(57)【要約】【課題】本発明は、高階調を可能とするディジタル−アナログ変換回路の設計方法を提供する。【解決手段】本発明のディジタル−アナログ変換回路の設計方法は、最小輝度Ｌｍｉｎまたは最大輝度Ｌｍａｘに相当するオフセットを用いて、透過率Ｔを計算するステップと、前記透過率Ｔに基づいてサンプル電圧Ｖを計算するステップと、前記サンプル電圧から抵抗値を計算するステップとを具備する。Ｖ−Ｔ特性を示す曲線を複数の領域にわけ、この設計方法を用いて、それぞれの領域に対して抵抗値を求める。【選択図】  図１
2004184795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最小輝度または最大輝度に相当するオフセットを用いて、透過率を計算するステップと、
前記透過率に基づいてサンプル電圧を計算するステップと、
前記サンプル電圧から抵抗値を計算するステップと
を具備することを特徴とするディジタル−アナログ変換回路の設計方法。
【請求項２】
前記透過率は、複数の階調毎に算出する
ことを特徴とする請求項１に記載のディジタル−アナログ変換回路の設計方法。
【請求項３】
前記抵抗値に基づき、複数の抵抗素子を用いてディジタル−アナログ変換回路を構成する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のディジタル−アナログ変換回路の設計方法。
【請求項４】
前記サンプル電圧は、シングル・ドメイン・セルに応じた電圧である
ことを特徴とする請求項２に記載のディジタル−アナログ変換回路の設計方法。
【請求項５】
前記サンプル電圧は、マルチ・ドメイン・セルに応じた電圧にである
ことを特徴とする請求項２に記載のディジタル−アナログ変換回路の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＣＤソース・ドライバ（またはデータ・ドライバ、カラム・ドライバ）およびＣＲＴの設計において、ガンマ補正回路のＤＡＣ設計方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年ＬＣＤの画質向上が図られ、従来は６ビット（６４階調）であったが現在は８ビット（２５６階調）へと階調数が増加している。このような諧調を制御するにあたり、従来はＶＴカーブ（電圧―透過率の特性曲線）を最終的には、いくつかの区間に分け、区間ごとに直線近似を行っていた。これはハードウェア実現でのハードウェア量のみならず、ソフトウェア実現でのデータ量としても、大きなデータを扱うことを削減するためであった。
【０００３】
しかしながら、近年、階調数が増加し、直線による近似では視覚特性をうまく反映できなくなってきている。単純に、ビット数を増やして数値的に精度を上げても、視覚は本質的に非線形的特性であるため、従来の直線近似では、うまく視覚特性を表現できないためである。
【０００４】
また、ＬＣＤデバイスの特性（ＶＴカーブ）は、ＣＲＴと異なりＳ字型のカーブをしている。従来のＣＲＴ技術では、Ｓ字型カーブのような飽和特性を示さず累乗の形で表現できており、目の視覚特性と同じ形状であり、視覚特性とデバイス特性をあわせこむことは、さほど困難ではなかった。
【０００５】
一方、ＬＣＤでは視覚特性とデバイス特性が異なり、それらのあわせこみを行うことは大変である。特に、デバイスが飽和する特性と視覚が累乗で増加する特性での差は大きい。そこで、現状においては、人による目での画質評価（主観評価）を行い、最終的なカーブを決定していた。このために、設計したカーブを最終評価により変更できるように、余分にガンマ抵抗を用意する必要がある。
【０００６】
従来、ディスプレイのためのディジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）において、ＬＣＤデバイス特性（ＶＴカーブ）をできるだけ視覚特性とあわせるために、直線近似が一般的に行われている。実現技術としては、アナログ乗算器方式、抵抗（Ｒ−ストリング方式、Ｒ−ＤＡＣ方式）、容量（Ｃ−ＤＡＣ方式、ＣＡＰ−ＤＡＣ方式）、ＲＯＭ・ＲＡＭによるメモリ方式、ランプ波形による電圧サンプル方式がハードウェア的に階調電圧を生成する方式として知られている。
【０００７】
また、ＬＣＤパネルに与える電圧はＤＣでなく、ＡＣ的に与えてもよく、この場合には時間的な平均電圧が実効的な値となる。また、この特性を利用して、フレーム内で有効平均電圧を制御する方法もある。また、最終的な階調電圧を１段でつくらず、はじめに直線で近似すべき区間を与える２つの区間電圧を求めて、次にこれらを比例配分するという２段階法もある。
【０００８】
アナログ乗算器方式として、例えばアナログ乗算器を実現しているギルバート・セルの特性（ｔａｎｈ関数を利用して近似される）をそのままＶＴカーブと考えるものである（例えば、特許文献１参照）。これは直線近似とくらべれば精度はいいが、ＶＴカーブに根ざした技術でもなく、特にカーブの肩、足の部分では誤差が大きい。近似区間数も少なく、精度はきわめて悪い。
【０００９】
Ｒ−ＤＡＣ方式としては、２次式による近似について言及しているが、それでもハードウェア実現コストを考えた場合には直線近似を推奨している。また、これら直線近似の仮定の下で、設計値を可変にする機能を特に追加しているものがある。例えば、抵抗に付属するスイッチをオン・オフすることで、特性を変更する。あるいは、電流減を用いて強制的に電流を流して電圧の調整を行う。あるいは、視角度が変わったときに特性変化が大きいことを利用して、複数のＶＴカーブを対応させる。
【００１０】
Ｒ−ＤＡＣ方式は、基本的に抵抗分割だけで簡単に階調電圧を生成できるので、ハードウェア的にも量が小さく、また設計の自由度も大きいので、多くの技術がこれを採用しており、有力な技術である。
【００１１】
Ｃ−ＤＡＣ方式、ＣＡＰ−ＤＡＣ方式としては、区間にわけた直線による近似を採用している。これら容量を用いる方式は、一般に、製造バラツキは良いが、出力に先立ってコンデンサの初期化（放電）が必要であるという弱点がある。近年、改良されつつあるが、主流の技術ではない。
【００１２】
メモリ方式としては、例えば諧調数が増加した場合の問題解決として、直線近似による第一段の近似と、さらにそれとの誤差をデータとして利用することで、データ量の削減を図っている。しかしメモリを利用する場合には保存するハードウェアだけでなく読み出し、それを最終的なアナログ量へ変換するといった非常に多くのハードウェアを用意する必要があり、好ましくない。特に、データ精度を電圧の精度として実現するには、結局それだけの精度のＤＡ変換器を用意する必要がある。
【００１３】
ランプ波形をサンプリングする方式としては、ＶＴカーブを区間にわけて直線近似を行っている。ランプ波形電圧を発生させて、時間をカウントすることで階調数を数え、対応する電圧をサンプルする技術である。これも直線近似で精度が取れないうえに、ランプ波形の生成回路では、ＶＴカーブにあわせた波形を生成することが非常に困難である。
【００１４】
有効平均電圧法としては、時間的な幅を制御することで平均電圧を変更するのであるが、時間を測るのに等間隔であることが想定されており、結果的には等分している。したがって、これもまた区間を直線近似していることになる。
【００１５】
２段階法としては、ＭＯＳドランジスタの比により電圧分割を行うか、抵抗による分割を行っている。はじめに区間分割の電圧を与える境界の電圧を求め、さらにそれをＲ−ＤＡＣ方式で等分割する。したがって、自然とＲ−ＤＡＣ方式と相性がよく、また区間を直線近似することにもなる。特に２段階で行う場合には、２段目は共通に分割を行うので、肩、足でも中央部分と同じようにせねばならず、すべて１：１の同じ比率となるように設計せざるをえない。
【００１６】
以上、従来のＤＡＣは、ハードウゥア実現を考慮したことにより、区間で直線近似されることが、圧倒的に主流であった。このため結果的には、視覚特性をうまく表現できていない状態であった。特に、２５６以上の高諧調では、区間による直線近似はうまくいかなくなってきている。
【００１７】
次に、ＬＣＤデバイス特性と視覚特性の関連に関して説明をする。デバイスの特性は従来、ＣＲＴに関するモデリングが主たる研究対象とされ、近年に至ってもまだ標準化されたモデルが確定されていない状況にある。
【００１８】
一般に心理学では、ある刺激の強さＩが微小量ΔＩだけ変化したとき、識別できる変化量には、近似的にΔＩ／Ｉ＝一定となることが実験で見いだされており、ウェーバーの法則と呼ばれている。ΔＩの変化による感覚の変化ΔＳは、感覚の最小単位であり、ｋを定数として、上の式からΔＳ＝ｋ・ΔＩ／Ｉと書ける。感覚の生じる最小の刺激値を絶対閾値と呼ぶが、この絶対閾値の値をＩ０とすると上の式を積分して    Ｓ＝ｋ・ｌｏｇ（Ｉ／Ｉ０）となり、これはウェーバー・フェヒナーの法則として知られている。
【００１９】
産業応用にはｌｏｇでなく、Ｓ＝ｋ（Ｉ／Ｉ０）βの冪法則によりｌｏｇの近似を行い、これを利用することが多い。この指数βは刺激により異なり、特に、光刺激に対して次のような値を持っている。５度暗順応視野ではβ＝０．３３、暗順応での点光源に対してはβ＝０．５である。心理学では感覚を中心に上の式で表すが、デバイスの観点からは目に与える光刺激の量を定式化したいので、逆にγ＝１／βとして、Ｉ＝Ｉ０・Ｓγと定式化することが便利であり、γという値をパラメータとして慣用的に用いることが多い。上のβから言えば、γ＝２からγ＝３の値である。
【００２０】
主に、この範囲の中で、種々のガンマ値が利用されているが、このモデルをそのまま利用して１０ビットの階調を制御しようとすると、低輝度領域で擬似輪郭が見えてしまうという問題がでてくる。特にＴＶで映画を見る場合には、薄暗い環境で見る場合が想定され、問題が顕著になってくる。
【００２１】
この問題に関連して、近年、医療用のディスプレイの規格ＤＩＣＯＭ  ＰＳ３．１４として、グレースケール関数の標準化が進んでいる。これは胸部レントゲン写真など医療用にディスプレイを利用して診断する場合、細かな階調を必要とするからである。
【００２２】
以下さらに、このＤＩＣＯＭ  ＰＳ３．１４規格の技術詳細について述べる。ＤＩＣＯＭグレースケール関数は次の式により与えられている。
【００２３】
【数１】
2004184795.tif 000003
【００２４】
ここで、Ｌは輝度（Ｌｕｍｉｎａｎｃｅ）［ｃｄ／ｍ２］、ｊはＪＮＤ（Ｊｕｓｔ  Ｎｏｔｉｃｅａｂｌｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）である。ＪＮＤとは、その諧調の違いを視覚で検出可能な最小の輝度を与えるΔＬから定式化した、輝度に関する視覚（Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）を与えるインデックス（数値）である。これは心理的な量であり、工学的にはまさにグレースケールに対応している。ＪＮＤの値が１単位ダケずれた場合に、その違いを感じることができる。輝度Ｌにおける相対弁別閾ΔＬｈｖｓは、次式で与えられる。
【００２５】
【数２】
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【００２６】
ここで、この式は目の光学的変調伝達関数（ｏｐｔｉｃａｌ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）ＭＴＦの特別な場合である。例えば、ｄは目の瞳孔が開いた直径［ｍｍ］を表すパラメータである。以下の現象を取り入れており、ＴＶやモニタなどの実際の画像評価を行う場合、ＭＴＦは良い尺度となっているという認識は重要である。ニューロンのノイズ、側抑制、フォトンのノイズ、限定積分能力、目の光学的伝達特性、方向および時間的なフィルタリングなどの現象である。
【００２７】
さて、このようなＤＩＣＯＭ  ＰＳ３．１４規格に基づいてＣＲＴおよびＬＣＤでの階調設計が提案されている。しかしながら、現実にはまだＣＲＴおよびＬＣＤの設計は８ビットの従来技術、すなわち、ＴＶでの規格を利用して設計されているため、これを後で調整してＤＩＣＯＭ規格にあわせようとしている。これは、もともとハードウェア的にはＤＩＣＯＭ規格に整合していない階調を利用して、ＤＩＣＯＭ規格に整合した階調を作り出そうとするもので、本質的には整合させるための誤差がはじめから存在し、ハードウェア的またはソフトェア的になんらかの工夫を余分に必要とすることを意味している。本発明はより直接的にハードウェアではじめからこの規格を実現しようとするものである。
【００２８】
なお、デバイスの特性も最終的には視覚特性を再現することを目指しているので、以下に述べるデバイスの特性も同じく「ガンマ・カーブ」と呼ばれている。
【００２９】
次に、ＣＲＴデバイスの特性モデリングについて説明する。ＣＲＴデバイスの特性は視覚特性と同じく、べき乗の式で表現できることがしられている。したがって、方法としては、まずγの値としては視覚のγ値と同じ値をそのまま採用することが可能である。このような観点から、従来、デファクト・スタンダードとして知られているのは１．８、あるいは、２．２である。しかし、このような方法では、階調数が増加するに従い、誤差もでてくる。このため、ｓＲＧＢ規格に基づいて、単純なべき乗の式に、オフセット項を追加したり、近似条件をつけたりする。また実際には、２．３，２．４，３．０等の数々のガンマ値が利用されている。
【００３０】
この他の、さらに進んだモデルとしては、オフセットを導入したＧＯＧ（ＧａｉｎＯｆｆｓｅｔ  Ｇａｍｍａ）モデルやさらにＧＯＧにオフセットを追加したＧＯＧＯ（ＧＯＧ  ｗｉｔｈ  Ｏｆｆｓｅｔ）モデルが規格として提案されている。例えば、ＧＯＧモデルとしてはＩＴＵ７０９規格、ＳＭＰＴＥ２４０Ｍ規格、ｓＲＧＢ規格が知られている。また、ＧＯＧＯモデルとしてはＩＥＣ６１９６６規格が知られている。
【００３１】
なお、従来（８ビット＝２５６階調まで）、このＣＲＴデバイスの特性と視覚特性とが偶然よく一致していたことから、意図的に混同して設計を行っていた。
【００３２】
次に、ＬＣＤデバイスの特性モデリングについて説明する。ＬＵＴ（ｌｏｏｋｕｐ  ｔａｂｌｅ）によるモデルは階調数が多いとデータが大きくなるので、解析的モデルが望ましい。解析的モデルとして、ＴＲＣモデル、ＳカーブモデルＩとその修正モデルＩＩ、ＰＣＡモデルの３つがある。
【００３３】
Ｓカーブモデルは、
【００３４】
【数３】
2004184795.tif 000005
【００３５】
によりＳ字型の曲線を近似する。修正版のＩＩはさらにその１次微分関数も考えて精度を向上させている。ＰＣＡモデルはその名前のとおり、統計での主成分解析の技法を適用したものであり、ｓｐｌｉｎｅ曲線などを利用した特別な形の階調関数を仮定していない。ここで利用する諧調曲線モデルは、３つのパラメータ（γ，Ｃ１，Ｃ２）で表される経験的な次の方程式であたえられている。
【００３６】
【数４】
2004184795.tif 000006
【００３７】
ここで、ＶはＬＣＤを駆動する電圧、Ｔを規格化されたＣＩＥ  Ｘ，Ｙ，Ｚに対応する透過率、ｄａｃをＤＡＣに与える諧調レベル数とする。なお、この曲線は、Ｖ＝１に対してはいつもＴ＝１−１／ｅ＝０．６３２であり、この近傍でＴを近似すると、中央付近ではＧＯＧモデルで解釈できる。すなわち、足肩の飽和特性を持ちながら、中央の附近ではＧＯＧモデル的な振る舞いをしている。（例えば、γ＝３のとき、Ｖ＝０．４のあたりおよびＶ＝１．４のあたりで、Ｓ字の曲線のまがりかどがある。このような階調再現曲線のまがりかど部分をそれぞれ、「肩」や「足」と一般に呼んでいる。）Ｓカーブ・モデルでのαがＣＲＴでのγに対応している。しかしβというパラメータも累乗で影響しており、値の大きさとして、α値そのものがγ値とよく対応するとは期待しにくいと思われる。ＰＣＡではｓｐｌｉｎｅ曲線で近似しており、従来のγに対応する値そのものが存在しない。
【００３８】
【特許文献１】
米国特許第５，４６１，４３０号明細書
【００３９】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、視覚特性についてはＤＩＣＯＭ規格が提案され、ＣＲＴ設計およびＬＣＤ設計に適用されている。しかしながら、現在ＣＲＴやＬＣＤ自体は８ビットの階調で設計されており、ハードウェアとしては１０ビットに対応できていない。キャリブレーションやソフトウェア的に後で再調整をしているが、本質的には１０ビット対応できていない。また、ＬＣＤデバイスに対する標準的な特性（ＶＴ特性）に関しても確定されていない状況である。
【００４０】
すなわち、視覚特性をうまく設計するための標準ワークフローがまだＬＣＤでは存在しておらず、その設計はまだ経験にたよっている。さらに、特性を実現するハードウェア（ソフトウェア）量を削減する必要があるため、１０２４階調の高諧調では、高精度ガンマ抵抗の設計が困難になっている。したがって、高階調のＤＡＣ回路を設計することは困難である。
【００４１】
本発明の目的は、高階調を可能とするディジタル−アナログ変換回路の設計方法を提供することである。
【００４２】
【課題を解決するための手段】
この発明によるディジタル−アナログ変換回路の設計方法は、最小輝度または最大輝度に相当するオフセットを用いて、透過率を計算するステップと、前記透過率に基づいてサンプル電圧を計算するステップと、前記サンプル電圧から抵抗値を計算するステップとを具備することを特徴としている。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。はじめに、液晶セルのＶＴ特性モデルの改良に関して説明する。
【００４４】
図１は、本発明の実施の形態における区分的諧調再現曲線（ｐｉｅｃｅｗｉｓｅ−Ｔｏｎｅ  Ｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  Ｃｕｒｖｅ）の考え方を示す図である。グラフの横軸はＬＣ（液晶）セルに印加する電圧Ｖ、縦軸はＬＣセルの透過率Ｔを表す。このグラフの曲線は、ＬＣセルのＶＴ特性を表している。透過率ＴはＬＣセルの最大輝度を１として規格化した値である。従来は、１つのＴＲＣ曲線で全範囲のＶＴ特性をカバーしようとしていた。しかしながら、従来の方法では、１つのＴＲＣでＶＴ特性を近似しようとすると２％−３％程度のフィッティング・エラーがでることがわかっている。１０ビットには、透過率で１／１０２４＝０．１％の精度が必要である。したがって、従来における１つのＴＲＣでは１０ビット精度確保は困難であった。
【００４５】
これに対し本発明の実施の形態では、複数の領域ごとにＴＲＣを用意して精度を高める。例えば、１０ビット精度を確保するために、少なくとも８個のＴＲＣを利用すればよい。
【００４６】
このような区分的に利用されたＴＲＣそれぞれのパラメータの例を表１に示す。
【００４７】
【表１】
2004184795.tif 000007
【００４８】
パラメータとして、Ｖ＿ｈｉｇｈ，Ｖ＿ｌｏｗ，ｓｔａｒｔ＿Ｖ，ｅｎｄ＿Ｖ，ｇａｍｍａ，ｍｏｄｅ／ＢＷ，Ｔｔｈなる７つのパラメータが各ＴＲＣに存在している。Ｖ＿ｈｉｇｈ，Ｖ＿ｌｏｗは、ＬＣセルに印加する電源電圧、電源グランド（コモン）の電圧を与えるものであり、各ＴＲＣで共通である。ｓｔａｒｔ＿Ｖ，ｅｎｄ＿Ｖは、ＬＣセルに印加する電圧をＴＲＣ正規化するためのパラメータである。従来技術では、１つのドメイン・ＬＣセルのみを考慮していたので、このような定式化はされていない。本発明の実施の形態では、後述するデユアル・ドメイン・セルに代表されるようなマルチ・ドメイン・セルにも対処するため、このような定式化を行う。
【００４９】
パラメータｇａｍｍａ（γ）はＴＲＣの形を決めるもので、いわゆる従来のＣＲＴでのガンマ・カーブでのガンマ値に対応している。パラメータｍｏｄｅ／ＢＷは、ノーマリ・ブラック（電圧がかからないときにブラックとなる特性モード）であるか、ノーマリ・ホワイト（電圧がかからないときにホワイトとなる特性モード）であるか特性のモードを指定する。ここではノーマリ・ホワイトを“０”で対応させ、ノーマリ・ブラックを“１”に対応させている。パラメータＴｔｈは、透過率Ｔにより区分する領域を指定するための透過率閾値である。ここでは、例えばＴ＝０．９４以上の領域でＴＲＣ１を利用することを指定している。一方、最後のＴＲＣ８はＴ＝０．１２以下で利用する。
【００５０】
このように区分的なＴＲＣを利用するために、さらにオフセットを導入する。ＬＣセルの特性として、実際には完全な黒となることはなく、わずかではあるが最小輝度Ｌｍｉｎが存在している。しかしながら、従来のＴＲＣでは理想的に０になっており、この最小輝度Ｌｍｉｎを表現できない。このため、低輝度領域でのＴＲＣフィッティング・エラーが出てしまう。このエラーの絶対値は非常に小さなものであるが、１０ビット精度の視覚特性を考慮する場合には問題となってくる。よって本発明の実施の形態では、最小輝度Ｌｍｉｎに相当する透過率オフセットを導入する。
【００５１】
例えば、区分的ＴＲＣの式は、以下のように与えられる。
【００５２】
【数５】
2004184795.tif 000008
【００５３】
Ｔは１で正規化された透過率、Ｖ１はセルに印加する電圧である。Ｏｆｆｓｅｔはオフセット値を与えるパラメータであり、γがパラメータｇａｍｍａを与えている。実際の区分的ＴＲＣの各パラメータ値は非常に近い値を取っている。
【００５４】
次に、このような区分的ＴＲＣをＬＣのＶＴ特性モデルとしてデータにフィッティングを行う。直接ＬＣセルデータを扱う場合もあるが、本発明ではＬＣＤシミュレータを利用した場合を考える。
【００５５】
一般的にＬＣセル設計が終了して、その後にはじめてＬＣセルの光学的特性データを確定するということは期待できない。実際にはガンマ抵抗の設計と同時にＬＣセル自身も特性改善活動が進み、コンカレントに設計が行われる可能性が高い。このような状況を改善するために、ＬＣセルを試作する前に、ＬＣセルの製造パラメータの影響をより簡便に見積もるために、ＬＣＤシミュレータを用いることができる。ＬＣＤシミュレータの例として、ここではＬＣ３Ｄという３次元ダイレクタ・シミュレータおよび拡張Ｊｏｎｅｓ法による光伝播シミュレータを利用している。
【００５６】
ダイレクタ・シミュレータは、液晶セルの電気的応答としてセル印加電圧に対してダイレクタの３次元的配向を計算する。このダイレクタ３次元配向を利用して、さらに拡張ジョーンズ法により透過する光の量（輝度）が計算される。この輝度を正規化することで、透過率Ｔのデータが得られる。
【００５７】
このようなシミュレーションの一実施例として、表２にＬＣ３Ｄに与えるパラメータ値を示す。パラメータは３つに大別されている。ＬＣセルの材料（物性的な）のパラメータ群、パネルのパラメータ群、シミュレータ設定のためのパラメータ群である。
【００５８】
【表２】
2004184795.tif 000009
【００５９】
Ｋ１１は広がり変形に関する弾性定数、Ｋ２２はねじれ変形に関する弾性定数、Ｋ３３は曲がり変形に関する弾性定数である。パラメータｅｐｓ  ｐａｒとｅｐｓ  ｐｒｅｐは、水平方向の比誘電率、垂直方向の比誘電率である。Ｇａｍｍａ１は粘性率である。パラメータｄ／ｐ  ｒａｔｉｏはカイラル剤（またはキラル剤）を入れた場合のｄ／ｐ比であり、カイラル剤の濃度を最終的にｄ／ｐ値として換算して取り込む。ｄはＬＣ層の厚さ、ｐはＬＣ層のピッチである。カイラル剤はＬＣの光学的特性改善のために入れられる。ここでは０とし、混入なしとしてシミュレーションしている。そして、パネルのパラメータとしてｘ方向、ｙ方向の幅、ｚ方向の厚さ、ガラスの比誘電率、ボトムおよびトップでのダイレクタのアジマス角、プレチルト角を指定している。
【００６０】
さらに、シミュレーションを制御するパラメータがある。シミュレーションをするときの領域分割の個数（ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向）、シミュレーションでの緩和電圧、ダイレクタの方向の初期条件、シミュレーション時の境界条件、またシミュレーション高速化のための対称性の指定、シミュレーションの繰り返し計算に関する停止条件、印加電圧の与え方（定常的に与えるか、トランジェント的に時間変化させるか）、トップおよびボトムへの印加電圧、電極の形状（連続的に全平面としているか、デユアル・セル用に複数のセル・ドメインをもった固定された形状か）、電圧の境界条件（値が０か、またはその傾斜が０か）が指定されている。
【００６１】
図２は、ＬＣＤシミュレーション結果を示す図である。図２では、Ｔが０．９から０．９６にかけて連続的な変化はしているものの、０．９４附近で２つの曲線に分かれるような形となっている。このような結果は、ＬＣ３Ｄダイレクタ・シミュレータのダイレク初期配置に鋭敏に影響されてできるシミュレーション・エラーであり、人の判断による訂正が必要である。
【００６２】
ここで０．９４以下の部分とより連続的に接続されるように、図３のように部分的にデータをそのまま用いることをやめ、最終的に図４のように連続的に接続されるようにフィッティングを行う。すなわち、区分的に０．９４以上のＴＲＣ１で連続的にフィッティングする。図４において、ｓｉｍで指定されたカーブはシミュレータの結果データ、ＴＲＣで指定されているのはＴＲＣ計算結果である。
【００６３】
図５乃至図７は、フィッティング・エラーがどのようになっているか、さらに解析した結果を示す図である。図５は、各々のＴＲＣ近似でのフィッティング・エラーの変化を示す図である。エラー値の上下はあるが、±０．０００５の範囲内にあり、これは１０ビット、すなわち１／１０２４≒０．００１の精度を与えていることが確認できる。
【００６４】
図６は、フィッティング・エラー値の分布統計を示す図である。０．００００を中心にＵＳＬ（ｕｐｐｅｒ  ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｌｉｍｉｔ）＝＋０．０００５，ＬＳＬ（Ｌｏｗｅｒ  ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｌｉｍｉｔ）＝−０．０００５の範囲内で正規分布していることが確認できる。
【００６５】
図７は、解析の数値データの詳細を示す図である。なお、ＩチャートおよびＭＲチャートなどのラン・チャートの方向は図５の方向と逆になっている。エラーが範囲内におさまっていることから、フィッティングがうまくいっていることがわかる。
【００６６】
また近年、広視野角を実現するためにＬＣセルは、マルチ・ドメイン・セル技術が用いられている。上記の実施の形態ではＴＮ（ｔｗｉｓｔｅｄ  ｎｅｍａｔｉｃ）セルでもシングル・ドメインを前提としたＴＲＣであった。これに対応するため、他の実施の形態では、マルチ・ドメイン・セルに対するＴＲＣの考え方を説明する。
【００６７】
２つの異なるドメインＡ，ＢによりＬＣセルが製造される場合、それぞれのドメインに関しては、従来のＴＲＣによりその電気光学的特性をモデル化することができる。２つのセルのよる光量を合成して全体で１つの光量とすればよいので、２つのＴＲＣを加算すればよい。このとき、２つのＬＣセルは、光学的に全く同じ特性となることはない。全く同じ光学的特性の場合は、セルが対称に製造される場合である。対称な場合、そのセルの境界（ディスクリミネーション・ライン）で完全な対称的な状態となることが期待される。しかしながら、これは理論的な仮定であり、現実には起こりえない。すなわち、物理的ポテンシャルからいえば、鞍点となり、力学系として不安定な状態となっている。
【００６８】
したがって現実には、このような不安定さを避けるために、意図的に２つのＬＣセルは異なるように設計される。例えば、プレチルト角をラビングにより意図的に異なるようにする。さらにマルチ・ドメインは、通常は２つの異なる光学的特性をもつＬＣセルで実現されると考えてよい。例えば、４つのドメイン・セルを実現する場合、２つの異なる光学的特性をもったＬＣセルを、方向を変えて配置させる。製造過程を簡略化することができる。一方、４つの異なる特性を持つＬＣセルをつくる工程は、２つの方向が異なる２組のＬＣセルのつくる工程よりも大きくなる。
【００６９】
図８は、２つのＬＣセルから構成されるデユアル・ドメイン・セルに対応したＴＲＣ（デユアルＴＲＣ）を示す図である。なお、デユアルＴＲＣと区分的ＴＲＣとは、お互いに排他的ではなく組み合わせて使うことができる。
【００７０】
このようなＴＲＣによりＶＴ特性の動作モデルを利用して、どのような電圧を設計すべきか、その原理について図９を用いて説明する。ここでは、例えば階調設計として、従来のＴＶ技術として２．２乗の関数を仮定している。また、ＴＲＣとして先に述べたデユアルＴＲＣを利用したＶＴ特性を仮定している。
【００７１】
まず、図９左側の階調特性カーブから階調レベルに対応したＴ（規格化されたＴ）が求められる。次に、図９左側のグラフで求めたＴに基づいて、図９右側のグラフからそれを与える電圧Ｖを求める。これを各階調に対して繰り返し行い、設計すべきサンプル電圧が決定される。
【００７２】
本発明の実施の形態では、透過率Ｔから電圧Ｖを求める。先のデユアルＴＲＣのように、一般にマルチ・ドメイン・セルとして複数のＴＲＣから合成されるために、ＴＲＣモデルは電圧Ｖが定まりそれから透過率Ｔが計算されるという計算方向でモデル化できる。しかしながら、透過率Ｔから電圧Ｖの方向で直接解析的な計算で求めることができないため、逆計算をする必要がなる。この逆計算を行うために、例えばここでは表計算ソフトでのＧｏａｌ＿ｓｅｅｋ関数を利用している。
【００７３】
このような原理に基づき計算されたサンプル電圧Ｖを発生させるために、ＤＡＣとしてＲストリング方式を利用する。Ｒストリングを構成する各抵抗の値は、サンプル電圧Ｖを発生させるべく、比例配分により求められる（電流は共通である）。なお、求められた抵抗値は、ＩＣ製造の歩留まりによる最小抵抗値が存在している。したがって、この最小抵抗値と比例配分を考慮して、最終的に抵抗値が決定される。
【００７４】
図１０に、８ビット＝２５６階調での計算結果を示す。図１０では、最小抵抗値と２０Ωとして計算している。
【００７５】
次に、ＤＩＣＯＭ規格を利用して、階調設計を行う方法について説明する。上記（１）式のＬ（ｊ）は階調ｊから輝度Ｌを求める関数であり、公式ではＬｏｇ１０（ｊ）およびＬｏｇ１０（Ｌ）を利用して計算されている。従来のＴＶ規格では相対値として規格化されたＴを定義することが専らであったが、ＤＩＣＯＭでは輝度Ｌ［ｃｄ／ｍ２］を直接定義している。また同様に、ｊ（Ｌ）はＬ（ｊ）の逆関数であり、Ｌからｊを定める関数である。実際には、このｊ（Ｌ）が有用である。
【００７６】
ここで、ＤＩＣＯＭ階調の一計算例を示す。Ｌｍｉｎ＝０．０５［ｃｄ／ｍ２］からＬｍａｘ＝３９１６．３３５［ｃｄ／ｍ２］までのＬを計算するために、ｊ（０．０５）＝１．０３０４４９からｊ（３９１６．３３５）＝１０１９．９２６のＪＮＤインデックスを均等に配分し、求めたｊからＬ（ｊ）を計算する。例えば、８ビットでのフィッティングなら２５６等分する。このように均一にＪＮＤインデックスを配分して、対応するＬの表を作成することができる。
【００７７】
図１１は、このように定義されたＤＩＣＯＭ規格を、従来の測定データやＴＶ規格等と比較した図である。横軸はと輝度の対数Ｌｏｇ１０（Ｌ）、縦軸は分別できる輝度差ΔＬとそのときの輝度Ｌの比対数Ｌｏｇ（ΔＬ／Ｌ）である。Ｗ＆Ｓ＿ＦＩＧ７＿１０＿１（以下、Ｗ＆Ｓ）により示されたカーブの低輝度側の直線部分はＲｏｓｅ−Ｄｅｖｒｉｅｄ領域と呼ばれ、ベキ乗で近似される領域であり、ＴＶでの規格のかたちとなっている。また、高輝度側の平坦部分はＷｅｂｅｒ領域と呼ばれ、対数関数で近似される領域である。ＤＩＣＯＭ（１０ｂｉｔｓ）で示したカーブがＤＩＣＯＭ規格である。２＿２は２．２乗のガンマ・カーブであり、ｓＲＢＧ、ＩＴＵ７０９、ＳＭＰＴＥ２４０ＭはそれぞれＴＶでの規格に対応するカーブである。２＿２＿１０ｂｉｔｓは、２．２乗のカーブを１０ビットに拡大解釈して作成したカーブである。Ｗｈｉｔｔｌｅで示したものは、Ｗｈｉｔｔｌｅの公式により計算したカーブである。
【００７８】
図１１に示すように、従来のＴＶ規格のカーブ群はすべて、ＤＩＣＯＭ規格より上に存在しており、８ビットＴＶ規格では充分に視覚特性の限界まで到達していないことがわかる。特に、高輝度領域になると両カーブは近づいているが、低輝度領域では差が開いている。これは、艇庫度領域で階調再現がうまくいかず擬似輪郭が見えてしまうことに対応している。これらＴＶ規格に比較すると、ＤＩＣＯＭ規格、Ｗ＆ＳのデータおよびＷｈｉｔｔｌｅは、近い位置にある。
【００７９】
さらに低輝度領域を見ると、Ｗｈｉｔｔｌｅのカーブは高めにズレており、ＤＩＣＯＭ規格の方がＷ＆Ｓのデータに近い。一方、高輝度領域ではＷｈｉｔｔｌｅがより近い位置にある。これはＷｈｉｔｔｌｅの式およびＷ＆Ｓのデータともに８ビット精度で、ΔＬを測定していると考えられる。一方、１０ビット精度を考えるときには、ＤＩＣＯＭ規格が良いガイドラインを示していると考えられる。
【００８０】
次に、従来のＴＶ規格の例として２．２乗のカーブを、１０ビットで拡大解釈したカーブとＤＩＣＯＭカーブで比較してみる。高輝度領域ではＴＶ１０ビットのほうが細かくΔＬを設定している一方、低輝度領域ではあきらかに精度が不足している。したがって、低輝度領域での擬似輪郭問題は、ただ単にＴＶ規格を８から１０ビットにビット数拡大を行っても、解決されないことがわかる。
【００８１】
続いて、ＤＩＣＯＭフィッティングを現状入手可能なＬＣＤの性能で検討する。図１２は、ＤＩＣＯＭ規格を用いた場合におけるビット数の変化によるカーブの変化を示す図である。ＤＩＣＯＭ規格で、ＵＮＩＦＯＲＭ８が８ビット、ＵＮＩＦＯＲＭ９が９ビット、ＵＮＩＦＯＲＭ１０が１０ビットを示す。このＤＩＣＯＭへのフィッティングは、ひとつの例として、輝度が０．５から４００［ｃｄ／ｍ２］の能力のＬＣＤを仮定した。もともとのＤＩＣＯＭ規格では０．０５〜４０００［ｃｄ／ｍ２］と広範囲の能力を必要とする。しかしながら、実際のＬＣＤでは実現できていない。
【００８２】
したがって、ＤＩＣＯＭ規格とＵＮＩＦＯＲＭ１０とは、異なるカーブとなっている。現実のこのようなＤＩＣＯＭフィッティング結果を見ると、８ビット、９ビットではＤＩＣＯＭ規格のクリアできず、１０ビットのフィッティングのみがＤＩＣＯＭ規格より細かなΔＬを達成できることがわかる。すなわち、Ｌｍａｘが理想的ではない現実のＤＩＣＯＭフィッティングにおいても、最低１０ビットは必要であることがわかる。逆に、視覚特性からは、これ以上のビット数は不要であると判断できる。なお、ここでのビット数は階調数をエンコードするビット数であり、後で議論するＤＡＣとしての電圧の出力精度を表すビット数ではない。
【００８３】
図１３に、このようなＤＩＣＯＭ規格におけるＬＣＤサンプル電圧の計算方法を示す。基本的には、上述した図９と同じ考え方でよい。ＤＩＣＯＭの場合には規格化された透過率Ｔではなく、より直接的に輝度Ｌを介して、電圧が計算される点が異なる。このためＴＲＣとしては、規格化するときの最大輝度Ｌｍａｘを透過率Ｔにかけて、輝度Ｌとして計算を行う。このようにして計算された結果を図１４乃至図１７に示す。比較のため、従来のＴＶ規格の代表として２．２乗、ＳＲＧＢを１０ビット拡張解釈した場合のカーブもあわせ示す。ＤＩＣＯＭ  ｓｔａｎｄａｒｄはオリジナルの規格カーブであり、ＤＩＣＯＭはＬＣＤデバイスを仮定した場合のフィッティング結果である。ここでは１．１５〜５００［ｃｄ／ｍ２］を仮定した。これはＬｍｉｎ，Ｌｍａｘからのコントラスト比により決まる。低輝度領域では、ＴＶ規格１０ビット拡大がＤＩＣＯＭ  ｓｔａｎｄａｒｄをクリアできていないことが図１４からわかる。
【００８４】
図１５は、階調に対する輝度Ｌのカーブを示す図である。従来のＴＶ規格カーブよりも、より多く低輝度の階調が割り当てられている。低輝度領域での擬似輪郭に対策していることが、このことからも見て取れる。図１６は、階調に対するサンプル電圧Ｖを示す図である。より低輝度領域での階調を増やすために、サンプル電圧としては大きい電圧の方向へずれていることがわかる。図１７は、階調に対する抵抗値を示す図である。階調が小さいところで、抵抗値が低くなっている。これは電圧サンプルがはじめ高めにずれていること、すなわち抵抗による電圧降下が少ないことに対応している。ここで、抵抗の最小値は２０Ω以下である。
【００８５】
しかしながら、従来のような単純なＲストリング方式では、最小抵抗値をわってしまい、そのまま実現できなくなっている。そこで、これを解決するために、図１８のような修正ｄｕａｌ  ｌａｄｄｅｒ方式のＲストリングとして第１のＤＡＣ実現を示す。
【００８６】
図１８の修正ｄｕａｌ  ｌａｄｄｅｒ方式は、２重のラダーから構成させることをもとにしているが、さらに本発明ではＲストリングを構成する抵抗の値が一様ではないという点を特徴としている。従来のＤＡＣ設計（電気的な電圧や電流といった電気的特性だけを考える）では、出力電圧値に関して線形になるような設計のみが検討されているのに対し、本発明では、出力電圧そのものは線形ではなく非線形のＤＡＣであるが、視覚的には線形なＤＡＣを設計する。
【００８７】
さて、電気的には非線形であり、不均一な抵抗値からＤＡＣが構成されている。図１８の縦方向に接続されるＲストリングの抵抗は、概略抵抗（ｃｏａｒｓｅ  ｒｅｓｉｓｔｏｒ）であり、概略的に電圧を与える。一方、横方向に接続されている抵抗は、詳細抵抗（ｆｉｎｅ  ｒｅｓｉｓｔｏｒ）であり、詳細な電圧を与える。図１８で示すように、詳細抵抗には並列に概略抵抗が接続されている。ここで、このような詳細抵抗に並列接続されている概略抵抗を、グループ抵抗と呼ぶことにする。例えばＲｆ２４，Ｒｆ２５，…Ｒｆ４８の一連の詳細抵抗には、Ｒｃ（２４−４８）なるグループ抵抗が並列接続されている。
【００８８】
これら抵抗値の計算方法に関して説明する。なお、抵抗の途中からコンタクトをうち、詳細な精度で長さＬを制御する方法もある。まず、詳細抵抗について説明する。先に提起したように、最小抵抗値２０Ωより小さな値は、ＩＣ実現として望ましくない。例えば、Ｒ２４で１９．８Ωとなると、この値をそのまま用いて設計できない。そこで、概念的に２つの抵抗を並列にすることで、それらひとつひとつは２０Ω以上ではあるが、合成すると２０Ω以下とすることを考える。
【００８９】
図１９および図２０は、詳細抵抗の並列化の概念を示す図である。例えば、Ｒ２４に関しては、８１．３Ωおよび２６．２Ωの抵抗を並列化する。すなわち、１９．８Ω＝８１．３Ω／／２６．２Ω（／／は並列接続を表す）となる。ここで、個別の抵抗に関して並列の抵抗値の組を考えることも可能である（例えば詳細抵抗をいつも２０Ωになるように固定して抵抗値を求める）が、ここでは簡便に一律にａ倍する方法を採用している。ここで用いている倍率は、４．１である。グループ抵抗の値は、できるだけ均等に同じ値になることが望ましいので、本発明では全体抵抗を均等に分割している。このようなグループ抵抗は、比較的大きな値となるので、レイアウト的にはさらに分割して、図２１のようなアンチ・パラレルなレイアウトを行うことで、さらに抵抗の製造による傾斜分布の影響を削減することができる。
【００９０】
さらに、図２２に第２のＲストリング・アーキテクチャによる実現方法を示す。ここでは例えば、ＭＲＳ（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｒｅｓｉｓｔｏｒ  Ｓｔｒｉｎｇ）法と呼ばれる方法のうち、すべての構成抵抗を一様に同じ値とした場合を利用する。アドレス変換器がここでの特徴であり、このアドレス変換器は共通の考え方として、ＭＲＳ方式のほか一般の線形ＤＡＣを用いた設計に適用できる。
【００９１】
図２２において、中央の縦方向に接続させる１本のＲストリングの上下に詳細調整用の抵抗の回路（詳細抵抗）が接続されている。この詳細抵抗は、入力符号により制御され、上下２つの回路の抵抗和はつねに一定となるように、接続が制御されるものである。和を一定とするために、いつも上下の回路には双対となる符号を与えている。
【００９２】
ここで、簡単のため３ビットを例にして説明を行う。例えば、上は０００という符号ですべてのスイッチがオープンにされ、下は１１１という符号ですべてのスイッチがクローズするとする。図２２において、上の抵抗はオープンであるので、Ｒ／８＋Ｒ／４＋Ｒ／２＝１５Ｒ／１６（ひとつの抵抗はＲ）となり、下は０となり、合計は１５Ｒ／１６である。同様に、上０１１、下１００の場合、上Ｒ／８、下Ｒ／２＋Ｒ／４＝３Ｒ／４で、合計１５Ｒ／１６となっている。このように一定に保つことで、レベルがぶれることなく、中央のＲストリングにより生成される電圧値をいつもコンスタントに詳細シフトすることができる。
【００９３】
目的とするＤＡＣはＭＲＳ方式のように線形ではなく、非線形なものである。そこで、本提案では１０ビットから１２ビットへのアドレス変換器を入力に用意することで、これの実現を行う。ここで、１０ビット−１２ビット変換器の構成方法を説明する。ＤＩＣＯＭ規格からサンプリング電圧を定める。供給電圧とＧＮＤの差を求め、１２ビット時の階調数を計算する。次に、各インデックスに対応する出力インデックスを計算する。以下、同様の計算を繰り返し、アドレス変換テーブルができあがる。また、これと双対の表として、階調数からカウントしていくことでもう一方の表も生成できる。
【００９４】
このようにアドレス変換器は、ＴＲＣモデルおよびＤＩＣＯＭ規格から計算により導き出された電圧により決定されるものであり、視覚的に線形なＤＡＣを実現するための重要な要素である。視覚的に線形なＤＡＣでガンマ補正を実現するために、その他の一般の線形ＤＡＣでも同様な手法で設計を行うことができる。
【００９５】
なお、ＭＲＳ方式の場合には、さらにＭＳＢとＬＳＢにわけてデコーダを構成する必要がある。例えば、１０ビットをＬＳＢ５＋ＭＳＢ７ビットとした場合、２８２８＝１０１１００００１１００（２進数）で、ＭＳＢ７ビットの１０１１０００で概略抵抗のデコーダを構成する表の第１エントリとなり、ＬＳＢ５ビットの０１１００が詳細抵抗のデコーダ表の第１エントリとなる。以下、各要素について同じ計算を行い、順次エントリを作成していく。こうしてＭＳＢおよびＬＳＢのデコード表が構成されたら、Ｖｅｒｉｌｏｇ−ＨＤＬ記述などでそれを入力とした論理合成をすれば良い。ＲＯＭによる実現も同じく可能である。
【００９６】
なお、本発明ではＬＣＤをターゲットにしてＴＲＣフィッティングを行った。ＣＲＴをターゲットとする場合には、ＣＲＴの規格曲線をＴＲＣに代えて用いれば同様にＤＩＣＯＭ規格に準拠した設計を行うことができる。そもそもＣＲＴ規格はＣＲＴのデバイス的特性をよく近似するものであり、ベキ乗という視覚特性ともよく一致していた（８ビットの状況）ことから、混同されて利用されてきた。より精密な視覚特性を考慮する１０ビットのＤＩＣＯＭでは、これら２つの曲線が異なるため、本発明のように設計を行うと、ＤＡＣ部分の構成が可能である。すなわち、本発明のＤＡＣ方式によりＣＲＴをターゲットとしたＤＩＣＯＭ設計も可能である。
【００９７】
【発明の効果】
本発明では、ＴＲＣ（Ｔｏｎｅ  Ｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  Ｃｕｒｖｅ：階調再現曲線）を用いて、高精度なＬＣＤデバイスの特性モデルから視覚１０ビット精度に耐えられる高精度な設計を効率的、且つ合理的に行うことができる。また、視覚線形を実現するＤＡＣとして、Ｒストリング・アーキテクチャを用いることにより、回路規模を削減できる。また、デユアルＴＲＣにより、広視野角を得るためのマルチ・ドメイン・セルでの設計を可能にした。また、ＶＴ特性の逆関数を用いることにより、電圧サンプル・ポイントをアルゴリズミックに決定するので、どのような階調仕様に対しても効率的、且つ柔軟に設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における区分的諧調再現曲線の考え方を示す図。
【図２】ＬＣＤシミュレーション結果を示す図。
【図３】従来におけるＬＣＤシミュレーション結果を示す図。
【図４】フィッティング結果を示す図。
【図５】各々のＴＲＣ近似でのフィッティング・エラーの変化を示す図。
【図６】フィッティング・エラー値の分布統計を示す図。
【図７】解析の数値データの詳細を示す図。
【図８】２つのＬＣセルから構成されるデユアル・ドメイン・セルに対応したＴＲＣを示す図。
【図９】サンプル電圧の計算方法を示す図。
【図１０】８ビット＝２５６階調での計算結果を示す図。
【図１１】本発明で定義したＤＩＣＯＭ規格を、従来の測定データやＴＶ規格等と比較した図。
【図１２】ＤＩＣＯＭ規格を用いた場合におけるビット数の変化によるカーブの変化を示す図。
【図１３】ＤＩＣＯＭ規格におけるＬＣＤサンプル電圧の計算方法を示す図。
【図１４】ＤＩＣＯＭ規格における視覚特性の結果を示す図。
【図１５】階調に対する輝度Ｌのカーブを示す図。
【図１６】階調に対するサンプル電圧Ｖを示す図。
【図１７】階調に対する抵抗値を示す図。
【図１８】ｄｕａｌ  ｌａｄｄｅｒによるＤＡＣ実現の結果の一例を示す図。
【図１９】詳細抵抗の並列化の概念を示す図。
【図２０】詳細抵抗の並列化の概念を示す図。
【図２１】アンチ・パラレルレイアウトの一例を示す図。
【図２２】第２のＲストリング・アーキテクチャによる実現方法を示す図。
【符号の説明】
Ｒ０，Ｒ２３…既略抵抗
Ｒｃ（２４−４８）…グループ抵抗
Ｒｆ２４〜Ｒｆ４８…詳細抵抗
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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