(57)【要約】【課題】光ファイバセンサの光路折返し部の構造を簡単にし、小形化、コスト減を図る。【解決手段】複数本の導光用の光ファイバ３とセンシング用の光ファイバ４とを、横並びに交互に配置させて一纏めに樹脂被覆５して光ファイバセンサ用の光ファイバテープ２とする。光ファイバテープ２の一端側に反射器１１による光路折返し部１０を形成する。光路折返し部３０は、Ｖ字形配置の第１反射面１６ａと第２反射面１６ｂとを有するとともに、対応する１対のセンシング用の光ファイバ４と導光用の光ファイバ３とが、前記第１反射面１６ａと第２反射面１６ｂとのＶ頂点を通過する光軸方向の線分ｍを中心として対称的に配置されて、プリズム型の光路折返し部となっている。対応する１対の光ファイバ３と４とが線分ｍを中心に対称的に配置されているので、対応する１対の光ファイバ３、４の間隔が狭くて反射鏡部分のコストが高くなる問題を回避できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の導光用の光ファイバとセンシング用の光ファイバとを、横並びに交互に配置させて一纏めに樹脂被覆したことを特徴とする光ファイバセンサ用の光ファイバテープ。
【請求項２】
複数本の導光用の光ファイバとセンシング用の光ファイバとを、横並びに交互に配置させて一纏めに樹脂被覆した光ファイバテープ本体を、その両側に配置したテンションメンバとともにさらに一体に樹脂被覆したことを特徴とする光ファイバセンサ用の光ファイバテープ。
【請求項３】
前記センシング用の光ファイバを大径とし導光用の光ファイバを小径としたことを特徴とする請求項１又は２記載の光ファイバセンサ用の光ファイバテープ。
【請求項４】
請求項１〜３の光ファイバテープを用いた光ファイバセンサであって、
前記光ファイバテープの一端側に光路折返し部が設けられ、この光路折返し部は、Ｖ字形配置の第１反射面と第２反射面とを有するとともに、対応する1対のセンシング用の光ファイバと導光用の光ファイバとが、前記第１反射面と第２反射面とのＶ頂点を通過する光軸方向の線分を中心として対称的に配置されて、プリズム型の光路折返し部となっていることを特徴とする光ファイバセンサ。
【請求項５】
前記光路折り返し部は、前記光ファイバテープの一端に反射器を取り付けてなり、この反射器は、光ファイバテープ導入口と、前記光ファイバテープ導入口の前端壁面から前方にあけられた、導光用光ファイバ用の光ファイバ挿入穴及びセンシング用光ファイバ用の光ファイバ挿入穴と、前記光ファイバ挿入穴の前方に設けられた空間部と、この空間部のＶ字形前方壁面を形成する第１反射面及び第２反射面とを備えた反射器本体を備え、前記光ファイバテープ導入口から光ファイバテープを挿入し、その先端部の被覆を除去した各光ファイバを前記光ファイバ挿入穴に挿入固定し、前記空間部に光学的な透明体を充填してプリズム型の光路折返し部を構成してなることを特徴とする請求項４記載の光ファイバセンサ。
【請求項６】
光ファイバセンサ用の光ファイバテープとして請求項２の光ファイバテープを用いるとともに、そのテンションメンバを光ファイバテープ本体ととともに前記反射器に固定したことを特徴とする請求項５記載の光ファイバセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光ファイバに曲がりが生じたり押圧力が作用したりした時にこれを検出可能な光ファイバセンサ用の光ファイバテープ、及びこれを用いた光ファイバセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の光ファイバセンサで、発光部と受光部とを互いに遠く離してよい場合は、単に延長配置された光ファイバセンサ用の光ファイバテープの両端に発光素子及び受光素子を光結合させるだけであるが、発光部と受光部とを近接して設ける場合は、光路の折り返しが必要となる。その場合は一般に、光ファイバテープ自体を折り返して光路の折り返しをするとともに、折り返した光ファイバテープは横並びに配置する（２本の光ファイバテープが平面状に並んで２倍幅となる）。光路折返し部を別途設ける場合には、種々の光路折返し構造がある。
【０００３】
光路折返し構造としては、光ファイバセンサの光路折返し部に限らず種々の場合の光路折返し構造があるが、例えば特許文献１（特開平１０−２７４７１７光折り返し装置）  は、主として光の減衰や分波、合波に用いる場合のものであるが、コア中心軸と０．２５ピッチ屈折率分布を有するレンズの光学的中心軸とを一致させることで、レンズに入射された光が、全反射膜によって反射されて１８０°折り返す構造である。
【０００４】
特許文献２（特開昭５７−０７６５０９光ファイバーとレンズの結合装置及びその製造方法）における第４図（従来例）では、従来の結合方式として１／４ピッチのロッドレンズと直角プリズムにより光ファイバ間の光路切り替えをしている。
【０００５】
特許文献３（特開平１０−２０６７５４波長可変フィルタ）では、第１及び第２の光ファイバは並列に配置され、第１の光ファイバの端部から出射した光ビームは、プリズムによりその光路が折り返され第２の光ファイバの端部へ入射する。プリズムと光ファイバとの間には、一枚の光フィルタ板が挿入されており、これを光ファイバの光軸と直交する軸の回りで回転させ、光フィルタ板への光入射角度を変えることにより、光フィルタ板での透過中心波長を変えることができる。つまり、第１の端部及び第２の端部と光折返し部との間にプリズムが配置される。
【０００６】
特許文献４（特開２０００−１３１５５５光スターカプラ）では、入力光ファイバと、出力光ファイバと、一方の端部側にこれらの光ファイバが接合される入力端面と出力端面とを有し、入力端面からの入力光路と出力端面からの出力光路とが他方の端部で折り返して接続され、両光路間は光反射板で隔離されて構成される。ミキシング部の端部は円弧状あるいは楕円形状で折り返され、この端部の外周部が反射形の光拡散体処理である場合、端部の光路内が光透過形の拡散処理である場合、端部の光路内が光透過形の拡散処理かつ外周部が反射形の光拡散体処理である場合、のいずれかの処理が行われている。
【０００７】
特許文献５（特開２００３−１７７２７２光合分波器とその製造方法及び光合分波モジュール）では、光合分波器は、基盤の一側に垂直回折格子が基板に一体に形成され、基板の他側に垂直回折格子からの光を導出する垂直回折格子に光を導入するファイバが一対以上設置され、ファイバと垂直回折格子との間にレンズ部材が配置され、基板の他側には、複数のファイバの位置決めを行う位置決め手段が基板と一体に形成され、垂直回折格子と複数のファイバとの間の空間が光の導波路とされている。
【０００８】
上記のように光路折返し構造には種々のものがあるが、従来の光ファイバセンサでは、いずれの光路折返し構造を採用するにしても、発光素子が結合する行きの光ファイバテープと受光素子が結合する帰りの光ファイバテープとが分離している（別体になっていない場合でも区分されている）。
【特許文献１】特開平１０−２７４７１７
【特許文献２】特開昭５７−０７６５０９
【特許文献３】特開平１０−２０６７５４
【特許文献４】特開２０００−１３１５５５
【特許文献５】特開２００３−１７７２７２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
光ファイバセンサには、種々の製品一般と同様に製造コストが安いこと、小型化されていることが要求され、また、光損失が小さいこと等が要求されるが、従来の光ファイバセンサのように、行きの光ファイバテープと帰りの光ファイバテープとが分離ないし区分されている構造では、また、上記特許文献１〜５のような光路折返し構造では、そのような要求に応えることが必ずしも容易でない。
【００１０】
本発明は上記背景のもとになされたもので、製造コストが安く、小型化が容易で、さらに光損失を小さくできる光ファイバセンサ用の光ファイバテープ、及び、これを用いた光ファイバセンサ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】
【００１１】
上記課題を解決する請求項１の発明の光ファイバセンサ用の光ファイバテープは、複数本の導光用の光ファイバとセンシング用の光ファイバとを、横並びに交互に配置させて一纏めに樹脂被覆したことを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明の光ファイバセンサ用の光ファイバテープは、複数本の導光用の光ファイバとセンシング用の光ファイバとを、横並びに交互に配置させて一纏めに樹脂被覆した光ファイバテープ本体を、その両側に配置したテンションメンバとともにさらに一体に樹脂被覆したことを特徴とする。
【００１３】
請求項３は、請求項１又は２の光ファイバテープにおいて、センシング用の光ファイバを大径とし導光用の光ファイバを小径としたことを特徴とする。
【００１４】
請求項４は、請求項１〜３の光ファイバテープを用いた光ファイバセンサであって、
前記光ファイバテープの一端側に光路折返し部が設けられ、この光路折返し部は、Ｖ字形配置の第１反射面と第２反射面とを有するとともに、対応する1対のセンシング用の光ファイバと導光用の光ファイバとが、前記第１反射面と第２反射面とのＶ頂点を通過する光軸方向の線分を中心として対称的に配置されて、プリズム型の光路折返し部となっていることを特徴とする。
【００１５】
請求項５は、請求項４の光ファイバセンサにおいて、前記光路折り返し部は、前記光ファイバテープの一端に反射器を取り付けてなり、この反射器は、光ファイバテープ導入口と、前記光ファイバテープ導入口の前端壁面から前方にあけられた、導光用光ファイバ用の光ファイバ挿入穴及びセンシング用光ファイバ用の光ファイバ挿入穴と、前記光ファイバ挿入穴の前方に設けられた空間部と、この空間部のＶ字形前方壁面を形成する第１反射面及び第２反射面とを備えた反射器本体を備え、前記光ファイバテープ導入口から光ファイバテープを挿入し、その先端部の被覆を除去した各光ファイバを前記光ファイバ挿入穴に挿入固定し、前記空間部に光学的な透明体を充填してプリズム型の光路折返し部を構成してなることを特徴とする。
【００１６】
請求項６は、請求項５の光ファイバセンサにおいて、光ファイバセンサ用の光ファイバテープとして請求項２の光ファイバテープを用いるとともに、そのテンションメンバを光ファイバテープ本体ととともに前記反射器に固定したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、光ファイバテープ自体を折り返す従来のものと比べて、センシング用の光ファイバの使用量が半分になるので、センシング用の光ファイバとして高精度の加工が必要となる場合に、光ファイバ自体のコスト、及びセンシング用光ファイバの加工コストが安くなる。
また、センシング用の光ファイバと導光用の光ファイバとが一纏めに樹脂被覆されているので、折り返した光ファイバテープを横並びして２倍幅になる従来の光ファイバセンサと比べて、センサ幅を狭くすることができる。
【００１８】
請求項３によれば、光は小径の光ファイバ（導光用の光ファイバ）から大径の光ファイバ（センシング用の光ファイバ）に入射するので、逆の場合や同径どうしの場合と比べて光の散逸が少なく、入射効率が高くなり、光損失が少なくなる。
また、導光用の光ファイバを小径とすることで、光ファイバテープの幅を狭くすることができる。
【００１９】
請求項４又は５の光ファイバセンサによれば、プリズム型の光路折返し構造なので、光路折返し部の構造が極めてシンプルであり、かつ、高い加工精度を要せずに良好な光結合を実現できる。したがって、光路折返し部の小型化、及びコスト低減を容易に図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施した光ファイバセンサ用の光ファイバテープ及びこれを用いた光ファイバセンサについて、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は本発明の一実施例の光ファイバセンサ１の光路折返し部近傍を示すもので、（イ）は平面図、（ロ）は正面図、図２は図１の光ファイバセンサ１における光ファイバテープ２のみを示すもので、（イ）は先端近傍の平面図、（ロ）は（イ）の左側面図である。
本発明の光ファイバセンサ１は、光ファイバセンサ用の光ファイバテープ２の一端側に光路折返し部１０を設けた構造であり、実施例の光ファイバテープ２は、図２にも示すように、例えば４本の導光用の光ファイバ３と同じく４本のセンシング用の光ファイバ４とを、横並びに交互に配置させて一纏めにＵＶ樹脂等の樹脂被覆５を施した光ファイバテープ本体６の両側にテンションメンバ７を配置し、このテンションメンバ７と一体にさらに樹脂被覆８を施した構造である。
使用する光ファイバ３，４としては、コアとクラッドがともにプラスチックで構成されたプラスチック光ファイバ（ＡＰＦ又はＰＯＦ）、コアが石英ガラスでクラッドがプラスチックで構成されたプラスチッククラッド石英光ファイバ（ＰＣＦ）、コアとクラッドがともに石英ガラスで構成された石英光ファイバのいずれを用いることもできる。また、導光用の光ファイバ３とセンシング用の光ファイバ４とで異なる種類（上記各種類の組み合わせ）のものを用いてもよい。
【００２２】
前記光路折返し部１０は、光ファイバテープ２の先端にテープ厚みよりあまり厚くない程度の薄形の反射器１１を取り付けて構成している。
この反射器１１は樹脂成形品であり、図３〜図５に詳細構造を示すように、光ファイバテープ導入口１２と、前記光ファイバテープ導入口１２の前端壁面から前方にあけられた光ファイバ挿入穴１３、１４と、前記光ファイバ挿入穴１３、１４の前方に設けられた空間部１５と、この空間部１５のＶ字形前方壁面を形成する第１反射面１６ａ及び第２反射面１６ｂとを備えた樹脂成形品の反射器本体１７を備えている。
光ファイバ挿入穴１３は導光用の光ファイバ３が挿入される穴、光ファイバ挿入穴１４はセンシング用の光ファイバ４が挿入される穴であり、いずれも光ファイバ３、４とほぼ同径であり、光ファイバ挿入穴１３と光ファイバ挿入穴１４とは、横並びに交互に配置されている。そして、横並び交互配置の光ファイバ挿入穴１３と光ファイバ挿入穴１４とは、対応する１対の光ファイバ挿入穴１３と光ファイバ挿入穴１４とが、前記第１反射面１６ａ第２反射面１６ｂとのＶ頂点を通過する光軸方向の線分を中心として対称的に配置されている。
さらに、光ファイバテープ導入口１２の前部上方に、光ファイバテープ２の口出し部が露出する接着剤充填用の窓１２ａをあけている。また、前記空間部１５の上方は開口しており、光学的透明体となる透明接着剤を充填するための透明接着剤充填用の窓１５ａとなっている。また、光ファイバ挿入穴列の両側にテンションメンバ７を挿入するテンションメンバ挿入穴１８を設けている。
【００２３】
上記の光ファイバセンサ１を組み立てる場合、光ファイバテープ導入口１２から光ファイバテープ２を挿入し、その先端部の被覆５を除去して露出させた各光ファイバ３、４をそれぞれの光ファイバ挿入穴１３、１４に挿入しかつファイバ先端面を空間部１５の側壁面に位置決めし、次いで、光ファイバテープ導入口１２側の窓１２ａから接着剤１９を内部に充填して、各光ファイバ３、４をそれぞれ光ファイバ挿入穴１３、１４に接着固定し、かつテンションメンバ７をテンションメンバ挿入穴１８に接着固定し、かつ光ファイバテープ２の口出し部を光ファイバテープ導入口１２内に接着固定する。
次いで、前記空間部１５に光学的透明体となる透明接着剤２０を充填してプリズム２１を形成し、これによりプリズム型の光路折返し部１０を構成している。各光ファイバ３、４の先端面は、こうして形成したプリズム２１の側面に位置している。但し、光ファイバ３、４をその先端面を空間部１５の側壁面に位置させて固定する前に、空間部１５に透明接着剤２０を充填してプリズム２１を形成してもよい。
なお、窓１２ａから光ファイバテープ導入口１２内に充填する接着剤１９は、窓１５ａから空間部１５に充填する透明接着剤２０と同じ接着剤を用いてもよい。
前記透明接着剤２０は、光学的な透明体を形成するものであればよい。ここで光学的とは、可視的という意味に限定されるものでなく、光ファイバを伝達する光を実用的に充分に低い損失で伝達できるという意味である。
【００２４】
上記において、光ファイバテープ２は光ファイバテープ導入口１２で大まかな位置決めがなされ、各光ファイバ３、４は光ファイバ挿入穴１３、１４にて精密に位置決めされる。
導光用の光ファイバ３からの入射光は、プリズム２１内に入射し第１の反射面１６ａ又は第２の反射面１６ｂで直角に反射し、次いで第２の反射面１６ｂ又は第１の反射面１６ａでさらに直角に反射して、センシング用の光ファイバ４に出射される。このようにプリズム型の光路折返しがなされるが、この場合、対応する導光用の光ファイバ３とセンシング用の光ファイバ４とは、Ｖ頂点を通る光軸方向の線分ｍを中心として対称的に配置されているので、各導光用の光ファイバ３からの入射光は正しく対応するセンシング用の光ファイバ４に出射する。すなわち、導光用の光ファイバ３１、３２、３３、３４からの入射光はそれぞれ、正しく対応するセンシング用の光ファイバ４１、４２、４３、４４に出射する（３１と４１、３２と４２、３３と４３、３４と４４とが対応）。
【００２５】
上記の光ファイバセンサ１によれば、光ファイバテープ自体を折り返す従来のものと比べて、センシング用の光ファイバの使用量が半分になるので、センシング用の光ファイバとして高精度の加工が必要となる場合に、光ファイバ自体のコスト、及び、センシング用光ファイバの加工コストが安くなる。
また、センシング用の光ファイバ４と導光用の光ファイバ３とが一纏めに樹脂被覆されているので、折り返した光ファイバテープを横並びして２倍幅になる従来の光ファイバセンサと比べて、センサ幅（光ファイバテープ幅）を狭くすることができる。
【００２６】
ところで、光ファイバに生じた曲げ変形等に伴う信号の信号処理上、光ファイバテープ２を構成するセンシング用の光ファイバ４の出力信号を個々に異なるようにするために、特定位置の導光用の光ファイバ３からの出射光は、特定位置のセンシング用の光ファイバ４に入力しなければならない。光ファイバテープ内の隣り合う光ファイバペアを入出力光ファイバ（導光用及びセンシング用の光ファイバ）として選択すると、例えば特許文献５に記載されているような鋸歯状の反射鏡が必要になるが、光ファイバペア間隔は狭いので製造が容易でなく、このような反射鏡は製造コストが高くなる。
しかし、本発明では、Ｖ字形配置の第１反射面１６ａと第２反射面１６ｂとを有するプリズム２１を形成するとともに、対応する導光用の光ファイバ３とセンシング用の光ファイバ４とが、Ｖ頂点を通る光軸方向の線分ｍを中心として対称的に配置された構成で、プリズム型の光路折返し構造となっているので、光ファイバペア間隔が狭くて製造が容易でなくコスト高になるという問題は回避される。
このように、本発明ではプリズム型の光路折返し構造なので、光路折返し部の構造が、特許文献１〜５等の従来の種々の光路折返し構造と比べて極めてシンプルであり、かつ、高い加工精度を要せずに良好な光結合を実現できる。したがって、光路折返し部１０の小型化、及びコスト低減を容易に図ることができる。
【００２７】
光路折返し部の形成方法は、上記実施例のように、Ｖ字形をなす反射面１６ａ、１６ｂを前方壁面に持つプリズム状の空間部１５に対し、光ファイバ３、４を光ファイバ挿入穴１３、１４に通してその先端を露出させ、その空間部１５に透明接着剤を埋め込んでプリズム型の反射部を形成する方式以外に、反射面を有するプリズム自体を配置すること等も可能である。
また、本発明は光ファイバの曲がりが押圧歪を検出するセンサとして用いる場合に限らず、種々の用途の光ファイバセンサに適用可能である。
【実施例２】
【００２８】
図７は他の実施例の光ファイバセンサ１’の光路折返し部近傍を示すもので、（イ）は平面図、（ロ）は正面図、図８は図７の光ファイバセンサ１’における光ファイバテープ２’のみを示すもので、（イ）は先端近傍の平面図、（ロ）は（イ）の左側面図である。
この実施例の光ファイバセンサ１’は、使用している光ファイバセンサ用の光ファイバテープ２’が、光ファイバテープ本体６’のセンシング用の光ファイバ４’は大径、導光用の光ファイバ３’は小径である。例えば、いずれもＰＯＦで、センシング用の光ファイバ４’の径が０．５ｍｍ、導光用の光ファイバ３’の径が０．２５ｍｍなどである。それに伴って、反射器本体１７’に、径の異なる光ファイバ３’、４’に合わせて穴径の異なる光ファイバ挿入穴１３’、１４’をあける等、反射器本体１７’の形状が図９〜図１１にも示すように若干変更され、したがって、反射器１１’及び光路折返し部１０’が若干変わるが、その他の点は概ね同じである。なお、この場合の第１反射面１６ａと第２反射面１６ｂとのＶ頂点を通過する光軸方向の線分ｍ’は、光路折返し部１０’を拡大した図１２に示すように、中央位置の導光用光ファイバ３３’とセンシング用光ファイバ４３’の境界から僅かにずれた位置となる。
【００２９】
この実施例のように、導光用の光ファイバ３’とセンシング用の光ファイバ４’の径を大小異ならせた場合、両光ファイバ３’、４’が交互に配置されていることで、製造時に光ファイバ３’、４’に加わる張力のアンバランスを防止でき、また、光ファイバセンサとしての特性が不均一になることを防止できる。
また、この実施例の光ファイバセンサ１’によれば、光は小径の光ファイバ（導光用の光ファイバ３’）から大径の光ファイバ（センシング用の光ファイバ４’）に入射するので、逆の場合や同径どうしの場合と比べて光の散逸が少なく、入射効率が高くなり、光損失が少なくなる。
また、導光用の光ファイバ３’が小径になっているので、光ファイバテープ本体６’の幅が狭くなり、したがって、光ファイバテープ２’の幅が狭くなる。また、反射器１１’も小形化される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施例の光ファイバセンサの光路折返し部近傍を示すもので、（イ）は平面図、（ロ）は正面図である。
【図２】図１の光ファイバセンサにおける光ファイバテープのみを示すもので、（イ）は先端近傍の平面図、（ロ）は（イ）の左側面図である。
【図３】図１の光ファイバセンサにおける光路折返し部を構成する反射器本体を示すもので、（イ）は平面図、（ロ）は正面図、（ハ）は右側面図である。
【図４】図３（イ）のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図３（イ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図１（イ）の光路折返し部の拡大図である。
【図７】本発明の他の実施例の光ファイバセンサの光路折返し部近傍を示すもので、（イ）は平面図、（ロ）は正面図である。
【図８】図７の光ファイバセンサにおける光ファイバテープのみを示すもので、（イ）は先端近傍の平面図、（ロ）は（イ）の左側面図である。
【図９】図７の光ファイバセンサにおける光路折返し部を構成する反射器本体を示すもので、（イ）は平面図、（ロ）は正面図、（ハ）は右側面図である。
【図１０】図９（イ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図１１】図９（イ）のＤ−Ｄ断面図である。
【図１２】図７（イ）の光路折返し部の拡大図である。
【符号の説明】
【００３１】
１、１’  光ファイバセンサ
２、２’  （光ファイバセンサ用の）光ファイバテープ
３、３’  導光用の光ファイバ
４、４’  センシング用の光ファイバ
５  樹脂被覆
６、６’  光ファイバテープ本体（光ファイバテープ）
７  テンションメンバ
８  樹脂被覆
１０、１０’  光路折返し部
１１、１１’  反射器
１２  光ファイバテープ導入口
１２ａ（接着充填用の）窓
１３、１３’  （導光用の光ファイバ用の）光ファイバ挿入穴
１４、１４’  （センシング用の光ファイバ）光ファイバ挿入穴
１５  空間部
１５ａ  （透明接着充填用の）窓
１６ａ  第１反射面
１６ｂ  第２反射面
１７、１７’  反射器本体
１８  テンションメンバ挿入穴
１９  接着剤
２０  透明接着剤
２１  プリズム
ｍ、ｍ’  第１反射面と第２反射面とのＶ頂点を通過する光軸方向の線分
【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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