(57)【要約】【課題】表示画像の位置の設計自由度に優れた画像表示ユニットを実現する。【解決手段】画像表示ユニット（１Ａ）は、観察対象空間を撮像する撮像部（１０）と、撮像部（１０）により撮像された画像をリアルタイムで表示領域に表示する画像表示装置（１１）と、画像表示装置（１１）により表示された画像を投影して、スクリーンのない空間に結像させる結像部と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察対象空間を撮像する撮像部と、
前記撮像部により撮像された画像をリアルタイムで表示領域に表示する画像表示部と、
前記画像表示部により表示された画像を投影して、スクリーンのない空間に結像させる結像部と、を備えたことを特徴とする画像表示ユニット。
【請求項２】
前記撮像部は、観察者の観察方向において遮蔽物で隠された死角対象空間の少なくとも一部を撮像し、
前記結像部は、前記遮蔽物における、前記死角対象空間への前記観察方向の視線が通過する位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の画像表示ユニット。
【請求項３】
前記結像部は、当該結像部における観察者と反対側の空間に前記画像を結像させることを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示ユニット。
【請求項４】
車両用であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の画像表示ユニット。
【請求項５】
前記撮像部は、車両内の天井部により隠された死角対象空間を撮像し、
前記結像部は、前記天井部における、前記死角対象空間への観察者の観察方向の視線が通過する位置に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の画像表示ユニット。
【請求項６】
前記撮像部は、車両内のピラー部により隠された死角対象空間を撮像し、
前記結像部は、前記ピラー部における、前記死角対象空間への観察者の観察方向の視線が通過する位置に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の画像表示ユニット。
【請求項７】
前記撮像部は、車両内のダッシュボード部により隠された死角対象空間を撮像し、
前記結像部は、前記ダッシュボード部における、前記死角対象空間への観察者の観察方向の視線が通過する位置に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の画像表示ユニット。
【請求項８】
前記撮像部は、車両内のドア部により隠された死角対象空間を撮像し、
前記結像部は、前記ドア部における、前記死角対象空間への観察者の観察方向の視線が通過する位置に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の画像表示ユニット。
【請求項９】
前記撮像部は、前記車両の側方の空間を撮像し、
前記結像部は、前記車両のドア部における窓に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の画像表示ユニット。
【請求項１０】
前記撮像部は、前記車両の後方の空間を撮像し、
前記結像部は、前記車両の運転席よりも後方であり、かつ運転席と助手席との間の位置に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の画像表示ユニット。
【請求項１１】
前記撮像部は、前記車両の後方の空間を撮像し、
前記結像部は、前記車両の運転席よりも前方であり、かつ運転席と助手席との間の位置に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の画像表示ユニット。
【請求項１２】
前記結像部は、
前記画像表示部からの画像光を入射する入射面を有し、該入射面から入射した前記画像光を反射または屈折させ出射面へ出射させる複数の出射構造部が設けられ、前記入射面の長手方向に直交する方向において平行光化された前記画像光を入射する導光板を備え、
前記複数の出射構造部のそれぞれは、前記表示領域における、前記入射面の長手方向と直交する方向において互いに異なる位置から発した光を所定の視点へ向けて前記導光板の一方の面である光出射面から出射させることを特徴とする請求項１から１１いずれか１項に記載の画像表示ユニット。
【請求項１３】
前記結像部は、
前記画像表示部と前記導光板の入射面との間に配置され、前記画像光を、前記入射面の長手方向と直交する方向において平行光化するコリメートレンズを備えていることを特徴とする請求項１２に記載の画像表示ユニット。
【請求項１４】
前記画像表示部は、前記画像光が前記入射面の長手方向に出射するように配置されており、
前記結像部は、
平行光化された前記画像光を前記入射面の長手方向に伝搬させるとともに、該伝搬光を反射または屈折させることにより前記導光板の前記入射面へ向けて出射させる複数の光路変換部が設けられた導光部材を備えたことを特徴とする請求項１２または１３に記載の画像表示ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等を含む空間外部の環境をリアルタイムで観察する画像表示ユニットが提案されている。例えば特許文献１には、車内のピラー部によって運転者の死角となる車両外側領域を撮像部により撮像したリアルタイム画像を表示手段により車内の表示面（表示スクリーン）に表示する技術が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２に記載の表示装置は、撮像部で撮像された画像をプロジェクタ部によりホログラフィック光学素子に投影し、ホログラフィック光学素子によりプロジェクタ部により投影された画像を観察者へ向けて回折する構成となっている。
【０００４】
また、特許文献３には、車両の後方又は側方の少なくともいずれか一方を撮像する撮像手段により撮像された画像を、立体ディスプレイを用いて表示する画像表示装置が開示されている。特許文献３に記載の技術は、後方のリアルタイム画像を表示する表示装置を車内のルームミラーの位置に取り付けた技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−  ７１３３５号公報（２０１５年  ４月１６日公開）
【特許文献２】特開２０１１−２１３１８４号公報（２０１１年１０月２７日公開）
【特許文献２】特開２００３−３３９０６０号公報（２００３年１１月２８日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１〜３に記載された技術では、固定された表示スクリーン上に画像を表示する技術であるため、観察者と表示画像との距離は固定されている。このため、観察者と表示スクリーンとの位置関係によっては、表示画像を観察者が観察しにくくなる。
【０００７】
本発明の一態様は、表示画像の位置の設計自由度に優れた画像表示ユニットを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る画像表示ユニットは、観察対象空間を撮像する撮像部と、前記撮像部により撮像された画像をリアルタイムで表示領域に表示する画像表示部と、前記画像表示部により表示された画像を投影して、スクリーンのない空間に結像させる結像部と、を備えたことを特徴している。
【０００９】
上記の構成によれば、前記撮像部により撮像された観察対象空間のリアルタイム画像を前記画像表示部により表示させ、表示された画像を前記結像部によりスクリーンのない空間に結像させている。すなわち、上記の構成によれば、リアルタイム画像を、位置固定された表示スクリーン上に画像を表示させるのではなく、前記結像部により空間に結像させて、観察者に確認させている。そして、結像部により空間に結像されるリアルタイム画像と、観察者との位置関係は、前記結像部の構成部材の設計により設定可能である。それゆえ、上記の構成によれば、観察者に対する表示画像の位置の設計自由度に優れた画像表示ユニットを実現できるという効果を奏する。
【００１０】
本発明の一態様に係る画像表示ユニットは、前記撮像部は、観察者の観察方向において遮蔽物で隠された死角対象空間の少なくとも一部を撮像し、前記結像部は、前記遮蔽物における、前記死角対象空間への前記観察方向の視線が通過する位置に設けられている構成であってもよい。
【００１１】
上記構成によれば、前記結像部は、前記遮蔽物における、前記死角対象空間への観察方向の視線が通過する位置に設けられている。これにより、観察者が遮蔽物に隠された死角対象空間へ視線を向けた場合、視線の先に死角対象空間を観察することになる。このため、観察者は、違和感なく死角対象空間を確認することができる。
【００１２】
本発明の一態様に係る画像表示ユニットでは、前記結像部は、当該結像部における前記観察者と反対側の空間に前記画像を結像させることが好ましい。
【００１３】
上記の構成によれば、結像部は、観察者と反対側の空間にリアルタイム画像を結像することになる。このため、観察者は、結像部により結像されたリアルタイム画像を、該観察者に近い画像ではなく、遠くの画像として認識することになる。このため、上記の構成によれば、前記画像表示部により表示されたリアルタイム画像と実際の死角対象空間との焦点ずれが小さくなり、観察者は、リアルタイム画像に対する違和感を緩和することができる。
【００１４】
本発明の一態様に係る画像表示ユニットは、車両用であることが好ましい。
【００１５】
本発明の一態様に係る画像表示ユニットは、前記撮像部は、車両内の天井部により隠された死角対象空間を撮像し、前記結像部は、前記天井部における、前記死角対象空間への前記観察方向の視線が通過する位置に設けられている構成であってもよい。
【００１６】
上記の構成によれば、車体から透けて見えるように、前記天井部に隠された死角対象空間内の対象物を、前記結像部を介して、車体と対象物との実距離に合せた平面内に投影することができる。それゆえ、観察者は、焦点を合わせることなく対象物を観察することができる。また、車両の移動に追従して前記天井部に隠された対象物を観察することができる。
【００１７】
本発明の一態様に係る画像表示ユニットは、前記撮像部は、車両内のピラー部により隠された死角対象空間を撮像し、前記結像部は、前記ピラー部における、前記死角対象空間への観察者の観察方向の視線が通過する位置に設けられている構成であってもよい。
【００１８】
上記の構成によれば、車両の運転者は、違和感なくピラー部に隠された死角対象空間を確認することができる。
【００１９】
本発明の一態様に係る画像表示ユニットは、前記撮像部は、車両内のダッシュボード部により隠された死角対象空間を撮像し、前記結像部は、前記ダッシュボード部における、前記死角対象空間への観察者の観察方向の視線が通過する位置に設けられている構成であってもよい。
【００２０】
上記の構成によれば、車両の運転者は、違和感なくダッシュボード部に隠された死角対象空間を確認することができる。
【００２１】
本発明の一態様に係る画像表示ユニットは、前記撮像部は、車両内のドア部により隠された死角対象空間を撮像し、前記結像部は、前記ドア部における、前記死角対象空間への観察者の観察方向の視線が通過する位置に設けられている構成であってもよい。
【００２２】
上記の構成によれば、車両の運転者は、違和感なくドア部に隠された死角対象空間を確認することができる。
【００２３】
本発明の一態様に係る画像表示ユニットは、前記撮像部は、前記車両の側方の空間を撮像し、前記結像部は、前記車両のドア部における窓に設けられている構成であってもよい。
【００２４】
上記の構成によれば、車両の運転者は、違和感なく車両の側方（特に側後方）の空間を視認することができる。
【００２５】
本発明の一態様に係る画像表示ユニットは、前記撮像部は、前記車両の後方の空間を撮像し、前記結像部は、前記車両の運転席よりも後方であり、かつ運転席と助手席との間の位置に設けられている構成であってもよい。
【００２６】
運転者が後方を振り向いたとき、違和感なく、車両の後方の空間を視認することができる。また、遮蔽物により、車体後方の空間を観察することができない場合であっても、運転者は、前記結像部を介して車体後方の空間を観察することができる。
【００２７】
本発明の一態様に係る画像表示ユニットは、前記撮像部は、前記車両の後方の空間を撮像し、前記結像部は、前記車両の運転席よりも前方であり、かつ運転席と助手席との間の位置に設けられている構成であってもよい。
【００２８】
上記の構成では、画像表示ユニットをルームミラーとして利用している。上記の構成によれば、後方のリアルタイム画像を表示する表示装置を車内のルームミラーの位置に取り付けた技術（例えば特許文献３に記載の技術）と比較して、運転者から遠くに離れた空間位置にリアルタイム画像が結像される。このため、運転者は、適切な距離で結像画像を見ることができる。
【００２９】
本発明の一態様に係る画像表示ユニットは、  前記結像部は、
前記画像表示部からの画像光を入射する入射面を有し、該入射面から入射した前記画像光を反射または屈折させ出射面へ出射させる複数の出射構造部が設けられ、前記入射面の長手方向に直交する方向において平行光化された前記画像光を入射する導光板を備え、前記複数の出射構造部のそれぞれは、前記表示領域における、前記入射面の長手方向と直交する方向において互いに異なる位置から発した光を所定の視点へ向けて前記導光板の一方の面である光出射面から出射させる構成であることが好ましい。
【００３０】
上記の構成によれば、所定の視点において、光出射面から出射された画像光が結像した画像を視認することができる。すなわち、画像表示ユニットは、画像表示部に表示された画像を、当該画像表示ユニットの外部のスクリーンのない空間で鮮明に表示することができる。
【００３１】
本発明の一態様に係る画像表示ユニットは、前記結像部は、前記画像表示部と前記導光板の入射面との間に配置され、前記画像光を、前記入射面の長手方向と直交する方向において平行光化するコリメートレンズを備えている構成であってもよい。
【００３２】
これにより、画像表示ユニットは、画像表示部に表示された画像を、当該画像表示ユニットの外部のスクリーンのない空間で鮮明に表示することができる。
【００３３】
本発明の一態様に係る画像表示ユニットでは、前記画像表示部は、前記画像光が前記入射面の長手方向に出射するように配置されており、前記結像部は、平行光化された前記画像光を前記入射面の長手方向に伝搬させるとともに、該伝搬光を反射または屈折させることにより前記導光板の前記入射面へ向けて出射させる複数の光路変換部が設けられた導光部材を備えた構成であることが好ましい。
【００３４】
上記の構成によれば、前記画像表示部は、前記画像光が前記入射面の長手方向に出射するように配置されている構成であるので、結像部の小型化を実現できる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の一態様によれば、表示画像の位置の設計自由度に優れた画像表示ユニットを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態に係る画像表示ユニットの概要を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る画像表示ユニットの概要を示す側面図である。
【図３】図１及び図２に示す画像表示ユニットの変形例の概略構成を示す図である。
【図４】図１及び図２に示す画像表示ユニットのさらに他の変形例の概略構成を示す図である。
【図５】車内の運転者が車内の遮蔽物で隠された死角対象空間を観察するための本発明の実施形態に係る画像表示ユニットの適用例を示す模式図である。
【図６】本発明の実施形態に係る画像表示ユニットが、車内前方のピラー部、ダッシュボード部、及び天井部に配置された状態を模式的に示す図である。
【図７】撮像部が車両の側方の空間を撮像する構成の一例を示し、（ａ）は結像部の位置を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）における導光板近傍の概略構成を示す図である。
【図８】撮像部が車両の後方の空間を撮像する構成の一例を示し、（ａ）は結像部が導光板を介してリアルタイム画像を結像していない状態を示す図であり、（ｂ）は、結像部が導光板を介してリアルタイム画像を結像した状態を示す図である。
【図９】図８の（ａ）及び（ｂ）に示す構成に備えられた画像表示ユニットの要部構成を概略的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
（画像表示ユニットの構成）
本実施形態における画像表示ユニット１Ａの要部構成の一例について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、画像表示ユニット１Ａの概要を示す模式図である。図２は、画像表示ユニット１Ａの概要を示す側面図である。
【００３８】
画像表示ユニット１Ａは、図１及び図２に示すように、観察対象空間を撮像する撮像部１０と、画像表示装置１１（画像表示部）と、結像レンズ１２と、コリメートレンズ１３と、導光板１４と、マスク１５とを備えている。画像表示ユニット１Ａにおける、画像表示装置１１により表示される画像を空間に結像する結像部は、結像レンズ１２と、コリメートレンズ１３と、導光板１４と、マスク１５とを備えている。
【００３９】
なお、Ｙ軸方向に沿って、画像表示装置１１、結像レンズ１２、コリメートレンズ１３、および導光板１４が順番に配置されている。また、Ｚ軸方向に沿って、導光板１４およびマスク１５が、この順番で配置されている。なお、ここでは、導光板１４の底面１４ｂと平行な面において、入射面１４ａの長手方向をＸ方向とし、入射面１４ａの法線方向をＹ方向とする。そして、導光板１４の底面１４ｂと反対側の表面側に位置する光出射面１４ｃの法線方向をＺ方向とする。
【００４０】
撮像部１０は、観察対象空間を撮像することが可能な部材であれば、特に限定されない。撮像部１０は、例えば、ＣＣＤカメラが挙げられる。
【００４１】
画像表示装置１１は、制御装置（不図示）から受信した映像信号に応じて、撮像部１０により撮像された２次元画像または３次元画像を表示領域に表示する。画像表示装置１１は、表示領域に画像を表示することによって、画像光を出力することができる、例えば一般的な液晶ディスプレイである。なお、図示の例において、画像表示装置１１の表示領域、および当該表示領域に対向する、導光板１４の入射面１４ａは、ともにＸＺ平面と平行となるように配置されている。また、導光板１４の、後述するプリズム１４１が配置されている底面１４ｂ、および当該底面１４ｂに対向する、マスク１５に対して光を出射する光出射面１４ｃは、ともにＸＹ平面と平行となるように配置されている。さらに、マスク１５の、後述するスリット１５１が設けられている面も、ＸＹ平面と平行になるように配置されている。なお、画像表示装置１１の表示領域と導光板１４の入射面１４ａとは、対向して配置されてもよいし、画像表示装置１１の表示領域が入射面１４ａに対して傾けて配置されてもよい。
【００４２】
結像レンズ１２は、画像表示装置１１と入射面１４ａとの間に配置されている。結像レンズ１２は、画像表示装置１１の表示領域から出力された画像光を、入射面１４ａの長手方向と平行なＸＹ平面において収束光化した後、コリメートレンズ１３へ出射する。結像レンズ１２は、画像光を収束光化できるのであれば、どのようなものであってもよい。例えば、結像レンズ１２は、バルクレンズ、フレネルレンズ、または回折レンズなどであってもよい。また、結像レンズ１２は、Ｙ軸方向に沿って配置された複数のレンズの組み合わせであってもよい。
【００４３】
コリメートレンズ１３は、画像表示装置１１と入射面１４ａとの間に配置されている。コリメートレンズ１３は、結像レンズ１２にて収束光化された画像光を、入射面１４ａの長手方向と直交するＹＺ平面において平行光化する。コリメートレンズ１３は、平行光化した画像光について、導光板１４の入射面１４ａに対して出射する。コリメートレンズ１３は、結像レンズ１２と同様に、バルクレンズおよびフレネルレンズであってもよい。なお、結像レンズ１２とコリメートレンズ１３とは、その配置順が逆であってもよい。また、結像レンズ１２とコリメートレンズ１３の機能について、１つのレンズによって実現してもよいし、多数のレンズの組み合わせによって実現してもよい。すなわち、画像表示装置１１が表示領域から出力した画像光を、ＸＹ平面においては収束光化し、ＹＺ平面においては平行光化することができるのであれば、結像レンズ１２およびコリメートレンズ１３の組み合わせは、どのようなものであってもよい。
【００４４】
導光板１４は、透明な部材によって構成されており、コリメートレンズ１３によって平行光化された画像光を入射面１４ａにて受光し、光出射面１４ｃから出射する。図示の例において、導光板１４は平板状に形成された直方体の外形を備えており、コリメートレンズ１３に対向する、ＸＺ平面と平行な面を入射面１４ａとする。また、ＸＹ平面と平行かつＺ軸の負方向側に存在する面を底面１４ｂとし、ＸＹ平面と平行かつ底面１４ｂに対向する面を光出射面１４ｃとする。導光板１４は、複数のプリズム（出射構造部）１４１を備えている。
【００４５】
複数のプリズム１４１は、導光板１４の入射面１４ａから入射した画像光を反射する。プリズム１４１は、導光板１４の底面１４ｂに、底面１４ｂから光出射面１４ｃへ向けて突出して設けられている。複数のプリズム１４１は、例えば、画像光の伝搬方向がＹ軸方向であるときに、当該Ｙ軸方向に所定の間隔（例えば、１ｍｍ）で配置された、Ｙ軸方向に所定の幅（例えば、１０μｍ）を有する略三角形状の溝である。プリズム１４１は、プリズム１４１が有する光学面のうち、画像光の導光方向（＋Ｙ軸方向）に対して入射面１４ａから近い側の面である反射面（光学面）１４１ａを備えている。図示の例において、複数のプリズム１４１は、底面１４ｂ上に、Ｘ軸と平行に設けられている。これにより、Ｙ軸方向に伝搬する入射面１４ａから入射した画像光が、Ｙ軸に直交するＸ軸と平行に設けられた複数のプリズム１４１の反射面１４１ａによって反射させられる。複数のプリズム１４１のそれぞれは、画像表示装置１１の表示領域で入射面１４ａの長手方向と直交するＺ軸方向において互いに異なる位置から発した画像光を、所定の視点１００へ向けて導光板１４の一方の面である光出射面１４ｃから出射させる。反射面１４１ａの詳細については後述する。
【００４６】
マスク１５は、可視光に対して不透明な材料にて構成され、複数のスリット１５１を備えている。マスク１５は、導光板１４の光出射面１４ｃから出射された光のうち、平面１０２上の結像点１０１へ向かう光のみを、複数のスリット１５１を用いて透過させることができる。
【００４７】
複数のスリット１５１は、導光板１４の光出射面１４ｃから出射された光のうち、平面１０２上の結像点１０１へ向かう光のみを透過させる。図示の例において、複数のスリット１５１は、Ｘ軸と平行となるように設けられている。また、個々のスリット１５１は、複数のプリズム１４１のうち、いずれかのプリズム１４１と対応している。
【００４８】
以上の構成を有することにより、画像表示ユニット１Ａは、画像表示装置１１に表示された画像を、当該画像表示ユニット１Ａの外部の仮想の平面１０２上に結像させ、投影する。具体的には、まず、画像表示装置１１の表示領域から出射された画像光は、結像レンズ１２およびコリメートレンズ１３を通した後、導光板１４の端面である、入射面１４ａへ入射する。次に、導光板１４へ入射した画像光は、当該導光板１４の内部を伝搬し、導光板１４の底面１４ｂに設けられたプリズム１４１に到達する。プリズム１４１に到達した画像光は、当該プリズム１４１の反射面１４１ａによってＺ軸の正方向へ反射させられ、ＸＹ平面と平行となるように配置された、導光板１４の光出射面１４ｃから出射される。そして、光出射面１４ｃから出射した画像光のうち、マスク１５のスリット１５１を通過した画像光は、平面１０２上の結像点１０１にて結像する。すなわち、画像表示装置１１の表示領域の個々の点から発した画像光について、ＸＹ平面においては収束光化し、ＹＺ平面においては平行光化した後、平面１０２上の結像点１０１に投影することができる。表示領域の全ての点に対して前記の処理を行うことにより、画像表示ユニット１Ａは、画像表示装置１１の表示領域に出力された画像を、平面１０２上に投影することができる。これにより、ユーザは、視点１００から仮想の平面１０２を見たときに、空中に投影された画像を視認することができる。なお、平面１０２は、投影された画像が結像する仮想的な平面であるが、視認性を向上させるためにスクリーンなどを配置してもよい。
【００４９】
なお、Ｚ軸方向について、入射面１４ａの中心と、コリメートレンズ１３の光軸とが一致するようにコリメートレンズ１３が配置されている場合は、平面１０２上に投影された画像について、以下の問題が生じるおそれがある。すなわち、コリメートレンズ１３の光軸と直交するＸＺ平面内で、Ｚ軸方向に対して光軸を挟んだ等距離である２点のそれぞれから発して、入射面１４ａを介して導光板１４内に入射した光は、底面１４ｂに対して同じ角度をなすことになる。そのため、それら２点からの光は、同じプリズム１４１により反射されて平面１０２へ向かう。そのため、視点１００からは、それら２点が重なって見えるという問題がある。
【００５０】
したがって、画像表示装置１１は、Ｚ軸方向について、導光板１４よりも正方向側、または、負方向側に表示領域全体が位置するように配置されることが好ましい。本実施形態では、画像表示装置１１の表示領域全体が、導光板１４よりも負方向側に配置される。この場合、画像表示装置１１からコリメートレンズ１３を経由して導光板１４内に入射する光の量を増やすために、図２において点線で示される位置にミラー２０を配置してもよい。ミラー２０は、Ｚ軸方向について、コリメートレンズ１３の光軸を挟んで画像表示装置１１とは反対側に配置され、かつ、光出射面１４ｃと平行かつ画像表示装置１１へ向けられた反射面を持つことが好ましい。
【００５１】
また、図２に示すように、画像表示装置１１の表示領域のうち、Ｚ軸の正方向側にある点から発した画像光よりも、負方向側にある点から発した画像光の方が、より画像表示装置１１に近い位置にあるプリズム１４１に入射する。そして、プリズム１４１にて反射し、当該プリズム１４１に対応するスリット１５１を透過することがわかる。
【００５２】
図３は、図１及び図２に示す画像表示ユニット１Ａの変形例の概略構成を示す図である。なお、図３では、概略構成を示し、撮像部１０、画像表示装置１１、コリメートレンズ１３、導光板１４のみの構成を示している。
【００５３】
図３に示すように、画像表示ユニット１Ｂは、プリズム１４１によって反射された光によって、導光板１４の光出射面１４ｃに関して観察者とは反対側にある平面１１２に虚像を結像する点で、画像表示ユニット１Ａと異なる。
【００５４】
図３に示すように、画像表示ユニット１Ｃは、図１及び２に示す結像レンズ１２を備えていない構成である。それゆえ、画像表示装置１１の表示領域から出力された画像光は、入射面１４ａの長手方向と平行なＸＹ平面において収束光化することなく、発散されて、導光板１４の入射面１４ａに入射する。このようにＸＹ平面おいて発散された画像光は、導光板１４を伝搬し、プリズム１４１にて反射し、光出射面１３ｃから出射する。このとき、複数のプリズム１４１それぞれは、画像表示装置１１の表示領域で入射面１４ａの長手方向と直交するＺ軸方向において互いに異なる位置から発した画像光を、所定の視点１００へ向けて導光板１４の一方の面である光出射面１４ｃから出射させる。
【００５５】
このとき、導光板１４を伝搬する画像光がＸＹ平面おいて発散された光であるため、複数のプリズム１４１によって反射させられた光は、視点１００に向けて収束するのではなく発散した光となる。このため、複数のプリズム１４１によって反射させられた光は、導光板１４の光出射面１４ｃに関して観察者とは反対側にある平面１１２の結像点１１１から出射されたように光出射面１４ｃから出射される。すなわち、複数のプリズム１４１によって反射された光によって、平面１１２に虚像が結像される。これにより、観察者は、導光板１４に関して観察者とは反対側の空間に立体画像を視認することができる。
【００５６】
なお、図３に示す構成は、結像レンズ１２を設けることなく、ＸＹ平面おいて発散された画像光を導光板１４に入射させた構成であった。しかし、画像表示ユニット１Ｂは、ＸＹ平面おいて発散された画像光を導光板１４に入射させることが可能な構成であれば、図３に示す構成に限定されない。例えば、画像表示装置１１と導光板１４との間に、画像光をＸＹ平面おいて発散させて出射する凹レンズが設けられた構成であってもよい。
【００５７】
また、図１及び図２に示された画像表示ユニット１Ａでは、結像レンズ１２の焦点距離に応じて、結像される平面１０２が調節可能である。それゆえ、結像レンズ１２を備えた図１及び図２に示す構成であっても、焦点距離を適宜設定することにより、観察者とは反対側にある平面１１２に虚像が結像することが可能である。
【００５８】
図４は、図１及び図２に示す画像表示ユニット１Ａのさらに他の変形例の概略構成を示す図である。この変形例としての画像表示ユニット１Ｃは、図１及び図２に示す画像表示ユニット１Ａにおいて、コリメートレンズ１３の代わりに、画像表示装置１１からの画像光を導光板１４へ向けて導光させる導光部材が用いられている。
【００５９】
画像表示ユニット１Ｃでは、画像表示装置１１から発した画像光が、コリメートレンズ１３１及び導光部材１３２を介して導光板１４の入射面１４ａへ達し、かつ、その光は、ＹＺ平面では画像表示装置１１上の位置に応じた角度を持つ平行光となり、ＸＹ平面でも平行光となるように、コリメートレンズ１３１及び導光部材１３２が配置される。なお、コリメートレンズ１３１及び導光部材１３２は、コリメート部材の他の一例である。また、コリメートレンズ１３１及び導光部材１３２は、導光板１４とともに結像部を構成する。
【００６０】
具体的には、導光部材１３２は、直方体状に形成された透明な部材であり、短手方向の一方の面が入射面１３２ａとして形成される。また、導光部材１３２の長手方向に沿った一面が、入射面１３２ａから入射した光を出射させる出射面１３２ｃとして形成され、出射面１３２ｃと対向する面が拡散面１３２ｂとして形成される。そして導光部材１３２の長手方向の長さは、入射面１４ａの長手方向の長さと略等しくなり、かつ、ＹＺ平面における導光部材１３２の厚さは、導光板１４のＹＺ平面における厚さよりも厚くなるように、導光部材１３２は形成されることが好ましい。これにより、導光部材１３２は、画像表示装置１１の表示面上のＺ方向の位置による光の角度を維持しつつ、画像表示装置１１からの光を導光板１４へ導光できる。
【００６１】
また、導光部材１３２の出射面１３２ｃが導光板１４の入射面１４ａと対向するように、導光部材１３２は配置される。また、画像表示装置１１は、コリメートレンズ１３１を介して導光部材１３２の入射面１３２ａと対向し、かつ、コリメートレンズ１３１の前側焦点に位置するように配置される。すなわち、この例では、画像表示装置１１の表示面が、導光板１４の入射面１４ａと直交する方向と平行となるように、画像表示装置１１は配置される。そのため、この変形例では、画像表示装置を小型化することができるとともに、表示装置全体も小型化される。なお、この変形例においても、導光部材の入射面と出射面とがなす角が直交する角度以外となるように、例えば、テーパ状となるように、入射面が形成されてもよい。また、導光部材１３２と導光板１４とは、一体的に形成されてもよい。
【００６２】
画像表示装置１１から発した光は、コリメートレンズ１３１により、方向によらず平行化されて導光部材１３２の入射面１３２ａから導光部材１３２へ入射する。すなわち、画像表示装置１１から発した光は、画像表示装置１１上の表示位置に応じた方向を向く平行光となる。そしてその平行化された光は、導光部材１３２内を全反射しながら伝搬し、導光部材１３２の拡散面１３２ｂに設けられた複数のプリズム１３３（光路変換部）により、出射面１３２ｃへ向けて反射される。
【００６３】
各プリズム１３３は、Ｘ方向、すなわち、導光板１４の入射面１４ａの長手方向に沿って所定のピッチ（例えば、１ｍｍ）で格子状に配置されている。各プリズム１３３は、例えば、Ｚ方向に沿って延伸され、Ｘ方向において所定の幅（例えば、１０μｍ）を持つ略三角形状の溝として形成される。そして各プリズム１３３は、拡散面１３２ｂに対して所定の角度βをなし、かつ、入射面１３２ａと対向するように向けられた反射面を有する。なお、所定の角度βは、導光部材１３２へ入射した画像表示装置１１からの光を全反射させて、出射面１３２ｃへ向ける角度、例えば、拡散面１３２ｂに対して３７〜４５°をなすように設定される。また、ＸＹ平面において同じ方向を向く光が、所定の結像面にて一点に集光するように、入射面１３２ａから離れたプリズム１３３ほど角度βは大きくなるように各プリズム１３３は形成される。これにより、画像表示ユニット１Ａと同様に、導光部材１３２を出射した光は、導光板１４の入射面１４ａの短手方向（すなわち、厚さ方向）に関して平行化され、一方、入射面１４ａの長手方向について収束光化される。したがって、画像表示ユニット１Ａと同様に、画像表示ユニット１Ｂは、画像表示装置１１に表示された画像を空間投影できる。
【００６４】
なお、コリメートレンズ１３１及び導光部材１３２は、それぞれ、例えば、可視光に対して透明な材料、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマーといった樹脂を成型することで形成される。
【００６５】
なお、導光部材１３２の出射面１３２ｃと導光板１４の入射面１４ａとの間に、入射面１４ａの長手方向について正のパワーを持つシリンドリカルレンズが配置されてもよい。この場合には、入射面１４ａの長手方向に関して、シリンドリカルレンズにより画像表示装置１１からの光は収束光化されるので、導光部材１３２の各プリズム１３３の反射面の角度は互いに同一であってもよい。
【００６６】
上述した画像表示ユニット１Ａ〜１Ｃは、画像表示装置１１と、画像表示装置１１からの画像光を平行光化するコリメート部と、導光板１４とを備えた構成であるといえる。例えば、画像表示ユニット１Ａでは、前記コリメート部は、結像レンズ１２及びコリメートレンズ１３に相当する。そして、画像表示ユニット１Ａ〜１Ｃは、画像表示装置１１と前記コリメート部とは別体であった。しかし、本実施形態に係る画像表示ユニットは、このような構成に限定されず、導光板１４の入射面１２ａに画像表示装置１１からの画像光が平行光として入射する構成であれよい。例えば、画像表示装置１１と前記コリメート部とが一体となった構成、すなわち画像表示装置１１そのものが平行光化された画像光を出射する構成であってもよい。
【００６７】
本実施形態に係る画像表示ユニット１Ａ〜１Ｃは、以上のように、観察対象空間を撮像する撮像部１０と、画像表示装置１１（画像表示部）と、画像表示装置１１により表示される画像を空間に結像する結像部と、を備えた構成となっている。そして、結像部は、結像レンズ１２と、コリメートレンズ１３と、導光板１４と、マスク１５とを備えている。
【００６８】
従来技術では、固定された表示スクリーン上に画像を表示する技術であるため、観察者と表示画像との距離は固定されている。このため、観察者と表示スクリーンとの位置関係によっては、表示画像を観察者が観察しにくくなる。
【００６９】
一方、本実施形態に係る画像表示ユニット１Ａ〜１Ｃでは、撮像部１０により撮像された観察対象空間のリアルタイム画像を画像表示装置１１により表示させ、表示された画像を結像部によりスクリーンのない空間に結像させている。すなわち、本実施形態では、リアルタイム画像を、位置固定された表示スクリーン上に画像を表示させるのではなく、結像部により空間に結像させて、観察者に確認させている。そして、結像部により空間に結像されるリアルタイム画像と、観察者との位置関係（観察者の近くの位置に画像を配置するか、あるいは遠くに配置するか等）は、結像部の構成部材の設計（例えば導光板１４のプリズム１４１の構成等）により設定可能である。それゆえ、本実施形態によれば、観察者に対する表示画像の位置の設計自由度に優れた画像表示ユニットを実現でき、観察者にとって最適な位置にてリアルタイム画像を表示（結像）できるという効果を奏する。
【００７０】
本実施形態に係る画像表示ユニット１Ａ〜１Ｃでは、撮像部１０は、観察者の観察方向において遮蔽物で隠された死角対象空間を撮像し、結像部により死角対象空間を空間内に結像するような構成であってもよい。このような構成の場合、前記結像部（より具体的には導光板１４）は、前記遮蔽物における、前記死角対象空間への観察方向の視線が通過する位置に設けられている。このような構成とすることにより、観察者が遮蔽物に隠された死角対象空間へ視線を向けた場合、視線の先に死角対象空間を観察することになる。このため、観察者は、違和感なく死角対象空間を確認することができる。
【００７１】
本実施形態に係る画像表示ユニット１Ａ〜１Ｃの使用用途は、特に限定されないが、特に車両用に使用されることが好ましい。すなわち、車両運転中または停止中に、車内の運転者または搭乗者が座席から車外の環境や車内の環境（エンジンやタイヤ）を確認するのに、本実施形態に係る画像表示ユニット１Ａ〜１Ｃを使用することが好ましい。
【００７２】
また、前記結像部は、当該結像部の導光板１４における観察者と反対側の空間に前記画像を結像させることが好ましい。この場合、結像部は、導光板１４に対して観察者と反対側の空間にリアルタイム画像を結像することになる。観察者は、結像部により結像されたリアルタイム画像を、該観察者に近い画像ではなく、遠くの画像として認識することになる。例えば、車外空間を確認するため、従来の画像表示ユニット（例えば特許文献１に記載の装置）を設置した場合、撮像部は車外に設置されるとともに、撮像部により撮像された画像を表示する画像表示装置は車内に設置される。撮像部の設置位置と画像表示装置の設置位置とのずれにより、観察者から見ると、画像表示装置により表示されたリアルタイム画像が実際に窓などからみた車外環境の景色よりも近い位置にある。このため、観察者は、画像表示装置により表示されたリアルタイム画像と実際の窓からみた景色との間の焦点位置のずれが生じ、リアルタイム画像に違和感があると感じることになる。
【００７３】
一方、本実施形態によれば、観察者は、結像部により結像されたリアルタイム画像を、該観察者に近い画像ではなく、遠くの画像（奥行き画像）をして認識することになる。このため、画像表示装置１１により表示されたリアルタイム画像と実際の窓からみた景色との焦点のずれが小さくなり、観察者は、リアルタイム画像に対する違和感を緩和することができる。
【００７４】
また、例えば、特許文献２に記載の表示装置は、撮像部で撮像された画像をプロジェクタ部によりホログラフィック光学素子に投影し、ホログラフィック光学素子によりプロジェクタ部により投影された画像を観察者へ向けて回折する構成である。この構成では、プロジェクタ部により投影された画像の光は、ホログラフィック光学素子により観察者へ向けて回折される。このため、プロジェクタ部により投影された画像を観察する対象者は、観察者のみとなる。観察者以外の者（例えば運転者以外の同乗者）は、プロジェクタ部により投影された画像を観察することができない。一方、本実施形態によれば、結像部により画像表示装置１１により表示された画像を空間に結像させているので、観察者のみならず同乗者にもリアルタイム画像を観察することができる。
【００７５】
また、車外空間を車内から確認するための画像表示ユニットとして、従来、ヘッドアップディスプレイが知られている。ヘッドアップディスプレイは、基本的に、撮像部により撮像された画像をプロジェクタにより投影し、この投影光を反射ミラーにより反射させる構成である。このため、プロジェクタによる投影距離、反射ミラーによる反射に必要な光学距離等の設定から、観察者から遠ざかる方向へ画像を投影する構成とした場合、装置が大型化する。また、観察者から遠ざかる方向へ画像を投影することが困難である。
【００７６】
一方、本実施形態では、結像部の構成部材の設計（例えば導光板１４のプリズム１４１の構成等）により、観察者から遠ざかる方向へ画像を投影する構成とすることができる。それゆえ、軽量であり、かつコンパクトな画像表示ユニットを実現することがきる。
【００７７】
（本実施形態に係る画像表示ユニットの適用例）
以下、本実施形態に係る画像表示ユニット１Ａ〜１Ｃを車両に適用した適用例について、説明する。図５は、車内の運転者が車内の遮蔽物で隠された死角対象空間を観察するための画像表示ユニットの適用例を示す模式図である。また、図６は、本実施形態に係る画像表示ユニットが、車内前方のピラー部Ｐ、ダッシュボード部Ｄ、及び天井部Ｃに配置された状態を模式的に示す図である。
【００７８】
図５に示されるように、撮像部１０は、車両内のピラー部Ｐにより隠された死角対象空間を撮像する構成であってもよい。この場合、結像部の導光板１４は、ピラー部Ｐにおける、運転者の死角対象空間への観察方向の視線Ｓが通過する位置に設けられている。この場合、運転者がピラー部Ｐに隠された死角対象空間へ視線Ｓを向けた場合、視線Ｓの先に死角対象空間を観察することになる。このため、図６に示すように、運転者は、違和感なくピラー部Ｐに隠された死角対象空間を確認することができる。また、この構成では、運転者から遠い空間位置にある平面１１２に死角対象空間の画像が結像部により結像される。このため、導光板１４により結像された撮像部１０のリアルタイム画像と実際の窓からみた景色とのずれが小さくなり、運転者は、リアルタイム画像に対する違和感を緩和することができる。
【００７９】
また、図５に示されるように、撮像部１０は、車両内のダッシュボード部Ｄにより隠された死角対象空間を撮像する構成であってもよい。この場合、結像部の導光板１４は、ダッシュボード部Ｄにおける、運転者の死角対象空間への観察方向の視線Ｓが通過する位置に設けられている。この場合、運転者がダッシュボード部Ｄに隠された死角対象空間へ視線Ｓを向けた場合、視線Ｓの先に死角対象空間を観察することになる。この場合、死角対象空間には、車両のタイヤＴが存在する。このため、図６に示すように、運転者は、車内のダッシュボード部Ｄにより本来隠されているタイヤＴの運転中または停止中の状況を確認することができる。また、この構成では、運転者から遠い空間位置にある平面１１２に死角対象空間の画像が結像部により結像される。また、この平面１１２は、タイヤＴの位置と略同一である。このため、運転者は、違和感なく、ダッシュボード部Ｄに隠された死角対象空間にあるタイヤＴを確認することができる。
【００８０】
また、図５には例示されていないが、撮像部１０は、車両内の天井部により隠された死角対象空間を撮像する構成であってもよい。この場合、結像部の導光板１４は、天井部における、運転者または同乗者の死角対象空間への観察方向の視線が通過する位置に設けられている。このため、図６に示すように、運転者は、天井部Ｃに隠された死角対象空間を確認することができる。このように車体から透けて見えるように、天井部Ｃに隠された死角対象空間内の対象物（例えば信号）を、導光板１４を介して、車体と対象物との実距離に合せた平面内に投影することができる。それゆえ、観察者は、焦点を合わせることなく対象物を観察することができる。また、車両の移動に追従して天井部Ｃに隠された対象物を観察することができる。
【００８１】
また、撮像部１０は、車両内のドア部により隠された死角対象空間を撮像する構成であってもよい。この場合、結像部の導光板１４は、ドア部における、運転者または同乗者の死角対象空間への観察方向の視線が通過する位置に設けられている。
【００８２】
図７は、撮像部１０が車両の側方の空間を撮像する構成の一例を示し、図７の（ａ）は結像部の位置を示す図であり、図７の（ｂ）は、図７の（ａ）における導光板近傍の概略構成を示す図である。
【００８３】
図７の（ａ）及び（ｂ）に示すように、撮像部１０は、車両の側方の空間を撮像する構成であってもよい。この場合、撮像部１０は、車両の側方の後方空間を撮像する。例えば、撮像部１０は、通常の車両のサイドミラーにより映される空間と略同じ空間を撮像する。この場合、結像部の導光板１４は、車両のドアにおける窓に設けられている。そして、画像表示装置１１は、導光板１４の側面と対向するように配置されている。導光板１４における画像表示装置１１と対向する側面が画像光の入射面となる。
【００８４】
図７の（ａ）及び（ｂ）に示す構成では、運転者から遠い空間位置にある平面１１２に車両の側方の後方空間の画像が結像部により結像される。さらに、このリアルタイム画像が結像される平面１１２は、導光板１４に対して傾斜している。運転者は、前方を向いた状態で、違和感なく、撮像部１０によって撮像された、車両の側方の後方空間をドアの窓から観察することになる。なお、結像部の構成部材の設計（例えば導光板１４のプリズム１４１の構成等）により、導光板１４に対して傾斜した平面１１２上にリアルタイム画像を結像させることは可能である。
【００８５】
また、画像表示装置１１の導光板１４に対する位置を調整することにより、リアルタイム画像の結像位置を設計することが可能である。
【００８６】
例えば、画像表示ユニット１Ａでは、導光板１４の背面側に位置するように見える、画像表示装置１１の表示領域に表示された画像の虚像を表示するために、結像レンズ１２は省略されてもよい。この場合、導光板１４から光が出射する位置と導光板１４の入射面１４ａとの間の距離を、導光板１４の屈折率とその光が導光板１４内を伝搬する際のその光と出射面１４ｃとがなす角の余弦との積で除して得られる値を、虚像と導光板１４間の距離から減じた値に相当する距離だけ、導光板１４の入射面１４ａから離れた位置に画像表示装置１１を配置すればよい。なお、図１及び図２に示す構成のようにスリット１５１を利用する場合には、入射面１４ａと直交する方向における、各スリット１５１の位置は、表示される虚像の位置に応じて決められればよい。また、結像される像の位置に応じて各プリズム１４１の反射面の角度が設定される場合には、表示される虚像の位置に応じて各プリズム１４１の反射面の角度が設定されればよい。すなわち、入射面１４ａから遠いプリズム１４１ほど、そのプリズム１４１の反射面の角度は小さくなる。
【００８７】
図７の（ａ）及び（ｂ）に示す構成によれば、車両の運転者は、違和感なく車両の側方（特に側後方）の空間を視認することができる。
【００８８】
なお、図７の（ａ）及び（ｂ）に示す構成では、結像部の導光板１４は、車両のドアにおける窓に設けられている構成であった。しかし、撮像部１０が車両の側方の空間を撮像する構成である場合、導光板１４は、車両のドアの窓に限定されず、運転者または搭乗者が視認可能な部分に配置されていればよい。例えば、導光板１４は、ダッシュボード上に配置されていてもよい。
【００８９】
図８は、撮像部１０が車両の後方の空間を撮像する構成の一例を示し、図８の（ａ）は結像部が導光板１４を介してリアルタイム画像を結像していない状態を示す図であり、図８の（ｂ）は、結像部が導光板１４を介してリアルタイム画像を結像した状態を示す図である。図９は、図８の（ａ）及び（ｂ）に示す構成に備えられた画像表示ユニットの要部構成を概略的に示した図である。
【００９０】
図８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、撮像部１０は、車両の後方の空間を撮像する構成であってもよい。例えば、撮像部１０は、通常の車両において後方へバック運転する際に、運転者が後方へ振り向いたときに視認される空間と略同じ空間を撮像する。この場合、結像部の導光板１４は、車両の運転席２よりも後方であり、かつ運転席２と助手席３との間の位置に設けられている。例えば、図９に示すように、運転席２の後方に遮蔽物４が設けられている場合、導光板１４は、遮蔽物４における運転席２及び助手席３と対向する面に設けられ、前方から見て、運転席２と助手席３との間の位置に設けられている。
【００９１】
図８の（ａ）に示される、結像部が導光板１４を介してリアルタイム画像を結像していない状態では、導光板１４が可視光を透過する透光性部材である。このため、運転者は、運転席２から後方へ振り向いたとき、導光板１４を介して遮蔽物４を見ることになる。一方、図８の（ｂ）に示される、結像部が導光板１４を介してリアルタイム画像を結像した状態では、運転者は、運転席２から後方へ振り向いたとき、導光板１４に結像された、後方のリアルタイム画像を観察することになる。このように、図８の（ａ）及び（ｂ）に示す構成によれば、運転者が後方を振り向いたとき、遮蔽物により、車体後方の空間を観察することができない場合であっても、運転者は、画像表示ユニットの導光板１４を介して車体後方の空間を観察することができる。
【００９２】
図９に示すように、図８の（ａ）及び（ｂ）に示す構成に備えられた画像表示ユニットでは、撮像部１０により撮像された画像は、画像表示装置１１により表示面に表示され、結像部が、導光板１４を介して、画像表示装置１１により表示された画像を空間に結像する。このとき、撮像部１０により撮像された車体後方のリアルタイム画像は、運転者から遠い空間位置にある平面１１２に結像される。このため、運転者は、リアルタイム画像に対する違和感を緩和することができる。
【００９３】
なお、導光板１４の設置位置は、図８の（ａ）及び（ｂ）に示す位置に限定されず、運転者が違和感なく視認できる位置であればよい。例えば、運転者の前方（例えばルームミラーの設置位置）に設けられていてもよい。すなわち、前記結像部の導光板１４は、車両の運転席よりも前方であり、かつ運転席と助手席との間の位置に設けられていてもよい。この構成では、本実施形態に係る画像表示ユニットをルームミラーとして利用している。この構成によれば、後方のリアルタイム画像を表示する表示装置を車内のルームミラーの位置に取り付けた技術（例えば特許文献３に記載の技術）と比較して、運転者から遠くに離れた空間位置にリアルタイム画像が結像される。このため、運転者は、適切な距離で結像画像を見ることができる。
【００９４】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９５】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ  画像表示ユニット
２  運転席
３  助手席
４  遮蔽物
１０  撮像部
１１  画像表示装置（画像表示部）
１２  結像レンズ（結像部）
１３、１３１  コリメートレンズ（結像部）
１３ｃ、１４ｃ  光出射面
１４  導光板
１４ａ、１３２ａ  入射面
１４ｂ  底面
１３２  導光部材
１３２ｂ  拡散面
１３２ｃ  出射面
１３３  プリズム（光路変換部）
１４１  プリズム（出射構造部）
【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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