(57)【要約】  本発明は、高輝度なプロジェクタを提供するもので、第１の蛍光領域にて発生した第１の蛍光を含む第１の光を出力する第１の光源と、第２の蛍光領域にて発生した第２の蛍光を含む第２の光を出力する第２の光源と、第１乃至第３の画像表示素子と、入力された第１の光と第２の光からそれぞれ色が異なる第１乃至第３の画像表示素子を照明する照明光を生成して第１乃至第３の画像表示素子へ照射する光分離光学系と、入力された映像信号および第１乃至第３の画像表示素子に照射される照明光の色に応じた画像を第１乃至第３の画像表示素子に表示させる制御装置と、を有する。
2016166885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の蛍光領域にて発生した第１の蛍光を含む第１の光を出力する第１の光源と、
第２の蛍光領域にて発生した第２の蛍光を含む第２の光を出力する第２の光源と、
第１乃至第３の画像表示素子と、
入力された前記第１の光と第２の光からそれぞれ色が異なる前記第１乃至第３の画像表示素子を照明する照明光を生成して前記第１乃至第３の画像表示素子へ照射する光分離光学系と、
入力された映像信号および前記第１乃至第３の画像表示素子に照射される照明光の色に応じた画像を前記第１乃至第３の画像表示素子に表示させる制御装置と、
を有することを特徴とするプロジェクタ。
【請求項２】
請求項１に記載のプロジェクタにおいて、
前記第１の蛍光および第２の蛍光の少なくとも一方は、前記分離光学系で生成される照明光の色のうちの２つの色の成分を含む混色光であるプロジェクタ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のプロジェクタにおいて、
前記第１の蛍光領域は第１の蛍光ホイールに設けられ、前記第２の蛍光領域は第２の蛍光ホイールに設けられているプロジェクタ。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載のプロジェクタにおいて、
前記第１の蛍光領域と前記第２の蛍光領域は、前記第１の光源と前記第２の光源に共通に設けられた蛍光ホイールに設けられたプロジェクタ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
前記光分離光学系で生成される照明光のいずれかの色の光を前記分離光学系に出力する第３の光源を有するプロジェクタ。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
前記第１乃至第３の画像表示素子と前記光分離光学系の間に設けられ、該分離光学系からの照明光を前記第１乃至第３の画像表示素子上に収束させる第１乃至第３の照明光学系を有するプロジェクタ。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
前記第１乃至第３の画像表示素子が透過型液晶ライトバルブであるプロジェクタ。
【請求項８】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
前記第１乃至第３の画像表示素子がＤＭＤであるプロジェクタ。
【請求項９】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
前記第１乃至第３の画像表示素子がＬＣＯＳであるプロジェクタ。
【請求項１０】
第１の光源から第１の蛍光領域にて発生した第１の蛍光を含む第１の光を出力させ、
第２の光源から第２の蛍光領域にて発生した第２の蛍光を含む第２の光を出力させ、
前記第１の光と第２の光からそれぞれ色が異なる前記第１乃至第３の画像表示素子を照明する照明光を生成し、
当該照明光を前記第１乃至第３の画像表示素子へ照射させ、
入力された映像信号および前記照明光に応じた画像を前記第１乃至第３の画像表示素子に表示させる画像表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクタおよび画像の表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクタの光源として高圧水銀ランプなどが用いられてきた。しかしながら、ランプ光源は寿命が比較的短く、定期的な交換が必要であった。
そこで、ランプ光源に代わる光源として、蛍光体を用いた光源を有するプロジェクタが提案されている。
特許文献１（特開２０１２−１２３１７９号公報）にはレーザ光源と蛍光体を用いた光源を有するプロジェクタが開示されている。
特許文献１の図１に示されるプロジェクタ１は、光源装置２と、色分離光学系３と、液晶ライトバルブ４Ｒ、４Ｇ、４Ｂと、色合成素子５と、投射光学系６を有している。光源装置２は、レーザ光源９とダイクロイックミラー１０と、１／４波長板１１と、蛍光体ホイール１２と、コリメート光学系１３と、レンズアレイ１４、１５と、偏光変換素子１６と、重畳レンズ１７を有している。
レーザ光源９から出射されたｐ偏光の青色光はダイクロイックミラー１０と１／４波長板１１を透過して蛍光体ホイール１２に入射する。青色光によって励起された蛍光体は黄色蛍光を出射するとともに、入射した青色光の一部を反射する。【０００３】
したがって、蛍光体ホイール１２からは黄色蛍光と、青色光の合成光が白色光として出射される。黄色蛍光と青色光は１／４波長板１１に入射する。黄色蛍光は非偏光（ランダム偏光）のため、偏光上の変化は起こらない。
一方、青色光の一部は１／４波長板１１を２回透過することによってｐ偏光からｓ偏光に変換される。ダイクロイックミラー１０は青色のｐ偏光を透過し、青色のｓ偏光と黄色光を反射するよう構成されているため、黄色蛍光とｓ偏光の青色光は反射され、コリメート光学系１３に入射する。コリメート光学系によって発散角度が調整された黄色蛍光と青色光の合成光である白色光は、レンズアレイ１４、１５と偏光変換素子１６と重畳レンズ１７からなる、いわゆるインテグレータ光学系によって、液晶ライトバルブ４Ｒ、４Ｇ、４Ｂを均一照明する単一偏光に変換される。色分離系３によって、前記の白色光は、黄色蛍光と青色光が分離され、黄色蛍光が緑色光と赤色光に分離されることで、赤色光と緑色光と青色光の三原色に分光されたのち、それぞれライトバルブ４Ｒ、４Ｇ、４Ｂに入射する。ライトバルブによって空間変調された各色光は光合成素子５によって同一光軸上に合成されたのち、投射光学系６によってスクリーン７に拡大投射される。【０００４】
特許文献２（特開２０１２−１４１４９５号公報）には、レーザ光源と蛍光体を用いた光源を有し、かつ、高輝度なプロジェクタが開示されている。
特許文献２の図１に示される光源装置１００は、励起光発光手段として、第１の光源１０と、第２の光源１１を有している。それぞれの光源から出射された励起光は合成されて蛍光体５０Ａ上に集光するため、光源１０もしくは光源１１が単一で用いられたときの励起光を上回るパワーで蛍光体５０Ａを励起する。結果として特許文献１よりも増強された蛍光パワーが得られ、高輝度なプロジェクタを実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１２３１７９号公報
【０００６】
【特許文献２】特開２０１２−１４１４９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
高輝度なプロジェクタを実現する方法の一つとして、特許文献２に開示されるように、蛍光体ホイールに入射する励起光のパワーを増強する手法がある。
しかしながら、励起光のパワーを増強すると、蛍光体の発熱量が増加するため、蛍光体の量子効率が低下し、励起光から蛍光への変換効率が低下する。蛍光体の量子効率が低下すると、励起光のうちの熱に変換されるエネルギーがさらに増大し、蛍光パワーがさらに減少する、いわゆる温度消光という現象が発生する。
したがって、高輝度なプロジェクタを実現するための励起光パワーは、蛍光体の特性と蛍光体ホイールの構成を考慮する必要がある。一般的に、蛍光パワーを増強するためには、レーザ出力を増強するとともに、蛍光体の冷却性能を併せて向上する必要がある。そのため、励起光源と蛍光体に対して大規模な冷却機構が必要となっていた。
また、蛍光体を用いた光源で高輝度なプロジェクタを実現するに当たり、考慮しなければならない点として、赤色、緑色、青色のカラーバランスがある。適切な白色を表現するためには、光の三原色である赤色、緑色、青色を特定のパワー比率で含有していなければならない。【０００８】
図１Ａは、励起光であるレーザ光源の青色光と、黄色蛍光から構成される白色光源のスペクトラムの一例を示している。一般的な黄色蛍光体から得られる緑色と赤色は、適切な白色が得られるパワー比率とほぼ同一であり、図１Ｂに示すように、黄色蛍光と青色蛍光の色バランスによって適切な白色光を得ることができる。
つまり、黄色蛍光体を用いた光源を有するプロジェクタの輝度を増強するためには、赤色、緑色、青色を同じ割合で増強する必要がある。仮に、黄色蛍光体を光源として有するプロジェクタに対して、緑色のみを増強して高輝度なプロジェクタを実現しようとすると、白色点が緑色の色度域方向に偏ることになる。換言すると、適切な白色を表現するための赤色および青色が不足する。この結果、投射画面のカラーバランスが崩れて、白色を表示した場合の投射画面が緑色に偏り、画質を大きく低下させる。
本発明は、上記の問題を解決し、高輝度なプロジェクタ、画像表示方法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】
本発明のプロジェクタは、
第１の蛍光領域にて発生した第１の蛍光を含む第１の光を出力する第１の光源と、
第２の蛍光領域にて発生した第２の蛍光を含む第２の光を出力する第２の光源と、
第１乃至第３の画像表示素子と、
入力された前記第１の光と第２の光からそれぞれ色が異なる前記第１乃至第３の画像表示素子を照明する照明光を生成して前記第１乃至第３の画像表示素子へ照射する光分離光学系と、
入力された映像信号および前記第１乃至第３の画像表示素子に照射される照明光の色に応じた画像を前記第１乃至第３の画像表示素子に表示させる制御装置と、を有する。
本発明による画像表示方法は、第１の光源から第１の蛍光領域にて発生した第１の蛍光を含む第１の光を出力させ、
第２の光源から第２の蛍光領域にて発生した第２の蛍光を含む第２の光を出力させ、
前記第１の光と第２の光からそれぞれ色が異なる前記第１乃至第３の画像表示素子を照明する照明光を生成し、
当該照明光を前記第１乃至第３の画像表示素子へ照射させ、
入力された映像信号および前記照明光に応じた画像を前記第１乃至第３の画像表示素子に表示させる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】レーザ光源と黄色蛍光のスペクトラムの模式図である。
【図１Ｂ】レーザ光源と黄色蛍光体と、それを用いた白色光源の色度点の模式図である。
【図２】本発明によるプロジェクタの第１の実施形態の要部構成を説明するための概略図である。
【図３Ａ】図２中の第１の光源１０を構成する蛍光体ホイール１５の平面図である。
【図３Ｂ】図２中の第１の光源１０を構成する蛍光体ホイール１５の側面図である。
【図３Ｃ】図２中の第２の光源１１を構成する蛍光体ホイール２８の平面図である。
【図３Ｄ】図２中の第２の光源１１を構成する蛍光体ホイール２８の側面図である。
【図４】図２中の光合成素子５の構成と効果を説明するための概略図である。
【図５Ａ】図２中の第１の光源１０および第２の光源１１から出射される照明光の色と、表示素子４１〜４３が出射する画像光の色の関係を示す図である。
【図５Ｂ】第１の実施形態における画像生成部の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明によるプロジェクタの第２の実施形態の光学系の要部構成を説明するための概略図である。
【図７】図６中の第２の光源１１を構成する蛍光体ホイール６２８の平面図である。
【図８】本発明によるプロジェクタの第３の実施形態で用いられる蛍光ホイール８０１の平面図である。
【図９】本発明によるプロジェクタの第４の実施形態の要部構成を示す図である。
【図１０】図９中の蛍光ホイール９０１の平面図および側面図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態による第２の光源の構成を示す図である。
【図１２】本発明の第６の実施形態による第２の光源の構成を示す図である。
【図１３】本発明によるプロジェクタの第７の実施形態の要部構成を説明するための概略図である。
【図１４】本発明によるプロジェクタの第８の実施形態の要部構成を説明するための概略図である。
【図１５】本発明によるプロジェクタの第９の実施形態の要部構成を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
第１の実施形態
図２は、本発明によるプロジェクタの第１の実施形態の要部構成を説明するための概略図である。
図２を参照すると、プロジェクタ１は、光源部２と、光分離光学系３と、表示素子４１、４２、４３と、色合成素子５と、投射光学系６と、を有している。プロジェクタには上記の光学系の他に、映像信号を受け付けて表示素子４１、４２、４３に表示を行わせる画像生成部、電源部、冷却部等が設けられるが、図２には光学系の要部のみを示している。
（光源部）
光源部２は、第１の光源１０と、第２の光源１１と、からなる。
【００１２】
（第１の光源）
第１の光源１０は、レーザ光源１２、レンズ群１３、ダイクロイックミラー１４、蛍光体ホイール１５、照明光学系１６を備えている。なお、上記の構成部品以外にも、光路調整用などのレンズやミラーが必要に応じて設けられる。
蛍光体ホイール１５は、図３Ａの平面図および図３Ｂの側面図に示すように、円板状の基板１７と回転モータ１８とを含む。基板１７上には、黄色の蛍光を発生する黄色蛍光体１９が全周にわたって形成されている。
レーザ光源１２から出射された青色励起光は、レンズ群１３によって光束径が縮小されたのち、ダイクロイックミラー１４に入射する。ダイクロイックミラー１４は青色励起光の波長の光を反射し、黄色蛍光体１９で発生した黄色の蛍光の波長の光を透過するように構成されている。ダイクロイックミラー１４で反射された青色励起光は蛍光体ホイール１５上に集光されて黄色蛍光体１９に入射する。
【００１３】
基板１７は回転モータ１８によって回転するため、青色励起光のスポット位置は黄色蛍光体１９の周方向に掃引される。黄色蛍光体１９は青色励起光によって励起されたのち、黄色の蛍光を出射する。蛍光体ホイール１５から出射された蛍光は、ダイクロイックミラー１４を透過したのち、照明光学系１６に入射する。
照明光学系１６は、レンズアレイ２０、２１と、偏光変換素子２２と、重畳レンズ２３、を有する。ダイクロイックミラー１４から出射した黄色の蛍光は、第１のレンズアレイ２０によって複数の部分光束に分割される。第２のレンズアレイ２１および重畳レンズ２３は、第１のレンズアレイ２０からの部分光束を後述する表示素子上で収束するように構成されている。第２のレンズアレイ２１から出射した黄色の蛍光は、偏光変換素子２２によってｓ偏光の黄色部分光束に変換されたのち、重畳レンズ２３を通って光分離光学系３に入射する。
【００１４】
（第２の光源）
第２の光源１１は、レーザ光源２４、レンズ群２５、プリズム２６、１／４波長板２７、蛍光体ホイール２８、照明光学系２９を備えている。なお、上記の構成部品以外にも、光路調整用などのレンズやミラーが必要に応じて設けられる。
蛍光体ホイール２８は、図３Ｃの平面図および図３Ｄの側面図に示すように、円板状の基板３０と回転モータ３１とを含む。基板３０は第１のセグメントと第２のセグメントに分割されている。第１のセグメントには、黄色の蛍光を発光する黄色蛍光体３２ａが形成されており、第２のセグメントには、反射面３２ｂが形成されている。
レーザ光源２４から出射された青色励起光は、レンズ群２５によって光束径が縮小されたのち、プリズム２６に入射する。青色励起光はプリズム２６の光学面に対してｓ偏光である。プリズム２６は青色励起光の波長のｓ偏光の光を反射して、青色励起光のｐ偏光の光と、黄色蛍光体３２ａで発生した黄色の蛍光の波長の光を透過するよう構成されている。プリズム２６で反射した青色励起光は１／４波長板２７を透過したのち、蛍光体ホイール２８上に集光されて黄色蛍光体３２ａもしくは反射面３２ｂのいずれかに入射する。
【００１５】
第１のセグメントに形成された黄色蛍光体３２ａに青色励起光が入射した場合には、黄色蛍光体３２ａが励起光によって励起され、黄色の蛍光がプリズム２６方向に出射される。第２のセグメントに形成された反射面３２ｂに青色励起光が入射した場合には、反射面３２ｂは青色励起光をプリズム２６方向に反射する。
上記のように、青色励起光が蛍光体ホイール２８に入射すると、第１のセグメントと第２のセグメントの分配率に応じた黄色の蛍光と青色励起光がプリズム２６方向に出射される。第１のセグメントと第２のセグメントの分配率は、青色光と黄色蛍光のパワー比率が白色を表現するのに最適になるように調整されていることが好ましい。
蛍光体ホイール２８から出射される黄色蛍光と青色励起光は、１／４波長板２７とプリズム２６を透過したのち、照明光学系２９に入射する。ここで、１／４波長板２７が蛍光体ホイール２８からの出射光に及ぼす効果について説明する。前述のように、レーザ光源２４から出射される青色励起光は、プリズム２６の光学面に対してｓ偏光のため、プリズム２６で反射され、１／４波長板２７を透過する際に、ｓ偏光から円偏光に変換される。この後、蛍光体ホイール２８の反射面３１ｂで反射された場合には、再度１／４波長板２７を透過する。このとき、光学的には青色励起光は１／２波長板を透過したことと等価となり、偏光軸が９０度回転してプリズム２６の光学面に対してｐ偏光に変換される。したがって、反射面３２ｂで反射された青色励起光はプリズム２６に入射するときはｐ偏光であり、プリズム２６を透過して、照明光学系２９に入射する。
照明光学系２９は、第１の光源の照明光学系と同様の構成のため、説明は省略するが、結果として、ｓ偏光の黄色蛍光と青色励起光の部分光束に変換されたのち、光分離光学系３に入射する。
【００１６】
（光分離光学系）
光分離光学系３は第１のダイクロイックミラー３３と第２のダイクロイックミラー３４とミラー３５、３６、３７からなる。なお、上記の構成部品以外にも、光路調整用などのレンズやミラーが必要に応じて設けられる。
第１のダイクロイックミラー３３は、緑色の波長領域の光を透過し、赤色の波長領域の光を反射するように構成されている。これにより、第１の光源１０から出射した黄色蛍光は、第１のダイクロイックミラー３３によって、緑色光と赤色光（以下、それぞれ第１の緑色光と第１の赤色光と称する）に分離される。より具体的には、第１のダイクロイックミラー３３を透過する第１の緑色光は表示素子４２に入射し、第１のダイクロイックミラー３３により反射される第１の赤色光は、さらにミラー３４、３５によって反射されたのちに表示素子４１に入射する。
第２のダイクロイックミラー３４は、青色と緑色の波長領域の光を透過し、赤色の波長領域の光を反射するように構成されている。第２の光源１１からは黄色蛍光と青色励起光（以下、青色光と称する）が時系列に出射されるが、黄色蛍光は第２のダイクロイックミラー３４を透過する緑色光（以下、第２の緑色光と称する）と第２のダイクロイックミラー３４により反射される赤色光（以下、第２の赤色光と称する）に分離され、青色光は第２のダイクロイックミラー３４を透過する。
【００１７】
第１のダイクロイックミラー３３が青色の波長領域の光を透過する性能をも有している場合は、第１のダイクロイックミラー３３と第２のダイクロイックミラー３４は同一部品で構成することができる。
第２のダイクロイックミラー３４の反射光軸は、第１のダイクロイックミラー３３の反射光軸と一致するように配置されている。したがって、第２のダイクロイックミラー３４で反射された第２の赤色光は、第１のダイクロイックミラー３３に入射する。第１のダイクロイックミラー３３は赤色の波長領域の光を反射するため、第２の赤色光は第１の緑色光と同一光軸上に合成されたのちに表示素子４２に入射する。第２のダイクロイックミラー３４を透過した第２の緑色光および青色光は、ミラー３６で反射されたのちに青色用表示素子４３に時系列で入射する。
【００１８】
（表示素子）
本実施の形態において、表示素子４１、４２、４３は、透過型液晶ライトバルブで構成されている。表示素子４１、４２、４３は、前後に不図示の偏光板を備えるもので、光分離光学系３と光合成光学素子５の間に配置されており、供給される駆動信号に従って、光分離光学系３から出射された各色の照明光を空間的に変調し、各色の画像光として出射する。
光合成素子５は、表示素子４１、４２、４３からの各色の画像光を合成する合成手段であり、一般的にクロスダイクロイックプリズムが用いられる。
【００１９】
（光合成素子）
図４は、光合成素子５の構成と効果を説明するための概略図である。光合成素子５は、直角をなす面が互いに接合された４つの直角プリズム５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、からなる。直角プリズム５０ａ、５０ｂの接合面と、直角プリズム５０ｃ、５０ｄの接合面により、一様な第１のダイクロイック面（ＲＲ面）５１が形成される。直角プリズム５０ａ、５０ｄの接合面と、プリズム５０ｂ、５０ｃの接合面により、第１のダイクロイック面５１に対して直交する第２のダイクロイック面（ＢＲ面）５２が形成される。
第１のダイクロイック面（ＲＲ面）５１は、ｓ偏光に対して、青色及び緑色の波長領域の光を透過して、赤色の波長領域の光を反射する特性を有し、ｐ偏光に対して、少なくとも赤色と緑色の波長領域の光を透過する特性を有する。第２のダイクロイック面（ＢＲ面）５２は、ｓ偏光に対して青色及び緑色の波長領域の光を反射して、赤色の波長領域の光を透過する特性を有し、ｐ偏光に対して、少なくとも赤色と緑色の波長領域の光を透過する特性を有している。
表示素子４１から出射される第１の赤色光による画像光は、光分離素子５の第１のダイクロイック面５１に反射され、第２のダイクロイック面５２を透過することで、投射光学系６に入射する。表示素子４２から出射される第１の緑色光による画像光と第２の赤色光による画像光は、第１のダイクロイック面５１と第２のダイクロイック面５２を透過することで、投射光学系６に入射する。表示素子４３から出射される第２の緑色光による画像光と青色光による画像光は、第２のダイクロイック面５２に反射され、第１のダイクロイック面５１を透過することで、投射光学系６に入射する。
【００２０】
（投射光学系）
投射光学系６は、同一光軸上に合成された各色の画像光を不図示のスクリーンに投射光として拡大投射する。
（第１の実施形態の制御方法）
次に、本実施形態のプロジェクタの制御方法について説明する。
図５Ａは、蛍光体ホイール１５、２８が１回転する１フレーム中に、第１の光源１０および第２の光源１１から出射される照明光の色と、表示素子４１〜４３が出射する画像光の色の関係を示す図である。ここでは、第２の光源１１を構成する蛍光体ホイール２８のセグメントが、黄色蛍光体３２ａが形成された領域と反射面３２ｂが形成された領域が１８０度ずつに２分割されているものとしている。この場合、蛍光体ホイール１周を１フレームと仮定した時、１フレーム期間はサブフレーム１およびサブフレーム２に等分される。
第１の光源１０は常時黄色光を出射する。一方、第２の光源１１はサブフレーム１では青色光を出射し、サブフレーム２では黄色光を出射する。
【００２１】
次に、表示素子４１〜４３に入射する照明光について説明する。表示素子４１にはサブフレーム１、２のいずれにおいても第１の赤色光が入射する。
表示素子４２には、第１の緑色光がサブフレーム１、２のいずれにおいても入射する。サブフレーム２では第１の緑色光に加えて第２の赤色光が入射するため、結果として緑色光と黄色光が時分割で入射することとなる。
表示素子４３には、第２の緑色光と青色光が時分割で入射する。
上記の結果、第１のサブフレームでは、表示素子４１からは赤色画像光が、表示素子４２からは緑色画像光が、青色用表示素子４３からは青色画像光が出射され、光合成素子５によって合成されたのち、スクリーンに投射される。
第２のサブフレームでは、表示素子４１からは赤色画像光が、表示素子４２からは黄色画像光が、表示素子４３からは緑色画像光が出射され、光合成素子５によって合成されたのち、スクリーンに投射される。
【００２２】
図５Ｂは、本実施形態における画像生成部の構成を示すブロック図である。
制御装置７０は、モータ１８およびモータ３１の回転動作を制御するとともに、表示素子４１〜４３に対して表示を行わせるための画像信号を供給する。制御装置７０は、プロジェクタ１に供給される映像信号Ｖ１を入力されている。各モータ１８、３１に対してその回転制御を行っており、モータ３１の回転によって発生するサブフレーム１とサブフレーム２のそれぞれにおいて、表示素子４１〜４３に異なる画像信号を供給する。
表示素子４１に対してはサブフレーム１、２のいずれにおいても赤色用の画像を表示させる画像信号を供給する。表示素子４２に対しては、サブフレーム１では緑色用の画像を表示させる画像信号を供給し、サブフレーム２では黄色用の画像を表示させる画像信号を供給する。表示素子４３に対しては、サブフレーム１では青色用の画像を表示させる画像信号を供給し、サブフレーム２では緑色用の画像を表示させる画像信号を供給する。
【００２３】
上述した本実施形態のプロジェクタによれば、それぞれ異なる蛍光体にて発生した蛍光を足し合わせて光量の増強が図られている。このため、励起光のパワーを増強したときの温度消光現象が発生することないため、大規模な冷却機構を必要とすることなく、光の三原色である赤色、緑色、青色を同じ比率で増強することが可能で、適切な白色を表現できる高輝度なプロジェクタを実現可能である。
本実施の形態のプロジェクタの効果についてより具体的に説明する。比較として、特許文献２に示されるような蛍光体ホイールに入射する励起光パワーを増強する方法での高輝度化方式を考える。この場合、蛍光体ホイールに強力な励起光が入射するため、蛍光体の温度消光により蛍光の輝度が低下する。対策としては励起光のスポットサイズを大きくして、蛍光体上での局所的な温度上昇を緩和することで、温度消光を抑制することが考えられる。
しかしながら、スポットサイズを大きくすると、蛍光体発光面積と光線の発散角度で定義される、光源のエテンデュが増大し、光学系の効率が低下する。したがって、大きくできるスポットサイズには上限がある。すなわち、単独の蛍光体ホイールに対して入射する光源パワーを増強したとしても、同比率の高輝度化は極めて困難である。
【００２４】
次に、蛍光体ホイールに対する冷却を考える。単独の蛍光体ホイールを強力な励起光パワーで励起する場合、冷却性能として、局所的な大熱量を効率的に蛍光体から排出する必要性がある。しかしながら、蛍光体ホイールを用いている場合では、高速回転する基板から放熱する冷却構成が必要であり、構造物の接触が不可能であるため、効率的な放熱効果を得ることは困難である。対策としては、蛍光体ホイールの大口径化などが考えられるが、部品サイズの拡大や部品の安定性を保持するための高コスト化は避けられない。
一方、本実施の形態のプロジェクタによれば、蛍光体ホイールに入射する励起光パワーを複数の蛍光体ホイールに分散することが可能であり、１つの蛍光体ホイール上のスポット中に入射する励起光パワーが増加することはない。したがって、プロジェクタ全体としての励起光パワーの増大に対して、蛍光体発光部である光源のエテンデュを増加させることなく高輝度化の効果が得られる。したがって、温度消光によって発生する熱量も低下し、なおかつ、熱源を独立させることができるため、簡易な冷却構成によって放熱が可能となる。
また、一般的な黄色蛍光体のスペクトラム特性を考慮した場合、白色を表現するための緑色と赤色を同じ割合で増強することが可能であるため、輝度を増加しながらも白色の再現性を保つことができる。
【００２５】
第２の実施形態
次に、本発明による第２の実施形態について説明する。
図６は本発明によるプロジェクタの第２の実施形態の光学系の要部構成を説明するための概略図である。
本実施形態のプロジェクタ６０１は、図２に示したプロジェクタ１における青色の励起光を出力していたレーザ光源２４を波長４０５ｎｍの青紫色の励起光を発生するレーザ光源６２４とし、プリズム２６と波長板２７の代わりにダイクロイックミラー６２６を配置し、蛍光ホイール２８を図７に示すよう黄色蛍光体６３２ａと青色蛍光体６３２ｂがそれぞれ形成された蛍光ホイール６２８としたものである。これら以外の構成は図２に示したプロジェクタ１と同じであるため、図２と同じ番号を付して説明は省略する。
【００２６】
本実施形態においては、プリズム２６と波長板２７ではなく、第１の光源１０と同様にダイクロイックミラー６２６が配置されている。このダイクロイックミラー６２６は、光源６２４が出射する励起光を反射して、蛍光体ホイール６２８が出射する蛍光を透過するように構成されている。
蛍光体ホイール６２８には、黄色蛍光体６３２ａと青色蛍光体６３２ｂがそれぞれ形成されているため、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、第１の光源１０からは黄色蛍光が常時出射され、第２の光源１１からは黄色蛍光と青色蛍光が時分割で出射されることとなる。
なお、本実施形態において、レーザ光源６２４は波長４０５ｎｍの青紫色の励起光を発生するものとしたが、これに限定されるものではない。レーザ光源６２４としては、蛍光ホイール６２８に形成された黄色蛍光体６３２ａと青色蛍光体６３２ｂを励起して黄色、青色をそれぞれ発生する光を出力すればよく、例えば紫外領域の波長の光を発生するものであってもよい。
【００２７】
第３の実施形態
次に、本発明による第３の実施形態について説明する。
図２に示した第１の実施形態、図６に示した第２の実施形態のいずれにおいても、励起光が照射される円環領域に設けられる蛍光体や反射板は、円環を等分する２つのセグメントに形成され、これにより、第１の実施形態、第２の実施形態のいずれにおいても発生するサブフレームは期間が等しい２つのサブフレームとされていた。
本実施形態においては、図８の平面図に示すように、第２の光源に設けられる蛍光ホイール８０１の励起光が照射される円環領域は領域８００1〜８００nに等分されている。領域８００1〜８００nには黄色蛍光体と反射板が交互に設けられている。本実施形態における光学系は第１の実施形態と同様であるため説明は省略する。
本実施形態の場合、サブフレーム数はｎ個となり、図５Ｂに示した制御装置７０はサブフレームが切り替わるたびに表示素子４２および表示素子４３に表示させる画像を切り替える。本実施形態の場合には、１フレーム中に発生するサブフレームの数が増加し、カラーブレイキングが抑制されるため、画質が向上する。
なお、領域８００1〜８００nには黄色蛍光体と青色蛍光体を交互に設けることとし、光学系を第２の実施形態と同様のものとしてもよい。この場合には第２の実施形態と同様に第２の光源１１からは青色蛍光と黄色蛍光が交互に出射されることとなる。
【００２８】
第４の実施形態
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
図９は本発明によるプロジェクタの第４の実施形態の要部構成を示す図である。
上述した各実施形態においては、第１の光源１０と第２の光源１１に蛍光ホイール１５、１８をそれぞれ設けられる構成であったのに対し、本実施形態は、第１の光源１０と第２の光源１１に対して１つの蛍光ホイール９０１が設けられる。その他の構成は図２に示したプロジェクタ１と同じであるため、図２と同じ番号を付して説明は省略する。
蛍光ホイール９０１は、図１０の平面図および側面図に示すように、外周に沿って設けられた円環状の黄色蛍光体９０４と、黄色蛍光体９０４の内部に円環が等分された２つのセグメントにそれぞれ設けられた黄色蛍光体９０５および反射板９０６を備えている。黄色蛍光体１２上には光源１２からの励起光が照射される。また、黄色蛍光体９０５および反射板９０６上には光源１２からの励起光が照射される。
上記のように構成される本実施形態では、第１の実施形態と同様に第１の光源１０からは黄色の蛍光が出射され、第２の光源１１からは黄色の蛍光と青色の励起光が交互に出射される。なお、光学系を第２の実施形態と同様のものとしてもよい。この場合には第２の実施形態と同様に第２の光源１１からは青色蛍光と黄色蛍光が交互に出射されることとなる。
【００２９】
第５の実施形態
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
図２に示した第１の実施形態では、第２の光源１１は、プリズム２６、１／４波長板２７、黄色蛍光体と反射板が形成された蛍光体ホイール２８を用いて黄色蛍光と青色光を時分割で出射していた。これに対し、本実施形態では、励起光を透過するセグメントが形成された蛍光ホイールを用いており、蛍光ホイールを透過した励起光を折り返して、蛍光体ホイールで発生した蛍光と同一光軸上に合成する形態である。
本実施形態による第２の光源の構成を図１１に示す。本実施形態は、第１に実施形態で用いられていた第２の光源１１の構成を異なるものとしたものである。第２の光源の以外の構成は図２に示した光学系と同様であるため、図示は省略し、図１１には第２の光源の要部の概略構成のみを示す。
【００３０】
本実施形態による第２の光源は、レーザ光源１１０１、レンズ群１１０２、ダイクロイックミラー１１０３、蛍光ホイール１１０４、ミラー１１０５〜１１０７、レンズ１１０８〜１１１０を備えている。レーザ光源１１０１から出射した青色の励起光はレンズ群１１０２によって光束径が縮小されたのち、ダイクロイックミラー１１０３に入射する。ダイクロイックミラー１１０３は青色光を反射し、黄色光を通過させるもので、レーザ光源１１０１からの励起光は蛍光ホイール１１０４に向けて反射する。
蛍光ホイール１１０４には励起光の照射により黄色の蛍光を発生する蛍光体が設けられた第１のセグメントと励起光を透過させる第２のセグメントが設けられている（ともに不図示）。蛍光ホイール１１０４で発生した黄色蛍光はダイクロイックミラー１１０３を通過して光分離光学系３（図２参照）に向けて出射し、蛍光ホイール１１０４を透過した励起光はミラー１１０５〜１１０７、レンズ１１０８〜１１１０を通った後にダイクロイックミラー１１０３で反射して光分離光学系３に向けて出射する。
【００３１】
上記のように構成される本実施形態による第２の光源は図２に示された第２の光源と同様に黄色の蛍光と励起光とが時系列に出射する。
本実施形態においては、青色光を反射するダイクロイックミラー１１０３を用いているため、プリズム２６と１／４波長板２７を用いて青色光の反射状態を制御していた第１の実施形態と比較すると、黄色蛍光に青色励起光が混入する成分を完全に取り除くことができ、第２の緑色光の色純度が高いものとなっている。
【００３２】
第６の実施形態
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。
本実施形態による第２の光源の構成を図１２に示す。本実施形態は、第５の実施形態と同様に、第１の実施形態で用いられていた第２の光源１１の構成を異なるものとしたものである。第２の光源以外の構成は図２に示した光学系と同様であるため、図示は省略し、図１２には第２の光源の要部の概略構成のみを示す。
本実施形態は、励起用の光を発生するレーザ光源以外に、光分離光学系に出射する青色光を出力するレーザ光源を備えるもので、図１２に示すように、レーザ光源１２０１、レンズ群１２０２、１２０６、ダイクロイックミラー１２０３、蛍光ホイール１２０４を備えている。
【００３３】
レーザ光源１２０１が出力した青色の励起光はレンズ群１２０２によって光束径が縮小されたのち、ダイクロイックミラー１２０３に入射する。ダイクロイックミラー１２０３は青色光を反射し、黄色光を通過させるもので、レーザ光源１２０１からの励起光は蛍光ホイール１２０４に向けて反射する。蛍光ホイール１２０４には励起光の照射により黄色の蛍光を発生する蛍光体が設けられており（不図示）、蛍光ホイール１２０４で発生した黄色蛍光はダイクロイックミラー１２０３を通過して光分離光学系３（図２参照）に向けて出射する。
レーザ光源１２０５はダイクロイックミラー１２０３を挟んでレーザ光源１２０１に正対する位置に設けられている。レーザ光源１２０５から出射した青色光はレンズ群１２０６によって光束径が縮小されたのち、ダイクロイックミラー１２０３で反射して、蛍光体ホイール１２０４が出射した黄色光と同一光軸上に合成されたのち、光分離光学系３に向けて出射する。
本実施形態においては、蛍光体ホイール１２０４に反射面や透過部を形成する必要がなくなり、第１の光源１０に用いる蛍光体ホイール１５と同一部品を使用することができる。また、レーザ光源１２０１、１２０５の出力状態を制御することにより、１フレーム中のサブフレーム数を任意に設定でき、蛍光ホイール１２０４上に設けられる蛍光体を複数のセグメントに分割する必要もなくなる。
【００３４】
第７の実施形態
次に、本発明の第７の実施形態について図１３を参照して説明する。
図１３は、本発明によるプロジェクタの第７の実施形態の要部構成を説明するための概略図である。
上記各実施形態では画像光を生成するために透過型液晶ライトバルブが使用されていたが、表示素子はこれに限定されるものではない。例えば、反射型表示素子であるＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓａｌ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ）やＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）を用いてもよい。
図１３に示す実施形態は、表示素子にＤＭＤを用いている。また、第１の光源、第２の光源に設けられていた照明光学系を各表示素子に対応して設けている。
図２に示した実施形態で使用されていた表示素子４１〜４３に代えて、ＤＭＤ１３０１〜１３０３とＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）プリズム１３０４〜１３０６を組み合わせて用いている。ＴＩＲプリズム１３０４〜１３０６には照明光学系１３１６、１３２０、１３３０を介して照明光が入射される。このほかの構成は図２に示した第１の実施形態と同様であるため、図２と同じ番号を付して説明は省略する。
【００３５】
照明光学系１３１６は、レンズアレイ１３２０、１３２１と、偏光変換素子１３２２と、重畳レンズ１３２３、を有する。ミラー３５から入射した赤色光は、第１のレンズアレイ１３２０によって複数の部分光束に分割される。第２のレンズアレイ１３２１および重畳レンズ１３２３は、第１のレンズアレイ１３２０からの部分光束をＤＭＤ１３０１上で収束するように構成されている。第２のレンズアレイ１３２１から出射した赤色光は、偏光変換素子１３２２によってｓ偏光の赤色部分光束に変換されたのち、重畳レンズ１３２３を通ってＴＩＲプリズム１３０４に入射する。この後、ＤＭＤ１３０１で反射させることにより形成された赤色の画像光はＴＩＲプリズム１３０４を通って光合成素子５において他の色の画像光と合成され、投射光学系６により投射される。
照明光学系１３２０、１３３０の構成も照明光学系１３１６と同様である。本実施形態では、図２に示した第１の実施形態と同様の色分離と色合成が第１のダイクロイックミラー３３、第２のダイクロイックミラー３４にて行われ、それらによって得られた緑色光と黄色光がＤＭＤ１３０２に入射し、青色光と緑色光がＤＭＤ１３０３に入射する。図５Ｂに示した制御装置７０は、各ＤＭＤに入射する色光に応じた画像を表示させる。
【００３６】
本実施形態によるプロジェクタにおいても図２に示した第１の実施形態と同様の画像投射が行われる。本実施形態ではＤＭＤを用いているが、上述したようにＬＣＯＳを用いてもよい。
本実施形態においては、ＤＭＤ１３０１〜１３０３のそれぞれに対応して照明光学系１３１６、１３２０、１３３０が設けられている。このため、照明光を精度よく各表示素子上に収束させることができ、この点からも高輝度なものとなっている。
【００３７】
第８の実施形態
次に、本発明の第８の実施形態について図１４を参照して説明する。
図１４は、本発明によるプロジェクタの第８の実施形態の要部構成を説明するための概略図である。
本実施形態は、図１３に示した第６の実施形態に第３の光源として赤色の光を出力するレーザ光源１４２４およびレンズ群１４２５を設け、表示素子として図２に示した表示素子４１〜４３を用いたものである。また、第２の光源を構成する蛍光ホイール１４２８として、励起光の照射により緑色の蛍光を発生する蛍光体が設けられた第１のセグメントと励起光を反射させる反射板が形成された第２のセグメントが設けられている（ともに不図示）。このほかの構成部材は図１３に示した第７の実施形態と同様であるため、図１３と同じ番号を付して説明は省略する。
【００３８】
本実施形態においては、第２のダイクロイックミラーが省かれている。蛍光ホイール１４２８にて順次発生した緑色の蛍光と青色の励起光は、表示素子４３に対応して設けられた照明光学系１３３０に直接入射する。
レーザ光源１４２４を出射した赤色光はレンズ群１４２５によって光束系が縮小されたのち、第１のダイクロイックミラー３３に反射されて表示素子４２へ向かう。
蛍光ホイール１５で発生した黄色の蛍光は第１のダイクロイックミラー３３により緑色光と赤色光に分離される。緑色光は第１のダイクロイックミラー３３を透過して表示素子４２へ向かい、赤色光は第１のダイクロイックミラー３３にて反射され、ミラー３５、３６を介して表示素子４１へ向かう。この結果、各画像素子４１〜４２を照明する画像光は図５Ａに示したものと同様となる。
【００３９】
第９の実施形態
次に、本発明の第９の実施形態について図１５を参照して説明する。
図１５は、本発明によるプロジェクタの第９の実施形態の要部構成を説明するための概略図である。
本実施形態は、図１４に示した第７の実施形態における第３の光源としての赤色の光を出力するレーザ光源１４２４およびレンズ群１４２５の代わりに青色の光を出力するレーザ光源１５２４およびレンズ群１５２５を設け、また、第２のダイクロイックミラー１５３４を設けたものである。また、第２の光源を構成するレーザ光源、レンズ群、ダイクロイックミラーとしては、図６に示したレーザ光源６２４、レンズ群２５、ダイクロイックミラー６２６が用いられ、蛍光ホイールとしてはレーザ光源６２４が出力する青紫色の励起光により黄色蛍光を発生する蛍光体がセグメント状に設けられた蛍光ホイール１５２８が用いられている。このほかの構成部材は図１４に示した第８の実施形態と同様であるため、図１４と同じ番号を付して説明は省略する。
【００４０】
本実施形態における第２のダイクロイックミラー１５３４には、青色光と赤色光を反射し、緑色光を透過する、いわゆるバンドパスフィルターとして機能するものが用いられている。
第２のダイクロイックミラー１５３４には蛍光ホイール１５２８からの黄色蛍光とレーザ光源１５２４からの青色光が入射される。レーザ光源１５２４は図５Ａに示したサブフレーム１に対応するときに青色光が第２のダイクロイックミラー１５３４に入射するように駆動され、また、図５Ｂに示した制御装置７０は図５Ａに示したサブフレーム２に対応するときに黄色蛍光が第２のダイクロイックミラー１５３４に入射するように蛍光ホイール１５２８を回転させるモータを駆動する。この結果、各画像素子４１〜４２を照明する画像光は図５Ａに示したものと同様となる。
【００４１】
図１４に示した第８の実施形態および図１５に示した第９の実施形態では、蛍光ホイールで発生した光のほかに、第３の光源として赤色や青色の光源が照明光として用いられる。これらの出力を調節することにより、図１Ｂに示した白色光を容易に実現することができる効果がある。
なお、上述した各実施形態のいずれにおいても第１の光源、第２の光源はそれぞれ１つのものとし、蛍光ホイールが２つ用いられるものについて説明したが、本発明の構成はこれに限定されるものではない。蛍光ホイールを含む第１の光源、および、蛍光ホイールを含む第２の光源をそれぞれ複数設け、集光器を用いて出力光を集光して光分離光学系に出力させる構成としてもよい。このとき、第１乃至第６の実施形態のように、偏光状態を保存する必要がある場合には偏波面を保存する機能を備える光ファイバや導波管などの集光器を用いればよい。このような構成とすることにより、蛍光体の温度消光を発生させることなく照明光の強度をさらに増強することが可能となる。
【００４２】
なお、上述した各実施形態に示した構成要素を組み合わせても当然よい。例えば、第１乃至第６の実施形態では第１の光源、第２の光源に設けられていた照明光学系を、第７乃至第９の実施形態に示したように、ＤＭＤ、ＬＣＯＳを含む表示素子に対応して設けてもよく、本発明は各実施形態の構成要素を組み合わせた形態も含む。
【００４３】
また、本発明は、以下の付記１〜１０のような形態をとり得るが、これらの形態に限定されない。
[付記１］  第１の蛍光領域にて発生した第１の蛍光を含む第１の光を出力する第１の光源と、
第２の蛍光領域にて発生した第２の蛍光を含む第２の光を出力する第２の光源と、
第１乃至第３の画像表示素子と、
入力された前記第１の光と第２の光からそれぞれ色が異なる前記第１乃至第３の画像表示素子を照明する照明光を生成して前記第１乃至第３の画像表示素子へ照射する光分離光学系と、
入力された映像信号および前記第１乃至第３の画像表示素子に照射される照明光の色に応じた画像を前記第１乃至第３の画像表示素子に表示させる制御装置と、
を有することを特徴とするプロジェクタ。
[付記２］  付記１に記載のプロジェクタにおいて、
前記第１の蛍光および第２の蛍光の少なくとも一方は、前記分離光学系で生成される照明光の色のうちの２つの色の成分を含む混色光であるプロジェクタ。
[付記３］  付記１または付記２に記載のプロジェクタにおいて、
前記第１の蛍光領域は第１の蛍光ホイールに設けられ、前記第２の蛍光領域は第２の蛍光ホイールに設けられているプロジェクタ。
[付記４］  付記１または付記２に記載のプロジェクタにおいて、
前記第１の蛍光領域と前記第２の蛍光領域は、前記第１の光源と前記第２の光源に共通に設けられた蛍光ホイールに設けられたプロジェクタ。
[付記５］  付記１乃至付記４のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
前記光分離光学系で生成される照明光のいずれかの色の光を前記分離光学系に出力する第３の光源を有するプロジェクタ。
[付記６］  付記１乃至付記５のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
前記第１乃至第３の画像表示素子と前記光分離光学系の間に設けられ、該分離光学系からの照明光を前記第１乃至第３の画像表示素子上に収束させる第１乃至第３の照明光学系を有するプロジェクタ。
[付記７］  付記１乃至付記６のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
前記第１乃至第３の画像表示素子が透過型液晶ライトバルブであるプロジェクタ。
[付記８］  付記１乃至付記６のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
前記第１乃至第３の画像表示素子がＤＭＤであるプロジェクタ。
[付記９］  付記１乃至付記６のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
前記第１乃至第３の画像表示素子がＬＣＯＳであるプロジェクタ。
[付記１０］  第１の光源から第１の蛍光領域にて発生した第１の蛍光を含む第１の光を出力させ、
第２の光源から第２の蛍光領域にて発生した第２の蛍光を含む第２の光を出力させ、
前記第１の光と第２の光からそれぞれ色が異なる前記第１乃至第３の画像表示素子を照明する照明光を生成し、
当該照明光を前記第１乃至第３の画像表示素子へ照射させ、
入力された映像信号および前記照明光に応じた画像を前記第１乃至第３の画像表示素子に表示させる画像表示方法。
【符号の説明】
【００４４】
１    プロジェクタ
２    光源部
３    光分離光学系
５    色合成素子
６  投射光学系
４１〜４３    表示素子
【図１Ａ】
2016166885.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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】
2016166885.tif 000022
【国際調査報告】
2016166885.tif 000023
2016166885.tif 000024
2016166885.tif 000025
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