(57)【要約】【課題】照明する必要のある領域だけに照明光を効率よく均一に照射可能な導光材および照明装置を提供する。【解決手段】反射面１２ｃを同心円状に広がる多数の溝などの反射線条１４が構成し、この反射面１２ｃ全体に向けて光源ユニット１５からの光を反射プリズムなどの拡散部１２ｄでムラ無く広げることで、実際に照明が必要な範囲だけをムラ無く照明することが可能になり、フロントライト１０による照明範囲の視認性は高められる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から照射された光を導入する入射面と、前記光を出射させる出射面と、中心から外側に向けて同心円状に広がる多数の反射線条から構成され、入射面から導入された光を出射面に向けて反射させる反射面と、前記入射面と前記出射面との間で光を伝搬する導光部とを備えたことを特徴とする導光材。
【請求項２】
前記反射線条は前記出射面に対して互いに傾斜角の異なる２面から構成された溝であることを特徴とする請求項１に記載の導光材。
【請求項３】
前記反射線条は前記光を表面で反射させる反射プリズムであることを特徴とする請求項１に記載の導光材。
【請求項４】
前記入射面から前記反射面に至る光路の途上には、前記光を前記反射面に向けて拡散させる拡散部をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の導光材。
【請求項５】
前記拡散部は前記光を表面で反射させる反射プリズムであることを特徴とする請求項４に記載の導光材。
【請求項６】
前記入射面は前記反射線条の同心円中心に形成されたことを特徴とする１ないし５のいずれか１項に記載の導光材。
【請求項７】
前記出射面には目盛りが形成され、前記反射線条の同心円中心には前記目盛りを指し示す指針の駆動軸を貫通させる開口が形成されたことを特徴とする１ないし５のいずれか１項に記載の導光材。
【請求項８】
光源から照射された光を導入する入射面と、前記入射面から導入された前記光を伝搬する無端状の導光体と、前記導光体に形成され前記導光体で取り囲まれる領域より外側に向けて前記光を出射させる環状の出射面と、前記導光体に形成され、前記入射面から導入された前記光を前記出射面に向けて反射させる多数の溝を具備した反射面とを備えたことを特徴とする導光材。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の導光材と、前記導光材の入射面に向けて光を照射する光源とを備えたことを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射面から出射面に向けて光を伝搬する導光材と、この導光材を備えた照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、周囲光を光源として表示を行う反射型液晶表示装置においては、その輝度が周囲光の光量に左右されるために、暗所での使用時など十分な周囲光が得られない環境では、表示の視認性が極端に低下してしまう。そこで、反射型の液晶表示ユニット（液晶表示素子）の前面側にフロントライト（面発光照明装置）を配設して補助光源として用いる液晶表示装置が提案されている。このフロントライトを備える液晶表示装置は、昼間の屋外などの周囲光が十分に得られる環境では通常の反射型液晶表示装置として動作し、必要に応じて上記フロントライトを点灯させて光源とするものである。
【０００３】
フロントライトは、液晶表示ユニットの面内をムラ無く均一に照明するために、多数の微細な溝やプリズムからなる反射面を表面に形成した導光材を備えている。こうした反射面の作用で、光源として点光源や線光源を用いても広い面を均等な明るさで照明することが可能になる。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１８０６３１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
フロントライトは照明能力に優れた効率的な照明手段として、様々な用途に利用が検討されつつある。こうした現状を踏まえて、被照明物の形状や利用形態に応じて更に適切な照明能力を備えたフロントライトが望まれていた。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、照明する必要のある領域だけに照明光を効率よく均一に照射可能な導光材および照明装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、光源から照射された光を導入する入射面と、前記光を出射させる出射面と、中心から外側に向けて同心円状に広がる多数の反射線条から構成され、入射面から導入された光を出射面に向けて反射させる反射面と、前記入射面と前記出射面との間で光を伝搬する導光部とを備えたことを特徴とする導光材が提供される。
【０００８】
こうした導光材によれば、出射面から出射される照明光は反射面の形状と同じ範囲だけが照明される。反射面の形状を実際に照明が必要な範囲にすれば、実際に照明が必要な範囲だけを照明してその周囲に照明光を当てないことで、周辺部と照明範囲とのコントラストの差が高まり、照明範囲の視認性は一層高められる。
【０００９】
前記反射線条は前記出射面に対して互いに傾斜角の異なる２面から構成された溝や、あるいは前記光を表面で反射させる反射プリズムであればよい。こういった反射線条から構成された反射面は光をムラ無く反射させる。また、前記入射面から前記反射面に至る光路の途上には、前記光を前記反射面に向けて拡散させる拡散部をさらに備えていてもよい。拡散部は光源の光を反射面に向けてムラ無く広げるのに大いに役立つ。拡散部は前記光を表面で反射させる反射プリズムで構成されれば良い。
【００１０】
前記入射面は前記反射線条の同心円中心に形成されてもよい。入射面が反射線条の同心円中心に配置されれば、光源を導光材の中央に配置でき、光を導光材の内部で効率的な拡散させるのに寄与する。前記出射面には目盛りが形成され、前記反射線条の同心円中心には前記目盛りを指し示す指針の駆動軸を貫通させる開口が形成されてもよい。こういった構成では、たとえば計器のメータ部分の照明に本発明の導光材を適用する際に大いに役立つ。
【００１１】
さらに、本発明によれば、光源から照射された光を導入する入射面と、前記入射面から導入された前記光を伝搬する無端状の導光体と、前記導光体に形成され前記導光体で取り囲まれる領域より外側に向けて前記光を出射させる環状の出射面と、前記導光体に形成され、前記入射面から導入された前記光を前記出射面に向けて反射させる多数の溝を具備した反射面とを備えたことを特徴とする導光材が提供される。
【００１２】
こうした導光材によれば、無端状の導光体の外側に向けて広がるようにムラのない均一な光を照射することができる。この導光材を被照明物の中心に配置すれば被照明物をリング状に明るく照明することが可能になる。以上のような導光材と光源とを照明装置に備えれば、任意の形状の被照明物を効率よく鮮明に照明することが可能な照明装置を提供することが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１Ａは、本発明の照明装置の一実施の形態であるフロントライト（照明装置）を一部破断した斜視図であり、図１Ｂは図１Ａに示すフロントライトの断面図である。フロントライト（照明装置）１０は、透明な樹脂材料からなる平板状の導光材１２と、この導光材１２の中心線上に配置された光源ユニット（光源）１５とを備えて構成されている。
【００１４】
導光材１２は、透明な円盤状に形成され内部で光を伝搬する導光部１１と、導光部１１の中心に形成され、導光部１１内に光を導入する入射面１２ａと、導光部１１内に導入された光を出射させる出射面１２ｂと、導光部１１の中心から同心円状に広がる多数の反射線条１４からなる反射面１２ｃと、入射面１２ａに対面する拡散部１２ｄとを備えている。
【００１５】
図１Ａ、図１Ｂから明らかなように、入射面１２ａは反射線条１４の同心円中心に形成され、光源ユニット１５に対面して光源ユニット１５から照射された光を導光部１１内に光を導入する。こうした入射面１２ａは例えば円形に形成されれば良い。反射面１２ｃを構成する反射線条１４は、例えば同心円状に広がる微細な溝であればよい。こうした反射線条１４の構成は後ほど詳述される。拡散部１２ｄは、入射面１２ａ方向に頂点が延びる円錐形の反射プリズムであればよい。反射プリズムからなる拡散部１２ｄは、入射面１２ａから導入された光を円錐表面で反射し、反射面１２ｃ全域に向けて光をムラなく広げる役割を果たす。
【００１６】
こういった構成により、光源ユニット１５から照射された光は導光材１２の入射面１２ａから内部に導入され、拡散部１２ｄの表面で反射面１２ｃに向けてムラ無く拡散さる。反射面１２ｃ全体に広げられた光は反射面１２ｃを構成する反射線条１４の作用でその伝搬方向を出射面１２ｂに向けられ、出射面１２ｂ全体から均一な照度の照明光として出射される。
【００１７】
導光材１２は、表面に反射線条１４を象った金型を用いて、例えば透明なアクリル樹脂などの樹脂材料を射出成形して形成すればよい。導光材１２を構成する材料としてはアクリル系樹脂のほか、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂などの透明な樹脂材料や、ガラスなどを用いることができる。なお、本実施形態では導光部１１は反射面１２ｃと同じ広がりの円形に形成されているが、もちろんこれはフロントライト１０を搭載する機器に合わせて導光部１１が反射面１２ｃよりも大きく広がっていてもよく、その外形は例えば四角板形状などであってもよい。
【００１８】
反射面１２ｃの裏面側に補助反射膜を更に形成すれば、フロントライト１０の輝度を高めることが可能になる。また、反射面１２ｃの光透過性を高めて、出射面１２ｂから出射された光で照明された被照明物を反射面１２ｃから導光部１１を介して観察できる構成にしてもよい。
【００１９】
このように反射面１２ｃを同心円状に広がる多数の溝などの反射線条１４が構成し、この反射面１２ｃ全体に向けて光源ユニット１５からの光を反射プリズムなどの拡散部１２ｄでムラ無く広げることで、実際に照明が必要な範囲だけをムラ無く照明することが可能になり、フロントライト１０による照明範囲の視認性は高められる。
【００２０】
ここで、本実施形態のフロントライト１０に備えられている光源ユニット１５について、図２を参照して説明する。図２に示す光源ユニット１５は、基板３５と、基板３５の中央部に配列形成されたＬＥＤ（発光ダイオード）１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂと、これらのＬＥＤを覆って形成された樹脂製の集光レンズ３７と、集光レンズ３７の両側方の基板３５上に形成された電源端子３６，３６とを備えて構成されており、図示前面側（ＬＥＤが配設された側）に向けて発光するようになっている。また、図示されていないが、ＬＥＤ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂそれぞれの発光強度を制御するための信号端子も基板３５上に設けられている。
【００２１】
ＬＥＤ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂはそれぞれ赤、緑、青の発光色を有するダイオードとされており、これらのＬＥＤの発光強度比を制御することで、集光レンズ３７内で加法混色するとともに、レンズ３７により集光された光を導光材１２の入射面１２ａに照射できるようになっている。このような構成の光源ユニット１５を備えることで、本実施形態のフロントライト１０はその照明光を種々の色調で制御することが可能とされている。
【００２２】
なお、図２に示す光源ユニット１５では、図示下側からそれぞれ赤、緑、青の発光色の発光体を縦方向一列に配置しているが、この配列方向及び配列順序に特に限定はなく、各ＬＥＤを三方に配置しても良い。また、上記三色のＬＥＤに加えて白色のＬＥＤを更に設け、輝度を高めた構成としても良い。また、集光レンズ３７も、図２に示す形状に限定されるものではなく、略半球状のもの等に適宜変更することが可能である。
【００２３】
さらに、本実施形態ではＲＧＢのＬＥＤ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂの発光強度を自在に変更できる構成としたが、これらの発光強度は必ずしも可変にする必要はなく、発光強度比を固定して特定の発光色とすることもできる。また、発光色を固定、あるいは特定範囲で可変とする構成では、２つのＬＥＤを組み合わせて発光色を生成する構成や、１つのＬＥＤと集光レンズ３７の色とを組み合わせて発光色を生成する構成なども適用することが可能である。
【００２４】
以上のような構成の光源ユニット１５を用いることで、フロントライト１０の出射面１２ｂから出射される照明光の色調を自在に変えることが可能なり、被照明物の装飾性、演出性を大いに高めることが可能になる。
【００２５】
導光材１２の反射面１２ｃに形成された反射線条１４の詳細な構成について図３を参照して説明する。図３に示すように、反射線条１４は、反射面１２ｃの基準面、例えば出射面１２ｂに対して互いに異なる傾斜角で傾斜して形成された２つの斜面部により構成されたプリズム溝であり、その傾斜角度が比較的緩やかな斜面部が緩斜面部１４ａと、緩斜面部１４ａよりも急な傾斜角度を有して形成された急斜面部１４ｂとされている。そして、反射面１２ｃにおいては、緩斜面部１４ａと急斜面部１４ｂとが導光材１２の中心から外側に向かって同心円状に交互に形成されている。図３に示す緩斜面部１４ａの傾斜角度θ１は、例えば１°以上１０°以下とすることが好ましく、急斜面部１４ｂの傾斜角度θ２は、例えば４１°以上４５°以下とすることが好ましい。これらの範囲に制御された反射線条１４を形成することで、出射面１２ｂの面方向で出射光量の均一なフロントライトとすることができる。
【００２６】
上記緩斜面部１４ａの傾斜角度θ１が１°未満の場合には、照明装置として十分な輝度が得られず、１０°を越える場合には、導光材の出射面からの出射光量の均一性が低下するので好ましくない。また、前記急斜面部の傾斜角度θ２が、４１°未満の場合、及び４５°を越える場合には、照明装置の輝度が低下するため好ましくない。また、反射線条１４のピッチＰを適宜変更することで、被照明物に干渉縞が生じるのを抑えることができる。
【００２７】
なお、反射線条１４は出射面１２ｂに対して互いに異なる傾斜角で傾斜して形成された２つの斜面部により構成されたプリズム溝以外にも、導光部１１の屈折率とは異なる屈折率を持つ反射プリズムであってもよい。こうした反射プリズムを同心円状に配列して反射面を構成しても同様の効果が得られる。
【００２８】
次に、上述したフロントライト１０を乗用車のスピードメータに適用した実施形態について、図４Ａおよび図４Ｂを参照しつつ説明する。なお、フロントライト１０各部の詳細な構成や作用は前述した実施形態と同様であり、同一構成の部品には同一番号が付される。本実施形態のフロントライト１０は、乗用車の運転席に取り付けられた計器パネル４１内に取り付けられている。フロントライト１０の出射面１２ｂの表面には、例えばスピードメータ４２の目盛り４２ａが形成されている。即ち、導光材１２はスピードメータ４２の目盛りパネルの役割も兼用している。フロントライト１０の出射面１２ｂ側の上面は計器パネル４１のカバーガラス４３で覆われる。そして、カバーガラス４３の中心内側にはスピードメータ４２を構成する指針４２ｂが取り付けられる。
【００２９】
反射面１２ｃは反射面１２ｃの基準面、例えば出射面１２ｂに対して傾斜して形成された２つの斜面部により構成されており、その傾斜角度が比較的緩やかな斜面部が緩斜面部１４ａと、緩斜面部１４ａよりも急な傾斜角度を有して形成された急斜面部１４ｂとがとが交互に形成されている。これら緩斜面部１４ａと急斜面部１４ｂからなる反射線条１４により、面内で光量が均一でムラのない照明光を照射することができる。
【００３０】
夜間の運転時など、スピードメータ４２の照明時にフロントライト１０の光源ユニット１５が点灯すると、光源ユニット１５から照射された光は、入射面１２ａから導光体１３の内部に導入される。導光体１３の内部に導入された光は拡散部１２ｄ即ち円錐形の反射プリズムの円錐表面で反射され、反射面１２ｃ全域に向けて光をムラなく拡散させる。反射面１２ｃに入射した光は反射面１３ｂの表面で反射されてその伝搬方向を変えられ、出射面１２ｂから照明光が出射される。
【００３１】
出射面１２ｂから出射された照明光はスピードメータ４２の指針４２ｂを照明するとともに出射面１２ｂ全体が明るく照らされ、出射面１２ｂの表面に形成された目盛り４２ａを浮かび上がらせる。観察者は、くっきりと表示された目盛り４２ａと指針４２ｂからスピードメータ４２を容易に読み取ることができる。また、こうしたフロントライト１０はスピードメータ４２の目盛りパネルに相当する出射面１２ｂの周囲は照明しないので、高いコントラストでスピードメータ４２を容易に読み取ることができる。動作中に光源ユニット１５の照明光の色を切替ながら表示させれば、装飾性、機能性を高めることもできる。
【００３２】
上述したフロントライトとは別な構成の照明手段を乗用車のスピードメータに適用した実施形態について、図５Ａおよび図５Ｂを参照しつつ説明する。照明手段５０を構成する円盤状の導光材５１には、中心から外側に向かって同心円状に広がる多数の反射線条５２からなる反射面５１ａが形成される。反射線条５２は、前述した実施形態と同様に緩斜面部５２ａと、緩斜面部５２ａよりも急な傾斜角度を有して形成された急斜面部５２ｂとからなるプリズム溝てあればよい。
【００３３】
導光材５１の中心には開口５３が形成される。この開口５３にはスピードメータ６０の指針６０ａを駆動させる駆動軸６０ｂが貫通する。導光材５１の出射面５１ｂにはスピードメータ６０の目盛り６０ｃが形成されている。即ち、導光材５１はスピードメータ６０の目盛りパネルの役割も兼用している。導光材５１の反射面５１ａ側の中心には、開口５３を挟んで出射面５１ｂに対して直角に広がる一対の入射面５１ｃ，５１ｃが形成される。そして、この入射面５１ｃ，５１ｃにそれぞれ対面して、照明手段５０を構成する一対の光源ユニット５４，５４が設けられる。
【００３４】
導光材５１の中心には開口５３を取り巻くように拡散部５５が形成される。拡散部５５は、導光材５１の反射面５１ａ側で出射面５１ｂに対して傾斜しつつ開口５３を取り巻く反射プリズム５５ａと、導光材５１の中心から導光材５１の上下面の一部までを覆う金属反射膜５５ｂとから構成される。
【００３５】
夜間の運転時など、スピードメータ６０の照明時に照明手段５０の光源ユニット５４，５４が点灯すると、光源ユニット５４，５４から照射された光は、入射面５１ｃ，５１ｃから導光材５１の内部に導入される。導光材５１の内部に導入された光は拡散部５５を構成する反射プリズム５５ａの表面で反射され、更に金属反射膜５５ｂで再び反射されて、反射面５１ａの全域に向けてムラなく拡散される（図５Ａ，図５Ｂ中の矢印Ｒ参照）。反射面５１ａに入射した光は反射面５１ａの表面で反射されてその伝搬方向を変えられ、出射面５１ｂから照明光が出射される。
【００３６】
出射面５１ｂから出射された照明光はスピードメータ６０の指針６０ａを照明するとともに出射面５１ｂ全体が明るく照らされ、出射面５１ｂの表面に形成された目盛り６０ｃを浮かび上がらせる。観察者は、くっきりと表示された目盛り６０ｃと指針６０ａからスピードメータ６０を容易に読み取ることができる。また、こうした照明手段５０はスピードメータ６０の目盛りパネルに相当する出射面５１ｂの周囲は照明しないので、高いコントラストでスピードメータ６０を容易に読み取ることができる。また、導光材５１の中心に開口５３を形成し、この開口５３にスピードメータ６０の指針６０ａを駆動させる駆動軸６０ｂを貫通させたので、スピードメータ６０の指針６０ａを動かす主要な機構を導光材５１の裏面（反射面５１ｂ側）に配置することが可能になる。スピードメータ６０の駆動部分のサイズに関わらず、スピードメータ６０の目盛りパネルの役割を導光材５１に持たせた照明手段を実現することができる。
【００３７】
これまで説明した実施形態以外にも、例えば図６に示すように、導光材に複数の出射面を形成してもよい。この実施形態の照明手段７０では、１枚の連続した導光材７１に一対の光源ユニット７２ａ，７２ｂ、一対の入射面７３ａ，７３ｂ、一対の反射面７４ａ，７４ｂおよび一対の出射面７５ａ，７５ｂがそれぞれ形成される。
【００３８】
このような照明手段７０では、例えば、自動車のスピードメータと回転数メータなど２つの被照明物を１つのフロントライトで照明することができる。被照明物が離れている場合には、反射面７４ａと反射面７４ｂとの間を平坦面７６として必要なだけ延ばせばよい。なお、光源ユニットを２つ設けずに、１つの光源ユニットで２箇所の出射面７５ａ，７５ｂから照明光を出射させる構造であっても良い。更には、３つ以上の被照明物を１枚の連続した導光材を用いて照明する構成であってもよい。
【００３９】
図７は本発明の照明手段の別な実施形態を示す斜視図である。フロントライト（照明装置）８０は、透明な樹脂材料から形成された断面が略矩形で全体として環状を成す無端状の導光体８２を備えた導光材７９と、この導光体８２内に光を照射する光源ユニット８１とから構成されている。導光体８２の一部には、光源ユニット８１から照射される光を導光体８２の内部に導入する入射面８２ａが形成され、光源ユニット８１はこの入射面８２ａに接して導光体８２に取り付けられている。
【００４０】
導光材７９を構成する環状の導光体８２の外周側は、導光体８２に導入された光を出射させる環状の出射面８２ｂとされている。一方、環状の導光体８２の内周側は、断面くさび型を成す多数の微細な反射溝８４が形成され、導光体８２に導入された光を出射面８２ｂに向けて反射させる反射面８２ｃとされている。また、導光体８２の入射面８２ａに対面する位置にはプリズム状の反射体８３が形成されている。導光体８２は、例えば透明なアクリル樹脂などの樹脂材料を環状に射出成形した後、反射面８２ｃを構成する反射溝８４を導光体８２の内周に形成すればよく、あるいは射出成形時に反射面８２ｃを形成しても良い。導光体８２を構成する材料としてはアクリル系樹脂のほか、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂などの透明な樹脂材料や、ガラスなどを用いることができる。
【００４１】
こういった構成のフロントライト８０は、光源ユニット８１から照射された光が入射面８２ａから導光体８２の内部に導入されると、プリズム状の反射体８３の作用で環状の導光体８２を左回りＲで伝搬する光と、右回りＬで伝搬する光に分けられる。そして、導光体８２の内部を左回りＲで伝搬する光と右回りＬで伝搬する光を導光体８２の反射面８２ｃに反射させてその伝搬方向を変え、導光体８２の内側の出射面８２ｂから出射させる構造とされている。これによりフロントライト８０は環状の導光体８２の外側をリング状にムラ無く均一に照明できる。
【００４２】
図７に示すフロントライト１０では、導光体８２の形状を円環状に形成しているが、導光体８２の形状は無端形状であればよく、導光体８２の形状を例えば四角環や三角環や楕円環に形成しても良い。
【００４３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の導光材および照明装置によれば、出射面から出射される照明光は反射面の形状と同じ範囲だけが照明される。反射面の形状を実際に照明が必要な範囲にすれば、実際に照明が必要な範囲だけを照明してその周囲に照明光を当てないことで、周辺部と照明範囲とのコントラストの差が高まり、照明範囲の視認性は一層高められる。照明する必要のある領域だけに照明光を効率よく均一に照射可能な導光材および照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の照明装置の一実施の形態であるフロントライト（照明装置）を示す斜視図および断面図である。
【図２】図２は、フロントライトに備えられている光源ユニットを示す拡大斜視図である。
【図３】図３は、導光材の反射面に形成された反射線条の構成を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明のフロントライトをメータの照明に用いた実施形態を示す説明図である。
【図５】図５は、本発明の照明手段の他の実施形態を示す平面図および断面図である。
【図６】図６は、本発明の照明手段の他の実施形態を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明のフロントライトの他の実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０  フロントライト（照明装置）
１１  導光部
１２  導光材
１２ａ  入射面
１２ｂ  出射面
１２ｃ  反射面
１２ｄ  拡散部
１４  反射線条
１４ａ  緩斜面部
１４ｂ  急斜面部
１５  光源ユニット（光源）
５３  開口
６０ａ  指針
６０ｂ  駆動軸
６０ｃ  目盛り
【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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