(57)【要約】【課題】  視認性、アミューズメント性を向上させることのできる立体的二次元画像表示装置及び画像表示方法を得る。【解決手段】  二次元画像を表示する画像表示面を備えた表示部と、画像表示面から離間配置され画像表示面から出射した光を結像させることにより、表示部とは反対側に位置する空間２３内の結像面に二次元画像を立体的に表示するマイクロレンズアレイと、スイッチ手段２９と、前記スイッチ手段２９によって点灯される照明手段３１と、照明手段３１の点灯に応じて二次元画像を変化させて表示部に表示させる制御装置６１とを備えた。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元画像を表示する画像表示面を備えた表示部と、該画像表示面に離間配置されたマイクロレンズアレイとを有し、前記画像表示面から出射される光を前記マイクロレンズアレイの前記表示部とは反対側に位置する空間中の結像面に結像して立体的二次元画像を表示する画像表示部と、
スイッチ手段と、
前記スイッチ手段によって点灯される照明手段と、
前記照明手段の点灯に応じて前記二次元画像を変化させて前記表示部に表示させる制御装置とを備えたことを特徴とする立体的二次元画像表示装置。
【請求項２】
前記空間内に複数配置された前記照明手段と、
前記照明手段にそれぞれ対応して複数設けられ、該照明手段の点灯を制御する前記スイッチ手段とを備え、
前記スイッチ手段により切替わる前記照明手段の点灯に応じて前記二次元画像を変化させることを特徴とする請求項１記載の立体的二次元画像表示装置。
【請求項３】
前記照明手段は移動機構により移動可能に配置され、照明手段の移動位置に応じた位置情報を出力する位置情報出力手段と、
前記位置情報に応じて前記二次元画像を変化させる制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の立体的二次元画像表示装置。
【請求項４】
前記位置情報出力手段は前記位置情報を光学式エンコーダにより検出することを特徴とする請求項３記載の立体的二次元画像表示装置。
【請求項５】
二次元画像を表示する画像表示面を備えた表示部と、該画像表示面に離間配置されたマイクロレンズアレイとを有し、前記画像表示面から出射される光を前記マイクロレンスアレイの前記表示部とは反対側に位置する空間中の結像面に結像して立体的二次元画像を表示する画像表示部と、スイッチ手段と、前記スイッチ手段によって点灯される照明手段とを設置し、
前記スイッチ手段の操作によって点灯させた前記照明手段に応じ、明るさの表示を変えた前記２次元画像を前記表示部に表示させることを特徴とする画像表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次元画像を立体的に表示する立体的二次元画像表示装置及び画像表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、販促用ディスプレイ、ゲーム機器等では、視認性、アミューズメント性を向上させる目的で、画像情報を立体的に再現することが種々の方法により試みられている。一般的に人間が対象物を立体視する生理的要因の一つに両眼視差がある。この両眼視差による立体画像の再現法としては、目視者が偏光メガネをかけ、互いに異なった偏光状態に基づく左右の視差画像を目視する偏光方式があるが、目視者にとって偏光メガネの装着がわずらわしい欠点となる。
【０００３】
一方で、偏光メガネを用いない立体画像表示法としては、レンチキュラーレンズ法が存在する。これは一画面に複数画面を潜像させ、一定幅の半円柱型レンズを水平方向につなぎ合わせた透過スクリーンを通して当該複数画面を見ることで、立体表現や動画表現を可能とする手法である。すなわち、半円柱型レンズの１ピッチ間に対応させて、複数画像の各々を鉛直方向にストライプ状に分断した画像を規則的に配列して、当該画面を見る方向や距離により変化するレンズの焦点位置と、そこに配置した画像の見え方により立体視を実現する。具体的には、立体画像の再現としては目視者の両目に対応した左右２枚の視差画像から交互に配列されたストライプ画像を、レンチキュラーレンズを用いて目視者の両目に供給して立体像を認識させている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２２１６４４号公報公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したレンチキュラーレンズ法は、一画面に複数の画面を潜像させるため、撮像段階から目視者の両目に対応する視差画像を必要とし、この画像を供給するために多くの作業、例えばコンピュータ画像処理、レンチキュラーレンズ設計、レンズと画像との正確な組み合わせ作業が必要である。よって、レンチキュラーレンズを用いて立体的二次元画像を表示するディスプレイは高価になる傾向がある。
【０００６】
このような不具合を解消するものに、二次元画像をマイクロレンズアレイによって実像として結像させることで、簡単な構成で立体的二次元画像を表示する画像表示装置が提案されている。図１に示すように、この画像表示装置１は、立体像を含む二次元画像を平面状の画像表示面３ａに表示する表示部３と、画像表示面３ａに離間して配置され、複数のレンズからなりかつ二次元画像の中の立体像よりも広い有効面積を有するマイクロレンズアレイ５及びこのマイクロレンズアレイ５の有効領域を包囲するレンズ枠領域７からなり、表示部３とは反対側に位置する空間に二次元画像の実像Ｐの結像面９を生成して立体的二次元画像を表示する画像伝達パネル１１とからなる。この画像表示装置１によれば、非常に簡単な構成で、立体像を含む二次元画像を立体的に表示することが可能である。また、偏光メガネを必要とすることなく、立体画像の解像度を低下させることもない。
【０００７】
しかしながら、上記の画像表示装置１では、二次元画像が立体的に表示可能となることによって得られる効果が十分に引き出されていない。すなわち、立体的二次元画像の場合、平面画像と異なり、奥行き方向への視覚効果が高まるが、単に視覚的効果だけに満足すれば、十分な視認性、アミューズメント性を得ることができない。つまり、立体的二次元画像をより自然なものに知覚させる技術が必要となる。また、奥行き方向の視認が可能となることから、新たなマン・マシンインターフェースの実現も可能となる。
【０００８】
本発明が解決する課題としては、立体的二次元画像の場合、平面画像と異なり、奥行き方向に対する視覚効果は高まるが、単に視覚的効果だけに満足すれば、十分な視認性、アミューズメント性を得ることができていない等が挙げられる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を達成するための本発明に係る請求項１記載の立体的二次元画像表示装置は、二次元画像を表示する画像表示面を備えた表示部と、該画像表示面に離間配置されたマイクロレンズアレイとを有し、前記画像表示面から出射される光を前記マイクロレンズアレイの前記表示部とは反対側に位置する空間中の結像面に結像して立体的二次元画像を表示する画像表示部と、スイッチ手段と、前記スイッチ手段によって点灯される照明手段と、前記照明手段の点灯に応じて前記二次元画像を変化させて前記表示部に表示させる制御装置とを備えたことを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る立体的二次元画像表示装置の好適な実施の形態を図面を参照して説明する。
図２は本発明に係る立体的二次元画像表示装置の第１の実施の形態の概略構成図である。
【００１１】
この実施の形態による立体的二次元画像表示装置１００は、例えば、販促用ディスプレイ、ゲーム機器等に好適に用いることができる。立体的二次元画像表示装置１００は、ステージ２１上の空間２３を有し、この空間２３は例えば筺体２５によって形成される。なお、空間２３は、ステージ２１上に形成されるのみで、筺体２５を必ずしも必須要件としない。
【００１２】
図３は図２に示した立体的二次元画像表示装置に備えられる画像表示部を表した斜視図である。
筺体２５には画像表示部２７が設置される。画像表示部２７は、図中の中央に配置した一台のみであってもよく、図例のように複数台を所定角度で配置してもよい。複数の画像表示部２７を配置した場合、全ての画像表示部２７に同一画像を表示させれば、広範囲の一体的な視認可能領域を形成することができ、広範囲の方向から同一画像の視認が可能となる。一方、中央の画像表示部２７に正面視の二次元画像を表示させ、左右の画像表示部２７のそれぞれに、中央の画像表示部２７で表示した二次元画像の右側面視、左側面視の二次元画像を表示させれば、結像面に表示される二次元画像の正面及び両側面を広範囲の方向から視認可能とすることができる。
【００１３】
筺体２５の近傍には図２に示すスイッチ手段２９が設置され、スイッチ手段２９は手指によって押下されるスイッチボタン２９ａを有している。空間２３内には例えば筺体２５に支持固定された照明手段であるスポットライト３１が設けられている。このスポットライト３１は、後述する制御装置によって点灯・消灯制御される。
【００１４】
図４は図３に示した画像表示部２７の断面図である。
画像表示部２７は、表示部３３と、画像伝達パネル３５とに大別して構成される。表示部３３は、例えばカラー液晶表示装置（ＬＣＤ）３７を主要部材として備える。ＬＣＤ３７は、立体像を含む二次元画像を表示する平面状の画像表示面３７ａを有する。ＬＣＤ３７は、画像表示面３７ａのフラットなカラー液晶パネル３９、バックライト照明部４１及びカラー液晶駆動回路４３を備えている。表示部３３には、ＬＣＤ３７に代えて、例えば、陰極線管、プラズマディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイなどが用いられても良い。
【００１５】
ＬＣＤ３７の周縁には支持部材４５が固定され、支持部材４５は画像伝達パネル３５を支持している。画像伝達パネル３５は、マイクロレンズアレイ４７と、マイクロレンズアレイ４７の有効領域を囲むレンズ枠体４９からなる。支持部材４５は、レンズ枠体４９を支持し、画像伝達パネル３５をカラー液晶パネル３９の画像表示面３７ａに対して離間配置している。
【００１６】
マイクロレンズアレイ４７の有効面積は、カラー液晶パネル３９の画像表示面３７ａの面積と同一とされている。レンズ枠体４９は、黒色などの暗色を呈し、マイクロレンズアレイ４７の存在を目視者が意識する度合を抑制している。
【００１７】
図５は図４に示したマイクロレンズアレイの部分断面図である。
マイクロレンズアレイ４７は、二次元的に配置した複数の微小レンズから構成されている。マイクロレンズアレイ４７は、レンズアレイ半体５１を２枚一組で一体化したマイクロ凸レンズ板である。マイクロ凸レンズ板では、各光軸が同軸に配置された１対の凸レンズからなるレンズ系の複数が、それら光軸が互いに平行となるように、二次元状に配列されている。
【００１８】
図５の右側のレンズアレイ半体５１の右側面に形成された凸レンズ５３は、他の凸レンズ５５に対してその曲率が大きく形成されており、同図右側のレンズアレイ半体５１の像側焦点（結像面５７）とレンズ面との距離Ｌ２は、同図左側のレンズアレイ半体５１のカラー液晶パネル３９とレンズ面との距離Ｌ１より長い。これにより、結像面５７は、画像伝達パネル３５より十分離間され、かつ画像表示部２７の奥行きもコンパクトとなっている。
【００１９】
マイクロレンズアレイ４７は、表示部３３の前面に対して平行に、略凸レンズ５５の焦点距離Ｌ１だけ離れた位置に配置されると、表示部３３と反対側の焦点距離Ｌ２だけ離れる結像面５７に、表示部３３上に表示された画像を投影する。この投影された画像は二次元画像であるが、その画像が奥行き感を持つもの（立体的）である場合、空間上に浮いて表示されていることから、ユーザーからはあたかも立体画像が映し出されているように見える。以下、結像面５７に表示される二次元画像を立体的二次元画像Ｐと称す。
【００２０】
なお、表示部３３に表示された二次元画像は、一方のレンズアレイ半体５１を通過する際に一旦逆さに反転されるが、再び他方のレンズアレイ半体５１を通過することで再び反転される。これにより、画像伝達パネル３５は、表示部３３に表示された二次元画像を結像面５７上に正立の立体的二次元画像として表示することができる。
【００２１】
図２に示すように、立体的二次元画像表示装置１００には制御装置６１が備えられている。制御装置６１にはスイッチ手段２９のスイッチ駆動部２９ｂが接続され、スイッチ駆動部２９ｂはスイッチ手段２９の押下操作を操作信号に変換して制御装置６１へと送出する。また、制御装置６１にはライト駆動部３１ａを介してスポットライト３１が接続され、ライト駆動部３１ａは制御装置６１からの点灯・消灯信号を受けてスポットライト３１の点灯・消灯を制御する。制御装置６１は、スイッチ駆動部２９ｂから入力された操作信号に応じて点灯・消灯信号をライト駆動部３１ａへと送出する。
【００２２】
また、制御装置６１には映像信号供給部６３が接続され、映像信号供給部６３は立体像を含む二次元画像のための映像信号を制御装置６１へと供給する。さらに、制御装置６１にはカラー液晶駆動回路４３を介してＬＣＤ３７が接続され、カラー液晶駆動回路４３は制御装置６１から送出される二次元画像のための映像信号に基づきＬＣＤ３７へ表示駆動信号を出力する。この際、制御装置６１は、スイッチ駆動部２９ｂからの操作信号を受け取ると、映像信号供給部６３から供給される映像信号を、スポットライト３１によってライティング（明るさの表示）を変えた変換映像信号としてカラー液晶駆動回路４３へ出力する。
【００２３】
次に、上記の実施の形態による立体的二次元画像表示装置の動作を説明する。
立体的二次元画像表示装置１００が表示駆動されると、レンズ枠体４９が黒色を呈するので、目視側から支持部材４５を隠すことができる。画像表示部２７の画像表示面３７ａに二次元画像が形成されている時、それが像側焦点面に結像され、略光軸方向から立体的二次元画像Ｐの実像の目視が可能になる。
【００２４】
表示すべき立体像を含む二次元画像において、輝度レベルや色レベルによって画像信号を切り分ける公知の画像信号処理方法により、背景などの立体像以外黒色などの暗い色の二次元画像とすれば、支持部材４５等が黒色を呈するので、目視者からは表示すべき実像だけが前方に浮き出、あたかも三次元画像であるかのように認識される。
【００２５】
立体的二次元画像Ｐが表示されている状態で、目視者がスイッチボタン２９ａを押下すると、スイッチ駆動部２９ｂから操作信号が制御装置６１に入力される。制御装置６１は、スイッチ駆動部２９ｂからの操作信号を受けると、映像信号供給部６３から供給される映像信号を、スポットライト３１によって明るさの表示を変えた変換映像信号としてカラー液晶駆動回路４３へ出力する。これにより、立体的二次元画像Ｐは、恰も実際のスポットライト３１によって照らされたように、所定部位が明るくかつ光を反射させて表示される。
【００２６】
したがって、このような画像表示方法によれば、ステージ２１上の空間２３に立体的二次元画像Ｐを表示した状態で、スイッチボタン２９ａが押下されると、スポットライト３１が点灯され、このスイッチ手段２９の操作によって点灯させたスポットライト３１に応じ、明るさの表示を変えた二次元画像を表示部３３に表示させ、立体的二次元画像Ｐの所定部位が明るくなるので、通常、明かりの照射によっては照らされることのない立体的二次元画像Ｐが実際に光が当たっているかのように明るく見える。この結果、常識に反した期待が現実となって、意外性と満足感が得られ、高いアミューズメント性を生じさせることができる。
【００２７】
また、上記の立体的二次元画像表示装置１００によれば、表示部３３に表示された二次元画像を立体的に表示するマイクロレンズアレイ４７と、スイッチ手段２９によって点灯されるスポットライト３１と、スポットライト３１の点灯に応じて立体的二次元画像をライティングして表示部３３に表示させる制御装置６１とを備えたので、結像面５７に表示された立体的二次元画像Ｐにスポットライト３１からの明かりを照射すると、制御装置６１によってその動作に連動して変化した二次元画像が表示部３３に表示され、結像面５７に明かりの照射された立体的二次元画像Ｐが表示される。この結果、実物のスポットライト３１の動作と連携させて立体的二次元画像Ｐを表示させることができ、視認性を向上させることができるとともに、実物と画像とが一体となる意外性を生じさせ、効果的なアミューズメント性を得ることができる。
【００２８】
また、実際の物体を実際の明かりでライティングしないので、スポットライト３１の実際の光とは無関係に、被照射部位の色彩、明度、範囲、反射量等を自在に設定することができる。さらに、立体的二次元画像Ｐの側面も明るく照らせるので、平面画像では不可能な立体画像側面の変化も視認可能となり、立体的二次元画像Ｐの特徴を活かしたマン・マシンインターフェースを提供することができる。
【００２９】
なお、上記の実施の形態では、マイクロレンズアレイ４７は、レンズアレイ半体５１を２枚一組で一体化したマイクロ凸レンズ板としたが、これに限るものではなく、１枚一組で構成したものであってもよい。ただし、このような場合には、表示部３３に表示される二次元画像が、既述したように、画像伝達パネル３５に反転表示されることになるので、制御装置６１は、予め、映像信号供給部６３から供給される映像信号を反転させて表示部３３に送出するとよい。
なお、マイクロ凸レンズが表示部３３の画像表示面３７ａに設けられた表示ピクセルの一つ一つに対応して割り当てられている場合には、二次元画像が画像伝達パネル３５に反転表示されることがないため、レンズアレイ半体５１を１枚一組だけ配置するようにしても問題はない。
【００３０】
次に、本発明に係る立体的二次元画像表示装置の第２の実施の形態を説明する。
図６は本発明に係る立体的二次元画像表示装置の第２の実施の形態の概略構成図、図７は異なる照明手段を点灯させた場合の動作説明図である。なお、以下の各実施の形態では、図２〜図５に示した部材と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略するものとする。
この実施の形態による立体的二次元画像表示装置２００は、空間２３内に複数（本実施の形態では３つ）配置されたライト７１と、ライト７１にそれぞれ対応して複数設けられ、ライト７１の点灯を制御するスイッチ手段７３とを備え、スイッチ手段７３により切替わるライト７１の点灯に応じて二次元画像の明るさの表示が制御装置７５によって変更されるようになっている。
【００３１】
例えばスイッチ手段７３の右端スイッチボタン７３ａが押下されると、右端のライト７１ａが点灯され、このライト７１ａによる照射角度でライティングされた状態に、右側面が明るくなった立体的二次元画像Ｐが表示される。一方、スイッチ手段７３の左端スイッチボタン７３ｃが押下されると、図７に示すように、左端のライト７１ｃが点灯され、このライト７１ｃによる照射角度でライティングされた状態に、左側面が明るくなった立体的二次元画像Ｐが表示される。
【００３２】
したがって、この立体的二次元画像表示装置２００によれば、複数のライト７１と、ライト７１の点灯を制御するスイッチ手段７３とを備え、スイッチ手段７３により切替わるライト７１の点灯に応じて二次元画像の明るさの表示を変化させるので、それぞれのライト７１に応じて立体的二次元画像Ｐを恰も実際の照明手段によってライティングしているように見せることができる。この結果、視認性、アミューズメント性を高めることができる。
【００３３】
次に、本発明に係る立体的二次元画像表示装置の第３の実施の形態を説明する。
図８は本発明に係る立体的二次元画像表示装置の第３の実施の形態の概略構成図である。
この実施の形態による立体的二次元画像表示装置３００は、空間２３内を移動機構８１により移動可能に配置されるライト７１と、このライト７１の位置情報を出力する図示略の位置情報出力手段と、ライト７１の位置情報に応じて二次元画像の明るさの表示を変化させる制御手段８３とを備えている。また、図示は省略するが、制御手段８３には映像信号供給部６３、カラー液晶駆動回路４３、ライト駆動部３１ａが接続されている。
【００３４】
移動機構８１としては、ライト７１の移動方向に延在させたラックと、このラックにスライド自在に取り付けられライト７１を保持するフレームと、このフレームに回転自在に設けられラックに噛合するピニオンとにより構成することができる。そして、ピニオンの回転はライト７１の位置情報として、位置情報出力手段となる光学式エンコーダによって検出さるようになっている。これにより、ライト７１の変位量は、パルス信号として検出される。このパルス信号を制御手段８３へ送出することで、制御手段８３にライト７１の位置を数値化して把握させることができ、ライト７１の位置と相対的に変化する二次元画像における被照射部位の特定及び変更が演算されるようになっている。
【００３５】
光学式エンコーダは、スリット列を設けた遮光板と、このスリット列に対向するようにして遮光板の両側もしくは一方側に配置された光センサとを具備する。光センサはフレーム側に固定されるのに対し、遮光板は被検出体であるピニオンに固定される。その結果、ピニオンの回転に従い、光センサは遮光板のスリット列によってその光軸の遮断・非遮断が交互に繰返され、それに応じたパルス列信号が発生される。このパルスの数によってフレームの移動量が検出される。なお、光センサを複数設ければ、各光センサの出力信号からパルス列の位相の差を検知することにより、フレームの移動方向も識別可能となる。
【００３６】
したがって、右端において点灯状態にあるライト７１が手指によって掴まれて左側へと移動されると、その移動位置が逐次位置情報出力手段によって検出され、その移動位置における位置情報に基づく照射角度でライティングされた状態の立体的二次元画像Ｐが表示されることになる。
【００３７】
なお、移動機構８１に設けられる位置情報出力手段としては、上記の光学式エンコーダ式以外に、例えばリニアエンコーダの検出結果をパルス幅カウントして変位量を検出するもの、偏光干渉法を用いたレーザ測長器等を用いてもよい。
【００３８】
この立体的二次元画像表示装置３００によれば、移動機構８１により移動可能に配置されるライト７１と、位置情報出力手段により得られるライト７１の位置情報から二次元画像の明るさの表示を変化させる制御手段８３とを備えたので、結像面５７に表示された立体的二次元画像Ｐに、ライト７１を移動させながら明かりを照射すると、制御手段８３によってその移動に連動して被照射部位の変化した二次元画像が表示部３３に表示され、ライト７１の位置に応じた立体的二次元画像Ｐが結像面５７に表示される。この結果、実物のライト７１の移動動作と連携させて立体的二次元画像Ｐを表示させることができ、視認性を向上させることができるとともに、実物と画像とが一体となる意外性を生じさせ、効果的なアミューズメント性を得ることができる。
【００３９】
なお、上記の実施の形態では、照明手段が実物である場合を例に説明したが、本発明に係る立体的二次元画像表示装置は、照明手段が結像面５７に表示される立体的二次元画像Ｐであってもよい。この場合、空間２３には照明手段を触ろうとする手の位置を検出するレーザ測長器等の位置検出センサを設ける。そして、この位置検出センサによって手の変位量を検出すれば、上記制御手段８３にその検出信号を送出することで、上記と同様の動作によって、その移動に連動して変化した二次元画像を表示部３３に表示させることができる。この場合、実際に可動する照明手段を空間２３内に設ける必要がないので、立体的二次元画像表示装置の構造を簡素にできる。
【００４０】
なお本実施例中で示した、表示部３３、結像面５７、マイクロレンズアレイ４７は互いに平行に設置されている必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】従来の画像表示装置の概略構成を表す斜視図である。
【図２】本発明に係る立体的二次元画像表示装置の第１の実施の形態の概略構成図である。
【図３】図２に示した立体的二次元画像表示装置に備えられる画像表示装置を表した斜視図である。
【図４】図３に示した画像表示装置の断面図である。
【図５】図４に示したマイクロレンズアレイの部分断面図である。
【図６】本発明に係る立体的二次元画像表示装置の第２の実施の形態の概略構成図である。
【図７】異なる照明手段を点灯させた場合の動作説明図である。
【図８】本発明に係る立体的二次元画像表示装置の第３の実施の形態の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４２】
２３  空間
２９、７３  スイッチ手段
３１  スポットライト（照明手段）
３３  表示部
３７ａ  画像表示面
４７  マイクロレンズアレイ
５７  結像面
６１、７５、８３  制御装置
７１  ライト（照明手段）
８１  移動機構
１００、２００、３００  立体的２次元画像表示装置
【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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