(57)【要約】【課題】簡単且つ確実に自動的に共焦点光学系のキャリブレーションを行う。【解決手段】キャリブレーション治具４を光走査プローブ３の先端に装着した状態で、ＣＰＵ１７は光量調整器２３を制御しデフォルトの光量で光源１０のレーザ光をスキャニング光学系１４に出射する。スキャニング光学系１４に出射された光は第３光検出器２１によりその光量が検出され、ＣＰＵ１７が該光量を検知することで、スキャニング光学系１４に供給される光の光量が所定の光量となるように光量調整器２３を制御し光源のレーザ光を発光させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発生する光源と、
前記光を被検体に伝送・受光するプローブ部と、
前記プローブ部に伝送された前記光を被検体に対して走査させて照射するスキャニング手段と、
前記被検体から反射・散乱した前記光の反射・散乱光を検出する光検出手段と、
前記光検出手段が検出した前記反射・散乱光の検出信号を信号処理し、前記被検体の断層画像を生成する画像生成手段と、
前記スキャニング手段から照射される前記光の照射状態を測定する測定手段と
を備えたことを特徴とする光イメージング装置。
【請求項２】
前記測定手段が測定する前記光の照射状態は、前記光の光量である
ことを特徴とする請求項１に記載の光イメージング装置。
【請求項３】
前記測定手段が測定する前記光の照射状態は、前記スキャニング手段が走査する前記光のスキャン幅である
ことを特徴とする請求項１に記載の光イメージング装置。
【請求項４】
前記スキャニング手段を駆動制御する駆動手段を有し、
前記測定手段が測定する前記光の照射状態は、前記駆動手段の駆動信号に対する前記スキャニング手段が走査する前記光のスキャン位相である
ことを特徴とする請求項１に記載の光イメージング装置。
【請求項５】
前記測定手段の測定結果に基づき前記光の照射状態を調整する光照射調整手段
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、共焦点光学系を用いて生体組織を画像化する光イメージング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、生体組織や細胞を光軸方向に分解能の良く観察する手段として、光走査型の共焦点顕微鏡が知られている。しかし、この場合、通常の共焦点顕微鏡はサイズが大きく、サンプルは小さく切り出して顕微鏡に載せて観察される。
【０００３】
また、この共焦点顕微鏡を小さくして、生物の消化管などに誘導して観察する技術が、例えば特開平９−２３０２４８号公報において、微小な共焦点顕微鏡として提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２３０２４８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記微小な共焦点顕微鏡においては、生体組織等にレーザ光を走査して照射するために、例えば内視鏡の鉗子チャンネル等に挿通される光走査プローブの先端内部に照射レーザ光をスキャニングするためのスキャニングミラーが用いられるが、経年変化等により光源の光量、スキャニングミラーのスキャニング応答特性が変化するため、従来は観察前にテストパターン等を用いて光量やミラーのスキャニング状態を観測し、手動で調整を行う必要があり、観察前の作業が繁雑になるといった問題がある。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡単且つ確実に自動的に共焦点光学系のキャリブレーションを行うことのできる光イメージング装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光イメージング装置は、光を発生する光源と、前記光を被検体に伝送・受光するプローブ部と、前記プローブ部に伝送された前記光を被検体に対して走査させて照射するスキャニング手段と、前記被検体から反射・散乱した前記光の反射・散乱光を検出する光検出手段と、前記光検出手段が検出した前記反射・散乱光の検出信号を信号処理し前記被検体の断層画像を生成する画像生成手段と、前記スキャニング手段から照射される前記光の照射状態を測定する測定手段とを備えて構成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について述べる。
【０００９】
図１ないし図４は本発明の第１の実施の形態に係わり、図１は光イメージング装置の構成を示す構成図、図２は図１のキャリブレーション治具の構成を示す図、図３は図２のキャリブレーション治具に設けられる第３光検出器を示す図、図４は図１のＣＰＵによるキャリブレーション作用の処理を示すフローチャートである。
【００１０】
図１に示すように、本実施の形態の光イメージング装置１は、共焦点画像生成装置２，光走査プローブ３，キャリブレーション治具４とを備えて構成され、光走査プローブ３，キャリブレーション治具４はそれぞれコネクタ５，６を介して共焦点画像生成装置２に接続され、共焦点画像生成装置２で生成された共焦点画像をモニタ７に表示することで共焦点画像を観測できるようになっている。
【００１１】
共焦点画像生成装置２は、レーザ光を発生する光源１０と、光源からのレーザ光を伝送するシングルモードファイバ１１及び光を双方向に分岐する４端子カプラ１２とからなる光伝送部１３とを有し、光伝送部１３の第１の端部１３ａから光源１０からのレーザ光が供給される。光伝送部１３では、供給されたレーザ光をコネクタ５を介して光走査プローブ３の先端内部に設けられた第２の端部１３ｂに伝送する。第２の端部１３ｂから出射されるレーザ光はスキャニング光学系１４により２次元スキャニングを行い、観察時においては観察部位を照射する。
【００１２】
観察部位からの戻り光は共焦点作用により第２の端部１３ｂに入射され、コネクタ５及び光伝送部１３を介して光伝送部１３の第３の端部１３ｃに伝送される。第３の端部１３ｃから出射された光は第１光検出器１５で受光され、第１光検出器１５で検出された検出信号が信号処理回路１６に出力される。
【００１３】
信号処理回路１６では、ＣＰＵ１７からのサンプリング信号により検出信号をサンプリングし前処理等を行い処理信号をＣＰＵ１７に出力することで、ＣＰＵ１７が共焦点画像を生成しモニタ７に共焦点画像を表示する。
【００１４】
スキャニング光学系１４を構成するスキャニングミラー１４ａはスキャンドライバ１８により駆動され、スキャンドライバ１８はドライバ制御回路１９により制御される。
【００１５】
なお、ドライバ制御回路１９はＣＰＵ１７により制御され、またスキャンドライバ１８から出力されるスキャニングミラー１４ａを駆動する駆動信号に同期した駆動同期信号はＣＰＵ１７にフィードバックされ、ＣＰＵ１７の制御により信号処理回路１６が駆動同期信号に基づき検出信号のサンプリングを行うようになっている。
【００１６】
光伝送部１３の第４の端部１３ｄには第２光検出器２０が設けられており、ＣＰＵ１７が第２光検出器２０の検出信号により光源１０からのレーザ光の出射光量をモニタできるようになっている。
【００１７】
キャリブレーション治具４は、コネクタ６を介して接続されるケーブル２１と、ケーブル２１の先端に設けられ、光走査プローブ３の先端に装着可能な先端部２２とから構成され、図２に示すように、先端部２２内には第３光検出器２３が設けられ、先端部２２を光走査プローブ３の先端に装着することで、図３に示すように、スキャニング光学系１４から出射された出射光の光ビーム２４が第３光検出器２３の受光部２３ａで受光され、ＣＰＵ１７が第３光検出器２１の検出信号によりスキャニング光学系１４から出射された出射光をモニタできるようになっている。
【００１８】
また、ＣＰＵ１７は、第２光検出器２０及び第３光検出器２３の検出信号に基づき光源１０の光量を調整する光量調整器２５を制御するようになっている。
【００１９】
このように構成された本実施の形態では、共焦点観察前にキャリブレーション治具４を光走査プローブ３の先端に装着することで、光源１０の光量を適正に調整することができる。
【００２０】
具体的には、キャリブレーション治具４を光走査プローブ３の先端に装着した状態で、ＣＰＵ１７は光量調整器２５を制御しデフォルトの光量で光源１０のレーザ光をスキャニング光学系１４に出射する。スキャニング光学系１４に出射された光は第３光検出器２３によりその光量が検出され、ＣＰＵ１７が該光量を検知することで、スキャニング光学系１４に供給される光の光量が所定の光量となるように光量調整器２５を制御し光源のレーザ光を発光させることができる。
【００２１】
また、本実施の形態では、ＣＰＵ１７がコネクタ５の光接続状態を監視することができる。すなわち、ＣＰＵ１７は、図４に示すように、ステップＳ１で光走査プローブ３の先端から出射される光の光量Ｗｏｕｔを第３光検出器２３により検知する。また、ステップＳ２で光走査プローブ３への入射前の光源１０からの光量Ｗｉｎｓｉｄｅを第２光検出器２０により検知する。そして、ステップＳ３で光量Ｗｏｕｔと光量Ｗｉｎｓｉｄｅの光量差ΔＷ（＝Ｗｏｕｔ−Ｗｉｎｓｉｄｅ）を算出し、ステップＳ４でΔＷが所定の閾値を超えているかどうか判断し、ΔＷが所定の閾値以下ならばステップＳ５でコネクタ５の光接続状態が正常と判断し処理を終了し、またΔＷが所定の閾値を超えている場合がステップＳ６でコネクタ５の光接続状態が異常と判断し例えばモニタ７に警告等を表示して処理を終了する。
【００２２】
コネクタ５での光接続では、コネクタ光接続が正常でも一般に多少の光量減衰があるが、コネクタ光接続が不安定な場合、該光量減衰が大きくなり第３光検出器２３による制御のみでは光源１０の光量を過大に増加させる虞があるが、第２光検出器２０による制御を組み合わせることで、コネクタ光接続状態が適切に判断でき、コネクタ光接続が正常の時のみ、光源１０の光量調整を行わせることができる。
【００２３】
図５ないし図１２は本発明の第２の実施の形態に係わり、図５はキャリブレーション治具の構成を示す図、図６は図５のキャリブレーション治具に設けられる第３光検出器を示す図、図７は図５のキャリブレーション治具におけるＣＰＵによるキャリブレーション作用を説明する第１の図、図８は図５のキャリブレーション治具におけるＣＰＵによるキャリブレーション作用を説明する第２の図、図９は図５のキャリブレーション治具におけるＣＰＵによるキャリブレーション作用を説明する第３の図、図１０は図５のキャリブレーション治具におけるＣＰＵによるキャリブレーション作用を説明する第４の図、図１１は図５のキャリブレーション治具におけるＣＰＵによるキャリブレーション作用を説明する第５の図、図１２は図１の光イメージング装置の変形例を示す図である。
【００２４】
第２の実施の形態は、第１の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００２５】
図５及び図６に示すように、第３光検出器２３の受光部の構成が第１の実施の形態と異なり、本実施の形態の第３光検出器２３の受光部２３ｂは、複数のマトリックスアレイ状に形成された受光素子から形成され、ＣＰＵ１７はこの複数のマトリックスアレイ状に形成された受光素子の受光状態をスキャニングすることで、スキャニング光学系１４に供給される光の光量が所定の光量となるように光量調整器２５を制御し光源のレーザ光を発光させる。
【００２６】
すなわち、ＣＰＵ１７は、入射光を検出した複数の受光素子の検出信号の平均値に修正係数（受光素子のバラツキ補正）を乗算した値をスキャニング光学系１４に出射された光の光量として用い、光量調整器２５を制御し光源１０のレーザ光を発光させる。
【００２７】
また、本実施の形態では、スキャニング光学系１４の光走査範囲及びスキャン位相を制御することができる。
【００２８】
スキャニング光学系１４の光走査範囲は、入射光を検出した複数の受光素子の縦方向の数及び横方向の数を算出することでＣＰＵ１７により検知され、ＣＰＵ１７がドライバ制御回路１９を制御することでスキャンドライバ１８を駆動させ、スキャニング光学系１４を適正な走査範囲とする。図７及び図８に縦方向の数及び横方向の光走査範囲が狭い場合の補正前の波形の一例を示し、また図９及び図１０に縦方向の数及び横方向の補正後の適正な光走査範囲となった場合の波形の一例を示す。
【００２９】
スキャニング光学系１４のスキャン位相は、スキャンドライバ１８の駆動信号に対してスキャニングミラー１４ａの動作応答に遅れが生じるために発生する。そこで、ドライバ制御回路１９からの駆動同期信号の発生タイミングと駆動同期信号に対する入射光を検出した複数の受光素子の縦方向の移動タイミング及び横方向の移動タイミングとの時間差に基づきスキャニング光学系１４のスキャン位相を算出し、サンプリング信号をスキャニングミラー１４ａの動作応答に対向させて信号処理回路１６に出力することで、信号処理回路１６が位相補正した状態で検出信号をサンプリングする。図１１に検出信号、駆動同期信号、サンプリング信号の位相状態を示す、
このように本実施の形態では、第１の実施の形態の効果に加え、光走査範囲、スキャン位相のキャリブレーションも自動的に行うことができる。
【００３０】
なお、第１及び第２の実施の形態では、ケーブル２１及び先端部２２からなるキャリブレーション治具４をコネクタ６を介して共焦点画像生成装置２に接続しキャリブレーションを行うとしたが、これに限らず、図１２に示すように、コネクタ６を光走査プローブ３の先端が装着可能に構成し、共焦点画像生成装置２内部にコネクタ６を介したスキャニング光学系１４からの出射光を検出する第３光検出器２３を設けてもよい。
【００３１】
図１３ないし図２０は本発明の第３の実施の形態に係わり、図１３はキャリブレーション治具の構成を示す図、図１４は図１３のキャリブレーション治具に設けられる反射部材を示す図、図１５は図１４の反射部材の共焦点画像のモニタにおける表示例を示す図、図１６は図１４の反射部材を用いた光量のキャリブレーション処理の流れを示すフローチャート、図１７は図１４の反射部材の共焦点画像を示す図、図１８は図１７の共焦点画像と比較するセル画像を示す図、図１９は図１４の反射部材を用いたスキャン位相のキャリブレーション処理の流れを示すフローチャート、図２０は図１９の処理における２次元相関計算を示す図である。
【００３２】
第３の実施の形態は、第２の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００３３】
キャリブレーション治具４の構成が第２の実施の形態と異なり、本実施の形態のキャリブレーション治具４は、図１３に示すように、スキャニング光学系１４からの出射光を反射する反射部材４１を有した光走査プローブ３の先端が装着可能な装着部４２より構成される。
【００３４】
本実施の形態のキャリブレーション治具４の反射部材４１は、図１４に示すような反射率の異なるマトリックス状のテストパターン４３をなしており、このテストパターン４３上をスキャニング光学系１４からの光ビームが所定の観察範囲４４をスキャニングするようになっている。テストパターン４３は、第１の実施の形態で説明したように、第１光検出器１５により検出される。
【００３５】
この結果、モニタ７には図１５に示すように、ＣＰＵ１７の処理により観察範囲４４のテストパターン４３の画像４３ａが表示される。
【００３６】
また、ＣＰＵ１７は、図１６に示すフローチャート（Ｓ１１〜Ｓ１３）に従い光量のキャリブレーションを行う。また、図１７に示す観察範囲４４のテストパターン画像４３ａと、図１８に示す予め記憶している比較用のセル画像データとを用い、図１９に示すフローチャート（Ｓ１４〜Ｓ２０）に従い、図２０に示すような２次元相関計算を行い、観察範囲４４のテストパターン画像４３ａの高反射部の抽出を行い、この抽出した高反射部を用いることで、第２の実施の形態で説明したように、光量、光走査範囲、スキャン位相のキャリブレーションを自動的に行う。
【００３７】
なお、２次元相関計算によりテストパターンを抽出するとしたが、これに限らず、輪郭抽出やその他の公知の画像処理によりテストパターンを抽出するようにしてもよい。
【００３８】
このように本実施の形態においても、第２の実施の形態と同様な効果が得られると共に、キャリブレーション治具４をより簡単に構成することが可能となる。
【００３９】
図２１ないし図２４は本発明の第４の実施の形態に係わり、図２１はキャリブレーション治具の構成を示す図、図２２は図２１のＡ−Ａ線断面を示す図、図２３はスキャン位相のキャリブレーション時の図２１のスライド板の配置状態を示す図、図２４は図２３のＢ−Ｂ線断面を示す図である。
【００４０】
第４の実施の形態は、第１及び第３の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００４１】
キャリブレーション治具４の構成が第２の実施の形態と異なり、本実施の形態のキャリブレーション治具４は、図２１及び図２２に示すように、第３の実施の形態で説明したテストパターン４３の反射面５１と開口部５２を有するスライド板５３が光走査プローブ３の出射光軸に垂直に進退可能となっている。
【００４２】
本実施の形態では、光量のキャリブレーションを行うときには、図２１及び図２２に示すように、光走査プローブ３の出射光軸に開口部５２が合うようにスライド板５３移動させ、第１の実施の形態と同様に第３検出器２３の検出信号により光源１０の光量を調整する。
【００４３】
また、光走査範囲、スキャン位相のキャリブレーションを行うときには、図２３及び図２４に示すように、光走査プローブ３の出射光軸にテストパターン４３の反射面５１が合うようにスライド板５３移動させ、第３の実施の形態と同様に、テストパターン画像４３ａの高反射部の抽出を行い、光走査範囲、スキャン位相を調整する。
【００４４】
このように本実施の形態では、第３の実施の形態の効果に加え、光量調整を第３検出器２１の検出信号により行うので、より正確な光量キャリブレーションを行うことが可能となる。
【００４５】
図２５ないし図３３は本発明の第５の実施の形態に係わり、図２５は画像歪みのキャリブレーション処理の流れを示す第１のフローチャート、図２６は図２５の処理を説明する第１の図、図２７は図２５の処理を説明する第２の図、図２８は図２５の処理を説明する第３の図、図２９は図２５の処理を説明する第４の図、図３０は図２５の処理を説明する第４の図、図３１は図２５に続く画像歪みのキャリブレーション処理の流れを示す第２のフローチャート、図３２は図２５及び図３１の処理によりキャリブレーションされたテストパターンの画像を示す図、図３３は図２５及び図３１の処理によるキャリブレーション前のテストパターンの画像を示す図である。
【００４６】
第５の実施の形態は、ＣＰＵ１７での作用の一部が第３の実施の形態と異なるのみで、構成及びその他の作用は第３の実施の形態と同じである。
【００４７】
スキャニングミラー１４ａのスキャニングはスキャンドライバからの駆動信号により行われるが、スキャニングミラー１４ａのスキャン応答の追従性により駆動信号の波形と異なる（例えば駆動信号がサイン波形とした場合、スキャン応答波形がサイン波形とならず歪んだ波形となる）ために、テストパターン４３を撮影した画像４３ａは、図３３に示すような歪んだ画像となる。本実施の形態のＣＰＵ１７では、この歪みをキャリブレーションする。
【００４８】
すなわち、図２５に示すように、ステップＳ３１で２次元相関計算により画像中のテストパターンのマーク（セル）位置を抽出する（図２６参照）。次に、ステップＳ３２で行方向のマーク（セル）位置の近似線と、縦方向のマーク（セル）位置の近似線と算出する（図２７参照）。
【００４９】
そして、ステップＳ３３で図２８に示すように、行方向の平均直線及び縦方向の平均直線を算出し、ステップＳ３４で、図２９に示すように、マーク位置（例：Ｘ１，Ｙ１）と行列の近似線の交点との差（例：ΔＸ１，ΔＹ１）を算出し、ステップＳ３５で図３０に示すような座票差補正テーブルを作成する。
【００５０】
そして、この座票差補正テーブルを用いて画像補正を行うが、具体的には、図３１に示すように、ステップＳ４１で共焦点画像のサンプリングを行いサンプリングデータを取得し、ステップＳ４２で取得したサンプリングデータの座標を座票差補正テーブルにより補正し、画像上での並び位置を調整し、ステップＳ４３で調整後の画像をモニタ７に表示する。
【００５１】
このように本実施の形態では、第３の実施の形態の効果に加え、図３３で示した歪んだ画像を図３２に示すような歪みを補正した画像にキャリブレーションすることができる。
【００５２】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、簡単且つ確実に自動的に共焦点光学系のキャリブレーションを行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光イメージング装置の構成を示す構成図
【図２】図１のキャリブレーション治具の構成を示す図
【図３】図２のキャリブレーション治具に設けられる第３光検出器を示す図
【図４】図１のＣＰＵによるキャリブレーション作用の処理を示すフローチャート
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るキャリブレーション治具の構成を示す図
【図６】図５のキャリブレーション治具に設けられる第３光検出器を示す図
【図７】図５のキャリブレーション治具におけるＣＰＵによるキャリブレーション作用を説明する第１の図
【図８】図５のキャリブレーション治具におけるＣＰＵによるキャリブレーション作用を説明する第２の図
【図９】図５のキャリブレーション治具におけるＣＰＵによるキャリブレーション作用を説明する第３の図
【図１０】図５のキャリブレーション治具におけるＣＰＵによるキャリブレーション作用を説明する第４の図
【図１１】図５のキャリブレーション治具におけるＣＰＵによるキャリブレーション作用を説明する第５の図
【図１２】図１の光イメージング装置の変形例を示す図
【図１３】本発明の第３の実施の形態に係るキャリブレーション治具の構成を示す図
【図１４】図１３のキャリブレーション治具に設けられる反射部材を示す図
【図１５】図１４の反射部材の共焦点画像のモニタにおける表示例を示す図
【図１６】図１４の反射部材を用いた光量のキャリブレーション処理の流れを示すフローチャート
【図１７】図１４の反射部材の共焦点画像を示す図
【図１８】図１７の共焦点画像と比較するセル画像を示す図
【図１９】図１４の反射部材を用いたスキャン位相のキャリブレーション処理の流れを示すフローチャート
【図２０】図１９の処理における２次元相関計算を示す図
【図２１】本発明の第４の実施の形態に係るキャリブレーション治具の構成を示す図
【図２２】図２１のＡ−Ａ線断面を示す図
【図２３】スキャン位相のキャリブレーション時の図２１のスライド板の配置状態を示す図
【図２４】図２３のＢ−Ｂ線断面を示す図
【図２５】本発明の第５の実施の形態に係る画像歪みのキャリブレーション処理の流れを示す第１のフローチャート
【図２６】図２５の処理を説明する第１の図
【図２７】図２５の処理を説明する第２の図
【図２８】図２５の処理を説明する第３の図
【図２９】図２５の処理を説明する第４の図
【図３０】図２５の処理を説明する第４の図
【図３１】図２５に続く画像歪みのキャリブレーション処理の流れを示す第２のフローチャート
【図３２】図２５及び図３１の処理によりキャリブレーションされたテストパターンの画像を示す図
【図３３】図２５及び図３１の処理によるキャリブレーション前のテストパターンの画像を示す図
【符号の説明】
１…光イメージング装置
２…共焦点画像生成装置
３…光走査プローブ
４…キャリブレーション治具
５，６…コネクタ
７…モニタ
１０…光源
１１…シングルモードファイバ
１２…４端子カプラ
１３…光伝送部
１４…スキャニング光学系
１５…第１光検出器
１６…信号処理回路
１７…ＣＰＵ
１８…スキャンドライバ
１９…ドライバ制御回路
２０…第２光検出器
２１…ケーブル
２２…先端部
２３…第３光検出器
２５…光量調整器
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2005006854.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2005006854.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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