(57)【要約】【課題】光の損失がなるべく発生しないようにインテグレータを保持する保持部材と、かかる保持部材を備えた投写型表示装置を提供する。【解決手段】基部１１及び該基部１１から立ち上げられた一対の側部１２によって囲まれ、インテグレータ１００を収容可能な収容空間１３と、収容空間１３内に収容されたインテグレータ１００をその周面と基部１１および側部１２の内面との間に空隙が形成されように支持する支持部１４とを備えたホルダ本体１０と、ホルダ本体１０の端面に固定され、インテグレータ１００の入射面１０１または出射面１０２の一部と重複する一対の枠状プレート３０ａ、３０ｂとを有し、各プレート３０ａ、３０ｂには、入射面１０１または出射面１０２を露出させる開口部３１が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロッド型インテグレータの保持部材であって、
基部及び該基部から立ち上げられた一対の側部によって囲まれ、前記ロッド型インテグレータを収容可能な収容空間と、該収容空間内に収容された前記ロッド型インテグレータをその周面と前記基部および前記側部の内面との間に空隙が形成されように支持する支持部とを備えたホルダ本体と、
前記ホルダ本体の端面に固定され、前記収容空間内に収容された前記ロッド型インテグレータの入射面または出射面の一部と重複する一対のプレートと、を有し、
前記プレートには、前記ロッド型インテグレータの前記入射面または前記出射面を露出させる開口部が形成されていることを特徴とするロッド型インテグレータ保持部材。
【請求項２】
前記支持部が前記基部及び前記側部の内面よりも前記収容空間内に突出するように前記内面と一体成形されていることを特徴とする請求項１記載のロッド型インテグレータ保持部材。
【請求項３】
前記プレートは透光性を有し、かつ、前記開口部の周辺が前記入射面または前記出射面の角と重複する枠状に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のロッド型インテグレータ保持部材。
【請求項４】
前記収容空間内に収容された前記ロッド型インテグレータが前記一対のプレートの対向方向と交差する方向へ変位することを規制する規制部材を有し
前記規制部材は、前記ロッド型インテグレータが収容された前記収容空間を跨いで配置され、両端が前記ホルダ本体に固定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のロッド型インテグレータ保持部材。
【請求項５】
前記規制部材は、前記収容空間内に収容された前記ロッド型インテグレータの周面との対向面に形成された凸部を有し、該凸部を前記ロッド型インテグレータの周面に圧接させることによって、該ロッド型インテグレータの変位を規制することを特徴とする請求項４記載のロッド型インテグレータ保持部材。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のロッド型インテグレータ保持部材と、該ロッド型インテグレータ保持部材によって保持されたロッド型インテグレータとを有する投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射面から入射した光を面内反射させて出射面から出射するロッド型インテグレータに関するものであり、特に、ロッド型インテグレータの保持構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクタに代表される投写型表示装置では、インテグレータを用いて光源から発せられた光（照明光）の輝度分布の均一化を図ることが一般的である。特に、ＬＥＤや半導体レーザーなどの発光素子を光源とする場合には、照明光の輝度分布の均一化を図る必要性が高い。何故なら、発光素子には、通電または発光させるための電極やボンディングワイヤーの影に起因する輝度ムラが発生するからである。また、白色を得るためには赤、緑、青の三原色の発光素子が必要になるが、発光色が赤色の発光素子と、その他の色の発光素子とでは、発光材料や素子構造が異なるので、色合成を行った際に色ムラが発生するからである。
【０００３】
ここで、投写型表示装置に用いられるインテグレータには、ロッド型インテグレータ方式とフライアイインテグレータ方式とがある。前者は、ロッドの一方端面から入射した光をロッド内で面内反射させ、出射面で重畳させることによって、照明光の輝度分布を均一化する。かかるロッド型インテグレータ方式は、フライアイインテグレータ方式などの他の方式に比べて、小型化に対応しやすいといった利点を有し、発光素子を光源とする投写型表示装置に適している。
【０００４】
さらに、上記ロッドには、ガラスロッドなどの中実ロッドと、ミラーを貼り合わせてなる中空ロッドとがある。中空ロッドは、銀やアルミなどが蒸着されたミラーの反射面を用いて光を反射させるので、面内反射を繰り返す間に反射損失が発生する。一方、中実ロッドでは、面内反射がほぼ全反射となるので、中空ロッドに比べて反射損失が少ないという利点がある。
【０００５】
ロッド型インテグレータは、上記のような利点を有するが、その位置決めや固定に関しては次のような問題があった。即ち、ロッド型インテグレータは、内面の全反射を利用して輝度分布を均一化させるので、インテグレータの側面（周面）に何らかの部材が接触すると、光の一部が漏光し、利用効率が低下する。よって、インテグレータの位置決めや固定に当たっては、インテグレータと位置決め用の部材や固定用の部材との接触面積を可及的に小さくすることが望まれる。また、これら部材がインテグレータの入射面または出射面と重複すると、光が遮られ利用効率が低下する。
【０００６】
そこで、特許文献１には、筒状のカバー部材内にインテグレータ（中実ロッド）を収容すると共に、カバー部材の側面にロッドの断面方向に進退するねじを設け、該ねじの先端を中実ロッドの側面部分と点接触させることによって、中実ロッドを支持する技術が記載されている。また、同文献には、カバー部材に支持された中実ロッドの入射面や出射面の全面を透明部材で覆って、入射面や出射面への塵埃の付着を防止することも記載されている。
【０００７】
また、特許文献２には、ロッド型インテグレータの入射面および出射面に、これら端面よりも大きなガラスプレートを接合し、入射面や出射面から突出したガラスプレートの周辺部を保持構造体に保持させる技術が記載されている。
【特許文献１】特開２００１−２２８５４１号公報
【特許文献２】特開２００４−３５４９２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、インテグレータの入射面や出射面の全面を透明部材やガラスプレートで覆ってしまうと、光がこれら透明部材やガラスプレートを透過する際に損失が発生し、光の利用効率が低下する。
【０００９】
本発明は、光の損失がなるべく発生しないようにロッド型インテグレータを保持可能な保持部材と、かかる保持部材を備えた投写型表示装置とを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のロッド型インテグレータ保持部材は、ホルダ本体と一対のプレートとを有する。ホルダ本体は、基部及び該基部から立ち上げられた一対の側部によって囲まれ、ロッド型インテグレータを収容可能な収容空間と、該収容空間内に収容されたロッド型インテグレータをその周面と前記基部および前記側部の内面との間に空隙が形成されように支持する支持部とを備えている。各プレートは、ホルダ本体の端面に固定され、収容空間内に収容されたロッド型インテグレータの入射面または出射面の一部と重複する。さらに、各プレートには、ロッド型インテグレータの入射面または出射面を露出させる開口部が形成されている。
【００１１】
前記支持部は、前記基部及び前記側部の内面よりも前記収容空間内に突出するように前記内面と一体に成形することが望ましい。もっとも、ホルダ本体とは別体の部材を収容空間内の所定位置に配置することによって支持部を設けることもできる。
【００１２】
前記プレートは、透光性を有し、かつ、前記開口部の周辺がロッド型インテグレータの入射面または出射面の角と重複する枠状に形成されていることが望ましい。
【００１３】
本発明のロッド型インテグレータ保持部材は、前記収容空間内に収容されたロッド型インテグレータが一対のプレートの対向方向と交差する方向へ変位することを規制する規制部材をさらに有することが望ましい。この規制部材は、ロッド型インテグレータが収容された収容空間を跨いで配置され、両端が前記ホルダ本体に固定されていることがさらに望ましい。また、規制部材は、前記収容空間内に収容されたロッド型インテグレータの周面との対向面に形成された凸部を有し、該凸部をロッド型インテグレータの周面に圧接させることによって、該ロッド型インテグレータの変位を規制するものであることが望ましい。
【００１４】
本発明の投写型表示装置は、上記本発明のロッド型インテグレータ保持部材と、該ロッド型インテグレータ保持部材によって保持されたロッド型インテグレータとを有する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のロッド型インテグレータ保持部材では、ホルダ本体とロッド型インテグレータとが支持部のみによって接するので、漏光による利用効率の低下が可及的に低減される。また、インテグレータの入射面や出射面がプレートの開口部から露出しているので、光がロッド型インテグレータに直接入出射し、光損失が発生しない。総じて、本発明によれば、ロッド型インテグレータ保持部材によれば、光損失や利用効率低下を回避しつつ、ロッド型インテグレータを確実に保持することができる。
【００１６】
本発明の投写型表示装置は、上記効果を有するロッド型インテグレータ保持部材によって保持されたロッド型インテグレータを備えているので、光利用効率が高く、輝度ムラの少ない映像を表示可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明のロッド型インテグレータ保持部材（以下「保持部材」）の実施形態の一例について図１〜図４を参照しながら説明する。図１は、本例の保持部材の構造を示す分解斜視図、図２は、ロッド型インテグレータ（以下「インテグレータ」）が保持部材によって保持された状態を示す平面図である。また、図３（ａ）は、図２のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は同Ｂ−Ｂ断面図、（ｃ）は同Ｃ−Ｃ断面図である。図４は、インテグレータが保持部材によって保持された状態を示す端面拡大図である。まず、本例の保持部材が対象とするインテグレータについて概説し、次いで、本例の保持部材の構造について具体的に説明する。
【００１８】
図１に示すように、本例の保持部材１が対象とするインテグレータ１００は、長手方向一方の端面を入射面１０１、他方の端面を出射面１０２とする角柱状の中実ロッドであり、光学ガラスや透明性の高いアクリルなどの樹脂材料によって作られている。インテグレータ１００の長手方向両端面のうち、何れを入射面、何れを出射面とするかは任意に決定可能である。本例では、図１の紙面手前側の端面を入射面１０１、反対側の端面を出射面１０２としている。また、説明の便宜上、符号１０３で示す面を上面、符号１０４で示す面を下面、符号１０５で示す面を側面と定義する。
【００１９】
保持部材１は、インテグレータ１００を収容可能なホルダ本体１０と、ホルダ本体１０に収容されたインテグレータ１００を位置決めする枠状プレート３０ａ、３０ｂおよび規制部材４０とを有する。
【００２０】
ホルダ本体１０は、基部１１と、基部１１の幅方向両側から略垂直に立ち上げられた一対の側部１２とを有し、これらによって三方を囲まれた収容空間１３内にインテグレータ１００を収容可能である。基部１１及び側部１２の内面には、それら内面よりも一段高い支持部１４が一体成形されており、収容空間１３内に収容されたインテグレータ１００は、支持部１４の上に載置される。換言すれば、ホルダ本体１０の基部１１及び側部１２の内面と、該内面と対向するインテグレータ１００の周面とは接触することがなく、これらの間には空隙が存在している（図３（ａ）〜図３（ｃ）参照）。支持部１４についてさらに詳しく説明する。支持部１４は、収容空間１３の長手方向両端に一組ずつ形成されている。各支持部１４は、基部１１の内面と側部１２の内面とが交わる角に、これら内面に沿って形成されており、インテグレータ１００の側面１０５と下面１０４とが交わる角と係合可能である。尚、本例のホルダ本体１０は、マグネシウムやアルミニウムなどの金属材料によって形成されているが、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などの樹脂材料によって形成することもできる。
【００２１】
枠状プレート３０ａは、ホルダ本体１０の長手方向一端に形成されたフランジ１５に固定され、枠状プレート３０ｂは、他端に形成されたフランジ１５に固定される。これによって、収容空間１３に収容されたインテグレータ１００がその長手方向両側から枠状プレート３０ａ、３０ｂによって挟まれ、同方向への移動が規制される。図４を参照して枠状プレート３０ａ、３０ｂについてより具体的に説明する。枠状プレート３０ａ、３０ｂは、透光性の板材またはシート材を所定形状に打ち抜いて作られており、六角形の開口部３１を有する。そして、枠状プレート３０ａを一方のフランジ１５に固定すると、その開口部３１の周辺四ヶ所がインテグレータ１００の入射面１０１の四隅と重なる。また、枠状プレート３０ｂを他方のフランジ１５に固定すると、その開口部３１の周辺四ヶ所がインテグレータ１００の出射面１０２の四隅と重なる。以上によって、収容空間１３内に収容されたインテグレータ１００の長手方向への移動が規制され、該インテグレータ１００が位置決めされる。
【００２２】
上記の通り、枠状プレート３０ａ、３０ｂは透光性材料によって形成されている。従って、開口部３１の周辺がインテグレータ１００の入射面１０１や出射面１０２に重なっても枠状プレート３０ａ、３０ｂの影が生じることはなく、光損失も殆ど発生しない。もっとも、枠状プレート３０ａ、３０ｂは、インテグレータ１００の移動を規制可能な程度に入射面１０１や出射面１０２と重なれば十分であることは上記説明から明らかである。よって、光損失低減の観点からは、枠状プレート３０ａ、３０ｂと入射面１０１、１０２との重複面積を上記目的を達成可能な範囲内で最小化することが望ましい。また、枠状プレート３０ａ、３０ｂの開口部３１の形状が六角形に限定されてないことも上記説明から明らかである。要するに、開口部３１は、その周辺がインテグレータ１００の入射面１０１や出射面１０２の一部に重なる形状であればよい。
【００２３】
次に、枠状プレート３０ａ、３０ｂのホルダ本体１０への固定構造について具体的に説明する。図４に示すように、枠状プレート３０ａ、３０ｂには、ホルダ本体１０のフランジ１５に形成されているネジ孔１５ａ（図１）と連通する一対の通孔３２が形成されている。さらに、通孔３２の近傍には、フランジ１５に突設されている位置決め突起１５ｂ（図１）を嵌合可能な一対の位置決め孔３３が形成されている。よって、図１に示すように、位置決め突起１５ｂを対応する位置決め孔３３に嵌合させると共に、通孔３２に挿入したネジ１６をネジ孔１５ａに螺合させることによって、枠状プレート３０ａ、３０ｂをフランジ１５に固定可能である。再び図４を参照すると、一方（紙面左側）の位置決め孔３３は丸穴であるのに対し、他方（紙面右側）の位置決め孔３３は長孔であることがわかる。これは、一対の位置決め突起１５ｂ、１５ｂの間隔に多少のバラツキがあった場合にこれを吸収するためである。
【００２４】
再び図１を参照しつつ、規制部材４０について説明する。規制部材４０は、弾性を有する帯状の金属板であり、インテグレータ１００の上面１０３を跨ぐようにして配置され、その両端部は、ホルダ本体１０の側部外面に突設された固定部１７にネジ４１を用いて固定されている。よって、インテグレータ１００は、その上面１０３に規制部材４０の弾性力を受け、ホルダ本体１０の基部１１に向けて押圧される。この結果、インテグレータ１００は、その長手方向と交差する方向への移動が規制され、位置決めされる。もっとも、規制部材４０は、その全面がインテグレータ１００の上面１０３に接触しているのではない。具体的には、図３（ｂ）に示すように、規制部材４０には２つの凸部４２が形成されており、それら凸部４２の先端のみがインテグレータ１００の上面１０３に接触している。
【００２５】
図５は、本例の保持部材１によって保持されたインテグレータ１００を備えた投写型表示装置の一例を示す模式図である。尚、図５には、インテグレータ１００近傍の構造のみを図示し、その他の構造の図示は省略してある。この投写型表示装置は、光学ユニット２００と、保持部材１によって保持されたインテグレータ１００と、画像形成素子３００と、投写レンズ４００とを少なくとも備えている。
【００２６】
光学ユニット２００は、赤色光を発する光源（発光ダイオード２０１Ｒ）、緑色光を発する光源（発光ダイオード２０１Ｇ）および青色光を発する光源（発光ダイオード２０１Ｂ）と、これら光源から発せられた光の光路を統一するためのプリズム２０２とを有する。また、各発光ダイオード２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂとプリズム２０２との間には、各発光ダイオード２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂから発せられた光をプリズム２０２の所定の入射面に効率良く入射させるための集光レンズ２０３Ｒ、２０３Ｇ、２０３Ｂが配置されている。さらに、プリズム２０２の出射面の先には、コンデンサレンズ２０４が配置されている。尚、集光レンズ２０３Ｒ、２０３Ｇ、２０３Ｂやコンデンサレンズ２０４には、屈折率やアッベ数が管理されたガラスレンズの他、透明性の高いアクリルなどのプラスチックレンズが用いられる。
【００２７】
発光ダイオード２０１Ｇから発せられた緑色光は、集光レンズ２０３Ｇによって集光されてプリズム２０２に入射し、該プリズム２０２を透過してコンデンサレンズ２０４に入射する。発光ダイオードＢから発せられた青色光および発光ダイオード２０１Ｒから発せられた赤色光は、それぞれ集光レンズ２０３Ｂ、２０３Ｒによって集光されてプリズム２０２に入射し、該プリズム２０２に設けられた青色反射面、赤色反射面で反射されて、緑色光の光路と一致せられ、同プリズム２０２の出射面から出射する。尚、本例のプリズム２０２には、クロスダイクロイックプリズムが用いられているが、プリズムに代えてクロスダイクロイックミラーを用いてもよい。
【００２８】
上記のようにしてコンデンサレンズ２０４に入射した各色光は、コンデンサレンズ２０４によって集光されてインテグレータ１００の入射面１０１から該インテグレータ１００内に入射する。インテグレータ１００内に入射した色光は、該インテグレータ１００内を進行し、出射面１０２から出射して画像形成素子３００を照明する。従って、各発光ダイオード２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂを順次点灯させることによって、ＲＧＢの各色光によって画像形成素子３００が順次照明される。尚、インテグレータ１００内における光の振る舞いについては既述したとおりであるので、詳しい説明は省略する。また、コンデンサレンズ２０４とインテグレータ１００との間に、直線偏光の方向を統一するための偏光ビームスプリッタなどを配置することもできる。
【００２９】
本例では、画像形成素子３００にＦＳＣ（Field Sequential Color）方式の透過型液晶パネルが用いられている。画像形成素子３００は、各発光ダイオード２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂの点灯タイミングに合わせて、Ｒ色映像信号、Ｇ色映像信号、Ｂ色映像信号に従って入射光（照明光）を光変調する。画像形成素子３００によって光変調された光は、投写レンズ４００を介して不図示のスクリーン上に投写される。この結果、スクリーン上には、ＲＧＢの各色の映像が順次表示され、人間の眼には、残像現象によってカラーの映像として認識される。
【００３０】
ここで、インテグレータ１００の入射面１０１から入射した光は、該インテグレータ１００内で内面反射を繰り返しながら出射面１０２に向けて進行する。このとき、光の進行方向と直交するインテグレータ１００の周面には、ホルダ本体１０の支持部１４（図１）と規制部材４０の凸部４２（図３ｂ）しか接触していないので、全反射ロスは極めて少ない。また、コンデンサレンズ２０４から出射された光の殆どは、枠状プレート３０ａの開口部３１を通ってインテグレータ１００の入射面１０１に入射し、インテグレータ１００の出射面１０２から出射された光の殆どは、枠状プレート３０ｂの開口部３１を通って画像形成素子３００に照射される上に、枠状プレート３０ａ、３０ｂは透光性を有する。よって、光損失が極めて少ない。
【００３１】
加えて、インテグレータ１００の入射面１０１および出射面１０２には、枠状プレート３０ａ、３０ｂの一部が重なっているが、これら枠状プレート３０ａ、３０ｂは透光性を有するので、画像形成素子３００は、光束断面の四隅が切り取られていない光（光束断面が略長方形の光）によって照明される。この結果、輝度ムラの少ない良好な映像が得られる。ここで、インテグレータ１００の出射面１０２の大きさは、画像形成素子３００のサイズに対してある程度のマージンをとるのが一般的である。即ち、インテグレータ１００の出射面１０２は、画像形成素子３００よりも一回り大きな相似形とすることが一般的である。しかし、本例の保持部材１によって保持されたインテグレータ１００から出射される光は光束断面の四隅が切り取られていない略長方形の光となることは既述のとおりである。よって、上記マージンを少なくすることが可能となる。このことは、インテグレータ１００の断面積を縮小可能であることを意味すると共に、画像形成素子３００に照射されることなく無駄になる光の量を低減可能であることを意味する。
【００３２】
さらに、インテグレータ１００の出射面１０２側に配置される枠状プレート３０ｂの厚みを薄くすることによって、出射面１０２と画像形成素子３００との間の距離を短縮し、照明光の拡散を抑制することもできる。また、インテグレータ１００に冷却風を供給する冷却手段を設けることもできる。この場合、インテグレータ１００の入射面１０１や出射面１０２は、枠状プレート３０ａ、３０ｂの開口部３１を介して露出しているので、これら入射面１０１や出射面１０２に冷却風を直接当てて、効率的な冷却を実現することもできる。さらに、入射面や出射面に冷却風を直接当てると、入射面や出射面に塵埃が付着することを防止する効果も得られる。
【００３３】
図６は、本例の保持部材１によって保持されたインテグレータ１００を備えた投写型表示装置の構造の他例を示す模式図である。この投写型表示装置は、光学ユニット２００の光源に、赤、緑、青の３色の発光素子が搭載されたマルチチップモジュールが用いられている。この結果、図５に示すプリズム２０２や各色毎に用意されていた集光レンズ２０３Ｒ、２０３Ｇ、２０３Ｂが不要となり、光学ユニット２００が小型化されている。尚、図５に示す構成要素と共通する要素には、同一の符号を付してある。
【００３４】
本明細書では、投写型表示装置の光源が発光素子である場合を例に採って本発明の実施形態の一例について説明した。しかし、光源は、発光素子に限られるものではなく、超高圧水銀ランプやキセノンランプなどの放電ランプであってもよい。もっとも、発光素子は投写型表示装置の新たな光源として注目されており、特に、小型の投写型表示装置の光源として注目されている。その理由は、発光素子から発せられる光には熱線や紫外線が含まれていないので、光源冷却の手段を必要とせず、また、点灯制御が容易であるため制御回路規模を小さくすることができるからである。ここで、発光素子は、上記放電ランプに比べて発光量が少ないので、光損失の発生を可及的に抑制し、光の有効利用を図る必要性が高い。よって、損失が少ない本発明のロッド型インテグレータ保持部材は、発光素子を光源とする投写型表示装置との組み合わせに特に適している。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明のロッド型インテグレータ保持部材の構造を示し分解斜視図である。
【図２】インテグレータが本発明の保持部材によって保持された状態を示す平面図である。
【図３】（ａ）は図２のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は同Ｂ−Ｂ断面図、（ｃ）は同Ｃ−Ｃ断面図である。
【図４】インテグレータが本発明の保持部材に保持された状態を示す端面拡大図である。
【図５】本発明の保持部材を備えた投写型表示装置の一例を示す模式図である。
【図６】本発明の保持部材を備えた投写型表示装置の他例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  保持部材
１０  ホルダ本体
１１  基部
１２  側部
１３  収容空間
１４  支持部
３０ａ、３０ｂ  枠状プレート
３１  開口部
４０  規制部材
４２  凸部
１００  インテグレータ
１０１  入射面
１０２  出射面
２００  光学ユニット
２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂ  発光ダイオード
２０２  プリズム
２０３Ｒ、２０３Ｇ、２０３Ｂ  集光レンズ
２０４  コンデンサレンズ
３００  画像形成素子
４００  投写レンズ
【図１】
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【図２】
2007298600.tif 000004
【図３】
2007298600.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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