(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレーザダイオードチップを一列に等間隔に配置してなるＬＤアレイと、このＬＤアレイのＯＮ／ＯＦＦを制御する制御手段と、前記レーザダイオードチップからの出射光を集光する前記ＬＤアレイの長手方向と平行な方向に母線を配した第１のシリンドリカルレンズと、前記第１のシリンドリカルレンズの母線と直交する方向に母線を配した第２のシリンドリカルレンズとを有し、前記レーザダイオードチップの長手方向と前記ＬＤアレイの長手方向が平行であるパターンニング装置であって、前記レーザダイオードチップの夫々からの出射光の結像が記録体上で前記バー幅方向に前記結像のピッチの２倍以上の長さに拡大されるようにスムージング用シリンドリカルレンズを備えたことを特徴とするパターンニング装置。
【請求項２】
第１のシリンドリカルレンズの凸面と第２のシリンドリカルレンズの凸面とが同じ向きとしていることを特徴とする請求項１記載のパターンニング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＤ、ＤＶＤやＩＤカードのアルミ蒸着膜等の金属皮膜にレーザ光を照射してバーエレメント幅数μｍの微細なバーコードを形成するパターンニングの処理を行うパターンニング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
記録体のアルミ蒸着膜へのパターンニング装置の従来例を図１１に示す。従来のパターンニング装置は、図１１に示すように、記録体２にレーザ光を照射するレーザ光出射手段と、記録体をバー読取方向ｂに移動させる移動手段４９と、バーコードの情報を持ちそれに基づいてレーザ光の出射を制御する図示しない制御手段とを有する。
【０００３】
レーザ光出射手段は、レーザ光を発振するＹＡＧレーザ媒体４１と、これに励起光を照射して励起するランプ４２と、このランプ４２からの励起光をＹＡＧレーザ媒体４１の中心線上に集光する励起光学系４８と、ＹＡＧレーザ媒体４１の光軸上の後側に配設したレーザ光を全反射するリアミラー４３と、ＹＡＧレーザ媒体４１の光軸上の出射側に配設したＱスイッチ素子４５と、レーザ光を一部透過し残りを反射してＹＡＧレーザ媒体４１を発振させる出力ミラー４４と、この出力ミラー４４から出射されたレーザ光を記録体２にバー幅方向ａのラインとなるように集光する光学系４７とを有する。
【０００４】
制御手段は、バーコードの情報に基づき、ランプ４２を点灯させる直流電源５０と、Ｑスイッチ素子４５への電圧印加をＯＮ／ＯＦＦする高周波回路５１とを有し、この両者を制御してレーザ光を出射させる。
【０００５】
一般にランプ４２を数十μ秒の時間単位でＯＮ／ＯＦＦ制御することは困難であるので、ランプ４２を直流電源５０により連続点灯させてＹＡＧレーザ媒体４１を励起してポンピングしつつ、ＹＡＧレーザ媒体４１の光軸上に配設されたＱスイッチ素子４５を用いて、このＱスイッチ素子４５へ印加する高周波回路５１からの印加電圧を制御することにより、その透過率を変化させることによってレーザ光出射のＯＮ／ＯＦＦを制御するのである。
【０００６】
次に、パターンニングの手順を説明する。
【０００７】
ランプ４２を連続点灯させてＹＡＧレーザ媒体４１を励起してポンピングし、高周波回路５１をＯＮにすると、Ｑスイッチ素子４５への印加電圧がＯＮのとき、Ｑスイッチ素子４５がレーザ光を封じ込め、印加電圧がＯＦＦのとき、前記Ｑスイッチ素子４５がレーザ光を透過することにより出力ミラー４４を通して瞬間的なパルスとして一気に出射する。このＱスイッチ素子４５により、ポンピングされたレーザ光を瞬間的なパルスとして一気に出射することを以降Ｑ動作と称することがある。出射されたレーザ光は、光学系４７によって記録体２にバー方向ａのラインとなるように集光され、表面のアルミ蒸着膜を蒸発させてバーエレメントを形成する。制御手段は、バーコードの情報に基づき、この印加電圧のＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、パルス間の時間を変えることができる。以上の動作を繰り返し、この出力ミラー４４を透過したレーザ光をシリンドリカルレンズ等を含む光学系４７でバー幅方向ａのラインとなるように集光し、移動手段４９によりバー読取方向ｂに移動させられる記録体２のアルミ蒸着膜上にパターンニングする。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のパターンニング装置では、下記の２つの問題がある。
【０００９】
第１の問題点は、一般にＹＡＧレーザ媒体４１の中心線上で最も励起光の強度が大きくなるように励起光学系４８が構成されているので、ＹＡＧレーザ媒体４１からの出射光は、図１２（ａ）に示す図１１のＡ−Ａ断面のように、その中心線上で最高強度となりこの中心線から離れるにつれ徐々に強度が小さくなる強度分布を示す。このようなレーザ光を光学系４７によってラインとなるように集光すると、図１２（ｂ）に示す図１１のＢ−Ｂ断面のように、一つのバーエレメントの中央部から両端部に向かって照射量が徐々に低下し、バーエレメントの太さが不均一になるので、バーコードリーダによる読み取りが困難になることである。
【００１０】
第２の問題点は、上記に説明したように、ＹＡＧレーザ媒体４１はランプ３２により連続して励起されポンピングされるので、Ｑスイッチへ印加している高周波回路５１のＯＦＦまでの時間が変化すると、出射前にポンピングされて蓄積されたレーザ光量が変化してしまい、特にその時間が長くなると、図１３に示すように、Ｑ動作により発生するレーザ光の強度が所望のものよりかなり大きなものとなり、所望のものより幅の大きなバーエレメントが形成されてしまい、パターンニング不良となることである。
【００１１】
本発明は、かかる問題を解決するため、金属皮膜等の記録体に、バーエレメントの場所による太さのムラが無く、バーエレメントの太さの再現性のよい微細なバーコードパターンを形成することができるパターンニング装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願発明のパターンニング装置は、上記目的を達成するため、複数のレーザダイオードチップを一列に等間隔に配置してなるＬＤアレイと、このＬＤアレイのＯＮ／ＯＦＦを制御する制御手段と、前記レーザダイオードチップからの出射光を集光する前記ＬＤアレイの長手方向と平行な方向に母線を配した第１のシリンドリカルレンズと、前記第１のシリンドリカルレンズの母線と直交する方向に母線を配した第２のシリンドリカルレンズとを有し、前記レーザダイオードチップの長手方向と前記ＬＤアレイの長手方向が平行であるパターンニング装置であって、前記レーザダイオードチップの夫々からの出射光の結像が記録体上で前記バー幅方向に前記結像のピッチの２倍以上の長さに拡大されるようにスムージング用シリンドリカルレンズを備えたことを特徴とする。
【００１３】
本願発明のパターンニング装置によれば、一列に等間隔に配置したＬＤチップからの出射光が前記ＬＤアレイの長手方向と平行な方向に母線を配した第１のシリンドリカルレンズと、前記第１のシリンドリカルレンズの母線と直交する方向に母線を配した第２のシリンドリカルレンズとにより、ＬＤアレイの長手方向とこれに直交する方向とに集光されたバーエレメントを形成することができる。又、ＬＤチップは数十μ秒程度の所望の時間でＯＮ／ＯＦＦさせることができるので、バーコードを構成する各バーエレメントを所望の太さと間隔とにすることができる。又、ＬＤチップの夫々からの出射光の結像が記録体上で前記バー幅方向に前記結像のピッチの２倍以上の長さに拡大されるようにスムージング用シリンドリカルレンズを備えているので、ＬＤチップが個々に故障しても、その両隣のＬＤチップが正常ならば、連続線の途切れないバーエレメントを形成することができる。
【００１４】
本願発明のパターンニング装置において、第１のシリンドリカルレンズの凸面と第２のシリンドリカルレンズの凸面とが同じ向きとすることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。
【００２５】
本発明のパターンニング装置の第１の実施形態は、図１に示すように、膜厚０．１μｍのアルミ蒸着膜を形成した記録体２にレーザ光をバー幅方向ａのラインとなるように集光するレーザ光出射手段１と、記録体２をバー読取方向ｂに一定速度で移動させる移動手段３と、バーコードの情報を持ちそれに基づいてレーザ光の出射を制御する制御手段４とを有する。
【００２６】
レーザ光出射手段１は、入射側から出射側に向けて順に、波長８０９ｎｍのレーザ光を発振する出力０．１Ｗのレーザダイオードチップ（ＬＤチップ）５を５０個バー幅方向ａに一列に配置したＬＤアレイ６と、レーザ光を記録体２に集光する光学系を構成する２個の凸状のシリンドリカルレンズ８、９及び凹状のスムージング用シリンドリカルレンズ７とが光軸上に固定され鏡筒１０に収納されている。  ＬＤアレイ６は、図２に示すように、夫々のＬＤチップ５の出射部の長手方向がＬＤアレイ６の長手方向に向くように等間隔に配置され、全てのＬＤチップ５が同時にＯＮ／ＯＦＦされるように構成されている。
【００２７】
光学系は、図３に示すように、夫々のＬＤチップ５からの出射光を、互いに直行した方向に母線を配した２個のシリンドリカルレンズ８、９で結像することができ、更にバー読取方向ｂに母線を配したスムージング用シリンドリカルレンズ７を付加して、夫々のＬＤチップ５からの出射光の結像が前記バー読取方向ｂにのみこの結像のピッチの２倍となるようにスムージングすることにより、ＬＤアレイ６からの結像をバー幅方向ａの連続線とすることができる。
【００２８】
制御手段４は、バーコードの情報に基づきＬＤアレイ６のＯＮ／ＯＦＦを数十μ秒の時間単位で下記のように制御する。
【００２９】
すなわち、バーエレメント形成時のＬＤアレイ６の点灯時間をｔ1 、このバーエレメントの太さのｎ倍の太さをもつバーエレメントを形成するときのＬＤアレイ６の点灯時間をｔ2 、集光されたレーザ光のバー読取方向ｂの長さをｗ、移動手段３のレーザ光集光点に対する移動速度をｖ、バー形成周期をＴ、バーエレメントのデューティ比をｄとするとき、バーエレメント幅をＤとすると、
図４に示すように、前記点灯時間ｔ1 、ｔ2 が下記関係式、
Ｄ＝ｄ×Ｔ×ｖ＝ｗ＋ｔ2 ×ｖ＝ｎ×（ｗ＋ｔ1 ×ｖ）、
を満たすように各バーエレメントに対するＬＤアレイ６のＯＮ／ＯＦＦを制御する。
【００３０】
上記構成により、ＬＤアレイ６のＯＮ／ＯＦＦを制御し、レーザ光を前記光学系でバー幅方向ａのラインとなるように集光し、移動手段３によりそのラインに直角なバー読取方向ｂに一定速度で移動させられる記録体２のアルミ蒸着膜上に所望のバーコードをパターンニングすることができる。
【００３１】
得られたバーエレメントの例は、前記長さｗが４０μｍ、前記移動速度ｖが１００ｍｍ／ｓ、バー形成周期Ｔが２０００μｓであるときに、前記点灯時間ｔ1 、ｔ2 を夫々１００μｓ、６００μｓとすると、細い方のバーエレメントのデューティ比ｄが０．２５となり、２種類のバーエレメントはバーエレメント幅Ｄが夫々５０μｍ、１００μｍ（ｎ＝２）、バーピッチが２００μｍとなった。なお、バーエレメント長さすなわちバー幅長さは３ｍｍであった。
【００３２】
又、光学系にスムージング用シリンドリカルレンズ７を付加することにより、ＬＤチップ５の夫々からの出射光の結像が、記録体２上でバー幅方向ａに結像のピッチの２倍以上の長さに拡大されるので、ＬＤチップ５が個々に故障しても、その両隣のＬＤチップが正常ならば、連続線の途切れないバーエレメントを形成することができる。
【００３３】
上記実施形態において、ＬＤアレイ６からの結像を連続線とするためには、スムージング用シリンドリカルレンズ７を、夫々のＬＤチップ５からの出射光の結像がバー幅方向ａにその結像の１ピッチ以上に拡大されるように構成すればよい。
【００３４】
以下に本発明の他の実施形態を説明するが、上記第１の実施形態のものと同じものや説明済のものは、それらと同じ符号で示し、細かい説明を省略する。
【００３５】
本発明のパターンニング装置の第２の実施形態は、図５、図６に示すように、記録体２にレーザ光をバー幅方向ａのラインとなるように集光するレーザ光出射手段１１と、記録体２をバー読取方向ｂに一定速度で移動させる移動手段３と、バーコードの情報を持ちそれに基づいてレーザ光の出射を制御する制御手段１２とを有する。
【００３６】
レーザ光出射手段１１は、入射側から出射側に向けて順に、５０個のＬＤチップ５をバー幅方向ａに一列に配置したＬＤアレイ６と、ＬＤアレイ６からのレーザ光をＹＡＧレーザ媒体１６の励起レーザ光として集光する励起光学系を構成するロッドレンズ１３及びシリンドリカルレンズ１４と、レーザ発振系を構成するリアミラー１５、ＹＡＧレーザ媒体１６、Ｑスイッチ素子１７及び出力ミラー１８と、ＹＡＧレーザ媒体１６から出射されたレーザ光を記録体２に集光する非球面レンズ１９とが光軸上に固定され鏡筒２０に収納されている。
【００３７】
励起光学系は、ＬＤアレイ６のバー幅方向ａに母線を配したロッドレンズ１３と、これに直角なバー読取方向ｂに母線を配したシリンドリカルレンズ１４とを有し、ＬＤアレイ６からの励起レーザ光をリアミラー１５を通してＹＡＧレーザ媒体１６の入射側端面に集光して端面励起させる。
【００３８】
レーザ発振系は、ＬＤアレイ６からの波長８０９ｎｍの励起レーザ光を全透過しＹＡＧレーザ媒体１６が発振する波長１０６４ｎｍのレーザ光を全反射するリアミラー１５と、ＹＡＧレーザ媒体１６と、レーザ発振をＯＮ／ＯＦＦするＱスイッチ素子１７と、波長１０６４ｎｍのレーザ光を一部透過する出力ミラー１８とを有し、出射側端面から波長１０６４ｎｍのレーザ光を出射する。
【００３９】
制御手段１２は、バーコードの情報に基づき、ＬＤアレイ６のＯＮ／ＯＦＦと、このＬＤアレイ６のＯＦＦ動作に同期させたＱスイッチ素子１７の動作とを数十μ秒の時間単位で制御する。
上記構成により、励起レーザ光をＹＡＧレーザ媒体１６の入射側端面にバー幅方向ａのラインとなるように集光して、ＹＡＧレーザ媒体１６を端面励起させるので、位相が揃い平行度が著しく優れたレーザ光を発振することができ、光学系によりその回折限界近くまで集光することができる。そしてＬＤアレイ６のＯＮ／ＯＦＦを制御して、所望量だけポンピングして、Ｑスイッチ素子１７によりＱ動作させるので、強度の揃った瞬間的なパルス状のレーザ光を出射することができる。従って、バーエレメント幅が数μｍ程度のマイクロバーエレメントを高速に形成することができる。
【００４０】
得られたバーエレメントの例は、バーエレメント幅が４μｍ、バーピッチが４０μｍとなった。なお、バーエレメント長さは２００μｍであった。
【００４１】
上記実施形態において、レーザ発振系からリアミラー１５を除き、ＹＡＧレーザ媒体１６の入射側端面を平滑かつ光軸に垂直に研磨し、この面に波長８０９ｎｍの励起レーザ光を全透過し波長１０６４ｎｍのレーザ光を全反射するコーティングを施してもよい。
【００４２】
又、上記実施形態において、Ｑスイッチ素子１７と出力ミラー１３との間の光軸上に、非線形光学結晶素子２１を付加して、ＹＡＧレーザ媒体１６からのレーザ光の周波数を逓倍して高調波を発生させ、図１０に示すように、銅、ニッケルが吸収し易い波長５３２ｎｍのグリーン光や銀が吸収し易い波長３５５ｎｍの紫外光にして出射することにより、銀、銅、ニッケル等の皮膜上に容易にパターンニングすることもできる。
【００４３】
本発明のパターンニング装置の第３の実施形態は、図７、図８に示すように、記録体２にレーザ光をバー幅方向ａのラインとなるように集光すると共に記録体２からの反射光を検出するレーザ光出射手段２３と、記録体２をバー読取方向ｂに一定速度で移動させる移動手段３と、バーコードの情報と記録体２からの反射光の強度とに基づいてレーザ光の出射を制御する制御手段２４とを有する。
【００４４】
レーザ光出射手段２２は、５０個のＬＤチップ５をバー幅方向ａに一列に配置したＬＤアレイ６と、励起光学系を構成するロッドレンズ１３及びシリンドリカルレンズ１４と、レーザ発振系を構成するＹＡＧレーザ媒体２５、及び出力ミラー１８と、非球面レンズ１９とが入射側から出射側に向けて前記順序で光軸上に固定され、レーザ光検出系を構成する偏光ビームスプリッタ２６及びλ／４板２７が、この順序でＹＡＧレーザ媒体２５と出力ミラー１８との間の光軸上に配設され、前記偏光ビームスプリッタ２６の反射面から前記光軸の側方に分岐される反射光を受光する受光素子２８が鏡筒３０の側方に配設され、それら全てが鏡筒３０に固定され収納されている。なお、ＬＤアレイ６において、各ＬＤチップ５ｂからの励起レーザ光がバー読取方向ｂに偏光するように全ＬＤチップ５ｂが配置されている。
【００４５】
励起光学系は、ＬＤアレイ６からの励起レーザ光を、ロッドレンズ１３とシリンドリカルレンズ１４とで、ＹＡＧレーザ媒体２５の入射側端面に集光して端面励起させる。
【００４６】
レーザ発振系は、ＬＤアレイ６からの波長８０９ｎｍの励起レーザ光を全透過しＹＡＧレーザ媒体１６が発振する波長１０６４ｎｍのレーザ光を全反射するコーティングを片面に施したＹＡＧレーザ媒体２５と、波長１０６４ｎｍのレーザ光を一部透過する出力ミラー１８とを有し、出射側に波長１０６４ｎｍのレーザ光を出射する。
【００４７】
レーザ光検出系は、バー読取方向ｂに偏光した入射レーザ光を、偏光ビームスプリッタ２６が全透過し、λ／４板２７を１回通過させ記録体２に反射させてもう１回λ／４板２７を通過させることにより、その偏光方向が光軸回りに９０度回転してバー幅方向ａに偏光した反射レーザ光にして、偏光ビームスプリッタ２６の反射面でほぼ全反射させて、受光素子２８に入射させる。このことにより、記録体２へのレーザ光の照射強度を検出することができる。
【００４８】
制御手段２４は、バーコードの情報に基づき、ＬＤアレイ６のＯＮ／ＯＦＦ動作を数十μ秒の時間単位で制御すると共に、受光素子２８が受光した記録体２からの反射光の強度をモニターしたり、これに基づいてＬＤアレイ６への供給電力を調整したりして、パターンニングを制御することができる。又、既にバーコードが形成されている記録体２を、アルミ蒸着膜が損傷しない程度の弱い連続光を照射して走査することにより、その記録済バーコードを読み出すこともできるように構成されている。
【００４９】
上記実施形態において、制御手段２４に、受光素子２８が受光した反射光の強度の時間変化を記録し、それに基づいて記録体２に自動的に焦点を合わせるオートフォーカス手段を設けることもできる。
【００５０】
本発明のパターンニング装置の第４の実施形態は、図９に示すように、記録体２にレーザ光をバー読取方向ｂに一列に並んだ点状に集光するレーザ光出射手段３１と、記録体２をバー幅方向ａに一定速度で移動させる移動手段３３と、バーコードの情報を持ちそれに基づいてレーザ光の出射を制御する制御手段３２とを有する。
【００５１】
レーザ光出射手段３１は、入射側から出射側に向けて順に、波長８０９ｎｍのレーザ光を発振する出力０．３ＷのＬＤチップ３４を３０個バー読取方向ｂに一列に配置したＬＤアレイ３５と、夫々にＬＤアレイ３５に対応したマイクロレンズが３０個配置されたマイクロレンズ群３６と、両端面が平滑かつ平行に研磨され入射側端面に波長８０９ｎｍの励起レーザ光を全透過し波長１０６４ｎｍのレーザ光を全反射するコーティングを施し出射側端面に波長１０６４ｎｍのレーザ光を一部透過するコーティングを施したＹＡＧレーザ媒体３７と、出射されたレーザ光を記録体２に集光するシリンドリカルレンズ３８とが光軸上に固定され鏡筒３９に収納されている。
【００５２】
制御手段３２は、バーコードの情報に基づいて、各バーエレメントに対応するＬＤチップ３４全てを、個々にＯＮ／ＯＦＦさせると共にその強度を対応する各バーエレメントのバーエレメント幅によって段階的に可変させる。
【００５３】
上記構成により、ＬＤチップ３４の夫々からの励起レーザ光を夫々に対応したマイクロレンズ群３６によりＹＡＧレーザ媒体３７の片端面に集光して、ＹＡＧレーザ媒体３７を端面励起させるので、位相が揃い平行度が優れたレーザ光を発振し、シリンドリカルレンズ３８により容易に所望のバーピッチに集光することができる。そしてバーコードの情報に基づいて、個々のＬＤアレイ３４のＯＮ／ＯＦＦと強度を制御することにより、移動手段３３によりバー幅方向ａに一定速度で移動させられる記録体２に、所望のバーエレメント幅の微細なバーエレメントを高速に形成することができる。又、一つのバーエレメントをＬＤチップ１個の連続点灯による連続した出射光により形成することができるので、バーエレメント上の場所によるムラの無い均一なバーエレメントを容易に形成することできる。
【００５４】
【発明の効果】
本願発明のパターンニング装置によれば、一列に等間隔に配置したＬＤチップからの出射光が前記ＬＤアレイの長手方向と平行な方向に母線を配した第１のシリンドリカルレンズと、前記第１のシリンドリカルレンズの母線と直交する方向に母線を配した第２のシリンドリカルレンズとにより、ＬＤアレイの長手方向とこれに直交する方向とに集光されたバーエレメントを形成することができる。又、ＬＤチップは数十μ秒程度の所望の時間でＯＮ／ＯＦＦさせることができるので、バーコードを構成する各バーエレメントを所望の太さと間隔とにすることができる。又、ＬＤチップの夫々からの出射光の結像が記録体上で前記バー幅方向に前記結像のピッチの２倍以上の長さに拡大されるようにスムージング用シリンドリカルレンズを備えているので、ＬＤチップが個々に故障しても、その両隣のＬＤチップが正常ならば、連続線の途切れないバーエレメントを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す概略斜視図。
【図２】ＬＤアレイの実施形態を示す概略斜視図。
【図３】本発明の第１の実施形態の光学系を説明する概略図。
【図４】本発明の第１の実施形態におけるバーエレメント形成方法を説明する線図。
【図５】本発明の第２の実施形態を示す概略斜視図。
【図６】本発明の第２の実施形態の光学系を説明する概略図。
【図７】本発明の第３の実施形態を示す概略斜視図。
【図８】本発明の第３の実施形態の光学系を説明する概略図。
【図９】本発明の第４の実施形態を示す概略斜視図。
【図１０】各種金属における照射光の波長と反射率との関係を示す線図。
【図１１】従来例を示す概略斜視図。
【図１２】従来例のレーザ光の強度分布を説明する概略図。
【図１３】従来例のバーエレメントの強度変化を説明する概略図。
【符号の説明】
２  記録体
４、１２、２４、３２  制御手段
５  レーザダイオードチップ（ＬＤチップ）
６、３５  ＬＤアレイ
７  スムージング用シリンドリカルレンズ
８、９、１４、３８  シリンドリカルレンズ
１３  ロッドレンズ
１６、２５、３７  ＹＡＧレーザ媒体
１７  Ｑスイッチ素子
１９  非球面レンズ
２６  偏光ビームスプリッタ
２８  受光素子
３６  マイクロレンズ群
ａ  バー幅方向
ｂ  バー読取方向
【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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