(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の対物レンズを保持し、前記複数の対物レンズを選択的に顕微鏡の観察光路に配置する対物レンズ切り替え装置を備えた正立型顕微鏡において、
前記対物レンズ切り替え装置は、
前記複数の対物レンズのうちの第１の対物レンズを保持する第１の対物レンズ保持部材と、
前記第１の対物レンズより作動距離の短い第２の対物レンズを保持する第２の対物レンズ保持部材と、
前記第１の対物レンズ保持部材に設けられたリング状円筒部材と、前記リング状円筒部材に設けられた操作部材と、前記リング状円筒部材に形成され、前記操作部材の操作に連動するカム溝と、前記第2の対物レンズ保持部材に設けられ、前記カム溝に係合する係合部材とから構成され、前記第２の対物レンズを光軸方向に移動する移動機構と、
前記第２の対物レンズの焦点位置と前記第１の対物レンズの焦点位置との同焦点を確保するために、前記移動機構により前記第２の対物レンズを光軸方向に移動した際の下方制限位置を調節可能する調節機構とを有することを特徴とする顕微鏡。
【請求項２】
前記調整機構は、
前記第２の対物レンズの下方制限位置を規定する制限部材と、
外力を加えることにより前記第２対物レンズを前記下方制限位置からさらに下方に移動可能とするための弾性部材とを有することを特徴とする請求項１記載の顕微鏡。
【請求項３】
前記第２の対物レンズが前記下方制限位置の近傍に配置されているとき、前記対物レンズ切り替え装置による対物レンズの切り替えを抑止する切り替え抑止機構が設けられていることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１項に記載の顕微鏡。
【請求項４】
前記複数の対物レンズは直線状に配置され、前記観察光軸を含む平面内で対物レンズの配列方向に移動して対物レンズを切り替えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の顕微鏡。
【請求項５】
前記対物レンズの配列方向は観察者に対して前後方向であることを特徴とする請求項４項に記載の顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生理学分野では、生きた細胞や生物組織を顕微鏡で観察、研究する場合、観察対象物が厚くなると光の透過性の関係で試料の対物レンズ側の表面から少し内部までは良好に観察できるが、試料の深い部位の観察は見え難い欠点がある。
同様に、マイクロマニプレータ等を使用して、試料の局所に微小電極を接触させる又は刺す等の作業を行ない、電極像を観察することが行われる。このような観察をする際、試料を入れた容器の上から電極を試料に対して操作する。この時、厚い試料でも良好な試料像と電極像との観察を同時に実現するため、しばしば正立型顕微鏡が使用される。また、生きている生体試料は、人口体液等の入ったチャンバに沈められ、この液を通して観察される。
【０００３】
微小電極として使用されるマイクロマニプレータは、研究が複雑になるに従い、対物レンズの周辺に複数個が配置される。微小電極をセットする場合、先ずは視野が広く、作動距離が長く、焦点深度の深い乾燥系の低倍対物レンズ（例えば４×、１０×程度の倍率）を使用して概略のセットを行なう。次に、高倍の水浸対物レンズ（例えば４０×、６０×）を使用して、最終セットや局所観察等を行なう。
【０００４】
乾燥系の低倍対物レンズは、作動距離が長いので、対物レンズの先端は、試料の入ったチャンバの縁よりも上方にある。しかし、液浸系の高倍対物レンズの先端は、液中、又は液面近傍にあり、チャンバの縁よりも下方にある。
従って、倍率を切り替える際、液浸系の対物レンズがチャンバの縁にぶつかる問題がある。焦準機構を上下動することなく、この問題を解決する顕微鏡に関しては、例えば実開平６−４７２０号公報に開示されている。これは、対物レンズ交換機と複数の対物レンズの各々との間に、各対物レンズを光軸方向に移動可能にする上下移動機構を備えている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来の技術においては、各対物レンズに対して上下移動機構を備えているため、構成が複雑で、切り替え操作が面倒である。また、各対物レンズに対して同焦点を確保しようとすると、上下移動機構の加工精度が非常に厳しく、製品が高価になってしまい現実的ではない。
【０００６】
また、通常、液が入ったチャンバの底部にある試料をマイクロマニプレータ等を使用して観察する場合、概略セット用の乾燥系低倍対物レンズと詳細観察用の水浸の高倍対物レンズとを用いる。乾燥系低倍対物レンズでは、液の全深さを通して試料やマニプレータを観察し、水浸の高倍対物レンズでは、設計値による一定の水（液）の深さを通して試料を観察する。
【０００７】
ここで、試料（チャンバ）を交換し、チャンバ内の水（液）の量が変わった場合について考えてみる。すると、水浸対物レンズでは、レンズ先端から試料までの距離は、設計値による一定の水の深さで焦準状態である。従って、水(液)の量が変わっても、対物レンズ先端が浸かる水の量が変わるだけで、試料の位置から対物レンズ取り付けまでの距離は一定である。
【０００８】
一方、乾燥系の対物レンズによる観察では、水と空気の屈折率の差により、焦準状態の試料の位置から対物レンズ取り付け位置までの距離が変化する。
このため、ある定められた設計値での水深の場合のみしか乾燥系の対物レンズと水浸対物レンズは同焦点が得られないという問題が生じる。
水の深さが１ｍｍ変化すると、乾燥系の対物レンズでは焦準位置が約０．２５ｍｍ変化することになる。従って、顕微鏡の焦準量調節量としては、僅かな水深の変化によって焦準ハンドルを大きく回転させる必要が生じ、不便を強いられてしまう。また、顕微鏡の周囲にマイクロマニプレータを複数配置した状態では、焦準ハンドルを操作しづらく、焦準ハンドルの操作は極力少ないことが望ましい。
【０００９】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、第１の目的は、チャンバ内の試料を観察する際、焦準ハンドルでステージ又は、対物レンズ切り替え装置全体を移動操作することなく、簡単な構成でかつ切り替え操作が簡単な対物レンズの倍率を切り替えることができる顕微鏡を得ることである。第２の目的は、前述の第１の目的に加え、切り替え可能な複数の対物レンズの同焦点が容易に得られる顕微鏡を提供することである。第３の目的は、チャンバ内の水(液）の深さが水浸対物レンズの作動距離よりも小さい場合でも、前述の第１目的に加えて切り替え可能な複数の対物レンズの同焦点が容易に得られる顕微鏡を提供することである。さらに第４の目的は、前述の第１の目的に加え、対物レンズ先端とチャンバの縁との接触を回避することができる顕微鏡を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決する為の手段】
上述の目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、複数の対物レンズ（Ob１、Ob２）を保持し、前記複数の対物レンズを選択的に顕微鏡の観察光路に配置する対物レンズ切り替え装置（３、４）を備えた正立型顕微鏡において、前記対物レンズ切り替え装置は、前記複数の対物レンズのうちの第１の対物レンズ（Ob２）を保持する第１の対物レンズ保持部材（６）と、前記第１の対物レンズより作動距離の短い第２の対物レンズ（Ob１）を保持する第２の対物レンズ保持部材（５）と、前記第１の対物レンズ保持部材に設けられたリング状円筒部材（１０）と、前記リング状円筒部材に設けられた操作部材（１１）と、前記リング状円筒部材に形成され、前記操作部材の操作に連動するカム溝（９）と、前記第2の対物レンズ保持部材に設けられ、前記カム溝に係合する係合部材（８）とから構成され、前記第２の対物レンズを光軸方向に移動する移動機構と、前記第２の対物レンズの焦点位置と前記第１の対物レンズの焦点位置との同焦点を確保するために、前記移動機構により前記第２の対物レンズを光軸方向に移動した際の下方制限位置を調節可能する調節機構（１２）とを有することを特徴とするものである。
【００１１】
第１の対物レンズ保持部材が切り替え装置に固定されているので、対物レンズ切り替え時に光軸方向への移動が必要ない作動距離が比較的長い第１対物レンズを第１の対物レンズ保持部材に取り付けることができる。この対物レンズを基準にして、作動距離が比較的短く、対物レンズ切り替え時に光軸方向への移動が必要な第２対物レンズを第２対物レンズ保持部材に取付ける。このことにより、レンズ切り替え時は、第２の対物レンズ保持部材を第２の対物レンズの光軸方向に移動させるだけで良いので、簡単な構成とすることができ、切り替え操作が容易になる。例えば、観察する試料の入ったチャンバ内の水（液）の量が変わっても、一度調節機構により同焦点を補正することにより、対物レンズを切り替えても、焦点合わせを行なう必要が無い。
顕微鏡の観察光路において、第１の対物レンズの焦点位置と、第２の対物レンズの焦点位置とが一致するように、第２の対物レンズ保持部材を上下移動させる移動機構の下限位置が設定されている。このことにより、対物レンズを切り替えても、焦点合わせを行なう必要が無い。
【００１３】
請求項２記載の本発明は、前記調整機構（１１、１２）は、前記第２の対物レンズの下方制限位置を規定する制限部材（１１）と、外力を加えることにより前記第２対物レンズを前記下方制限位置からさらに下方に移動可能とするための弾性部材（１２ａ−１２ｃ）とを有することを特徴とするものである。
【００１４】
このような構成により、第２対物レンズが水浸対物レンズで、観察する試料の入ったチャンバ内の水深が、第２の対物レンズの作動距離より浅い場合でも、第２対物レンズの先端が水に浸るまで弾性部材に抗して第２対物レンズを下げ、先端が水に浸った後、弾性部材の付勢力に従ってゆっくりと元の位置（下方制限位置）に戻すことにより、対物レンズの先端が水との親和性により水を引き上げる。これにより、第２対物レンズの先端と試料との間の空間を水で満たすことができる。
【００１５】
請求項３記載の本発明は、前記第２の対物レンズ（Ob１）が前記下方制限位置の近傍に配置されているとき、前記対物レンズ切り替え装置による対物レンズの切り替えを抑止する切り替え抑止機構が設けられていることを特徴とするものである。
第２の対物レンズが下方制限位置近傍、即ち、ほぼ焦準状態に配置されているとき、操作者が誤って対物レンズ切り替え装置の操作で対物レンズを切り替えると、対物レンズがチャンバにぶつかり、対物レンズ又はチャンバを壊す危険がある。そこで、例えば、焦準部材３に設けられた溝（３Ｌ）とリング（１０）に設けられたピン（１０Ｐ）により、第２の対物レンズが下方制限位置にある時は、対物レンズ切換装置の移動が制限され、第２の対物レンズが上方にある時は、溝（３Ｌ）とピン（１０Ｐ）との制限が解除され、対物レンズ切換装置が移動可能となる。
【００１６】
請求項４記載の本発明は、前記複数の対物レンズは直線状に配置され、前記観察光軸を含む平面内で対物レンズの配列方向に移動して対物レンズを切り替えることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項５記載の本発明は、前記対物レンズの配列方向は観察者に対して前後方向であることを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態について説明する。図１は本発明による対物レンズ切り替え装置を有する顕微鏡の側面図である。１は顕微鏡、２はアーム部である。
図２はアーム部２に設けられた対物レンズ切り替え装置の詳細を示す断面図である。図３は図２のＡ−Ａ断面、図４は図２のＢ矢視図である。
【００１９】
図２において、アーム部２の下面凹部に対物レンズ切り替え装置（３、４）が内蔵されている。図２は、対物レンズOb１が観察光軸に入った状態を示している。アーム部２の内部に設けられた垂直移動メスガイド２ａに焦準部材３のオスガイド３ｂが嵌合している。焦準部材３に設けられたラック１６は、不図示のピニオン歯車に噛み合っており、このピニオン歯車は図１に示す焦準ハンドル１７の操作によって回転する。従って、焦準ハンドル１７の回転操作により、対物レンズ切り替え装置全体が上下動し、焦準操作が行われる。
【００２０】
水平移動部材４の水平移動オスガイド４ａは、焦準部材３の水平移動メスガイド３ａに嵌合している。水平移動部材４はこれらの水平移動ガイド３ａ、４ａに沿ってスライド移動する。対物レンズOb１又はOb２は、不図示の位置決め用クリックにより観察光軸に位置決め固定される。
水平移動部材４には対物レンズ保持器６が固定されている。更に、複数のボール７とＶ溝により直線ガイドを形成し、対物レンズ保持器５をこの直線ガイドに沿った光軸方向に上下移動可能に保持している。
【００２１】
対物レンズ保持器６の外周には、円筒状のリング１０が嵌合している。リング１０の上部には、抜け止め用の押さえ環１５が設けられている。このリング１０は対物レンズ保持器６に対して回転可能に設けられており、その外周面にはカム溝９が設けられている。カム溝９は対物レンズ保持器５にねじ込み固定されたカム軸８と係合している。つまみ１１は、リング１０にねじ込み固定され、水平移動部材４の前面側に設けられた開口部から突出している。この開口部は回転制限１３、１４を有し、リング１０はこの回転制限１３、１４の間を回転する。
【００２２】
ねじ１２は、水平移動部材４にねじ込まれ、先端部を回転制限１４より突出させることができる。また、ねじ込みの量に応じて、回転制限１４からの突出量が変化する。図３に示すように、ねじ１２の先端を回転制限１４より突出させると、この先端部がつまみ１１の回転制限として機能する。このような構成により、簡単に制限位置を調節することができる。
【００２３】
Ob１は、詳細観察用の高倍の水浸対物レンズであり、上下移動可能な対物レンズ保持器５に取り付けられている。Ob２は、概略位置決め用の乾燥系の低倍対物レンズであり、固定の対物レンズ保持器６に取り付けられている。本実施形態において、高倍の水浸対物レンズOb1は、低倍の乾燥系対物レンズOb2よりも作動距離が短い。
【００２４】
図５は、図２から水平移動部材４が移動して乾燥系低倍対物レンズOb２が観察光軸に入った状態を示している。図６は図５のＣ−Ｃ断面図であり、図７はカム溝９の展開拡大図である。図２、図３に示す部材と同じ部材には同一の符号を付しており、その説明は省略する。
図７に示すように、カム溝９は端部の高さ位置が異なる山形状である。図２、３に示すように、つまみ１１が回転制限１４側にある時、カム軸８は図７に示す８ａの位置にある。この状態から、つまみ１１を回転制限１３側に回転すると、対物レンズ保持器５は、カム溝９の下方制限位置から一旦ストロークａだけ持ち上がり、上方制限位置では最上位からストロークｂだけ下がって安定する。図５、図６に示すように、つまみ１１が回転制限１３側に配置されると、リング１０が回転し、カム軸８は図７に示す８ｂの位置に配置される。
【００２５】
カム溝９の下方制限側、上方制限側共に下がっているため、カム軸８は対物レンズOb１と、対物レンズ保持器５の自重により各制限位置に位置決めされる。従って、対物レンズOb１は、特別な固定機構を設けなくても安定状態で上下位置に停止する。また、つまみ１１を回転制限１３、１４間で往復操作するだけで、簡単に対物レンズOb１を上下移動させることができる。また、対物レンズOb１の上下移動は、水平移動部材４の水平移動や、焦準部材３の上下動とは独立して行なうことができる。
【００２６】
上記のような構成において、水の入ったチャンバ内の試料を観察する場合、次のような手順で顕微鏡は操作される。
まず、図５に示す状態で水平移動部材４を移動させ、観察光軸に乾燥系低倍対物レンズOb２を挿入する。この場合、つまみ１１は、回転制限１３側に回転し、高倍の水浸対物レンズOb１の先端部は、試料からＬ２の位置まで持ち上げられている。この状態で焦準ハンドル１７により試料に焦準し、マイクロマニプレータのセットを行う。
【００２７】
次に水平移動部材４を移動させ、観察光軸に高倍の水浸対物レンズOb１を挿入する。その後、図２、図３のようにつまみ１１を下方制限１４側に回転し、水浸対物レンズOb１を下方に下げ、観察可能な状態にする。
チャンバ内の水の深さが水浸対物レンズの作動距離と異なる場合、乾燥系対物レンズと水浸対物レンズでは同焦点が狂うので、下方制限の位置をねじ１２の出し入れにより調節し、焦準する。この場合、焦準ハンドル１７は操作しなくて良い。
【００２８】
このことにより、チャンバを変えた時にチャンバ内の水の深さ（量）が変化しても、対物レンズOb１の焦点位置を対物レンズOb２の焦点位置に合わせることにより、対物レンズを切り替えても常に同焦点が保たれることになる。
上記のような構成と操作によりチャンバや周囲のマイクロマニプレータと干渉することなく、チャンバ内の水の深さが変わっても乾燥系の低倍対物レンズと高倍の水浸対物レンズで同焦点が確保された状態で対物レンズの倍率が切換えられ、焦準ハンドルの操作頻度が少ない操作性の優れた顕微鏡を提供できる。
【００２９】
また、上下動が必要な水浸対物レンズOb１に対して同焦点補正機構を設けているため、簡単な構成でそれぞれの機能を果たすことができる。
次に、水浸対物レンズOb１の下方制限位置を規定するねじ１２の変形例を図８を用いて以下に説明する。
図８に示すように、ねじ１２の先端部１２ａは弾性部材であるバネ１２ｂと受け部１２ｃとによって、弾性的に突出しており、強い力を先端部１２ａに加えると、先端が縮む（凹む）構造になっている。このバネ１２ｂの弾性力は、対物レンズOb1と対物レンズ保持器５の自重によってつまみ１１が先端部１２ａを押す力よりも大きい。すなわち、通常の対物レンズ切り替え操作では、つまみ１１は先端部１２ａに当接した位置で停止する。そして、操作者がつまみ１１を先端部１２ａに押しつけることにより、バネ１２ｂが縮み、対物レンズOb1が下方制限位置よりも下がる。
【００３０】
このような構成により、図９（ａ）に示すように、チャンバ内の試料からの水の深さが対物レンズOb1の作動距離Ｌ１より浅い場合でも、つまみ１１をねじ１２に押し付けることにより、対物レンズOb1を下方制限位置よりも下げることがでる。そして、チャンバ内の水に対物レンズ先端を触れさせた後、つまみ１１に加えた力を除くと、対物レンズと水との親和性によって対物レンズが水を引き上げる。この時の状態を図９（ｂ）に示す。このように、本変形例においては、前述の実施形態の効果に加え、チャンバ内の水の深さが対物レンズの作動距離よりも浅い場合でも、焦準ハンドル１７を操作することなく、簡単に同焦点を調整することができるという効果を有する。
【００３１】
次に、上述の実施形態において、焦準部材３と水平移動部材４との間に切り替え抑止機構を追加した変形例について、図１０、図１１を用いて説明する。図１０は図２のＤ−Ｄ断面図を示し、図１１は図５のＥ−Ｅ断面図を示す。図１０、１１において、図２、５に示す部材と同じ部材については同一の符号を付している。
【００３２】
焦準部材３の下面には溝３Ｌが設けられ、対物レンズ保持器６に嵌合されたリング１０には、溝３Ｌに係合するピン１０Ｐが設けられている。溝３Ｌは、焦準部材３の顕微鏡光路周辺に設けられた開口から手前側（観察者側）にＪの字状に延びて設けられている。
図１０に示すように、対物レンズ保持器５（対物レンズOb1）が下方制限位置近傍にある時、ピン１０Ｐは水平移動部材４の幅方向における中央部に配置されている。従って、ピン１０Ｌは溝３Ｌに対して前後方向（図１０における左右方向）への移動が制限され、この状態で水平移動部材４は焦準部材３に対して移動できないようになっている。これは図１１に示すように対物レンズ保持器５が顕微鏡光路に配置されていない場合においても同様のことがいえる。
【００３３】
図１１に示すように、対物レンズ保持器５（対物レンズOb1）が上方にある時、ピン１０Ｐは水平移動部材４の幅方向における側部に配置されている。従って、ピン１０Ｐは溝３Ｌに対して前後方向（図１１における左右方向）へ移動できるようになり、水平移動部材４は焦準部材３に対して移動可能となる。
上述のごとき構成により、対物レンズOb1が下方制限位置にあるときは対物レンズを切り替えることができないため、対物レンズ先端とチャンバの縁との接触を回避することができ、対物レンズ及びチャンバを保護することができる。この溝３Ｌの形状は、Ｊの字状に限らず、例えばＣの字状に設けてもよい。
【００３４】
上述の実施形態及び変形例においては、対物レンズを２本で説明したが、３本以上であってもよい。この場合、各対物レンズに応じた対物レンズ保持器を備え、光軸方向に移動可能な対物レンズ保持器を連結し、一体的に光軸方向へ移動するような構成にすればよい。又、カムの構造を変更すれば、固定された対物レンズ保持器と移動可能な対物レンズ保持器との位置を逆にすることも容易である。
【００３５】
本実施形態の顕微鏡の対物レンズ切り替え装置は、水平移動によって対物レンズを切り替える機構である。しかし、本発明はこのような構成に限らず、回転移動や円弧状に回動することによって対物レンズを切換えるような構成のものでも良い。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、チャンバ内の試料を観察する際、焦準ハンドルでステージ又は、対物レンズ切り替え装置全体を移動操作することなく、簡単な構成でかつ簡単な操作で対物レンズの倍率を切り替えることができる。
請求項２記載の本発明によれば、対物レンズの倍率を切り替える際、焦準ハンドルでステージ又は、対物レンズ切り替え装置全体を移動操作することなく、切り替え可能な複数の対物レンズの同焦点が容易に得られる。
【００３７】
請求項３記載の本発明によれば、観察する試料の入ったチャンバ内の水（液）の量が変わっても、一度調節機構により同焦点を補正することにより、対物レンズを切り替えても、焦点合わせを行なう必要が無い。また、第２の対物レンズ保持部材を上下移動させる上下移動機構が、調節機構を兼ねている構成であるため、簡単な構成で同焦点の補正を達成することができる。
【００３８】
請求項４記載の本発明によれば、第２対物レンズの作動距離よりチャンバ内の水深が浅くても、対物レンズ先端を水に浸すことができる。
請求項５記載の本発明によれば、カム溝によって、第２の対物レンズ保持部材を光軸方向へ移動させているので、操作部材の操作が簡単になる。
請求項６記載の本発明によれば、第２の対物レンズが下方制限位置近傍にある時は、対物レンズを切り替えることができず、対物レンズまたはチャンバを保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施例の顕微鏡の側面図である。
【図２】本発明による実施例のアーム部の断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図２のＢ矢視図である。
【図５】本発明による実施例のアーム部の断面図である。
【図６】図５のＣ−Ｃ断面図である。
【図７】カム溝９の展開図である。
【図８】ねじ１２の変形例を示す図である。
【図９】図９（ａ）は、水浸対物レンズの作動距離より水浸が浅い場合の説明図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）での合焦状態を示す図である。
【図１０】本発明の変形例を示す図であり、図２のＤ−Ｄ断面図である。
【図１１】本発明の変形例を示す図であり、図５のＥ−Ｅ断面図である。
【符号の説明】
１・・・顕微鏡
２・・・アーム部
３・・・焦準部材
３Ｌ・・・溝
４・・・水平移動部材
５，６・・・対物レンズ保持器
８・・・カム軸
９・・・カム溝
１０・・・リング
１０Ｐ・・・ピン
１１・・・つまみ
１２・・・ねじ
Ob１、Ob２・・・対物レンズ
【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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