(57)【要約】【課題】  導光板の入光面に対向する位置に、扁平ランプを入光面に対して所定の位置と姿勢で配置し、導光板の厚みを最適化することにより高輝度で薄型のバックライトユニットを提供すること。【解決手段】  光源に用いられている扁平ランプ３を、リフレクタ４に形成されたランプ挟持用リブ５に、扁平ランプ３の管軸が水平になるように、かつ、管軸が入光面２ａを形成している導光板２の厚さ方向の中心の水平軸と位置が一致するように挟持する。【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導光板の入光面に対向して配置した光源と、この光源を前記入光面との間に内包するように配置されたリフレクタとを有するサイドライト型のバックライトユニットであって、
前記光源に用いられている扁平ランプは、前記リフレクタに形成されたランプ挟持用リブにより、前記扁平ランプの管軸が水平になるように挟持され、かつ、前記扁平ランプの管軸方向から水平に出射した出射光が、前記導光板の入光面に対して直交する角度で入光するように配置されていることを特徴とするバックライトユニット。
【請求項２】
前記扁平ランプは、管軸方向から水平に出射した出射光が、前記導光板の入光面の中央部に対して直交する角度で入光するように配置されていることを特徴とする請求項１記載のバックライトユニット。
【請求項３】
前記入光面を形成している導光板の厚さは、少なくとも前記扁平ランプの短軸の長さ以上であることを特徴とする請求項１記載のバックライトユニット。
【請求項４】
前記導光板は、発光面が水平で、この発光面に沿った板厚方向の断面積は、前記入光面が最大で、前記発光面に対向する底面が傾斜していることにより、該入光面から遠ざかるにしたがって漸次小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項１記載のバックライトユニット。
【請求項５】
導光板の入光面に対向して配置した光源と、この光源を前記入光面との間に内包するように配置されたリフレクタとを有するサイドライト型のバックライトユニットであって、
前記リフレクタは、前記扁平ランプを水平方向に保持するランプ挟持用リブと、前記導光板に嵌合する先端部とを有することを特徴とするバックライトユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置等の平面光源として用いられているバックライトユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
テレビジョンやパソコンの表示装置として広く用いられ、低消費電力、薄型、軽量、各種サイズに対応可能な液晶表示装置は、自分自身が発光する自発光素子ではなく、外部からの何らかの光によって映像を表示する受動型素子である。そのため、受動型素子に対して、フロントライトや、バックライトとして照明装置が用いられている。
【０００３】
液晶表示装置の照明装置としては、大別して、高輝度、高効率、大型化可能な直下(ダイレクト)方式と、小型、薄型、低消費電力であるサイドライト（エッジライト）方式との２種類がある。直下方式は、液晶パネルの背面にランプを並べ、直接光を利用することで、高輝度、高効率な面光源となるが、直下方式は薄型化が困難なことや、消費電力が大きい等のデメリットがある。
【０００４】
一方、サイドライト方式は導光板（ライトガイド）といわれるアクリル樹脂で作られた板の側面に光源を１本以上配置し、光を導光板の内部で拡散・散乱させ、面状光源とすることで、薄型化、低消費電力化を実現している。ただ、画面サイズが大きくなるにつれ、導光板サイズも大きくなり、重量も重くなるデメリットがある。そのため、エッジライト方式は小型で、消費電力が重視されるモバイル用途で多く採用されている。
【０００５】
サイドライト方式のバックライトユニットは、光源として蛍光ランプを用いる場合、一般には断面が円形状のランプが用いられている。また、導光板からの出射光の輝度を上昇させるために、ランプの本数を増加させることが行われている。また、コストダウンやランプの輝度効率を上昇させるために、ランプの形状を直管から、Ｕ字管やＬ字管やコの字管に変更することも行われている。また、同じランプを用いても、導光板への入光量を増加させて輝度を上昇させるため、導光板の入光面の縦幅（導光板厚さ）を大きくすることも行われている。
【０００６】
さらに、導光板からの出射光の輝度効率を上げるため、断面が楕円形状のランプ（扁平ランプ）を用いている場合がある。(例えば、特許文献１を参照)
なお、特許文献１では、[００１０]欄に「・・・この導光板１の４辺の少なくとも１辺に近接して光源４が設けられ、・・・」と記載されているが、この表現はやや意味不明である。導光板は板状の直方体であるから、辺の数は１２本になる。したがって、どの４辺を示しているのかが不明である。ただし、光源は導光板の受光面と対向しているので、受光面の４辺と解釈した場合、４辺は受光面の外形線になる。したがって、「導光板１の４辺の少なくとも１辺に近接して光源４が設けられ」の意味は、光源が導光板の受光面の中央部に対向しているのではなく、導光板の外形線の近傍（受光面の端部）に対向して配置されていると解釈せざるを得ない。また、光源として用いている扁平ランプを配置した際の、扁平ランプの導光板に対する姿勢（楕円の長軸方向が直角方向になる等）については、なんら記載されていない。
【特許文献１】特開平５−３０３０９４号公報      [００１０]
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように光源に扁平ランプを用いたサイドライト型バックライトは、従来の断面が円形状のランプを使用したバックライトと比較すると高輝度が得られる。そのため、レンズシート等を含めたユニットの簡略化が可能になる。しかし、従来の断面が円形状のランプと異なり、ランプの位置決めが重要視される。
【０００８】
それは、扁平ランプは、管径が一定でないため、ランプ単品では円周方向に指光性を持っている。そのため、導光板の入光面に対して、設置方向によって、明るくも暗くもなる。リフレクタの形状によっても異なるが、ほぼ、ランプの断面の扁平形状の長軸方向が入光面の方向に対し、鉛直方向になることで最も入光量が増加し、そこから水平方向になるにしたがって入光量は低下する。そのため、扁平ランプの設置姿勢を高精度で規制しないと、扁平ランプの設置方向によるバックライトユニットでの絶対輝度にばらつきが生じ、バックライトユニットとして、安定した高輝度が得られない。
【０００９】
また、扁平ランプ設置姿勢を高精度に調整して設定する際、扁平ランプに両端部と途中箇所とを固定してしまうと、扁平ランプのガラス管に捩れ応力が発生して損傷する恐れがある。したがって、扁平ランプの固定方法も、捩れ応力の発生に対しての十分な配慮が必要である。
【００１０】
また、光源に扁平ランプの屈曲管を用いた場合、従来は、屈曲管の屈曲部分の強度維持のため、屈曲あるいは湾曲させる基になっている断面が円形状のランプは、管径がφ２．４ｍｍ以上の真円ランプしか使用できなかった。それに伴い、導光板の厚みも３．６ｍｍ必要となるため、屈曲ランプは使用できる限界が存在していた。また、さらに入光量を増加させるため、導光板の厚みを厚くすると、導光板が重くなり、バックライトユニットの全体重量を増加させてしまうという不具合が生じていた。
【００１１】
本発明はこれらの事情にもとづいてなされたもので、導光板の入光面に対向する位置に、扁平ランプを入光面に対して所定の位置と姿勢で配置し、導光板の厚みを最適化することにより高輝度で薄型のバックライトユニットを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のバックライトユニットに係る第１の特徴は、導光板の入光面に対向して配置した光源と、この光源を前記入光面との間に内包するように配置されたリフレクタとを有するサイドライト型のバックライトユニットであって、
前記光源に用いられている扁平ランプは、前記リフレクタに形成されたランプ挟持用リブにより、前記扁平ランプの管軸が水平になるように挟持され、かつ、前記扁平ランプの管軸方向から水平に出射した出射光が、前記導光板の入光面に対して直交する角度で入光するように配置されていることである。
【００１３】
本発明のバックライトユニットに係る第１の特徴は、前記扁平ランプは、管軸方向から水平に出射した出射光が、前記導光板の入光面の中央部に対して直交する角度で入光するように配置されていることである。
【００１４】
本発明のバックライトユニットに係る第１の特徴は、前記入光面を形成している導光板の厚さは、少なくとも前記扁平ランプの短軸の長さ以上であることである。
【００１５】
本発明のバックライトユニットに係る第１の特徴は、前記導光板は、発光面が水平で、この発光面に沿った板厚方向の断面積は、前記入光面が最大で、前記発光面に対向する底面が傾斜していることにより、該入光面から遠ざかるにしたがって漸次小さくなるように形成されていることである。
【００１６】
本発明のバックライトユニットに係る第１の特徴は、導光板の入光面に対向して配置した光源と、この光源を前記入光面との間に内包するように配置されたリフレクタとを有するサイドライト型のバックライトユニットであって、
前記リフレクタは、前記扁平ランプを水平方向に保持するランプ挟持用リブと、前記導光板に嵌合する先端部とを有することである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、導光板の入光面に対向する位置に、扁平ランプを入光面に対して所定の位置と姿勢で配置し、導光板の厚みを最適化することにより高輝度で薄型のバックライトユニットを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の一例を示すバックライトユニットの分解斜視図である。液晶表示装置の照明装置として用いているサイドライト(エッジライト)型のバックライトユニットは、液晶パネル（不図示）の下方に配置している。
【００２０】
バックライトユニット１は、アクリル樹脂製の導光板２の側端面である入光面２ａに、線状光源としての扁平ランプ３（蛍光ランプ）が配置されている。また、この扁平ランプ３を覆うようにして、断面がほぼＵ字状のリフレクタ４が、開放側を導光板２の入光面２ａに係合させて配置されている。このリフレクタ４には、扁平ランプ３を、扁平ランプ３の長軸が水平になるように姿勢を規制し、短軸方向を挟持して固定するランプ挟持用リブ５が形成されている。また、扁平ランプ３の両端の端子部３ａには、外周がほぼ真円形状に形成されているゴムホルダ６が、端子部３ａを包むように係合しており、このゴムホルダ６の外周は、リフレクタ４のＵ字状の内面に接している。
【００２１】
導光板２の上方には、順次、光学部品として、拡散シート７、レンズシート８および偏光シート９が配置され、その上方には額縁状のフロントフレーム１０が配置されている。
【００２２】
また、導光板２の下方には、反射シート１１が配置され、さらに、その下方にはバックフレーム１２が配置されている。このバックフレーム１２とフロントフレーム１０とは、各部を所定の配置で内部に収納した状態で結合され、全体を一体化してバックライトユニット１を形成している。
【００２３】
扁平ランプ３は、外部電極型でも、内部電極型でも任意に用いることができる。すなわち、図２（ａ）は、外部電極ランプの電極部の断面正面図で、（ｂ）は、その側面図である。また、図３（ａ）は、内部電極ランプの電極部の断面正面図で、（ｂ）は、その側面図である。なお、図２及び図３においては、同一機能部位には同一符号を付してその個々の説明を省略する。
【００２４】
図２（ａ）および（ｂ）に示したように、外部電極型の扁平ランプ３は、扁平のガラス管３ｂの外周面に外部電極１３ａが形成されている。一方、図３（ａ）および（ｂ）に示したように、内部電極型の扁平ランプ３は扁平のガラス管３ｂの内部に内部電極１３ｂが形成されている。内部電極１３ｂにはガラス管３ｂの外部へ延出した端子部３ａが形成されている。
【００２５】
扁平ランプ３のランプ特性は、図４（ａ）に示したように、測定方向によって輝度が異なる。なお、図４（ｂ）は、比較のために示した断面が円形状の従来ランプ（φ３Ｊ）の測定結果である。すなわち、図５に測定方向の説明図を示したように、測定方向（１）の場合、図４（ａ）および（ｂ）に示したように、従来ランプ（φ３Ｊ）と比べて、輝度を比較すると、輝度が９．２％向上している。これは、従来ランプの内径に比べて扁平ランプ３の短軸方向の短径が短く、紫外線強度の最も強い陽光柱の中心部から蛍光体までの距離が短くなるため、蛍光体に照射される紫外線強度が強く、自己吸収による紫外線損失の減少により輝度が高くなったと考えられる。
【００２６】
また、全光束は従来ランプ（φ３Ｊ）と比べて、９．７％向上した。扁平ランプ３は従来の断面が円形状のランプ（φ３Ｊ）を扁平形状に成形しているため、発光面積は同等であるから、全光束は等しくなるはずである。しかし、全光束が向上しているのは、陽光柱が絞られたため、ランプに印加される電力が増加したためと考えられる。
【００２７】
また、図６に、扁平ランプ３と従来の断面が円形状のランプとの、軸方向及び円周方向の輝度分布について比較したグラフを示す。グラフ中、線Ａは扁平ランプ３の（１）方向（図５における）の測定データ、線Ｂは扁平ランプ３の（２）方向（図５における）の測定データ、線Ｃは従来ランプの測定データである。
【００２８】
従来ランプ（φ３Ｊ）の軸方向特性はほとんど差がないが、扁平ランプ３の場合は、管径が一定でないために軸方向において差が出る傾向がある。円周方向については、従来ランプ（φ３Ｊ）のデータを挟んで測定方向により、輝度が高い値（扁平ランプ３の（１）方向）と低い値（扁平ランプ３の（２）方向）に測定値が分かれる。
【００２９】
次に、リフレクタ４による扁平ランプ３の挟持固体状態と、その挟持固定状態におけるリフレクタ４、扁平ランプ３および導光板２の相互の配置関係について説明する。
【００３０】
図７（ａ）は、リフレクタ４で扁平ランプ３を挟持した斜視図であり、（ｂ）は、その一部切開図である。また、図８は、リフレクタ４、扁平ランプ３および導光板２の相互の配置関係を示す断面図である。
【００３１】
すなわち、リフレクタ４は、プラスチック製で断面がほぼＵ字状に形成され、Ｕ字状の内壁に反射膜処理が施されている。Ｕ字状部位の先端部４ａは、導光板２の厚さ方向の面に密閉状に弾性的に嵌合している。なお、その場合、導光板２の下面側には反射シート１１が固定されているので、反射シート１１の形状に対応して、Ｕ字状部位の先端部４ａは、反射シート１１を含んで挟持するようにしたり、あるいは、導光板２の下面を直接挟持する。
【００３２】
また、Ｕ字状部位の内側には、Ｕ字状部位とほぼ平行に、断面がＵ字状のランプ挟持リブ５が形成されている。ランプ挟持リブ５の挟持部位は扁平ランプ３の短軸方向の寸法よりも僅かに小さく設定されており、それにより、扁平ランプ３を挟持する際には、扁平ランプ３を微小な圧力で弾性的に接触して挟持し、扁平ランプ３の姿勢を長軸方向(管軸方向)を水平に維持している。
【００３３】
また、ランプ挟持リブ５は、扁平ランプ３を挟持した状態で、導光板２の方向に対し、扁平ランプ３の長軸方向の長さより長く形成されている。それにより、導光板２と扁平ランプ３との接触を防止することができる。また、導光板２の入光面２ａに対し、常に、扁平ランプ３の長軸方向は、常に水平に固定されているため、扁平ランプ３の固定方向による光量のばらつきを抑止することができる。それにより、導光板２に対して安定した入光量を供給することができる。
【００３４】
これらのリフレクタ４、扁平ランプ３および導光板２の配置関係では、導光板２の中央部である仮想線で示した入光面２ａの水平方向のセンタ（水平軸）２ａ１、すなわち、導光板２の厚さＤの１／２の位置になる水平軸と、リフレクタ４のＵ字状部位の水平中心軸との位置が一致している。したがって、リフレクタ４のランプ挟持リブ５に水平方向に挟持されている扁平ランプ３の長軸も、リフレクタ４のＵ字状部位の中心軸との位置が一致している。
【００３５】
それにより、リフレクタ４、扁平ランプ３および導光板２は、それぞれの中央部になる中心軸（扁平ランプ３の場合は、長軸すなわち管軸）が一致している。この配置により、扁平ランプ３からの出射光を光学的に効率よく、導光板２に入光させることができる。
【００３６】
なお、扁平ランプ３を挟持して固定しているランプ挟持リブ５は、リフレクタ４との一体成型のものでも、あるいは、別パーツにより形成して、リフレクタ４に装着して用いてもよい。
【００３７】
また、扁平ランプ３の両端の端子部を係合しているゴムホルダ６は、扁平ランプ３の円周方向に対し外周をほぼ真円形状に形成されているので、扁平ランプ３自身が固定されても、ゴムホルダ６は矢印Ａ方向に回転自在なユニバーサルデザインとなっている。それにより、ゴムホルダ６は、リフレクタ４内部で接円状態となる。その結果、扁平ランプ３は少なくとも２箇所以上で支持されているため、ずれが生じることがない。しかも、円周方向にはフリーな状態となるため、扁平ランプ３を固定させたことによる、捩れ等の負荷が無く、扁平ランプ３が損傷することはない。
【００３８】
また、導光板２の入光面２ａに対する扁平ランプ３の対向する方向は、バックライトユニット１の仕様やスペースに応じて任意に設定することができる。すなわち、導光板２の入光面２ａに対向する方向を変える場合は、それに応じて、予めリフレクタ４を製造する際にランプ挟持リブ５の角度を変えればよい。
【００３９】
なお、上述のリフレクタ４は、断面がＵ字状部位の水平中心軸に対して、上下の反射面が対称に形成されていたが、用途によっては、Ｕ字状部位の水平中心軸に対して反射面を非対称に形成する場合がある。図９（ａ）および（ｂ）は、いずれも、反射面を非対称に形成した場合の、リフレクタ４、扁平ランプ３および導光板２の相互の配置関係を示す断面図である。
【００４０】
すなわち、図９（ａ）では、リフレクタ４Ａの反射面がＵ字状部位の水平中心軸に対し、上側が下側に比べてなだらかに形成されている。一方、図９（ｂ）では、リフレクタ４Ｂの反射面がＵ字状部位の水平中心軸に対し、下側が上側に比べてなだらかに形成されている。このいずれの場合でも、ランプ挟持用リブ５の水平方向の中心線（仮想線）は、導光板２の入光面２ａの水平方向のセンタ（水平軸）と、一致するようにリフレクタ４が形成されている。それにより、扁平ランプ３からの出射光を光学的に効率よく、導光板２に入光させることができる。
【００４１】
また、導光板２の厚みをランプ径よりも大きくする必要があるが、扁平ランプ３を用いることにより、導光板２の厚みも薄くすることができる。それにより、バックライトユニット１全体の厚さを薄くすることが可能になる。
【００４２】
また、上述の場合、導光板２は平板を用いたが、図１０に変形例の断面図を示す。すなわち、導光板２Ａは、発光面２ｂ(導光板２Ａの上面)が水平で、この発光面２ｂに沿った板厚方向の断面積は、入光面２ａが最大で、かつ、発光面２ｂに対向する底面２ｃが傾斜している。つまり、入光面２ａから遠ざかるにしたがって漸次小さくなるように形成されている導光板２Ａを用いることができる。
【００４３】
板厚方向の断面が平行で平板の導光板２では、光源である扁平ランプ３から遠いほど光量が減衰して暗くなり、それにしたがって、発光面２ｂの光むらが起こる。その対策として、板厚方向の断面積が入光面２ｂから漸次小さくなるように形成された導光板２Ａを用いると、導光板２Ａの底面２ｃでの反射角度が付与される。その結果、底面２ｃからの反射光も発光面２ｂに到達するようになる。それにより、発光面２ｂでの輝度の均一化が得られる。併せて、軽量化も図れるメリットがある。
【００４４】
（第２の実施形態）
図１１は、本発明の第２の実施形態の一例を示すバックライトユニット１Ａの分解斜視図である。この第２の実施形態は、第１の実施形態と、エッジライト(サイドライト)型バックライトユニット１の基本構成は同じであるが、扁平ランプ３Ａの形状が異なる。したがって、図１１において、図１と同一箇所には同一符号を付してその個々の説明を省略する。なお、図６においては、リフレクタ４は省略して図示していない。
【００４５】
第２の実施形態では、線状光源としての扁平ランプ３Ａが、第１の実施形態の場合のように直管の扁平ランプ３ではなく、Ｌ字状の屈曲した扁平ランプ３を用いている。
【００４６】
すなわち、第２の実施形態の場合は、導光板２の隣接する２側面に対向して、Ｌ字状の屈曲した扁平ランプ３を配置している。この場合も、扁平ランプ３Ａおよび導光板２は、それぞれの中心軸（扁平ランプ３Ａの場合は、長軸）が一致するように配置されている。それにより、扁平ランプ３Ａからの出射光を光学的に効率よく、導光板２に入光させることができる。
【００４７】
導光板２は、ランプからの入光面２ａを確保するために、導光板２の厚みをランプ径よりも大きくする必要があるが、扁平ランプ３Ａを用いることにより、例えば、扁平ランプ３Ａの短軸方向の短径を、１．６ｍｍのものを用いると、導光板２の厚みも、１．６ｍｍ近傍にすることができる。したがって、バックライトユニット１Ａ全体の厚さを薄くすることが可能になる。なお、導光板２は全体を薄くさせても、部分的に薄くさせても良い。
【００４８】
また、リフレクタ（不図示）については、上述の第１の実施形態で説明した事項が、Ｌ字状の屈曲した扁平ランプ３に対応して、そのまま該当するので、重複説明を避けるため、説明を省略する。
【００４９】
この場合も、導光板２の入光面２ａの水平方向のセンタ（水平軸）と、一致するように扁平ランプ３Ａが配置されているので、それにより、扁平ランプ３からの出射光を光学的に効率よく、導光板２に入光させることができる。
【００５０】
なお、本発明は上記の実施形態のそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施形態の一例を示すバックライトユニットの分解斜視図。
【図２】（ａ）は、外部電極ランプの電極部の断面正面図、（ｂ）は、その側面図。
【図３】（ａ）は、内部電極ランプの電極部の断面正面図、（ｂ）は、その側面図。
【図４】（ａ）は、扁平ランプのランプ特性データ、（ｂ）は、比較のために示した従来ランプのランプ特性データ。
【図５】ランプ特性データの測定方向の説明図。
【図６】扁平ランプと従来の断面が円形状のランプとの、軸方向及び円周方向の輝度分布について比較したグラフ。
【図７】（ａ）は、本発明のバックライトユニットでのリフレクタで扁平ランプを挟持した斜視図、（ｂ）は、その一部切開図。
【図８】本発明のバックライトユニットでのリフレクタ、扁平ランプおよび導光板の相互の配置関係を示す断面図。
【図９】（ａ）および（ｂ）は、いずれも、本発明のバックライトユニットでのリフレクタの反射面を非対称に形成した場合の、リフレクタ、扁平ランプおよび導光板の相互の配置関係を示す断面図。
【図１０】本発明のバックライトユニットでの導光板の変形例の断面図。
【図１１】本発明の第２の実施形態の一例を示すバックライトユニットの分解斜視図。
【符号の説明】
【００５２】
１、１Ａ…バックライトユニット、２、２Ａ…導光板、２ａ…入光面、３、３Ａ…扁平ランプ、４、４Ａ、４Ｂ…リフレクタ、４ａ…先端部、５…ランプ挟持用リブ、６…ゴムホルダ、７…拡散シート、８…レンズシート、９…偏光シート、１０…フロントフレーム、１１…反射シート、１２…バックフレーム
【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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