(57)【要約】【課題】明るく、かつ高解像でコンパクトであり、特に暗視システムに適用した場合に好ましい性能が得られるような負の歪曲収差を持った中望遠系の暗視用対物レンズ、およびそれを用いることによりシステム全体として優れた光学性能を得ることができる暗視システムを提供する。【解決手段】物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正レンズＬ２および負レンズＬ３の接合で構成された全体として正メニスカス形状の第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とが配置されていることにより、球面収差、コマ収差、非点収差および色収差が良好に補正される。また、第４レンズ群Ｇ４に、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ５が配置されていることにより、像面湾曲のバランスをとり、暗視システムで好ましいとされる負の歪曲収差を無理なく発生させることができる。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側より順に、
正の屈折力を有する第１レンズ群と、
正レンズおよび負レンズの接合で構成された、全体として正メニスカス形状の第２レンズ群と、
負の屈折力を有する第３レンズ群と、
物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第４レンズ群と
を備えたことを特徴とする暗視用対物レンズ。
【請求項２】
さらに、以下の条件式（１），（２）および（３）を満足するように構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の暗視用対物レンズ。
１．８＜ｆ１−３／ｆ＜２．５　……（１）
ｆ４／ｆ＜０．７　……（２）
０．２５＜ｄ３−４／ｆ　……（３）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｆ１−３：第１〜第３レンズ群の合成焦点距離
ｆ４：第４レンズ群の焦点距離
ｄ３−４：第３レンズ群と第４レンズ群との間の空気間隔
【請求項３】
さらに、以下の条件式（４）を満足するように構成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の暗視用対物レンズ。
Ｒａ／ｆ＜０．６　……（４）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
Ｒａ：第４レンズ群の最も物体側の凸面の曲率半径
【請求項４】
前記第４レンズ群は、正レンズおよび負レンズの接合で構成されている
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の暗視用対物レンズ。
【請求項５】
さらに、以下の条件式（５）を満足するように構成されている
ことを特徴とする請求項４記載の暗視用対物レンズ。
Ｎ４ｐ−Ｎ４ｎ＞０．２　……（５）
ただし、
Ｎ４ｐ：第４レンズ群を構成する正レンズの屈折率
Ｎ４ｎ：第４レンズ群を構成する負レンズの屈折率
【請求項６】
物体側より順に、
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の暗視用対物レンズと、
この暗視用対物レンズによって形成された光学像を増強する光増幅手段と、
この光増幅手段によって増強された像を観察するための接眼レンズと
を備えたことを特徴とする暗視システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に暗い環境下での観察に使用される暗視システムおよびこの暗視システムに適した明るい、特に中望遠系の暗視用対物レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、対物レンズによる光学像を光増幅管（イメージインテンシファイア）によって増強することにより、暗い環境下での撮影を可能にした暗視システムが知られている。この暗視システム用の望遠系の対物レンズとしては、例えば米国特許３，９１５，５４７号明細書（視野角約７°，５群８枚構成の例）、および特開２００２−０８２２８１号公報（Ｆ値１．４〜１．５，視野角約１１°，５群８枚構成の例）記載のレンズがある。
【０００３】
一方、中望遠タイプの写真用レンズとして、エルノスタータイプやそれをベースとした変形エルノスタータイプのレンズが従来からよく知られている。変形エルノスタータイプの写真用レンズとしては、例えば、特開昭５３−１３３０２８号公報（Ｆ値２．０，画角２ω＝２４°，４群６枚構成の例）、米国特許２，３４６，０６１号明細書（５群５枚構成の例）、米国特許２，４１６，４４３号明細書（４群５枚構成の例）、米国特許２，５０２，５０９号明細書（４群６枚構成の例）、および米国特許２，６００，２０８号明細書（４群５枚構成の例）記載のものが知られている。
【０００４】
これらのレンズは、少ないレンズ枚数でありながら、第２レンズ群に正メニスカスレンズを配置することにより収差発生を抑え、また第４レンズ群に両凸レンズまたは像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズを配置することにより、像面湾曲や歪曲収差をバランス良く補正し、かつ写真レンズとして必要な長いバックフォーカスをも確保していることが特徴である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら従来のエルノスターもしくはその変形タイプのレンズでは、Ｆ値が２程度であり、暗視システムで使用される対物レンズとしては、明るさの点で限界がある。暗視システムとして用いるためには、もっと明るいレンズが要求される。またイメージインテンシファイアの解像力の向上に伴い、高解像でかつコンパクトな対物レンズであることも重要なファクターになっている。
【０００６】
ところで、暗視システムの場合、光増幅された像を観察するために接眼レンズが使用される。この接眼レンズの特性としては、糸巻き型の歪曲収差（正の歪曲収差）を持つことが多い。このため、その歪みをキャンセルさせるために、対物レンズには樽型の歪曲収差（負の歪曲収差）を持たせることが望まれる。しかしながら、中望遠系の対物レンズでは画角が狭いので歪曲収差の発生量はもともと少なく、従来技術ではコンパクトにするほど正の歪曲収差が発生しやすいという傾向にある。このため、暗視システム全体として歪曲収差が補正されるような中望遠系の対物レンズの開発が望まれる。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、明るく、かつ高解像でコンパクトであり、特に暗視システムに適用した場合に好ましい性能が得られるような負の歪曲収差を持った中望遠系の暗視用対物レンズ、およびそれを用いることによりシステム全体として優れた光学性能を得ることができる暗視システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による暗視用対物レンズは、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、正レンズおよび負レンズの接合で構成された、全体として正メニスカス形状の第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群と、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第４レンズ群とを備えたものである。
【０００９】
本発明による暗視システムは、上記本発明による暗視用対物レンズと、この暗視用対物レンズによって形成された光学像を増強する光増幅手段と、この光増幅手段によって増強された像を観察するための接眼レンズとを備えたものである。
【００１０】
本発明による暗視用対物レンズでは、上記した構成にすることにより、諸収差が補正され、明るく、かつ高解像でコンパクトであり、特に暗視システムに適用した場合に好ましい性能が得られる。特に、第４レンズ群に物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズを配置することにより、暗視システムで好ましいとされる負の歪曲収差を無理なく発生させることができる。本発明による暗視システムでは、この暗視用対物レンズが組み込まれることにより、システム全体として優れた光学性能が得られる。
【００１１】
本発明による暗視用対物レンズは、諸収差の補正およびコンパクト化を図るため、以下の条件式（１），（２）および（３）を満足していることが望ましい。
【００１２】
１．８＜ｆ１−３／ｆ＜２．５　……（１）
ｆ４／ｆ＜０．７　……（２）
０．２５＜ｄ３−４／ｆ　……（３）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｆ１−３：第１〜第３レンズ群の合成焦点距離
ｆ４：第４レンズ群の焦点距離
ｄ３−４：第３レンズ群と第４レンズ群との間の空気間隔
【００１３】
本発明による暗視用対物レンズはまた、暗視システムで好ましいとされる適当な負の歪曲収差（−１％〜−６％程度）を発生させるために、以下の条件式（４）を満足していることが望ましい。
【００１４】
Ｒａ／ｆ＜０．６　……（４）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
Ｒａ：第４レンズ群の最も物体側の凸面の曲率半径
【００１５】
また、明るさおよび解像度の向上を図るため、第４レンズ群が、正レンズおよび負レンズの接合で構成されていることが望ましい。この場合、さらに、以下の条件式（５）を満足していることが望ましい。
【００１６】
Ｎ４ｐ−Ｎ４ｎ＞０．２　……（５）
ただし、
Ｎ４ｐ：第４レンズ群を構成する正レンズの屈折率
Ｎ４ｎ：第４レンズ群を構成する負レンズの屈折率
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施の形態に係る暗視システムの構成例を示している。この暗視システムは、光軸Ｚ１に沿って物体側より順に、暗視用対物レンズ１０と、この暗視用対物レンズ１０によって形成された光学像を増強する光増幅手段としてのイメージインテンシファイア２０と、このイメージインテンシファイア２０によって増強された像を観察するための接眼レンズ３０とを備えている。この暗視システムにおいて、観察者は、接眼レンズ３０を介してアイポイントＥ．Ｐ．から像を観察するようになっている。
【００１９】
イメージインテンシファイア２０は、図示しないが、例えば、入射光を光電子に変換する光電面と、この光電面から放出された光電子を増倍するマイクロチャンネルプレートと、増倍された光電子の衝突により発光する蛍光面とを有している。光電面には、フェースプレートＬｐが設けられている。このイメージインテンシファイア２０において、蛍光面の発光により形成された像が、図示しない出力窓を介して接眼レンズ３０によって拡大観察されるようになっている。
【００２０】
図２は、暗視用対物レンズ１０の構成例を示している。また図３は、暗視用対物レンズ１０の他の構成例を示している。図２および図３に示した構成例は、それぞれ、後述の第１の実施例（図４）および第４の実施例（図７）のレンズ構成に対応している。なお、図２および図３において、符号Ｒｉは、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側（結像側）に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目（ｉ＝１〜１１または１〜１２）の構成要素の面の曲率半径を示す。符号ｄｉは、ｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸上の面間隔を示す。Ｓｉｍｇは、結像位置を示す。
【００２１】
図２および図３に示した暗視用対物レンズ１０，１０Ａは、光軸Ｚ１に沿って物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正レンズＬ２および負レンズＬ３の接合で構成された全体として正メニスカス形状の第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第４レンズ群Ｇ４とを備えている。イメージインテンシファイア２０のフェースプレートＬｐは、第４レンズ群Ｇ４と結像位置Ｓｉｍｇとの間に位置している。
【００２２】
第１レンズ群Ｇ１は、例えば、物体側に凸面を向けた１枚の正メニスカスレンズＬ１により構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、例えば、物体側に凸面を向けた１枚の負メニスカスレンズＬ４により構成されている。
【００２３】
第４レンズ群Ｇ４は、図２の例のように、１枚の正メニスカスレンズＬ５により構成されていても良いが、図３の暗視用対物レンズ１０Ａのように、正レンズＬ５１および負レンズＬ５２の接合で構成されていても良い。
【００２４】
第４レンズ群Ｇ４を暗視用対物レンズ１０Ａ（図３）のように接合レンズの構成にした場合、以下の条件式（５）を満足していることが望ましい。ただし、Ｎ４ｐは、第４レンズ群Ｇ４を構成する正レンズＬ５１の屈折率を示し、Ｎ４ｎは、負レンズＬ５２の屈折率を示す。
Ｎ４ｐ−Ｎ４ｎ＞０．２　……（５）
【００２５】
この暗視用対物レンズ１０，１０Ａは、以下の条件式（１），（２）および（３）を満足していることが望ましい。ただし、ｆは全系の焦点距離を示し、ｆ１−３は第１〜第３レンズ群Ｇ１〜Ｇ３の合成焦点距離を示し、ｆ４は第４レンズ群Ｇ４の焦点距離を示し、ｄ３−４は、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の空気間隔を示す。
１．８＜ｆ１−３／ｆ＜２．５　……（１）
ｆ４／ｆ＜０．７　……（２）
０．２５＜ｄ３−４／ｆ　……（３）
【００２６】
この暗視用対物レンズ１０，１０Ａはまた、以下の条件式（４）を満足していることが望ましい。ただし、ｆは全系の焦点距離を示し、Ｒａは第４レンズ群Ｇ４の最も物体側の凸面の曲率半径を示す。
Ｒａ／ｆ＜０．６　……（４）
【００２７】
次に、以上のように構成された暗視システムおよび暗視用対物レンズ１０，１０Ａの作用および効果を説明する。
【００２８】
図１に示した暗視システムでは、暗視用対物レンズ１０によって形成された光学像がイメージインテンシファイア２０の光電面上に結像される。光電面からは、入射した光学像の明るさに応じた光電子が放出される。イメージインテンシファイア２０では、光電面から放出された光電子を増幅し、図示しない蛍光面に衝突させることにより、蛍光面上で明るさの増幅された光学像を表示する。蛍光面上に表示された画像は、図示しない出力窓を介して接眼レンズ３０側に伝達され、接眼レンズ３０によって拡大観察される。
【００２９】
接眼レンズ３０は、正の歪曲収差を持つことが多いが、本実施の形態では、以下で説明するように、暗視用対物レンズ１０が接眼レンズ３０とは逆に負の歪曲収差を発生させやすくなっているため、システム全体としての光学性能の向上が図られる。
【００３０】
暗視用対物レンズ１０では、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正レンズＬ２および負レンズＬ３の接合で構成された全体として正メニスカス形状の第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とが配置されていることにより、球面収差、コマ収差、非点収差および色収差が良好に補正される。特に第２レンズ群Ｇ２が、正レンズＬ２および負レンズＬ３の接合で構成されていることにより、コマ収差および色収差を良好に補正できる。
【００３１】
また特に、第４レンズ群Ｇ４に、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ５が配置されていることにより、像面湾曲のバランスをとり、暗視システムで好ましいとされる負の歪曲収差を無理なく発生させることができる。以上の第１レンズ群Ｇ１〜第４レンズ群Ｇ４の作用により、高解像で明るい暗視用の対物レンズを実現しやすくなる。
【００３２】
この暗視用対物レンズ１０において、条件式（１）の下限を下回ると球面収差およびコマ収差を良好に補正するのが困難となり、大口径比の対物レンズが実現できなくなる。一方、条件式（１）の上限を上回ると、全長が長くなり、また周辺光量を確保しにくくなる。周辺光量を確保するためには、レンズ径を大きくする必要があり、このため、条件式（１）の上限を上回ると、レンズ全体の大きさをコンパクトにすることが難しくなる。条件式（２），（３）は、像面湾曲のバランスをとりながらレンズ全体の大きさをコンパクトにするための条件となっている。
【００３３】
条件式（４）は、暗視システムで好ましいとされる適当な負の歪曲収差（−１％〜−６％程度）を持たせるための条件である。この条件を満足することにより、暗視システムで使用される接眼レンズ３０の糸巻き型の歪曲収差を打ち消すことができ、観察者は、システム全体として歪みの少ない良好な像を観察することができる。
【００３４】
さらに、図３に示した暗視用対物レンズ１０Ａのように、第４レンズ群Ｇ４を正レンズＬ５１および負レンズＬ５２の接合で構成することにより、第１〜第３レンズ群Ｇ１〜Ｇ３の収差補正の負担を軽減すると同時に、像面湾曲および非点収差を良好に補正することができる。それによってさらに明るくかつ高解像な暗視用の対物レンズを実現できる。
【００３５】
第４レンズ群Ｇ４を接合レンズの構成とする場合、条件式（５）を満足して正レンズＬ５１の屈折率Ｎ４ｐを負レンズＬ５２の屈折率Ｎ４ｎよりも相対的に高めに設定することにより、ペッツバール和を小さくして像面湾曲および非点収差をより良好に補正することができる。
【００３６】
このように、本実施の形態に係る暗視用対物レンズ１０，１０Ａによれば、諸収差を補正しつつ、暗視システムで好ましいとされる負の歪曲収差を無理なく発生させることができる。これにより、明るく（例えばＦ値が１．５以下）、かつ高解像でコンパクトであり、特に暗視システムに適用した場合に好ましい性能が得られるような負の歪曲収差を持った中望遠系の暗視用対物レンズを実現できる。また、本実施の形態に係る暗視システムによれば、暗視用対物レンズ１０，１０Ａを用いることにより、システム全体として優れた光学性能を得ることができる。
【００３７】
【実施例】
次に、本実施の形態に係る暗視用対物レンズ１０，１０Ａの具体的な数値実施例について説明する。以下では、第１〜第４の数値実施例（実施例１〜４）をまとめて説明する。図４は、図２に示した暗視用対物レンズ１０の構成に対応する具体的なレンズデータを示している。図５は、実施例２に係るレンズデータであるが、この実施例２の暗視用対物レンズの基本構成は、図２に示した暗視用対物レンズ１０と同様である。なお、実施例２の暗視用対物レンズは、一部のレンズの屈折率を大きめにして、実施例１よりも明るいレンズ構成にしたものである。
【００３８】
一方、図６は、図３に示した暗視用対物レンズ１０Ａの構成に対応する具体的なレンズデータを示している。図７は、実施例４に係るレンズデータであるが、この実施例４の暗視用対物レンズの基本構成は、図３に示した暗視用対物レンズ１０Ａと同様である。なお、実施例４の暗視用対物レンズは、一部のレンズの屈折率を大きめにして、実施例３よりも明るいレンズ構成にしたものである。
【００３９】
図４〜図７に示したレンズデータにおける面番号Ｓｉの欄には、各実施例の暗視用対物レンズについて、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側に向かうに従い順次増加するように付した構成要素の面の番号を示している。曲率半径Ｒｉの欄には、図２および図３で付した符号Ｒｉに対応させて、物体側からｉ番目（ｉ＝１〜１１または１〜１２）の構成要素の面の曲率半径の値を示す。面間隔ｄｉの欄についても、図２および図３で付した符号に対応させて、物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との光軸上の間隔を示す。曲率半径Ｒｉおよび面間隔ｄｉの値の単位はミリメートル（ｍｍ）である。Ｎｄｊ，νｄｊの欄には、物体側からｊ番目（ｊ＝１〜６または１〜７）のレンズ要素のｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率およびアッベ数の値を示す。レンズデータ中、面形状が平面である部分には、曲率半径Ｒｉの値を０にしてある。
【００４０】
また、図４〜図７のレンズデータには、全系の焦点距離ｆ、Ｆ値（ＦＮＯ．）および視野角２ω（ω＝半視野角）の値についても同時に示す。さらに、図４〜図７のレンズデータには、上記条件式中のｄ３−４，Ｒａ，Ｎ４ｐ，Ｎ４ｎの対応関係についても示す。
【００４１】
図８は、上述の条件式（１）〜（５）に対応する値を、各実施例について示したものである。図８に示したように、各実施例の値が、条件式（１）〜（５）の範囲内となっている。なお、条件式（５）は、第４レンズ群Ｇ４を正レンズＬ５１および負レンズＬ５２の接合で構成した場合の条件であるから、実施例１および実施例２についての値はない。
【００４２】
図９は、実施例１の暗視用対物レンズについての諸収差を示している。具体的には、図９（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ、球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、および倍率色収差を示している。なお、各収差図には、７５０ｎｍを基準波長とした収差を示す。
【００４３】
実施例１の場合と同様にして、その他の実施例２〜４についての諸収差を、図１０〜図１２に示す。各収差図に付した符号の意味等は、実施例１の場合と同様である。
【００４４】
以上のレンズデータおよび収差図から分かるように、各実施例について、Ｆ１．２クラスの非常に明るく、かつ高解像でコンパクトな暗視用対物レンズを実現できている。また暗視システムで使用する場合に好ましいとされる負の歪曲収差を持つ中望遠系の対物レンズを実現できている。
【００４５】
なお、本発明は、上記実施の形態および実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値などは、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得る。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の暗視用対物レンズによれば、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、正レンズおよび負レンズの接合で構成された全体として正メニスカス形状の第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群とを配置するようにしたので、諸収差を補正しやすくなる。また、第４レンズ群に物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズを配置することにより、像面湾曲のバランスをとりながら、暗視システムで好ましいとされる負の歪曲収差を無理なく発生させることができる。これにより、明るく、かつ高解像でコンパクトであり、特に暗視システムに適用した場合に好ましい性能が得られるような負の歪曲収差を持った中望遠系の暗視用対物レンズを実現できる。
【００４７】
また、請求項６記載の暗視システムによれば、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の暗視用対物レンズによって形成された光学像を増強し、その増強された像を接眼レンズによって観察するようにしたので、特に、接眼レンズで発生しやすい正の歪曲収差を、暗視用対物レンズで負の歪曲収差を発生させることによって相殺させやすくなり、システム全体として優れた光学性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る暗視システムの構成例を示す光学系配置図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る暗視用対物レンズの構成例を示すものであり、実施例１に対応するレンズ断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る暗視用対物レンズの他の構成例を示すものであり、実施例４に対応するレンズ断面図である。
【図４】本発明の実施例１に係る暗視用対物レンズのレンズデータを示す図である。
【図５】本発明の実施例２に係る暗視用対物レンズのレンズデータを示す図である。
【図６】本発明の実施例３に係る暗視用対物レンズのレンズデータを示す図である。
【図７】本発明の実施例４に係る暗視用対物レンズのレンズデータを示す図である。
【図８】実施例１〜４に係る暗視用対物レンズが満たす条件式の値を示す図である。
【図９】実施例１に係る暗視用対物レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差、および倍率色収差を示す収差図である。
【図１０】実施例２に係る暗視用対物レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差、および倍率色収差を示す収差図である。
【図１１】実施例３に係る暗視用対物レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差、および倍率色収差を示す収差図である。
【図１２】実施例４に係る暗視用対物レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差、および倍率色収差を示す収差図である。
【符号の説明】
Ｇ１〜Ｇ４…第１〜第４レンズ群、Ｌｐ…フェースプレート、Ｚ１…光軸、１０，１０Ａ…暗視用対物レンズ、２０…イメージインテンシファイア、３０…接眼レンズ。
【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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