(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡大側から縮小側に向かって順次、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群、正の屈折力の第６レンズ群を配し、上記第３、第４レンズ群間に開口絞りを有してなり、広角端から望遠端へ連続変倍する際、上記第１、第４、第６レンズ群が固定され、上記第２、第３、第５レンズ群が光軸上を移動する投射用ズームレンズにおいて、
広角端から望遠端へ連続変倍する際、第２、第３、第５レンズ群が全て、拡大側へ移動するとともに、第２、第３レンズ群は、これら両者の間隔が狭くなるように移動し、
広角端における全系の焦点距離をｆｗ、第１レンズ群の焦点距離をｆ１、拡大側の共役点が無限遠のときのバックフォーカスをＢｆ、全系の長さをＬとするとき、これらが条件：
（１）  １．４＜Ｂｆ／ｆｗ
（２）  １．０＜｜ｆ１｜／ｆｗ＜１．７
（３）  ６．５＜Ｌ／ｆｗ＜９．０
を満足することを特徴とする投射用ズームレンズ。
【請求項２】
請求項１記載の投射用ズームレンズにおいて、
第１レンズ群がすべて負レンズから構成され、そのうちの少なくとも１枚が非球面レンズであることを特徴とする投射用ズームレンズ。
【請求項３】
請求項２記載の投射用ズームレンズにおいて、
第１レンズ群の非球面レンズがプラスチックを材料とするもので、ｄ線に対する焦点距離をｆ１ｐとするとき、このｆ１ｐが条件：
（４）  ｜ｆｗ／ｆ１ｐ｜＜０．３
を満足することを特徴とする投射用ズームレンズ。
【請求項４】
請求項１〜３の任意の１に記載の投射用ズームレンズにおいて、
第４レンズ群が、拡大側から順に、縮小側に大きい曲率を持つ負レンズと拡大側に大きい曲率を持つ負レンズを配して構成されたことを特徴とする投射用ズームレンズ。
【請求項５】
請求項１〜４の任意の１に記載の投射用ズームレンズにおいて、
第６レンズ群が、２枚の正レンズで構成されたことを特徴とする投射用ズームレンズ。
【請求項６】
請求項１〜５の任意の１に記載の投射用ズームレンズにおいて、
第６レンズ群に配される正レンズのアッベ数をν６とするとき、このν６が条件：
（５）  ５０＜ν６  
を満足することを特徴とする投射用ズームレンズ。
【請求項７】
請求項１〜６の任意の１に記載の投射用ズームレンズにおいて、
第６レンズ群に少なくとも１枚、プラスチックを材料とする非球面レンズが配され、この非球面レンズのｄ線に対する焦点距離をｆ６ｐとするとき、このｆ６ｐが、条件：
（６）  ｜ｆｗ／ｆ６ｐ｜＜０．３
を満足することを特徴とする投射用ズームレンズ。
【請求項８】
請求項１〜６の任意の１に記載の投射用ズームレンズにおいて、
第６レンズ群が、非球面のハイブリッドレンズを少なくとも１枚有することを特徴とする投射用ズームレンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は、液晶パネル等に表示された原画像をスクリーン等の表示媒体上に拡大投射する投射用ズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶パネル等に表示された原画像を、スクリーン等の表示媒体上に拡大投射する液晶プロジェクタが、ビデオ再生画像やコンピュータデータ等の表示用として近来広く普及している。なかでも、プレゼンテーションなどに使用される「フロント投射式の３板液晶プロジェクタ」は、画像が高精細であることから普及率が高い。
【０００３】
３板液晶プロジェクタでは、投射用レンズと液晶パネルの間に「各液晶パネルから射出する光（各液晶パネルに表示された画像により２次元的に空間変調されている）をプリズム等で合成して投射用レンズに入射させる色合成光学系」を配置する必要があるため、投射用レンズは色合成光学系配備用のスペースを確保するための「長いバックフォーカス」を持たねばならない。
【０００４】
また、色合成光学系の分光透過率は入射角により変化するので、液晶パネルから色合成光学系に入射する光線の入射の変化する範囲が大きいと、投影されたカラー画像における各色の明るさが、画角により変化して見づらい画像になる。このような事態を避けるため、投射用レンズは「入射光束の各光線の入射角度が、縮小側で光軸と略平行になるテレセントリックな性質」を持つ事が好ましい。
【０００５】
また、フロント投射式の３板液晶プロジェクタにはその使い勝手の面から、１．２〜１．３倍程度で表示画像を変倍できること、手軽に持ち運びが出来るようにコンパクトであること、短い投射距離で大画面を投射できること等が要請されている。このような要請に応えるため、投射用レンズは「ズーム機能を持ち、嵩張らず、広画角である」ことが好ましい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上記要請に応えるべく、半画角４０度以上の広画角でありながらも高い解像力を維持し、色合成光学系の配置に必要な長いバックフォーカスを持ち、尚且つ、高いテレセントリック性を有する、コンパクトな投射用ズームレンズの実現を課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の投射用ズームレンズは、図１に例示するように、拡大側（図１の左方）から縮小側に向かって順次、負の屈折力の第１レンズ群Ｉ、正の屈折力の第２レンズ群ＩＩ、正の屈折力の第３レンズ群ＩＩＩ、負の屈折力の第４レンズ群ＩＶ、正の屈折力の第５レンズ群Ｖ、正の屈折力の第６レンズ群ＶＩを配し、第３、第４レンズ群間に開口絞りＳＴを有してなる。
【０００８】
広角端から望遠端へ連続変倍する際、第１レンズ群Ｉ、第４レンズ群ＩＶ、第６レンズ群ＶＩは固定され、第２レンズ群ＩＩ、第３レンズ群ＩＩＩ、第５レンズ群Ｖが光軸上を移動する。
【０００９】
広角端における全系の焦点距離：ｆｗ、第１レンズ群Ｉの焦点距離：ｆ１、拡大側の共役点が無限遠のときのバックフォーカス：Ｂｆ、全系の長さ：Ｌは、条件：
（１）  １．４＜Ｂｆ／ｆｗ
（２）  １．０＜｜ｆ１｜／ｆｗ＜１．７
（３）  ６．５＜Ｌ／ｆｗ＜９．０
を満足する（請求項１）。なお、フォーカシングは、第１レンズ群の繰り出しにより行なう。
【００１０】
広角端から望遠端への連続変倍に伴う第２レンズ群ＩＩ、第３レンズ群ＩＩＩ、第５レンズ群Ｖの光軸上の移動は、種々の移動が可能であるが、請求項１記載の投射用レンズにおいては、これら第２、第３、第５レンズ群が何れも拡大側へ移動する。また、上記広角端から望遠端への連続変倍に際して、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔は狭くなる。
【００１１】
請求項１記載の投射用ズームレンズの第１レンズ群は「すべて負レンズ（負の屈折力を持つレンズ）で構成し、そのうちの少なくとも１枚を非球面レンズとする」ことが好ましい（請求項２）。この請求項２記載の投射用ズームレンズの場合、第１レンズ群に配される非球面レンズはプラスチック材料で形成することが好ましく、その場合、プラスチックの非球面レンズのｄ線に対する焦点距離：ｆ１pが、条件：
（４）  ｜ｆｗ ／ｆ１p｜＜０．３
を満足することが好ましい（請求項３）。
【００１２】
また、請求項１〜３の任意の１に記載の投射用ズームレンズの第４レンズ群は、拡大側から順に、縮小側に大きい曲率を持つ負レンズと、拡大側に大きい曲率を持つ負レンズを配した「２枚構成」とすることが好ましい（請求項４）。
【００１３】
請求項１〜４の任意の１に記載の投射用ズームレンズの第６レンズ群は、２枚の正レンズ（正の屈折力を持つレンズ）で構成するのが好ましく（請求項５）、その場合、これら正レンズのアッベ数：ν６が、条件：
（５）  ５０＜ν６
を満足することが好ましい（請求項６）。
【００１４】
請求項１〜６の任意の１に記載の投射用ズームレンズの第６レンズ群は、少なくとも１枚「プラスチックを材料とする非球面レンズ」を配することが好ましく、このプラスチックの非球面レンズのｄ線に対する焦点距離：ｆ６pが、条件：
（６）  ｜ｆｗ ／ｆ６p｜＜０．３
を満足することが好ましい（請求項７）。
【００１５】
請求項１〜６の任意の１に記載の投射用ズームレンズの第６レンズ群にはまた「光学面に薄い樹脂層を形成され、上記樹脂層の空気と接触する側の面に非球面形状とした、所謂ハイブリッドレンズ」を配することも好ましい（請求項８）。
【００１６】
この発明の投射用ズームレンズは、広い画角と長いバックフォーカスを持たせるため、負の屈折力を持つ第１レンズ群を先頭とした「ネガティブリード」型ズームレンズとしている。
【００１７】
条件式（１）は、３板式液晶プロジェクタの投射用ズームレンズとして必要な「長いバックフォーカス」と「大きな画角」を両立させるための条件である。全系の焦点距離が最短となる広角端において、縮小側の主点位置を第６レンズ群の縮小側レンズ面よりもさらに光源側（縮小側）に位置させて成立させている。
【００１８】
半画角：４０度以上という大きな画角を保持しつつ、条件式（１）の下限値：１．４を超えると、バックフォーカスが短くなり、投射用レンズと液晶パネルの間にプリズム等の「色合成光学系」を配置することが困難になる。
【００１９】
条件式（２）は、長いバックフォーカスと良好な光学性能を両立させるための条件であり、条件式（２）の下限値：１．０を超えると、第１レンズ群の負の屈折力が過大になり、コマ収差、像面湾曲等の軸外収差を良好に保つのが困難になる。また、条件式（２）の上限値：１．７を超えると、第１レンズ群の負の屈折力が小さくなり過ぎて所要のバックフォーカスが得られなくなる。
【００２０】
条件式（３）は、投射用ズームレンズのコンパクト性と像性能のバランスに関するもので、半画角：４０度以上という大きな画角を保持しつつ、条件式（３）の下限値：６．５を超えると、各レンズ群の屈折力が過大となり、球面収差、コマ収差、非点収差等の補正が困難となり、またレンズ群を移動する領域を十分に確保することが出来ず、所望の変倍比（１．２〜１．３倍）が得られなくなる。
【００２１】
一方、条件式（３）の上限値：９．０を超えると、投射用ズームレンズの全長が長くなってコンパクト性が失われ、さらに開口絞りから離れた所に配置されるレンズの外径・厚みが大きくなりコストの高いレンズとなってしまう。
【００２２】
請求項１記載の投射用ズームレンズのように「広角端から望遠端への連続変倍を、第２、第３、第５レンズ群の拡大側への移動により実行し、その際に、第２、第３レンズ群を、これら両者の間隔が狭くなるように移動させる」ことにより、少ないスペースを有効に使い十分な変倍比を得、且つ、変倍による球面収差、コマ収差等の諸収差変動を抑え、良好なテレセントリック性を維持できる。
【００２３】
ネガティブリードのズームレンズにおいて構造的に発生する歪曲収差は、正レンズを「開口絞りから拡大側に離れた軸外主光線高の高いところ」に配置して逆符号の高次歪曲収差を発生させることにより相殺を図るのが一般的である。
【００２４】
しかし、このような正レンズは「入射瞳を縮小側へ移動させる」作用も生じるので、このような一般的な歪曲収差相殺を行うと、レンズ外径は大きくなり広画角化は困難となる。
【００２５】
請求項２記載の投射用ズームレンズは、第１レンズ群を全て負レンズで構成することで入射瞳を拡大側へ移動させ、さらに、歪曲収差を１枚の非球面レンズで補正することにより、広画角ながらも外径が小さく、歪曲収差の非常に小さいレンズとして実現できる。
【００２６】
請求項２記載の投射用ズームレンズの第１レンズ群内に配される非球面レンズは、成形容易で安価なプラスチックを材料とすることが望ましいが、プラスチックレンズはガラスレンズに比して温・湿度等の環境変化による結像性能の変動が大きい。
【００２７】
請求項３記載の投射用ズームレンズでは、第１レンズ群内に配するプラスチックの非球面レンズの焦点距離：ｆ１ｐが条件式（４）を満足するようにすることで、環境変化に対し像性能の変動が少ないレンズを実現している。
【００２８】
請求項４記載の投射用ズームレンズのように、第４レンズ群を「拡大側から順に、縮小側に大きい曲率を持つ負レンズと、拡大側に大きい曲率を持つ負レンズとによる２枚構成」とすることにより、球面収差、非点収差を良好に補正して、より大きなバックフォーカス得ることが可能となる。
【００２９】
請求項５記載の投射用ズームレンズのように、第６レンズ群を「２枚の正レンズのみ」で構成することにより、良好なテレセントリック性を少ないスペースで実現できる。この場合、液晶パネル側から投射用ズームレンズ（の縮小側）に入射する軸外の主光線は、第６レンズ群で大きく光軸方向に曲げられるので、光線の「波長の違いによる曲がり度合いの差」によって発生する倍率色収差も大きくなりやすい。
【００３０】
このような倍率色収差は、請求項６記載の投射用ズームレンズのように、第６レンズ群を構成する正レンズのアッベ数：ν６が、条件式（５）を満足するように材料を適切に選ぶことにより小さく抑えることができる。
【００３１】
請求項７記載の投射用ズームレンズのように、第６レンズ群に少なくとも１枚の非球面レンズを配することによって、少ないレンズ枚数でコマ収差、歪曲収差の補正を良好に行うことが可能であるが、この場合も「非球面レンズは、成形容易で安価なプラスチックを材料とする」ことが望ましい。
【００３２】
しかし、プラスチックは一般的にガラスに比べ屈折率が小さいため、ペッツバール和の増大、さらには、環境変化に対する結像性能の変動を考慮すると、上記プラスチックの非球面レンズにあまり大きな屈折力を与えることは出来ない。
請求項７記載の投射用ズームレンズでは、非球面レンズの焦点距離：ｆ６ｐが条件式（６）を満足するようにすることで、対環境性に優れた良好な像性能を実現している。
【００３３】
請求項８記載の投射用ズームレンズのように、第６レンズ群の１枚の非球面レンズをハイブリッド型のレンズとすることによっても、環境変化に対し安定した結像性能を実現できる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態として、具体的な実施例を４例挙げる。
【００３５】
各実施例において、「Ｓ」により面の番号、「Ｒ」により各面の曲率半径（非球面にあっては近軸曲率半径）、「Ｄ」により光軸上の面間隔をそれぞれ表す。
なお、変倍により変化する面間隔は、広角端と望遠端の値を「広角端／望遠端」のように併記した。
【００３６】
「Ｎｄ」及び「νd」は、各レンズの材質の、d線に対する屈折率とアッベ数を表す。「ｆｗ」、「ｆｔ」はそれぞれ前述したように、広角端、望遠端における全系の焦点距離、「ｆ１」は第１レンズ群の焦点距離、「Ｆ／Ｎｏ」は広角端での明るさを表すＦ値、「ω」は広角端での半画角、「ｏｂｄ」はスクリーンからレンズ第１面（第１レンズ群の最も拡大側のレンズ面）までの距離、「Ｂｆ」は空気中（プリズムのない状態）でのバックフォーカス、「Ｌ」は全系の長さを表す。なお、長さの次元を持つ量の単位は「ｍｍ」である。
【００３７】
非球面の形状は、光軸との交点を原点として、光軸に対する高さ：ｈ、光軸方向の変移：Ｚ、近軸曲率：ｃ（前記近軸曲率半径の逆数）、円錐定数：Ｋ、高次項の非球面係数：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅとして、周知の式：
0004750319.tif 000002
で表し、ｃ（＝１／Ｒ）、Ｋ、Ａ〜Ｅの値を与えて特定する。
実施例１
図１に、実施例１の投射用ズームレンズのレンズ構成を示す。
【００３８】
拡大側（図面左側）から負の屈折力の第１レンズ群Ｉ、正の屈折力の第２レンズ群ＩＩ、正の屈折力の第３レンズ群ＩＩＩ、開口絞りＳＴ、負の屈折力の第４レンズ群ＩＶ、正の屈折力の第５レンズ群Ｖ、正の屈折力の第６レンズ群ＶＩを配した構成となっている。
0004750319.tif 000003
0004750319.tif 000004
条件式（５）の値は、対象となる数値の中で最も小さい値を表示している。他の実施例においても同様であり、特に実施例３、４のハイブリッドレンズにおいては、薄い樹脂材も対象として含まれている。
【００３９】
図２、３は、実施例１の投射用ズームレンズの広角端、望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図で、図４、５は同様に広角端、望遠端におけるコマ収差を示す図である。
【００４０】
各収差図は、５４６ｎｍの波長を持つ緑の光の収差を示すが、球面収差図、コマ収差図には赤、青の光を代表して、波長：６１０ｎｍと４６０ｎｍの収差も表示している。また、非点収差図におけるＳはサジタル像面、Ｍはメリディオナル像面の収差であり、他の実施例の収差図においても同様である。
実施例２
図６に、実施例２の投射用ズームレンズのレンズ構成を図１に倣って示す。
0004750319.tif 000005
0004750319.tif 000006
図７、８に、実施例２の投射用ズームレンズの広角端、望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差を示し、図９、１０は同様にコマ収差を示す。
実施例３
図１１に、実施例３の投射用ズームレンズのレンズ構成を図１に倣って示す。
【００４１】
第６レンズ群の１枚のレンズはハイブリッド型の非球面レンズとしている。
0004750319.tif 000007
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図１２、１３に、実施例３の投射用ズームレンズの広角端、望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差を示し、図１４、１５は同様にコマ収差を示す。
実施例４
図１６に、実施例４の投射用ズームレンズのレンズ構成を図１に倣って示す。
第６レンズ群の１枚のレンズをハイブリッド型の非球面レンズとしている。
0004750319.tif 000009
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図１７、１８に、実施例４の投射用ズームレンズの広角端、望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差を示し、図１９、２０は同様にコマ収差を示す。
【００４２】
なお、レンズ構成を示す各図において、符号Ｐは色合成手段としての「色合成プリズム」を示している。
上に挙げた実施例１〜４の投射用ズームレンズは何れも、拡大側から縮小側に向かって、負の屈折力の第１レンズ群Ｉ、正の屈折力の第２レンズ群ＩＩ、正の屈折力の第３レンズ群ＩＩＩ、負の屈折力の第４レンズ群ＩＶ、正の屈折力の第５レンズ群Ｖ、正の屈折力の第６レンズ群ＶＩを配し、第３、第４レンズ群間に開口絞りＳＴを有してなり、広角端から望遠端へ連続変倍する際、第１レンズ群Ｉ、第４レンズ群ＩＶ、第６レンズ群ＶＩが固定され、第２レンズ群ＩＩ、第３レンズ群ＩＩＩ、第５レンズ群Ｖが光軸上を移動し、さらに広角端の全系の焦点距離：ｆｗ、第１レンズ群の焦点距離：ｆ１、拡大側の共役点が無限遠の時のバックフォーカス：Ｂｆ、全系の長さ：Ｌが条件：
（１）  １．４＜Ｂｆ／ｆｗ
（２）  １．０＜｜ｆ１｜／ｆｗ＜１．７
（３）  ６．５＜Ｌ／ｆｗ＜９．０
を満足している（請求項１）。
【００４３】
そして、広角端から望遠端へ連続変倍する際、第２レンズ群ＩＩ、第３レンズ群ＩＩＩ、第５レンズ群Ｖは何れも拡大側へ移動するとともに、第２、第３レンズ群は、これら両者の間隔が狭くなるように移動し（請求項１）、各実施例とも第１レンズ群Ｉは全て負レンズで構成され、縮小側から１番目に非球面レンズが配置され（請求項２）、この非球面レンズはプラスチックを材料とし、ｄ線に対する焦点距離：ｆ１pが、条件：
（４）  ｜ｆｗ ／ｆ１p｜＜０．３
を満足している（請求項３）。
【００４４】
実施例１〜４は何れも、第４レンズ群ＩＶが、拡大側から順に、縮小側に大きい曲率を持つ負レンズと拡大側に大きい曲率を持つ負レンズを配した２枚構成である（請求項４）。また、第６レンズ群ＶＩは２枚の正レンズで構成され、その内１枚が、実施例１，２ではプラスチックを材料とする非球面レンズで、ｄ線に対する焦点距離：ｆ６pが条件：
（６）  ｜ｆｗ ／ｆ６p｜＜０．３
を満足し（請求項７）、実施例３，４ではハイブリッド非球面レンズである（請求項８）。
また、これら正レンズのアッベ数：ν６は、条件：
（５）  ５０＜ν６
を満足している（請求項６）。
【００４５】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば、半画角４０度以上の広画角でありながらも高い解像力を維持し、長いバックフォーカス、高いテレセントリック性を有するコンパクトな投射用ズームレンズを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の投射用ズームレンズのレンズ構成（実施例１）を説明するための図である。
【図２】実施例１の広角端における球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図３】実施例１の望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図４】実施例１の広角端におけるコマ収差を示す図である。
【図５】実施例１の望遠端におけるコマ収差を示す図である。
【図６】実施例２の投射用ズームレンズのレンズ構成図である。
【図７】実施例２の広角端における球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図８】実施例２の望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図９】実施例２の広角端におけるコマ収差を示す図である。
【図１０】実施例２の望遠端におけるコマ収差を示す図である。
【図１１】実施例３の投射用ズームレンズのレンズ構成図である。
【図１２】実施例３の広角端における球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図１３】実施例３の望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図１４】実施例３の広角端におけるコマ収差を示す図である。
【図１５】実施例３の望遠端におけるコマ収差を示す図である。
【図１６】実施例４の投射用ズームレンズのレンズ構成図である。
【図１７】実施例４の広角端における球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図１８】実施例４の望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図１９】実施例４の広角端におけるコマ収差を示す図である。
【図２０】実施例４の望遠端におけるコマ収差を示す図である。
【符号の説明】
Ｉ      第１レンズ群
ＩＩ    第２レンズ群
ＩＩＩ  第３レンズ群
ＩＶ    第４レンズ群
Ｖ      第５レンズ群
ＶＩ    第６レンズ群
ＳＴ    開口絞り
Ｐ      色合成系プリズム
【図１】
0004750319.tif 000011
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0004750319.tif 000026
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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