(57)【要約】【課題】小型で、効率良く複数の異なる波長のレーザ光を出射できるレーザ装置を提供すること。【解決手段】励起光源からの光により励起される固体レーザ媒質を共振器内に持つと共に、該共振器内に配置されたミラーを回転することにより前記固体レーザ媒質から入射した光の反射光の光路を切換えて複数の共振光路を形成し、発振波長を変更するレーザ装置であって、前記ミラーを前記固体レーザ媒質からの光の入射光軸と平行な軸の軸回りに回転するミラー回転手段を備える。【選択図】　　　　図２
2004128087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光源からの光により励起される固体レーザ媒質を共振器内に持つと共に、該共振器内に配置されたミラーを回転することにより前記固体レーザ媒質から入射した光の反射光の光路を切換えて複数の共振光路を形成し、発振波長を変更するレーザ装置であって、前記ミラーを前記固体レーザ媒質からの光の入射光軸と平行な軸の軸回りに回転するミラー回転手段を設けたことを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
請求項１のレーザ装置において、前記ミラーの回転により切換えられる共振光路には、前記固体レーザ媒質から放出される異なるピーク波長の光をその第二高調波に波長変換する波長変換素子がそれぞれ配置されていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項３】
請求項１のミラー回転手段は、反射光の光路を切換えるためのモータと、該モータとは別に前記ミラーの回転角を微調整する調整機構とを備えることを特徴とするレーザ装置。
【請求項４】
請求項１のレーザ装置において、前記ミラーは出力ミラーを兼ね、その出射側の光路にはレーザ光を導光するためのファイバと、出射したレーザ光を前記ファイバに集光するレンズが配置されており、前記回転手段は前記ミラーと共に前記ファイバ及びレンズを一体的に回転する手段であることを特徴とするレーザ装置。
【請求項５】
励起光源からの励起光によって複数のピーク波長の光を放出する固体レーザ媒質及び一対の共振ミラーが配置されると共に、前記固体レーザ媒質から入射する光を反射するミラーが途中の光路内に配置された第１共振光学系と、前記ミラーを前記固体レーザ媒質からの光の入射光軸と平行な軸の軸回りに回転するミラー回転手段と、前記固体レーザ媒質側の共振光路を共用すると共に前記ミラーの回転により反射光路が切換えられた側に専用の共振光路が形成された第２共振光学系とを備え、前記ミラーを回転することによって発振波長を変更することを特徴とするレーザ装置。
【請求項６】
請求項５のレーザ装置において、前記ミラーの回転により切換えられる第１及び第２共振光学系の共振光路には、前記固体レーザ媒質から放出される異なるピーク波長の光をその第二高調波に波長変換する波長変換素子がそれぞれ配置されていることを特徴とするレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の波長のレーザ光を選択、発振することができるレーザ装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
複数の異なる波長のレーザ光を出射可能なレーザ装置としては、レーザ光の波長が可変なアルゴン・ダイレーザやマルチウェイブレングスのクリプトンレーザなどが知られている。これらは、患部や治療目的によって適する波長が異なる眼科手術等の医療分野など、様々な分野で使用されている。
ところで、前述した波長可変のレーザ治療装置は気体又はダイレーザであり、レーザチューブが短寿命であること、多大な電力を必要とすること、装置が大型化することなど問題が多いため、固体レーザによる多波長発振可能なレーザ装置が研究されている。固体レーザによる多波長レーザ装置としては、共振器内の途中に配置されたミラーを共振光路の光軸（固体レーザ媒質からの光の入射光軸、以下共振光軸という）と直行する軸の軸回りに回転することにより、光路をそれぞれの波長を共振させる光路に切替え、複数のレーザ光を出射させるものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１５１７７４号公報（第６頁、第６図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ミラーを共振光軸上で共振光軸と直行する軸の軸回りに回転すると、ミラーに入射する入射角の違いによってレーザ光の反射特性が変化するため、ミラーの角度を変化させてレーザ光の波長を変更すると、波長によってはレーザ出力が低下してしまうといった問題がある。また、それぞれの波長を共振させる光路が、一平面状に並んでいるので、光学系の設置スペースが大きくなってしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題点を鑑み、小型で、効率良く複数の異なる波長のレーザ光を出射できるレーザ装置を提供することを技術課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
（１）　励起光源からの光により励起される固体レーザ媒質を共振器内に持つと共に、該共振器内に配置されたミラーを回転することにより前記固体レーザ媒質から入射した光の反射光の光路を切換えて複数の共振光路を形成し、発振波長を変更するレーザ装置であって、前記ミラーを前記固体レーザ媒質からの光の入射光軸と平行な軸の軸回りに回転するミラー回転手段を設けたことを特徴とする。
（２）　（１）のレーザ装置において、前記ミラーの回転により切換えられる共振光路には、前記固体レーザ媒質から放出される異なるピーク波長の光をその第二高調波に波長変換する波長変換素子がそれぞれ配置されていることを特徴とする。
（３）　（１）のミラー回転手段は、反射光の光路を切換えるためのモータと、該モータとは別に前記ミラーの回転角を微調整する調整機構とを備えることを特徴とする。
（４）　（１）のレーザ装置において、前記ミラーは出力ミラーを兼ね、その出射側の光路にはレーザ光を導光するためのファイバと、出射したレーザ光を前記ファイバに集光するレンズが配置されており、前記回転手段は前記ミラーと共に前記ファイバ及びレンズを一体的に回転する手段であることを特徴とする。
（５）　励起光源からの励起光によって複数のピーク波長の光を放出する固体レーザ媒質及び一対の共振ミラーが配置されると共に、前記固体レーザ媒質から入射する光を反射するミラーが途中の光路内に配置された第１共振光学系と、前記ミラーを前記固体レーザ媒質からの光の入射光軸と平行な軸の軸回りに回転するミラー回転手段と、前記固体レーザ媒質側の共振光路を共用すると共に前記ミラーの回転により反射光路が切換えられた側に専用の共振光路が形成された第２共振光学系とを備え、前記ミラーを回転することによって発振波長を変更することを特徴とする。
（６）　（５）のレーザ装置において、前記ミラーの回転により切換えられる第１及び第２共振光学系の共振光路には、前記固体レーザ媒質から放出される異なるピーク波長の光をその第二高調波に波長変換する波長変換素子がそれぞれ配置されていることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１はスリットランプを使用する眼科用レーザ光凝固装置の外観図である。図２は装置の光学系及び制御系概略図である。
１はレーザ装置本体であり、後述するレーザ発振器１０、レーザ光を患者眼の患部に導光して照射するための導光光学系の一部、制御部２０等が収納されている。２は装置のコントロール部であり、レーザ光の波長を選択する波長選択スイッチ２ａやレーザ照射条件を設定入力するための各種スイッチが設けられている。３はレーザ照射のトリガ信号を発信するためのフットスイッチである。
４はスリットランプであり、患者眼を観察するための観察光学系と導光光学系の一部とが備えられている。５は本体１からのレーザ光をスリットランプ４に導光するためのファイバである。６はスリットランプ４を上下動するための架台である。
【０００８】
図２おいて、１０はレーザ発振器であり、内部には固体レーザ媒質であるＮｄ：ＹＡＧ結晶（以下、単にロッドともいう）１１、励起光源である半導体レーザ（以下、単にＬＤ（Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ）ともいう）１２、波長変換素子である非線形結晶（以下、単にＮＬＣ（Ｎｏｎ　Ｌｉｎｅａｒ　Ｃｒｙｓｔａｌ）ともいう）１３ｂ〜１３ｄ、全反射ミラー（以下、単にＨＲ（Ｈｉｇｈ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）ともいう）１４ａ〜１４ｅ、出力ミラー１５が備えられている。なお、非線形結晶としては、ＫＴＰ結晶、ＬＢＯ結晶、ＢＢＯ結晶等が使用可能であり、本実施形態ではＫＴＰ結晶を使用している。
【０００９】
Ｎｄ：ＹＡＧ結晶は励起光源からの励起光により、近赤外域の複数の発振線（ピーク波長）を持つ光を放出する。そこで、本実施形態の装置では、複数の発振線の内で出力が高い、約１０６４ｎｍ、約１１２３ｎｍ、約１３１９ｎｍの３つの発振線における第二高調波を、非線形結晶を利用して発生させることにより、約５３２ｎｍ（緑）、約５６１ｎｍ（黄）、及び約６５９ｎｍ（赤）の３色のレーザ光を出射させる。
【００１０】
ロッド１１が配置される光軸Ｌ１の光路の一端にはＨＲ１４ａが設けられ、他端には出力ミラー１５が所定角度だけ傾けて設けられている。ＨＲ１４ａは１０６４ｎｍ〜１３１９ｎｍの波長に対して全反射の特性を持つものであるが、これに限るものではなく、１０６４ｎｍ、１１２３ｎｍ、１３１９ｎｍの波長を含んだ赤外域の波長を広く反射するような特性を持つものであってもかまわない。出力ミラー１５は１０６４ｎｍ〜１３１９ｎｍの波長を全反射するとともに、５３２ｎｍ〜６５９ｎｍを透過する特性を持つ。出力ミラー１５を透過したレーザ光は集光レンズ１８により集光され、ファイバ５により本体１からスリットランプ４に導光される。
【００１１】
１４ｅは１０６４ｎｍ〜１３１９ｎｍ、５３２ｎｍ〜６５９ｎｍの波長を全反射する特性を持つ全反射ミラー（ＨＲ）である。２１はＨＲ１４ｅを回転駆動するパルスモータであり、出力ミラー１５で反射され折り返された光軸Ｌ２の軸回りにＨＲ１４ｅを回転駆動させることができる。図３に示す様に、光軸Ｌ２とパルスモータ２１の回転軸２１ａは同軸である。また、ＨＲ１４ｅは、その垂線が光軸Ｌ２に対して角度θａ／２だけ傾いて回転軸２１ａに固定されている。つまり、角度θａ／２はレーザ光がＨＲ１４ｅに入射する光軸Ｌ２のＨＲ１４ｅに対する入射角である。光軸Ｌ２はＨＲ１４ｅの回転により角度θａを保ったまま、それぞれ光軸Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５方向へ折り返される。つまり、図２、３において各光軸Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５は軸Ｌ２上の交点Ａにてすべて交わるように設定されており、この交点Ａの位置にＨＲ１４ｅの反射面が位置している。パルスモータ２１の回転によってＨＲ１４ｅの反射面が回転されて切換えられたとき、その反射方向に位置する光軸Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５の光路が、それぞれ専用の共振光路とされる。
【００１２】
また、本発明の実施の形態では、光軸Ｌ２とパルスモータ２１の回転軸２１ａは同軸としたが、同軸でなくとも、光軸Ｌ２とパルスモータ２１の回転軸２１ａは平行であってもよい。この場合、上記の光軸Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５は、光軸Ｌ２がＨＲ１４ｅで折り返される方向に位置していなければならない。
ＨＲ１４ｅの一つの反射方向の光軸Ｌ５上には、ＮＬＣ１３ｄとＨＲ１４ｄが固定されて設けられている。ＮＬＣ１３ｄは１３１９ｎｍの波長に対して、その第二高調波である６５９ｎｍの波長を発生させるように配置されている。ＨＲ１４ｄは１３１９ｎｍ及び６５９ｎｍに対して全反射の特性を持つ。すなわち、６５９ｎｍのレーザ光を発振するためのＨＲ１４ｄには、少なくとも６５９ｎｍ及び１３１９ｎｍを全反射する特性を持つ。
【００１３】
このような光軸Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５の光学系により、ロッド１１を挟んでＨＲ１４ａとＨＲ１４ｄが対向する一対の共振器構造を持つ第１の共振光学系が構成され、ＮＬＣ１３ｄによって発生される第二高調波の６５９ｎｍをロッド１１にて阻害されることなく、出力ミラー１５より出射する。
ＨＲ１４ｅのもう一つの反射方向の光軸Ｌ４上には、ＮＬＣ１３ｃとＨＲ１４ｃが固定されて設けられている。ＮＬＣ１３ｃは１１２３ｎｍの波長に対して、その第二高調波である５６１ｎｍを発生するように配置されている。ＨＲ１４ｃは１１２３ｎｍ及び５６１ｎｍに対して全反射の特性を持つ。すなわち、５６１ｎｍのレーザ光を発振するためのＨＲ１４ｃには、少なくとも５６１ｎｍ及び１１２３ｎｍを全反射する特性を持つ。５６１ｎｍのレーザ光を発振するためのＨＲ１４ｃの反射特性において、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶の発振線の内、１１２３ｎｍよりゲインの高い１１１５．９ｎｍ以下の短波長側の発振線については５０％以下の反射率とするのが好ましい。さらに１０６４ｎｍの発振線については２０％以下の反射率とするのが好ましい。３０は、ＮＬＣ１３ｃとＨＲ１４ｅとの間に配置されたエタロン等の波長選択素子である。波長選択素子３０は、１１２３ｎｍに対してＮｄ：ＹＡＧ結晶の発振線の内の１１１５．９ｎｍが波長的に近いため、１１２３ｎｍを選択的に取り出す役目をしている。
【００１４】
このような光軸Ｌ１、Ｌ２、Ｌ４の光学系により、ロッド１１を挟んでＨＲ１４ａとＨＲ１４ｃが対向する一対の共振器構造を持つ第２の共振光学系が構成され、ＮＬＣ１３ｃによって発生される第二高調波の５６１ｎｍを出力ミラー１５より出射する。
ＨＲ１４ｅのもう一つの反射方向の光軸Ｌ３上には、ＮＬＣ１３ｂとＨＲ１４ｂが固定的に設けられている。ＮＬＣ１３ｂは１０６４ｎｍの波長に対して、その第二高調波である５３２ｎｍの波長を発生させるように配置されている。ＨＲ１４ｂは１０６４ｎｍ及び５３２ｎｍに対して全反射の特性を持つ。すなわち、５３２ｎｍのレーザ光を発振するためのＨＲ１４ｂには、少なくとも５３２ｎｍ及び１０６４ｎｍを全反射する特性を持つ。
【００１５】
このような光軸Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の光学系により、ロッド１１を挟んでＨＲ１４ａとＨＲ１４ｂが対向する一対の共振器構造を持つ第３の共振光学系が構成され、ＮＬＣ１３ｂによって発生される第二高調波の５３２ｎｍを出力ミラー１５より出射する。
各波長のレーザ光を出射させるための共振光学系を各々形成するために、ＨＲ１４ｅの回転位置を駆動制御する場合、制御部２０はレーザ装置の電源投入時にパルスモータ２１を使用してＨＲ１４ｅを所定の角度位置に戻した後、その位置を基準角度位置として、選択されているレーザ光の波長を出力するために必要とされる角度位置までＨＲ１４ｅを回転駆動させる。すなわち、ＨＲ１４ｅの反射面の向きを切換え、軸Ｌ２の反射方向が軸Ｌ５と一致するようにしたときには、ＨＲ１４ａとＨＲ１４ｄとがロッド１１等を挟んで一対の共振器となる第１の共振光学系が構成され、６５９ｎｍのレーザ光が得られる。軸Ｌ２の反射方向が軸Ｌ４と一致するようにしたときには、５６１ｎｍを得る第２の共振光学系が構成さる。軸Ｌ２の反射方向が軸Ｌ３と一致するようにしたときには、５３２ｎｍを得る第３の共振光学系が構成さる。なお、所定の角度位置（基準角度位置）にＨＲ１４ｅを合わせるために、図示なきリミットセンサ等を使用し、ＨＲ１４ｅの角度位置を検知している。
【００１６】
次に、以上の構成に基づき、複数の異なる波長のレーザ光を出射させる方法について説明する。
＜６５９ｎｍのレーザ光の出射方法＞
術者は波長選択スイッチ２ａにより、手術に使用するレーザ光の色（波長）を赤色（６５９ｎｍ）とする。赤色（６５９ｎｍ）が選択されると、制御部２０は、パルスモータ２１を駆動してＨＲ１４を回転し、光軸Ｌ２が光軸Ｌ５に折り返されるように光路を切替える。レーザ光の出射制御はフットスイッチ３を使用して、制御部２０に出射のトリガ信号を与えることによって行われる。
【００１７】
トリガ信号を受けると制御部２０は、ＬＤ１２に電流を印可し、ＬＤ１２によってロッド１１を励起する。なお、ロッド１１であるＮｄ：ＹＡＧ結晶の両端面には、１０６４ｎｍ、１１２３ｎｍ、１３１９ｎｍに対して透過性を高めるようにＡＲ（Ａｎｔｉ　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ）コーティングが施されている。
ロッド１１が励起されると、ＨＲ１４ａとＨＲ１４ｄとの間では１３１９ｎｍの光が共振され、さらに光軸Ｌ２上に配置されたＮＬＣ１３ａによって第２高調波である６５９ｎｍの光に波長変換される。得られた６５９ｎｍのレーザ光は、出力ミラー１５を透過し、集光レンズ１８により集光され、ファイバ５へ導光される。そして、スリットランプ４の照射口から患者眼に向けて照射される。
【００１８】
＜５６１ｎｍのレーザ光の出射方法＞
術者は波長選択スイッチ２ａにより、手術に使用するレーザ光の色（波長）を黄色（５６１ｎｍ）とする。黄色（５６１ｎｍ）が選択されると、制御部２０は、パルスモータ２１を駆動してＨＲ１４を回転し、光軸Ｌ２が光軸Ｌ４に折り返されるように光路を切替える。また、制御部２０はフットスイッチ３からのトリガ信号によってＬＤ１２に電流を印可させ、ロッド１１を励起させる。
ロッド１１が励起されると、ＨＲ１４ａとＨＲ１４ｃとの間では１１２３ｎｍの光が共振され、さらに光軸Ｌ４上に配置されたＮＬＣ１３ｃによって第２高調波である５６１ｎｍの光に波長変換される。得られた５６１ｎｍのレーザ光は、出力ミラー１５を透過し、ファイバ５へ導光される。そして、スリットランプ４の照射口から患者眼に向けて照射される。
【００１９】
＜５３２ｎｍのレーザ光の出射方法＞
術者は波長選択スイッチ２ａにより、手術に使用するレーザ光の色（波長）を緑色（５３２ｎｍ）とする。緑色（５３２ｎｍ）が選択されると、制御部２０は、パルスモータ２１を駆動してＨＲ１４を回転し、光軸Ｌ２が光軸Ｌ３に折り返されるように光路を切替える。また、制御部２０はフットスイッチ３からのトリガ信号によってＬＤ１２に電流を印可させ、ロッド１１を励起させる。
ロッド１１が励起されると、ＨＲ１４ａとＨＲ１４ｂとの間では１０６４ｎｍの光が共振され、さらに光軸Ｌ３上に配置されたＮＬＣ１３ｂによって第２高調波である５３２ｎｍの光に波長変換される。得られた５３２ｎｍのレーザ光は、出力ミラー１５を透過し、ファイバ５へ導光される。そして、スリットランプ４の照射口から患者眼に向けて照射される。
【００２０】
これらの構成により、１つの全反射ミラー１４ｅを回転させて光路を切換えることにより、全反射ミラー１４ｅへの入射角を一定に保ち、３つの異なる波長のレーザ出力を低下させることなく、効率的に出射させることができる。また、光軸Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５が角度θａの振れ角で光軸Ｌ２を囲む様に立体的に構成されているので、レーザ共振光学系をコンパクトにでき、レーザ装置本体自体も小型にすることができる。
【００２１】
また、さらにレーザ光の出射効率を良くしたい場合には、集光レンズ１８と出力ミラーの間に図示なきレーザ光の出力を検出する出力センサを設け、レーザ光の出力が最も高く検出されるような位置角度にＨＲ１４ｅを微調整すればよい。ＨＲ１４ｅを微調整するには、図４に示す様に、ピエゾ素子２６によりおこなってもよい。この機構は、パルスモータ２１の回転軸２１ａにテーブル２１を取付け、テーブル２１にピエゾ素子２６を固定する。テーブル２１には、回転板２４が回転可能に取付けられている。ＨＲ１４ｅは、上記と同様に、その垂線が光軸Ｌ２に対して角度θａ／２だけ傾いて回転板２４の軸２４ａに固定されている。また、回転板２４のフック部２４ｂにはシャフト２５が連結されている。また、シャフト２５の他端は、ピエゾ素子２６に取付けられている。この構成により、制御部２０によって制御されたピエゾ素子２６の伸び縮みにより、ＨＲ１４ｅの回転が微調整される。
【００２２】
以上説明した実施形態では全反射ミラーＨＲ１４ｅの反射面を回転することにより、第１、２、３の共振光学系を切替えるように構成しているが、これに限るものではなく、図５に示す様に、出力ミラー１５の反射面を回転する変容も可能である。ここで前述の実施形態で示した符号と同符号を付してあるものは同機能を有しているものであり、説明は省略する。また、上記実施の形態で説明した光軸Ｌ３、４、５がそれぞれ光軸Ｌ６、７、８に対応しており、光軸Ｌ６、７、８は、光軸Ｌ１に対して角度θａだけ傾いた方向となっている。
【００２３】
出力ミラー１５は、その法線が光軸Ｌ１に対して角度θａ／２だけ傾いて回転ホルダー３１に固定されている。また、回転ホルダー３１の回転軸３１ａは光軸Ｌ１と同軸に回転する。出力ミラー１５からレーザ光が出力される方向には、集光レンズ１８、ファイバ５が回転ホルダー３１内に固定されいている。回転ホルダー３１の外周にはギヤ３１ｂが形成され、ギヤ３１ｂはギヤ３３と噛み合っている。ギヤ３３はパルスモータ３２に取付けられており、制御部２０からの指令によりパルスモータ３２が駆動される。出力ミラー１５の反射方向により、光軸Ｌ１と光軸Ｌ８に対応する第１の共振光学系、光軸Ｌ１と光軸Ｌ７に対応する第２の共振光学系、光軸Ｌ１と光軸Ｌ６に対応する第３の共振光学系に切替わる。また、それぞれの共振光学系に切替えられた場合、集光レンズ１８、ファイバ５は、出力ミラー１５と共に一体的に回転し、前述したように、それぞれ光軸Ｌ６、７、８の軸上に配置されるので、出力ミラー１５を透過したレーザ光は、集光レンズ１８、ファイバ５により効率よく導光される。また、この構成では、光軸Ｌ２分だけ光路を縮めることができるため、前記発明の実施の形態に比べ、レーザ発振器１０を小型に作成することができる。
【００２４】
また、以上説明した実施形態では、３波長を選択、出射するものとしているが、これに限るものではなく、２波長、４波長等の複数の波長を選択、出射することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、小型で、効率良く複数の異なる波長のレーザ光を出射できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態で使用する眼科用レーザ光凝固装置の外観を示す図である。
【図２】光学系と制御系を示す図である。
【図３】共振光学系の配置を示す図である。
【図４】全反射ミラーの回転の微動機構を示す図である。
【図５】本実施形態の変容例を示す図である。
【符号の説明】
１　レーザ装置本体
５　ファイバ
１０　レーザ発振器
１１　ロッド
１２　半導体レーザ
１３ｂ〜１３ｃ　非線型結晶
１４ａ〜１４ｅ　全反射ミラー
１５　出力ミラー
１８　集光レンズ
２１　パルスモータ
２６　ピエゾ素子
３１　ホルダー
３２　パルスモータ
３３　ギヤ
【図１】
2004128087.tif 000003
【図２】
2004128087.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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