(57)【要約】      （修正有）【課題】圧電素子アクチュエータを用いた電動のレジストレーション調整機構で、装置の大型化を抑制しつつ、所望の精度と調整量を提供する。【解決手段】3原色の光をそれぞれを変調する光変調素子１３，１４，１５と、光変調素子１３，１４，１５により出力されたそれぞれの光を合成するプリズムと、光変調素子１３，１４，１５とプリズムの間に配置される透明板状部材とを備え、角度調整機構は、固定部材と、固定部材に傾動可能に支持される第1の傾動部材と、第1の傾動部材に支持される第２の傾動部材と、固定部材に取り付けられる第1のアクチュエータと、固定部材に取り付けられ、第1のアクチュエータの変位を拡大して第1の傾動部材に伝える第１の変位拡大部材と、第1の傾動部材に取り付けられる第2のアクチュエータと、第1の傾動部材に取り付けられ、第２のアクチュエータの変位を拡大して第2の傾動部材に伝える第２の変位拡大部材とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
3原色の光(R・G・B)をそれぞれを変調する光変調素子と、 
該光変調素子により出力されたのR・G・Bの光を合成するプリズムと 
前記光変調素子と前記プリズムの間に配置される透明板状部材と、
前記透明板状部材を角度調整する角度調整機構を備え、
前記角度調整機構は、
固定部材と、
第1の回転軸を有し、該固定部材に対して傾動可能に支持される第1の傾動部材と、
前記固定部材に取り付けられ、印加電圧に応じた変位を出力する第1の圧電素子アクチュエータと
前記固定部材に取り付けられ、前記第1の圧電素子アクチュエータの変位を、光軸と平行な方向に拡大するとともに、拡大された変位を前記第1の傾動部材に伝える第1の変位拡大部材とを備え
前記第1の変位拡大部材は前記第1の圧電素子アクチュエータと接触する第1の接触部と、第2の回転軸と、前記第1の傾動部材との接触部である第2の接触部を有し、
前記第1の開口の辺の長さa1、前記第2の接触部から前記第1の回転軸までの距離l1の関係が
l1 ＜ a1 ／ 2
を満足することを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項２】
前記角度調整機構は
固定部材と、
前記第1の回転軸と垂直な第2の回転軸を有し、前記板状透明部材を保持し、前記第1の傾動部材に対して傾動可能に支持される第２の傾動部材と、
前記第１の傾動部材に取り付けられ、印加電圧に応じた変位を出力する第２の圧電素子アクチュエータと 
前記第1の傾動部材に取り付けられ、前記第2の圧電素子アクチュエータの変位を、光軸と平行な方向に拡大するとともに、拡大された変位を前記第2の傾動部材に伝える第2の変位拡大部材とを備え、
前記第2の変位拡大部材は前記第2の圧電素子アクチュエータと接触する第3の接触部と、第2の回転軸と、前記第1の傾動部材との接触部である第4の接触部を有し、
前記第1の開口の辺の長さa2、前記第2の接触部から前記第1の回転支点までの距離l2の関係が  
l2 ＜ a2 ／ 2
を満足することを特徴とする請求項１に記載の投射型画像表示装置。
【請求項３】
前記投射型画像表示装置において、前記角度調整機構を、前記光変調素子のうち少なくとも２つに対応する透明板状部材に対して設けたことを特徴とする請求項１に記載の投射画像表示装置。
【請求項４】
前記投射型画像表示装置において、前記透明板状部材は1/4波長板であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の投射型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射型画像表示装置に関し、特に製品状態でレジストレーション調整の機能を備える投射型画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
3原色(R・G・B)それぞれの光に対応した液晶パネルを有するプロジェクタにおいて、3原色の液晶パネルの位置合わせを正確に行わないと、レジストレーションずれが発生する。近年、液晶パネルの高画素化、低コスト化に伴い、液晶パネルの画素ピッチは微細化している。たとえば0.7インチの液晶パネルにおいて、WUXGAの映像フォーマットを表示可能とすると、1画素間のピッチは8μmとなる。そのため、3色の液晶パネルの位置合わせには高い精度を要する。
【０００３】
さらに、製造工程で正確に位置合わせを行ったとしても、出荷時の温度変化や、持ち運びの際の落下によっては液晶パネルの位置ずれが生じる可能性がある。したがって、ユーザが容易に再調整を行うためにも、製品状態で電動で調整を行えることが必要である。従来、映像信号をシフトさせることで、製品状態でレジストレーション調整する方法があった。しかし映像信号を電気的にずらすため、1画素未満の調整は不可能であった。
【０００４】
一方、特許文献１では、3原色の液晶パネルそれぞれに近接する位置に設けた板状透明部材を、傾動させることで1画素未満のレジストレーション調整を行う機構が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２０２４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の特許文献１に開示された角度調整機構では以下のような問題があった。図7のような角度調整機構では、バネ性部材３２の弾性変形により透明板状部材２２を傾動させているため、その回転支点は1つに定まらない。したがって角度調整機構を電動で駆動した場合、アクチュエータへの入力に対してリニアな出力が得られない。そのためユーザが意図した調整量と、実際の調整量に乖離が生じ、使用感がよくない。
【０００７】
また、スクリュー33をモータで駆動した場合には、スクリュー33とねじ孔34とのバックラッシにより、さらなるリニアリティの低下を招く。一方、スクリュー33の代わりに圧電素子アクチュエータを用いた場合には、透明板状部材とアクチュエータとの間にバックラッシがなく構成できるものの、その具体的な構成について記載されていない。
【０００８】
本発明者らは、圧電素子アクチュエータを用いた角度調整機構について検討を行った結果、次の課題を見出した。板状透明部材の厚みをt[mm]、屈折率をn、角度をθ[deg]とすると、光線のずれ量δ[mm]は、図8に示すように、屈折の法則により
δ  ≒  (1-1/n)  ×  t  ×  θ  × π/ 180
で与えられる。
【０００９】
1画素単位でのレジストレーション調整は、従来技術により可能であることを考慮すると、1画素未満の調整においては、最大で1画素程度の調整量が求められるが、ＷＵＸＧＡの映像フォーマットが表示可能な0.7インチの液晶パネルの場合、例えば、t＝1.2mm、n＝1.5としたとき、1画素調整するためには、板状透明部材の傾動角度は1.2[deg]程度必要となる。一方、圧電素子アクチュエータの変位量は数μm〜数十μmと小さい。そのため、このような傾動角度を実現するためには、圧電素子アクチュエータの変位を拡大する必要がある。
【００１０】
圧電素子アクチュエータの変位を拡大する技術として、図9のように、てこを用いた変位拡大機構が一般的である。てこによる変位拡大機構の拡大倍率は、てこの短辺の長さをL1、長辺の長さをL2、板状透明部材の回転支点から、てこの作用点までの距離をL3とすると、透明板状部材の傾動角θは
θ  ≒  L2/(L1×L3)
で表される。
【００１１】
したがって、大きな傾動を得るためにはL1、L3を小さくし、L2を大きくする必要がある。L1はアクチュエータの寸法によって制限されるため、著しく小さくすることはできない。また、透明板状部材を2軸方向にそれぞれ独立して傾動させるには、透明板状部材２２の光軸に垂直な面内における2つの中心線Ｘ、Ｙのうち、いずれか一方の中心線上にてこの作用点を配置する必要がある。
【００１２】
また、てこは、パネルから反射された光束が通過する領域αの外側に配置する必要がある。したがって、てこの作用点を配置し得る範囲は中心軸線上のβの範囲となる。したがってL3を小さくすることができない。またL2を大きくするとてこが大型化する。プロジェクタにおいては、大型のてこを配置するためには、大幅にスペースを追加する必要がある。
【００１３】
本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、アクチュエータへの入力に対してリニアな出力が得られ、かつ著しく大きなスペースを追加することなく、所望の調整範囲でレジストレーション調整が可能なプロジェクタ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】
【００１４】
上記の目的を達成するために、本発明に係る投射型画像表示装置は、
3原色の画像を変調する光変調素子と、
該光変調素子により出力された3原色の光を合成するプリズムと、
前記光変調素子と前記プリズムの間に配置される透明板状部材と、
前記透明板状部材を角度調整する角度調整機構を備え、
前記角度調整機構は、
固定部材と、
該固定部材に対して、第1の回転軸まわりに傾動可能な第1の傾動部材と、
前記板状透明部材を保持し、前記第1の傾動部材に対して、前記第1軸線と垂直な第2の回転軸まわりに傾動可能な第２の傾動部材と、
前記固定部材に取り付けられ、印加電圧に応じた変位を出力する第1のアクチュエータと
前記第１の傾動部材に取り付けられ、印加電圧に応じた変位を出力する第２のアクチュエータと 
前記固定部材に取り付けられ、前記第1のアクチュエータの変位を、光軸と略平行な方向に拡大するとともに、拡大された変位を前記第1の傾動部材に伝える第1の変位拡大部材と
前記第1の傾動部材に取り付けられ、前記第2のアクチュエータの変位を、光軸と略平行な方向に拡大するとともに、拡大された変位を前記第2の傾動部材に伝える第2の変位拡大部材とを備え、
前記第1の変位拡大部材は前記第1のアクチュエータと接触する第1の接触部と、第2の回転支点と、前記第1の傾動部材との接触部である第2の接触部を有し、
前記第1の開口の辺の長さa1、前記第2の接触部から前記第1の回転軸までの距離L1の関係が
L1 ＜ a1 ／ 2
を満足し
前記第2の変位拡大部材は前記第2のアクチュエータと接触する第3の接触部と、第2の回転軸と、前記第1の傾動部材との接触部である第4の接触部を有し、
前記第1の開口の辺の長さa2、前記第2の接触部から前記第1の回転支点までの距離L2の関係が  
L2 ＜ a2 ／ 2
を満足することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る投射型画像表示装置によれば、それぞれ独立して傾動する2つの傾動部材によって透明板状部材を2軸方向に傾動させる構成とすることで、変位拡大部材の作用点から傾動部材の回転軸までの距離l1及びl2の値を、開口の辺の長さaによる制限を受けることなく小さくすることができる。
【００１６】
つまり、てこの大型化を抑制しつつ大きな角度調整量が得られる。また2つの傾動部材の回転支点は、回転軸によって1つに定まる。さらに圧電素子アクチュエータを用いて、アクチュエータと傾動部材との間にバックラッシがなく構成することで、アクチュエータへの入力に対してリニアな出力が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明における実施例１に係る投射型画像表示装置の光学ユニットの概略平面図
【図２】本発明における実施例に係る角度調整機構の分解斜視図
【図３】本発明における実施例に係る角度調整機構の平面図
【図４】図４に示すA-A線断面図
【図５】図４に示すB-B線断面図
【図６】本発明における実施例に係る投射型画像表示装置の液晶パネルと角度調整機構の概略構成を示す斜視図
【図７】従来のレジストレーション調整機構の一例を示す斜視図
【図８】透明板状部材の傾動による光線の位置合わせの原理を示す平面図
【図９】てこと圧電素子を用いた一般的な変位拡大機構の平面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係る光学ユニットの概略平面図である。
【００１９】
以下、図１を参照して、本発明の第１の実施例による、投射型画像表示装置の光学系について説明する。
【００２０】
１は連続スペクトルで白色光を発光する光源で、主に超高圧水銀ランプなどが用いられる。３は矩形のレンズをマトリックス状に配置した第１のフライアイレンズで、４は第１のフライアイレンズ個々のレンズに対応したレンズを有する第２のフライアイレンズである。５は無偏光光を所定の偏光方向を有する光に揃える偏光変換素子である。６は第１のコンデンサーレンズである。７は光束を略直角に曲げる反射ミラーである。８は第２のコンデンサーレンズである。１０はＲ（赤），Ｂ（青）光を反射し、Ｇ（緑）光を透過するダイクロイックミラーである。
【００２１】
１１はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射するＧ用偏光ビームスプリッタである。１２はＲＢ用偏光ビームスプリッタで、Ｓ偏光のままのＲ光を反射し、Ｐ偏光に変換されたＢ光を通過させる事により色分離を行う。１３はＧ色用の反射型液晶パネルで、１４、１５は同様にＲ用、Ｂ用の反射型液晶パネルである。１６，１７，１８はそれぞれ、赤用の１／４波長板、緑用の１／４波長板、青用の１／４波長板である１９はＲ，Ｇ，Ｂ光を合成するための合成用偏光ビームスプリッタである。合成用偏光ビームスプリッタ１９は、ダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムに代用可能なものである。
【００２２】
２０は合成用偏光ビームスプリッタ１９により合成された光を、不図示のスクリーン等の被投射面に拡大投射するための投射レンズである。光源１から射出された光は、反射型液晶パネル１３、１４、１５に導かれ、不図示のスクリーンに投射されるものである。本実施例では１／４波長板１６〜１８全てに対して調整機構を設けているが、いずれか２つまたは１つの１／４波長板のみに調整機構を設けてもよい。また、板状透明部材として、1／４波長板を用いているが、新たに平行平板を設けてもよい。１／４波長板１６〜１８には、以下に説明するような角度調整機構１００が設けられている。
【００２３】
図２を用いて、１／４波長板の角度調整機構の構成の一例を説明する。図２及び図３は角度調整機構の分解斜視図である。
図２に示すように、角度調整機構は、不図示のプロジェクタ内の光学ベース等に固定された固定部材101と、固定部材101に対してX軸周りに傾動可能なX軸傾動部材102と、X軸傾動部材102に対してY軸周りに傾動可能なY軸傾動部材103を備える。また角度調整機構は、固定部材101に対してX軸に平行な軸線まわりに傾動可能な変位拡大部材104Xと、傾動部材102に対してY軸に平行な軸線まわりに傾動可能な変位拡大部材104Yとを更に備える。
【００２４】
また、角度調整機構は、固定部材に取り付けられ、Z軸に垂直な面内に配置され、Y軸方向に伸びる圧電素子アクチュエータ105Yと、X軸傾動部材102に取り付けられ、Z軸に垂直な面内に配置されX軸方向に伸びる圧電素子アクチュエータ105Xを更に備える。また、角度調整機構は、固定部材に取り付けられ、X軸傾動部材102をX軸まわりに正の方向に付勢するバネ性部材106Xと、X軸傾動部材102に取り付けられ、Y軸傾動部材103をY軸まわりに正の方向に付勢するバネ性部材106Yとを更に備えて概略構成されている。
【００２５】
固定部材101には、V溝101aが形成されており、バネ性部材107Xによって、X軸傾動部材102の回転軸102cはV溝101aにガタなく当接される。これによりX軸傾動部材102は、固定部材101に対して回転摺動可能に支持される。
【００２６】
また、固定部材101には取り付け部101dが設けられており、圧電素子アクチュエータ105Yの一端が接着される。また固定部材101には矩形溝101bが形成されており、バネ性部材108Xによって、変位拡大部材104Xの回転軸104aが、矩形溝101bのZ軸に垂直な面に当接される。また、バネ性部材106Xは、図４に示すように、一端が固定部材101に固定され、他端がX軸傾動部材102に当接させる。バネ性部材は、圧電素子アクチュエータが最も収縮した状態でも、X軸傾動部材102に−Z方向の弾性力が働くようとり付けることで、Ｘ軸傾動部材102はＸ軸まわりに+側に回転する方向へ付勢される。
【００２７】
そしてこの付勢力により、X軸傾動部材102が、変位拡大部材104Ｘの第2の接触部104cに当接する。これにより、変位拡大部材104Ｘは回転軸104ａの中心軸線まわりに−側に回転する方向に付勢される。さらにこの付勢力により、変位拡大部材104Ｘの第1の接触部104bが、圧電素子アクチュエータ105Ｘの端面のうち、固定部材に接着されていない一端に当接される。これにより、変位拡大部材104Ｘには圧電素子アクチュエータからの反力が＋Y方向に加わり、回転軸104aは、固定部材の矩形溝101bのXZ平面に平行な面に当接される。これにより変位拡大部材104は、ガタなく固定部材101に対して回転摺動可能に支持される。X軸傾動部材の傾動によって、投影画面のX軸方向のレジストレーション調整が可能になる。
【００２８】
また、Ｘ軸傾動部材102には、V溝102aが形成されており、バネ性部材107Ｙによって、Ｙ軸傾動部材103の回転軸103cはV溝102aにガタなく当接される。これによりY軸傾動部材103は、Ｘ軸傾動部材102に対して回転摺動可能に支持される。また、Ｘ軸傾動部材には102には、矩形溝102bが形成されており、バネ性部材108Yによって、変位拡大部材104Ｙの回転軸104aが、矩形溝102bのZ軸に垂直な面に当接される。また、Ｘ軸傾動部材102には取り付け部102dが設けられており、圧電素子アクチュエータ104Yの一端が接着される。
【００２９】
また、バネ性部材106Yは、図５に示すように、一端がX軸傾動部材102に固定され、他端がY軸傾動部材103に当接させる。バネ性部材106Yは、圧電素子アクチュエータ105Xが最も収縮した状態でも、Y軸傾動部材102に−Z方向の弾性力が働くようとり付けることで、Y軸傾動部材103はY軸まわりに＋側に回転する方向へ付勢される。そしてこの付勢力により、X軸傾動部材102が、変位拡大部材104Ｘの第2の接触部104cに当接する。これにより、変位拡大部材104Yは回転軸104ａの中心軸線まわりに−側に回転する方向に付勢される。
【００３０】
さらにこの付勢力により、変位拡大部材104Ｙの第1の接触部104bが、圧電素子アクチュエータ105Xの端面のうち、固定部材に接着されていない一端に当接される。これにより、変位拡大部材104Yには圧電素子アクチュエータ105Xからの反力が＋X方向に加わり、回転軸104aは、固定部材の矩形溝101bのYZ平面に平行な面に当接される。これにより変位拡大部材104Yは、ガタなくY軸傾動部材102に対して回転摺動可能に支持される。Y軸傾動部材の傾動によって、投影画面のY軸方向のレジストレーション調整が可能になる。
【００３１】
次に、圧電素子アクチュエータ105の変位に伴う変位拡大部材104の作用について説明する。
圧電素子アクチュエータ105Yに電圧が印加されY軸方向に変位すると、変位拡大部材104Yの第1の接触部104bが圧電素子アクチュエータにより押圧される。これに伴って変位拡大部材104Yはばね性部材106Yから、Y軸傾動部材103を介して受ける付勢力に打ち勝って、回転軸104aを中心に正の方向へ傾動する。そして変位拡大部材104Yが傾動すると、Y軸傾動部材102はばね性能部材106Yから受ける付勢力に打ち勝って、Y軸まわりに正の方向へ傾動する。
【００３２】
このように、バネ性部材106Yによって、Y軸傾動部材102及び変位拡大部材104Y、圧電素子アクチュエータ104Yの全伸縮範囲にわたって、ガタなく追従して傾動することになる。さらに、X軸傾動部材102、Y軸傾動部材103、変位拡大部材104X及び104Yは、それぞれ回転軸を有するため、回転支点が1つに定まる。したがって、アクチュエータの変位に対してリニアな出力が得られる。
【００３３】
さらに、2つの傾動部材がＸ軸まわりとＹ軸まわりにそれぞれ独立して傾動するよう構成されているため、1つの圧電素子アクチュエータの変位が、Ｘ軸まわり及びＹ軸まわりのうちいずれか一方のみの傾動に対応する。したがって、そのときの傾動が他方向の傾動に影響を与えることがない。そのため、変位拡大部材104Yの第2の接触部は、Y軸傾動部材上の、回転軸101aの中心軸線と重ならない任意の位置に当接させることができる。
【００３４】
換言すれば、回転軸104aから第1の接触部104bまでの距離をL1、回転軸104aから第2の接触部104bまでの距離をL2、第2の接触部104bから傾動部材の回転軸102aの中心軸線までの距離をL3、開口103eのX軸に平行な辺の長さaとしたとき、
a / 2 ＞  L3 
を満足するよう配置できる。
【００３５】
本実施例では、パネル13の外形寸法が28×51mmであり、L1=2.5mm、L3=2.5mm、圧電素子アクチュエータの長さ20mm、アクチュエータの最大変位が12μmの場合において、最大1画素程度のレジストレーション調整量を得ようとした場合、L2 = 15mm とすることができ、図6に示すように角度調整機構が光軸に垂直な面内において、パネル寸法から著しくはみ出すことなく構成できる。これにより、光軸に垂直なXY平面内に著しく大きなスペースを追加することなく構成できる。
【００３６】
また、変位拡大部材は、光軸方向からみて、偏光ビームスプリッタ11と重ならない位置に配置される。これにより、バックフォーカスが著しく増大することなく構成できるため、光学系の大型化を抑制できる。
【００３７】
なお、変位拡大部材104の作用に関して、圧電素子アクチュエータ105Xと、変位拡大部材104Yの回転軸104aと、第1の接触部104bと第2の接触部104cと、Y軸傾動部材102の回転軸cについて説明したが、圧電素子アクチュエータ105Yと、圧電素子アクチュ、変位拡大部材104Xの回転軸104aと、第1の接触部104bと第2の接触部104cと、X軸傾動部材102の回転軸102cについても、その回転軸線が異なること以外は同様であるため、詳しい説明は省略する。
【００３８】
本実施例では、X・Yの2軸のレジストレーション調整が可能な構成としたが、そのいずれか一方に対応する傾動部材のみで構成することもできる。また、本構成のパネルは透過型の液晶パネル、もしくは反射型のデジタルミラーデバイス(DMD素子)であっても同様の効果を奏するものである。
【符号の説明】
【００３９】
１  光源、２  照明光学系、３  第１フライアイレンズ、４  第２フライアイレンズ、
５  偏光変換素子、６  第１コンデンサーレンズ、７  反射ミラー、
８  第２コンデンサーレンズ、９  合成光学系、１０  ダイクロイックミラー、
１１  Ｇ用偏光ビームスプリッタ、１２  ＲＢ用偏光ビームスプリッタ、
１３  Ｇ用ライトバルブ、１４  Ｒ用ライトバルブ、１５  Ｂ用ライトバルブ、
１６  G用1/4波長板、１７  R用1/4波長板、１８  B用1/4波長板、
１９  合成用偏光ビームスプリッタ、２０  投射レンズ、２２  板状透明部材、
３１  枠状部材、３２  バネ性部材、３３  スクリュー、３４  ねじ孔、
４０  傾動部材、４１  てこ、４２  圧電素子アクチュエータ、
４０a   傾動部材回転支点、４１a   てこ回転支点、１０１  固定部材、
１０２  Ｘ軸傾動部材、１０３  Ｙ軸傾動部材、
１０４（１０４Ｘ、１０４Ｙ）  変位拡大部材、
１０５（１０５Ｘ、１０５Ｙ）  圧電素子アクチュエータ、
１０６（１０６Ｘ、１０６Ｙ）  バネ性部材、
１０７（１０７Ｘ、１０７Ｙ）  バネ性部材、
１０８（１０８Ｘ、１０７Ｙ）  バネ性部材、１０１ａ  Ｖ溝、１０１ｂ  矩形溝、
１０１ｄ  取り付け部、１０２ａ  Ｖ溝、１０２ｂ  矩径溝、１０２ｃ  回転軸、
１０２ｄ  取り付け部、１０２ｅ  開口、１０３ｃ  回転軸、１０３ｅ  開口、
１０４ａ  回転軸、１０４ｂ  第１接触部、１０４ｃ  第２接触部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2017083496.tif 000005
【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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