(57)【要約】【課題】ランプ間に二次光源を作り出すことにより、ランプ直上とランプ間の位置における法線方向輝度の差が小さくなり、筐体の厚みを増すことなく発光面の均一化を実現する。【解決手段】反射シート３上に支持され、平行に並ぶ複数の蛍光ランプ１と、蛍光ランプの上方に配設された拡散板４と、反射シート３上の隣接する蛍光ランプ１、１間の中央位置に、管軸に平行に配設された反射部材５と、を有するバックライト装置において、反射部材５は、内部に空洞を有する三角筒状とし、隣接する蛍光ランプ１、１の各々と対向する反射部材５の各側壁１４、１５に、管軸方向に所定のピッチで周期的に並ぶ複数の開口部６、７を半ピッチずらして設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射板上に支持され、平行に並ぶ少なくとも２つの直管部を有する管状の蛍光ランプと、
前記蛍光ランプの上方に配設された拡散板と、
前記反射板上の隣接する前記直管部間の中央位置に、管軸に平行に配設された反射部材と、
を有するにバックライト装置において、
前記反射部材は、内部に空洞を有する三角筒状とし、隣接する前記直管部の各々と対向する反射部材の各側壁に、管軸方向に所定のピッチで周期的に並ぶ複数の開口部を半ピッチずらして設けたことを特徴とするバックライト装置。
【請求項２】
前記開口部は、複数の微小な孔の集合体であることを特徴とする請求項１に記載のバックライト装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置の背面光源として用いられる直下型のバックライト装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、液晶表示装置の背面光源として用いられる直下型のバックライト装置は、図１４に示すように、ランプ径φ3〜4 mm程度の冷陰極管と呼ばれる蛍光ランプ１０１を、シート状の反射板１０３を布設した筐体１０２内に複数本並べて配置したものである。実際には、筐体１０２の上面開口部に、不図示の拡散板やレンズシートなどが配置される。このバックライト装置の構成では、蛍光ランプ１０１の本数が多くなるほど光束が増し、隣接するランプ間のピッチが狭くなるほど、さらには筐体１０２の厚みが増すほど、均一な発光面が得られる。例えば、２０型クラスの場合は、ランプの本数は１０本程度であり、ランプ間のピッチは25 mm程度、筐体の厚みが20 mm程度である。
【０００３】
上記バックライト装置の問題としては蛍光ランプ１０１の使用本数が多い問題がある。近年では蛍光ランプ１０１の発光効率の上昇や、液晶パネルの透過率向上、さらには蛍光ランプ１０１の大電流化などで、使用本数を減らすことが可能となっているが、単純に本数を減らすのみでは、ランプ間のピッチが広くなるために、均一な発光面を得るには筐体１０２の厚みを増すしかないという問題が生じる。
【０００４】
そこで、特許文献１や特許文献２には、図１５に示すように、筐体１０２の底面上のランプ間の中央位置に、蛍光ランプ１０１の管軸に平行となる三角柱状の反射部材１０５を配置し、その側面で蛍光ランプ１０１からの放射光を拡散反射させるようにして、ランプ間のピッチが広くなっても筐体１０２の厚みを増すことなく発光面の均一化を図ることが開示されている。
【０００５】
ここで、バックライト装置の発光面の法線方向（図１５の紙面上方向）が表示装置としての観視方向になるため、この方向の輝度が比較的高くなるのが望ましい。しかしながら、反射部材１０５が拡散反射率の高いものである場合、蛍光ランプの発光輝度は全方向にほぼ均等であるのに対し、図１６に示すように、反射部材１０５で正反射される光以外にも拡散反射される光があるため、ランプ間の中央位置においては法線方向の輝度は、ランプ直上よりも格段に低くなる。これをバックライト装置の発光面全体で見た場合、図１７に示すように、ランプ直上とランプ間の中央位置とで、法線方向の輝度は山と谷の関係になり、輝度差は極めて大きいものとなる。
【０００６】
この解決策として、反射部材１０５の表面を鏡面処理することで、反射部材１０５の側面に蛍光ランプ１０１の鏡像を二次光源として作り出し、谷部分の法線方向の輝度を増強させることが考えられる。しかし、逆に斜視方向の輝度が極めて小さくなるため、液晶表示装置の視野角が狭くなるという問題が生じる。
【０００７】
さらに、近年では蛍光ランプの本数を削減するため、発光効率が高く、大光束量を有する熱陰極管を使用する場合がある。この場合、ランプ本数を劇的に削減できる（例えば、２０型の場合は、２〜３本で必要光束が確保できる）ものの、その分、ランプ間のピッチが広くなり、相対的に反射部材１０５の効果が薄れる結果、図１８（ａ）に示すように、上記の問題が顕著になる。
【０００８】
この解決策として、図１８（ｂ）に示すように、反射部材１０５の側面の傾斜角度を緩やかにして受光面積を大きくすることも考えられる。しかし、ランプ間のピッチが極端に広い場合は、傾斜角度をかなり緩やかにすることが必要となり、主光線自体の進行方向が、バックライト装置の発光面の法線方向から外れるため、逆効果になりかねない。
【０００９】
本発明は上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、ランプ間に二次光源を作り出すことにより、ランプ直上とランプ間の位置における法線方向輝度の差が小さくなり、筐体の厚みを増すことなく発光面の均一化を実現することを目的とする。
【特許文献１】特開２００２−１８２５４７９号公報
【特許文献２】特開２００２−８２６２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明は、反射板上に支持され、平行に並ぶ少なくとも２つの直管部を有する管状の蛍光ランプと、前記蛍光ランプの上方に配設された拡散板と、前記反射板上の隣接する前記直管部間の中央位置に、管軸に平行に配設された反射部材と、を有するにバックライト装置において、前記反射部材は、内部に空洞を有する三角筒状とし、隣接する前記直管部の各々と対向する反射部材の各側壁に、管軸方向に所定のピッチで周期的に並ぶ複数の開口部を半ピッチずらして設けたことを特徴としている。
【００１２】
この構成によると、蛍光ランプからの放射光の一部が開口部から反射部材の空洞内部に入り、反射部材の側壁及び底壁の内面で拡散反射されることにより、反射部材の左右側壁及び底壁の内面自体が二次的な光源となり、開口部を通してこの二次光源を上方から見透かせることになる。
【００１３】
なお、前記開口部は、複数の微小な孔の集合体から成るものとしてもよい。この場合は、蛍光ランプからの放射光が、開口部の微小な孔を通過する際にシャッフルされることになるので、蛍光ランプ自体に発生する輝度斑や色斑を抑制することができ、より均一な発光面を提供することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、ランプ間に二次光源を作り出すことにより、ランプ直上とランプ間の位置における法線方向輝度の差が小さくなり、筐体の厚みを増すことなく発光面の均一化を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。以下の実施形態では、例えば２０型程度の大きさの液晶ディスプレイを照明するバックライトユニットを例にして説明する。
【００１６】
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係るバックライトユニットの拡散板を省略して示す上面図（ａ）及び同バックライトユニットの側面断面図（ｂ）である。図２は、同バックライトユニットの反射板と反射部材を示す斜視図である。
【００１７】
図中１は蛍光ランプ、２は長四角形状箱形のアルミ等の板金から成る筐体（基板）、この筐体２の内面には反射シート３が貼り付けられ、上部には拡散板４が配設されている。また、蛍光ランプ１は、図示しない点灯回路装置により点灯され、この点灯回路装置は一般的なもので良く、例えば、図１３に示すように、インバータ回路（ハーフブリッジのスイッチング回路を用いた直列ＬＣ発振回路）で構成する。なお、筐体２に貼り付けられた反射シート３は、反射板として機能するものであるが、筐体２を高反射率を有するポリカーボネートで樹脂成形した場合には、筐体２自体を反射板として機能させることができるため、反射シート３を省略することが可能である。
【００１８】
蛍光ランプ１は管状光源（例えば蛍光灯）であり、光源の使用本数が少ないほど後述する疑似光源の効果が得られやすいため、本実施形態では光束量が多い熱陰極蛍光灯を使用し、好適には、厚みと全光束とのバランスを考慮して、管径φ15.5 mmの熱陰極蛍光灯を使用する。
【００１９】
蛍光ランプ１は筐体２の底面に固定される不図示のランプ固定ピンによって支持されている。このような支持構造によって筐体２内には、２本の蛍光ランプ１が所定の間隔で平行に並設されている。
【００２０】
蛍光ランプ１は、0.5 mm厚程度の筒状のガラス管で構成され、その内部には、電子放射性物質（Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒなどアルカリ土類金属の酸化物あるいは、アルカリ土類金属のタングステン酸塩などで構成）が塗布されたコイル状のフィラメント電極（Ｗなどで構成）を有し、水銀や希ガス（Ａｒなど）が封入されている。また、蛍光ランプ１の内壁の全周にはＲＧＢの発光領域を有する蛍光体を混合した３波長形蛍光体膜が所定膜厚で管軸に沿って帯状に形成されている。
【００２１】
筐体２の底面上には、２本のランプ１、１間の中央位置に、断面二等辺三角形で、かつ内部が空洞となった三角筒状の反射部材５が、蛍光ランプの管軸に平行に敷設されている。反射部材５は、反射シート３と同様に反射率の高いポリカーボネートなどから形成されているため、反射部材５の左右側壁１４、１５及び底壁１６の内面１４ａ、１５ａ及び１６ａも反射率の高いものとなる。反射部材５の蛍光ランプ１と対向する左右側壁１４、１５には、複数の矩形開口部６、７が蛍光ランプ１の管軸方向に周期的に並んで設けられている。最も近い位置にある開口部６と７は、蛍光ランプ１の管軸と垂直な方向で互いに重なり合うことがないように、管軸方向について半ピッチずらされている。
【００２２】
このような反射部材５は、上記のように、高反射率を有するポリカーボネートなどの樹脂成形品を、アルミなどの板金から成る筐体２の底面上にとして配設しても良いが、筐体２自体をポリカーボネートで樹脂成形する場合には、筐体２の樹脂成形と同時に反射部材５を一体形成するようにしても良い。
【００２３】
拡散板４は、蛍光ランプ１からの直射光や、反射シート３からの反射光を拡散し、均一な面光源を作り出すために設けられる。拡散板４の材料は、内部に拡散材を充填した厚さ2 mm程度のポリカーボネート系樹脂板が好適に用いられる。また、発光面の輝度の均斉度を上げるために、拡散シートを拡散板４の上面に積み重ねても良いし、発光面の輝度を上昇させるために、レンズシートや、反射型偏光板を拡散板４の上面に積み重ねてもよい。
【００２４】
また、拡散板４を用いても発光面に現れる蛍光ランプ１の像（輝度斑）８を消すことができない場合には、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、拡散板４の裏面（入光面）における蛍光ランプ１と対向する範囲に、同一占有面積を有するドット形状の光吸収材９を貼り付けても良い。この場合、光吸収材９のドット径φは1 mm程度である。光吸収材の代わりに光反射材を用いることもできる。なお、発光面の輝度は、蛍光ランプ１の直上をピークとして蛍光ランプ１の管軸に対象に減衰する分布を有するため、拡散板４の裏面（入光面）における蛍光ランプ１と対向する範囲の外側にも、ドット形状の光吸収材１０を、蛍光ランプ１の直上から離間するほど、その占有面積が小さくなるようにグラデーションで形成すると良い。また、図４に示すように、図３（ａ）に示される光反射材９及び１０と同様のパターンで光吸収ドット（又は光反射ドット）を施したフィルム（光カーテン）１１を用いても良い。
【００２５】
上記構成のバックライト装置は、点灯回路装置を介して蛍光ランプ１を点灯させると、ガラス管内の放電によって蛍光体膜が励起して発光し放射される。そして、蛍光体膜を透過し拡散されてランプ外へと向かい、拡散板４へ直射光、又は反射シート３の表面もしくは反射部材５の側壁１４、１５の外面で反射されて反射光となって照射される。このときの直接光や反射光については従来通りである。
【００２６】
次に、反射部材５の開口部６又は７から空洞内部に侵入する放射光の進路について図５を参照して説明する。図５は、説明を単純にするため、図５（ａ）に示されるように、蛍光ランプ１から水平右方向に放射される光（主光線）に着目し、この主光線が反射部材５の空洞内部で正反射される場合についてのみ説明する。
【００２７】
反射部材５の左側壁１４の開口部６から空洞内部に侵入した放射光は、図５（ｂ）に示すように、対面の右側壁１５の内面１５ａ（「第２の反射面」と称する）により反射される。このとき、左右側壁１４、１５の傾斜角をθ度とすると、第２の反射面１５ａへの入射角及び反射角は（９０−θ）度となる。次にこの光線は、同図に示すように、反射部材５の底壁１６の内面１６ａ（「第３の反射面」と称する）により反射されるが、このとき第３の反射面１６ａへの入射角及び反射角は（９０−２θ）度となり、第２の反射面の１５ａに比較してθ度分小さくなる。もし傾斜角θが４５度を超える場合は、符号が反転（マイナス）し、光の進行方向が逆転する。光の進行方向が逆転しない場合は、図示のように、再度第２の反射面１５ａに到達し、このときの入射角及び反射角はさらにθ度分小さくなり、こちらも上記と同様に符号が反転すれば、光の進行方向が逆転し、図示のように、元の方向（すなわち、開口部６の方向）に光が進行する。さらにこの光は、反射部材５の左側壁１４の内面１４ａ（「第１の反射面」と称する）で反射して第３の反射面１６ａへと進行し、第３の反射面１６ａへの入射角によっては、再び第２の反射面１５ａへ向かう。
【００２８】
なお、上記の説明では主光線について述べたが、反射部材５は拡散反射率の高い材料で形成されているため、反射が起こるたびに上記のような符号反転の現象が様々の放射角度の光において生じる。よって、いったん開口部６に入射した光は、反射部材５の空洞内部で様々な進行方向で伝播し、拡散反射を繰り返すことになる。反射部材５の拡散反射率は約98％程度はあるので、ほとんど光の吸収は生じず、結局反射部材５の左右側壁及び底壁の内面自体が、二次的な光源となり、開口部６、７によって第３の反射面１６ａが二次光源として上方から見透かせることになる。この二次光源は、実光源（一次光源）である蛍光ランプ１と同様に直管状に形成される。
【００２９】
上記のように開口部６、７を二次光源として利用するためには、矩形開口部６、７はでいるだけ大きい方が望ましいのであるが、図４に示す現象を実現するには、反射部材５の左側壁１４の開口部６から空洞内部に入った光が右側壁１５から通過しては意味がないため、左側壁１４と右側壁１５とで蛍光ランプ１の管軸に直交する方向について開口部６と７が重なることがあってはならない。
【００３０】
すなわち、図１に示すように、開口部６、７は反射部材５の蛍光ランプ１と対向する左右側壁１４、１５（図１参照）で交互に周期的に現れるように、その位置を蛍光ランプ１の管軸方向について半ピッチずらす必要がある。ここで、開口部６及び７の大きさ、ピッチはすべて同一で、開口部６同士及び７同士の中心軸は蛍光ランプ１の管軸と平行でなければならない。
【００３１】
具体的には、図６に示すように、開口部６及び７の蛍光ランプ１の管軸に直交する方向の辺（短辺）Ｘは、開口部より見透かせる反射部材５の底壁１５（図１参照）を二次光源として利用するために、蛍光ランプ１のランプ径と略同一に設定するのが望ましい。また、開口部６及び７の蛍光ランプ１の管軸方向の辺（長辺）Ｙは、5 mm以下に設定するのが望ましい。その理由は、長辺Ｙは開口部６、６間（又は７、７間）の間隔とも一致するため5 mm以上に設定すると、明暗が目立って直管状の二次光源の形成が困難となり、これを反射部材５の上方に配置される拡散板４等で均斉化するには、筐体２の厚みが増し、バックライト装置を薄型化できないからである。
【００３２】
また、反射部材５の頂点の高さは、図１に示すように蛍光ランプ１と略同一の高さにするのが望ましい。蛍光ランプ１より高いとその頂点が、上方に拡散板４や拡散シート等を配置しても稜線として認識されてしまうおそれがあり、逆に蛍光ランプ１より低いと、反射部材５の空洞内部に入る蛍光ランプ１からの放射光量が減ることになり、上記の多重反射による二次光源の効果が薄れるためである。
【００３３】
また、開口部６、７の反射部材５の左右側壁１４、１５における高さとしては、図７に示すように、蛍光ランプ１の高さ方向の二等分線と、開口部６、７の高さ方向の二等分線が一致する位置に設定するのが望ましい。これにより、蛍光ランプ１からの放射光の受光角を最も大きくすることができるため、より多くの光を開口部６、７から反射部材５の空洞内部に入射させることができる。なお、反射部材５の左右側壁１４、１５の傾斜角θは、使用する蛍光ランプ１のランプ径とランプ間のピッチの大きさに依存して決められる。
【００３４】
図８（ａ）及び（ｂ）に示す各種パラメータを備え、拡散板を省略した本発明バックライトユニットの実験機を用いて、法線方向の輝度（図１で示すＡ−Ａ'線とＢ−Ｂ'線の合成）を測定した結果（実線）を、図９に示す。なお、蛍光ランプ１の駆動電流は、実効値200 mA、周波数50 kHzの正弦波とする。比較のため、ランプ間に反射部材を設けない場合（点線）、及び、ランプ間の中央位置に、開口部を持たない反射部材を設けた場合（波線）の結果も併せて示す。
【００３５】
ランプ間に反射部材を設けない場合、図９に点線で示すように、法線方向輝度は、蛍光ランプ１の直上で約20000 cd/ｍ2あるのに対して、ランプ間の中央位置で600 cd/ｍ2程度
しかなく、輝度不足が顕著である。また、ランプ間の中央位置に、開口部を持たない反射部材を設けた場合、図９に波線で示すように、ランプ間の中央位置での法線方向輝度は、4000 cd/ｍ2程度に上昇するものの、蛍光ランプ１の直上の輝度に比較して輝度不足は否めない。これに対して、ランプ間の中央位置に、開口部を有する本発明の反射部材５を設けた場合、図９に実線で示すように、法線方向輝度は、開口部６、７の位置において約7500 cd/ｍ2のピークを有することになり、蛍光ランプ１の直上の輝度ピークに近づけることが
できる。
【００３６】
実際には、上記のように2 mm厚程度の拡散板によって、筐体２内部で、更に光が拡散・伝播することになり、更に拡散板裏面に形成するドット物や、光カーテンにより、図示した輝度ピークが均され、輝度の不均一性は緩和される。現実的には蛍光ランプ１直上の輝度ピークは他の部分に比べて極めて高いため、この部分の光を吸収するようなドット物が形成されることになる。従って、光の吸収が生じるため、発光効率が低下してしまう。しかしながら、本発明によれば、反射部材５の開口部６、７の位置における輝度を、蛍光ランプ１の直上の輝度ピークに近づけることができるため、あたかも、擬似光源がランプ間に形成されたような効果が得られ、その結果、光の吸収を緩和させることができき、発光効率を低下させることなく均一な発光面を提供することができる。
【００３７】
なお、上記の説明では図１に示したように、バックライトユニットの光源として蛍光ランプ１が２本備えられた場合を例に説明したが、ランプ本数は２本に限定されるものではなく、３本以上であっても、隣接するランプ間に同様の反射部材５を設けることで本発明の効果が得られる。また、蛍光ランプ１が１本であっても、図１０のようにコの字管であっても、あるいは図示しないがＮ字管やＷ字管であっても良く、少なくとも２つの直管部分が存在すれば、その隣り合う直管部分の間に同様の反射部材５を設けることで本発明の効果が得られる。また、開口部は必ずしも矩形である必要はなく、図１１に示すように円形であっても良い。
【００３８】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について説明する。図１２は、第２の実施形態に係るバックライトユニットの拡散板を省略して示す上面図である。
【００３９】
図１２に示すように、第２の実施形態のバックライトユニットでは、反射部材５の左右側壁１４、１５に、多数の微小な孔、例えば1 mm前後の孔の集合体で構成される開口部１７、１８を設けている。多数の微小な孔は高密度でランダムに配置されているが、孔の集合体つまりは開口部１７、１８単位で見れば、第１の実施形態の開口部６、７（図１（ａ）参照）と同一形状であり、かつ開口部１７同士（又は１８同士）の中心軸は、蛍光ランプ１の管軸に平行である。
【００４０】
第２の実施形態によると、第１の実施形態と同様に、開口部１７、１８から反射部材５の底壁を見透かせる二次光源は、実光源（一次光源）である蛍光ランプ１と同様に直管状に形成される。また、第２の実施形態によると、蛍光ランプ１からの放射光が、開口部１７、１８の微小な孔を通過する際にシャッフルされることになるので、例えば蛍光ランプ１自体に発生する輝度斑や色斑を抑制することができ、より均一な発光面を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】は、第１の実施形態に係るバックライトユニットの拡散板を省略して示す上面図（ａ）及び同バックライトユニットの側面断面図（ｂ）である。
【図２】は、同バックライトユニットの反射板と反射部材を示す斜視図である。
【図３】は、同バックライトユニットの拡散板の裏面にドット形状の光反射材を設けた例を示す拡散板裏面の平面図（ａ）及びそのバックライトユニットの側面断面図である。
【図４】は、同バックライトユニットの拡散板の背後に光反射ドットを施したフィルムを設けた例を示すバックライトユニットの側面断面図である。
【図５】は、図１のＡ−Ａ線断面図（ａ）及び図５（ａ）点線丸囲い部の拡大図（ｂ）である。
【図６】は、同バックライトユニットの反射部材の左右側壁に設けられる開口部の位置関係を示した平面図である。
【図７】は、同バックライトユニットの反射部材の左右側壁に設けられる開口部の高さ方向の位置を示した断面図である。
【図８】は、同バックライトユニットの法線方向輝度測定用の実験機を説明する平面図（ａ）及び側面断面図（ｂ）である。
【図９】は、図７に示す実験機を用いて法線方向の輝度を測定した結果を示す図である。
【図１０】は、同バックライトユニットの他の例の拡散板を省略して示す上面図であって、蛍光ランプがコの字型光源である例を示すものである。
【図１１】は、同バックライトユニットのさらに他の例の拡散板を省略して示す上面図であって、反射部材の左右側壁に設ける開口部が円形である例を示すものである。
【図１２】は、第２の実施形態に係るバックライトユニットの拡散板を省略して示す上面図である。
【図１３】は、バックライトユニットに使用する点灯回路装置の一例の回路図である。
【図１４】は、一般的なバックライト装置の概略構成を示す側面断面図である。
【図１５】は、特許文献１及び特許文献２に記載された従来のバックライト装置の概略構成を示す側面断面図である。
【図１６】は、図１５に示すバックライト装置で、蛍光ランプからの光が三角柱状の反射部材によって拡散反射される様子を示す説明図である。
【図１７】は、図１５に示すバックライト装置で、蛍光ランプの管軸に直交する方向について法線方向の輝度分布を表す図である。
【図１８】は、図１５に示すバックライト装置で、蛍光ランプに熱陰極管を使用したものに関し、反射部材の側面の傾斜角度が急な場合（ａ）と緩やかな場合（ｂ）で、蛍光ランプの管軸に直交する方向について法線方向の輝度分布を比較して表す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１    蛍光ランプ
２    筐体
３    反射シート（反射板の一態様）
４    拡散板
５    反射部材
６、７  開口部
１４  左側壁
１４ａ  第１の反射面
１５  右側壁
１５ａ  第２の反射面
１６  底壁
１６ａ  第３の反射面
１７、１８  微小な孔から成る開口部
【図１】
2009134992.tif 000003
【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】
2009134992.tif 000014
【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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