(57)【要約】【課題】より好適な配向制御が可能であり、かつ照明光の色むらが抑制された照明装置を提供すること。【解決手段】照明装置は、発光素子と、前記発光素子の光の出射方向側に配置される配向制御部と、前記配向制御部に対して前記光の進行方向側に配置されており、平面視形状に２軸の異方性を有する凸部の列が所定の異方性の軸の方向に延伸し、かつ複数の前記列が前記所定の異方性の軸の方向と直交する方向に配列され、前記凸部の配列の間に深さが不規則である溝を有する光拡散部と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
前記発光素子の光の出射方向側に配置される配向制御部と、
前記配向制御部に対して前記光の進行方向側に配置されており、平面視形状に２軸の異方性を有する凸部の列が所定の異方性の軸の方向に延伸し、かつ複数の前記列が前記所定の異方性の軸の方向と直交する方向に配列され、前記凸部の配列の間に深さが不規則である溝を有する光拡散部と、
を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記光拡散部は、前記凸部が略楕円であり、前記凸部の列が前記楕円の長軸方向に延伸し、かつ前記複数の列が前記楕円の短軸方向に配列されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
複数の前記発光素子を備え、
前記複数の発光素子は所定の一方向に並んで配置されており、
前記光拡散部は前記楕円の長軸方向が前記所定の一方向と直交するように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記配向制御部は、前記所定の一方向に延伸しており、かつ前記所定の一方向に延伸する複数のプリズムを備えるフレネルレンズで構成されていることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
１つの前記発光素子を備え、
前記配向制御部は、前記１つの発光素子を中心として同心円状に配置された複数の環状のプリズムを備えるフレネルレンズで構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項６】
前記フレネルレンズは屈折型プリズムと全反射型プリズムとを備えることを特徴とする請求項４または５に記載の照明装置。
【請求項７】
前記配向制御部と前記光拡散部とが同一の光学部材に設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の照明装置。
【請求項８】
一方向に並んで配置された複数の発光素子と、
前記複数の発光素子の光の出射方向側に配置される配向制御部と、
前記配向制御部に対して前記光の進行方向側に配置され、平面視形状に２軸の異方性を有する凸部の列が長軸の方向に延伸し、かつ複数の前記列が前記長軸の方向と直交する方向に配列されてなる光拡散部と、
を備え、前記長軸の方向が前記一方向と直交することを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ光源などの発光素子を用いた照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ光源を用いた照明装置は、様々な場面において使用されている。例えば、店舖、特に高級ブランド店などで使用される照明装置は、光学特性、電気特性に加えてデザイン性も求められる。
【０００３】
ショーケース等に用いられる照明装置は、複数のＬＥＤ光源が一方向に並べて配置された構成を有しており、ライン照明装置とも呼ばれる。ライン照明装置の場合、厚みが薄く、コンパクトであり、さらに発光面にはホットスポット見えがしない、といったことが重要視される傾向にある。ここで、ホットスポット見えとは、発光面が、ＬＥＤ光源が配置されている位置でスポット状に高輝度に見え、発光面の輝度が不均一となっている状態のことである。
【０００４】
従来のライン照明装置では、ＬＥＤ光源の直上に拡散板のみを配置した製品が多い。拡散板のみでホットスポット見えを無くす、という課題を解決するためには、例えば、ＳＭＤ（Surface  Mount  Device）タイプの光源を隙間なく並べた上で、ＬＥＤ-拡散板間距離を離す、もしくは、ヘイズ値が高い拡散板を使うという方法がある。しかし、前者では装置の厚さが厚くなってしまい、後者ではエネルギー効率が低下し、十分な明るさを得ることができない場合があるという問題がある。
【０００５】
また、拡散板のみではＬＥＤ光源から出射された光の配光制御は行えず、光が広がりすぎてしまい、商品以外の領域にも光が照射されてしまうため、エネルギー効率が悪いだけでなく、消費者に商品を印象付ける上で不適である。ＬＥＤ光源から出射された光の配光制御を行うために、例えば特許文献１〜３では、配向制御部材としてフレネルレンズやプリズムシートを用いた照明装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１４１４５０号公報
【特許文献２】特開２０１１−１１３７９８号公報
【特許文献３】国際公開第ＷＯ２０１２／０６３７５９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
より高品質な照明を行うために、より高品質な照明光を出射できる照明装置が求められている。しかしながら、従来の技術では、照明光に色むらなどが発生する場合があり、より高品質な照明光の実現にはこれを解消することが求められていた。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より好適な配向制御が可能であり、かつ照明光の色むらが抑制された照明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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る照明装置は、発光素子と、前記発光素子の光の出射方向側に配置される配向制御部と、前記配向制御部に対して前記光の進行方向側に配置されており、平面視形状に２軸の異方性を有する凸部の列が所定の異方性の軸の方向に延伸し、かつ複数の前記列が前記所定の異方性の軸の方向と直交する方向に配列され、前記凸部の配列の間に深さが不規則である溝を有する光拡散部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の一態様に係る照明装置は、前記光拡散部は、前記凸部が略楕円であり、前記凸部の列が前記楕円の長軸方向に延伸し、かつ前記複数の列が前記楕円の短軸方向に配列されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の一態様に係る照明装置は、複数の前記発光素子を備え、前記複数の発光素子は所定の一方向に並んで配置されており、前記光拡散部は前記楕円の長軸方向が前記所定の一方向と直交するように配置されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の一態様に係る照明装置は、前記配向制御部は、前記所定の一方向に延伸しており、かつ前記所定の一方向に延伸する複数のプリズムを備えるフレネルレンズで構成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の一態様に係る照明装置は、１つの前記発光素子を備え、前記配向制御部は、前記１つの発光素子を中心として同心円状に配置された複数の環状のプリズムを備えるフレネルレンズで構成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の一態様に係る照明装置は、前記フレネルレンズは屈折型プリズムと全反射型プリズムとを備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の一態様に係る照明装置は、前記配向制御部と前記光拡散部とが同一の光学部材に設けられていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の一態様に係る照明装置は、一方向に並んで配置された複数の発光素子と、前記複数の発光素子の光の出射方向側に配置される配向制御部と、前記配向制御部に対して前記光の進行方向側に配置され、平面視形状に２軸異方性を有する凸部または凹部の列が長軸の方向に延伸し、かつ複数の前記列が前記長軸の方向と直交する方向に配列されてなる光拡散部と、を備え、前記長軸の方向が前記一方向と直交することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、配向制御部および光拡散部によって、より好適な配向制御が可能であるとともに、光拡散部によって色むらが抑制されるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、実施の形態１に係る照明装置の模式図である。
【図２】図２は、図１に示す光拡散部を上面側から撮影した顕微鏡写真を示す模式図である。
【図３】図３は、図１に示す光拡散部の高低差を示す模式図である。
【図４】図４は、図２のＢ−Ｂ線断面およびＣ−Ｃ線断面を示す図である。
【図５】図５は、実施例１のライン照明装置から出射された照明光を壁面に向けて照射した様子を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態２に係る照明装置の模式図である。
【図７】図７は、比較例および実施例２の照明装置における照度の角度分布を示す図である。
【図８】図８は、比較例および実施例２の照明装置における色度の角度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、図面を参照して本発明に係る照明装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る照明装置の模式図である。図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００２１】
図１（ａ）に示すように、この照明装置１０は、複数の発光素子１が一方向に並んで配置された構成を有するライン照明装置である。ここで、複数の発光素子１の配列方向を照明装置１０の長手方向と称し、長手方向と直交する方向を短手方向と称することとする。
【００２２】
図１（ｂ）に示すように、照明装置１０は、発光素子１と、基板２と、光学部材３と、カバー４と、基台５とを備えている。
【００２３】
発光素子１は、青色の光を発光して放射状に出射するＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップを封止する透光性の樹脂材料からなる封止材とを備える。ここで、封止材は、その中に青色光を吸収し、青色の補色である黄色の光を発光する蛍光材料（たとえば、ＹＡＧ：Ｃｅ微粒子）が分散されている。これにより、発光素子１は白色ＬＥＤ素子として構成されている。なお、発光素子１から出射される照明光は中心軸Ｏに対して等方的であり、上側からみると略円形の形状を有している。
【００２４】
基板２は、長手方向に延伸する形状を有しており、複数の発光素子１が実装された回路基板である。なお、基板２は、発光素子１に駆動電力や制御信号などを外部から供給するための外部接続配線（不図示）を備えている。
【００２５】
光学部材３は、長手方向に延伸する形状を有しており、発光素子１の光の出射方向側に配置されている。光学部材３については後に詳述する。
カバー４は、長手方向に延伸する円筒管の一部を長手方向に沿って切り欠いた形状を有しており、光学部材３を覆うように配置されている。カバー４は、光を拡散する乳白色材料（たとえば樹脂）で構成されている。
基台５は、長手方向に延伸する形状を有しており、基板２、光学部材３およびカバー４を支持するように構成されている。
【００２６】
つぎに、光学部材３について説明する。光学部材３は、例えば透明な光学材料（たとえば樹脂）で構成されている。光学部材３は、長手方向に延伸する平板状のものであり、その中心線が各発光素子１の発光の中心軸Ｏと略一致し、かつ中心軸Ｏと板の主表面とが直交するように配置されている。光学部材３は、配向制御部を構成する複数のプリズム３ａ、３ｂを備えている。プリズム３ａ、３ｂは、発光素子１側の光学部材３の主表面に、長手方向に延伸するように設けられている。すなわち、プリズム３ａ、３ｂにより構成される配向制御部は、発光素子１の光の出射方向側に配置されている。
【００２７】
プリズム３ａは、中心軸Ｏに対して内側の領域Ｓ１に線対称に設けられている。プリズム３ｂは、中心軸Ｏに対して領域Ｓ１の外側の領域Ｓ２に線対称に設けられている。そして、プリズム３ａ、３ｂは、プリズム３ａが屈折型プリズム、プリズム３ｂが全反射型プリズムとしてのＴＩＲ（Total  Internal  Reflection）プリズムであるリニアフレネルレンズ（フレネルレンズの一例）として構成されている。
【００２８】
これにより、図１（ｂ）に示すように、発光素子１から放射状に出射された白色光Ｌは、プリズム３ａでは屈折され、プリズム３ｂでは内部で全反射されることにより、中心軸Ｏに対する傾斜角が小さくなるようにその配向性が制御される。したがって、白色光Ｌの光の広がりは、配向制御部を構成する複数のプリズム３ａ、３ｂにより、短手方向でより狭くなることとなる。なお、図面では白色光Ｌの進行方向が中心軸Ｏに平行になるようにその配向性が制御されているが、白色光Ｌの進行方向は中心軸Ｏに平行に限られず、プリズム３ａ、３ｂが無い場合よりも中心軸Ｏに対する傾斜角が小さくなるようにその配向性が制御されればよい。
【００２９】
さらに、光学部材３は、光拡散部３ｃを備えている。光拡散部３ｃは、発光素子１とは反対側の光学部材３の主表面の全面に設けられている。すなわち、光拡散部３ｃは、配向制御部に対して光（白色光Ｌ）の進行方向側に配置されている。
【００３０】
光拡散部３ｃについて説明する。図２は、光拡散部３ｃを上面側から撮影した顕微鏡写真を示す模式図である。なお、説明のため、図２に示すように互いに直交するｘ軸、ｙ軸を定義する。図２に示すように、光拡散部３ｃは、平面視形状が略楕円の凸部Ｃの列が楕円の長軸方向（ｙ軸方向）に延伸し、かつ複数の列が楕円の短軸方向（ｘ軸方向）に配列され、凸部Ｃの配列の間に深さが不規則である溝Ｇを有する。
【００３１】
図３は、光拡散部３ｃの高低差を示す模式図である。図４は、図２のＢ−Ｂ線断面およびＣ−Ｃ線断面を示す図である。なお、図２、３は、光拡散部３ｃが設けられた主表面における略同じ領域を表している。また、図３においては、基準となる凸部Ｃの頂点の高さからの光拡散部３ｃの表面までの距離（深さ）を、０μｍ〜３０．０μｍまで、深さに応じて異なる模様で表している。
【００３２】
図３、４に示すように、溝Ｇから凸部Ｃの頂点までの平均の高さは約１５μｍ程度であり、溝Ｇの深さはおよそ５μｍ程度の範囲内で不規則に変化している。すなわち、溝Ｇの深さは溝Ｇから凸部Ｃの頂点までの平均の高さの１／３程度の範囲内で不規則に変化している。
【００３３】
ここで、光拡散部３ｃは、凸部Ｃの長軸方向（ｙ軸方向）が照明装置１０の短手方向となるように、すなわちプリズム３ａ、３ｂの延伸方向と凸部Ｃの長軸方向とが直交するように光学部材３に設けられている。これにより、光拡散部３ｃは配向制御部によって配向性が制御された白色光Ｌを長手方向に拡散させる作用を与える。その結果、この照明装置１０では、白色光Ｌを、短手方向における拡散（広がり）を抑制した状態で長手方向に拡散させるという好適な配向制御を実現することができる。したがって、効率的にホットスポット見えを抑制することができ、発光面の均一性を向上させることができる。
【００３４】
さらに、この照明装置１０では、光拡散部３ｃの深さが不規則である溝Ｇの作用により、光の細かなミキシング効果が得られ、照射面での色むら（色度差）を抑制し、均一性を向上させることができる。
【００３５】
なお、このような、半楕円体状の凸部Ｃの列が略楕円の長軸方向に延伸し、かつ複数の列が楕円の短軸方向に配列され、凸部Ｃの配列の間に深さが不規則である溝Ｇを有する光拡散部３ｃは、以下のように作製することができる。まず、金型用部材の表面に楕円形のビーム形状を有するレーザ光を照射してレーザ加工することにより金型を作製する。このとき、金型用部材の１箇所にレーザ光を照射することにより１つの略楕円の凹部（凸部Ｃの型となる形状）を形成し、これをレーザ光の照射位置を少しずつずらしながら行うことにより複数の凹部の列を形成する。そして、この金型を用いて光学部材を成型することで光拡散部３ｃを作製できる。なお、凸部Ｃ（凹部）の形状は、金型用部材に照射するレーザ光の強度や１箇所に対する照射回数などの照射条件を適宜調整することによって所望の形状とすることができる。
【００３６】
（実施例１）
本発明の実施例１として、上記実施の形態１に従ってライン照明装置を作製した。そして、カバーを外した状態で実施例１のライン照明装置に電力を供給して発光させ、その長手方向と短手方向とでの照明光の広がり角を測定した。
【００３７】
図５は、実施例１のライン照明装置から出射された照明光を壁面に向けて照射した様子を示す図である。図５に示すように、発光素子１から円形で出射された照明光は、色むらのない楕円形に配向されたものとなった。このとき、測定した照明光の広がり角は長手方向で７２度、短手方向で４８度であった。このように、実施例１のライン照明装置では、短手方向における拡散を抑制した状態で長手方向に拡散させるという好適な配向制御を実現できた。また、長手方向での照明光の広がり角が広いことにより、ホットスポット見えも抑制され、輝度が略均一の発光面が得られた。
【００３８】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２に係る照明装置の模式図である。図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）は図２（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【００３９】
図６（ａ）に示すように、この照明装置１０Ａは、中心付近に１つの発光素子１を有する照明装置である。図６（ｂ）に示すように、照明装置１０Ａは、発光素子１と、基板２Ａと、光学部材３Ａと、カバー４Ａと、基台５Ａとを備えている。発光素子１は実施の形態１の発光素子１と同じものなので説明を省略する。
【００４０】
基板２Ａは、円板状の形状を有しており、１つの発光素子１が実装された回路基板である。なお、基板２Ａは、発光素子１に駆動電力や制御信号などを外部から供給するための外部接続配線（不図示）を備えている。
【００４１】
光学部材３Ａは、円板状の形状を有しており、発光素子１の光の出射方向側に配置されている。光学部材３Ａについては後に詳述する。
カバー４は、円筒形の蓋状の形状を有しており、光学部材３Ａを覆うように配置されている。カバー４Ａは、例えば光を拡散する乳白色材料（たとえば樹脂）で構成されている。
基台５Ａは、外形が円筒状の形状を有しており、基板２Ａ、光学部材３Ａおよびカバー４を支持するように構成されている。
【００４２】
つぎに、光学部材３Ａについて説明する。光学部材３Ａは、例えば透明な光学材料（たとえば樹脂）で構成されている。光学部材３Ａは、円板状のものであり、その中心軸が発光素子１の発光の中心軸Ｏと略一致し、かつ中心軸Ｏと板の主表面とが直交するように配置されている。光学部材３Ａは、配向制御部を構成する複数のプリズム３Ａａ、３Ａｂを備えている。プリズム３Ａａ、３Ａｂは、発光素子１側の光学部材３Ａの主表面に、長中心軸Ｏの周りに同心円状に設けられている。すなわち、プリズム３Ａａ、３Ａｂにより構成される配向制御部は、発光素子１の光の出射方向側に配置されている。
【００４３】
プリズム３Ａａは、中心軸Ｏに対して内側の領域Ｓ３に同心円状に設けられた環状のものである。プリズム３Ａｂは、中心軸Ｏに対して領域Ｓ３の外周の領域Ｓ４に同心円状に設けられた環状のものである。そして、プリズム３Ａａ、３Ａｂは、プリズム３Ａａが屈折型プリズム、プリズム３Ａｂが全反射型プリズムとしてのＴＩＲプリズムであるフレネルレンズとして構成されている。
【００４４】
これにより、図６（ｂ）に示すように、発光素子１から放射状に出射された白色光Ｌは、プリズム３Ａａでは屈折され、プリズム３Ａｂでは内部で全反射されることにより、中心軸Ｏに対する傾斜角が小さくなるようにその配向性が制御される。
【００４５】
さらに、光学部材３Ａは、光拡散部３Ａｃを備えている。光拡散部３Ａｃは、発光素子１とは反対側の光学部材３Ａの主表面の全面に設けられている。すなわち、光拡散部３Ａｃは、配向制御部に対して光（白色光Ｌ）の進行方向側に配置されている。
【００４６】
光拡散部３Ａｃは、実施の形態１における光拡散部３ｃと同様の形状を有する、すなわち、平面視形状が略楕円の凸部の列が楕円の長軸方向に延伸し、かつ複数の列が楕円の短軸方向に配列され、凸部の配列の間に深さが不規則である溝を有する。これにより、この照明装置１０Ａでは、白色光Ｌを、中心軸Ｏに垂直な面における所定の方向にのみ拡散させるという好適な配向制御を実現することができる。
【００４７】
さらに、この照明装置１０Ａでは、光拡散部３Ａｃの深さが不規則である溝の作用により、光の細かなミキシング効果が得られ、照射面での色むら（色度差）を抑制し、均一性を向上させることができる。
【００４８】
（実施例２、比較例）
本発明の実施例２として、上記実施の形態２に従って照明装置を作製した。また、比較例として、実施例１で光拡散部を設けた主表面に光拡散部を設けずに鏡面とした以外は実施例１と同じ構成の照明装置を作製した。そして、カバーを外した状態で実施例２および比較例の照明装置に電力を供給して発光させ、光軸に垂直な面における直交する２方向での照明光の照度の角度分布を測定した。ここで、直交する２方向は、実施例２では光拡散部における半楕円体の短軸方向（図２におけるｘ軸方向）と長軸方向（図２におけるｙ軸方向）とした。一方、比較例では光拡散部は設けられていないので、任意の直交する２方向をｘ軸方向、ｙ軸方向と定めた。
【００４９】
図７は、比較例（図７（ａ））および実施例２（図７（ｂ））の照明装置における照度の角度分布を示す図である。図７（ａ）に示すように、比較例ではｘ軸方向、ｙ軸方向ともに照度角が１２度であったのに対して、図７（ｂ）に示すように実施例２では、照度角はｘ軸方向で３０度、ｙ軸方向で１９度であり、光拡散部の異方性により配向を制御し、円形状の照射光を楕円状にできることが確認された。
【００５０】
つぎに、実施例２および比較例の照明光の色度の角度分布をｘ軸方向、ｙ軸方向のそれぞれで測定した。
【００５１】
図８は、比較例（図８（ａ））および実施例２（図８（ｂ））の照明装置における色度の角度分布を示す図である。図８（ａ）に示すように、比較例では、ｘ色度、ｙ色度ともに角度により差があり、かつ不規則な凹凸を有するグラフ形状となっており、色むらがあった。一方、図８（ｂ）に示すように、実施例２では、ｘ色度、ｙ色度ともに角度による差が小さく、かつグラフ形状もなめらかであり、色むらが抑制されていた。
【００５２】
以上説明したように、本実施の形態１、２によれば、より好適な配向制御が可能であり、かつ照明光の色むらが抑制される。
【００５３】
なお、上記実施の形態では、光拡散部の凸部は略楕円であるが、凸部の形状は楕円に限られず、平面視形状に２軸の異方性を有するものであればたとえば直方体状、円柱状や錘状であってもよい。
【００５４】
また、上記実施の形態では、配向制御部はフレネルレンズで構成されているが、フレネルレンズに限らず通常のレンズで構成されていてもよい。また、フレネルレンズで構成される場合にも、その構造は屈折型プリズムと全反射型プリズムとを組み合わせたものに限られない。
【００５５】
また、上記実施の形態では、発光素子は白色ＬＥＤ素子であるが、白色ＬＥＤ素子は青色ＬＥＤチップに黄色蛍光体を適用した方式のものに限られない。また、発光素子は、白色ＬＥＤ素子に限られず、赤色、緑色、青色などのＬＥＤ素子でもよい。
【００５６】
また、上記実施の形態では、配向制御部と光拡散部とは同一の光学部材に設けられているが、配向制御部と光拡散部とが別の光学部材に設けられていてもよい。また、配向制御部を有さず、光拡散部のみを有するように構成してもよい。
【００５７】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１  発光素子
２、２Ａ  基板
３、３Ａ  光学部材
３ａ、３ｂ、３Ａａ、３Ａｂ  プリズム
３ｃ、３Ａｃ  光拡散部
４、４Ａ  カバー
５、５Ａ  基台
１０、１０Ａ  照明装置
Ｃ  凸部
Ｇ  溝
Ｌ  白色光
Ｏ  中心軸
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４  領域
【図１】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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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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