(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受圧面を有する振動板の反射部と対向する位置に発光素子と受光素子とを配置し、前記振動板に前記発光素子から光を放射し、前記振動板からの反射光を前記受光素子で受光して前記振動板の位置を検出する光音響変換装置において、
前記振動板の中心部に曲面形状の反射部を形成し、前記反射部の周囲に外周に支持部を有する平坦部を形成し、前記平坦部の支持部の内側の部分の所望の位置に、所望の寸法形状からなる除去加工を施して有底溝を形成し、
前記除去加工は、前記平坦部を形成する部材の一部を薄膜部として残して有底溝とすることを特徴とした光音響変換装置の振動板構造。
【請求項２】
レーザー加工によつて前記除去加工を施した請求項１の光音響変換装置の振動板構造。
【請求項３】
振動板の外周部に平坦部を設け、振動板の前記平坦部に形成された前記有底溝がサスペンションの縁および前記振動板の振動部の略最大外縁部を構成してなることを特徴とした請求項１または２の光音響変換装置の振動板構造。
【請求項４】
前記有底溝の巾が５０μ以下、好ましくは４５μ以下であることを特徴とした請求項１から３のいずれかに記載した光音響変換装置の振動板構造。
【請求項５】
前記有底溝に加えてスリット加工が所望の位置に形成されてなることを特徴とした請求項１から４のいずれかに記載した光音響変換装置の振動板構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光音響変換装置に係り、特にその振動板構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光を用いた音響電気変換装置（以下、光音響変換装置と記す。）は、例えば、図１３に示すように、平面状の振動板１０がリング４を介してフレーム５に固定され、フレーム５に発光素子２および受光素子３を装着し、発光素子２より放射された光を振動板１０で反射させ、この反射光を受光素子３で受光することで振動板１０の位置、すなわち振動を電気信号に変換する光音響変換装置が知られている。
【０００３】
図１３に示す光音響変換装置では、振動板１０が平面状振動板である。一般的に平面状の振動板のコンプライアンスは振動板に加える張力（テンション）によって決められている。従って、平面状振動板において、平面状態を保ったまま、より大きなコンプライアンスを得る事は極めて困難であることは明らかである。
【０００４】
また、図１５に示す従来の光音響変換装置では振動板１２の中心にドーム形状の反射部１２ａを設け、反射部１２ａの周囲に円錐形状の立ち上がり部１２ｃを形成し、立ち上がり部１２ｃから周辺部にかけてコルゲーション形状のサスペンション部１２ｂ形成して、その周辺部に設けられた平坦部１２ｇをフレーム５に固定し、フレーム５にさらに発光素子５および受光素子６を固定してある。
【０００５】
更なる機能向上要求に応じて、本出願人が特願２００１−３５１３５５に提案した振動板の構造は、図１６および図１７に示すように、振動板１３の中央にドーム形状からなる反射部１３ａが設けられている。このドームの最外周部で立ち下がる立ち下り部１３ｂがドーム全外周に設けられ、さらに、立ち下り部１３ｂの下端から外側に向かって断面形状水平方向に延出した平坦部１３ｇを全周に設けてある。
【０００６】
平坦部１３ｇに、図１６の平面図で示すごとく所定の寸法間隔にて、立ち下り部１３ｂ外周に沿った状態で、概ね３等分した外側円弧状スリット１３ｓと内側円弧状スリット１３ｔとが施され、さらに、外側円弧状スリット１３ｓと内側円弧状スリット１３ｔとの端を繋ぐ放射状スリット１３ｕが施されている。図１７の断面図における平坦部１３ｇに記載されている１点鎖線がスリットの位置及び巾を示している。
【０００７】
前記の外側円弧状スリット１３ｓ、内側円弧状スリット１３ｔおよび放射状スリット１３ｕで囲まれてカンチレバー状のサスペンション１３ｅが形成され、このサスペンション１３ｅが反射部１３ａを支持する。図２０に示すように振動板１３の平坦部１３ｇをリング４を介してフレーム５に固定し、フレーム５にさらに発光素子２および受光素子３が固定されて光音響変換装置が完成する。この例では反射部がドーム形状となっているので、光音響変換特性が改善される。
【０００８】
図１８は特願２００１−３５１３５５に提案された他の振動板を示す平面図、図１９は同振動板を示す断面図、図２１は同振動板が用いられた光音響変換装置を示す断面図である。この例では図１９の断面図に示すように、振動板１４の中央にはドーム形状からなる反射部１４ａが設けられている。
【０００９】
このドーム、すなわち、反射部１４ａの周囲縁１４ｂから４５°の傾斜にて斜めに立ちがる斜面部１４ｈが設けられ、この斜面部１４ｈの頂端部を接線として円弧部１４ｋを設け、さらに、円弧部１４ｋの外側に水平方向へに延出した平坦部１４ｇを設けている。
【００１０】
平坦部１４ｇに、図１８の平面図で示すごとく所定の寸法間隔にて、概ね３等分した外側円弧状スリット１４ｓと内側円弧状スリット１４ｔとが施され、さらに、外側円弧状スリット１４ｓと内側円弧状スリット１４ｔとの端を繋ぐ放射状スリット１４ｕが施されている。図１９の断面図における平坦部１４ｇに記載されている１点鎖線がスリットの位置及び巾を示している。
【００１１】
前記の外側円弧状スリット１４ｓ、内側円弧状スリット１４ｔおよび放射状スリット１４ｕで囲まれてカンチレバー状のサスペンション１４ｅが形成され、このサスペンション１４ｅが反射部１４ａを支持する。図２１に示すように振動板１４の平坦部１４ｇをリング４を介してフレーム５に固定し、フレーム５にさらに発光素子２および受光素子３が固定されて光音響変換装置が完成する。
【００１２】
上記特願２００１−３５１３５５に提案された振動板構造の効果は目覚しく振動板に対して所望のコンプライアンスを得ることが容易になり、振動板の振幅性能を画期的に改善せしめ、光音響変換装置の性能向上に極めて有効である。
【００１３】
しかし、更なる性能向上、および信頼性の向上を求めるに当たり、前記スリット構造おいて、その隙間から、微細なゴミ等が侵入する、或いは光が入り込む構造である構造であることは否めない。この構造を有する光音響変換装置を長時間にわたる信頼性試験を行ったところ、悪環境下に放置した場合、微細なゴミが侵入した痕跡が確認された。この状況はさらに長期間使用の場合は、微細ゴミが発光素子２および受光素子３の表面を覆う事態が予想できるものであり、性能を劣化の要因たることは容易に想像できるものである。さらに又、スリットより入り込んだ、外部の光がノイズとなる外乱要因となることも確認された。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、本願出願人が先に提案した特願２００１−３５１３５５の振動板構造を改良発展させ、さらに高性能、且つ量産性に適した光音響変換装置の振動板を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明の光音響変換装置の振動板構造は、受圧面を有する振動板の反射部と対向する位置に発光素子と受光素子とを配置し、前記振動板に前記発光素子から光を放射し、前記振動板からの反射光を前記受光素子で受光して前記振動板の位置を検出する光音響変換装置において、前記振動板の中心部に曲面形状の反射部を形成し、前記反射部の周囲に外周に支持部を有する平坦部を形成し、前記平坦部の支持部の内側の部分の所望の位置に、所望の寸法形状からなる除去加工を施して有底溝を形成し、前記除去加工は、前記平坦部を形成する部材の一部を薄膜部として残して有底溝としたものである。
【００１６】
また、前記振動板構造において、レーザー加工によつて前記除去加工を施したものである。
【００１７】
また、前記各振動板構造において、振動板の外周部に平坦部を設け、振動板の前記平坦部に形成された前記有底溝がサスペンションの縁および前記振動板の振動部の略最大外縁部を構成してなるものである。
【００１８】
また、前記各振動板構造において、前記有底溝の巾を５０μ以下、好ましくは４５μ以下としたものである。
【００１９】
さらに、前記各振動板構造において、前記有底溝に加えてスリット加工が所望の位置に形成されてなるものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面に基づいて説明するが、各実施例における振動板は厚さが約９μ〜約２５μ前後の樹脂フィルムを用いた。本実施例の場合、上記フィルムを熱圧成型加工した後、反射面に金属蒸着を施し、その後、さらにレーザー光による溝加工を施し、さらに外側部をレーザー光にて切断加工し、振動板を得た。
【００２１】
図１はこの発明の第１の実施例である振動板を示す平面図、図２（ａ）は同振動板を示す断面図、図２（ｂ）〜（ｄ）は図２（ａ）におけるＡ部の種々の例を示す拡大断面図である。
【００２２】
図２の断面図に示すように、振動板１の中央には直径１．３ｍｍ、曲率半径１．５ｍｍの球面のドーム形状からなる反射部１ａが設けられている。このドームの最外周部に図で示すところの下方に向かって０．５ｍｍからなる立ち下り部１ｂがドーム全外周に設けられ、さらに、立ち下り部１ｂから外側に向かって水平方向に延出した幅約１．５ｍｍからなる平坦部１ｇを全周に設け、平坦部１ｇを直径３ｍｍの円形に切断した。
【００２３】
平坦部１ｇに、図１の平面図で示すごとく所定の寸法間隔にて、立ち下り部１ｂ外周に沿った状態で溝１ｃ、１ｄ、１ｆを加工し、溝１ｃ、１ｄ、１ｆの局部拡大断面図（図２ｂ〜図２ｄ）に示すごとく、従来例の図１６で示したスリット加工部分が溝構造形状となり、当然の事ながら、この溝構造の底部が極めて薄い膜状態にて各部を繋ぐ構造となる。
【００２４】
詳細を説明すると、本実施例の場合、ドーム外周のさらに外側、平面図で示すところの半径０．７７５ｍｍの箇所に、概ね三等分した円弧（Ｒ０．７７５）状で巾４０μ〜５０μからなる３個の内側円弧状溝１ｄ、１ｄ…を設けた。
【００２５】
さらに、前記内側円弧状溝１ｄ、１ｄ…の外側で、半径１．０２５ｍｍの箇所に、概ね三等分した円弧（Ｒ１．０２５）を前記同様の巾（４０μ〜５０μ）からなる外側円弧状溝１ｃ、１ｃ…を設けた。そして、図１に示すように内側円弧状溝１ｄのー方の端部と外側円弧状溝１ｃの他方の端部とを夫々直線に繋いだ放射状溝１ｆを施した。図２における平坦部１ｇに記載されている破線で溝１ｃ、１ｄの位置および巾を示している。
【００２６】
前記の内側円弧状溝１ｄ、外側円弧状溝１ｃに囲まれた部分が、概ねカンチレバー状のサスペンション１ｅ、１ｅ…となり、本実施例の場合、反射部１ａの外周に沿った形状で３個のサスペンション１ｅ、１ｅ…を構成し、外側円弧状溝１ｃ、１ｃ…の外側に設けられた平坦部１ｇは、振動板１をリング４等に固定する目的の貼り代部等の機能を有し、巾約０．２ｍｍのカンチレバー状のサスペンション１ｅ、１ｅ…にて反射部１ａを支持する構造となる。
【００２７】
当然の事ながら溝構造では、サスペンション１ｅ、１ｅ…と平坦部１ｇが薄膜にて繋がった構造となっているため、従来のスリット構造を有した振動板より、低いコンプライスを有する。従って、本実施例の場合、図１の平面図に示すごとく、さらにサスペンション１ｅ、１ｅ…を横切る放射状溝１ｆ、１ｆ…を任意の位置に施し、コンプライアンスを調整した。本実施例の場合、サスペンション１ｅ、１ｅ…を横切る放射状溝１ｆ、１ｆ…は図のごとくサスペンション１ｅ一本に対して２箇所に施したが、この本数は当然自由に選べるものである。
【００２８】
本実施例の場合、溝加工を、図２（ｄ）の断面局部拡大図のようにしたが、図２（ｃ）の断面局部拡大図に示すごとく、溝加工をフィルム両面から施し、フィルムの断面中央近傍に薄膜部を残す方法を用いることにより、さらに振幅の対称性を向上させることも可能である。さらにまた、溝加工をフィルム両面から施す場合、図２（ｂ）で示すごとく、溝を故意にずらすことにより、コンプライアンスの調整や、振幅の周波数特性の調整等を行うことが可能である。
【００２９】
この振動板１を図１１に示すように振動板１の平坦部１ｇをリング４を介してフレーム５に固定し、フレーム５にさらに発光素子２および受光素子３が固定されて光音響変換装置が完成する。
【００３０】
図３はこの発明の第２の実施例である振動板を示す平面図、図４（ａ）は同振動板を示す断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＡ部を示す拡大断面図である。この例の振動板６の断面形状は第１の実施例と同様であり、振動板６の中央に球面のドーム形状からなる反射部６ａが設けられ、このドームの最外周部に立ち下り部６ｂがドーム全外周に設けられ、さらに、立ち下り部６ｂから外側に向かって水平方向に延出した平坦部６ｇを全周に設けてある。
【００３１】
平坦部６ｇには図３に示すように夫々半径０．７７５ｍｍおよび半径１．０２５ｍｍの同芯円からなる内側円状溝６ｄおよび外側円状溝６ｃを設け、カンチレバー状サスペンションと言うよりは、むしろリング状サスペンションといえるサスペンション６ｅを設け、さらにサスペンション６ｅの周囲の溝６ｄおよび６ｃを繋ぐ放射状溝６ｆ、６ｆ…を設けても第１の実施例と同様の効果を得ることが可能であった。
【００３２】
図５はこの発明の第３の実施例である振動板を示す平面図、図６（ａ）は同振動板を示す断面図、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＡ部を示す拡大断面図である。この例の振動板７の断面形状は第１の実施例と同様であり、振動板７の中央に球面のドーム形状からなる反射部７ａが設けられ、このドームの最外周部に立ち下り部７ｂがドーム全外周に設けられ、さらに、立ち下り部７ｂから外側に向かって水平方向に延出した平坦部７ｇを全周に設けてある。
【００３３】
平坦部７ｇには第２の実施例と同様の内側円状溝７ｄおよび外側円状溝７ｃを設けてリング状のサスペンション７ｅを形成し、さらにサスペンション７ｅの周囲の溝７ｄおよび７ｃを繋ぐ傾斜直線状溝７ｆ、７ｆ…を設けても第１の実施例と同様の効果を得ることが可能であった。
【００３４】
図７はこの発明の第４の実施例である振動板を示す平面図、図８（ａ）は同振動板を示す断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）におけるＡ部を示す拡大断面図である。この例の振動板８の断面形状は第１の実施例と同様であり、振動板８の中央に球面のドーム形状からなる反射部８ａが設けられ、このドームの最外周部に立ち下り部８ｂがドーム全外周に設けられ、さらに、立ち下り部８ｂから外側に向かって水平方向に延出した平坦部８ｇを全周に設けてある。
【００３５】
平坦部８ｇには第３の実施例と同様の内側円状溝８ｄおよび外側円状溝８ｃを設けてリング状のサスペンション８ｅを形成し、さらにサスペンション８ｅの周囲の溝８ｄおよび８ｃを繋ぐ傾斜直線状溝８ｆ、８ｆ…を設けてある。
【００３６】
さらに、この例では、前記特願２００１−３５１３５５に示したようなスリット加工を組み合わせてある。すなわち、内側円状溝８ｄおよび外側円状溝８ｃを結ぶ放射状スリット８ｓ、８ｓ…を設けた。図７に示すごとくスリット８ｓ、８ｓ…の長さが短いと、当然の事ながらスリットの面積は少なくなり、その結果、外部からの微細なゴミの侵入確率が大幅に減り、尚且つ外乱要因となる外部光の侵入も少なくなり、この振動板８を使用した光音響変換装置の性能も実用域に達することが確認された。
【００３７】
図９はこの発明の第５の実施例である振動板を示す平面図、図１０は同振動板を示す断面図である。この例の振動板９の断面形状は従来例として図１８および図１９に示したものと同様であり、振動板９の中央にはドーム形状からなる反射部９ａが設けられている。また、反射部９ａの周囲縁９ｂから４５°の傾斜にて斜めに立ちがる斜面部９ｈが設けられ、この斜面部９ｈの頂端部を接線として円弧部９ｋを設け、さらに、円弧部９ｋの外側に水平方向へに延出した平坦部９ｇを設けている。
【００３８】
平坦部９ｇには、図９に示すように同芯円からなる内側円状溝９ｄおよび外側円状溝９ｃを設け、リング状のサスペンション９ｅを設け、さらにサスペンション９ｅの周囲の溝９ｄおよび９ｃを繋ぐ放射状溝９ｆ、９ｆ…を設けている。
【００３９】
さらに、サスペンション９ｅを形成する溝９ｄおよび９ｃの加工に加えて、図９に示すに、反射部９ａに円と放射状部とが連なる反射部溝９ｎを設け、斜面部９ｈに円とＳ字状部とが連なる斜面部溝９ｍを設けた。反射部溝９ｎは反射面の反対側に加工されているため、投射光の反射には何ら悪影響を及ぼすことはなく、この溝加工は平面状の振動板にも容易に応用が可能である。
【００４０】
この振動板９を図１２に示すように振動板９の平坦部９ｇをリング４を介してフレーム５に固定し、フレーム５にさらに発光素子２および受光素子３が固定されて光音響変換装置が完成する。
【００４１】
本発明の第２〜第５の実施例の振動板構造は従来例のスリット加工を施したことによるカンチレバー状スペンションという構造からは、若干かけ離れた構造、つまり、前述のごとくリング状サスペンション構造を有することとなる。すなわち、カンチレバー状スペンションに比べ振動板の外周部にコンプライアンスをより高い方向に変化せしめたサスペンションを設けた構造となる。
【００４２】
しかも、従来例のスリット構造と異なり、溝構造となるため、従来例のような、スリット構造のごとく、振動板の表面から裏面までの間にいわゆる貫通部分の存在する構造ではないし、仮に、スリットを設けたい場合でも、最小限の寸法で済ませることが可能である。
【００４３】
従って、振動板に貫通部分が全くないかあっても貫通部分の面積が小さいことから、微細な塵などの進入は皆無となる効果を発揮し、さらに、従来例のごとく外光がスリットから進入し、受光素子に外乱要因を及ぼすことがない利点を有すると共に、溝のパターン配置を工夫することで、振動板の重量を軽減させつつ、振動板に対する印加周波数における共振発生点を調節することが可能となる。従って、より軽量で尚且つ共振の発生が少ない振動板つまり再生周波数帯域がより広い高性能振動板を得ることを可能ならしめ、結果的により高性能な光音響変換装置を得ることが可能となる効果を有する。
【００４４】
【発明の効果】
この発明の光音響変換装置の振動板構造によれば、振動板にスリットがないか、またはスリットの部分が狭いので、振動板内部にごみ等が入ることが防止され、しかも振動板のコンプライアンスを大きくすることができるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例である振動板を示す平面図である。
【図２】図２（ａ）は同振動板を示す断面図、図２（ｂ）〜（ｄ）は図２（ａ）におけるＡ部の種々の例を示す拡大断面図である。
【図３】この発明の第２の実施例である振動板を示す平面図である。
【図４】図４（ａ）は同振動板を示す断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＡ部を示す拡大断面図である。
【図５】この発明の第３の実施例である振動板を示す平面図である。
【図６】図６（ａ）は同振動板を示す断面図、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＡ部を示す拡大断面図である。
【図７】この発明の第４の実施例である振動板を示す平面図である。
【図８】図８（ａ）は同振動板を示す断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）におけるＡ部を示す拡大断面図である。
【図９】この発明の第５の実施例である振動板を示す平面図である。
【図１０】同振動板を示す断面図である。
【図１１】この発明の第１〜４の実施例である振動板が用いられた光音響変換装置を示す断面図である。
【図１２】この発明の第５の実施例である振動板が用いられた光音響変換装置を示す断面図である。
【図１３】従来の光音響変換装置の例を示す断面図である。
【図１４】従来の光音響変換装置の他の例を示す断面図である。
【図１５】従来の光音響変換装置のさらに他の例を示す断面図である。
【図１６】従来の光音響変換装置の振動板の例を示す平面図である。
【図１７】同振動板を示す断面図である。
【図１８】従来の光音響変換装置の振動板の他の例を示す平面図である。
【図１９】同振動板を示す断面図である。
【図２０】図１７に示す振動板が用いられた光音響変換装置を示す断面図である。
【図２１】図１９に示す振動板が用いられた光音響変換装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１  振動板、１ａ  反射部、１ｂ  立ち下がり部、１ｃ  外側円弧状溝
１ｄ  内側円弧状溝、１ｅ  サスペンション、１ｆ  放射状溝
１ｇ  平坦部
２  発光素子
３  受光素子
４  リング
５  フレーム
６  振動板、６ａ  反射部、６ｂ  立ち下がり部、６ｃ  外側円状溝
６ｄ  内側円状溝、６ｅ  サスペンション、６ｆ  放射状溝
６ｇ  平坦部
７  振動板、７ａ  反射部、７ｂ  立ち下がり部、７ｃ  外側円状溝
７ｄ  内側円状溝、７ｅ  サスペンション、７ｆ  傾斜直線状溝
７ｇ  平坦部
８  振動板、８ａ  反射部、８ｂ  立ち下がり部、８ｃ  外側円状溝
８ｄ  内側円弧状溝、８ｅ  サスペンション、８ｆ  傾斜直線状溝
８ｇ  平坦部、８ｓ  放射状スリット
９  振動板、９ａ  反射部、９ｂ  反射部周縁、９ｃ  外側円状溝
９ｄ  内側円弧状溝、９ｅ  サスペンション、９ｆ  放射状溝、９ｇ  平坦部
９ｈ  斜面部、９ｋ  円弧部、９ｍ  斜面部溝、９ｎ  反射部溝
１０  振動板
１１  振動板、１１ａ  反射部、１１ｂ  サスペンション部、１１ｇ  平坦部
１２  振動板、１２ａ  反射部、１２ｂ  サスペンション部
１２ｃ  立ち上がり部、１２ｇ  平坦部
１３  振動板、１３ａ  反射部、１３ｂ  立ち下がり部、
１３ｅ  サスペンション、１３ｓ  外側円弧状スリット
１３ｔ  内側円弧状スリット、１３ｕ  放射状スリット  １３ｇ  平坦部
１４  振動板、１４ａ  反射部、１４ｂ  反射部周縁
１４ｅ  サスペンション  １４ｇ  平坦部  １４ｈ  斜面部、１４ｋ  円弧部
１４ｓ  外側円弧状スリット、１４ｔ  内側円弧状スリット
１４ｕ  放射状スリット
【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】
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【図２０】
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【図２１】
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