(57)【要約】【課題】この発明は、コントラスト比を向上させるために光源からの光の遮光量を大きくしても照射される映像の照度ムラを発生しにくくさせることを目的とする。【解決手段】上記課題を解決するための手段は、光源と、前記光源からの光の偏光方向を特定方向に揃える第1の偏光部と、前記第1の偏光部よりも前記光源の出射光が進む方向に対して下流に配されることにより前記第１の偏光部によって偏光方向を特定方向に揃えられた光が入射される第２の偏光部と、前記第２の偏光部は、回動することにより偏光方向が変化させることができることを特徴とする照明装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光の偏光方向を特定方向に揃える第1の偏光部と、
前記第1の偏光部よりも前記光源の出射光が進む方向に対して下流に配されることにより前記第１の偏光部によって偏光方向を特定方向に揃えられた光が入射される第２の偏光部と、
前記第２の偏光部は、回動することにより偏光方向を変化させることができることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照明装置において、
前記光源からの光を遮光するために開閉自在に配された遮光部をさらに備えることを特徴とする照明装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載した構成の照明装置と、
前記光源の光を変調する光変調部と、
前記光変調部によって変調された光を拡大投写させる投写部と、
を備えることを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項４】
請求項３に記載の投写型映像表示装置において、
入力される入力信号の明るさ情報を検出し、映像投写を行う際に必要な遮光量を特定する信号処理部をさらに備え、
前記信号処理部の算出結果により映像投写を行う際に必要な遮光量が特定光量より少ない時は、前記遮光部により前記光源からの光を遮光させ、
前記信号処理部の算出結果により映像投写を行う際に必要な遮光量が特定光量以上の時は、前記遮光部により特定光量より少ない光を遮光させ、前記第2の偏光部により前記遮光部で遮光させなかった光を遮光させることを特徴とする投写型映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光源から出射される光の光量を遮光部材により遮光させる手段を備えた照明装置および投写型映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、投写型映像表示装置に対して、高輝度化と共に映像品質を向上させるために様々な手段が考えられてきている。その中で映像品質の一つとして映像に関する全画面白表示の輝度/全画面黒表示の輝度により規定されるコントラスト比に関しても向上させる方法が提案されている。
【０００３】
その一手段として、特許文献１に以下の内容が開示されている。すなわち、特許文献１には、複数のレンズを有する入射側フライアイレンズと出射側フライアイレンズで構成される一対のフライアイレンズが配され、その一対のフライアイレンズに光源からの光を通過させることにより光源から出射される光を均一化させるようにした照明装置及び投写型映像表示装置が示されている。そして、この一対のフライアイレンズの出射側に配された遮光板を開閉自在に稼動させることにより、一対のフライアイレンズから出射される光を遮光することができ、コントラスト比を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１０７４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような従来技術の構成において、コントラスト比を向上させるためには、遮光板の閉じる量を増やし、遮光量を大きくすることにより、全画面黒表示の時の輝度を抑える必要がある。しかしながら、遮光板の閉じる量を増やすと照射される映像の照度ムラが発生しやすくなるという課題が生じる。
【０００６】
以下、遮光板の閉じる量を増やすと照射される映像の照度ムラが発生することに関しての詳細内容を記載する。
【０００７】
図８は、図示しない光源から出射された光が光軸Ｌの光の進む方向（矢印方向）に向かって見たとき出射側フライアイレンズ３２の右端列にあるレンズ群を透過し、遮光板５１により一部光が遮られ、液晶パネル７０に導かれている図を示している。フライアイレンズは、入射側フライアイレンズ３１と出射側フライアイレンズ３２が対になることにより、フライアイレンズを構成する各々の微小レンズを通る光が液晶パネル７０の全面に光を導くように設計されている。図８のように、遮光板５１で出射側フライアイレンズ３２の右端列にあるレンズ群からの光の右側を一部遮っているため、液晶パネル７０に照射される光量分布は、図８のグラフのような分布となる。この図８のグラフは、液晶パネル７０上の中心点を通る水平方向の光量分布をグラフ化したものである。以下、図９及び図１０の光量分布に関するグラフも同様である。
【０００８】
図９は、図示しない光源から出射された光が光軸Ｌの光の進む方向（矢印方向）に向かって見たとき出射側フライアイレンズ３２の左端列にあるレンズ群を透過し、遮光板５１により一部光が遮られ、液晶パネル７０に導かれている図を示している。図９のように、遮光板５１で出射側フライアイレンズ３２の左端列にあるレンズ群からの光の左側を一部遮っているため、液晶パネル７０に照射される光量分布は、図９のグラフのような分布となる。
【０００９】
図１０は、図示しない光源から出射された光が出射側フライアイレンズ３２の各々の列のレンズ群を透過し、遮光板５１により一部光が遮られ、液晶パネル７０に導かれている図を示している。図８及び図９で例示したように、出射側フライアイレンズ３２の各々の列のレンズ群を透過した光は、遮光板５１により光が遮られることにより、液晶パネル７０の端に導かれる光が遮光されるため、出射側フライアイレンズ３２の各々のレンズからの光路は、図１０のような光路図を描くこととなる。従って、出射側フライアイレンズ３２の各々の列のレンズ群から透過する光の液晶パネル７０に照射される光量分布は図１０のグラフのような分布となる。図１０のグラフからわかるように、遮光板５１によって出射側フライアイレンズ３２からの光が遮光されると液晶パネル７０に照射される光の照度ムラが発生する。また、遮光板５１の閉じる量をさらに増やしていくと、液晶パネル７０の端に照射される光がさらに遮光されることになり、この照度ムラはさらに顕著に現れることになる。
【００１０】
そこでこの発明は、コントラスト比を向上させるために光源からの光の遮光量を大きくしても照射される映像の照度ムラを発生しにくくさせることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための手段は、光源（２０）と、前記光源からの光の偏光方向を特定方向に揃える第1の偏光部（例えば偏光変換装置４０）と、前記第1の偏光部よりも前記光源の出射光が進む方向に対して下流に配されることにより前記第１の偏光部によって偏光方向を特定方向に揃えられた光が入射される第２の偏光部（例えば回動偏光板５２）と、前記第２の偏光部は、回動することにより偏光方向を変化させることができることを特徴とする照明装置（１０）。
上記手段において、前記光源からの光を遮光するために開閉自在に配された遮光部（例えば遮光板５１）をさらに備えることを特徴とする照明装置としてもよい。
上記いずれかの照明装置と、前記光源の光を変調する光変調部（例えば液晶パネル７０，７１，７２，７３）と、前記光変調部によって変調された光を拡大投写させる投写部（１４０）と、を備えることを特徴とする投写型映像表示装置としてもよい。
【００１２】
上記投写型映像表示装置において、入力される入力信号の明るさ情報を検出し、投写される映像に必要な明るさを算出する信号処理部をさらに備え、前記信号処理部の算出結果により必要な明るさが特定光量より少ない時は、前記遮光部により前記光源からの光を遮光させ、前記信号処理部の算出結果により必要な明るさが特定光量以上の時は、前記遮光部により特定光量より少ない光を遮光させ、前記第2の偏光部により特定光量以上の光を遮光させることを特徴とする投写型映像表示装置としてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
コントラスト比を向上させるために光源からの光の遮光量を大きくしても照射される映像の照度ムラを発生しにくくさせることができ、映像を劣化させることなく映像を鑑賞することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係る照明装置１０を示す構成図である。
【図２】実施形態に係る遮光ユニット５０及び出射側フライアイレンズ３２を示す構成図である。
【図３】実施形態に係る回動偏光板５２を回動させた遮光ユニット５０及びインテグレータレンズ３０を示す構成図である。
【図４】実施形態に係る回動偏光板５２の変形例を示す構成図である。
【図５】実施形態に係る投写型映像表示装置の光学構成を示した構成図である。
【図６】実施形態に係る投写型映像表示装置の内部構成を示したブロック図である。
【図７】実施形態に係る遮光ユニット５０の制御方法を示したフローチャートである。
【図８】従来技術に係る遮光部の構成を示す第１の構成図である。
【図９】従来技術に係る遮光部の構成を示す第２の構成図である。
【図１０】従来技術に係る遮光部の構成を示す第３の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の照明装置及び投写型映像表示装置を図１乃至図７を参照して説明する。
【００１６】
尚、本発明の図に関しては模式的な図であり、詳細な形状、寸法、比率は異なることに留意すべきである。また図面相互間においても詳細な形状、寸法、比率は異なる部分が含まれている。
【００１７】
また、異なる図面番号に対して同一又は類似の部分に関しては同一符号を付して重複する説明は省略している。
【００１８】
また、本構成図で示しているのは一実施形態を示しているのであって、これと異なった態様で本発明が用いられても良いものであり、本実施形態に限定されて解釈されるものではないことに留意すべきである
（照明装置の構成）
以下において、実施形態に係る照明装置の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係る照明装置１０を示す構成図である。
【００１９】
光源２０における発光部２１は、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等から成り、その照射光はパラボラリフレクタ２２によって平行光となって出射され、インテグレータレンズ３０へと導かれる。
【００２０】
インテグレータレンズ３０は一対のレンズ群（入射側フライアイレンズ３１、出射側フライアイレンズ３２）から構成されており、個々のレンズ部分が光源２０から出射された光を後述する液晶パネル７０の全面に導くようになっており、光源２０において存在する部分的な照度ムラを平均化し、画面中央と周辺部とでの光量差を低減する。インテグレータレンズ３０を経た光は、偏光変換装置４０へと導かれる。
【００２１】
偏光変換装置４０は、偏光ビームスプリッタアレイ（以下、ＰＢＳアレイと称する）によって構成されている。ＰＢＳアレイは、偏光分離膜と位相差板（１／２λ板）とを備える。ＰＢＳアレイの各偏光分離膜は、インテグレータレンズ３０からの光のうち例えばＰ偏光を通過させ、Ｓ偏光を９０度光路変更する。光路変更されたＳ偏光は隣接の偏光分離膜にて反射されてそのまま出射される。一方、偏光分離膜を透過したＰ偏光はその前側（光出射側）に設けてある偏光板によってＳ偏光に変換されて出射される。すなわち、この場合には、ほぼ全ての光はＳ偏光に変換されるようになっている。偏光変換装置４０を経た光は、遮光ユニット５０へと導かれる。
【００２２】
遮光ユニット５０は、遮光板５１と回動偏光板５２を含む構成になっている。遮光板５１は、一対の遮光部材で構成され、光軸Ｌ１に対して直交する方向に開閉する。回動偏光板５２は、光軸Ｌ１を中心に回動可能な構成である。すなわち、回動偏光板５２は、回動することにより偏光方向を任意に決定することができる。そして、遮光ユニット５０を経た光は、コンデンサレンズ６０に導かれる。
【００２３】
コンデンサレンズ６０は、遮光ユニット５０から出射した光を液晶パネル７０の全面へ導くため、コンデンサレンズ６０に入射する光を集光させ、液晶パネル７０へ導く。
【００２４】
液晶パネル７０は、入射側偏光板と、一対のガラス基板（画素電極や配向膜を形成してある）間に液晶を封入して成るパネル部と、出射側偏光板と、を備えて成る光変調部である。
【００２５】
尚、本照明装置は、液晶パネル７０を１つ使用する照明装置としている。しかしながらこれに限るものではなく、図５で後述するように液晶パネルを３つ使用する３板式の照明装置としても良い。
（遮光ユニットの詳細構成）
次に遮光ユニット５０に関する詳細構成を図２及び図３を用いて説明する。
【００２６】
図２は、遮光ユニット５０の構成に関して詳細に示した構成図であり、回動偏光板５２で光を遮らない状態を示した図である。
【００２７】
遮光板５１は、光源の出射光が進む方向に対して偏光変換装置４０の下流に配され、一対の遮光部材から構成されている。各々の遮光部材は図示しないモータにより、光軸Ｌ１に対して直交する方向に開閉自在に稼動する。従って、遮光部材が開状態から閉状態へ移行するに従い、偏光変換装置４０から出射される光の光束を遮る量が多くなり、遮光板５１を通過する光量は低下する。
【００２８】
回動偏光板５２は、長方形形状を成しており図示しないモータにより光軸Ｌ１を中心にして回動する。例えば前述のように偏光変換装置４０によりほぼ全ての光がＳ偏光へ偏光方向を揃えられ、回動偏光板５２にＳ偏光の光が入射されるとする。そうすると、図２の回動偏光板５２の回動位置のようにＳ偏光の光を全て透過できる偏光方向に調整すれば、ほぼ全ての光を回動偏光板５２から透過させることができる。
【００２９】
図３は、遮光ユニット５０の構成に関して詳細に示した構成図であり、回動偏光板５２で略半分の光を遮る状態を示した図である。
【００３０】
図３の回動偏光板５２は、図２に示したように回動偏光板５２に入射した光をほぼ全て透過させることができる回動偏光板５２の回動位置から、略４５°回動させた状態を示している。例えば前述のように偏光変換装置４０によりほぼ全ての光がＳ偏光へ偏光方向を揃えられ、回動偏光板５２に光が入射されるとする。そうすると、図２に示す回動偏光板５２の回動位置から回動偏光板５２を略４５°回動させれば、略半分の光を回動偏光板５２から透過させることができる。
【００３１】
同様に、図２に示す回動偏光板５２の回動位置から回動偏光板５２を略９０°回動させれば、回動偏光板５２に入射した光をほぼ全て遮ることができる。（不図示）
このように、遮光板５１と回動偏光板５２を併用することにより、遮光板５１のみで遮光するときと比較して、遮光板５１で遮光する光量が減少することになる。遮光板５１で遮光する光量が減少すると遮光板５１で発生する照度ムラが減少する。従って、遮光板５１と回動偏光板５２を併用すると、遮光板５１のみで遮光するときより、照明装置から出射する光の照度ムラは低減される。
【００３２】
また、遮光板５１と回動偏光板５２を併用することにより、光源２０からの光を遮光する際に遮光板５１と回動偏光板５２で分散して遮光することができるため、遮光による発熱部位の分散が行え、回動偏光板５２の熱による劣化を緩和させることができる。
【００３３】
また、遮光板５１を使用せずに回動偏光板５２のみを使用した構成とすることにより、遮光板５１と回動偏光板５２を併用するときと比較して、照明装置から出射する光の照度ムラはさらに低減される。
【００３４】
尚、本実施形態では、回動偏光板５２は、光軸Ｌ１を中心に回動可能な構成としたが、それに限るものではない。例えば図４のように光源の光軸に対して平行で光源２０の光束を通らない回動軸Ｌ２を有し、回動偏光板を本実施形態よりも大きくし、光源２０の光束を通るように配しても良い。
【００３５】
このようにすることにより、光源２０の光束を通らない回動軸Ｌ２で回動偏光板が回動することにより、偏光方向が変化させることができる。例えば回動偏光板の中心に回動動力を伝達するための光が透過し得ない伝達部があったとしても光源２０の光を不要に遮ってしまうことを回避できる。
（投写型映像表示装置の構成）
以下において、実施形態に係る３板式の投写型映像表示装置の構成について、図面を参照しながら説明する。図５は、実施形態に係る投写型映像表示装置の光学系１００を示す構成図である。
【００３６】
照明装置１０は、上述した構成であり、光源２０に存在する部分的な照度ムラを均一化し、かつ映像投射に必要な光量を調整する。
【００３７】
第１ダイクロイックミラー１１０は、照明装置１０からの光の中で赤色波長帯域の光を透過し、シアン（緑＋青）の波長帯域の光を反射する。第１ダイクロイックミラー１１０を透過した赤色波長帯域の光は、全反射ミラー１１１にて反射されて光路を変更される。全反射ミラー１１１にて反射された赤色光は赤色光用の透過型の液晶パネル７１を透過することによって光変調される。一方、第１ダイクロイックミラー１１０にて反射したシアンの波長帯域の光は、第２ダイクロイックミラー１２０に導かれる。
【００３８】
第２ダイクロイックミラー１２０は、青色波長帯域の光を透過し、緑色波長帯域の光を反射する。第２ダイクロイックミラー１２０にて反射した緑色波長帯域の光は、緑色光用の透過型の液晶パネル７２に導かれ、これを透過することで光変調される。また、第２ダイクロイックミラー１２０を透過した青色波長帯域の光は、全反射ミラー１１２、全反射ミラー１１３を経て青色光用の透過型の液晶パネル７３に導かれ、これを透過することで光変調される。
【００３９】
液晶パネル７１、７２、７３を経ることで変調された変調光（各色映像光）は、クロスダイクロイックプリズム１３０によって合成されてカラー映像光となる。このカラー映像光は、投写レンズ１４０によって拡大投写され、図示しないスクリーン上に表示される。
【００４０】
図６は、実施形態に係る投写型映像表示装置の内部構成を示したブロック図である。
【００４１】
投写型映像表示装置本体が、電源をＯＮされ、起動されることによりメイン基板に配されたホストＣＰＵ２００や光源２０等の電気部品へ電力が供給される。
【００４２】
ホストＣＰＵ２００は、遮光ユニット５０、ＯＳＤ生成部２１０、映像信号処理回路２２０、液晶パネル７１、７２、７３、冷却ファン２３０、バラスト電源２４０の制御をユーザからの指令を伝える操作部からの信号や通常運転時の予め決められた動作に基づいて行う。
【００４３】
ここでＯＳＤとはon screen displayの略語であり、機器の情報等をユーザへ通知するため、映像スクリーン上に文字又は記号などを表示させるための総称として用い、以下ＯＳＤと記載する。
【００４４】
映像信号処理回路２２０は、外部機器が接続される入力端子からの映像信号をＡＤＣ（Analog-to-Digital Converter)２５０でＡＤ変換された映像信号を解析する。従って、映像信号処理回路２２０は、映像信号に基づいて映像を投写するとき、どの程度の明るさが必要か算出することができる。この算出結果に基づいてホストＣＰＵ２００は、遮光ユニット５０を制御する。
【００４５】
ＤＡＣ（Digital-to-Analog Converter)２６０は、映像信号処理回路２２０の出力をデジタル信号からアナログ信号に変換し、液晶パネル７１、７２、７３へ伝送する。
【００４６】
ＯＳＤ生成部２１０は、投写型映像表示装置に係るユーザへ通知をすることが好ましい場面で、予め定められたフレーズや記号を生成し、液晶パネル７１、７２、７３へ生成内容を伝送する。
【００４７】
液晶パネル７１、７２、７３は、ホストＣＰＵ２００の命令に基づき、ＤＡＣ２６０でＤＡ変換された映像信号及びＯＳＤ生成部２１０で生成されたＯＳＤに基づいて映像化し、光源２０からの光を透過させることにより映像光を生成する。その映像光は、図示しないスクリーンに投写レンズ１４０を介して拡大投写される。
【００４８】
バラスト電源２４０は、ホストＣＰＵ２００の命令に基づき、コネクタ２７０を介して光源２０へ供給する電力を制御することができる。
【００４９】
冷却ファン２３０は、投写型映像表示装置の各発熱部へ図示しない流路を介して空気を送ることにより、各発熱部を冷却させることができる。
【００５０】
このように、遮光板５１と回動偏光板５２を併用する上記照明装置を備える投写型映像表示装置とすることにより、遮光板５１のみで遮光するときと比較して、遮光板５１で遮光する光量が減少することになる。遮光板５１で遮光する光量が減少すると遮光板５１で発生する照度ムラが減少する。従って、光板５１と回動偏光板５２を併用する上記照明装置を備える投写型映像表示装置とすると、遮光板５１のみで遮光するときと比較して、投写型映像表示装置から出射する光の照度ムラは低減される。
【００５１】
また、遮光板５１と回動偏光板５２を併用する上記照明装置を備える投写型映像表示装置とすることにより、映像を投写するために不必要な光を遮光するために光源２０からの光を遮光板５１と回動偏光板５２で分散して遮光することができるため、遮光による発熱部位の分散が行え、高輝度光源への対応や回動偏光板の長寿命化を行うことができる。
【００５２】
また、遮光板５１を用いず回動偏光板５２のみを用いる上記照明装置を備える投写型映像表示装置とすることにより、遮光板５１と回動偏光板５２を含む投写型映像表示装置と比較して、照明装置から出射する光の照度ムラはさらに低減される。
【００５３】
図７は、実施形態に係る遮光ユニット５０の制御方法を示したフローチャートである。
【００５４】
まず、入力端子に入力信号があると、映像信号処理回路２２０で映像信号を解析し、映像投写に必要な明るさを算出する（ステップ１０）。
【００５５】
ステップ１０の後、映像信号処理回路２２０で算出した映像信号の明るさをホストＣＰＵ２００に送られ、投写される映像に対して光源２０の遮光調整が必要か否かホストＣＰＵ２００によって判断される（ステップ２０）。ホストＣＰＵ２００において遮光調整が必要ないと判断されれば（ステップ２０のＮｏ）、遮光ユニットでの遮光を行わず（ステップ３０）、その後ステップ１０に戻り映像投写に必要な明るさを算出される。ホストＣＰＵ２００において遮光調整が必要であると判断されれば（ステップ２０のＹｅｓ）、特定光量以上の遮光が必要か否かホストＣＰＵ２００で判断される（ステップ４０）。
【００５６】
ここで特定光量とは、図８乃至図１０で示されているように遮光板５１がインテグレータレンズ３０からの光を遮ったとき、インテグレータレンズ３０で行われる光の均一化効果が十分に確保できなくなり、投写型映像表示装置から投写される映像の照度ムラが実際にユーザが確認できる程度まで顕著に現れる遮光量を指し示す。また、特定光量は、インテグレータレンズ３０で行われる光の均一化効果が十分に確保できなくなり、投写型映像表示装置から投写される映像の照度ムラが実際に確認できる程度を指し示すだけでなく、少し安全値を持たせて十分照度ムラが発生しない光量を指し示してもよいものとする。
【００５７】
ステップ４０で特定光量以上の遮光が必要である時（ステップ４０のＹｅｓ）、遮光板５１で特定光量より少ない光を遮光する（ステップ５０）。
【００５８】
ステップ５０の後、遮光板５１で遮光しなかった残りの光（特定光量以上の光）を回動偏光板５２が回動することにより遮光する（ステップ６０）。
【００５９】
ステップ６０の後、引き続き映像信号の入力があるか否かを映像信号処理回路２２０で判定し、引き続き映像信号の入力がある場合は（ステップ７０のＹｅｓ）、ステップ１０へ戻り、引き続き映像信号の入力がない場合は（ステップ７０のＮｏ）、処理を終了する。
【００６０】
ステップ４０で特定光量以上の明るさ調整が必要でない時（ステップ４０のＮｏ）、回動偏光板５２での遮光は行わずに、遮光板５１で光源２０からの光を遮光し（ステップ８０）、ステップ７０へ進む。
【００６１】
このような制御方法を備えた投写型映像表示装置とすることにより、コントラスト比をさらに向上させるために光源からの光の遮光量をさらに大きくしても照射される映像の照度ムラを発生しにくくさせることができ、映像を劣化させることなく映像を鑑賞することができる。
【００６２】
また、本実施形態は、透過型の液晶パネルを用いた投写型映像表示装置を示したが、これに限定されるものではなく他の映像光生成系を備える投写型映像表示装置においても本発明を適用でき、ＤＭＤ（Digital Mirror Device）方式、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）方式で適用してもよいものとする。
【符号の説明】
【００６３】
照明装置・・・１０
光源２０・・・
第1の偏光部（偏光変換装置）・・・４０
遮光部（遮光板）・・・５１
第２の偏光部（回動偏光板）・・・５２
光変調部（液晶パネル）・・・７０，７１，７２，７３
投写部・・・１４０
信号処理部・・・２２０
【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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