(57)【要約】【課題】光線の方向を容易に変更できる光線方向変更装置を提供すること。【解決手段】光線３を反射する反射部１４を有し、湾曲自在な光線方向変更部材１と、光線方向変更部材１を引き付け、相互に対向して配置される引付部２、２とを備え、光線方向変更部材１の一部を一方の引付部２に引き付け、光線方向変更部材１の他部を他方の引付部２に引き付け、光線方向変更部材１を引付部間の空間で湾曲させて湾曲部１３を形成し、引付部２による光線方向変更部材１の引き付け位置の変更により湾曲部１３を移動し、入射した光線を湾曲部１３の反射部１４で反射して、光線３の方向を変更する、光線方向変更装置。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線を反射する反射部を有し、湾曲自在な光線方向変更部材と、
光線方向変更部材を引き付け、相互に対向して配置される引付部とを備え、
光線方向変更部材の一部を一方の引付部に引き付け、光線方向変更部材の他部を他方の引付部に引き付け、光線方向変更部材を引付部間の空間で湾曲させて湾曲部を形成し、引付部による光線方向変更部材の引き付け位置の変更により湾曲部を移動し、入射した光線を湾曲部の反射部で反射して、光線の方向を変更する、光線方向変更装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光線方向変更装置において、
光線方向変更部材は、金属材料などの導電性を有する膜であり、少なくとも一部に反射部となる鏡面を備えていることを特徴とする、光線方向変更装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光線方向変更装置において、
対向する引付部の少なくとも一方の一部に光線を透過できる透過部を備えていることを特徴とする、光線方向変更装置。
【請求項４】
請求項１に記載の光線方向変更装置において、
光線方向変更部材の少なくとも一端は、引付部に伸縮自在な状態で取り付けられていることを特徴とする、光線方向変更装置。
【請求項５】
請求項１に記載の光線方向変更装置において、
光線の入射位置を対向する引付部間で移動する微動装置を備えていることを特徴とする、光線方向変更装置。
【請求項６】
請求項１に記載の光線方向変更装置において、
複数個の光線方向変更部材を配置し、
光線を反射する反射材を引付部の端部に配置し、
光線方向変更部材に沿って通って来た光線を反射材で反射して、他の光線方向変更部材に沿って送出することを特徴とする、光線方向変更装置。
【請求項７】
光線を反射する反射部を有し、湾曲自在な複数の光線方向変更部材と、
各光線方向変更部材を引き付け、相互に対向して配置される引付部とを備え、
各光線方向変更部材を隣接して配置し、各光線方向変更部材の一部を一方の引付部に引き付け、各光線方向変更部材の他部を他方の引付部に引き付け、各光線方向変更部材を引付部間の空間で湾曲させて各湾曲部を形成し、引付部による各光線方向変更部材の引き付け位置の変更により各湾曲部を移動し、入射した複数の光線を各湾曲部の反射部で反射して、各光線の方向を変更する、多チャンネル光線方向変更装置。
【請求項８】
請求項１に記載の光線方向変更装置の引付部と請求項６に記載の多チャンネル光線方向変更装置の引付部とを対向して配置し、
対向する引付部には光線が透過する透過部を形成し、
光線方向変更装置に光線を入射して湾曲部の反射部で反射して透過部を通し、反射した光線を多チャンネル光線方向変更装置の透過部を通して湾曲部の反射部で反射して、複数の光路に反射光を出射する、光スイッチ。
【請求項９】
請求項６に記載の第１多チャンネル光線方向変更装置の引付部と第２多チャンネル光線方向変更装置の引付部とを対向して配置し、
対向する引付部には光線が透過する透過部を形成し、
第１多チャンネル光線方向変更装置に複数の光線を入射して各湾曲部の反射部で反射して透過部を通し、反射した複数の光線を第２多チャンネル光線方向変更装置の透過部を通して各湾曲部の反射部で反射して、複数の光路に反射光を出射する、光スイッチ。
【請求項１０】
請求項１に記載の光線方向変更装置の引付部を記録ディスク面に対向して配置し、
記録ディスク面に対向する引付部の少なくとも一部に透過部を形成し、
対向する引付部間の空間に光線を入射し、湾曲部の反射部により光線の方向を変更して透過部を通し、記録ディスク面上に光線を照射し、引付部による光線方向変更部材の引き付け位置の変更で湾曲部の位置を移動し、記録ディスク面上の光線の照射位置を移動する、光ヘッド。
【請求項１１】
請求項６に記載の多チャンネル光線方向変更装置の引付部を記録ディスク面に対向して配置し、
記録ディスク面に対向する引付部の少なくとも一部に透過部を形成し、
対向する引付部間の空間に光線を入射し、１個の光線方向変更部材を選択し、該光線方向変更部材を湾曲し、湾曲部の反射部により光線の方向を変更して透過部を通し、記録ディスク面上に光線を照射し、引付部による光線方向変更部材の引き付け位置の変更で湾曲部の位置を移動し、記録ディスク面上の光線の照射位置を移動する、光ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光スイッチや光ヘッドなど、光線の方向を変更する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、メカニカルなマイクロ光スイッチは、一般に光路を大きく変えることができる利点をもち、その構成方法としては、（１）基板面内を基板面に平行に進む光を基板面に垂直なミラーを用いて光路を切換える方法、（２）光導波路と同じ屈折率をもつ液滴の位置をマイクロヒータにより変えて光路を切り替える方法、（３）２自由度ミラーを用いて立体的に光路を切り替える方法、（４）光ファイバを静電力や磁力を用いて曲げて光路を切り替える方法がある。
【０００３】
しかし、従来の問題点として、（１）基板面に垂直なミラーを構成するのは簡単ではなく、材料の降伏応力による選択できる材料或いは剛性に制限があり、製作の際にミラーの反射率が低下する問題、また、構造の複雑化といった問題がある。（２）液滴の切り替え数だけ個別に封入する問題がある。（３）ミラー群を立体的に配置しなければならず、かつ装置が大きくなる問題がある。（４）光ファイバの曲げ限界のため、装置が大きくなる問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
＜イ＞本発明は、光線の方向を容易に変更できる光線方向変更装置を提供することにある。
＜ロ＞また、本発明は、簡単な構造で小型の光線方向変更装置を提供することができる。
＜ハ＞また、本発明は、新規な構造の光スイッチを提供することにある。
＜ニ＞また、本発明は、新規な構造の記録ディスク用光ヘッドを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光線を反射する反射部を有し、湾曲自在な光線方向変更部材と、光線方向変更部材を引き付け、相互に対向して配置される引付部とを備え、光線方向変更部材の一部を一方の引付部に引き付け、光線方向変更部材の他部を他方の引付部に引き付け、光線方向変更部材を引付部間の空間で湾曲させて湾曲部を形成し、引付部による光線方向変更部材の引き付け位置の変更により湾曲部を移動し、入射した光線を湾曲部の反射部で反射して、光線の方向を変更する、光線方向変更装置にある。
また、本発明は、光線を反射する反射部を有し、湾曲自在な複数の光線方向変更部材と、各光線方向変更部材を引き付け、相互に対向して配置される引付部とを備え、各光線方向変更部材を隣接して配置し、各光線方向変更部材の一部を一方の引付部に引き付け、各光線方向変更部材の他部を他方の引付部に引き付け、各光線方向変更部材を引付部間の空間で湾曲させて各湾曲部を形成し、引付部による各光線方向変更部材の引き付け位置の変更により各湾曲部を移動し、入射した複数の光線を各湾曲部の反射部で反射して、各光線の方向を変更する、多チャンネル光線方向変更装置にある。
また、本発明は、前記光線方向変更装置の引付部と前記多チャンネル光線方向変更装置の引付部とを対向して配置し、対向する引付部には光線が透過する透過部を形成し、光線方向変更装置に光線を入射して湾曲部の反射部で反射して透過部を通し、反射した光線を多チャンネル光線方向変更装置の透過部を通して湾曲部の反射部で反射して、複数の光路に反射光を出射する、光スイッチにある。
また、本発明は、前記第１多チャンネル光線方向変更装置の引付部と第２多チャンネル光線方向変更装置の引付部とを対向して配置し、対向する引付部には光線が透過する透過部を形成し、第１多チャンネル光線方向変更装置に複数の光線を入射して各湾曲部の反射部で反射して透過部を通し、反射した複数の光線を第２多チャンネル光線方向変更装置の透過部を通して各湾曲部の反射部で反射して、複数の光路に反射光を出射する、光スイッチにある。
また、本発明は、前記光線方向変更装置の引付部を記録ディスク面に対向して配置し、記録ディスク面に対向する引付部の少なくとも一部に透過部を形成し、対向する引付部間の空間に光線を入射し、湾曲部の反射部により光線の方向を変更して透過部を通し、記録ディスク面上に光線を照射し、引付部による光線方向変更部材の引き付け位置の変更で湾曲部の位置を移動し、記録ディスク面上の光線の照射位置を移動する、記録ディスク用光ヘッドにある。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【０００７】
＜イ＞光線方向変更装置
光線方向変更装置１０は、光線（光軸と光路を含む）の方向を変更する装置であり、例えば図１のように、光線３の方向を変更する光線方向変更部材１、光線方向変更部材１を引き付けて湾曲させる引付部２、２を備えている。光線方向変更装置１０は、光線方向変更部材１の湾曲部１３で光線を反射して、光線の方向を変更する。光線方向変更装置１０は、例えば図１のように、光線方向変更部材１を対向する引付部２、２で間で上下に引き付け、引き付ける位置を替えることにより湾曲部１３を引付部２に沿って左右に移動することができる。それにより、光線の反射位置を引付部２に沿って移動することができる。このように湾曲部１３を用いることにより入射光線と反射光線の角度差を大きく取ることができる。光線方向変更装置１０は、簡単な構造であり小型化することができる。また、光線方向変更装置１０は、反射を利用するので光の波長の影響が受けにくい。光線方向変更装置１０は、光線方向変更部材１の湾曲を利用するので、材料の降伏応力による制限が受けにくい。また、光線方向変更装置１０は、マイクロシステムの製造プロセスとの親和性が高く、マイクロシステムに好適な装置である。また、光線方向変更装置１０は、光のスキャナに使用することができる。なお、図１（Ｂ）、（Ｃ）は、図１（Ａ）を横方向から見た図である。
【０００８】
＜ロ＞光線方向変更部材
光線方向変更部材１は、対向する引付部２、２間に配置され、湾曲可能な性質と光を反射する性質を備えている。光線方向変更部材１は、光を反射する反射部１４を備えており、反射部１４により光線を反射して方向を変更する。光線方向変更部材は、反射面を有する薄膜を使用すると、反射部１４と湾曲性能を共に有することができる。光線方向変更部材１は、種々の形状を取れ、横長の形状、短冊状の形状にすると良い。又は、使用対象に応じて、平方形、長方形、多角形、円形状でも良い。又は、これらの光線方向変更部材１を複数隣接して配置することもできる。光線方向変更部材１は、例えば図３に示されているように、ミラー１１を保持してもよい。この場合、ミラー１１の面を湾曲し難くすると、ミラー１１の反射部１４を常に平坦に保持することができる。
【０００９】
光線方向変更部材１を引付部２に取り付ける場合、少なくとも一端をバネ材４などの伸縮自在な手段を介して取り付ける。図１（Ａ）のように、光線方向変更部材１が湾曲して一端が、図１（Ａ）のように左側に移動しても、バネ材４が伸びる結果、光線方向変更部材１に無理な力がかからない。また、光線方向変更部材１の端部が伸縮自在な状態で取り付けられているので、光線方向変更部材１の設定が容易となる。
【００１０】
光線方向変更部材１は、金属材料、高分子材料、無機材料などの導電性を有する湾曲可能な膜や薄膜が利用でき、例えばＴｉＮｉの薄膜を使用し、薄膜の厚さを４μｍとする。ＴｉＮｉの薄膜の大きさや厚さは、光線方向変更装置１０の用途に応じて決まるが、一例として長さは４ｍｍとし、幅は１ｍｍとする。これらの大きさ（数値）は、用途に応じて適宜、決めることができる。薄膜の少なくとも片面を鏡面にして反射部１４とする。ＴｉＮｉ合金の薄膜は、耐食性を有し、軟らかく、塑性変形を受け難い超弾性を有する。ＴｉＮｉ合金の薄膜は、形状記憶合金であるので、湾曲の状態を記憶でき、停電時にもそれまでの状態を保持できる。
【００１１】
＜ハ＞引付部
引付部２は、光線方向変更部材１を引き付けることができるものである。例えば図１のように、引付部２、２を対向して配置し、その間の空間内に光線方向変更部材１を配置する。引付部２は、光線方向変更部材１を引き付ける引付手段（アクチュエータ）２１を備えている。
【００１２】
引付手段２１は、光線方向変更部材１を引き付けることができるものであればよく、例えば電場、磁場、空気などの手段を利用するとよい。引付手段２１が電場を利用する場合、一対の各引付部２、２に光線方向変更部材１の長手方向に沿って多数の電極を並べて配置する。図１の場合、多数の平行な電極は、入射光線３の方向に沿って並べて取り付ける。電極の個数の密度により、湾曲部１３の最小移動距離が決まる。電極に電圧、例えば５００Ｖ（上記ＴｉＮｉ合金の薄膜を用い、引付部間の距離１ｍｍとした場合の例）を印加し、光線方向変更部材１をアースするにより、光線方向変更部材１に静電引力が発生して、光線方向変更部材１を電気的に電極に吸引することができる。電極を使用する場合、電極と光線方向変更部材１との間を絶縁するために非接触層２２を電極と光線方向変更部材１の間に配置する。また、吸引手段２１と光線方向変更部材１との直接の接触が好ましくない場合も、これらの間に非接触層２２を配置する。吸引に空気を使用する場合、引付部２に吸引する吸引器を配列すれば、光線方向変更部材１を引付部２に吸引することができる。
【００１３】
磁場を利用する場合、例えば光線方向変更部材１又は引付部２の少なくとも一方に磁石或いは他の磁性体を取り付ける。その場合、磁石或いは他の磁性体を吸引する又は離すために電磁誘導を発生する装置を配置する。電磁誘導を発生する装置は、例えば引付部２に取り付けると良いが、必要に応じて光線方向変更部材１に又は両方に取り付けても良い。少なくとも一方に磁石、他方に磁石或いは他の磁性体を取り付けると、自己保持機能を持たせることができ、例えば通電などの外部エネルギーを与えることなく状態を保持することができる。自己保持機能が不要なら、一方に磁石以外の磁性体を取り付け、他方に電磁誘導を発生する装置を取り付ける。
【００１４】
引付部２は、光線が通過する個所に光線が透過できる透過部２３を設ける。透過部２３は、例えば図１（Ｂ）のようにＩＴＯやガラスなどの透明部材を使用でき、また、図１（Ｃ）のように引付部に光線が通過できる空間を設けることができる。
【００１５】
＜ニ＞光線方向変更部材の湾曲部の移動
引付手段２１が電極の例を用いて、湾曲部１３の移動を図２を用いて説明する。上部の引付部の黒い矢印で示す電極と下部の引付部の黒い矢印で示す電極に電圧を印加する。図２（Ａ）において、光線方向変更部材１の左部分は上部の電極に吸引され、光線方向変更部材１の右部分は、下部の電極に吸引され、吸引されていない光線方向変更部材１が湾曲部１３となる。この場合、光線３を左側から入射すると、光線３は湾曲部１３で反射する。光線３が反射する湾曲部３の傾斜を入射光線３に対して４５度に傾斜すると、反射光線は９０度向きを変える。
【００１６】
次に、電圧を印加する上部の電極を右側に２個（黒い矢印）増やし、電圧を印加する下部の電極を左側から２個（白い矢印）減らすと、光線方向変更部材の湾曲部は、引付部２に沿って右側に移動する。その結果、光線３が反射する位置が右側に移動することになる。このように、電圧を印加する電極を上部と下部で制御すると、光線３の反射位置を左右に移動することができる。電極の幅を狭くすると、移動距離を細かく制御することができる。また、電圧を印加する電極を選択することにより、湾曲部１３の傾斜角度を制御することができる。
【００１７】
光線方向変更部材１の湾曲部１３の別な移動方法として、図示していないが、光線方向変更部材１自体に湾曲駆動部を設けても良い。例えば、湾曲駆動部としてバイメタルを利用する。引付部２の吸引手段として、バイメタルに熱を付与する熱付与手段をバイメタル毎に設ける。この熱付与手段を選択することにより光線方向変更部材１のバイメタルを選択して、光線方向変更部材１を任意の個所で湾曲することができる。
【００１８】
＜ホ＞反射光線の反射位置の微調整
光源の位置を引付部２、２間で移動調整する微動装置５を設ける。微動装置５は、例えば図３のように、引付部２の光線が入射する端部に配置する。微動装置５により光源３１を引付部２、２間の方向で光線３と直交する方向、又は、引付部２から他の引付部２に向かう方向で移動すると、光線方向変更部材１の湾曲部１３で反射する個所が移動する。それにより、反射光線が図３のように入射光線に沿って左右に移動する。湾曲部１３の反射部１４の面を平坦にし、微動装置５により光源３１を上下に移動すると、反射部１４で反射した光線は左右にリニアー（線形）に移動する。このように、反射光線の移動は、吸引手段２１により移動の他に、微動装置により微調整を行うことができる。
【００１９】
＜ヘ＞多チャンネル光線方向変更装置
多チャンネル光線方向変更装置１００は、複数の光線の方向を変更するものであり、例えば図４に示すように、対向する引付部２の間に複数の光線方向変更部材１を並列に配置し、複数の光線の方向を変更するものである。多チャンネル光線方向変更装置１００は、複数の光線方向変更装置１０を並列に配置したものと同様の機能を有する。多チャンネル光線方向変更装置１００の吸引手段２１は、各チャンネルで共通にすることができる。吸引手段２１が電極の場合、電極とチャンネルがマトリックス状に交差するように配置する。吸引手段２１により、複数の各光線方向変更部材１の所定の個所を湾曲する。
【００２０】
＜ト＞光スイッチ
光スイッチ６は、光路を切り替えるものであり、例えば、光ファイバと光ファイバの間に介在させ、光ファイバからの光線を他の光ファイバに切り替えるものである。１本の光ファイバから複数本の光ファイバに光線を切り替える光スイッチ６は、光線方向変更装置１０と多チャンネル光線方向変更装置１００を対向して配置して構成できる。また、複数本の光ファイバから複数本の光ファイバに光線を切り替える光スイッチ６は、一対の多チャンネル光線方向変更装置１００を対向して配置して構成できる。光スイッチ６は、例えば図４に示すように、図示していない上部の光線方向変更装置又は多チャンネル光線方向変更装置に光線３を入射し、光線３を光線方向変更部材の反射部１４で反射し、反射光線を下部の多チャンネル光線方向変更装置１００に入射する。下方に入射した光線は、多チャンネル光線方向変更装置１００の１つの光線方向変更部材１の反射部１４で再度反射する。多チャンネル光線方向変更装置１００で反射した光線は、１つのチャンネルの引付部２に沿って通過し、その引付部２の端部に配置される光ファイバに入射する。
【００２１】
＜チ＞光ヘッド
光ヘッドは、光を利用する記録ディスクの読み書きに使用するものである。光ヘッドは、例えば図５のように、光線方向変更装置１０を利用し、回転する光ディスクなどの記録ディスク７１の面に対向して、記録帯７２に直交するように配置される。光ヘッド７の光線方向変更装置１０は、図１の光線方向変更部材１とその取り付け形状が異なっているが、光線３を変更する原理は、同じである。図５の光線方向変更部材１は、両端の固定端部１２がバネのように曲げて伸び易くなって引付部２に固定される。
【００２２】
光ヘッド７の上下の電極２１を選択することにより、光線方向変更部材１の湾曲部が記録帯７２に直交するように移動する。このようにして、光ディスクの記録帯７２を選択して。その位置に光線を照射することができる。光線の照射位置を記録帯７２の位置により正確に合わせるために、光源３１の微動装置５を使用する。微動装置５は、図５（Ａ）のように、光源３１を単に上下するだけで、記録帯７２の照射位置をより微細に調整することができ、記録帯７２に高密度に記録することができる。
【００２３】
光線方向変更装置１０を他の記録ディスクの光ヘッドとして使用する例として、図６のように配置することができる。図６の記録ディスクは、回転しないで固定する。その代わり、光線方向変更装置１０を記録ディスクの全面に対向して配置する。図６の引付部２１、光線方向変更部材１は、円形の形状を示しているが、角形状、楕円状、多角形など各種の形状を取ることができる。光源を記録ディスク中心に配置し、中心で回転する回転機能付光源３２を使用する。この光ヘッドの操作方法は、光線方向変更部材１の一部を一方の引付部２に引き付け、一部を他方の引付部２に引き付け、湾曲部１３を形成する。回転機能付光源３２から光線を湾曲部１３にある反射部１４に照射し、例えば直角に反射して、その反射光を記録ディスク７１の所定個所に照射する。回転機能付光源３２に微動装置５を取り付ければ、記録ディスクの密度を高めることができる。
【００２４】
記録ディスクの記録帯７２を渦巻状にする以外に、種々の形状の記録帯とすることができ、例えば、図７（Ａ）のように記録帯を直線にし、平行に多数形成してもよい。その場合、光源３２を多数設けたり、平行移動、直線移動したり、又は、光ヘッド７を図７（Ｂ）のように構成することができる。図７（Ｂ）の光ヘッドにすると、光源の回転や平行移動、直線移動などの機械機構が必要なくなる。図７（Ｂ）の光線方向反射装置１０は、短冊状の多数の光線方向反射部材１を隣接して配置する。各光線方向反射部材１に沿って光線３が通るように、光線３を反射する反射材２４を引付部２、２の端部付近に配列する。この反射材２４は、ミラーやプリズムなど光線３を所定の方向に曲げるものであれば良い。図７（Ｂ）の光源は１個であるが、複数設けてもよい。光源３１に微動装置５を取り付ければ、引付部２、２間の向きでなく、引付部２に平行な方向に微動させてもよい。それにより、図７（Ａ）のように１本の帯状の記録面に複数本の列のデータを記録できる。
【００２５】
種々の形状の光線方向反射装置１０を用いることにより、光ディスクの回転が必要なくなり、回転するアクチュエータ、光ヘッドと記録ディスクの擦れ合いの防止のための微小ギャップの確保や維持機構が不要となる。よって、小型化、簡素化、省エネルギー、低振動、静音化が可能となる（回転運動する部分が小さく、また、光ディスクよりも回転機能付光源の製作精度を向上させ易いため、エネルギー消費、振れ回り振動、風切音が抑制できる。）。また、このように構成することにより、静止個所が多くなり、また光源の微小移動が可能であり、高密度にデータを記録できる。
【００２６】
【発明の効果】
＜イ＞本発明は、光線の方向を容易に変更できる光線方向変更装置を提供することができる。
＜ロ＞本発明は、また、簡単な構造で小型の光線方向変更装置を提供することができる。
＜ハ＞また、本発明は、新規な構造の光スイッチを提供することができる。
＜ニ＞また、本発明は、新規な構造の記録ディスク用光ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光線方向変更装置の説明図
【図２】光線方向変更装置の湾曲部を移動する説明図
【図３】光源の位置を変化させる微動装置を有する光線方向変更装置の図
【図４】多チャンネル光線方向変更装置を利用した光スイッチの図
【図５】光線方向変更装置を利用した光ヘッドの図
【図６】円形の光線方向変更装置を利用した光ヘッドの図
【図７】角形の光線方向変更装置を利用した記録ディスクの光ヘッドの図
【符号の説明】
１・・・光線方向変更部材
１０・・光線方向変更装置
１００・多チャンネル光線方向変更装置
１１・・ミラー
１２・・固定端部
１３・・湾曲部
１４・・反射部
２・・・引付部
２１・・引付手段
２２・・非接触層
２３・・透過部
２４・・反射材
３・・・光線
３１・・光源
３２・・回転機能付光源
４・・・バネ材
５・・・微動装置
６・・・光スイッチ
７・・・光ヘッド
７１・・記録ディスク
７２・・記録帯
【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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