(57)【要約】      （修正有）【課題】投射倍率の波長分散が原因となる投射倍率の各色光の変動を少なくし、又、偏光ビームスプリッターやダイクロ偏光プリズムに起因する投射画像の各色光による画像ズレを少なくし、高画質の投射画像が得られる画像投射装置を得ること。【解決手段】第１、第２、第３の波長帯に基づく画像情報を表示する画像表示素子と、該画像表示素子を照明する照明光学系と、該画像表示素子に基づく画像情報を投射する投射レンズとを有する画像投射装置において、該照明光学系は、偏光分離面を含む第１、第２、第３のプリズムを有しており、第２の波長帯の光が該第２のプリズムを透過した際に生じる画素ズレＧ２、第１及び第２の波長帯の光が第３のプリズムを透過する際に生じる画素ズレＧ３、該投射レンズの収差による画素ズレ量を第３の波長帯の光を基準とし、第１と第２の波長帯の光の該投射レンズの収差による画素ズレ量τ１、τ２等を適切に設定したこと。【選択図】図１
2008256961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１、第２、第３の波長帯に基づく画像情報を表示する画像表示素子と、該画像表示素子を照明する照明光学系と、該画像表示素子に基づく画像情報を投射する投射レンズとを有する画像投射装置において、
該照明光学系は、３角柱形状の２つのプリズムを接着剤を介して接合され、かつ接合面の少なくとも一方に偏光分離面を含む第１、第２、第３のプリズムを有しており、
第２の波長帯の光が該第２のプリズムを透過した際に生じる画素ズレをＧ２、第１及び第２の波長帯の光が第３のプリズムを透過する際に生じる画素ズレをＧ３、該投射レンズの収差による画素ズレ量を第３の波長帯の光を基準とし、第１と第２の波長帯の光の該投射レンズの収差による画素ズレ量をτ１、τ２とするとき、
τ１≠０  又は  τ２≠０  又は    Ｇ２≠０、Ｇ３≠０
であり、
−０．５≦τ１−Ｇ３≦０．５
−０．５≦τ２−Ｇ２−Ｇ３≦０．５
なる条件を満足すること特徴とする画像投射装置。
【請求項２】
第１、第２、第３の波長帯に基づく画像情報を表示する画像表示素子と、該画像表示素子を照明する照明光学系と、該画像表示素子に基づく画像情報を投射する投射レンズとを有する画像投射装置において、
該照明光学系は、３角柱形状の２つのプリズムを接着剤を介して接合され、かつ接合面の少なくとも一方に偏光分離面を含む第１、第２、第３のプリズムを有しており、
第２の波長帯の光が第２のプリズムを透過した際に生じる画素ズレをＧ２、第３の波長帯の光が第１のプリズムを透過する際により生じる画素ズレをＧ１、第３の波長帯の光が第３のプリズムを透過する際に生じる画素ズレをＧ３、投射レンズの収差による画素ズレ量を第３の波長帯の光を基準としたときに、第１と第２の波長帯の光の投射レンズの収差による画素ズレ量をτ１、τ２とするとき、
τ１≠０  又は  τ２≠０  又は  Ｇ１≠０  Ｇ２≠０  Ｇ３≠０
であり、
−０．５≦（τ２＋Ｇ２）−（Ｇ１＋Ｇ３）≦０．５
−０．５≦τ１−Ｇ１−Ｇ３≦０．５
なる条件を満足することを特徴とする画像投射装置。
【請求項３】
第１、第２、第３の波長帯に基づく画像情報を表示する画像表示素子と、該画像表示素子を照明する照明光学系と、該画像表示素子に基づく画像情報を投射する投射レンズとを有する画像投射装置において、
該照明光学系は、３角柱形状の２つのプリズムを接着剤を介して接合され、かつ接合面の少なくとも一方に偏光分離面を含む第１、第２、第３のプリズムを有しており、
第２の波長帯の光が該第２のプリズムを透過した際に生じる画素ズレをＧ２、第１及び第２の波長帯の光が第３のプリズムを透過する際に生じる画素ズレをＧ３、該投射レンズの収差による画素ズレ量を第３の波長帯の光を基準とし、第１と第２の波長帯の光の該投射レンズの収差による画素ズレ量をτ１、τ２とするとき、
τ１＝０
τ２≠０
Ｇ２≠０
Ｇ３＝０
であり、
−０．５≦τ２−Ｇ２≦０．５
なる条件を満足すること特徴とする画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像投射装置に関し、例えば液晶パネル（画像表示素子）に基づく投影像原画をスクリーン面上に拡大投影する液晶プロジェクターに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示素子（液晶パネル）などの画像表示素子に基づく投影像原画をスクリーン面上に拡大投影するようにした投射表示装置（液晶プロジェクター）が種々と提案されている。
【０００３】
このうち液晶表示素子として、反射型の液晶表示素子を用いた画像投射装置が広く知られている（特許文献１）。
【０００４】
又、画像投射装置として、カラー液晶プロジェクターでは、Ｒ光，Ｇ光，Ｂ光の３色光の画像に基づく３つの画像表示素子（液晶表示素子）を光源手段からの光を色分解した色光で各々照明している。そして３つの画像表示素子を透過したそれぞれの色光を色合成手段を介して一つの投射レンズでスクリーン面上等に投射する構成が知られている（特許文献２）。
【０００５】
反射型の液晶表示素子を用いた画像投射装置では、光源手段と、照明光学系と、偏光ビームスプリッターと、投射レンズと、ダイクロ偏光プリズム（投射光学系）を主なる構成要件としている。照明光学系は光源手段からの光を集光し、偏光ビームスプリッターを介して反射型の液晶表示素子に導いている。そして、反射型の液晶表示素子からの光を偏光ビームスプリッターで検出してダイクロ偏光プリズムを介して投射レンズに導いている。投射レンズは液晶表示素子に基づく画像を被投影面に拡大投射している。
【０００６】
ここで偏光ビームスプリッターやダイクロ偏光プリズムは３角柱の第１プリズムと３角柱の第２のプリズムを有し、偏光分離膜を設けた面を接着剤で接合して構成されている。
【０００７】
画像投射装置を構成する投射光学系に、このような構成の偏光ビームスプリッターやダイクロ偏光プリズムを用いると、接着剤で接合した接合層が原因となって投射画像に、非点収差が発生する。
【０００８】
このときの非点収差を接合層の厚さを部分的に異ならせて、例えば接合層が楔形状となるようにして補正した画像投射装置が知られている（特許文献３）。
【特許文献１】特開平０２−２５００２６号公報
【特許文献２】特開２０００−３０５１７１号公報
【特許文献３】特開２００４−１０９４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、画像投射装置においては投射画像の高画質化が要望されている。
【００１０】
特許文献３では、偏光ビームスプリッターが起因して生ずる非点収差を補正して投射画像の高画質化を図っている。
【００１１】
しかしながら前述した構成の偏光ビームスプリッターを用いると非点収差のほかに投射倍率の変動が発生して投射画像の画質を低下させるという問題がある。
【００１２】
また、カラー液晶プロジェクターでは、投射レンズの設計に依存する投射倍率の波長分散が原因となって、各色光により投射倍率が異なってきて、投射画像の画質を低下させるという問題がある。
【００１３】
この問題は、ダイクロ偏光プリズムについても同様に生ずる。
【００１４】
投射画像の高画質化を図るには、投射レンズの投射倍率の波長分散を少なくし、また偏光ビームスプリッターやダイクロ偏光プリズムを構成する２つのプリズムの材料の屈折率差を０にして、かつ２つのプリズムを接合する接合層のなす角を０°にすれば良い。これによれば、投射画像に波長による投射倍率の変動を少なくすることができる。
【００１５】
一般的に投射倍率の色分散を少なくするには、投射レンズに非球面レンズを多用したり、レンズ枚数を増やしたりすれば良い。しかしながらこの方法は、投射レンズの構成が複雑になってくる。
【００１６】
又、偏光ビームスプリッターやダイクロ偏光プリズムを構成する２つのプリズムの材料の屈折率差を０にして接合し、接合層のなす角を０°に構成しても、投射レンズの投射倍率の色分散が原因となって投射倍率が各色光で変動してくる。
【００１７】
本発明は、投射倍率の波長分散が原因となる各色光の投射倍率の変動を少なくし、又、偏光ビームスプリッターやダイクロ偏光プリズムに起因する投射画像の各色光による画像ズレを少なくし、高画質の投射画像が得られる画像投射装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の画像投射装置は、
第１、第２、第３の波長帯に基づく画像情報を表示する画像表示素子と、該画像表示素子を照明する照明光学系と、該画像表示素子に基づく画像情報を投射する投射レンズとを有する画像投射装置において、
該照明光学系は、３角柱形状の２つのプリズムを接着剤を介して接合され、かつ接合面の少なくとも一方に偏光分離面を含む第１、第２、第３のプリズムを有しており、
第２の波長帯の光が該第２のプリズムを透過した際に生じる画素ズレをＧ２、第１及び第２の波長帯の光が第３のプリズムを透過する際に生じる画素ズレをＧ３、該投射レンズの収差による画素ズレ量を第３の波長帯の光を基準とし、第１と第２の波長帯の光の該投射レンズの収差による画素ズレ量をτ１、τ２とするとき、
τ１≠０  又は  τ２≠０  又は    Ｇ２≠０、Ｇ３≠０
であり、
−０．５≦τ１−Ｇ３≦０．５
−０．５≦τ２−Ｇ２−Ｇ３≦０．５
なる条件を満足すること特徴としている。
【００１９】
この他、本発明の画像投射装置は、
第１、第２、第３の波長帯に基づく画像情報を表示する画像表示素子と、該画像表示素子を照明する照明光学系と、該画像表示素子に基づく画像情報を投射する投射レンズとを有する画像投射装置において、
該照明光学系は、３角柱形状の２つのプリズムを接着剤を介して接合され、かつ接合面の少なくとも一方に偏光分離面を含む第１、第２、第３のプリズムを有しており、
第２の波長帯の光が第２のプリズムを透過した際に生じる画素ズレをＧ２、第３の波長帯の光が第１のプリズムを透過する際により生じる画素ズレをＧ１、第３の波長帯の光が第３のプリズムを透過する際に生じる画素ズレをＧ３、投射レンズの収差による画素ズレ量を第３の波長帯の光を基準としたときに、第１と第２の波長帯の光の投射レンズの収差による画素ズレ量をτ１、τ２とするとき、
τ１≠０  又は  τ２≠０  又は  Ｇ１≠０  Ｇ２≠０  Ｇ３≠０
−０．５≦（τ２＋Ｇ２）−（Ｇ１＋Ｇ３）≦０．５
−０．５≦τ１−Ｇ１−Ｇ３≦０．５
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２０】
この他、本発明の画像投射装置は、
第１、第２、第３の波長帯に基づく画像情報を表示する画像表示素子と、該画像表示素子を照明する照明光学系と、該画像表示素子に基づく画像情報を投射する投射レンズとを有する画像投射装置において、
該照明光学系は、３角柱形状の２つのプリズムを接着剤を介して接合され、かつ接合面の少なくとも一方に偏光分離面を含む第１、第２、第３のプリズムを有しており、
第２の波長帯の光が該第２のプリズムを透過した際に生じる画素ズレをＧ２、第１及び第２の波長帯の光が第３のプリズムを透過する際に生じる画素ズレをＧ３、該投射レンズの収差による画素ズレ量を第３の波長帯の光を基準とし、第１と第２の波長帯の光の該投射レンズの収差による画素ズレ量をτ１、τ２とするとき、
τ１＝０
τ２≠０
Ｇ２≠０
Ｇ３＝０
であり、
−０．５≦τ２−Ｇ２≦０．５
なる条件を満足すること特徴としている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、
投射倍率の波長分散が原因となる投射倍率の各色光の変動を少なくし、又、偏光ビームスプリッターやダイクロ偏光プリズムに起因する投射画像の各色光による画像ズレを少なくし、高画質の投射画像が得られる画像投射装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
【実施例１】
【００２３】
図１は本発明の実施例１の要部概略図である。
【００２４】
図中、１は光源手段であり白色光を放射している。２はリフレクターであり放物面鏡又は楕円鏡より成っている。３は複数のシリンドリカルレンズを紙面垂直方向（Ｙ方向）に配列した構成より成る第１のレンズアレイである。４は複数のシリンドリカルレンズを紙面内上下方向（Ｘ方向）に配列した構成より成る第２のレンズアレイでる。５はコンデンサーレンズである。６は第２のレンズアレイ４からの無偏光光を所定の偏光光にそろえて出射する偏光変換素子である。７は紙面内（ＸＺ面内）に屈折力のある第１のシリンドリカルレンズである。８はＸＺ面内に屈折力のある第２のシリンドリカルレンズである。
【００２５】
９は色分離手段としてのダイクロミラーであり、Ｇ光（緑色光）を反射し、Ｒ光（赤色光）とＢ光（青色光）を通過している。
【００２６】
１０、１１、１２はそれぞれＲ、Ｂ、Ｇ光の画像を表示する反射型の液晶表示素子である。
【００２７】
１３は第１の偏光ビープスプリッター（第１のプリズム）である。１４は第２の偏光ビープスプリッター（第２のプリズム）である。１５は第１の偏光板である。１６は第２の偏光板である。１７はＲ光の偏光状態を９０度変換させ、Ｂ光の偏光状態を変換しないで出射させる色選択性位相板である。
【００２８】
１８は第３の偏光板である。１９は第４の偏光板である。２０はＧ光を反射し、Ｂ光を透過し、Ｒ光の不要偏光成分（不要な偏光成分の光）を反射し、Ｒ光の投射光（画像光として用いる偏光成分の光）を透過する特性を持つ偏光分離面を有するダイクロ偏光プリズム（第３のプリズム）である。２１は投射レンズである。２２、２３、２４はそれぞれＧ光、Ｒ光、Ｂ光の照明光の波長に最適化された１／４位相板である。
【００２９】
ここで第２のシリンドリカルレンズ８を通過した白色光のうちダイクロミラー９によりＧ光は反射され、Ｒ光とＢ光は通過する。そして、Ｇ光のうち第１の偏光板１５で不要な偏光成分がカットされる。所定の偏光成分のＧ光は第１の偏光ビームスプリッター１３と、Ｇ光用の１／４位相板２２を通過して、Ｇ光用の反射型液晶表示素子１２に導かれる。
【００３０】
反射型液晶表示素子１２に入射したＧ色光は画像情報に基づき偏光状態が変調され出射し、第１の偏光ビームスプリッター１３で検光され、さらに第３の偏光板１８で検光され、ダイクロ偏光プリズム２０で反射して投射レンズ２１へと至る。一方ダイクロミラー９を透過したＲ光とＢ光のうち、第２の偏光板１６で不要な偏光成分がカットされる。そして、色選択性位相板１７によりＲ光は第２の偏光ビームスプリッター１４で反射される偏光状態に変換される。
【００３１】
Ｒ光は第２の偏光ビームスプリッター１４で反射し、１／４位相板２３を通過して、Ｒ光用の反射型液晶表示素子１０に導かれる。Ｂ光は第２の偏光ビームスプリッター１４を通過し、１／４位相板２４を通過して、Ｂ光用の反射型液晶表示素子１１に導かれる。反射型液晶表示素子１０に入射したＲ光は、画像情報に基づき偏光状態が変調され出射し、第２の偏光ビームスプリッター１４で検光され、さらに第４の偏光板１９とダイクロ偏光プリズム２０で検光されて投射レンズ２１へと至る。
【００３２】
反射型液晶表示素子１１に入射したＢ光は画像情報に基づき偏光状態が変調され出射し、第２の偏光ビームスプリッター１４で検光され、さらに第４の偏光板１９で検光され、ダイクロ偏光プリズム２０を透過して投射レンズ２１へと至る。
【００３３】
本実施例では投射レンズ２１の倍率色収差によるＢ、Ｇ、Ｒ光の画素ズレを第３の波長帯（ここではＧ光）を基準として補正している。いま第１（ここではＢ光）、第２（ここではＲ光）の波長帯の倍率色収差により発生する画素ずれ量を各々τ1、τ2とする。
【００３４】
ダイクロ偏光プリズム２０を構成する２つのプリズムの材料の屈折率は同一であるとする。
【００３５】
このためダイクロ偏光プリズム２０を通過するときの光束には、後述するように画素ズレがない。
【００３６】
本実施例では、Ｇ光を基準とし、Ｂ光との画素ズレτ1がないように第２の偏光ビームスプリッター１４においては反射光路で設定している。即ち、τ1＝０である。
【００３７】
そしてＧ光に対し第２の偏光ビームスプリッター１４の透過光であるＲ光に画素ズレτ2がτ2＝Ａだけあったとする。
【００３８】
本実施例では、このときの画素ズレτ2を後述するようにして補正している。
【００３９】
画素ズレτ１＝０である為に、投射レンズ２１による第１の波長帯（Ｂ光）の画素ズレはない。即ち、ダイクロ偏光プリズム２０を通過することによる倍率変動が発生させないようにしている。
【００４０】
本実施例では、後述するように画素ズレτ２＝Ａをキャンセルさせるために、第２の波長帯（Ｒ光）が第２の偏光ビームスプリッター１４を透過する際に、第２の偏光ビームスプリッター１４による倍率変動により画素ズレ（−Ａ）を発生させている。
【００４１】
本実施例の画像投射装置は、
第１、第２、第３の波長帯に基づく画像情報を表示する画像表示素子と、該画像表示素子を照明する照明光学系と、該画像表示素子に基づく画像情報を投射する投射レンズとを有している。
【００４２】
照明光学系は、２つの３角柱形状のプリズムを接着剤を介して接合して構成された第１、２、３のプリズム１３、１４、２０を複数有している。第１、２のプリズム１３、１４は、３角柱形状のプリズム同士の接合面の少なくとも一方に偏光分離面が設けられている。第３のプリズム２０は、同じく２つの３角柱形状のプリズムの接合面に偏光分離面が設けられており、その偏光分離面は（可視光領域内の）波長において偏光機能が変化する。具体的には、緑色光をすべて反射し、青色光をすべて透過し、赤色光のＳ偏光成分を反射してＰ偏光成分を透過する機能を有する。
【００４３】
第２の波長帯の光が該第２のプリズム１４を透過した際に生じる画素ズレをＧ２、第１及び第２の波長帯の光が第３のプリズム２０を透過する際に生じる画素ズレをＧ３とする。投射レンズ２１の収差による画素ズレ量を第３の波長帯の光を基準とし、第１と第２の波長帯の光の投射レンズ２１の収差による画素ズレ量をτ１、τ２とする。このとき、画素ズレが１／２以下となるようにしている。即ち、
τ１＝０
τ２≠０
Ｇ２≠０
Ｇ３＝０
であり、
−０．５≦τ２−Ｇ２≦０．５
なる条件を満足するようにしている。
【００４４】
次に光束が、屈折率の異なる２つのプリズムを接合した構成の偏光ビームスプリッターを通過するときに発生する投射レンズ２１の倍率変動について説明する。
【００４５】
図２は、３角柱形状の第１のプリズムＰｒ１と第２のプリズムＰｒ２を接合するとき、双方の材料の屈折率が異なるとき接合面１４ａにおいて光が屈折し、このとき投射倍率変動が発生するときの説明図である。
【００４６】
図２で図１の反射型液晶表示素子１０と第２の偏光ビームスプリッター１４と投射レンズ２１のみを抽出して示している。反射型液晶表示素子１０から投射レンズ２１への光路はテレセントリックな状態に構成されている。このとき、画像の位置を示す主光線は投射レンズ２１の光軸ｏに平行な光線となる。図２では反射型液晶表示素子１０の一方の端への主光線をａ、光軸ｏと直交する方向の距離Ｌだけ離れた端への主光線をｂとし、投射レンズ２１側から逆トレースした図として示してある。
【００４７】
主光線ａと主光線ｂでは接合面１４ａを通過する位置から液晶表示素子１０までの距離が異なる。このため、接合面１４ａで屈折することによる２つの主光線ａ、ｂの光軸ｏに垂直な方向への移動量が異なり、この差が投射レンズ２１による投射倍率の変動量となる。図２では２つのプリズムＰｒ１、Ｐｒ２を接合するときの接合層の厚さが０であるとし、接着層の屈折は省略して示している。
【００４８】
接合面１４ａへの入射角度をθ、接合面１４ａからの出射角度θ’、入射側のプリズムＰｒ１の材料の屈折率をｎ１，出射側のプリズムＰｒ２の材料の屈折率をｎ２とする。
【００４９】
ｎ１≠ｎ２  において
ｎ１×ｓｉｎθ＝ｎ２×ｓｉｎθ’
となり、主光線ａ、ｂは光軸ｏに対して
α＝θ’−θ
傾く。ここで角度は接合面１４ａの法線に対して時計回りを正とする。このとき主光線ａ、ｂの光軸ｏに垂直な方向への移動量の差（倍率変動）Δ１は
Δ１＝Ｌ×ｔａｎα
となる。これが倍率変動（撮影倍率変動）の要因となる。投射レンズ２１の投射倍率がβであるときに倍率変動があると倍率変動後の投射倍率β’は
β’＝β×Ｌ／（Ｌ＋Δ１）
となる。移動量の差Δ１が負のとき画像は伸張し、見かけ上倍率が増大する（ただし屈折の発生する方向のみ）。
【００５０】
これとは別に図３に示すように２つのプリズムＰｒ１、Ｐｒ２との接合層Ｃの厚さが０でなく、接合層における接着剤の層がある角度を有し、接合層が楔上になると接合層Ｃの層厚が不均一となり、倍率変動が発生する。
【００５１】
この図３も図２と同様に投射レンズ２１がテレセントリックな状態であることあらわしている。まず、投射レンズ２１を出射した主光線ａ、ｂはプリズムＰｒ１のガラスと接着剤の界面ｋで屈折し、再び界面ｊで屈折してプリズムＰｒ２を介して反射型液晶表示素子１０へといたる。このとき接合層Ｃ内において主光線ａ、ｂは光軸ｏに垂直な方向へ移動する。このとき主光線ａ、ｂが通過する接合層Ｃの厚みが異なるため倍率変動Δ２が発生する。さらに界面ｊで屈折した後の主光線ａ、ｂの角度が光軸ｏに対し角度α’傾くために、接合層Ｃから反射型液晶表示素子１０までの距離の差により倍率変動Δ３が発生する。
【００５２】
入射側のプリズムＰｒ１と出射側のプリズムＰｒ２の材料の平均屈折率をｎａとすると，
ｎａ＝（ｎ１＋ｎ２）／２
となる。接合層Ｃの屈折率をｎｃとする。図４、図５は、このとき、接合層Ｃにおいて倍率変動が生ずる状態を示す拡大説明図である。
【００５３】
まず図４において、光線ａは界面ｋの点Ｕで屈折し
ｎａ  ｓｉｎθ  ＝  ｎｃ  ｓｉｎφ’
となる。さらに界面ｊの点Ｖで屈折し
ｎｃ  ｓｉｎφ  ＝  ｎａ  ｓｉｎθ”
となる。ここでφ  ＝  φ’  −  ε  である。
【００５４】
ここで角度は接合面の法線に対して時計回りを正とし、楔の角度は界面ｋに対する界面ｊの角度とし、界面ｋに対して時計回りを正とする。図５ではεは負の符号である。
【００５５】
このとき接着剤が平行ではなく、角度εだけ楔形状になっているので、接合層Ｃ内で光が光軸ｏと垂直な方向へ移動する量に主光線ａと主光線ｂでは差が発生する。これを図５にこの部分の作用を拡大して示す。図５において図４の点Ｖから界面ｋに平行な線をｍとすると、楔の角度εは線ｍと界面ｊのなす角ともいえる。接合層Ｃ内の光線ｂと線ｍの交点をＳとし、点Ｓから界面ｊへの垂線の足を点Ｒ、接合層Ｃ内の主光線ｂの界面ｊでの屈折点をＴとすると、点Ｓから点Ｔへ至る光路における光軸ｏに垂直な方向へのシフトの差Δ２が倍率変動となる。
【００５６】
線分ＶＳ  ＝  Ｌ／  ｃｏｓθ
線分ＳＲ  ＝  ＶＳ＊ｓｉｎε
線分ＳＴ  ＝ＳＲ／ｃｏｓ（∠ＴＳＲ）
ここで∠ＴＳＲ＝  φ  ＝φ’  −  ε  である。点Ｓを通り光軸ｏに平行な線と界面ｊの交点をＷとすると倍率移動Δ２は、
Δ２＝  線分ＳＴ＊ｓｉｎ（∠ＴＳＷ）
となる。ここで  ∠ＴＳＷ＝φ’−θ  であるので
Δ２＝−Ｌ＊ｓｉｎε＊ｓｉｎ（φ’−θ）／｛ｃｏｓθ＊ｃｏｓ（φ’＋ε）｝
となる。但し「＊」印は、重算の意味である。
【００５７】
ふたたび図４において、接合層Ｃと射出側のプリズムＰｒ２のガラスとの界面ｊで光線が再び屈折するとき、界面ｊは界面ｋとは平行ではないので、主光線ａ，ｂは光軸ｏに対して傾き、その傾き角α’は
α’＝θ”  −  θ
となる。ここでも主光線ａと主光線ｂでは接合面を通過する位置から液晶表示素子１０までの距離が異なるため主光線ａ、ｂの光軸ｏに垂直な方向への移動量が異なり、移動量の差Δ３は
Δ３＝  Ｌ＊ｔａｎα’＊ｓｇｎ（ε）
となる。ここでｓｇｎ（ε）はεの符号により正のときには１を負のときには−１を返す関数である。Δ２＋Δ３が接合層Ｃが楔になることによる倍率変動となる。
【００５８】
これら全てを合わせると前記第２の偏光ビームスプリッター１４での倍率変動Δは
Δ＝（Δ１＋Δ２＋Δ３）
＝Ｌｔａｎα
−Ｌ＊ｓｉｎε＊ｓｉｎ（φ’−θ）／｛ｃｏｓθ＊ｃｏｓ（φ’＋ε）｝
＋Ｌ＊ｔａｎα’＊ｓｇｎ（ε）
となる。ここで画素ズレ量は、倍率変動Δを画素ピッチで割った値である。従って、反射型表示素子１０の画素ピッチをｐとすると偏光ビームスプリッタ１４での画素ずれ量Δ／Ｐは
Δ／ｐ＝［Ｌｔａｎα
−Ｌ＊ｓｉｎε＊ｓｉｎ（φ’−θ）／｛ｃｏｓθ＊ｃｏｓ（φ’＋ε）｝
＋Ｌ＊ｔａｎα’＊ｓｇｎ（ε）］／ｐ        ・・・（ａ）
となる。
【００５９】
本実施例で投射レンズ２１の倍率色収差により発生する画素ずれ量τ２がτ２＝Ａなので
Δ／ｐ＝［Ｌｔａｎα
−Ｌ＊ｓｉｎε＊ｓｉｎ（φ’−θ）／｛ｃｏｓθ＊ｃｏｓ（φ’＋ε）｝
＋Ｌ＊ｔａｎα’＊ｓｇｎ（ε）］／ｐ＝−Ａ
とする事で全系として画素ズレを無くすことができる。
【００６０】
ここで例えば投射レンズ２１により発生する画素ずれ量τ２＝０．１９とする。このとき、第２の偏光ビームスプリッター１４の入射側のプリズムＰｒ１の材料の屈折率ｎ１＝１．８４１，出射側のプリズムＰｒ２の材料の屈折率ｎ２＝１．８３９、またプリズムＰｒ１とプリズムＰｒ２を接着する接着剤の屈折率を１．５５とする。反射型表示素子１０の寸法Ｌが０．７インチのとき、１画素の大きさ（ピッチ）ｐ＝０．０１ｍｍである。このとき、
Ｌ＝２５．４×０．７／５×４＝１４．２２４ｍｍ
となる。このとき、移動量の差Δ１は、
Δ１＝−０．０１５ｍｍ
となる。
【００６１】
また接着剤Ｃの楔角度ε＝０．４’とすると、前述の倍率変動Δ２は、
Δ２＝−０．０００９ｍｍ
となる。又、移動量の差Δ３は、
Δ３＝０．０１４ｍｍ
となる。これより画素ズレ量Δ／ｐは、
Δ／ｐ＝（Δ１＋Δ２＋Δ３）／Ｐ
＝−０．１９
となる。よって投射レンズ２１の画素ズレτ２はプリズムＰｒ１、Ｐｒ２により発生する画素ずれによりキャンセルすることができる。
【実施例２】
【００６２】
次に本発明の実施例２について説明する。
【００６３】
実施例２の光学系の構成は図１の実施例１と略同じである。
【００６４】
但し、ダイクロ偏光プリズム２０を構成する２つのプリズムの材料の屈折率が互いに異なっている。このため、ダイクロ偏光プリズム２０を通過する光束には、画素ズレΔ１が生じる。
【００６５】
実施例２では、実施例１に比べて第３の波長帯（Ｇ光）を基準としたときの、第１、第２の波長帯Ｂ光、Ｒ光の倍率色収差により発生する画素ズレ量τ１、τ２が異なる。Ｇ光はダイクロ偏光プリズム２０で反射するため画素ズレが発生しない。
【００６６】
本実施例では、第２の波長帯の光が該第２のプリズムを透過した際に生じる画素ズレをＧ２、第１及び第２の波長帯の光が第３のプリズムを透過する際に生じる画素ズレをＧ３とする。投射レンズの収差による画素ズレ量を第３の波長帯の光を基準とし、第１と第２の波長帯の光の該投射レンズの収差による画素ズレ量をτ１、τ２とする。このとき、画素ズレが１／２以下となるようにしている。即ち、
τ１＝０  又は  τ２≠０  又は  Ｇ２≠０  Ｇ３≠０
であり、
−０．５≦τ１−Ｇ３≦０．５
−０．５≦τ２−Ｇ２−Ｇ３≦０．５
なる条件を満足するようにしている。
【００６７】
実施例２では投射レンズ２１の倍率色収差により発生する画素ずれ量τ１、τ２が、
τ１＝Ａ、τ２＝Ｂ
とする。ここで、ダイクロ偏光プリズム２０の２つのプリズムの材料の屈折率が異なっているため画素ずれが生じる。
【００６８】
実施例２では、このときの画素ずれ量τ１、τ２を図１に示す第２の偏光ビームスプリッター１４およびダイクロ偏光プリズム２０でキャンセルする。
【００６９】
第２の偏光ビームスプリッター１４で発生する画素ずれ量をＧ２とする。このとき画素ずれ量Ｇ２は実施例１と同様で（ａ）式より、
Ｇ２＝Δ／ｐ＝［Ｌｔａｎα
−Ｌ＊ｓｉｎε＊ｓｉｎ（φ’−θ）／｛ｃｏｓθ＊ｃｏｓ（φ’＋ε）｝
＋Ｌ＊ｔａｎα’＊ｓｇｎ（ε）］／ｐ
となる。
【００７０】
一方ダイクロ偏光プリズム２０で発生する画素ずれ量をＧｄとする。このとき画素ずれ量Ｇｄも同様に画素ずれ量Ｇ２で示した（ａ）式におけるパラメータに添字ｄを付して、
Ｇｄ＝Δｄ／ｐ＝［Ｌｄｔａｎαｄ−Ｌｄ＊ｓｉｎεｄ＊ｓｉｎ（φ’ｄ−θｄ）
／｛ｃｏｓθｄ＊ｃｏｓ（φ’ｄ＋εｄ）｝
＋  Ｌｄ＊ｔａｎα’ｄ＊ｓｇｎ（εｄ）］／ｐ
となる。以下、ダイクロ偏光プリズム２０に基づくパラメータは添字ｄを付して表す。
【００７１】
プリズムの接着はゴースト防止の為に反射光路に接着材を塗らない事から、プリズムにおける画素ズレは透過光路のみで発生する。
【００７２】
従って本実施例の投射レンズ２１の倍率色収差により発生するＢ光の画素ずれ量τ１はダイクロ偏光プリズム２０のみでしかキャンセル出来ない。このため、画素ずれ量Ｇｄを
Ｇｄ＝τ１＝−Ａ
とする。即ち、
Ｇｄ＝［Ｌｄｔａｎαｄ
−Ｌｄ＊ｓｉｎεｄ＊ｓｉｎ（φ’ｄ−θｄ）／｛ｃｏｓθｄ＊ｃｏｓ（φ’ｄ＋εｄ）｝
＋Ｌｄ＊ｔａｎα’ｄ＊ｓｇｎ（εｄ）］／ｐ＝−Ａ
とする。
【００７３】
画素ずれ量は、τ２はダイクロ偏光プリズム２０と第２の偏光分離プリズム１４で発生する画素ずれの和でキャンセルできるので
τ２＝Ｇ２＋Ｇｄ
＝Ｇ２−Ａ
＝［Ｌｔａｎα
−Ｌ＊ｓｉｎε＊ｓｉｎ（φ’−θ）／｛ｃｏｓθ＊ｃｏｓ（φ’＋ε）｝
＋Ｌ＊ｔａｎα’＊ｓｇｎ（ε）］／ｐ−Ａ＝−Ｂ
となる。つまり、
［Ｌｔａｎα−Ｌ＊ｓｉｎε＊ｓｉｎ（φ’−θ）／｛ｃｏｓθ＊ｃｏｓ（φ’＋ε）｝＋  Ｌ＊ｔａｎα’＊ｓｇｎ（ε）］／ｐ＝Ａ−Ｂ
とする事で全系で画素ズレを無くすことができる。
【００７４】
ここで投射レンズ２１により発生する画素ずれ量τ１＝０．４５、τ２＝０．６とする。このとき、ダイクロ偏光プリズム２０の入射側のプリズムの材料の屈折率を＝１．７０１、出射側のプリズムの材料の屈折率を１．６９９とする。また両プリズムを接着する接着剤の屈折率を１．６とする。反射型表示素子１０が、０．７インチのとき１画素の大きさｐ＝０．０１ｍｍである。このとき、
Ｌ＝２５．４＊０．７／５＊４＝１４．２２４ｍｍのとき、移動量の差Δｄ１は、
Δｄ１＝−０．０１７ｍｍとなる。
また接着剤Ｃの楔角度ε＝１’とすると、倍率変動Δｄ２は、
Δｄ２＝−０．０００６ｍｍ
となる。又、移動量の差Δｄ３は、
Δｄ３＝０．０１３１ｍｍとなる。
従って、
Δ＝Δｄ１＋Δｄ２＋Δｄ３
＝−０．００４５
となる。これよりダイクロ偏光プリズム２０より生ずる画素ずれ量（Δｄ／ｐ）は、
（Δｄ／ｐ）＝（Δｄ１＋Δｄ２＋Δｄ３）／ｐ
＝−０．４５
となる。
【００７５】
よって投射レンズ２０の画素ズレ量τ１はダイクロ偏光プリズム２０により発生する画素ずれによりキャンセルすることができる。
【００７６】
一方、第２の偏光ビームスプリッター１４の入射側のプリズムＰｒ１の材料の屈折率を１．８４１、出射側のプリズムＰｒ２の材料の屈折率を１．８３９とする。また両プリズムを接着する接着剤の屈折率を１．５５とする。反射型表示素子１０が０．７インチのとき１画素の大きさｐ＝０．０１ｍｍである。このとき、
Ｌ＝２５．４＊０．７／５＊４＝１４．２２４ｍｍのとき、移動量の差Δ１は、
Δ１＝−０．０１５ｍｍとなる。
また接着剤Ｃの楔角度ε＝０．４’とすると、倍率変動Δ２は、
Δ２＝−０．０００９ｍｍ
となる。又、移動量の差Δ３は、
Δ３＝０．０１４４ｍｍとなる。
【００７７】
Δ＝Δ１＋Δ２＋Δ３
＝−０．００１５
これより、第２の偏光ビームスプリッター１４より生ずる画素ずれ量Δ／ｐは、
Δ／ｐ＝（Δ１＋Δ２＋Δ３）／ｐ
＝−０．１５
よって、
τ２＝（Δｄ／ｐ）＋Δ／ｐ
＝−０．４５−０．１５
＝−０．６
となる。
【００７８】
よって投射レンズ２１の画素ズレτ２（τ２＝−０．６）はダイクロ偏光プリズム２０および第２の偏光ビームスプリッター１４により発生する画素ずれ量（Δｄ／ｐ）ｄと（Δ／ｐ）の和によりキャンセルできる。
【実施例３】
【００７９】
図６は本発明の実施例３の要部概略図である。
【００８０】
図６において、符番１から９までの各部材は実施例１と同じである。
【００８１】
但し、ダイクロミラー９は、Ｇ光を透過し、Ｒ光とＢ光を反射するダイクロイック面を有している。第１の偏光ビームスプリッター１０１、第２の偏光ビームスプリッター１０２、第３の偏光ビームスプリッター１０３を構成する各々２つのプリズムの材料の屈折率は互いに異なっている。
【００８２】
図６において、１０１は第１の偏光ビームスプリッター、１０２は第２の偏光ビームスプリッター、１０３は第３の偏光ビームスプリッターである。１０４は第１の偏光板、１０５は第２の偏光板、１０６は第３の偏光板、１０７は第４の偏光板である。１０８はＢ光の偏光状態を９０度変換させ、Ｒ光の偏光状態を変換しない色選択性位相板である。１０９はＲ光の偏光状態を９０度変換させ、Ｂ光の偏光状態を変換しない色選択性位相板である。１１０、１１１、１１２はそれぞれＧ光、Ｒ光、Ｂ光の照明光の波長に最適化された位相板である。１１３、１１４、１１５はそれぞれＧ光、Ｒ光、Ｂ光の画像を表示する反射型液晶表示素子である。１１６は投射レンズである。
【００８３】
第２のシリンドリカルレンズ９を通過した白色光はダイクロイックミラー９によりＧ光が透過し、Ｒ光とＢ光が反射される。Ｇ光は第１の偏光板１０４で不要な偏光成分をカットされ、第１の偏光ビームスプリッター１０１、Ｇ光用の位相板１１０を通過して、Ｇ光用の反射型液晶表示素子１１３に導かれる。反射型液晶表示素子１１３に入射したＧ光は画像情報に基づき偏光状態が変調され出射し、第１の偏光ビームスプリッター１０１で検光される。さらに第３の偏光板１０６で不要な偏光成分をカットされ、第３の偏光ビームスプリッター１０３を透過して投射レンズ１１６へ至る。
【００８４】
一方、ダイクロミラーを反射したＲ光とＢ光は第２の偏光板１０５で不要な偏光成分をカットされ、色選択性位相板１０８によりＢ光は第２の偏光ビームスプ２リッター１０２を透過する偏光状態に変換される。Ｂ光は第２の偏光ビームスプリッター１０２、Ｂ光用の位相板１１２を通過してＢ光用の反射型液晶表示素子１１５に導かれる。
【００８５】
反射型液晶表示素子１１５に入射したＢ光は画像情報に基づき偏光状態が変調され出射し、第２の偏光ビームスプリッター１０２で検光される。さらに第４の偏光板１０７で検光され、さらに第３の偏光ビームスプリッター１０３で検光され投射レンズ１１６へと至る。
【００８６】
Ｒ光は第２の偏光ビームスプリッター１０２で反射し、Ｒ光用の位相板１１１を通過してＲ光用の反射型液晶表示素子１１４に導かれる。反射型液晶表示素子１１４に入射したＲ光は画像情報に基づき偏光状態が変調され出射し、第２の偏光ビームスプリッター１０２で検光され、色選択性波長板１０９で第３の偏光ビームスプリッター１０３で反射する偏光方向に変換される。その後、第４の偏光板１０７で不要な光をカットされ、第３の偏光ビームスプリッター１０３で検光されて投射レンズ１１６へと至る。
【００８７】
本実施例では、第２の波長帯の光が第２のプリズムを透過した際に生じる画素ズレをＧ２、第３の波長帯の光が第１のプリズムを透過する際により生じる画素ズレをＧ１、第３の波長帯の光が第３のプリズムを透過する際に生じる画素ズレをＧ３とする。投射レンズ１１６の収差による画素ズレ量を第３の波長帯の光を基準としたときに、第１と第２の波長帯の光の投射レンズの収差による画素ズレ量をτ１、τ２とする。このとき、画素ズレが１／２以下となるようにしている。即ち、
τ１≠０  又は  τ２≠０  又は  Ｇ１≠０  Ｇ２≠０  Ｇ３≠０
であり、
−０．５≦（τ２＋Ｇ２）−（Ｇ１＋Ｇ３）≦０．５
−０．５≦τ１−Ｇ１−Ｇ３≦０．５
なる条件を満足するようにしている。
【００８８】
本実施例では投射レンズ１１６の倍率色収差により発生するＢ、Ｇ、Ｒ光の画素ずれ量は実施例１、２と同様第３の波長帯（ここではＧ光）を基準とする。このときの第１（ここではＢ光）、第２（ここではＲ光）の波長帯の倍率色収差により発生する画素ずれ量を各々τ１＝Ｃ、τ２＝Ｄとする。
【００８９】
本実施例ではＢ光の光路中に接着剤を含む光学部材が無いため、画素ずれは発生しなく、τ１＝０である。よってτ１＝Ｃを第１の偏光ビームスプリッター１０１および第３の偏光ビームスプリッター１０３でキャンセルする構成となっている。
【００９０】
第１の偏光ビームスプリッター１０１で生ずる画像ずれをＧ１とする。
【００９１】
第３の偏光ビームスプリッター１０３で生ずる画像ずれをＧ３とする。
【００９２】
第３の波長帯（Ｇ光）は、第１、第３の偏光ビームスプリッター１０１、１０３で画素ずれＧ１、Ｇ３を受ける。
【００９３】
第３の波長帯（Ｇ光）が基準となるので、まず第１には、
τ１＝Ｃ
Ｇ１＋Ｇ３＝Ｃ
が成り立てば良い。
【００９４】
ここで第１のプリズム１０１で発生する画素ずれ量Ｇ１、第３のプリズム１０３で発生する画素ずれ量Ｇ３は、それぞれ前述した（ａ）式と同様に、各パラメーターに添字１、３を付して次式で示すことができる。
【００９５】
Ｇ１＝［Ｌ１ｔａｎα１−Ｌ１＊ｓｉｎε１＊ｓｉｎ（φ’１−θ１）／｛ｃｏｓθ１＊ｃｏｓ（φ’１＋ε１）｝＋Ｌ１＊ｔａｎα’１＊ｓｇｎ（ε１）］／ｐ
Ｇ３＝［Ｌ３ｔａｎα３−Ｌ３＊ｓｉｎε３＊ｓｉｎ（φ’３−θ３）／｛ｃｏｓθ３＊ｃｏｓ（φ’３＋ε３）｝＋Ｌ３＊ｔａｎα’３＊ｓｇｎ（ε３）］／ｐ
次にτ２＝Ｄについて説明する。
【００９６】
ここでは投射レンズ１１６の倍率色収差により発生する画素ずれ量τ２と第２の偏光ビームスプリッター１０２で発生する画素ずれ量Ｇ２の和τ２＋Ｇ２が第１と第３の偏光ビームスプリッターで発生する画素ずれ量の和Ｇ１＋Ｇ３と同じであればよい。従って、下式が成り立てば画素ずれをキャンセルできる。即ち、τ２＝Ｄより
τ２＋Ｇ２＝Ｇ１＋Ｇ３＝Ｃ
τ２＋Ｇ２＝Ｄ＋Ｇ２＝Ｇ１＋Ｇ３＝Ｃ
Ｇ２＝Ｃ−Ｄ
ここで画素ずれ量Ｇ２は第２の偏光ビームスプリッター１０２で発生する画素ずれ量を示し（ａ）式と同様に下式で示せる。
【００９７】
但し、（ａ）式における各パラメーターを次の如く設定している。
【００９８】
Ｌ＝Ｌ２
α＝α２
ε＝ε２
φ’＝φ２’
θ＝θ２
ε＝ε２
α’＝α２’
Ｇ２＝［Ｌ２ｔａｎα２−Ｌ２＊ｓｉｎε２＊ｓｉｎ（φ’２−θ２）／｛ｃｏｓθ２＊ｃｏｓ（φ’２＋ε２）｝＋  Ｌ２＊ｔａｎα’２＊ｓｇｎ（ε２）］／ｐ
以上の如く画素ずれ量Ｇ２を設定すれば、全系の画素ずれを無くす事が出来る。
【００９９】
ここで投射レンズ１１６により発生する画素ずれ量τ１＝０．７３、τ２＝０．０５のとき、第１の偏光ビームスプリッター１０１の入射側のプリズムＰｒ１の材料の屈折率を２．００１、出射側のプリズムＰｒ２の材料の屈折率を１．９９９とする。また両プリズムを接着する接着剤の屈折率を１．６とする。反射型表示素子が０．７インチのとき１画素の大きさｐ＝０．０１ｍｍである。このとき、
Ｌ＝２５．４＊０．７／５＊１４＝１４．２２４ｍｍのとき、移動量の差Δｄ１は、
Δｄ１＝−０．０１４ｍｍとなる。
【０１００】
また接着剤の楔角度ε＝１’とすると、倍率変動Δｄ２は、
Δｄ２＝−０．００３８ｍｍ
となる。又、移動量の差Δｄ３は、
Δｄ３＝０．０１２ｍｍとなる。これより
Δｄ＝Δｄ１＋Δｄ２＋Δｄ３
＝−０．００５８
Ｇ１＝（Δｄ／ｐ）＝−０．５８
一方、第３の偏光ビームスプリッターの入射側プリズムの屈折率＝１．９０１、出射側プリズムの屈折率＝１．８９９、また両プリズムを接着する接着剤の屈折率を１．６とし、０．７インチで１画素の大きさｐ＝０．０１ｍｍであるとき、
Ｌ＝２５．４＊０．７／５＊４＝１４．２２４ｍｍのとき
Δ１＝−０．０１５ｍｍとなる。
【０１０１】
また接着剤の楔角度ε＝０．４’とすると
Δ２＝−０．０００９ｍｍ
Δ３＝０．０１４４ｍｍとなり
Δ＝Δ１＋Δ２＋Δ３
＝−０．００１５
となる。これより
Ｇ３＝Δ／ｐ＝−０．１５
となる。
【０１０２】
τ１＝Ｇ１＋Ｇ３＝−０．７３
となる。
【０１０３】
よって投射レンズの画素ズレτ１は第１の偏光ビームスプリッターおよび第３の偏光ビームスプリッターにより発生する画素ずれによりキャンセルできる。
【０１０４】
次に第２の偏光ビームスプリッターにおいて入射側プリズムの屈折率＝１．７０１、出射側プリズムの屈折率＝１．６９９、また両プリズムを接着する接着剤の屈折率を１．５５とし、０．７インチで１画素の大きさｐ＝０．０１ｍｍであるとき、
Ｌ＝２５．４＊０．７／５＊４＝１４．２２４ｍｍのとき
Δ１＝−０．０１７ｍｍとなる。
また接着剤の楔角度ε＝１．５’とすると
Δ２＝−０．００１５ｍｍ
Δ３＝０．０１１７ｍｍとなり
Δ＝Δ１＋Δ２＋Δ３
＝−０．００６８
となる。
【０１０５】
Ｇ２＝Δ／ｐ＝−０．６８
τ２＋Ｇ２＝Ｇ１＋Ｇ３
＝−０．７３
τ２＝Ｇ１＋Ｇ３−Ｇ２
＝−０．７３＋０．６８
＝−０．０５
よって投射レンズの画素ズレτ２は第１、第２、第３の偏光ビームスプリッターにより発生する画素ずれによりキャンセルすることができる。
【０１０６】
以上のように各実施例によれば、投射倍率の波長分散が原因となる各色光の投射倍率の変動を少なくすることができる。又、偏光ビームスプリッターやダイクロ偏光プリズムに起因する投射画像の各色光による画像ズレを少なくし、高画質の投射画像が得られる画像投射装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の実施例１の要部概略部
【図２】図１の一部分の説明図
【図３】図１の一部分の説明図
【図４】図１の一部分の説明図
【図５】図１の一部分の説明図
【図６】本発明の実施例２の要部概略部
【符号の説明】
【０１０８】
１      光源手段
２      リフレクター
３      第１のレンズアレイ
４      第２のレンズアレイ
５      コンデンサーレンズ
６      偏光変換素子
７      第１のシリンドリカルレンズ
８      第２のシリンドリカルレンズ
９      色分散手段
１０    液晶表示素子
１１    液晶表示素子
１２    液晶表示素子
１３    第１の偏光ビームスプリッター
１４    第２の偏光ビームスプリッター
１５    第１の偏光板
１６    第２の偏光板
１７    色選択性位相板
１８    第３の偏光板
１９    第４の偏光板
２０    ダイクロイックプリズム
２１    投射レンズ
【図４】
2008256961.tif 000003
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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