(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
n波長多重された光信号が、光信号入力手段に導かれ、これが、
１入力f1出力で、f1個の出力からは各々、複数の光信号が波長多重されて出力され、かつ、その内の任意の出力手段f1aとf1bからの光信号のを比較した際、少なくとも１つは異なる光信号であるような第１の光分波手段の入力に接続され、
第１の光分波手段のf1個の出力各々に、入力した光信号を通過させるか遮断させる状態のどちらかの状態を任意に設定できる第１の光スイッチング手段を接続し、
全ての第１の光スイッチング手段の出力を、f1個の入力より入力した光信号を1個の出力よりまとめて出力する第１の光合波手段に１個づつ接続し、
第１の光合波手段の出力を１入力f2出力で、f2個の出力からは各々、複数の光信号が波長多重されて出力され、かつ、その内の任意の出力f2aとf2bからの光信号のを比較した際、少なくとも１つは異なる光信号であるような第２の光分波手段の入力に接続され、
第２の光分波手段のf1個の出力各々に、入力した光信号を通過させるか遮断させる状態のどちらかの状態を任意に設定できる第２の光スイッチング手段を接続し、
第２の光スイッチング手段の出力を、f2個の入力より入力した光信号を1個の出力よりまとめて出力する第２の光合波手段に接続し、
第１の光分波手段〜第１の光合波手段、あるいは第２の光分波手段〜第２の光合波手段のステージをs段（s＞１）繰り返した（その度にfx個の出力を持つ光分波手段とfx個の光スイッチング手段と、fx個の入力を持つ光合波手段を、第１の光分波手段〜第１の光合波手段のように繰り返し接続する）構成を持ち、
最終ステージの出力を選択光信号の出力手段とする構成上の特徴を持ち、
上記構成に含まれる光スイッチング手段を操作することによって所望の光信号を選択出力することを特徴とした波長選択装置。
【請求項２】
請求項１に記載の波長選択装置において、
f1×f2×f3×....×fs=n
なる関係を満たすステージ数（光分波手段数）sをもち、
使用する光分波手段は光分波手段の出力数fx(x：1＜＝x＜＝s、fx：２＜＝fx）を持ち、
かつ、同一光分波手段の出力より出力される光信号が、他の同一光分波手段の出力より出力されず、
かつ、ある光分波手段の出力手段より出力される複数の波長の組合せと同じ組合せを持つ、他の光分波手段の出力手段が存在しないものを用いた構成を持つことを特徴とした波長選択装置。
【請求項３】
請求項２に記載の波長選択装置において、
光波長分波手段の出力数 fx＝２、（x：１＜＝x＜＝s）、
ステージ数s＝log2 n
（log2 nは2を底とするlogのn）
なる関係をもつことを構成上の特徴とした波長選択装置。
【請求項４】
請求項２に記載した波長選択装置において、
光波長分波手段の出力数fx＝root(n)、
ステージ数s＝2
（root(n)は、ｎの平方根を示す）
なる関係をもつことを構成上の特徴とした波長選択装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいづれかに記載の波長選択装置において、
光分波手段として、入力波長λ１〜λn（ただし、λ１〜λnは等間隔）と出力端の関係が周期的なものを使用することを構成上の特徴とした光波長選択装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいづれかに記載の波長選択装置において、
光分波手段として、１入力m出力の光分岐手段を用意し、その出力各々に特定の波長のみを通過させる特徴を持つ特定波長通過手段を接続したものを使用する（ただし、m＜＝n）ことを構成上の特徴とした光波長選択装置。
【請求項７】
請求項６に記載の波長選択装置において、
光分岐手段が１入力n出力で、特定波長通過手段の後段にpこの（p:1<p<n）複数入力１出力の光合流手段を接続した構成を持つことを構成上の特徴とした波長選択装置。
【請求項８】
請求項７に記載の波長選択装置において、
光分岐手段と特定波長通過手段の代わりに、１入力n出力でn個の出力からは全て異なる光信号を出力する光波長分波手段を用いた構成を持つことを構成上の特徴とした波長選択装置。
【請求項９】
請求項１〜４のいづれかに記載の波長選択装置において、
光合波手段として、ツリー型カプラやスターカプラを用いることを構成上の特徴とした波長選択装置。
【請求項１０】
請求項１〜４のいづれかに記載の波長選択装置において、光合波手段として、合波時に分岐損の発生しない光合流手段を用いることを構成上の特徴とした波長選択装置。
【請求項１１】
請求項１〜４のいづれかに記載の波長選択装置において、光分波手段とその前段の光合波手段とを、１つの複数入力複数出力の光合分波手段で実現したことを構成上の特徴とした波長選択装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいづれかに記載される波長選択装置において、
光分波手段や光合波手段に若干の冗長性を持たせた構成や、選択できない波長を含ませてハード量を削減させた構成を持つことを構成上の特徴とした光波長選択装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光通信ネットワークシステム等で用いる波長選択装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信ネットワークシステムで用いられる波長選択フィルタは、様々なものが提案されている。図１１は、文献（信学技報SSE94-201(1995),pp37-42「10Gb/s級周波数分配型光ATMスイッチ」）に開示された構成を基に示した波長選択装置である。
【０００３】
図１１において、入力光ファイバ901より波長多重された光信号波長λ１〜λnが入力され、これらは分波器910に導かれる。分波器はn本の出力端子を有し、それぞれλ１〜λnを１波長づつに分波して出力する。
これら分波器の出力端にはそれぞれ光ゲートスイッチ920-1〜920-nが接続され、例えばλ3の信号のみを出力したい時には、光ゲートスイッチ920-3のみを「光信号通過可能」の状態にし、他の光ゲートスイッチを「光信号通過不可能」にする。
【０００４】
こうして出力された波長λ3の光信号は光合流手段930を通して出力光ファイバ940より出力される。このようにして、任意の光波長信号のみを出力可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記の構成では、光ゲートスイッチは、波長多重数個必要である。即ち、例えば６４波長多重システムでは６４個必要であり、１０００波長多重システムでは１０００個必要である。
しかしながら、光ゲートスイッチの数が増えることは、物理的なサイズが大きくるだけでなく、コストが増え好ましくない。特に同部品は、現在極めて高価である事から出来るだけ、その個数が少ない方が望ましいが、妙案はなかった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、この発明の波長選択装置によれば、
n波長多重された光信号が、光信号入力手段に導かれ、これが、
１入力f1出力で、f1個の出力からは各々、複数の光信号が波長多重されて出力され、かつ、その内の任意の出力手段f1aとf1bからの光信号のを比較した際、少なくとも１つは異なる光信号であるような第１の光分波手段の入力に接続され、第１の光分波手段のf1個の出力各々に、入力した光信号を通過させるか遮断させる状態のどちらかの状態を任意に設定できる第１の光スイッチング手段を接続し、
全ての第１の光スイッチング手段の出力を、f1個の入力より入力した光信号を1個の出力よりまとめて出力する第１の光合波手段に１個づつ接続し、
第１の光合波手段の出力を１入力f2出力で、f2個の出力からは各々、複数の光信号が波長多重されて出力され、かつ、その内の任意の出力f2aとf2bからの光信号のを比較した際、少なくとも１つは異なる光信号であるような第２の光分波手段の入力に接続され、
第２の光分波手段のf1個の出力各々に、入力した光信号を通過させるか遮断させる状態のどちらかの状態を任意に設定できる第２の光スイッチング手段を接続し、
第２の光スイッチング手段の出力を、f2個の入力より入力した光信号を1個の出力よりまとめて出力する第２の光合波手段に接続し、
第１の光分波手段〜第１の光合波手段、あるいは第２の光分波手段〜第２の光合波手段のステージをs段（s＞１）繰り返した（その度にfx個の出力を持つ光分波手段とfx個の光スイッチング手段と、fx個の入力を持つ光合波手段を、第１の光分波手段〜第１の光合波手段のように繰り返し接続する）構成を持ち、
最終ステージの出力を選択光信号の出力手段とする構成上の特徴を持ち、
上記構成に含まれる光スイッチング手段を操作することによって所望の光信号を選択出力することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の態様】
１．第１の実施例の説明
１−１．第１の実施例の構成
図１は本発明の第１の実施例の構成図であり、１６波長中の任意の１波長を選択する装置例である。もちろん波長数１６は任意の波長数nに拡張できる。
【０００８】
入力光ファイバ101は光信号を入力する手段であり、これが第１の分波器110-1に接続される。
【０００９】
第1の分波器110-1は２つの出力を持ち、片方は波長λ1〜λ8を出力し、もう片方は波長λ9〜λ16を出力する。これら２つの出力はそれぞれ光ゲートスイッチ120-1および120-2が接続され、これらの出力が光合波手段130-1に接続され、その出力は第２の分波器110-2に接続される。
【００１０】
第２の分波器110-2は２つの出力を持ち、片方は波長λ1〜λ4,λ9〜λ12を出力し、もう片方は波長λ5〜λ8,λ13〜λ16を出力する。これら２つの出力はそれぞれ光ゲートスイッチ120-3および120-4が接続され、これらの出力が光合波手段130-2に接続され、その出力は第3の分波器110-3に接続される。
【００１１】
第3の分波器110-3は２つの出力を持ち、片方は波長λ1,λ2,λ5,λ6,λ9,λ10,λ13,λ14を出力し、もう片方は波長λ3,λ4,λ7,λ8,λ11,λ12,λ15,λ16を出力する。これら２つの出力はそれぞれ光ゲートスイッチ120-5および120-6が接続され、これらの出力が光合波手段130-3に接続され、その出力は第4の分波器110-4に接続される。
【００１２】
第4の分波器110-4は２つの出力を持ち、片方は波長λ1,λ3,λ5,λ7,λ9,λ11,λ13,λ15を出力し、もう片方は波長λ2,λ4,λ6,λ8,λ10,λ12,λ14,λ16を出力する。これら２つの出力はそれぞれ光ゲートスイッチ120-6および120-7が接続され、これらの出力が光合波手段130-4に接続され、その出力が本装置の出力140となる。
【００１３】
なお、この図では構成がわかりやすいように全ての光ゲートスイッチを「光信号通過可能」の状態にしてある。
【００１４】
１−２．第１の実施例の動作
図２では本発明の第１の実施例の動作例として、波長λ1〜λ16の中からλ3を選択出力する方法を示してる。もちろん波長はλ3に限らずは任意の波長で可能である。
【００１５】
入力光ファイバ101より１６波を入力する。これが第１の分波器110-1によって、２つの出力の内、片方は波長λ1〜λ8を出力し、もう片方は波長λ9〜λ16を出力する。
【００１６】
そして、これら２つの出力が接続される光ゲートスイッチ129-1および120-2の内、120-1を「光信号通過可能」の状態にし、120-2を「光信号通過不能」の状態にする。すると、２出力が合波された状態（片方は信号が来ないが）で波長λ1〜λ8のみが通過する。通過した光信号は第２の分波器110-2によって、２つの出力の内、片方は波長λ1〜λ4を出力し、もう片方は波長λ5〜λ8を出力する。
【００１７】
そして、これら２つの出力が接続される光ゲートスイッチ120-3および120-4の内、120-3を「光信号通過可能」の状態にし、120-4を「光信号通過不能」の状態にする。すると、２出力が合波された状態（片方は信号が来ないが）で波長λ1〜λ4のみが通過する。通過した光信号は第３の分波器110-3によって、２つの出力の内、片方は波長λ1,λ2を出力し、もう片方は波長λ3,λ4を出力する。
【００１８】
そして、これら２つの出力が接続される光ゲートスイッチ120-5および120-6の内、120-6を「光信号通過可能」の状態にし、120-5を「光信号通過不能」の状態にする。すると、２出力が合波された状態（片方は信号が来ないが）で波長波長λ3,λ4のみが通過する。通過した光信号は第4の分波器110-4によって、２つの出力の内、片方は波長λ3を出力し、もう片方は波長λ4を出力する。
【００１９】
そして、これら２つの出力が接続される光ゲートスイッチ120-7および120-8の内、120-7を「光信号通過可能」の状態にし、120-8を「光信号通過不能」の状にする。すると、２出力が合波された状態（片方は信号が来ないが）で波長波長λ3のみが通過する。
以上の動作によって１６波長中の任意の１波長が選択可能となる。
【００２０】
１−３．第１の実施例の効果
本発明に示した構成をとれば、１波のみを選択する場合は、図１１に示した従来技術と同じ性能を実現可能である。
そして、そこで必要となるを光ゲートスイッチの数は、従来技術の場合の１６個に対し、本発明では８個であり、大幅に削減されている。これによって、ハードを小さくし、コストの削減が可能となる。
【００２１】
より一般的に考えると、図１１の例ではｎ波長の装置の場合で、ｎ個の光ゲートスイッチが必要であった。これが、本発明では、2log2 n個で済む（log2 nは、２を底とするlogのｎ）。
【００２２】
本発明の第１の要点は、従来では、多重された光信号を１つ１つ全部ばらして、それぞれに１：１で光ゲートスイッチを対応させ、１つの波長を選択していたものを、複数のステージに分け、各ステージでは１つのゲートスイッチで複数の波長の通過か否かを選択し、複数のステージを通過する内に、任意の波長を選択可能にするものである。
【００２３】
なお、図２では任意の１波長の選択の動作をさせていたが、光スイッチゲート120-8も「光信号通過可能」の状態にし、λ３、λ４の２波長を同時選択出力するような使用法をすると、より有効なアプリケーションにも利用できる。
ただし、これは任意の２波長を選択可能とはならないで、そうするためには全ての組合せが可能なようにステージ数を増やす必要がある。
【００２４】
そして第２の要点は、特に、各ステージで確実に波長を絞り込む方法である。そして第３の要点は、特に、１波長を選択する際に、ハード量（光ゲートスイッチの量）が最小となる構成であり、これが、本第１の実施例に示した構成方法である。つまり、選択を希望する波長が各ステージで２つのグループのどちらに属するかで絞り込んでいく方法である。
【００２５】
これは、波長数ｎが２のlog2 n乗であることから、選択を希望する波長を２つのグループのどちらかに分け、これをlog2 n回繰り返すと、その数を特定できることを利用したものである。logで効いてくるから、その効果は絶大にして強烈である。
【００２６】
例えば256波長多重の場合なら、従来だと256個必要な光ゲートスイッチが、わずか、１６個で済むし、１０２４波長多重の場合なら、従来だと１０２４個必要な光ゲートスイッチが、わずか２０個で済むことになる。（log2 nは２を底とするlogのn）この辺りの説明は第２の実施例の後にまとめて示した。
【００２７】
２．第２の実施例の説明
２−１．第２の実施例の構成
図３は本発明の第２の実施例の構成図であり、１６波長中の任意の１波長を選択する装置例である。もちろん波長数１６は任意の波長数nに拡張できる。
【００２８】
入力光ファイバ201は光信号を入力する手段であり、これが第１の分波器210-1に接続される。
【００２９】
第1の分波器210-1は4つの出力を持ち、それぞれ、波長λ1〜λ4,波長λ5〜λ8,波長λ9〜λ12,波長λ13〜λ16を出力する。これら4つの出力はそれぞれ光ゲートスイッチ220-1〜220-4が接続され、これらの出力が光合波手段230-1に接続され、その出力は第２の分波器210-2に接続される。
【００３０】
第２の分波器210-2は4つの出力を持ち、１つ目の出力が波長λ1,λ5,λ9,λ13、２つ目の出力が波長λ2,λ6,λ10,λ14、３つ目の出力が波長λ3,λ7,λ11,λ15、４つ目の出力が波長λ4,λ8,λ12,λ16を出力している。
【００３１】
これらの出力はそれぞれ光ゲートスイッチ220-5〜220-8が接続され、これらの出力が光合波手段230-2に接続され、その出力が、本装置の出力となっている。なお、この図３では構成がわかりやすいように全ての光ゲートスイッチを「光信号通過可能」の状態にしてある。
【００３２】
２−２．第２の実施例の動作
図４に波長λ３のみを選択出力する場合の動作例を示す。
まず、第１ステージで光ゲートスイッチ220-1のみを「光信号通過可能」状態に、光ゲートスイッチ220-2〜220-4を「光信号通過不可能」状態にすることで、230-1からは波長λ１〜λ４までが出力される。
【００３３】
次に、第２ステージで光ゲートスイッチ220-7のみを「光信号通過可能」状態に、光ゲートスイッチ220-5,220-6,220-8を「光信号通過不可能」状態にすることで、240からは波長λ３のみを選択出力する。
【００３４】
２−３．第２の実施例の効果
先の第１の実施例では、波長数が増加すると各ステージ数が多くなり、光ゲートスイッチや分波器による光損失が大きくなり、これを補うための光アンプが必要になったり、クロストークやノイズの心配も出てくる。
【００３５】
図５は６４波長から１波長選択時のステージ数と光スイッチの個数を示した図である。ステージを２段とし、１段の光ゲートスイッチ数をルートnとした方式（第２の実施例）は、確かに、第１の実施例で示したlog2 n段で１段に２個の光ゲートスイッチの方法よりスイッチ数は多くなる（16:12）。（log2 nは2を底とするlogのn）
【００３６】
しかし、最も削減の効果が大きいのは、従来技術から、本実施例に示す２段までの部分である。従って、本当に光ゲートスイッチ数を最小にしなくても良いのなら、２段にした方が、ロスやクロストークの点で有利と言える。
具体的には、従来技術のロスに比べ、本第２実施例はロスで約２倍、ハード量が25％。従来技術のロスに比べ、第１実施例はロスで約12倍、ハード量が19％である。
【００３７】
３．分波器110（210）および合波器130（230）の詳細構成
第１および第２の実施例で分波器110（210）として示した波長を分解する手段としては、図６（Ａ）に示すように周期性のあるフィルタ（ファブリペロー型等）を用いると、コンパクトに構成することが可能でロスも小さく、有効である。
【００３８】
また、図６（Ｂ）に示すようにカプラとフィルタ（ファブリペロやバンドパスフィルタ）を別別に作り組み合わせ方式は、個々の部品の完成度を高められたり、壊れても一部で済むなど有効である。
【００３９】
また、図７（Ａ）の方式はフィルタが１個１波長選択なので、波長選択制度が高いものを構成可能となり、有効である。なお、同図のフィルタ後段に四角で示した合波器は、各波長を損失なく合波できるものが望ましいが、光損失がそれほど問題でない場合は、ツリー型カプラ等を用いても問題ない。
【００４０】
また、図７（Ｂ）の方式は分波用フィルタを用い分岐損を無くしているので、ツリー型カプラの後段に１波選択フィルタを並べた図７（Ａ）の方式よりロスが小さくなる点で有効である。
【００４１】
また、合波器130（230）に示される光合波手段として、ツリー型カプラやスター型カプラを用いると、比較的安価に実現することが可能であり、有効である。同じく光合波手段として、波長毎にカップリングして合波時の分岐損が発生しないもの（ファブリペロフィルタを逆向きに付けたり、光波長ルータ（Electronics Letters, vol.31, no.3 ,1995-2, pp194-195）等）を用いるとロスが少なく有効である。
【００４２】
また、図８（Ａ）に示すようにカプラとフィルタとを組み合わせたり、図８（Ｂ）に示すように前述の波長ルータを用いて、前段の光合波手段と直後の分波器を一体化すれば、コンパクトに構成可能で有効である。
【００４３】
また、光ゲートスイッチには、LiNbO3や半導体の変調器や、TWAなどを用いることが出来る。
【００４４】
４．第３の実施例の説明
図９は本発明の第３実施例の構成図である。
n波長多重された光信号が、光信号入力手段（１−１）に導かれる。これが、１入力f1出力で、f1個の出力からは各々、複数の光信号が波長多重されて出力され、かつ、その内の任意の出力手段f1aとf1bからの光信号のを比較した際、少なくとも１つは異なる光信号であるような第１の光分波手段（１−２）の入力に接続される。
【００４５】
第１の光分波手段（１−２）のf1個の出力各々に、入力した光信号を通過させるか遮断させる状態のどちらかの状態を任意に設定できる第１の光スイッチング手段（１−３）を接続する。
【００４６】
全ての第１の光スイッチング（１−３）の出力を、f1個の入力より入力した光信号を1個の出力よりまとめて出力する第１の光合波手段（１−４）に１個づつ接続する。
【００４７】
第１の光合波手段（１−４）の出力を１入力f2出力で、f2個の出力からは各々、複数の光信号が波長多重されて出力され、かつ、その内の任意の出力f2aとf2bからの光信号のを比較した際、少なくとも１つは異なる光信号であるような第２の光分波手段（１−５）の入力に接続される。
【００４８】
第２の光分波手段（１−５）のf1個の出力各々に、入力した光信号を通過させるか遮断させる状態のどちらかの状態を任意に設定できる第２の光スイッチング手段（１−６）を接続する。
【００４９】
第２の光スイッチング手段（１−６）の出力を、f2個の入力より入力した光信号を1個の出力よりまとめて出力する第２の光合波手段（１−７）に接続する。
【００５０】
第１の光分波手段（１−２）〜第１の光合波手段（１−４）、あるいは第２の光分波手段（１−５）〜第２の光合波手段（１−７）のステージをs段（s＞１）繰り返した（その度にfx個の出力を持つ光分波手段とfx個の光スイッチング手段と、fx個の入力を持つ光合波手段を第１の光分波手段〜第１の光合波手段のように繰り返し接続する）構成を持ち、最終ステージの出力を選択光信号の出力手段（１−８）とする構成上の特徴を持つ。
【００５１】
上記構成に含まれる光スイッチング手段を操作することによって所望の光信号を選択出力することをその動作の特徴とする。
【００５２】
第３の実施例は、要は複数のステージを通過するたびに波長を絞り、最終的に所望の光波長を選択するものである。
各ステージの光分波器の出力端より出力される波長数に若干の冗長性や一部に選択できない波長があったりしても、波長選択機能が実現できれば問題なしとするものであり、図中のf1〜fsについても特に制限を設けない。
【００５３】
５．第４の実施例
図１０は本第４の実施例の構成図である。
第４の実施例は、第３の実施例に示した波長選択装置において、特に、
f1×f2×f3×....×fs=n
なる関係を満たすステージ数（光分波手段数）sをもち、使用する光分波手段は光分波手段の出力数fx(x：1＜＝x＜＝s、fx：２＜＝fx）を持ち、かつ、同一光分波手段の出力より出力される光信号が、他の同一光分波手段の出力より出力されず、かつ、ある光分波手段の出力手段より出力される複数の波長の組合せと同じ組合せを持つ、他の光分波手段の出力手段が存在しない、ものを用いた構成を持つことを特徴とする。
【００５４】
これは、波長数nの中から、分波器１ステージ目で、n／f1、２ステージ目でn／f1／f2、と通過可能な波長を絞っていくもので、必要な光ゲートスイッチ数はs×fとなる。
通常fx=f1(x：1＜＝x＜＝sの任意の整数）が製作に便利だが、nがきっちりした乗数になっていない場合、f1ではなくf2のステージもできる。
また、s＝log f1 n  （f1を底とするlogのn）の関係がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の構成図である。
【図２】本発明の第１の実施例の動作例を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例の構成図である。
【図４】本発明の第２の実施例の動作を説明する図である。
【図５】６４波長から１波長を選択するときの、ステージ数と光スイッチの個数を示す図である
【図６】分波器の構成例を示す図である。
【図７】分波器の構成例を示す図である。
【図８】合波器と分波器を一体化した構成例を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施例の構成図である。
【図１０】本発明の第４の実施例の構成図である。
【図１１】従来の波長選択装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１００−１、２００−１：第１の分波器
１００−２、２００−２：第２の分波器
１００−３、２００ー３：第３の分波器
１００−４、２００−４：第４の分波器
１２０−１〜１２０−８、２２０−１〜２００−８：光ゲートスイッチ
１３０−１〜１３０−４、２３０−１〜２３０−２：光合波手段
【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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