(57)【要約】    【課題】  発光管の発光点が設計値からズレたときでも被照射物体の照射範囲を指向性が高く均一に効率よく照射することができる照射装置及びそれを有する照射システムを得ること。    【解決手段】  光源手段と、  該光源手段から射出した光を該光源手段側へ反射させるコーナーキューブを複数個、該光源手段の周囲の一部に配置したコーナーキューブ部材とを有し、  該光源手段から射出した光を被照射物体側へ出射するようにしたこと。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源手段と、
該光源手段から射出した光を該光源手段側へ反射させるコーナーキューブを複数個、該光源手段の周囲の一部に配置したコーナーキューブ部材とを有し、
該光源手段から射出した光を被照射物体側へ出射するようにしたことを特徴とする照射装置。
【請求項２】
前記コーナーキューブ部材は、前記コーナーキューブを複数個、周期的に配置して構成されていることを特徴とする請求項１の照射装置。
【請求項３】
前記複数のコーナーキューブは各々の中心が周期的に配置した正６角形の頂点に位置するように配置されていることを特徴とする請求項１又は２の照射装置。
【請求項４】
前記光源手段は円筒形状の発光管を有し、前記コーナーキューブ部材は、該円筒形状の円筒軸を含む平面で仕切られた片側領域に配置されていることを特徴とする請求項１、２又は３の照射装置。
【請求項５】
前記コーナーキューブ部材は、複数のコーナーキューブを平面基板上に又は円柱内壁面に配列して構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項の照射装置。
【請求項６】
前記光源手段に対し、前記コーナーキューブ部材が配置されている側と反対側に、該光源手段から射出した光を被照射物体側へ導光するためのプリズム体を有し、
該プリズム体は、該光源手段からの光が入射する第１入射面と該第１入射面と異なった面より成る第２入射面と、該第１の入射面が入射した光を反射させる第１反射面と、
該第２の入射面から入射した光を該第１反射面側へ反射させる第２反射面と、
該第１反射面で反射した光を出射させる出射面とを有し、
該出射面から被照射物体側へ光を出射することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項の照射装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項の照射装置と、円筒形状の被照射物体を有し、該照射装置からの光で被照射物体を照射することを特徴とする照射システム。
【請求項８】
請求項７の照射システムと、該照射システムからの光で照射された被照射物体の画像情報を撮像する撮像装置とを有することを特徴とする撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被照射物体の照射範囲を指向性が高く均一に効率よく照射することができる照射装置及びそれを有する照射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ビデオカメラやデジタルカメラ等の撮影装置において、被写体側が暗いときには、被写体を光源からの光束で照射（照明）する照射装置（照明装置）を用いている。この照射装置は、光源と、この光源から発せられた光束を前方（被写体側）に効率的に導くための反射鏡やフレネルレンズ等の光学部品とで構成されている。
【０００３】
このような照射装置のうち、光源から様々な方向に射出した光束を、効率よく照射画角内に集光させるようにした照射装置が、種々提案されている。
【０００４】
光源の前側（被写体側）に、プリズム・ライトガイド等の全反射を利用した光学部材を配置することによって、集光効率の向上、小型化を図った照射装置が知られている。
【０００５】
このうち光源から前方に射出された光束を小型で集光効率の高いプリズムを介して被照射体を照射する照射装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００６】
特許文献１の照射装置では、照射を行う被照射物体の中心部付近の照度を向上させるのに大変効果がある。
【０００７】
またプリズムを光源よりも前側に配置し、照明光学系の全体を小型化したものや、
プリズムの全反射光に対応する射出面を光軸に対して傾斜させ照明効率を向上させた照射装置が知られている。
【０００８】
このうち光源の近傍にライトガイドから成る光学部材を配置し、光源からの光束をこの光学部材を利用して集光かつ均一な配光に変換して光損失の少ない状態で被照射面を照射する照射装置が知られている（特許文献２参照）。
【０００９】
特許文献２では光源の長手方向の集光を、ライトガイドの内部で全反射を繰り返すことによって得られるように構成し、均一で光損失の少ない照射を行っている。
【００１０】
この他、光源の前方にプリズムを照射光軸に対して非対称に傾けて配置し、装置全体の小型化を図った照射装置が知られている（特許文献３参照）。
【００１１】
一方、光源から出射する光のうち、照明光学系の外へ外れてしまう光を有効に利用するものとして、コーナーキューブを用いた照明装置が提案されている（特許文献４、５）。
【００１２】
特許文献４では複写機において、拡散光源部にコーナーキューブを用いて被照射面と逆方向に出射した光を光源側へ戻す事により照明効率を高めた照明装置を開示している。
【００１３】
特許文献５では回転放物面鏡の開口部付近に配置した第一レンズアレイの有効範囲に対応する部分を除いて、かつ平面鏡のミラーコート部が位置する側と反対面に、コーナーキューブを配列した前面反射鏡付き光源ランプを開示している。
【特許文献１】特開平４−１３８４３８号公報
【特許文献２】特開平８−２３４２７７号公報
【特許文献３】特開平８−２６２５３７号公報
【特許文献４】特開２００５−０８６３９１号公報
【特許文献５】特開２００４−１７７５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
一般にカメラ等の撮影装置に用いられる照射装置においては、被写体側の比較的広範囲を照射する場合が多く、照射光束の指向性をそれほど強く考慮されていない。しかしながら、被写体は照射条件の違いにより、撮像される画像情報の表現性が大きく異なってくる。例えば照射光束の被写体への入射角を制御する事により特定の被写体の持つ表面状態を強調して撮像する事ができる。また、動きのある物体のある瞬間を捉えて、ぶれることなく撮像するにはストロボ装置のように数十μ秒と言う短時間の発光で有効な照射を行う必要がある。
【００１５】
また、通常、カメラ等の撮影装置では、補助光源としてストロボ装置が用いられている。このストロボ装置では、一回の撮影に必要とされる発光量も増える傾向にある。特に黒っぽい被写体を撮像する際には、照射の為に消費される電力が増大する。このような条件において同じ距離の被写体を同じ明るさで撮影するためには、より多くの光量が必要とされる。また近年、撮影装置の小型化とともに照射装置の小型化が求められている。
【００１６】
発光管（発光面）の後方（照射側と反対側）に反射鏡を用いて発光管から放射される光を照射側へ反射させて照明効率を高める照明装置が多く用いられている。
【００１７】
この照明装置では発光管と反射鏡との位置が設計値からズレると反射鏡で反射した光の光路が変化し、照射面を効率良く照射することができなくなってくる。
【００１８】
特許文献５で開示されているコーナーキューブを用いた前面反射鏡付き光源ランプでは、光源部から出射し、回転方物面を介して略平行に射出したビームをコーナーキューブで戻し、再度回転方物面を介して光源部へ送る構成と取っている。
【００１９】
この場合、回転方物面と光源部との位置精度が平行ビームを出す為に重要な要素となる。双方の位置ズレはだたちに、反射ビームの集光発散特性の変化となり、双方に位置ズレがあると照明効率を高めることが難しくなってくる。
【００２０】
本発明は、発光管の発光点の位置が設計値からズレたときでも被照射物体の照射範囲を指向性が高く均一に効率よく照射することができる照射装置及びそれを有する照射システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の照射装置は、光源手段と、
該光源手段から射出した光を該光源手段側へ反射させるコーナーキューブを複数個、該光源手段の周囲の一部に配置したコーナーキューブ部材とを有し、
該光源手段から射出した光を被照射物体側へ出射するようにしたことを特徴としている。
【００２２】
本発明の照射システムは、
上記照射装置と、円筒形状の被照射物体を有し、該照射装置からの光で被照射物体を照射することを特徴としている。
【００２３】
本発明の撮像システムは、
上記照射システムと、該照射システムからの光で照射された被照射物体の画像情報を撮像する撮像装置とを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば発光管の発光点の位置が設計値から変化したときでも被照射物体の照射範囲を指向性が高く均一に効率よく照射することができる照射装置及びそれを有する照射システムを達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の照射装置（照明装置）の最良の形態について図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２６】
図１（ａ）は本発明の照射装置の実施例１の要部断面図である。図１（ｂ）は図１（ａ）の一部分のコーナーキューブ部材の説明図である。
【００２７】
図１（ａ）において、４０は照射装置（ランプハウス）であり、光源手段（光源）１と照射方向とは逆方向に配置したコーナーキューブ部材４２を有している。
【００２８】
コーナーキューブ部材４２は３つのコーナーキューブシート４２ａ〜４２ｃを有している。
【００２９】
実施例１は円筒形状の発光管より成る光源１を用いて、光源１から発せられた発散光と、光源１からの光であってコーナーキューブ部材４２で反射した光から成る照射光で前方に位置する被照射物体ＯＢを照射（照明）する照射装置を図示している。尚、本実施例における光源１は円筒形状のＸｅ発光管より成っている。
【００３０】
図１（ａ）に示すように光源１の発光領域２４から発せられた光（照射光）は四方八方に進む。このうち照射物体ＯＢ方向へ進む光５１ａ，５１ｂ，５１ｃに対し、照射物体ＯＢ方向と反対側に進む光５０ａ，５０ｂ，５０ｃはコーナーキューブシート４２ａ，４２ｂ，４２ｃの方向へ進む。
【００３１】
コーナーキューブシート４２ａ，４２ｂ，４２ｃは各々図１（ｂ）に示すようにコーナーキューブ４１を複数２次元的に並べて構成されている。コーナーキューブシート４２ａ〜４２ｃは図１（ｂ）に示すように平面基板上に複数のコーナーキューブを周期的に配列して構成されている。
【００３２】
尚コーナーキューブ部材４２を複数のコーナーキューブを円柱内壁面に配列して構成しても良い。
【００３３】
図２（ａ）、（ｂ）は図１の実施例１の光路説明図である。
【００３４】
図２（ａ）、（ｂ）では、光源１の発光領域２４から発せられた光５０ａが１つのコーナーキューブ４１に入射した後に反射されて光源１側に返ってくる光路５０ａ‘を図示している。
【００３５】
コーナーキューブは立方体の角を切り取った構造より成り、これに入射した光は入射して来た方向へ反射する性質がある。その際、出射する光は、コーナーキューブに入射する位置により入射方向と直交する方向にシフトした光路をとる。コーナーキューブの光入射面が小さければこのときのシフト量は小さい。例えばコーナーキューブの中心より１ｍｍずれて入射した光は２ｍｍシフトして反射し出射してくる。
【００３６】
コーナーキューブのサイズが２ｍｍであれば入射光のシフト量はコーナーキューブ中心から最大シフト±１ｍｍとなる。光源１の発光領域２４がＸＹ断面内で２ｍｍ程度であればコーナーキューブで反射した光は発光領域２４から±１ｍｍ程度ずれて帰ってくるのでその分、発光領域が広がった光源と等価な光源とみなせる。
【００３７】
本実施例では、円筒形状の円筒軸を含む平面で仕切られた片側空間にコーナーキューブ部材４２を設けている。
【００３８】
このようなコーナーキューブシート４２ａ，４２ｂ，４２ｃより成るコーナーキューブ部材４２を用いれば照射方向と反対側へ進む光もコーナーキューブで反射された後、照射方向へ進む光となる。この結果、有効な照射光を形成する事ができる。
【００３９】
コーナーキューブシート４２ａ〜４２ｃを光源１の周囲に配置する際、そのセッティグ位置が設計値からずれても、複数のコーナーキューブのうち設計とは異なる別のコーナーキューブが同様な機能を示す。このため、照射方向と反対側へ進む光は光源１側に戻るため有効な照射ビームとする事ができる。言い換えれば、このコーナーキューブシート４２ａ〜４２ｃのセッティング精度は非常に低くして良い事になる。
【００４０】
コーナーキューブの外形としては本実施例で示した正面から見て円形のものの他に色々な形状が適用できる。
【００４１】
次に本実施例に適用できるコーナーキューブ及びコーナーキューブ部材について説明する。
【００４２】
図３（ａ）〜（ｄ）は本実施例に適用可能なコーナーキューブの正面から見た形状と上方から見た概略の説明図である。
【００４３】
図３（ａ）のコーナーキューブは立方体の角を切ったままの正三角形状より成っている。図３（ｂ）のコーナーキューブは図３（ａ）の正三角形に内接する円で紙面と垂直な方向に切り取った形状より成っている。図３（ｃ）のコーナーキューブは図３（ａ）の正三角形と一部辺が共有する正六角形の形状に切り取った形状より成っている。
【００４４】
以下これを正六角形Ａタイプと呼ぶ。図３（ｄ）のコーナーキューブは図３（ａ）の正三角形の各辺上に正六角形の頂点が来るように切り取った形状より成っている。以下これを正六角形Ｂタイプと呼ぶ。
【００４５】
図４（ａ）は図３（ａ）と同様の立方体の角を切ったままの外形状が正三角形状のコーナーキューブ４１の概略図である。
【００４６】
図４（ｂ）は図４（ａ）の正三角形状に切り取ったコーナーキューブ４１を隙間無く敷き詰めて配置したコーナーキューブ部材４２の概略図である。
【００４７】
図４（ａ）の点線で示す円４１ａの領域に紙面と垂直方向から入射した光は反射して入射方向と逆方向に反射して戻り、コーナーキューブとして有効に作用する。
【００４８】
図４（ａ）の円４１ａより外側の領域４１ｂに入射した光の大半は入射方向と逆方向に反射して戻らずコーナーキューブとして機能しない。
【００４９】
この結果、図４（ｂ）に示すように、実線の円４１ｃの領域はコーナーキューブとして有効領域であるが、点線の円４１ｄの領域はコーナーキューブとして作用しない無効領域となる。
【００５０】
図５は、図４（ｂ）のコーナーキューブ部材４２において点線の円４１ｄで示す無効領域に有効に作用する円形のコーナーキューブ４１ｅを敷き詰めたコーナーキューブ部材の概略図である。図５に示すような配置を取ればほぼコーナーキューブ部材４２の前面で有効な領域が増大する。
【００５１】
図６は、図３（ｃ）の正六角形Ａタイプのコーナーキューブ４１を複数個、その中心が正六角形の頂点に位置するように隙間なく配置したコーナーキューブ部材４２の概略図である。
【００５２】
図６に示すような配置を取れば無効領域が少なく、コーナーキューブ部材として有効な反射光を多く得ることができる。
【００５３】
図７（ａ）、（ｂ）はコーナーキューブを縦長のシート状に並べたコーナーキューブ部材の概略図である。図７（ａ）は図３（ｂ）に示す円形のコーナーキューブを配置したもの、図７（ｂ）は図３（ｃ）に示す正六角形状のコーナーキューブを配置したものを示す。
【００５４】
図８（ａ）、（ｂ）は図３（ｃ）に示す正面から見て正六角形Ａタイプのコーナーキューブをシート状に敷き詰めたコーナーキューブ部材４２の概略図である。
【００５５】
図８（ｂ）は図８（ａ）を面内で時計回りに90°回転したコーナーキューブ部材４２を示している。
【００５６】
図９は細長いコーナーキューブ部材を作製する際、コーナーキューブのカットの向きが互いに90°異なったコーナーキューブを並べる並べ方の例を示している。図９（ａ）は図３（ｃ）の正六角形Ａタイプのコーナーキューブのみを並べた例である。図９（ｂ）は図３（ｃ）の正六角形Ａタイプと図３（ｄ）の正六角形Ｂタイプとを混合した例である。図９（ｃ）は図３（ｄ）の正六角形Ｂタイプのみで並べた例である。
【００５７】
図１０（ａ〜ｃ）は正面からみて円形のコーナーキューブに入射した光線が反射して戻ってくるとき入射面から入射角度がつくに従って有効に戻ってくる領域が次第に小さくなっていく様子の説明図である。図１０（ａ）はコーナーキューブに入射する光が垂直入射の場合、図１０（ｂ）は約１２°傾いて入射した場合、図１０（ｃ）は約２５°傾いて入射した場合を示す。図１０（ｃ）に示す入射角２５°でも７割程度の光は戻ってきて有効な光となる。この角度を小さくすればそれだけ有効な領域が増える。
【００５８】
図１１（ａ）〜（ｃ）は正面から見て正六角形のコーナーキューブに入射した光線が反射して戻ってくるとき入射面から入射角度がつくに従って有効に戻ってくる領域が次第に減少していく様子の説明図である。
【００５９】
図１１（ａ）はコーナーキューブに入射する光が垂直入射の場合、図１１（ｂ）は約１２度傾いて入射した場合、図１１（ｃ）は約２５度傾いて入射した場合である。
【００６０】
図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように正面から見て正六角形のコーナーキューブでは図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように正面から見て円形のものとそれほど大きな入射角度特性の差はない。
【００６１】
図１２は本発明の照射装置４０の実施例２の要部断面図である。実施例２は光源１からの光がコーナーキューブシート４２ａ〜４２ｄの各コーナーキューブに入射する光の入射角の最大が22.5°となるように構成した場合である。
【００６２】
実施例２は実施例１に比べてコーナーキューブシートを発光領域２４の径断面内で４つに分割して設けた点が異なっている。
【００６３】
図１３は本発明の照射装置４０の実施例３の要部断面図である。実施例３は光源１からの光がコーナーキューブシート４２ａ〜４２ｄの各コーナーキューブに入射する光の入射角の最大が11.25°となるように構成した場合である。実施例３は実施例１に比べてコーナーキューブシートを発光領域２４の径断面内で８つに分割して設けた点が異なっている。
【００６４】
以上のように各実施例の照射装置におけるコーナーキューブシートの分割数はコーナーキューブに入射する光の最大入射角を考慮し、適宜設定すれば良い。いずれの場合も分割数は３以上が良い。
【００６５】
図１４（ａ）、（ｂ）は本発明の照射装置を用いた照射システムの実施例４の側面概略図と上面概略図である。
【００６６】
本実施例の照射装置は光源１に対し、コーナーキューブ部材４２が配置されている側と反対側にプリズム体１６を有している。
【００６７】
本実施例の照射システムは照射装置のプリズム体１６から出射した斜め方向に大きな角度で指向性を持つ光束で被照射物体５を照射している。
【００６８】
図１４（ａ）において４０は照明装置である。プリズム１６は、光源１とコーナーキューブ部材４２からの照射光が入射する正の屈折力を有する第１入射面２と第１入射面２の光軸に平行な平面より成る第２入射面３３、３４、曲率を有する第２反射面３、４を有している。更に平面より成る第１反射面、平面より成る出射面３１を有している。
【００６９】
第１入射面２は平面でも良い。このとき第２入射面３３、３４は第１入射面２と直交する面となる。本実施例において第１入射面２と第２入射面３３、３４とは異なった面より成っている。
【００７０】
１４は照射装置４０の中心軸（入射面２の曲率中心を含む軸）となる照射軸である。１４ａは照射軸１４上の光である。
【００７１】
以下、本実施例で用いているプリズム１６の構成を説明する。プリズム１６の出射面３１からの照射系照射軸１４上の射出光束１４ａは被照射物体５の照射範囲５ａへ入射角θで入射する。図中、１７は被照射物体５の照射範囲５ａにおける法線である。
【００７２】
１８は撮像装置であり、その光軸が法線１７方向と一致するように配置されている。
【００７３】
図１５は図１４の照射システムにおいて照射装置４０からの照射光を光線追跡した光路図である。
【００７４】
図１４、図１５において、照射装置４０からの出射光のうち入射面２に入射した光は反射面３０で反射し、出射面３１から出射して被照射物体５を照射する。
【００７５】
一方、入射面３３に入射した光は反射面３と、反射面３０で反射し、出射面３１から出射して被照射物体５を照射する。
【００７６】
又、入射面３４に入射した光は、反射面４と、反射面３０で反射し、出射面３１から出射して被照射物体５を照射する。
【００７７】
プリズム１６の各反射面３、４、３０は金属膜による反射又は全反射するように設定されている。
【００７８】
本実施例において、プリズム１６の材質としてはアクリルを用いている。被照射物体５は３００ｍｍ長の棒状（円筒状）で、長さ方向２００ｍｍの照射領域５ａを均一に照明している。
【００７９】
プリズム１６の寸法は図１４（ａ）に示す横方向Ｌ１が約５５０ｍｍ、縦方向Ｌ２が約２００ｍｍ、図１４（ｂ）に示す厚みＬ３が約１００ｍｍである。入射角θは中心が７５°となるように構成してある。
【００８０】
図１５は照射装置４０の発光点のうち照射系照射軸１４上の入射面２から一番離れた発光点４０ｇから発せられた散乱光束が被照射物体５の照射範囲５ａ全面を照射するような状況を示している。
【００８１】
又、図１５では照射装置４０からの光のうち光源１から出射しプリズム１６の入射面２、３３、３４に入射した光の光路を示している。
【００８２】
前述した各実施例のコーナーキューブ部材を用いれば、コーナーキューブで反射した光束もほぼ発光管から発せられた光束と同じ光路を通る。
【００８３】
この結果、被照射物体５を効率的に照明することができる。
【００８４】
本実施例によれば被照射物体５の狭い照射範囲５ａを斜め方向から均一に照射することが容易となる。そして被照射物体５の照射範囲５ａの画像情報を撮影装置１８で撮像しても良い。これによれば均一に照射された照射範囲５ａの画像情報を高精度に検出することができる撮像システムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施例１である照射装置の基本構成図
【図２】本発明に係る発光管からの光がコーナーキューブで反射される光路図
【図３】本発明に於けるコーナーキューブの形状の種類の説明図
【図４】立方体のコーナーを平面で切り出したままのコーナーキューブの説明図
【図５】入射面形状が円形のコーナーキューブを平面上に敷き詰めた説明図
【図６】入射面形状が六角形のコーナーキューブを平面上に敷き詰めた説明図
【図７】コーナーキューブを縦長のシート状に並べた説明図
【図８】コーナーキューブの配置の説明図
【図９】コーナーキューブの配置の説明図
【図１０】入射角度と有効領域を示す説明図
【図１１】入射角度と有効領域を示す説明図
【図１２】コーナーキューブ部材を配置した実施例２の説明図
【図１３】コーナーキューブ部材を配置した実施例３の説明図
【図１４】本発明の照射装置を用いた照射システムの実施例４の概略図
【図１５】本発明の照射装置を用いた照射システムの実施例４の光路図
【符号の説明】
【００８６】
１  発光管
２  入射面
３  第２反射面
４  第２反射面
５  被照射物体
１４  照明系照射軸
１６  照明プリズム
１７  被照射物体照射領域中心位置法線
１８  撮像装置
３０  第１反射面
３１  出射面
４１  コーナーキューブ
４２  コーナーキューブ部材
５０  光源から発せられた照射方向と反対の光線
５１  光源から発せられた照射方向の光線
【図１】
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【図２】
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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３】
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【図１５】
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