(57)【要約】  【課題】  ＣＣＤあるいはＣＣＤを実装した実装基板が発熱して内部の温度が上がっても、外部に接するレンズあるいは保護板の表面が結露することがないようにしたカメラを提供する。  【解決手段】  複数枚のレンズ６１〜６４を鏡筒５６によって光軸方向に沿って配列するとともに、レンズ６１と鏡筒５６との間にＯリング６５を配し、レンズ６４と鏡筒５６との間にＯリング６６を配し、さらにレンズ６１、６２間に空間６８を、レンズ６２、６３間に空間６９を、レンズ６３、６４間に空間７０を形成し、これらの空間６８〜７０間での空気の移動が起らないようにする。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系によって固体撮像素子の受光面に映像光を結像させて撮像を行なうカメラにおいて、
前記光学系が複数のレンズから成り、該レンズが光軸方向に配列された状態で鏡筒に保持されるとともに、前記レンズと鏡筒との間の隙間をなくして鏡筒と複数のレンズとによって外部が遮断された空間を形成することを特徴とするカメラ。
【請求項２】
鏡筒内にｎ個のレンズが光軸方向に沿って配列され、光軸方向に前後にｎ−１個の空間を形成することを特徴とする請求項１に記載のカメラ。
【請求項３】
レンズと鏡筒との間にシール部材が介装され、該シール部材によって外部から遮断された空間を形成することを特徴とする請求項１に記載のカメラ。
【請求項４】
光学系によって固体撮像素子の受光面に映像光を結像させて撮像を行なうカメラにおいて、
前記光学系が複数のレンズを有する鏡筒によって構成され、前記複数のレンズ間に外部から遮断された空間を有し、
しかも前記鏡筒が筐体の外側に配されることを特徴とするカメラ。
【請求項５】
前記筐体の前面であって前記固体撮像素子の前方側に雌ねじ孔が形成され、前記鏡筒の外周部に形成された雄ねじが前記雌ねじ孔に螺着されることを特徴とする請求項４に記載のカメラ。
【請求項６】
前記光学系の最前方側のレンズが前記筐体の前面板の前方に位置するように前記鏡筒が前記筐体に取付けられることを特徴とする請求項４に記載のカメラ。
【請求項７】
自動車の外側に取付けられることを特徴とする請求項１または請求項４に記載のカメラ。
【請求項８】
自動車の車室内に取付けられることを特徴とする請求項１または請求項４に記載のカメラ。
【請求項９】
自動車の運転席から見える位置に配された表示手段と接続され、該表示手段によって撮像された映像が表示されることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はカメラに係り、とくに光学系によって固体撮像素子（ＣＣＤ）の受光面に映像光を結像させて撮像を行なうカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許第３２７７９７４号公報や特許第３２９７９４６号公報等に開示されている固体撮像素子を用いたＣＣＤカメラが広く用いられている。ＣＣＤ型の固体撮像素子は一般に、画素を構成する受光素子をマトリックス状に配置し、各受光素子で光電変換された信号を、受光素子の各垂直列に対応して設けられた垂直レジスタに読出し、該垂直レジスタによって垂直方向に転送し、水平転送レジスタによって水平方向に転送し、ＦＤＡ等の出力部により電圧に変換して外部に出力するようになされている。
【０００３】
このようなＣＣＤを用いたカメラは、通常のスチルカメラやビデオカメラ以外に、例えば自動車の車体の外部あるいは車室内に取付けられるカメラとして利用される。
【０００４】
図１３はこのような自動車用カメラの一例を示しており、ここでは筐体１内に配された基板２上にＣＣＤ３を実装し、ＣＣＤ３の前方に鏡筒５を配し、この鏡筒５の内部に保持されたレンズ６、７、８、９によってＣＣＤ３の受光面に映像光を結像させるようにしている。そしてレンズ６の前方であって筐体１の前方側の開口を保護板１０で覆うようにしている。
【０００５】
このような従来の自動車用カメラの欠点は、保護板１０の内表面に結露を生ずることである。すなわち図１３に示すようにレンズ６〜９がカメラの内部に設けられ、その前面にガラスあるいはプラスチックの透明板から成る保護板１０を配置した構造をなしているために、外気とカメラ内部の空気層との間に複数の空気層が存在せず、このために外気と保護板１０の内側との間で温度差あるいは温度勾配が大きくなり、なおかつ保護板１０に接するカメラの内部の空気容量が大きいために、保護板１０の内表面が結露し易くなる。
【０００６】
そこで図１４に示すように、保護板１０の外周側に例えば金属を蒸着してガラスヒータ１３を設け、このガラスヒータ１３にリード線１４を介して基板２から電流を流すことによって、ガラスヒータ１３を介して保護板１０の加温を行なうようにしている。このような構成によれば、保護板１０の表面温度の低下を防げ、結露の発生が防止される。ところがガラスヒータ１３によるコストの増大や、あるいはガラスヒータ１３の消費する電力による消費電力の増加を招き、さらにこのカメラの内部の温度が上昇するために、内部に存在する電気部品、とくにＣＣＤ３を含めた半導体素子に対する悪影響が発生する。
【０００７】
図１５は別の結露防止対策を示している。ここでは筐体１の内部であってその所定の位置にシリカゲル等の吸湿剤１５を配置しておき、カメラの内部の湿度を低下させて結露の発生を防止する。ところがこの場合にある時間経過後に吸湿剤が湿った水分を、カメラ動作による温度上昇により逆に水蒸気として吐出して結露し、あるいはまた吸湿剤によってゴミが発生する問題がある。さらに吸湿剤１５によってコストが増加し、さらには吸湿剤１５を配置するためのスペースを確保する必要がある欠点がある。
【特許文献１】特許第３２７７９７４号公報
【特許文献２】特許第３２９７９４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本願発明の課題は、映像光を導入する光路中の透明な部材に結露を生じないようにしたカメラを提供することである。
【０００９】
本願発明の別の課題は、結露が発生する保護板が存在しないカメラを提供することである。
【００１０】
本願発明のさらに別の課題は、電気的な加熱による結露防止を行なう必要がないようにしたカメラを提供することである。
【００１１】
本願発明のさらに別の課題は、カメラの内部の水分を吸収するための吸湿剤を必要としないカメラを提供することである。
【００１２】
本願発明の上記の課題および別の課題は、以下に述べる本願発明の技術的思想および実施の形態によって明らかにされよう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願の主要な発明は、光学系によって固体撮像素子の受光面に映像光を結像させて撮像を行なうカメラにおいて、
前記光学系が複数のレンズから成り、該レンズが光軸方向に配列された状態で鏡筒に保持されるとともに、前記レンズと鏡筒との間の隙間をなくして鏡筒と複数のレンズとによって外部が遮断された空間を形成することを特徴とするカメラに関するものである。
【００１４】
ここで鏡筒内にｎ個のレンズが光軸方向に沿って配列され、光軸方向に前後にｎ−１個の空間を形成してよい。またレンズと鏡筒との間にシール部材が介装され、該シール部材によって外部から遮断された空間を形成してよい。
【００１５】
本願の別の主要な発明は、光学系によって固体撮像素子の受光面に映像光を結像させて撮像を行なうカメラにおいて、
前記光学系が複数のレンズを有する鏡筒によって構成され、前記複数のレンズ間に外部から遮断された空間を有し、
しかも前記鏡筒が筐体の外側に配されることを特徴とするカメラに関するものである。
【００１６】
ここで前記筐体の前面であって前記固体撮像素子の前方側に雌ねじ孔が形成され、前記鏡筒の外周部に形成された雄ねじが前記雌ねじ孔に螺着されてよい。また前記光学系の最前方側のレンズが前記筐体の前面板の前方に位置するように前記鏡筒が前記筐体に取付けられてよい。
【００１７】
またこのようなカメラは自動車の外側に取付けられるカメラであってよい。あるいはまた自動車の車室内に取付けられるカメラであってよい。またこのようなカメラは、自動車の運転席から見える位置に配された表示手段と接続され、該表示手段によって撮像された映像が表示されるようにしてよい。
【００１８】
本願発明の好ましい態様は、カメラのレンズの表面あるいは内面が結露し難くするための構成として、レンズ枠と複数枚のレンズによって複数の空気層を設け、それぞれの層の間の空気の流通がほとんど無い状態にし、筐体内の温度がレンズの表面に伝わり難くするようにしたものである。なおこの構成は複数枚のレンズとレンズ枠とによって構成されるものに限定されず、最前方側のレンズのさらに前面に保護用の透明カバーあるいは透明板と、この透明板あるいは透明カバーを保持する外枠とレンズブロックとをまとめた構造としてもよい。
【００１９】
上記のような態様によれば、とくにレンズの内部に結露を発生し難いカメラを作ることができる。またレンズブロックとしてカメラ本体と切離しできる構造を採用できるために、画角の異なるレンズブロックと交換するだけで、簡単に画角の異なるカメラを構成できる。
【００２０】
また結露を防止するためのガラスヒータや吸湿剤を必要としないために、これらのコストを削減できるとともに、これらのガラスヒータや吸湿剤あるいはその周辺装置を配するためのスペースが必要でなく、小型化が可能になる。またガラスヒータを必要としないために、消費電力が少なくなってカメラ内の温度上昇が抑えられ、半導体部品に対する悪影響が抑えられる。また吸湿剤から内部温度上昇により水蒸気が発生して結露に至ることがなくなる。また吸湿剤によって発生するカスやゴミによる画像への悪影響の心配がなくなる。
【発明の効果】
【００２１】
本願の主要な発明は、光学系によって固体撮像素子の受光面に映像光を結像させて撮像を行なうカメラにおいて、光学系が複数のレンズから成り、該レンズが光軸方向に配列された状態で鏡筒に保持されるとともに、レンズと鏡筒との間の隙間をなくして鏡筒と複数のレンズとによって外部が遮断された空間を形成するようにしたものである。
【００２２】
従って鏡筒に保持されかつ最前方に配されるレンズとカメラの筐体との間には外部から遮断された複数の空間が形成されることになり、このような空間の存在によって筐体の内部の温度の影響を最前方のレンズがほとんど影響を受けることがなくなる。従って最前方のレンズの前面と背面の間の温度差がほとんど生ぜず、このためにこのレンズを結露を生ずることがなくなる。
【００２３】
本願の別の主要な発明は、光学系によって固体撮像素子の受光面に映像光を結像させて撮像を行なうカメラにおいて、光学系が複数のレンズを有する鏡筒によって構成され、複数のレンズ間に外部から遮断された空間を有し、しかも鏡筒が筐体の外側に配されるようにしたものである。
【００２４】
従って鏡筒に取付けられる最前方のレンズは鏡筒の外側に位置した状態でしかもこのレンズと筐体との間に外部から遮断された空間が存在することになる。従ってこのようなレンズの配置と空間の存在とによって、最前方のレンズの内外面の温度差がほとんど生ぜず、このために最前方のレンズの内面に結露を生ずることがなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下本願発明を図示の実施の形態によって説明する。図１は本実施の形態に係るカメラが取付けられる自動車の全体の構成を示すものであって、自動車の運転席２０の斜め前方であってインストルメントパネル２１上には、そのほぼ中央部に表示装置２２が配される。表示装置２２は例えば液晶表示パネルから構成され、カメラで撮像された映像を表示するとともに、カーナビゲーションの表示装置を兼ねている。
【００２６】
このような表示装置２２と接続されるカメラとしては、前方視認カメラ２５、側方視認カメラ２６、ナイトアイカメラ２７、左側方視認カメラ２８、後方視認カメラ２９、運転席監視カメラ３０、助手席監視カメラ３１、後部座席監視カメラ３２、セキュリティカメラ３３等である。なおこれらのカメラ２５〜３３の内の全部が必ずしも備えられることはなく、その内の一部が備えられるようにしてもよい。
【００２７】
前方視認カメラ２５は車両の前方であってその直下の部分を視認するカメラである。左側方視認カメラ２８は図２に示すように、左側のドアミラー３６のケース３７の内部であってミラーの背面側に設けられ、左側方であってとくに運転席２０から死角となる下方視界を得るためのものである。なお上記左側方視認カメラ２８の側部には補助照明３８が設けられる。また側方視認カメラ２６は、Ｔ字路等において左右両側からの車両の確認を行なうためのものであって、図３に示すようにフロントバンパ３９の上部に例えばブラケット４０等を介して取付けられるようになっている。
【００２８】
ナイトアイカメラ２７は赤外線カメラであって、夜間であってとくに可視光のヘッドランプでは見えない前方視界を得るためのものである。後方視認カメラ２９は車両の後部に設けられ、後退する際に後方視界を確認するためのものである。
【００２９】
運転席監視カメラ３０は運転席２０の運転手の眼ばたき等によって居眠りの検出を行なうための監視カメラである。助手席監視カメラ３１は例えば助手席に子供を乗せた場合に、この子供の監視を行なうためのものである。後部座席監視カメラ３２は、後部座席に子供を乗せたときに、この子供の監視を行なうためのものである。セキュリティカメラ３３は車室の天井の下面に取付けられるカメラであって、駐車中にいたずらされた場合等に、その映像を遠くにいる運転手の携帯電話に転送するための映像を取得するものである。
【００３０】
これらのカメラは図４に示すようにカメラコントロールユニット４２に接続される。また左側方視認カメラ２８と対をなす補助照明３８がこのカメラコントロールユニット４２に接続される。そしてカメラコントロールユニット４２を通して、上記のカメラ２５、２８、２９等で取込まれた映像を表示装置２２に転送して表示するようにしている。
【００３１】
次に上述のような自動車用カメラであってとくに車両の外部に取付けられるカメラの一例を図５および図６によって説明する。このカメラはポリアミド製の前方の筐体４７とアルミダイキャスト製の後方の筐体４８とから成るほぼ直方体状の筐体を備えている。そして筐体４８の内部には実装基板４９が配されるとともに、この実装基板４９上にＣＣＤ５０がマウントされる。すなわちＣＣＤ５０の両側に延出されるリード５０が実装基板４９の配線パターン上に接触した状態で半田付けされて実装基板４９上にマウントされている。なお上記ＣＣＤ５０を実装した実装基板４９は外部とコード５２によって接続される。
【００３２】
上記前方の筐体４７には前方に突出するように突部５４が形成されるとともに、この突部５４の内周面には雌ねじ孔５５が形成される。そして雌ねじ孔５５によって鏡筒５６が螺着されるようになっている。
【００３３】
鏡筒５６は複数のスペーサ５７、５８を介して４枚のレンズ６１、６２、６３、６４を光軸方向に前方から後方にかけて配列している。そして鏡筒５６の先端側の外周面に設けられた雄ねじ５９に押えナット６０を螺着させ、これによって最前方のレンズ６１の外周部を押えるようにしている。そしてレンズ６１と鏡筒５６との間にはＯリング６５が介装され、レンズ６４と鏡筒５６との間にはＯリング６６が介装される。また鏡筒５６と前方の筐体４７の突部５４の内周面の間にはＯリング６７が介装される。
【００３４】
このような構成によって、レンズ６１と６２との間に空間６８が、レンズ６２と６３との間であってスペーサ５７の内周側に空間６９が、レンズ６３、６４の間であってスペーサ５８の内周側に空間７０が形成される。
【００３５】
図７および図８は上記図５および図６に示すカメラに対して若干の変形を加えたカメラを示しており、ここではレンズ６４の外周側にＯリング６６を配する代りに、このレンズ６４の背面側にリング状をなすシールリング７１を配設している。なおシールリング７１は例えばアクリル樹脂によって構成され、接着によって鏡筒５６に取付けられる。またこのカメラは筐体４７の後側の筐体４８との接合部に外周側に突出するように取付け用フランジ７２を備えている。なおそれ以外の構成は上記図５および図６に示す構成とほぼ同様である。
【００３６】
図６および図８に示すカメラによれば、レンズ６１、６２、６３、６４を通過した映像光が実装基板４９上に実装されるＣＣＤ５０の受光面に結像される。従ってこのＣＣＤ５０が映像に応じた電気信号を発生し、この電気信号がコード５２を介して図４に示すカメラコントロールユニット４２に供給される。そしてこのコントロールユニット４２によって信号処理されて表示装置２２に転送され、この表示装置２２で撮像された映像を再生する。
【００３７】
ここでとくに撮像動作の際にＣＣＤ５０を含む半導体素子に対して電流が流れるために、ＣＣＤ５０および実装基板４９が発熱し、これによって筐体４７、４８内の温度が上昇する。ところが鏡筒５６の最後部のレンズ６４の外周側に配されているＯリング６６またはシールリング７１によって鏡筒５６内と筐体４７、４８内との間の空気の流通が完全に遮断される。従って加温された筐体４７、４８内の空気が鏡筒５６内に流動することがなく、レンズ６４よりも前方のレンズ６３、６２、６１は温度の影響をほとんど受けない。
【００３８】
すなわちレンズ６３、６４間の空間はスペーサ５８によって他の空間から遮断される。またレンズ６２、６３間の空間はスペーサ５７によって他の空間から遮断される。またレンズ６１、６２間の空間６８は両側のレンズ６１、６２が直接接触することによって他の空間から遮断される。またＯリング６５によってレンズ６１、６２間の空間６８が外気から遮断される。従ってこれらの空間６８、６９、７０内の空気層によって、とくに最前方のレンズ６１の温度がほとんど上昇することがない。このことはレンズ６１の外表面と内表面で温度差を生じないことを意味する。よってレンズ６１の内表面であってとくに空間６８に臨む表面で結露を生ずることがなくなる。
【００３９】
一般に図６あるいは図８のようなカメラにおいて、カメラの内部の基板４９等の発熱によって、筐体４７、４８の内部の温度と外気温度に差を生じ、外気温度に比べて内部の温度が高くなると、最前方のレンズ６１の表面温度が下がり、レンズ６１の内面の付近の温度が露点温度に達した場合にこのレンズ６１の表面あるいは内側に水滴が付着する。これが結露である。
【００４０】
すなわち一般にある温度の空気が最大限含むことのできる水蒸気量を飽和水蒸気量と言い、このときの空気を飽和空気と言う。この空気に溶け込む水蒸気量は温度によって異なり、温度が高いほど多く溶け込むことができる。飽和空気の温度を下げると空気中の水蒸気は凝結して露になる。このように水蒸気を含んだ空気の飽和温度を露点温度と言う。この露点温度は絶対湿度によって決定される。
【００４１】
例えば図９に示す露点温度表において、気温が２０℃であって相対湿度が６０％のときの露点温度は１２℃である。よって１２℃まで気温を下げると、露が発生する（図１０、図１１参照）。
【００４２】
また空気中に含まれる水蒸気の量（絶対量）を絶対湿度ｇ／ｋｇ）と言う（図１２参照）。一方空気中に含むことができる水蒸気の限界量、すなわち飽和絶対湿度に対し、どれだけの水蒸気量（絶対湿度）があるかの割合を図１２に示すように相対湿度で表わす。一般に言う湿度とはこの相対湿度のことであって、相対湿度が１００％を超えたときに結露を生ずる。
【００４３】
従ってこのような理論から、結露しないカメラとするためには、カメラの筐体４７、４８内の水蒸気量（絶対湿度）を少なくすればよく、この場合には内部容積を少なくすればよいことになる。またカメラの内部と外気との間の温度差を小さくすることが必要になる。
【００４４】
本実施の形態においては、図６あるいは図８に示すように、複数のレンズ６１〜６４と鏡筒またはレンズ枠５６とによって空気を区切ることによって、複数の空気層６８、６９、７０を形成することで、空気中の水蒸気量を少なくする。このときのレンズ６１〜６４とレンズ枠５６との間のクリアランスを小さくすることによって、空気層間の空気の流動をほとんど無くして結露を防止する。これは断熱二重サッシと同じ原理である。
【００４５】
また図６および図８に示すように、レンズ６１〜６４を保持する鏡筒５６から成るレンズブロックをカメラの筐体４７、４８の外部に設けることによって、外気とカメラの内部の温度勾配をゆるやかにし、上昇したカメラの内部の温度がレンズ６１の表面もしくは内面に伝わり難くする。すなわち外気と１番外側のレンズ６１の内面の温度差を小さくすることによって断熱効果を高める。
【００４６】
実際に図６および図８に示すカメラについて、検証の実験を行なったところ次のような結果が得られた。結露を促進させるために、カメラの内部に高温高湿の空気が入った状態を作る。これはカメラの筐体４７、４８を開いた状態で、実使用上最も湿度の高い条件と考える高温高湿（温度４０℃、湿度９５％）の雰囲気中に１２時間放置後、その雰囲気中で筐体４７、４８を閉じる。そして製品を冷却するために、２０℃の雰囲気中に放置する。そして外気温度とカメラの内部温度の差を生じさせるために、カメラの実装基板４９に通電を行なう。
【００４７】
このような実験の結果、図６および図８に示すカメラは従来のカメラよりもレンズ６１に結露が発生し難いことが確認された。また筐体の内部を２分割するように隔壁を設け、この隔壁によって鏡筒を保持するとともに、隔壁の背面側にＣＣＤを備える回路基板を配置したカメラとの比較を行なったところ、本願発明のカメラの方が結露が発生し難いことが判明した。
【００４８】
以上本願発明を図示の実施の形態によって説明したが、本願発明は上記実施の形態によって限定されることなく、本願に含まれる発明の技術的思想の範囲内において各種の変更が可能である。例えば上記実施の形態は自動車の外板上に取付けられるカメラに関するものであるが、本願発明はその他各種のカメラ、とくに防滴構造あるいは防水構造を要求される構造の各種のカメラに広く利用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本願発明は、自動車の外板上に取付けられる自動車用カメラとして広く利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】カメラを取付けた自動車の全体の構成を示す平面図である。
【図２】カメラを取付けたドアミラーの背面側の一部を破断した斜視図である。
【図３】フロントバンパ上における側方視認カメラの取付けを示す正面図と側面図である。
【図４】カメラのコントロールユニットとの接続を示すブロック図である。
【図５】カメラの外観斜視図である。
【図６】同カメラの縦断面図である。
【図７】変形例のカメラの外観斜視図である。
【図８】同カメラの縦断面図である。
【図９】露点温度表である。
【図１０】結露の発生のメカニズムを示すグラフである。
【図１１】露点温度と結露との関係を示すグラフである。
【図１２】絶対湿度と相対湿度の関係を示すグラフである。
【図１３】従来のカメラの縦断面図である。
【図１４】別の従来のカメラの縦断面図である。
【図１５】さらに別の従来のカメラの縦断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１‥‥筐体、２‥‥基板、３‥‥ＣＣＤ、５‥‥鏡筒、６〜９‥‥レンズ、１０‥‥保護板、１３‥‥ガラスヒータ、１４‥‥リード線、１５‥‥吸湿剤、２０‥‥運転席、２１‥‥インストルメントパネル、２２‥‥表示装置、２５‥‥前方視認カメラ、２６‥‥側方視認カメラ、２７‥‥ナイトアイカメラ、２８‥‥左側方視認カメラ、２９‥‥後方視認カメラ、３０‥‥運転席監視カメラ、３１‥‥助手席監視カメラ、３２‥‥後部座席監視カメラ、３３‥‥セキュリティカメラ、３６‥‥ドアミラー、３７‥‥ケース、３８‥‥補助照明、３９‥‥フロントバンパ、４０‥‥ブラケット、４２‥‥カメラコントロールユニット、４７‥‥筐体（前）、４８‥‥筐体（後）、４９‥‥実装基板、５０‥‥ＣＣＤ、５１‥‥リード、５２‥‥コード、５４‥‥突部、５５‥‥雌ねじ孔、５６‥‥鏡筒、５７、５８‥‥スペーサ、５９‥‥雄ねじ、６０‥‥押えナット、６１〜６４‥‥レンズ、６５〜６７‥‥Ｏリング、６８〜７０‥‥空間、７１‥‥シールリング、７２‥‥取付け用フランジ
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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