(57)【要約】【課題】映像光の損失が無く、画面内の明るさの均一性の高い単光源用の透過型スクリーンを提供する。【解決手段】光を透過、拡散、集光する複数のシート又は巻き取り可能なフィルムからなる光学部材を組み合わせて使用する透過型スクリーンであって、水平方向及び／又は垂直方向に光を拡散させるレンズ又はプリズムの最も観察者側に位置する光学要素よりも観察者側に位置する光拡散層及び／又は表面エンボスによる垂直方向の光拡散性が、スクリーン中心部に比べ上端部及び／又は下端部の方が大きいことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を透過、拡散、集光する複数のシート又は巻き取り可能なフィルムからなる光学部材を組み合わせて使用する透過型スクリーンであって、水平方向及び／又は垂直方向に光を拡散させるレンズ又はプリズムの最も観察者側に位置する光学要素よりも観察者側に位置する光拡散部による垂直方向の光拡散性が、スクリーン中心部に比べ上端部及び／又は下端部の方が大きいことを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項２】
光を透過、拡散、集光する複数のシート又は巻き取り可能なフィルムからなる光学部材を組み合わせて使用する透過型スクリーンであって、光吸収部よりも観察者側に位置する光拡散部による垂直方向の光拡散性が、スクリーン中心部に比べ上端部及び／又は下端部の方が大きいことを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項３】
前記スクリーン中心部の拡散半値角に対し、上端部及び／又は下端部の拡散半値角が１．０５〜２．７０倍であることを特徴とする請求項１もしくは２に記載の透過型スクリーン。
【請求項４】
前記光拡散部が光拡散性粒子を含む拡散層からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の透過型スクリーン。
【請求項５】
前記光拡散部が光拡散性粒子を含む拡散層からなり、その層厚が、中心部に対し、上端部及び／又は下端部で１．０３〜３．０５倍であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の透過型スクリーン。
【請求項６】
前記光拡散部が光拡散性粒子を含む複数の拡散層からなり、その内少なくとも一層の層厚が、中心部で薄く、上端部及び／又は下端部で厚いことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の透過型スクリーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はリアプロジェクションＴＶ等の背面投射型プロジェクションシステムの構成部材として使用される透過型スクリーン（プロジェクションスクリーンとも称する）に関し、更に詳しくは、ＬＣＤやＤＭＤ等を用いた単光源のプロジェクターを使用するプロジェクションシステム用の、明るさの画面内均一性の高い透過型スクリーンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在の透過型スクリーンとしては、図７にＣＲＴ光源用の透過型スクリーン７１を示すように、光源側より、フレネルレンズシート７２、出光面に光吸収部７６を持つレンチキュラーレンズシート７３を組み合わせたものが一般的であり、更に最近では、レンチキュラーレンズシートよりも観察者側に、透明もしくは着色処理を施した表面が平滑な保護シートを組み合わせたものが主流となっている。
また、近年光源にＣＲＴとは異なり、ＬＣＤやＤＭＤを用いた単光源のプロジェクターを使用することもあり、この様な単光源に対しては、レンチキュラーレンズ等水平方向の光の拡散を制御するレンズを入光面に、光吸収部を出光面に設けたフィルム状のスクリーンを、フィルム出光面で拡散剤を含む基板に貼合してレンズシートとしたスクリーンを用いることもある。
ＬＣＤ、ＤＭＤ等の単光源用のスクリーンは、画素とレンズやプリズム等の光学要素とのモアレを回避するため、光学要素のファインピッチ化が要求され、フレネルレンズやレンチキュラーレンズのピッチは２００μｍ未満となっている。この様なファインピッチのスクリーンにおいては、光吸収部を非出光部に配するのに非常に精密な位置合わせ精度が要求されるため、レンチキュラーレンズの集光性を利用したフォトリソグラフィ技術によりレンチキュラーレンズシート（フィルム）の出光面側に光吸収部を形成することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平９−１２０１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
単光源用の透過型スクリーンでは、画面内の明るさの均一性を得るために、光源からの光を観察者側に向けるフレネルレンズシートをレンチキュラーレンズシート（フィルム）より光源側に設けている。フレネルレンズの観察者側の集光距離を短くすれば、画面内の明るさの均一性は向上する。しかし、レンチキュラーレンズシート（フィルム）の光吸収部をフォトリソグラフィ技術で形成する場合、レンズの集光性を高めるために、平行露光とすることが一般的である。この様に成型したレンチキュラーレンズシート（フィルム）を使用する場合、フレネルレンズからの出射光を略平行とする必要がある。フレネルレンズからの出射光の集光性もしくは発散性が大きい場合、映像光が光吸収部に当り、映像光に損失が生じ、画面が暗くなってしまうという問題がある。従って、これまで考えていた様なフレネルレンズの集光による画面内の明るさの均一化を計ることは非常に難しい。
【０００４】
画面内の明るさを改善する他の手法として、フレネルレンズシート裏面へ水平方向に伸びるレンチキュラーレンズ群を設け、その拡散性能を上下で強くし、画面内の明るさ分布を改善する方法が、ＣＲＴ光源を用いたプロジェクションＴＶ用のスクリーンで採用されている。しかし単光源用のスクリーンに水平方向に伸びるレンチキュラーレンズ群を用いた場合、ピクセルピッチとの間でモアレを発生させる要素が増加するため、多様なパターンのモアレが発生し、画質を著しく劣化させるという問題がある。
また、画面内の明るさを改善する他の手法として、フレネルレンズ内に光拡散層を設け、中心と上下で層厚を変えることで、中心と上下の拡散特性を変化させることは可能であるが、前述のフォトリソグラフィ技術でレンチキュラーレンズシートに光吸収部を設けた場合、マットや拡散粒子の効果により水平方向にも映像光が拡散されるため、映像光が光吸収部に吸収され、逆に上下の画面の明るさを低減させてしまうという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記のような課題を解決し、映像光の損失がほとんど無く、画面内の明るさの均一性の高い単光源用の透過型スクリーンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に記載の透過型スクリーンは、光を透過、拡散、集光する複数のシート又は巻き取り可能なフィルムからなる光学部材を組み合わせて使用する透過型スクリーンであって、水平方向及び／又は垂直方向に光を拡散させるレンズ又はプリズムの最も観察者側に位置する光学要素よりも観察者側に位置する光拡散層及び／又は表面エンボスによる垂直方向の光拡散性が、スクリーン中心部に比べ上端部及び／又は下端部の方が大きいことを特徴として有するものである。
一般的に透過型スクリーンでは、水平、垂直方向に光を拡散させるレンズやプリズムのピッチがスクリーンの解像度を決定付けるが、このレンズやプリズムよりも光源側に拡散層が存在する場合、映像光がレンズやプリズムに入射する前に拡散するため、本来入射するべきではないレンズピッチやプリズムピッチにまで映像光が入射し、解像度を低下させてしまう。従って、画面内の明るさの均一性を改善するために、レンズやプリズムよりも光源側に位置する光拡散層や表面エンボスにより、垂直方向の光拡散性をスクリーン中心よりも上下端部で大きくした場合、スクリーン中心に比べ上下端で解像度が低下してしまう。リアプロジェクションＴＶでは、一般的に中心部よりも外周部で解像度が低下しており、レンズやプリズムよりも光源側に、スクリーン中心よりも上下端部で拡散性が大きい拡散層や表面エンボス部を設けた場合、画面上下端での解像度の低下に拍車を掛けることとなる。
一方、本発明の透過型スクリーンの構成ではこの様な解像度の低下とは無関係に、画面内の明るさの均一性を改善することが可能となる。
【０００７】
更に、本発明の請求項２に記載の透過型スクリーンは、光を透過、拡散、集光する複数のシート又は巻き取り可能なフィルムからなる光学部材を組み合わせて使用する透過型スクリーンであって、光吸収部よりも観察者側に位置する光拡散層及び／又は表面エンボスによる垂直方向の光拡散性が、スクリーン中心部に比べ上端部及び／又は下端部の方が大きいことを特徴として有するものである。
上記の構成とすることにより、本発明の透過型スクリーンは、光吸収部よりも観察者側にある光拡散部の拡散性を変化させ、映像光の拡散性増加による光吸収部での映像光の損失による輝度低下を懸念する必要がない。
また請求項１、２に記載の透過型スクリーンは、スクリーン上下端部での拡散性能が大きいため、フレネルレンズ角度の大きなスクリーン上下端部でのフレネルレンズで生じる迷光に起因するレインボウ等の問題に対しても有効に作用し、これらの問題を軽減することができる。
【０００８】
更に、請求項３に記載の透過型スクリーンは、中心部の拡散半値角に対し、上端部及び／又は下端部の拡散半値角が１．０５〜２．７０倍であることを特徴として有するものである。
【０００９】
更に、請求項４に記載の透過型スクリーンは、前記光拡散部が光拡散性粒子を含む拡散層からなることを特徴として有するものである。
【００１０】
更に、請求項５に記載の透過型スクリーンは、前記光拡散部が光拡散性微粒子を含む複数の拡散層からなり、前記拡散層の合計の層厚が、中心部に対し、上端部及び／又は下端部で１．０３〜３．０５倍であることを特徴として有するものである。
【００１１】
更に、請求項６に記載の透過型スクリーンは、光拡散部が光拡散性粒子を含む複数の拡散層からなり、その内少なくとも一層の層厚が、中心部で薄く、上端部及び／又は下端部で厚いことを特徴として有するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、画面上下端での解像度を低下させずに、映像光の損失による輝度低下がほとんど無く、画面内の明るさの均一性の高い透過型スクリーンが可能となる。
また、スクリーン上下端部での拡散性能が大きいため、フレネルレンズ角度の大きなスクリーン上下端部でのフレネルレンズで生じる迷光に起因するレインボウ等の問題に対しても有効に作用し、これらの問題を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明による透過型スクリーンの実施形態の一例を示す一部切欠きの斜視図である。図１に示すように、透過型スクリーン１１は、光源側からフレネルレンズシート１２、入光面側にレンチキュラーレンズが形成されたレンチキュラーレンズシート１３、樹脂基板１４の順で構成されており、樹脂基板１４の入光面側には光拡散部１５が設けられている。そして、最も観察者側に位置する光学要素であるレンチキュラーレンズよりも観察者側に位置する光拡散部１５による垂直方向の光拡散性が、スクリーン中心部に比べ上端部及び下端部の方が大きい構造としている。
【００１４】
図２は、本発明による透過型スクリーンの実施形態の他の例を示す一部切欠きの斜視図である。図２において、透過型スクリーン２１は、光源側からフレネルレンズシート２２、入光面側にレンチキュラーレンズが形成され、出光側に光吸収部２６を設けたレンチキュラーレンズシート２３、樹脂基板２４の順で構成されており、樹脂基板２４の入光面側には光拡散部２５が設けられている。そして、光吸収部２６よりも観察者側に位置する、樹脂基板２４に設けた光拡散部２５による垂直方向の光拡散性が、スクリーン中心部に比べ上端部及び下端部の方が大きい構造としている。
【００１５】
図３は、本発明による透過型スクリーンの実施形態の一例の断面模式図であり、各シート、基板は離して図示してある。図３において、透過型スクリーン３１は、光源側から順にフレネルレンズシート３２、レンチキュラーレンズシート３３、樹脂基板３４の３枚構成をしており、樹脂基板３４の入光面側には光拡散部３５が設けられている。そして、光拡散部３５による垂直方向の光拡散性が、スクリーン中心部に比べ上端部及び下端部の方が大きい構造としている。
【００１６】
図４は、本発明による透過型スクリーンの実施形態の別な例の断面模式図である。図４において、透過型スクリーン４１は、光源側から順にフレネルレンズシート４２、及びレンチキュラーレンズ群を有するフィルムシート４３を樹脂基板４４に貼り合せた構成をしており、樹脂基板４４の出光面側に光拡散部４５が設けられている。そして、光拡散部４５による垂直方向の光拡散性が、スクリーン中心部に比べ上端部及び下端部の方が大きい構造としている。
【００１７】
図５は、本発明による透過型スクリーンの実施形態の他の例を示す断面模式図であり、各シート、基板は離して図示してある。図５において、透過型スクリーン５１は、光源側から順にフレネルレンズシート５２、レンチキュラーレンズシート５３、樹脂基板５４の３枚構成をしている。樹脂基板５４は、入光面側及び出光面側の双方に光拡散層を有する光拡散部５５が設けられ、入光面側の光拡散層５５ａは、垂直方向の光拡散性がスクリーン中心部に比べ上端部及び下端部の方が大きい構造とし、出光面側の光拡散層５５ｂは、スクリーン中心部と上端部及び下端部が均一な光拡散性を示す構造としている。
【００１８】
図６は、本発明による透過型スクリーンの実施形態の別な例の断面模式図である。図６において、透過型スクリーン６１は、光源側から順にフレネルレンズシート６２、及びレンチキュラーレンズ群を有するフィルムシート６３を樹脂基板６４に貼り合せた構成をしており、樹脂基板６４の光拡散部６５は母材との屈折率の比が異なる２種類の光拡散粒子（拡散剤）を含む２層の拡散層６５ａ、６５ｂからなり、入光面側の拡散層６５ｂの層厚は、スクリーン上端部及び下端部で厚く、中心部で薄い構造としたものである。
【００１９】
本発明における透過型スクリーンは、中心部の拡散半値角（出射光の輝度分布がピーク輝度に対して１／２の輝度になる角度）に対し、上端部及び／又は下端部の拡散半値角が１．０５〜２．７０倍であるようにするのが好ましく、さらに、中心部に対し、上端部及び／又は下端部の拡散半値角を１．１０〜２．６５倍とすることがより好ましい。
本発明者は、上下端部の拡散特性を変化させたスクリーンの評価から、上端部及び／又は下端部の拡散半値角が中心部の半値角に対し１．０５〜２．７０倍の範囲であれば、映像光を平行光として出力するフレネルレンズを用いても、良好な周辺輝度比を確保できることを見出したものである。中心部と上下端部の拡散半値角が１．０５倍より小さいと、拡散角が一定の場合とほとんど差が現れず、また２．７０倍よりも大きいと端部の輝度が下がりすぎるので、周辺部が暗くなりすぎるからである。
【００２０】
また本発明における透過型スクリーンは、光拡散部が光拡散性粒子を含む複数の拡散層からなり、拡散層の合計の層厚が、中心部に対し、上端部及び／又は下端部で１．０３〜３．０５倍であることが好ましく、さらに、中心部に対し、上端部及び／又は下端部の拡散半値角を１．０５〜２．９５倍とすることがより好ましい。
上下端部の拡散層厚を変化させたスクリーンの評価から、上端部及び／又は下端部の拡散層厚が中心部の層厚に対し１．０３〜３．０５倍であれば、映像光を平行光として出力するフレネルレンズを用いても良好な周辺輝度比を確保できることを見出したものであり、上端部及び／又は下端部の拡散層厚が中心部の層厚に対し１．０３倍よりも小さいと、ほとんど差が現れず、また３．０５倍よりも大きいと周辺部が暗くなりすぎるからである。
【００２１】
本発明において、異なる拡散特性を有する複数の拡散層を含む光拡散部を設けることにより、一層の拡散層と用いた光拡散部の場合とは異なる光学性能を持たせることが可能である。
例えば、母材との屈折率差の小さい拡散剤と屈折率差の大きな拡散剤を使用する場合、屈折率差の小さい拡散剤を含有する層を入光側に、屈折率差の大きな拡散剤を含有する層を出光側に設けることにより、両拡散剤を混合した前述の二層の拡散層と同一の拡散特性を有する一層の拡散層よりも良好な解像度を得ることができる。そして前述の複数の拡散層の内、少なくとも一層の拡散層に中心よりも上下端の層厚が厚くなる様な層厚分布を持たせることにより、上下端での輝度分布を改善することができる。
この場合、他の拡散層の厚みは任意に設定することができ、例えば上下端部の層厚が薄くなっても良い。例えば、母材との屈折率差の大きな拡散剤を含有する拡散層の分布を中心に対し上下方向で厚くした場合、この拡散層分布により上下端の拡散は大きくなり、正面視での上下端の明るさは大きく改善され、また屈折率差の大きな拡散剤は非常に広角度域まで光を拡散させるため、画面を立って見下ろした場合にも、画面下部の十分な明るさが得られる。しかし一方で、母材との屈折率差が大きいため、層厚の薄い中心では映像光が素抜け状態となり、強い輝線が確認される場合がある。
これに対し母材との屈折率差の小さな拡散剤は、狭い角度域での拡散性への寄与が大きく、広角度での拡散への寄与が小さいため、母材との屈折率差の小さな拡散剤を含有する拡散層を中心で厚く、上下端で薄くなるように分布させて前述の拡散層と組み合わせることで、不必要に上下端の拡散を拡大せずに、中心部の素抜けを改善することが出来る。結果として正面視では素抜けの無い、上下端の明るい画像が得られ、また立ち見でも画面下端の明るい良好な輝度分布を得ることができる。
なお、複数の拡散層を有する場合、拡散層の間に拡散剤を含有しない非拡散層を設けることもでき、画面のぎらつきを低減させることもできる。
【００２２】
本発明において、レンズ又はプリズム等の光学要素よりも観察者側に位置する光拡散部としては、レンズ又はプリズム等の要素をもつレンズシートの表面側にコーティングやラミネートにより光拡散剤を含有した層を設けることや、レンズシート出光面側へのマット処理により容易に達成できる。また、レンズシート本体もしくはフィルム状のレンズシートを保持するシートを押し出し成型等の手法により多層構成とし、その内の少なくとも一層に光拡散性粒子を含有させることでも達成できる。当然、上記のコーティング、ラミネート、多層構成成型等の手法は、当該レンズ又はプリズムを持つシートよりも観察側に位置するいずれのスクリーン構成の要素（例えばスクリーン保護板）へも適用可能であり、その手法も前記の手法に限定されるものではない。なお複数枚のシートを貼り合せて使用する場合、接合面表面をマット処理し、界面に屈折率差を生じさせる様に材料選定を行い、拡散特性を付与することもできる。
【００２３】
本発明において、レンズを構成する素材としては、アクリル、アクリル−スチレン共重合樹脂（ＭＳ）、スチレン、ポリカーボネート、ポリエチレン等の樹脂材料が一般的であり、成型方法としては押し出し成型法、キャスティング法、プレス成型等の手法を用いることができる。またポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等のフィルムを基材とし、電子線硬化型の樹脂により賦型を行うこともできる。なおフィルム状のスクリーンを保持するシートとしては上記樹脂基板の他にガラス板も使用できる。
光拡散性粒子としては、アクリルや、スチレン、アクリル−スチレン共重合体の架橋ビーズが一般的であり、他にはシリカ、アルミナ等の無機物も使用される。拡散剤の粒径としては２〜３０μｍ程度が一般的であるが、目的に応じて適宜設定することができ、複数の光拡散性粒子を混合で使用することもできる。
コーティングにより光拡散層を形成する際、コーティング層が観察者側最表面に位置する場合は耐擦傷性を有するバインダーに光拡散性粒子を分散させることで、表面への傷付きを防止することができる。
【実施例】
【００２４】
（実施例１）
出光面側に透明着色処理を施したアクリル（屈折率１．４９）を母材とし、内部に平均粒径１２μｍ、屈折率１．５１の球状の架橋アクリル−スチレン共重合樹脂からなるビーズを３．８重量％、平均粒径９μｍ、屈折率１．５６の球状の架橋アクリル−スチレン共重合樹脂からなるビーズを３．０重量％含有した光拡散層を、入光面側に透明着色処理を施したアクリルを配した２ｍｍの樹脂基板を作製した。なお画面上下端部の拡散層の厚みは中心の厚みに対し、１．２０倍とした。本樹脂基板に、入光面側に垂直方向に伸びるレンチキュラーレンズ群を配したフィルム状のシートを張り合わせ、レンズシートとした。本レンズシートを映像投射管からの光が略平行に出射されるように設計されたフレネルレンズシートと組み合わせ、透過型スクリーンとした。本スクリーンでの映像を評価したところ、外周部が明るく、且つ外周部の解像度も良好な映像が得られた。
【００２５】
（実施例２）
出光面側に透明着色処理を施したアクリルースチレン共重合樹脂（屈折率１．５３）を母材とし、内部に平均粒径１０μｍ、屈折率１．５５の球状の架橋スチレンビーズを３．０重量％、平均粒径９μｍ、屈折率１．６０の球状の架橋スチレンビーズを３．３重量％含有した光拡散層を配し、入光面側に透明着色処理を施したアクリルースチレン共重合樹脂（屈折率１．５３）を配した２ｍｍの樹脂基板を作製した。画面上下端部の拡散半値角が中心の半値角に比べ１．５倍とした。一方、入光面側に垂直方向に伸びるレンチキュラーレンズ群を配したフィルムシートの出光面に紫外線反応型の粘着層を設け、入光面側から平行な紫外線光を照射、ストライプ状に露光部の粘着性が消失した出光面に黒色転写シートを張り合わせ、粘着部（非出光部）に黒色の光吸収部を形成したレンズフィルムとした。本レンズフィルムを前述の樹脂基板と貼合してレンズシートとし、映像投射管からの光が略平行に出射されるように設計されたフレネルレンズシートと組み合わせ、透過型スクリーンとした。本スクリーンでの映像を評価したところ、外周部が明るく、外周部の解像度も良好で、且つコントラストの良い映像が得られた。
【００２６】
（比較例）
出光面側に透明着色処理を施したアクリル（屈折率１．４９）を母材とし、内部に平均粒径１２μｍ、屈折率１．５１の球状の架橋アクリル−スチレン共重合樹脂からなるビーズを３．８重量％、平均粒径９μｍ、屈折率１．５６の球状の架橋アクリル−スチレン共重合樹脂からなるビーズを３．０重量％含有した光拡散層を、入光面側に透明着色処理を施したアクリルを配した２ｍｍの樹脂基板を作製した。なお画面上下端部の拡散層の厚みは中心の厚みと同じとした。本樹脂基板に、入光面側に垂直方向に伸びるレンチキュラーレンズ群を配したフィルム状のシートを張り合わせ、レンズシートとした。本レンズシートを映像投射管からの光が略平行に出射されるように設計されたフレネルレンズシートと組み合わせ、透過型スクリーンとした。本スクリーンでの映像を評価したところ、上下端が暗い、画面内の明るさの均一性に欠ける映像であった。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の透過型スクリーンの実施形態の一例を示す一部切欠きの斜視図である。
【図２】本発明の透過型スクリーンの実施形態の他の例を示す一部切欠きの斜視図である。
【図３】本発明による透過型スクリーンの実施形態の一例の断面模式図である。
【図４】本発明による透過型スクリーンの実施形態の別な例の断面模式図である。
【図５】本発明による透過型スクリーンの実施形態の他の例を示す断面模式図である。
【図６】本発明による透過型スクリーンの実施形態の他の例を示す断面模式図である。
【図７】従来の透過型スクリーンを示す一部切欠きの斜視図である。
【符号の説明】
【００２８】
１１、２１、３１、４１、５１、６１  透過型スクリーン
１２、２２、３２、４２、５２、６２  フレネルレンズシート
１３、２３、３３、４３、５３、６３  レンチキュラーレンズシート
１４、２４、３４、４４、５４、６４  樹脂基板
１５、２５、３５、４５、５５、６５  光拡散部
２６  光吸収部
５５ａ、５５ｂ、６５ａ，６５ｂ  拡散層
７１  透過型スクリーン
７２  フレネルレンズシート
７３  レンチキュラーレンズシート
７６  光吸収部
【図１】
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【図２】
2006030715.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2006030715.tif 000007
【図６】
2006030715.tif 000008
【図７】
2006030715.tif 000009