(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
面積の大きい第１端面と面積の小さい第２端面とを有する角錐台形ライトガイドを、第１端面を支持する第１端面支持壁と、当該支持壁に対して相対回転不可で第２端面を支持壁側へと弾性的に付勢する第２端面支持部材と、で挟持するライトガイド保持機構であって、
第１端面支持壁は、第１端面への入射光を通す開口の周辺に設られ第１端面に当接する当接面と、その外周側に設けられ第１端面と相似かつやや大寸の枠壁とを備え、
第２端面支持部材は、第２端面からの出射光を通す開口を備え、当該開口の周縁部を当該第２端面の周縁部に当接させた状態で第２端面上に圧接されており、当該支持部材には、角錐台形ライトガイドの第１端面と第２端面との間の軸方向所定位置における軸直角断面形状に適合してライトガイドを保持する開口を備えた中間リング部材がコイルスプリングを介して連結されており、
ライトガイドと係合した中間リング部材がコイルスプリングの周方向の付勢力によりライトガイドを光軸回りに回転させて第１端面の角部を枠壁に回転圧接させていることを特徴とする保持機構。
【請求項２】
上記第１端面の形状が正多角形であることを特徴とする、請求項１記載の保持機構。
【請求項３】
上記第２端面支持部材および中間リング部材にはそれぞれ小孔が設けられており、コイルスプリングの両端を光軸方向に折り曲げてなる各折曲げ端部をそれぞれ小孔に通すことにより、第２端面支持部材および中間リング部材がコイルスプリングに連結されていることを特徴とする、請求項１または２記載の保持機構。
【請求項４】
上記第２端面支持部材の小孔に通されたコイルスプリングの折曲げ端部が当該支持部材を貫通して突出しており、当該突出端と係合するロック部材によって、第２端面支持部材が第１端面支持壁に対して相対回転することを禁止していることを特徴とする、請求項３記載の保持機構。
【請求項５】
上記中間リング部材がその中心をライトガイドの光軸に一致させた状態で回転するのをガイドするガイド壁をさらに備えていることを特徴とする、請求項１、２、３または４記載の保持機構。
【請求項６】
上記中間リング部材の開口周縁に切欠きを設け、当該開口周縁とライトガイドとの接触面積を低減していることを特徴とする、請求項１、２、３、４または５記載の保持機構。
【請求項７】
上記中間リング部材の開口周縁とライトガイドとが線接触により接触していることを特徴とする、請求項１、２、３、４、５または６記載の保持機構。
【請求項８】
面積の大きい第１端面と面積の小さい第２端面とを有する角錐台形ライトガイドを、当該ライトガイドが熱変形した場合でもその軸心および第１端面が移動しないように保持する方法であって、
第１端面を支持壁表面に当接させたライトガイドの第２端面を、支持壁側に向かって弾性的に付勢するとともに、
ライトガイドを光軸回りにも弾性的に回転付勢して、第１端面の角部を、その外周側に設けられ当該第１端面と相似かつやや大寸の枠壁に対して回転圧接する、
ことを特徴とするライトガイド保持方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光を均一化するライトガイドの保持機構に関する。さらに詳しくは、角錐台形状のライトガイドの保持機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、プロジェクタの照明ユニットにおいては光源からの光をＤＭＤ(デジタル・マイクロミラー・デバイス)上に均一に照射する必要があるが、このような場合にインテグラルロッドと呼ばれる角柱状のライトガイドが使用されている。
【０００３】
すなわち、一般に点光源からの光は、反射傘や集光レンズ群によってスポット的に集光したとしても、そのスポット内において光の照度分布が生じ、均一とはならない。そこで、光源からの光をその照度を均一化して照射面に照射するために、図１に示したような角柱状のライトガイド１が使用されてきた。すなわち、ライトガイド１の一端面１ａから入射した光はライトガイド内で全反射を繰り返すことによって照度が均一化され、他端面１ｂから照射される。
【０００４】
図１から分かるように、ライトガイド内に光を導入する端面１ａは、光源からの光をより多く効率的に導入するためにその面積を大きくすることが好ましい。このような考えから、図２に示したような、一方の端面の面積を大きくした角錐台形状のライトガイド２が知られている。
【０００５】
角錐台形状のライトガイド２を光路内に保持する方法としては、図３に示したように、斜面上に載せたライトガイド２を上方から斜面上に押圧する(矢印Ａ)とともに、光軸方向へのズレを斜面上に設けたストッパ３によって規制することが行われている。しかしながら図３のような固定方法では、ライトガイド２が熱膨張した場合、矢印Ｂで示したようにライトガイドの軸心２Ａが僅かではあるが上方に移動し、照射面に対する光の照射精度が低下するという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明が解決すべき技術的課題は、角錐台形状のライトガイドを保持する機構であって、当該ライトガイドが熱膨張した場合であっても、その軸心の移動を招くことのない保持機構および保持方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段・作用・効果】
本発明は、上記課題を有効に解決するために創案されたものであり、「面積の大きい第１端面と面積の小さい第２端面とを有する角錐台形ライトガイド」を、当該ライトガイドが熱変形した場合でもその軸心および第１端面が移動しないように保持するものである。ここでいう面積の大小は、相対的なものであり、第１端面が第２端面よりも相対的に大面積であることを意味する。したがって、そのようなライトガイドは、必然的に錐の形状をなす。また、ライトガイドは角錐台形状であるから、第１端面および第２端面の形状は、当然に多角形である。なお、第１端面の形状は正多角形であることが好ましい。
【０００８】
本発明においては、「第１端面を支持壁表面に当接させたライトガイドの第２端面を、支持壁側に向かって弾性的に付勢する」とともに、「ライトガイドを光軸回りにも弾性的に回転付勢して、第１端面の角部を、その外周側に設けられ当該第１端面と相似かつやや大寸の枠壁に対して回転圧接する」ことにより、ライトガイドが保持される。本発明によって、以下の特徴を備えたライトガイド保持機構が提供される。
【０００９】
本発明のライトガイド保持機構は、「面積の大きい第１端面と面積の小さい第２端面とを有する角錐台形ライトガイド」を「第１端面を支持する第１端面支持壁」と「当該支持壁に対して相対回転不可で第２端面を支持壁側へと弾性的に付勢する第２端面支持部材」とで挟持する。第１端面支持壁は、「第１端面への入射光を通す開口の周辺に設られ第１端面に当接する当接面」と「その外周側に設けられ第１端面と相似かつやや大寸の枠壁」とを備える。第２端面支持部材は、「第２端面からの出射光を通す開口」を備え、当該開口の周縁部を当該第２端面の周縁部に当接させた状態で第２端面上に圧接されている。さらに第２端面支持部材には、「角錐台形ライトガイドの第１端面と第２端面との間の軸方向所定位置における軸直角断面形状に適合してライトガイドを保持する開口を備えた中間リング部材」がコイルスプリングを介して連結されている。そして、ライトガイドと係合した中間リング部材がコイルスプリングの周方向の付勢力によりライトガイドを光軸回りに回転させて第１端面の角部を枠壁に回転圧接させ、これによりライトガイドを保持する。
【００１０】
上記構成のライトガイド保持機構によれば、ライトガイドの光軸位置を変位させることなく、径方向および長さ方向の熱膨張を以下のようにして吸収できる。
【００１１】
（１）径方向の熱膨張
ライトガイドは、その第１端面と相似形状であってやや大寸の枠壁に対して第１端面の角部を回転圧接させることによって弾性的に保持されている。この回転圧接は、コイルスプリングによって周方向に付勢されるとともにライトガイドを保持する中間リング部材を用いて行われる。枠壁の断面形状が第１端面と相似であるため、ライトガイドが径方向に伸縮した場合、第１端面角部の枠壁上への当接位置が変化することにより、ライトガイドはその光軸を中心として自転することとなる。この熱伸縮に起因するライトガイドの変位は光軸を中心とした回動だけであり、光軸自体の位置は変化しない。また、ライトガイドが自転するとき、これに係合している中間リング部材も一体的に回転して、ライトガイドの自転を吸収する。勿論、自転後においてもスプリングによる弾性力が有効に作用し、これによってライトガイドが枠壁に対して回転圧接される。中間リング部材がその中心をライトガイドの光軸に一致させた状態で回転するのをガイドするガイド壁をさらに設けることが好ましい。
【００１２】
（２）長さ方向(光軸方向)の熱膨張
ライトガイドは、その第１端面を支持壁表面に当接させた状態で、第２端面支持部材によって支持壁側に向かって弾性的に付勢される。したがって、ライトガイドが長さ方向に伸縮した場合、それに応じて第２端面支持部材が移動することによって当該伸縮を吸収する。勿論、伸縮後においても第２端面支持部材による弾性力が有効に作用し、これによってライトガイドが保持される。当然ではあるが、ライトガイドの光軸位置は、長さ方向への伸縮によっては変化しない。
【００１３】
本発明においては、上記第２端面支持部材および中間リング部材にそれぞれ小孔を設け、コイルスプリングの両端を光軸方向に折り曲げてなる各折曲げ端部をそれぞれ小孔に通すことにより、第２端面支持部材および中間リング部材をコイルスプリングに連結することが好ましい。その場合さらに、第２端面支持部材の小孔に通されたコイルスプリングの折曲げ端部を当該支持部材を貫通して突出させ、当該突出端と係合するロック部材によって第２端面支持部材の第１端面支持壁に対する相対回転を禁止することが好ましい。
【００１４】
ライトガイド内においては全反射を繰り返しながら光が進行するが、一般的に、ライトガイドとその保持部材との接触部において光の一部が外に逃げて伝達効率が低下する。したがって、ライトガイドと係合する中間リング部材とライトガイドとの接触面積も当然に小さい方が好ましい。すなわち、中間リング部材はその開口内に角錐台形状のライトガイドを挿通させることによって当該ライトガイドを保持するのであるが、この開口の周縁に切欠きを設けて、当該開口周縁とライトガイドとの接触面積を低減することが好ましい。同様の観点から、開口周縁とライトガイドとは面接触ではなく線接触することが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る保持機構を示す概略分解図である。また、この保持機構の組立完了後における状態を図５に示している。
【００１６】
ライトガイド２は、図２に示したのと同じものであって、相対的に大面積の第１端面２ａと、小面積の第２端面２ｂと、を有する角錐台形状をなしている。この例においては、第１端面２ａは正方形で、第２端面２ｂは長方形の形状にしている。以下に説明するように、ライトガイド２が本発明の保持機構により、熱変形した場合でもその軸心および第１端面が変位しないように保持される。
【００１７】
ライトガイド２は、一端が開口した有底の外筒10内に収容される。外筒10は、円筒状の周壁11と底壁12とを備えており、開口端の周縁にフランジ16が形成されている。底壁12は、ライトガイドの第１端面２ａを支持する支持壁として機能する。支持壁12は、図４からも分かるように、中央に正方形の凹部13を備えており、さらにその内側に円形の開口14を備えている。
【００１８】
保持機構の組立後においては、図５に示したように、円板状の支持板40がライトガイド２の第２端面２ｂを支持壁12側へ向けて押圧している。すなわち、ライトガイド２は、支持壁12と支持板40との間に弾性的に挟持されている。なお、支持板40は、ライトガイドの第２端面２ｂよりもやや小さい長方形の開口41を備えており、当該開口41の周縁部を第２端面２ｂに当接させた状態で板バネ50によって圧接されている。図５においては、支持板40の開口41内に第２端面２ｂの中央部が見えている。
【００１９】
支持板40を第２端面２ｂ上に圧接させる弾性力は、板バネ50によって与えられる。板バネ50は、不図示のビス等を用いて外筒10のフランジ16に固定されており、内側に向かって突出する４枚の係止片51を備えている。この４枚の係止片51が支持板40の周縁部に当接することによって、当該支持板40をライトガイドの第２端面２ｂ上に圧接している。なお、板バネ50は、後述のロック部材60を逃げるためにリング状の部材の一部を切除してなるＣ字形の部材とされている(図５参照)。
【００２０】
ライトガイド２は、その第１端面２ａを支持壁12上の凹部13内に係合させて保持される。凹部13は、ライトガイドの第１端面２ａと相似形状でかつやや大寸とされた正方形の枠壁13ａで構成されている。枠壁13ａの内側に形成された開口12は、ライトガイドの第１端面２ａへの入射光を通すために設けられたものであり、第１端面２ａがそこを通過できないように寸法設定される。枠壁13ａが正方形であって、その内側の開口14が円形であるが故に、枠壁13ａと開口14との間には４つの当接面15が存在することとなる。したがって、凹部13内にライトガイドの第１端面２ａを嵌め合わせるとともにライトガイド２を支持壁12側へ向けて押圧すると、第１端面２ａの４隅が当接面15に圧接する。この圧接は、既に説明したように支持板40によって行われる。
【００２１】
ライトガイド２が熱膨張して軸方向に伸縮した場合、４枚の係止片51が弾性変形することによって支持板40が軸方向に移動し、その結果、ライトガイド２の伸縮が吸収される。このとき、枠壁13ａと開口14との間に形成される４つの当接面15に当接した第１端面２ａは、その位置を変えない。第２端面２ｂの位置が変位することにより、ライトガイド２の伸縮が吸収される。当然ではあるが、ライトガイド２の光軸位置は、長さ方向への伸縮によっては変化しない。
【００２２】
ここまでは、本発明の保持機構がライトガイド２を光軸方向に保持する機構について説明した。続いて、ライトガイド２を径方向に保持する機構について説明する。
【００２３】
支持板40には、コイルスプリング30を介して中間リング20が連結されている。中間リング20および支持板40には、小孔21および42がそれぞれ形成されている。そして、コイルスプリング30は、その両端を光軸方向に折り曲げて構成した各折曲げ端部31、32をそれぞれ小孔21、42に挿通させることによって、中間リング20および支持板40と連結されている。後述するように、この保持機構の組立完了後においては支持板40は外筒10に対して相対回転不可に固定されることになるので、該支持板40にコイルスプリング30を介して連結された中間リング20は、ライトガイド２をその光軸回りに回転付勢することとなる。
【００２４】
図６は、中間リング20を拡大して示す平面図である。開口23は、ライトガイド２を中間リング20自身に対して相対回転不可に保持するために設けられたものである。すなわち、開口23は、図６に破線で示した長方形の基本的形状23’に対して、その４隅に円形の切欠き23ａを設けて構成されている。
【００２５】
基本的形状23’が長方形であるのは、ライトガイド２を相対回転不可に保持するためである。すなわち、第１端面２ａが正方形で第２端面２ｂが長方形である角錐台形ライトガイド２は両端面２ａ、２ｂ間の軸方向所定位置における軸直角断面形状が長方形となっているので、開口23の形状も、基本的にはその長方形形状にフィットする(適合する)長方形形状とし、これにより、ライトガイド２を中間リング20に対して相対回転不可に保持している。
【００２６】
基本的形状23’に対して切欠き23ａを追加しているのは、ライトガイド２が相対回転不可に保持されるのを妨げることなく、中間リング20とライトガイド２との接触面積をできるだけ小さくするためである。すなわち、ライトガイド２内においては全反射を繰り返しながら光が進行するが、ライトガイド２と中間リング20との接触部において光の一部が外に逃げて伝達効率が低下してしまう。切欠き23ａは、これを避けるために設けられたものである。
【００２７】
したがって、図６に示した切欠き23ａだけに限らず、ライトガイド２を開口23によって相対回転不可に保持できる範囲において、なるべく多くの切欠きを設けることが好ましい。一方、図７はライトガイド２と中間リング20との接触部を拡大して示す軸方向断面図であるが、上記と同様の観点から、中間リング20の開口23の周縁とライトガイド２とは、面接触ではなく線接触することが好ましい。なお、図７においては、線接触の様子を分かり易くするために、中間リング20を実際よりも厚く描いている。
【００２８】
既に説明したように、凹部13を構成する枠壁13ａは、第１端面２ａと相似形状であってやや大寸の正方形とされている。つまり、ライトガイドの第１端面２ａは、凹部13内に僅かのガタをもって嵌め合わせられており、自身の光軸を中心として僅かに回転(自転)することができる。一方、ライトガイド２全体が中間リング20によって回転付勢されているため、第１端面２ａは、凹部13内で回転し、その４隅の角部２ａ’を枠壁13ａの表面に圧接させることとなる。図８および９は、これを説明する概略図であって、図４において支持壁12を矢印Ｂ方向から見た図である。したがって、図４中における矢印Ａ方向と図８、９中における矢印Ａ方向とは同一方向を示すこととなる。なお、図８および９においては、開口14の図示は省略している。図８はライトガイド２の第1端面2ａが枠壁13ａに対して圧接される前の状態を、図９は圧接後の状態を、それぞれ示している。
【００２９】
図４および５に例示した保持機構においては、中間リング20がライトガイド２を回転付勢する方向は矢印Ａ方向である。これを以下に説明する。保持機構を実際に組み立てる際には、コイルスプリング30によって連結された中間リング20および支持板40を外筒10の周壁11内に嵌め込む。このとき、ライトガイド２は、中間リング20に設けた開口23に挿通されるとともに、その第１端面２ａが凹部13内に嵌め込まれる。支持板40は、図４中矢印Ａ方向に回転付勢させながら周壁11内に嵌め込まれるので、その結果、ライトガイド２も中間リング20によって矢印Ａ方向に回転付勢されることとなる。
【００３０】
支持板40は、矢印Ａ方向に所定位置まで回転した状態でロック部材60によって当該所定位置に保持される。ロック部材60は、フランジ16から内径側に突出する楔状の部材であって、支持板40を貫通して突出するコイルスプリング30の折曲げ端部32と係合することによって、支持板40を所定位置に保持する。折曲げ端部32は、コイルスプリング30の復元力によってロック部材60の先端部61に圧接し、この結果、支持板40は、第１端面支持壁12を含めた外筒10に対して相対回転不可に固定されることとなる。すなわち、支持板40は、保持機構の組立工程中においては支持壁12に対して相対回転可能であるが、組立完了後においては支持壁12に対して相対回転不可となる。
【００３１】
ロック部材60による支持板40の固定位置は、支持板の開口41とライトガイドの第２端面２ｂとの位置がほぼ整合する位置になるように設定される。すなわち、図示の例においては、開口41および第２端面２ｂは、ともに長方形とされており、第２端面２ｂの方が僅かに大寸とされている。そして、図５に示した支持板40の固定位置においては、開口41の全周縁部が第２端面２ｂの周縁部に当接した状態で、支持板40が第２端面２ｂ上に圧接されている。これにより、第２端面２ｂからの出射光は開口41で規定される形状で第２端面２ｂから出て行くこととなる。言い換えると、開口41は、ライトガイドの第２端面２ｂに対するマスクとして機能している。
【００３２】
ロック部材60は、コイルスプリング30の折曲げ端部32と係合したときに、支持板40の開口41とライトガイド２の第２端面２ｂとがほぼ整合することとなる位置に、ビス等で固定される。そして、その楔形状の先端部61の突出方向を調整することによって、支持板40の固定位置を微調整することができる。なお図示の例では、コイルスプリング30の一端32を支持板40から突出させ、これを利用してロック部材60による固定を行い、部品点数の削減およびコストダウンを図っているが、事情に応じて、支持板40に突起を一体的に構成し、これを利用してロック部材60による固定を行っても良い。
【００３３】
図９は、ライトガイド２の第１端面２ａが中間リング20によって枠壁13ａに回転圧接されている状態を示している。すなわち、ライトガイド２が支持壁12に対して矢印Ａ方向に相対回転することにより、ライトガイドの第１端面２ａの４隅の角部２ａ’が枠壁13ａ表面上に圧接し、これによって、ライトガイド２がその径方向(光軸方向に対して直交する方向)にズレることが防止される。
【００３４】
既に説明したように、枠壁13ａは第１端面２ａと相似形状で、かつ、やや大寸とされているので、図９の圧接状態においてもライトガイド２の光軸と枠壁１３ａの中心とは正確に一致することとなる。そして、ライトガイド２が熱膨張により径方向に伸縮すると、ライトガイドの第１端面２ａの一辺の長さも伸縮するので、ライトガイド２は、枠壁１３ａへの圧接を保ったまま光軸を中心として自転することとなる。そして、このような自転の際には、ライトガイド２の光軸位置と枠壁１３ａの中心位置とがズレることがない。すなわち、ライトガイド２の光軸位置が変位することなく、その径方向における伸縮が吸収される。勿論、伸縮後においてもコイルスプリング30による弾性力が有効に作用し、これによってライトガイドが保持される。
【００３５】
以上の説明から分かるように、枠壁１３ａが第１端面２ａに対してあまりに大寸であると、第１端面２ａが枠壁１３ａの内側で空回りし、上記のような圧接による効果を得ることができなくなる。すなわち、本発明において「枠壁１３ａが第１端面２ａに対してやや大寸」であるとは、枠壁と第１端面との寸法差が上記空回りを生じさせない程度に近接していることを意味する。また、第１端面２ａが枠壁１３ａに対して圧接を保ったまま回転(自転)するときに、ライトガイド２の光軸位置と枠壁１３ａの中心位置とが一致した状態を維持して互いにズレることを防ぐには、第１端面２ａの形状と枠壁１３ａの形状とが相似形であることが必要である。また、第１端面２ａ(したがって、枠壁１３ａも)は、例えば長方形であってもよいが、正多角形であることが好ましい。
【００３６】
なお、中間リング20はコイルスプリング30を介して支持板40に連結されているので、ライトガイド２に対して回転付勢力だけでなく、支持壁12に向けて光軸方向に圧接させる作用も当然に有している。ただ、ライトガイド２の光軸方向における伸縮を吸収するのは、あくまでも板バネ50を介してフランジ16に固定された支持板40である。なお、ライトガイド２が光軸方向に伸縮すると、支持板40と中間リング20との間の距離が変わるが、この距離の変化はコイルスプリング30によって吸収される。
【００３７】
外筒10の周壁11は、中間リング20がコイルスプリング30の付勢力により回転(自転)する際に、中間リング20がその中心をライトガイド２の光軸に一致させた状態を保ちつつ回転するのを案内する作用を有している。しかし、中間リング20自身がライトガイド２を支持壁12に向けて圧接する作用を有しており、さらに、ライトガイド２自身はその第１端面２ａが枠壁13ａに圧接することによって径方向にも保持されているので、必ずしも周壁11がなくても、中間リング20はその中心をライトガイド２の光軸に一致させた状態で回転しようとする性質を有する。ただ、周壁11を設けることによって、中間リング20の中心とライトガイド２の光軸とがズレてしまうことをより確実に防止することができる。この意味において、周壁11は必ずしもライトガイド２の全周を囲むように設けられている必要はなく、例えば、周方向に所定間隔で設けた複数本の棒材によって、中間リング20をガイドしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  角柱状のライトガイドを示す斜視図である。
【図２】  角錐台形状のライトガイドを示す斜視図である。
【図３】  図２のライトガイドを保持する従来の機構を説明する概略図である。
【図４】  本発明の一実施形態に係るライトガイド保持機構を説明する分解斜視図である。
【図５】  図４の保持機構の組立状態を示す斜視図である。
【図６】  図４の保持機構において使用される中間リングの正面図である。
【図７】  図５の組立状態におけるライトガイドと中間リングとの接触部を拡大して示す軸方向断面図である。
【図８】  ライトガイドの第１端面が枠壁に対して圧接される前の状態を示す概略説明図である。
【図９】  ライトガイドの第１端面が枠壁に対して圧接されている状態を示す概略説明図である。
【符号の説明】
１  角柱状のライトガイド
１ａ、１ｂ  端面
２  角錐台形状のライトガイド
２ａ  大面積の第１端面
２ａ’  第１端面の角部
２ｂ  小面積の第２端面
３  ストッパ
10  外筒
11  周壁
12  支持壁(底壁)
13  凹部
13ａ  枠壁
14  開口
15  当接面
16  フランジ
20  中間リング
21  小孔
23  開口
23’  開口の基本的形状
23ａ  切欠き
30  コイルスプリング
31、32  折曲げ端部
40  支持板
41  開口
42  小孔
50  板バネ
51  係止片
60  ロック部材
61  先端部
【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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