとの固着の例を示す側面図である。
【図４】本発明の一実施の形態によるプリズムの構成例を示す側面図である。
【図５】本発明の一実施の形態によるプリズムと固着ガラス板の長さの例を示す側面図である。
【図６】本発明の一実施の形態による防塵部材の例を示す断面図及び正面図である。
【図７】本発明の一実施の形態による撮像素子とプリズムとの固着処理例を示すフローチャートである。
【図８】本発明の一実施の形態による撮像素子とプリズムとの位置決めの例を示す斜視図である。
【図９】本発明の一実施の形態による固着ガラスの取り付けの例を示す斜視図である。
【図１０】本発明の一実施の形態による撮像素子とプリズムとの固着の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５２】
１…撮像素子、２…基板、１１…ＣＭＯＳシールガラス、２０…固着ガラス板、３０…固着ガラス、３０ａ…固着ガラス板との接着面、３０ｂ…プリズムとの接着面、３１…固着ガラス、３１ａ…固着ガラス板との接着面、３１ｂ…プリズムとの接着面、４０…プリズム、５０…防塵部材、６０…ＵＶ接着剤、７０…切り欠き
【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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