(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器と、波長の異なる複数の光を同一の光路で出射して前記反応容器に入射させる光源ユニットと、前記反応容器の内部から放出される光を受光する受光ユニットとを少なくとも有し、
前記光源ユニットは、複数の発光素子と、反射可能な光の波長の範囲がそれぞれ異なる複数の出射用ダイクロイックミラーと、出射光の光量をモニターするための出射光用光量モニターとを少なくとも有し、前記複数の出射用ダイクロイックミラーの数は前記複数の発光素子の数と同数であり、前記複数の発光素子は、各発光素子の出射方向が平行となるように配置され、前記複数の出射用ダイクロイックミラーは、各出射用ダイクロイックミラーが前記複数の発光素子から出射される光の一つを反射でき、各出射用ダイクロイックミラーの反射光が同一の光路を同一方向に通過するように配置され、前記出射光用光量モニターは、前記出射用ダイクロイックミラーと前記反応容器との間に配置され、
前記受光ユニットは、複数の受光素子と、反射可能な光の波長の範囲がそれぞれ異なる複数の受光用ダイクロイックミラーと、当該受光ユニットへの入射光の光量をモニターするための入射光用光量モニターとを少なくとも有し、前記複数の受光用ダイクロイックミラーの数は前記複数の受光素子の数と同数であり、前記複数の受光素子は、各受光素子の受光面が平行となるように配置され、前記複数の受光用ダイクロイックミラーは、前記反応容器の内部から放出される光が、その波長に応じて、いずれか一つの受光用ダイクロイックミラーで反射されて前記複数の受光素子の一つに入射するように配置され、前記入射光用光量モニターは、前記受光用ダイクロイックミラーと前記反応容器との間に配置されているマルチチャンネル光検出装置。
【請求項２】
前記複数の発光素子が出射する光の波長が、それぞれ異なっており、前記複数の発光素子が、前記出射する光の波長の順に、配置されている請求項１記載のマルチチャンネル光検出装置。
【請求項３】
前記反応容器の内部に、測定対象となる試料と蛍光色素とを少なくとも含む混合物が添加されており、
前記反応容器の内部から放出される光が、前記光源ユニットから出射された光によって励起された前記蛍光色素の蛍光である請求項１記載のマルチチャンネル光検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、光源ユニット、受光ユニット及びこれらを用いたマルチチャンネル光検出装置に関し、例えば遺伝子診断に用いられるマルチチャンネル光検出装置に関する。
【背景技術】  近年、遺伝子解析技術の進展により、遺伝子診断による疾患の原因究明や発症の予測が盛んに行われている。遺伝子診断では、ＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ  Ｃｈａｉｎ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ）法に代表される種々の遺伝子増幅方法が利用され、ターゲットとなる遺伝子の検出が行われる。
遺伝子の検出には、例えば、特表２００２−５１５６０２号公報（第２３−４０頁、第１図〜第９図参照）に開示されたマルチチャンネル光検出装置が用いられる。図５は、従来のマルチチャンネル光検出装置の構成を概略的に示す図である。図５に示すマルチチャンネル光検出装置は、蛍光色素と混合された試料に温度制御をかけて遺伝子を増幅し、その後、試料に光を照射し、これによって励起された蛍光を受光して分析を行う装置である。
図５に示すように、マルチチャンネル光検出装置は、主に、反応ユニット４１と、光源ユニット４２と、受光ユニット４３とで構成されている。図５では、これら以外の構成部材については省略している。
反応ユニット４１の内部には、反応試薬や蛍光色素等と混合された試料が添加されている。また、反応ユニット４１には、上述した遺伝子増幅方法を実施するための温度制御システム（図示せず）が取り付けられている。
光源ユニット４２は、出射する波長がそれぞれ異なるＬＥＤ４４ａ〜４４ｄを備えている。このため、光源ユニット４２は、試料に混合する蛍光色素に応じて、出射する光の波長を変えることができる。また、光源ユニット４２は、特定の波長の光のみを透過させるフィルターセット４７ａ〜４７ｄと、集光用のレンズ４６ａ〜４６ｄとを備えている。
また、光源ユニット４２は、各ＬＥＤ（４４ａ〜４４ｄ）から出射した光が、レンズ４９とハウジング４５に設けられた出射窓５０とを通過して反応ユニット４１に入射するように、ダイクロイックミラー４８ａ〜４８ｅも備えている。更に、ＬＥＤ４４ａ〜４４ｄ、フィルターセット４７ａ〜４７ｄ、集光用のレンズ４６ａ〜４６ｄ及びダイクロイックミラー４８ａ〜４８ｅは、各ＬＥＤ（４４ａ〜４４ｄ）から出射した光のエネルギーが一定となるように、ハウジング４５に配置されている。
受光ユニット４３は、蛍光色素の種類によって励起される蛍光の波長が異なることから、四つの受光素子５１ａ〜５１ｄを備えている。また、受光ユニット４３は、受光素子（５１ａ〜５１ｄ）毎に、特定の波長の光のみを透過させるフィルターセット５２ａ〜５２ｄと、レンズ５３ａ〜５３ｄとを備えている。
更に、受光ユニット４３は、ダイクロイックミラー５４ａ〜５４ｅを備えている。このため、反応ユニット４１から出射され、且つ、ハウジング５５に設けられた入射窓５７とレンズ５６とを通過した光は、波長に応じて幾つかのダイクロイックミラーを透過又は反射し、対応する受光素子（５１ａ〜５１ｄ）に入射する。
このように、図５に示すマルチチャンネル光検出装置では、波長の異なる光を出射でき、又波長の異なる光を受光できるため、使用される蛍光色素に対応した波長を選択して、遺伝子の検出を行うことができる。
ところで、遺伝子診断においては、今後の遺伝子解析技術の進展によって更に診断項目が増加し、これによって試料に混合される蛍光色素が追加される場合がある。更に、今後の新たな蛍光色素の開発によって、遺伝子診断で使用できる蛍光色素が増加する場合もある。このような場合、マルチチャンネル光検出装置においては、新たに使用される蛍光色素に対応した波長の光を照射できることが求められる。
また、図５に示すマルチチャンネル光検出装置は、遺伝子の検出以外の蛍光色素を用いた蛍光測定にも用いられるが、この場合も新たに使用される蛍光色素に対応した波長の光を照射できることが求められる。
しかしながら、上記図５に示したマルチチャンネル光検出装置においては、光源ユニット４２から照射される光のエネルギーを一定とできる利点はあるが、ＬＥＤ４４ａ〜４４ｄ、フィルターセット４７ａ〜４７ｄ、集光用のレンズ４６ａ〜４６ｄ及びダイクロイックミラー４８ａ〜４８ｅは、複雑に配置されている。
このため、ＬＥＤを追加することが構造的に困難であると言え、使用される蛍光色素が新たに追加された場合に対応できないという問題がある。更に、このことは受光ユニット４３についても言える。
また、上記図５に示したマルチチャンネル光検出装置では、構造上、光源ユニット４２から光を出射するために必要なダイクロイックミラーの数は、波長の数よりも多くなってしまう。同様に、受光ユニット４３に入射した光を各受光素子に導くために必要なダイクロイックミラーの数も、波長の数より多くなってしまう。このため、上記図５に示したマルチチャンネル光検出装置では、コストの低減を図るのが難しいという問題がある。
本発明の目的は、上記問題を解決し、発光素子の追加や取り外しが容易に行える光源ユニット、受光素子の追加や取り外しが容易に行える受光ユニット、及びこれらを用いたマルチチャンネル光検出装置を提供することにある。
【発明の開示】
上記目的を達成するために本発明にかかる光源ユニットは、波長の異なる複数の光を同一の光路で出射する光源ユニットであって、複数の発光素子と、反射可能な光の波長の範囲がそれぞれ異なる複数のダイクロイックミラーとを少なくとも有し、前記複数のダイクロイックミラーの数は前記複数の発光素子の数と同数であり、前記複数の発光素子は、各発光素子の出射方向が平行となるように配置されており、前記複数のダイクロイックミラーは、各ダイクロイックミラーが前記複数の発光素子から出射される出射光の一つを反射でき、各ダイクロイックミラーの反射光が同一の光路を同一方向に通過するように配置されていることを特徴とする。
上記本発明にかかる光源ユニットにおいては、前記複数の発光素子が出射する光の波長が、それぞれ異なっており、前記複数の発光素子が、前記出射する光の波長の順に、配置されているのが好ましい態様である。
また、上記目的を達成するために本発明にかかる受光ユニットは、同一の光路で入射される波長の異なる複数の入射光を受光する受光ユニットであって、複数の受光素子と、反射可能な光の波長の範囲がそれぞれ異なる複数のダイクロイックミラーとを少なくとも有し、前記複数のダイクロイックミラーの数は前記複数の受光素子の数と同数であり、前記複数の受光素子は、各受光素子の受光面が互いに平行となるように配置されており、前記複数のダイクロイックミラーは、前記入射光が、その波長に応じて、いずれか一つのダイクロイックミラーで反射されて前記複数の受光素子の一つに入射するように配置されていることを特徴とする。
更に、上記目的を達成するために本発明にかかるマルチチャンネル光検出装置は、反応容器と、波長の異なる複数の光を同一の光路で出射して前記反応容器に入射させる光源ユニットと、前記反応容器の内部から放出される光を受光する受光ユニットとを少なくとも有し、前記光源ユニットは、複数の発光素子と、反射可能な光の波長の範囲がそれぞれ異なる複数の出射用ダイクロイックミラーとを少なくとも有し、前記複数の出射用ダイクロイックミラーの数は前記複数の発光素子の数と同数であり、前記複数の発光素子は、各発光素子の出射方向が平行となるように配置され、前記複数の出射用ダイクロイックミラーは、各出射用ダイクロイックミラーが前記複数の発光素子から出射される光の一つを反射でき、各出射用ダイクロイックミラーの反射光が同一の光路を同一方向に通過するように配置されており、前記受光ユニットは、複数の受光素子と、反射可能な光の波長の範囲がそれぞれ異なる複数の受光用ダイクロイックミラーとを少なくとも有し、前記複数の受光用ダイクロイックミラーの数は前記複数の受光素子の数と同数であり、前記複数の受光素子は、各受光素子の受光面が互いに平行となるように配置され、前記複数の受光用ダイクロイックミラーは、前記反応容器の内部から放出される光が、その波長に応じて、いずれか一つの受光用ダイクロイックミラーで反射されて前記複数の受光素子の一つに入射するように配置されていることを特徴とする。
上記本発明にかかるマルチチャンネル光検出装置においては、前記複数の発光素子が出射する光の波長が、それぞれ異なっており、前記複数の発光素子が、前記出射する光の波長の順に、配置されているのが好ましい態様である。
更に、上記本発明にかかるマルチチャンネル光検出装置においては、前記反応容器の内部に、測定対象となる試料と蛍光色素とを少なくとも含む混合物を添加できる。この場合、前記反応容器の内部から放出される光は、前記光源ユニットから出射された光によって励起された前記蛍光色素の蛍光である。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明にかかる光源ユニット、受光ユニット及びマルチチャンネル光検出装置の一例の外観を概略的に示す斜視図である。
図２は、図１に示す光源ユニット、受光ユニット及びマルチチャンネル光検出装置の内部構成を概略的に示す斜視図である。
図３は、図２に示す光源ユニットの内部構成を示す側面図である。
図４は、図２に示す受光ユニットの内部構成を示す側面図である。
図５は、従来のマルチチャンネル光検出装置の構成を概略的に示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】  （実施の形態１）
以下、本発明にかかる光源ユニット、受光ユニット及びマルチチャンネル光検出装置の一例について、図１〜図４に基づいて説明する。図１は、本発明にかかる光源ユニット、受光ユニット及びマルチチャンネル光検出装置の一例の外観を概略的に示す斜視図である。
図１の例に示すように、マルチチャンネル光検出装置は、反応容器１と、光源ユニット２と、受光ユニット３とを少なくとも有している。図１の例に示すマルチチャンネル光検出装置は、遺伝子診断に用いられる装置であり、後述するように、遺伝子増幅方法が適用された試料に光を照射でき、この照射した光によって励起された蛍光を受光することができる。なお、図１では、マルチチャンネル光検出装置を構成するこれら以外の構成要素については省略している。また、図１の例に示すマルチチャンネル光検出装置は、遺伝子診断以外の蛍光色素を用いる蛍光測定にも用いられる。
以下に、図１に示すマルチチャンネル光検出装置を構成する反応容器１、光源ユニット２及び受光ユニット３の構成について説明する。図２は、図１に示す光源ユニット、受光ユニット及びマルチチャンネル光検出装置の内部構成を概略的に示す斜視図である。図３は、図２に示す光源ユニットの内部構成を示す側面図である。図４は、図２に示す受光ユニットの内部構成を示す側面図である。
先ず反応容器１について説明する。図２の例に示すように、反応容器１は、透明容器１２と、透明容器１２を収納する収納ケース１１とで構成されている。図２の例では、透明容器１２は円柱状に形成されており、断面形状が円形の部分を有している。透明容器１２には、遺伝子診断の対象となる試料、試薬及び蛍光色素等を含む混合物１３が添加されている。
また、図示していないが、収納ケース１１には、例えばＰＣＲ法に代表される遺伝子増幅方法を実施するためのヒータ等の加熱手段が設けられている。このため、遺伝子増幅方法を実施して遺伝子が増幅した場合は、光源ユニット２から反応容器１へ光を出射することにより、蛍光色素が励起され、反応容器１の内部から光が放出される。受光ユニット３では、この放出された光が受光される。
更に、収納ケース１１（反応容器１）には、光源ユニット２から出射された光を透明容器１２の内部に入射させるための入射窓１４と、透明容器１２の内部から放出される光を外部に出射するための出射窓１５とが設けられている。なお、入射窓１４及び出射窓１５の位置は特に限定されるものではなく、収納ケース１１の上面、下面及び側面のいずれであっても良い。
但し、透明容器１２が、断面形状が円形の部分を有している場合は、図２に示すように、入射窓１４及び出射窓１５は、断面形状が円形の部分と対向する位置（側面）に設けるのが好ましいといえる。これは断面形状が円形の部分では内面で光の反射が繰り返されるため、このような態様とすることにより、エネルギーの大きい光を受光ユニット３へと導くことができるからである。
また、透明容器１２の形状は、特に限定されるものではないが、図２に示すように側面から光を入射させ、側面から光を取り出すのであれば、上述のように、断面形状が円形の部分を有する形状、例えば円柱状であるのが好ましい。更に、本発明においては、反応容器１の構成は特に限定されるものではない。例えば、透明容器１２の表面における入射窓１４及び出射窓１５となる領域以外の領域に遮光膜を設けた態様としても良い。
次に、光源ユニット２について説明する。図２及び図３の例に示すように、光源ユニット２は、発光素子２１ａ〜２１ｄと、これと同数の出射用ダイクロイックミラー２２ａ〜２２ｄとを少なくとも有している。
図２及び図３の例では、発光素子２１ａ〜２１ｄは、出射する光の波長がそれぞれ異なっており、出射する光の波長の順に、各発光素子の出射方向が平行となるように配置されている。具体的には、発光素子２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの順で出射する光の波長が大きくなっている。
また、図２及び図３の例では、出射用ダイクロイックミラー２２ａ〜２２ｄは、特定波長以下の波長の光だけを反射する（ハイパス）特性を備えており、反射可能な光の波長の範囲がそれぞれ異なっている。出射用ダイクロイックミラー２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの順で、反射可能な光の最大波長が大きくなっている。
更に、出射用ダイクロイックミラー２２ａ〜２２ｄは、各出射用ダイクロイックミラーが複数の発光素子から出射される光の一つを反射でき、各出射用ダイクロイックミラーの反射光が同一の光路２６を同一方向に通過するように配置されている。図２及び図３の例では、出射用ダイクロイックミラー２２ａ〜２２ｄは、並列に配置された発光素子２１ａ〜２１ｄの並びに沿って、反射面が互いに平行な状態で配列されている。
図２及び図３において、２３ａ〜２３ｄは、発光素子２１ａ〜２１ｄから出射された光を集光するためのレンズである。２４は出射用ダイクロイックミラー２２ａ〜２２ｄで反射された光を集光するためのレンズである。２５は、出射用ダイクロイックミラー２２ａ〜２２ｄで反射された光を反応容器１の出射窓１５に導くための全反射ミラーである。
このような構成により、光源ユニット２は、波長の異なる複数の光を同一の光路で出射して反応容器１に入射させることができる。また、光源ユニット２によれば、従来のマルチチャンネル光検出装置で用いられる光源ユニットに比べて、発光素子やダイクロイックミラーの配置を単純とできる。このため、図３に示すように、使用する蛍光色素に合わせて発光素子の追加や取り外しを容易に行うことができる。更に、発光素子の数と出射用ダイクロイックミラーの数とを同一とできるため、従来に比べてコストの低減を図ることができる。
更に、図２及び図３に示す例では、出射する光の波長が短い発光素子ほど反応容器１の近くに配置されており、出射光の光路長は波長が短い光ほど短くなっている。このため、光源ユニット２を用いれば、波長の大きさに拘わらず、反応容器１に入射する光のエネルギーを略一定とできる。
本発明にかかる光源ユニットにおいて、発光素子の数は上記に示した例に限定されるものではない。発光素子の数は、遺伝子診断で使用される蛍光色素に応じて決定すれば良い。例えば、遺伝子診断で使用される蛍光色素が５種類であり、各蛍光色素の励起ピーク波長が異なっている場合は、発光素子の数は５つである。また、遺伝子診断で使用される蛍光色素が５種類でも、これらが同時に使用されず、又同じ励起ピーク波長のものがある場合は、発光素子の数は５つ以下であっても良い。なお、出射用ダイクロイックミラーは、発光素子の数と同数である。
また、本発明にかかる光源ユニットにおいては、発光素子から出射される光の波長は、蛍光測定で用いられる一般的な蛍光色素の励起ピーク波長に応じて決定される。このため、必要とされる波長に応じて、発光素子が選択される。例えば、下記の表１に記載の蛍光色素が遺伝子診断において用いられる場合は、発光素子２１ａ〜２１ｄとして下記の表２に記載の波長の光を出射する発光ダイオードや半導体レーザが用いられる。
なお、本発明においては、発光素子は上記の発光ダイオードや半導体レーザに限定されるものではない。これら以外の発光素子、例えばキセノンランプやハロゲンランプ等であっても良い。また、各発光素子が出射する光の波長はそれぞれ同一であっても良い。
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上記表２に示す波長の光を出射する発光素子が用いられる場合は、図２及び図３に示す出射用ダイクロイックミラー２２ａ〜２２ｄとしては、下記の表３に示す範囲の波長の光を反射するダイクロイックミラーが用いられる。
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また、本発明にかかる光源ユニットは、出射光の光量をモニターするための光量モニターを備えた態様としても良い。この場合、光量モニターによるモニター結果から、発光素子の劣化や、周囲の温度変化による発光素子への影響を監視することができるので、遺伝子診断の精度を高めることができる。なお、光量モニターの取り付け位置は、図２及び図３の例では、出射用ダイクロイックミラー２２ａと反応容器１との間の光路中であれば良く、特に限定されない。
次に、本発明にかかる受光ユニット３について説明する。図２及び図４の例に示すように、本発明にかかる受光ユニット３は、受光素子３１ａ〜３１ｄと、これと同数の受光用ダイクロイックミラー３２ａ〜３２ｄとを少なくとも有している。受光素子３１ａ〜３１ｄは、各受光素子の受光面が平行となるように配置されている。
受光用ダイクロイックミラー３２ａ〜３２ｄは、出射用ダイクロイックミラー２２ａ〜２２ｄと異なり、特定波長以上の波長の光だけを反射する（ローパス）特性を備えており、反射可能な光の波長の範囲がそれぞれ異なっている。図２及び図４の例では、受光用ダイクロイックミラー３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄの順で、反射可能な光の最小波長が小さくなっている。
また、受光用ダイクロイックミラー３２ａ〜３２ｄは、反応容器１の内部から放出される光が、その波長に応じて、いずれか一つの受光用ダイクロイックミラーで反射されて受光素子３１ａ〜３１ｄの一つに入射するように配置されている。図２及び図４の例では、受光用ダイクロイックミラー３２ａ〜３２ｄは、並列に配置された受光素子３１ａ〜３１ｄの並びに沿って、反射面が互いに平行な状態で配列されている
図２及び図４において、３３ａ〜３３ｄは、受光用ダイクロイックミラー３２ａ〜３２ｄで反射された光を集光するためのレンズである。３４は反応容器１の内部から出射窓１５を介して放出された光を集光するためのレンズである。３５は、反応容器内部から放出された光を受光ユニットに導くための全反射ミラーである。
このような構成により、本発明にかかる受光ユニット３は、同一の光路で入射される波長の異なる複数の入射光を受光することができる。また、本発明にかかる受光ユニット３によれば、従来のマルチチャンネル光検出装置で用いられる受光ユニットに比べて、受光素子やダイクロイックミラーの配置を単純とできる。このため、図４に示すように、使用する蛍光色素に合わせて受光素子の追加や取り外しを容易に行うことができる。更に、受光素子の数と受光用ダイクロイックミラーの数とを同一とできるため、従来に比べてコストの低減を図ることができる。
更に、図２及び図４に示す例では、反射可能な光の最小波長が大きい受光用ダイクロイックミラーほど、反応容器１の近くに配置されており、入射光の光路長は波長が短い光ほど長くなっている。
本発明にかかる受光ユニットにおいて、受光素子及び受光用ダイクロイックミラーの数は上記に示した例に限定されるものではない。受光素子及び受光用ダイクロイックミラーの数も、発光素子の数と同様に、蛍光測定で使用される一般的な蛍光色素に応じて決定すれば良い。
また、本発明にかかる受光ユニットにおいて、受光用ダイクロイックミラーが反射可能な光の波長の範囲は、遺伝子診断で使用される蛍光色素に応じて設定される。例えば、上記の表１に記載の蛍光色素が遺伝子診断において用いられる場合は、図２及び図４に示す受光用ダイクロイックミラー３２ａ〜３２ｄとしては、下記の表４に示す範囲の波長の光を反射するダイクロイックミラーが用いられる。
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また、本発明にかかる受光ユニットも、光源ユニットと同様に、入射光の光量をモニターするための光量モニターを備えた態様としても良い。この場合、光量モニターによるモニター結果から、反応容器における異常（例えば反応容器内部への異物の混入等）を監視することができるので、遺伝子診断の精度を高めることができる。なお、光量モニターの取り付け位置は、図２及び図４の例では、受光用ダイクロイックミラー３２ａと反応容器１との間の光路中であれば良く、特に限定されない。
このように、本発明にかかるマルチチャンネル光検出装置によれば、従来のマルチチャンネル光検出装置と同等の性能を確保しつつ、これよりも光源ユニット及び受光ユニットの内部構造を簡単なものとできる。このため、使用する蛍光色素が増加する場合に対しても簡単に対応することができる。
なお、上記の例においては、本発明にかかる光源ユニット、受光ユニット及びマルチチャンネル光検出装置を遺伝子診断で用いる場合について説明しているが、本発明はこの例に限定されるものではない。例えば、本発明にかかる光源ユニット、受光ユニット及びマルチチャンネル光検出装置は、免疫測定や従来からの吸光度測定にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】  以上のように本発明にかかる光源ユニットによれば、発光素子の追加や取り外しを容易に行なうことができ、又本発明にかかる受光ユニットによれば、受光素子の追加や取り外しを容易に行なうことができる。このため、本発明にかかるマルチチャンネル光検出装置を用いれば、遺伝子解析技術の進展によって診断項目が増加した場合や、新たな蛍光色素が開発された場合に対応できる。また、部品点数を従来よりも少なくすることができるため、コストの低減を図ることもできる。
【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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