(57)【要約】【課題】低コストかつ簡易な構成で色補正を行うことが可能な画像投射装置を提供する。【解決手段】画像投射装置（１００）は、第１波長帯域の励起光を射出する光源（１）と、励起光を、第１波長帯域よりも長い第２波長帯域の変換光に変換する波長変換素子（６）と、励起光および変換光を変調する光変調素子（２８、２９、３９）と、第１波長帯域または第２波長帯域の少なくとも一方の光強度を取得する光センサ（１３）と、第１波長帯域または第２波長帯域の光を調整して色補正を行う制御部（４０）をと有し、制御部は、光強度の変化に応じた色の変化を低減するように色補正を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１波長帯域の励起光を射出する光源と、
前記励起光を、前記第１波長帯域よりも長い第２波長帯域の変換光に変換する波長変換素子と、
前記励起光および前記変換光を変調する光変調素子と、
前記第１波長帯域または前記第２波長帯域の少なくとも一方の光強度を取得する光センサと、
前記第１波長帯域または前記第２波長帯域の光を調整して色補正を行う制御部と、を有し、
前記制御部は、前記光強度の変化に応じた色の変化を低減するように前記色補正を行うことを特徴とする画像投射装置。
【請求項２】
前記第１波長帯域の前記励起光は、青帯域光または紫外帯域光であり、
前記第２波長帯域の前記変換光は、緑帯域光および赤帯域光であることを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
【請求項３】
前記光センサは、前記緑帯域光の前記光強度のみを取得することを特徴とする請求項２に記載の画像投射装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記光変調素子からの前記第１波長帯域または前記第２波長帯域の光出力を制御することにより前記色補正を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記光強度と投射光の色情報とに基づいて、前記光変調素子に関する前記色補正を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項６】
前記光強度と前記色情報との関係を示すデータを記憶する記憶部を更に有し、
前記制御部は、前記データに基づいて前記光変調素子に関する前記色補正を行うことを特徴とする請求項５に記載の画像投射装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記色補正として、前記光変調素子に対するガンマ補正を行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記色補正として、前記光変調素子に対するゲイン補正を行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項９】
前記光変調素子は、
青帯域光を変調する第１光変調素子と、
赤帯域光を変調する第２光変調素子と、
緑帯域光を変調する第３光変調素子と、を含むことを特徴とする請求項８に記載の画像投射装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記第２光変調素子および前記第３光変調素子のゲインを低下させることにより前記ゲイン補正を行うことを特徴とする請求項９に記載の画像投射装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記第１光変調素子のゲインを増大させることにより前記ゲイン補正を行うことを特徴とする請求項９または１０に記載の画像投射装置。
【請求項１２】
前記光センサは、前記光変調素子の入射側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項１３】
前記光センサは、前記光変調素子の出射側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項１４】
前記光変調素子は、液晶表示素子またはＤＭＤであることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示素子からの光を投射する画像投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、蛍光体を備えた画像投射装置が知られている。このような画像投射装置において、蛍光体は、光源から射出された光の一部を、この光の波長よりも長い光に変換する波長変換素子として機能する。ところが、蛍光体の特性や劣化により色味が変化してしまうため、蛍光体の特性や劣化に応じた色補正を行う必要がある。
【０００３】
特許文献１には、色バランスを調整するため、光量モニターからの第１光量と第２光量に基づいて、第２光量を一定に制御するとともに、光変調装置による第１光量の変調量を制御する制御部を備えたプロジェクタが開示されている。特許文献２には、３つの光源を備えた表示装置に関し、３つのカラーセンサを用いて光強度を測定する表示装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５５９３７０３号
【特許文献２】特許第５７４３２４２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のプロジェクタでは、互いに異なる波長帯域の光に関する光強度を２回測定するか、または、２つ以上の光センサを用いて波長帯域ごとに個別に光強度を測定して色に換算する必要がある。また特許文献２の表示装置では、３つのカラーセンサが必要となる。このように、特許文献１または特許文献２の構成では、複数の測定回数を要するか、または、複数の光センサが必要となるため、構成が複雑になるか、または、コストが高くなる。
【０００６】
そこで本発明は、低コストかつ簡易な構成で色補正を行うことが可能な画像投射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】
【０００７】
本発明の他の側面としての画像投射装置は、第１波長帯域の励起光を射出する光源と、前記励起光を、前記第１波長帯域よりも長い第２波長帯域の変換光に変換する波長変換素子と、前記励起光および前記変換光を変調する光変調素子と、前記第１波長帯域または前記第２波長帯域の少なくとも一方の光強度を取得する光センサと、前記第１波長帯域または前記第２波長帯域の光を調整して色補正を行う制御部とを有し、前記制御部は、前記光強度の変化に応じた色の変化を低減するように前記色補正を行う。
【０００８】
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、低コストかつ簡易な構成で色補正を行うことが可能な画像投射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１における画像投射装置の構成図である。
【図２】実施例１において、レーザ光源の電流値と光センサにより取得された明るさとの関係図である。
【図３】実施例１において、レーザ光源の電流値と照度計から取得された明るさとの関係図である。
【図４】実施例１において、レーザ光源の電流値と明るさ比率との関係図である。
【図５】実施例１において、反射型液晶表示素子のゲインと明るさ比率との関係図である。
【図６】実施例２における画像投射装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
まず、図１を参照して、本発明の実施例１における画像投射装置（プロジェクタ）の構成について説明する。図１は、画像投射装置１００の構成図である。
【００１３】
画像投射装置１００は、光源部５０（光源装置）を有する。光源部５０は、光源を収納することが可能なユニットであり、本実施例ではレーザ光源１、コリメータレンズ２、ダイクロイックミラー（またはハーフミラー）３、コンデンサレンズ４、５、および、蛍光体６を有する。
【００１４】
レーザ光源１（励起光源などの光源）は、第１波長帯域の励起光（青帯域光または紫外帯域光）を射出するレーザダイオードである。レーザ光源１から射出された光束（励起光）は、発散光束であり、レーザ光源１の直後に配置されたコリメータレンズ２により、平行光束に変換される。コリメータレンズ２から射出したレーザ光束は、ダイクロイックミラー３により反射され、コンデンサレンズ４、５に向かう。ダイクロイックミラー３は、コリメータレンズ２からの光束を反射する必要最小限の大きさになっている。ダイクロイックミラー３の表面には、レーザ光源１から射出した波長光（レーザ光源１の波長を有する光）は反射するが、蛍光光（変換光）波長は透過する特性を有する誘電体多層膜がコーティングされている。
【００１５】
ダイクロイックミラー３により反射した光束は、コンデンサレンズ４、５に入射する。図１において、コンデンサレンズユニットとして、正のパワーを有する２枚のレンズ（コンデンサレンズ４、５）により構成されているが、これに限定されるものではない。コンデンサレンズユニットは、１枚のレンズまたは３枚以上のレンズにより構成されていてもよい。コンデンサレンズ４、５は、分割光束を集光および重畳して蛍光体（蛍光体ユニット）６上に均一にレーザ光スポットを形成する。
【００１６】
蛍光体６は、レーザ光源１から射出した青帯域光（または紫外帯域光）を緑帯域光および赤帯域光に変換する（蛍光変換を行う）とともに、変換光（緑帯域光および赤帯域光）を戻り光（青帯域光）と重ねて反射することにより白色光を生成する。このように蛍光体６は、励起光を、第１波長帯域よりも長い第２波長帯域の変換光に変換する波長変換素子である。なお本実施例において、レーザ光源１からの光を蛍光体６で波長変換する光源部５０を用いているが、これに限定されるものではなく、白色光源を備えた光源部などの他の光源部を用いてもよい。
【００１７】
画像投射装置１００は、照明光学系６０を有する。照明光学系６０は、光源部５０からの光束を用いて後述の反射型液晶表示素子２８、２９、３０（光変調素子）を照明する。照明光学系６０は、コリメータレンズ７、フライアイレンズ８、９、ＰＳ変換素子（偏光変換素子）１０、コンデンサレンズ１１、ミラー１２、光センサ１３、および、レンズ１４を有する。
【００１８】
光源部５０からの光束は、コリメータレンズ７を介して、フライアイレンズ８、９に導かれ、ＰＳ変換素子１０に入射する。ＰＳ変換素子１０は、入射した光束の偏光方向を所定の方向に揃える（Ｐ偏光に整える）ように構成されている。ＰＳ変換素子１０からの光束は、コンデンサレンズ１１を介して、ミラー１２で反射する。光センサ１３は、ミラー１２の近傍（光変調素子の入射側）に配置されており、ミラー１２における漏れ光を受光することにより、光源部５０からの光束に関する光情報（光強度または明るさ）を取得する。ミラー１２で反射した光束は、レンズ１４を介して、色分離合成部７０に導かれる。
【００１９】
色分離合成部７０は、ダイクロイックミラー２１、偏光ビームスプリッタ２２、２３、色選択性波長板２４、位相板２５、２６、２７、反射型液晶表示素子２８、２９、３０、および、色合成プリズム３１を有する。ダイクロイックミラー２１は、緑帯域光を透過し、青帯域光および赤帯域光を反射する。ダイクロイックミラー２１を透過した緑帯域光は、偏光ビームスプリッタ２２に入射し、位相板２７を透過して反射型液晶表示素子３０（第３光変調素子）に入射する。一方、色選択性波長板２４は、ダイクロイックミラー２１を反射した青帯域光および赤帯域光のうち、青帯域光の偏光方向を９０°変換してＳ偏光とし、赤帯域光はＰ偏光のままの状態で、偏光ビームスプリッタ２３に入射させる。Ｐ偏光である赤帯域光は偏光ビームスプリッタ２３を透過し、Ｓ偏光である青帯域光は偏光ビームスプリッタ２３で反射する。これにより、偏光ビームスプリッタ２３に入射した光は、互いに偏光方向が直交する青帯域光と赤帯域光とに分離される。偏光ビームスプリッタ２３を反射した青帯域光は、位相板２５を透過し、反射型液晶表示素子２８（第１光変調素子）に入射する。偏光ビームスプリッタ２３を透過した赤帯域光は、位相板２６を透過し、反射型液晶表示素子２９（第２光変調素子）に入射する。
【００２０】
反射型液晶表示素子２８、２９、３０はそれぞれ、入射光（光源部５０からの光）を画像信号（駆動信号）に応じて変調して反射することにより画像光を形成する光変調素子（画像表示素子）である。反射型液晶表示素子３０により１８０°位相差変調されて反射した緑帯域光は、位相板２７を透過し、Ｓ偏光となって偏光ビームスプリッタ２２を反射し、色合成プリズム３１に入射する。反射型液晶表示素子２９により１８０°位相差変調されて反射した赤帯域光は、位相板２６を透過し、Ｓ偏光となって偏光ビームスプリッタ２３を反射し、色合成プリズム３１に入射する。反射型液晶表示素子２８により１８０°位相差変調されて反射した青帯域光は、位相板２５を透過し、Ｐ偏光となって偏光ビームスプリッタ２３を透過し、色合成プリズム３１に入射する。色合成プリズム３１は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の全波長帯域の光を合成し、投射光学系（投射レンズ）８０に出射する。投射光学系８０は、色合成プリズム３１からの合成光（投射光）を不図示のスクリーンなどの被投射面に投射する。なお本実施例において、色分離合成部７０のうち反射型液晶表示素子２８、２９、３０を除く部分を色分離合成系という。
【００２１】
制御部４０は、第１波長帯域または第２波長帯域の光を調整して色補正（色制御）を行う（すなわち、色補正を行うように反射型液晶表示素子２８、２９、３０の少なくとも一つを制御する）。本実施例において、制御部４０は、光センサ１３により取得された光強度（光量）に応じて（すなわち、光強度の変化に応じた色の変化を低減するように）色補正を行う。記憶部４２は、制御部４０による制御の際に用いられる各種データを記憶するメモリである。
【００２２】
次に、画像投射装置１００（光源部５０）からの出射光に関する色味の変化について説明する。蛍光体６は、一般的に輝度飽和という特性を有する。これは、蛍光体６へ入射する光強度が大きくなるほど変換効率が低下する特性である。例えば、青帯域光（青の励起光）に対して緑帯域光と赤帯域光を蛍光発光する場合において、青の励起光を増加させると、青の光強度に対して緑と赤の変換効率が低下し、より青味が強くなる。レーザ光源１の励起光を故意にディミングして光強度を変更する場合、蛍光体６への光強度が変化して光源部５０の色味が変化する。また、励起光は長期間使用すると劣化し、励起光の光強度は低下する。励起光の光強度が低下すると、蛍光体６に照射される光強度は低下するが、蛍光体６は輝度飽和という特性を有し、蛍光体６に照射される光強度に応じて蛍光発光する効率や色味は変化する。従って、長期間の使用により励起光の光強度が低下すると、蛍光体６を含む光源部５０の色味は変化する。また、励起光は長時間使用による励起光強度の変化のみならず、励起光を故意にディミングして光強度を変更する場合にも、蛍光体６への光強度が変化して輝度飽和により光源部５０の色味は変化する。また蛍光体６は、温度変化に伴う温度消光という特性を有する。このような特性によっても、光源部５０の色味は変化する。以上のような種々の要因により蛍光体６による色味の変化が生じるため、本実施例では、光センサ１３を用いて、光源部５０の色味を補正する（色補正を行う）。
【００２３】
次に、図２乃至図５を参照して、本実施例における色味の補正（色補正）について説明する。図２は、レーザ光源１の電流値と光センサ１３により取得された光量、すなわち明るさ（光情報）との関係図であり、横軸はレーザ光源１の電流値、縦軸は光センサ１３により取得された明るさをそれぞれ示している。まず、レーザ光源１の電流値を変更して光センサ１３により取得される明るさを変えると、図２に示されるようなグラフが得られる。
【００２４】
本実施例において、光センサ１３は、第１波長帯域（青帯域光または紫外帯域光）または第２波長帯域（緑帯域光および赤帯域光）の少なくとも一方の光強度（光量、明るさ）を取得する。すなわち光センサ１３は、励起光の光強度または変換光の光強度のいずれを取得するように構成してもよい。好ましくは、光センサ１３は、緑帯域光の光強度のみを取得する。
【００２５】
続いて、画像投射装置１００からの投射光の投射位置（画像投射装置１００の外部）に照度計（不図示）を配置する。ここで、青、赤、緑の各光路の反射型液晶表示素子２８、２９、３０を交互に最大階調の表示を行い、レーザ光源１の電流値を変更して段階的に明るさを変えて、照度計を用いて各光路における明るさ（Ｅｖ値）を取得する。青光路の反射型液晶表示素子２８の最大階調の表示を行う際において、赤と緑の反射型液晶表示素子２９、３０の表示を黒表示とする。また、照度計から緑の最大階調の表示時の明るさを取得する際には、青と赤の反射型液晶表示素子２８、２９の表示を黒表示とする。また、照度計から赤の最大階調の表示時の明るさを取得する際には、青と緑の反射型液晶表示素子２８、３０の表示を黒表示とする。このように、照度計を用いてレーザ光源１の電流値に対する各光路の明るさを取得すると、図３に示されるようなグラフが得られる。図３は、レーザ光源１の電流値と照度計から取得された明るさとの関係図であり、横軸はレーザ光源1の電流値、縦軸は照度計から取得された明るさをそれぞれ示している。
【００２６】
続いて、図４に示されるように、図３の数値を色味の程度が分かるように演算する。図４は、レーザ光源１の電流値と、照度計から取得された赤光路と青光路との明るさ比率（赤／青）、および、照度計から取得された緑光路と青光路との明るさ比率（緑／青）との関係図である。図４において、横軸はレーザ光源１の電流値、縦軸は明るさ比率（赤／青、緑／青）をそれぞれ示している。図４に示されるように、レーザ光源１の電流値が大きくなるほど、明るさ比率（赤／青、緑／青）が低下する。これは、蛍光体６の輝度飽和の特性により、蛍光体６に入射する光強度が強くなるほど、青帯域光を緑帯域光や赤帯域光に変換する比率が低下し、青がかった（青に近い）色味になることを示している。
【００２７】
このような色味の変化を低減するため、制御部４０は、光センサ１３により取得された光強度（明るさ）に基づいて、反射型液晶表示素子からの第１波長帯域または第２波長帯域の光出力を制御することにより色補正を行う。好ましくは、制御部４０は、光強度と投射光の色情報（照度計により取得された色情報）とに基づいて色補正を行う。また好ましくは、記憶部４２は、光強度と色情報との関係を示すデータを記憶しており、制御部４０は、そのデータに基づいて色補正を行う。
【００２８】
本実施例において、制御部４０は、色補正として、反射型液晶表示素子２８、２９、３０の少なくとも一つ（のガンマ特性）に対するゲイン補正（ガンマ補正）を行う。蛍光体６の色味が変化した場合、例えば、赤と緑の反射型液晶表示素子２９、３０のゲインを変更して色味を整える。すなわち本実施例において、光変調素子は、青帯域光、赤帯域光、および、緑帯域光をそれぞれ変調する反射型液晶表示素子２８、２９、３０（第１光変調素子、第２光変調素子、および、第３光変調素子）を含む。このとき制御部４０は、反射型液晶表示素子２９、３０（第２光変調素子および第３光変調素子）のゲインを低下させることによりゲイン補正を行う。または制御部４０は、反射型液晶表示素子２８（第１光変調素子）のゲインを増大させることによりゲイン補正を行う。または制御部４０は、反射型液晶表示素子２９、３０のゲインを低下させ、かつ、反射型液晶表示素子２８のゲインを増大させることによりゲイン補正を行ってもよい。
【００２９】
図５は、赤と緑の反射型液晶表示素子２９、３０のゲインと、明るさ比率（赤／青、緑／青）との関係図である。図５において、横軸は赤と緑の反射型液晶表示素子２９、３０のゲイン、縦軸は明るさ比率をそれぞれ示している。例えば、図４に示されるようにレーザ光源１の電流値をＡからＢに変更すると、明るさ比率すなわち色味が変わる。ここで、変化した同じ量の明るさ比率（色味）を補正するように、図５に示されるように赤と緑の反射型液晶表示素子２９、３０のゲインをＡ’からＢ’に変更する。これにより、図４に示されるレーザ光源１の電流値Ｂの色味を電流値Ａの色味に戻すことができる。この結果、レーザ光源１の電流値を変更した場合でも、緑と青および赤と青の明るさ比率（緑／青、赤／青）、すなわち色味を略一定に保つことが可能となる。
【００３０】
また、レーザ光源１を長期使用した場合、レーザ光源１の明るさは低下する。例えば、図２のレーザ光源１の電流値Ａに相当する明るさが、同じ電流値Ａではあるが長期使用による劣化により電流値Ｂに相当する明るさに低下した場合を考える。このとき、蛍光体６の輝度飽和の特性により、緑と青および赤と青のそれぞれの明るさ比率も、図４のレーザ光源１の電流値Ａおよび電流値Ｂに相当するそれぞれの明るさ比率になる。このとき、光センサ１３を用いて取得した明るさ（光量）は、レーザ光源１の明るさが電流値Ａから電流値Ｂに相当する明るさまで低下する。そこで本実施例では、図５の赤と緑の反射型液晶表示素子２９、３０のゲインを変更した場合における、赤と青の明るさ比率および緑と青の明るさ比率の関係から、劣化により変化した同じ量の色味を補正する（色補正を行う）。すなわち制御部４０は、赤と緑の反射型液晶表示素子２９、３０のそれぞれのゲインをＡ’からＢ’に変更して（ゲイン補正を行い）、レーザ光源１の劣化した色味を初期の色味に戻す。これにより、レーザ光源１の明るさが劣化により変化した場合でも色味を一定に保つことができる。
【００３１】
本実施例では、工場出荷時などの初期の段階において、光センサ１３を用いて光強度の変化に対する画像投射装置１００（光源部５０）の色変化を予め取得する。これにより、レーザ光源１（光源部５０）の光量を故意に変化させた場合や、レーザ光源１が劣化して光源部５０からの光量が変化した場合において、光センサ１３により光強度を取得するだけで、色変化（すなわち、色の制御量）を推定することができる。また制御部４０は、推定した色変化に応じて色補正を行うように反射型液晶表示素子を制御することにより、変化した色を元の色に戻すことが可能となる。
【実施例２】
【００３２】
次に、図６を参照して、本発明の実施例２における画像投射装置について説明する。図６は、画像投射装置１００ａの構成図である。画像投射装置１００ａは、光センサ１３が色合成プリズム３１の近傍（光変調素子の出射側）に配置されている点で、光センサ１３がミラー１２の近傍（光変調素子の入射側）に配置されている実施例１の画像投射装置１００とは異なる。画像投射装置１００ａの他の構成は、画像投射装置１００と同様であるため、それらの説明を省略する。
【００３３】
図６において、実線は反射型液晶表示素子２８、２９、３０で表示される光線を示し、点線は色合成プリズム３１からの漏れ光を示している。色合成プリズム３１の近傍に配置された光センサ１３は、点線で示される漏れ光を取得する。本実施例のように光センサ１３を光変調素子の出射側に配置した構成でも、実施例１の構成と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
なお各実施例において、光変調素子は、反射型の液晶表示素子に限定されるものではなく、透過型の液晶表示素子や、ＤＭＤなどの他の光変調素子であってもよい。
【００３５】
このように各実施例では、光源部の劣化時などに色補正を実施する際には光センサを用いて明るさを取得するだけで色の制御量を推定することができ、実際に色を補正する際には反射型液晶表示素子を用いて適正な色制御（色補正）を行うことが可能となる。また本実施例において、画像投射装置には１つの光センサを設ければよく、１つの光センサを用いて光強度を測定するだけで色味を推定して色補正を行うことができる。このため各実施例によれば、低コストかつ簡易な構成で色補正を行うことが可能な画像投射装置を提供することができる。
【００３６】
なお、前述の各実施例における色補正とは、画像投射装置（プロジェクタ）に入力された画像データ通りの画像をスクリーンに表示するための制御のことを言う。あるいは、制御を行ったとしても、プロジェクタに入力された画像データに含まれるＲＧＢの階調あるいは明るさを入力された状態の５０〜２００％とする制御のことを色補正と言う。
【００３７】
また、前述の各実施例における各色帯域は、例えば以下の波長帯域である。具体的には、青帯域は４００〜５１０ｎｍ、緑帯域は４９０〜６００ｎｍ、赤帯域は５８０〜７００ｎｍ、紫外帯域は２８０〜４００ｎｍである。
【００３８】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１  レーザ光源（光源）
６  蛍光体（波長変換素子）
１３  光センサ
２８、２９、３０  反射型液晶表示素子（光変調素子）
４０  制御部
１００、１００ａ  画像投射装置
【図１】
2018061149.tif 000003
【図２】
2018061149.tif 000004
【図３】
2018061149.tif 000005
【図４】
2018061149.tif 000006
【図５】
2018061149.tif 000007
【図６】
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