(57)【要約】【課題】走査線の間隔がランダムに変化する回転多面鏡を提供する。また、回転多面鏡の回転速度を高めなくても水面での油膜の検出確率を向上させることが可能な油膜検出装置を提供する。【解決手段】反射面３１ａは傾き角が０度（θ４ａ＝０）であり、反射面３１ｂは傾き角θ４ｂである。反射面３１ｃは傾き角θ４ｃであり、反射面３１ｄは傾き角θ４ｄであり、反射面３１ｅは傾き角θ４ｅであり、反射面３１ｆは傾き角θ４ｆである。そして、各々の傾き角は、θ４ｅ＜θ４ｄ＜０（θ４ａ）＜θ４ｂ＜θ４ｃ＜θ４ｆの関係である。反射面３１ａ〜３１ｆの走査する順番では、傾き角が順に変わるものではなく、アトランダムに変わる。言い換えると、反射面３１ａ〜３１ｆの傾き角θ４ａ〜θ４ｆは、ポリゴンミラー３１の回転方向に沿って増加と減少を繰り返す。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を中心に回転可能に構成され、複数の反射面を周面に有する回転多面鏡であって、
前記複数の反射面が前記回転軸に対して所定の傾き角をもって傾斜し、当該複数の反射面のうち隣り合う反射面同士の当該所定の傾き角は互いに異なり、かつ、当該回転多面鏡が回転する場合に当該複数の反射面のうちの特定の反射面が光を反射してから次に光を反射するまでの周期よりも短い周期で当該所定の傾き角が回転方向に沿って増加と減少を繰り返すことを特徴とする回転多面鏡。
【請求項２】
前記反射面は、前記回転方向に沿う前記所定の傾き角の前記増加または前記減少が連続することを特徴とする請求項１に記載の回転多面鏡。
【請求項３】
回転軸を中心に回転可能に構成され、複数の反射面を周面に有する回転多面鏡であって、
前記複数の反射面が前記回転軸に対して各々異なる傾き角をもって傾斜し、かつ、当該回転多面鏡が回転する場合に当該複数の反射面が光を反射して走査面に走査する走査線の間隔がランダムに変化するように配置されていることを特徴とする回転多面鏡。
【請求項４】
水面に検出光を反射させて油膜を検出する油膜検出装置であって、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の回転多面鏡を備え、当該回転多面鏡の反射面により反射される光を前記検出光として前記水面に走査することを特徴とする油膜検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転多面鏡及びこれを用いた油膜検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
油膜による光の反射率が水面による光の反射率よりも高いことに着目し、水面に光を照射してその反射光の強度を測定することで反射率を求め、これによって水面での油膜の有無を検出するという油膜検出方法が知られている。この方法を用いた装置としては、例えば特許文献１〜６に記載された油膜検出装置が知られている。これらの油膜検出装置での課題は、一般的に、水面の状態（水位の変動や波立ち、浮遊物の有無等）に影響されることなく、広範囲にわたって面積の小さな油膜であっても検出できることである。
【０００３】
具体的に説明すると、固定されている光源からのレーザ光等の検出光の水面に対する照射角度が一定である場合には、水位の変動や波立ち等が生じると、光源と水面との間の距離や反射光の方向が変わる。そのために、水面からの反射光が十分に受光部に受光されず、油膜の検出が困難になる。そのための対策としては、受光部自体を大型化したり受光部に集光するためのミラーを大型化したりして水面からの反射光を受光する受光面積を増やすことが考えられる。しかしながら、そのような対策では、油膜検出装置全体の大型化が避けられず、広い設置面積が必要となること等によって好ましくない。このような対策に代わるものとして、従来から種々の技術が提案されている。
【０００４】
例えば特許文献１及び特許文献２には、光源から水面に照射されるレーザ光の角度を機械的手段により一定周期で変化させる油膜検出装置が開示されている。更に、特許文献２では、水位変動に応じて検出手段（光源及び検出部）を上下に移動させ、光源と水面との距離を一定に保つ構造についても開示されている。
【０００５】
特許文献３には、光源からの光を凹レンズにより発散ビームとして水面に照射し、その反射光を回帰性のリフレクタにより反射させたときの水面からの再反射光を凹レンズを介して検出するようにした光学系を備えた油膜検出装置が開示されている。
特許文献４には、光源からのレーザ光を走査する回転ミラーとその周囲に配置された複数の反射ミラーとを備えた油膜検知器が開示されている。すなわち、これらの反射ミラーによりレーザ光を水面に対して複数方向から交差的に走査することにより、大口径の放物ミラー等を用いずに、あらゆる方向の波立ちや水面の角度に対して安定した受光を可能にするものである。
【０００６】
特許文献５には、複数の光源を環状に配置して水面にレーザ光を照射し、これらの反射光を受光することによって水面の波立ちや浮遊物の影響を低減する油膜検知器が開示されている。
特許文献６には、レーザ光の照射方向を可変とする振動式又は固定式ミラーを設け、これらのミラーを介した水面からの反射光を受光することにより、水面の波立ちや浮遊物の影響を低減する油膜検知器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１５３８００号公報
【特許文献２】特開２００３−１４９１４６号公報
【特許文献３】特開２００５−２４４１４号公報
【特許文献４】特開平１０−９０１７７号公報
【特許文献５】特開平１０−２１３５４１号公報
【特許文献６】特開２００３−１４９１３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献３〜６に開示された装置では、水位の変動に対しては、十分とはいえず、水位が大幅に変動した場合には、水面からの反射光が受光部から外れてしまうという問題があった。
【０００９】
また、特許文献１に開示された装置は、いわゆる「フロート式」と呼ばれるもので、検出器を水面に浮かせる浮遊方法を採用している。このような方式では、中位程度の波に対しては装置全体（フロート）の揺れが追従できず、また、設置場所の流れが速い場合には、係留ポイントに引っ張られて装置が傾いてしまうため、水面からの反射光が受光部から外れてしまうという問題があった。また、上述のような問題を回避するには装置全体（フロート）を大きく重くする必要があり、その場合には、メンテナンスのための引き上げにウインチが必要になるという問題があった。
【００１０】
さらに、特許文献２に開示された装置は、水位計と連動させて検出手段と水面との距離が一定になるように検出手段を昇降手段により上下に移動させる必要があるため、装置構成が複雑で、制御機構も複雑になるという問題があった。
【００１１】
本発明は、走査線の間隔がランダムに変化する回転多面鏡を提供すること及び回転多面鏡の回転速度を高めなくても水面での油膜の検出確率を向上させることが可能な油膜検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明が適用される回転多面鏡は、回転軸を中心に回転可能に構成され、複数の反射面を周面に有する回転多面鏡であって、前記複数の反射面が前記回転軸に対して所定の傾き角をもって傾斜し、当該複数の反射面のうち隣り合う反射面同士の当該所定の傾き角は互いに異なり、かつ、当該回転多面鏡が回転する場合に当該複数の反射面のうちの特定の反射面が光を反射してから次に光を反射するまでの周期よりも短い周期で当該所定の傾き角が回転方向に沿って増加と減少を繰り返すことを特徴とするものである。
【００１３】
ここで、前記反射面は、前記回転方向に沿う前記所定の傾き角の前記増加または前記減少が連続することを特徴とすることができる。
【００１４】
また、本発明が適用される回転多面鏡は、回転軸を中心に回転可能に構成され、複数の反射面を周面に有する回転多面鏡であって、前記複数の反射面が前記回転軸に対して各々異なる傾き角をもって傾斜し、かつ、当該回転多面鏡が回転する場合に当該複数の反射面が光を反射して走査面に走査する走査線の間隔がランダムに変化するように配置されていることを特徴とするものである。
【００１５】
さらに、本発明が適用される油膜検出装置は、水面に検出光を反射させて油膜を検出する油膜検出装置であって、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の回転多面鏡を備え、当該回転多面鏡の反射面により反射される光を前記検出光として前記水面に走査することを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、走査線の間隔がランダムに変化する回転多面鏡を提供すること及び回転多面鏡の回転速度を高めなくても水面での油膜の検出確率を向上させることが可能な油膜検出装置を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施の形態に係る油膜検出装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態に係る別の油膜検出装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】本実施の形態に係る照射部の構成例を示すブロック図である。
【図４】平行光出力部の構成例を示す図である。
【図５】平行光出力部の他の構成例を示す図である。
【図６】本実施の形態に係る走査部の構成例を示す図である。
【図７】ポリゴンミラーの傾き角を説明する図であり、（ａ）〜（ｆ）は、反射面を含む縦断面図であり、（ｇ）は、レーザ光を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る油膜検出装置Ｅ１の構成例を示すブロック図である。
同図に示す油膜検出装置Ｅ１は、液面に油膜が存在するときの光の反射率と存在しないときの光の反射率とが違うという性質を利用して、検出対象面である水面Ｗに油膜があるか否かを検出する装置である。この水面Ｗとしては、例えば浄水場や河川、湖沼等の水面を指すものであり、水面Ｗの位置が高くなったり低くなったり、また、水面Ｗが波立ったりするものである。
【００１９】
この油膜検出装置Ｅ１は、レーザ光Ｌ１を発光する発光手段の一例としてのレーザ光源１００と、レーザ光源１００により発光されたレーザ光Ｌ１を、所定の照射範囲を有する平行光として出力する第１の光学系の一例としての照射部２００と、を備えている。更に説明すると、照射部２００は、レーザ光Ｌ１を走査することにより所定の照射範囲を照射するレーザ光Ｌ２を出力する。レーザ光Ｌ２は、レーザ光Ｌ２の光路上流側での照射範囲（ビーム群の横断面積）と光路下流側での照射範囲（ビーム群の横断面積）との大きさの差が無い乃至ほとんど無いいわゆる平行光である。
なお、本明細書で平行光というときには、１本のレーザ光を走査することによりビーム群に構成された光の照射範囲（横断面積）が光路上の位置によって実質的に変わりがないレーザ光をいうものとする。
【００２０】
また、油膜検出装置Ｅ１は、水面Ｗに照射するレーザ光Ｌ３の光軸と水面Ｗで反射したレーザ光Ｌ４の光軸とが同軸となるようにレーザ光Ｌ３，Ｌ４を導く第２の光学系の一例としての同軸落射部３００と、同軸落射部３００からのレーザ光Ｌ５を受光する受光手段の一例としての受光部４００と、を備えている。この同軸落射部３００は、入射した光の一部を反射して残りを透過させる部分透過鏡の一例としてのハーフミラー３１０を有する。このハーフミラー３１０は、反射光と透過光の強さがほぼ等しくなるように形成されている板状部材である。
更に説明すると、同軸落射部３００は、照射部２００からのレーザ光Ｌ２をハーフミラー３１０に反射させ、その反射光であるレーザ光Ｌ３を水面Ｗに全反射するように導き、かつ、水面Ｗで全反射したレーザ光Ｌ４をハーフミラー３１０に透過させ、その透過光であるレーザ光Ｌ５を受光部４００に受光されるように導く。レーザ光Ｌ４は、レーザ光Ｌ３の入射角に等しい角度で水面Ｗから反射していく。すなわち、レーザ光Ｌ３の入射角とレーザ光Ｌ４の反射角とは互いに等しい。
【００２１】
このように、照射部２００は、水面Ｗの油膜検知に用いる検出光を、所定の範囲を照射する平行光として出力するように構成されている。そして、同軸落射部３００は、検出光をハーフミラー３１０を介して水面Ｗに全反射させ、その全反射した検出光をハーフミラー３１０を介して受光部４００に向かわせるように構成されている。
このため、検出光を広い範囲に照射することが可能であり、水面Ｗの高さが変動して油膜検出装置Ｅ１に対する距離が変わっても、受光部４００による油膜検出に必要な検出光の受光に影響を受けず、また、水面Ｗが波立ったりしても、同様に、油膜検出に必要な検出光の受光に影響を受けない。
【００２２】
また、油膜検出装置Ｅ１は、受光部４００が受光したレーザ光Ｌ５を所定の信号に変換することでレーザ光Ｌ５の強度情報を得て水面Ｗの反射率を演算する演算手段の一例としての演算部５００と、演算部５００による演算結果を基に、水面Ｗに油膜が存在するか否かを判断する判断手段の一例としての判断部６００と、判断部６００により水面Ｗに油膜が存在するとの判断がされるとユーザに通知する通知手段の一例としての通知部７００と、を備えている。
【００２３】
ここで、レーザ光源１００としては、図示しないレーザダイオードと、レーザダイオードに所定の電圧が印加されるように制御する図示しない駆動回路と、で構成する例が考えられる。
また、照射部２００の構成例については後述する。
【００２４】
また、同軸落射部３００の構成については上述したとおりである。
また、受光部４００としては、レーザ光Ｌ５を集光するための図示しない集光レンズと、集光した光の強度に応じた電気信号に変換する図示しないフォトダイオードと、で構成する例が考えられる。
【００２５】
また、演算部５００及び判断部６００としては、予め定められた動作制御プログラム（ファームウェア）に従ってデジタル演算処理を実行する図示しないＣＰＵ(Central Processing Unit)と、ＣＰＵの作業用メモリ等として用いられる図示しないＲＡＭ(Random Access Memory)と、ＣＰＵにより実行される処理プログラムや処理プログラムにて用いられる各種のデータが格納される図示しないＲＯＭ(Read Only Memory)と、で構成する例が考えられる。
また、通知部７００としては、ユーザに対して視覚的に通知する図示しない表示画面で構成する例が考えられ、また、汎用の通信手段にて遠隔のユーザに通知するための通信インターフェースで構成する例が考えられる。
【００２６】
図２は、本実施の形態に係る別の油膜検出装置Ｅ２の構成例を示すブロック図である。なお、油膜検出装置Ｅ２の基本的な構成は、上述した油膜検出装置Ｅ１（図１参照）と共通するため、同じ構成には同じ符号を用い、また、その説明を省略することがある。
同図に示す油膜検出装置Ｅ２は、レーザ光源１００、照射部２００、同軸落射部３００、受光部４００、演算部５００、判断部６００及び通知部７００を備えている。同軸落射部３００は、ハーフミラー３１０を有する。このような油膜検出装置Ｅ２の構成は、油膜検出装置Ｅ１と共通する。
【００２７】
ここで、油膜検出装置Ｅ２が油膜検出装置Ｅ１と相違する構成について具体的に説明する。油膜検出装置Ｅ２が備える同軸落射部３００は、ハーフミラー３１０を透過して水面Ｗに検出光を照射すると共にハーフミラー３１０で反射して受光部４００に検出光を入射する点で、ハーフミラー３１０で反射して水面Ｗに検出光を照射すると共にハーフミラー３１０を透過して受光部４００に検出光を入射する油膜検出装置Ｅ１が備える同軸落射部３００と異なる。
【００２８】
すなわち、油膜検出装置Ｅ２が備える同軸落射部３００では、水面Ｗを照射するレーザ光Ｌ３はハーフミラー３１０を透過したものであり、受光部４００に受光されるレーザ光Ｌ５はハーフミラー３１０で反射したものである。言い換えると、油膜検出装置Ｅ２が備える同軸落射部３００では、照射部２００からのレーザ光Ｌ２をハーフミラー３１０に透過させ、その透過光であるレーザ光Ｌ３を水面Ｗに全反射するように導き、かつ、水面Ｗで全反射したレーザ光Ｌ４をハーフミラー３１０に反射させ、その反射光であるレーザ光Ｌ５を受光部４００に受光されるように導く。
【００２９】
図３は、本実施の形態に係る照射部２００の構成例を示すブロック図である。なお、本実施の形態に係る照射部２００は、油膜検出装置Ｅ１に適用することが可能であり、また、油膜検出装置Ｅ２に適用することも可能である。
同図に示すように、本実施の形態の照射部２００は、レーザ光源１００により発光されたレーザ光Ｌ１を二次元に走査する走査光学系の一例としての走査部８００と、走査部８００により二次元に走査されて成るレーザ光（ビーム群）Ｌ８の向きを変えて平行光にしてレーザ光Ｌ２を出力する照射光学系の一例としての平行光出力部９００と、を備えている。
【００３０】
更に説明すると、レーザ光Ｌ１は、走査部８００により二次元に走査されることで、連続的に振られるように順次光路が変えられる。このように光路が変えられてなるレーザ光Ｌ８は、１本のレーザ光Ｌ１のビーム径よりも広い領域を通過していく。
また、レーザ光Ｌ８は、走査部８００によって角度を付けて走査される。すなわち、レーザ光Ｌ８は、走査部８００によって拡散する方向に向くように光路が変えられる。このため、レーザ光Ｌ８が通過する領域の面積は、光路下流（図３における左の方向）に行くに従って大きくなる。
【００３１】
拡散しながら進むレーザ光Ｌ８は、通過する領域の面積が光路下流に行っても増加ないし減少しないように、平行光出力部９００によって更に光路が変えられる。このように平行光出力部９００によって光路が変えられて平行に進むレーザ光Ｌ２は、上述した同軸落射部３００（図１又は図２参照）に導かれる。
【００３２】
次に、走査部８００及び平行光出力部９００の構成例について説明する。
図４は、平行光出力部９００の構成例を示す図である。
同図に示す平行光出力部９００は、いわゆるオフセットパラボラを採用した構成であり、走査部８００からのレーザ光Ｌ８を放物面鏡を用いて平行光に変換している。具体的に説明すると、同図に示す平行光出力部９００は、放物曲面２１の内面２１ａに小さい平面鏡２２を多数並べた凹面鏡の一例としての反射鏡２０を備えている。
【００３３】
この反射鏡２０は、一般的な放物曲面の一部のみを用いた楕円形状であり、焦点ｆを有する。この焦点ｆに、走査部８００により走査されるレーザ光Ｌ８の走査中心が位置するようにレイアウトされている。更に説明すると、焦点ｆは、オフセットされた位置に存在する。すなわち、焦点ｆは、レーザ光Ｌ２の光路以外の位置に存在している。したがって、焦点ｆに位置する走査部８００により、レーザ光Ｌ２が遮られることがなく、幅広い範囲について油膜検出することが可能になる。
【００３４】
ビーム群としてのレーザ光Ｌ８は、次第に拡がっており、光路下流側での照射範囲が光路上流側での照射範囲よりも大きい。ところが、反射鏡２０の平面鏡２２で反射すると、レーザ光Ｌ２は、光路上流側での照射範囲と光路下流側での照射範囲との大きさの差がない。このように、反射鏡２０は、レーザ光Ｌ２を拡散させないように、走査部８００からのレーザ光Ｌ８の向きを平行にするように作用する。
【００３５】
また、上述したように、反射鏡２０には、複数の平面鏡２２が配列されている。このため、レーザ光Ｌ８を構成するレーザビームの各々は、反射鏡２２により反射したときにビーム径は変わらない。更に説明すると、レーザ光Ｌ８を構成するレーザビームの各々を、放物曲面２１の内面２１ａで反射させると、ビーム径が拡がってしまう。ビーム径が変わるレーザ光を検出光として用いると、水面Ｗ（図１又は図２参照）の位置が変わることによって受光部４００の受光に影響が及んでしまう。ところが、本実施の形態では、レーザ光Ｌ８を平面鏡２２で反射させるので、ビーム径が拡がらず、レーザ光Ｌ２のビーム径は変わらないので、そのような影響が及ばない。
【００３６】
図５は、平行光出力部９００の他の構成例を示す図である。
同図に示す平行光出力部９００は、焦点ｆがオフセットしていない構成である点で、図４に示す構成と異なる。焦点ｆがオフセットしていない場合には、上述したように、走査部８００により、レーザ光Ｌ２が遮られることから、油膜検出ができる範囲は、いわゆるドーナツ型になる。しかしながら、このような構成であっても、所定の範囲についての油膜検出することが可能である。また、このような構成は、装置の小型化のために焦点ｆをオフセットの位置に配置できない場合に採用することが考えられる。
【００３７】
図６は、本実施の形態に係る走査部８００の構成例を示す図である。図７は、ポリゴンミラー３１の傾き角を説明する図であり、（ａ）〜（ｆ）は、反射面３１ａ〜３１ｆを含む縦断面図であり、（ｇ）は、レーザ光Ｌ８を説明する図である。
図６に示す走査部８００は、いわゆる傾きポリゴンミラーを採用した構成であり、レーザ光源１００からのレーザ光Ｌ１を走査している。具体的に説明すると、同図に示す走査部８００は、６面の反射面３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ，３１ｆを有する回転多面鏡の一例としてのポリゴンミラー３１を備えている。このポリゴンミラー３１は、回転軸３２を中心にして回転するように構成されている。付言すると、走査部８００は、ポリゴンミラー３１を回転駆動する図示しないポリゴンモータと、ポリゴンモータの駆動を制御する図示しない制御部と、を備えている。
【００３８】
ポリゴンミラー３１の反射面３１ａ〜３１ｆは、回転軸３２に対して傾斜して形成されている。すなわち、反射面３１ａ〜３１ｆは、回転軸３２に対する傾き角が互いに異なる。そして、レーザ光Ｌ１は、反射面３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ，３１ｆの順に入射する。このため、レーザ光Ｌ１は、一方向に回転駆動されるポリゴンミラー３１の反射面３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ，３１ｆに入射し、その反射光が、図７の（ａ）〜（ｆ）に示すように、レーザ光Ｌ８ａ，Ｌ８ｂ，Ｌ８ｃ，Ｌ８ｄ，Ｌ８ｅ，Ｌ８ｆとなる。
【００３９】
図７に示すように、反射面３１ａは傾き角が０度（θ４ａ＝０）であり、反射面３１ｂは傾き角θ４ｂである。反射面３１ｃは傾き角θ４ｃであり、反射面３１ｄは傾き角θ４ｄであり、反射面３１ｅは傾き角θ４ｅであり、反射面３１ｆは傾き角θ４ｆである。そして、各々の傾き角は、θ４ｅ＜θ４ｄ＜０（θ４ａ）＜θ４ｂ＜θ４ｃ＜θ４ｆの関係である。このように、傾き角の大きい順に反射面３１ａ〜３１ｆが走査するものではない。反射面３１ａ〜３１ｆの走査する順番では、傾き角が順に変わるものではなく、アトランダムに変わる。言い換えると、反射面３１ａ〜３１ｆの傾き角θ４ａ〜θ４ｆは、ポリゴンミラー３１の回転方向に沿って増加と減少を繰り返す。このため、図７の（ｇ）に示すように、ポリゴンミラー３１の走査によって平行光出力部９００に向かうレーザ光Ｌ８ａ〜Ｌ８ｆの順番に、上から配列されるものではなく、バラバラである。したがって、この変形例によれば、ポリゴンミラー３１の回転速度を高めなくても水面Ｗ（図１又は図２参照）での油膜の検出確率を向上させることが可能になる。
【符号の説明】
【００４０】
２０…反射鏡、２１…放物曲面、２１ａ…内面、２２…平面鏡、３２…回転軸、１００…レーザ光源、２００…照射部、３００…同軸落射部、３１０…ハーフミラー、４００…受光部、５００…演算部、６００…判断部、７００…通知部、８００…走査部、９００…平行光出力部、Ｅ１，Ｅ２…油膜検出装置、ｆ…焦点、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ８，Ｌ８ａ，Ｌ８ｂ，Ｌ８ｃ，Ｌ８ｄ，Ｌ８ｅ，Ｌ８ｆ…レーザ光、Ｗ…水面、θ４ｂ，θ４ｃ，θ４ｄ，θ４ｅ，θ４ｆ…傾き角
【図１】
2013190442.tif 000003
【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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