(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に異なる色の波長域の光を回折する２種以上の体積ホログラムからなる反射フィルター要素が周期的にアレー状に配置されてなる反射型ホログラムカラーフィルターの製造方法において、
入射光を波長に応じて角度分解すると共に分解された各波長の光を焦点面近傍に集光させるホログラムカラーフィルターの焦点面近傍に、体積ホログラム感光材料と、その裏面側に散乱体あるいは反射体とを配置し、前記ホログラムカラーフィルター側から少なくとも異なる２つの色の波長域の光を含む光を照射して、前記ホログラムカラーフィルターで分光集光され、前記体積ホログラム感光材料に入射する光と、前記体積ホログラム感光材料を透過し前記散乱体あるいは反射体で散乱あるいは反射された光とを前記体積ホログラム感光材料中で干渉させて一度に記録することを特徴とする反射型ホログラムカラーフィルターの製造方法。
【請求項２】
前記ホログラムカラーフィルターが、斜め入射の光を波長に応じて角度分散して集光する集光性ホログラムのアレーからなるホログラムカラーフィルターであることを特徴とする請求項１記載の反射型ホログラムカラーフィルターの製造方法。
【請求項３】
前記ホログラムカラーフィルターが、回折格子の作用をする一様な干渉縞からなるホログラムと、このホログラムの照明光入射側あるいは出射側に集光素子アレーを配置してなるホログラムカラーフィルターであることを特徴とする請求項１記載の反射型ホログラムカラーフィルターの製造方法。
【請求項４】
前記散乱体あるいは反射体として、散乱特性あるいは反射特性に指向性のあるものを用いることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の反射型ホログラムカラーフィルターの製造方法。
【請求項５】
前記体積ホログラム感光材料が、前記ホログラムカラーフィルターで分光集光された光がピントボケして広がる焦点外れの位置に配置されることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の反射型ホログラムカラーフィルターの製造方法。
【請求項６】
請求項１から５の何れか１項記載の反射型ホログラムカラーフィルターの製造方法によって作製されたことを特徴とする反射型ホログラムカラーフィルター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型ホログラムカラーフィルターの製造方法に関し、特に、開口率が高く簡単な工程で作製できる反射型ホログラムカラーフィルターの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、特開平６−２２２３６１号（特願平５−１２１７０号）、特開平６−３０８３３２号（特願平５−９７５１７号）、特開平７−９２３２７号（特願平５−２３４４９９号）等において、斜め入射の光を波長に応じて角度分散して集光する集光性ホログラムのアレーからなるホログラムカラーフィルターと、回折格子の作用をする一様な干渉縞からなるホログラムと、このホログラムの照明光入射側あるいは出射側にマイクロレンズアレー等の集光素子アレーを配置してなるホログラムカラーフィルターとを提案した。
【０００３】
これらホログラムカラーフィルターは、例えば透過型の液晶表示装置用の透過型のカラーフィルターである。
【０００４】
これに対して、反射型のホログラムカラーフィルターとその反射型ホログラムカラーフィルターを用いたカラー表示装置も特開平１０−４０７２６号（特願平８−１９７５７４号）、特開平１０−１１１５０１号（特願平８−２６４４３７号）等において提案している。
【０００５】
図３の模式的分解斜視図を参照にして、反射型ホログラムカラーフィルター１１を用いた反射型カラー表示装置の１例の構成を説明する。図３において、規則的に画素１５’に区切られた液晶表示素子、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）表示素子等からなる透過型空間光変調器１５の背面に、反射型ホログラムカラーフィルター１１が配置され、さらに、その反射型ホログラムカラーフィルター１１の背面に吸収層１７が配置されて構成されている。これら透過型空間光変調器１５、反射型ホログラムカラーフィルター１１及び吸収層１７は相互に近接するか一体に配置される。透過型空間光変調器１５の各画素１５’の間にはブラック・マトリックス１６が配置されている。また、透過型空間光変調器１５の隣接する３つの画素１５’は１つのカラー表示単位１８を構成しており、その中の画素Ｂは青色表示画素、画素Ｇは緑色表示画素、画素Ｒは赤色表示画素となっている。そして、透過型空間光変調器１５のこれら青色表示画素Ｂ、緑色表示画素Ｇ、赤色表示画素Ｒは、それぞれ反射型ホログラムカラーフィルター１１の青色反射フィルター要素１１Ｂ、緑色反射フィルター要素１１Ｇ、赤色反射フィルター要素１１Ｒに対応するように、反射型ホログラムカラーフィルター１１の要素配列が行われている。
【０００６】
このような構成であるので、透過型空間光変調器１５の表面側から入射する照明光あるいは環境光の中、所定の角度で入射する環境光１２は、透過型空間光変調器１５の各画素Ｂ、Ｇ、Ｒをそれらの状態に応じた強度変調を受けて透過する。この状態では、各画素Ｂ、Ｇ、Ｒにつき、環境光１２中の波長成分λB 、λG 、λR は同じ割合で強度変調を受けている。各画素Ｂ、Ｇ、Ｒを強度変調を受けて透過した光１２は、青を表示する画素Ｂについては、青色反射フィルター要素１１Ｂに入射し、その中の青色波長成分λB のみが選択的に所定方向へ反射回折され、再度青を表示する画素Ｂを同じ変調を受けて背面側から表面側へ透過し、青色画素表示光１９Ｂとなる。フィルター要素１１Ｂで回折されなかった波長成分λG 、λR は通過し、反射型ホログラムカラーフィルター１１の背面に配置された吸収層１７により吸収される。同様に、緑を表示する画素Ｇについては、その画素Ｇで強度変調を受けて透過した光１２は、緑色反射フィルター要素１１Ｇに入射し、その中の緑色波長成分λG のみが選択的に所定方向へ反射回折され、再度緑を表示する画素Ｇを同じ変調を受けて背面側から表面側へ透過し、青色画素表示光１９Ｂと略同じ方向に進む緑色画素表示光１９Ｇとなる。また、赤を表示する画素Ｒについては、その画素Ｒで強度変調を受けて透過した光１２は、赤色反射フィルター要素１１Ｒに入射し、その中の赤色波長成分λR のみが選択的に所定方向へ反射回折され、再度赤を表示する画素Ｒを同じ変調を受けて背面側から表面側へ透過し、青色画素表示光１９Ｂ及び緑色画素表示光１９Ｇと略同じ方向に進む赤色画素表示光１９Ｒとなる。
【０００７】
したがって、カラー表示単位１８中の画素Ｒ、Ｇ、Ｂの変調状態の組み合わせによって３つの表示光１９Ｂ、１９Ｇ、１９Ｒの加法混色により任意の色が任意の輝度で表示可能になり、２次元的に配置されたカラー表示単位１８の表示状態の組み合わせで表示光１９Ｂ、１９Ｇ、１９Ｒの方向から観察可能なカラー画像が表示できる。
【０００８】
図４は、図３のような反射型カラー表示装置に用いられる反射型ホログラムカラーフィルター１１の断面図であり、回折波長がそれぞれ青色領域、緑色領域、赤色領域にある３つの微小なホログラム１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒをアレー状に周期的に配置してなる複合反射ホログラムであり、所定方向から入射する照明光あるいは環境光１２は反射型ホログラムカラーフィルター１１により所定方向に反射回折光１３として反射回折されるが、反射型ホログラムカラーフィルター１１中の青色反射回折ホログラム要素１１Ｂはその方向に青色領域の波長λB のみを回折し、同様に、反射型ホログラムカラーフィルター１１中の緑色反射回折ホログラム要素１１Ｇはその方向に緑色領域の波長λG のみを、赤色反射回折ホログラム要素１１Ｒはその方向に赤色領域の波長λR のみを回折する。すなわち、反射型ホログラムカラーフィルター１１は、Ｒ、Ｇ、Ｂ三原色の反射フィルター要素１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂからなる反射型ホログラムカラーフィルターとしての作用を有している。
【０００９】
このような反射型ホログラムカラーフィルター１１の従来の製造方法としては、図５に示すようなマスク（開口板）を用いる方法（特開平１０−１１１５０１号）がある。すなわち、図５（ａ）に示すように、例えば、赤色領域内にある波長の参照光２２Ｒと照明光２３Ｒを用い、フォトポリマー等の体積ホログラム感材２０の背後に所定の距離離間して散乱板２１を配置し、かつ、ホログラム感材２０の露光域を赤色反射フィルター要素の位置Ｒに制限する開口板２５Ｒをホログラム感材２０の両側に配置して（図５では、片方の開口板２５Ｒのみを図示してある。以下、同様）、ホログラム感材２０の前面から所定の入射角で参照光２２Ｒを入射させ、一方同じ波長の照明光２３Ｒで散乱板２１を照明し、その散乱板２１からの散乱光２４Ｒをホログラム感材２０の背面から同時に入射させ、参照光２２Ｒと散乱光２４Ｒをホログラム感材２０中で干渉させて、その赤色反射フィルター要素の位置Ｒに赤色領域内にある波長の光のみを反射散乱回折する反射散乱ホログラムを記録する。同様に、図５（ｂ）に示すように、ホログラム感材２０の露光域を緑色反射フィルター要素Ｇの位置に制限する開口板２５Ｇをホログラム感材２０の両側に配置して、緑色領域内にある波長の参照光２２Ｇと照明光２３Ｇを用い、同様な配置で緑色反射フィルター要素の位置Ｇに緑色領域内にある波長の光のみを反射散乱回折する反射散乱ホログラムを記録する。同様の記録を青色反射フィルター要素の位置に青色領域内にある波長の光のみを反射散乱回折する反射散乱ホログラムを記録する。この３回の記録を行って図４に示すような反射型ホログラムカラーフィルター１１が得られる。
【００１０】
反射型ホログラムカラーフィルター１１の従来のもう１つの製造方法としては、図６に示すような吸収フィルターからなるＲＧＢカラーフィルターを用いる方法（特開平１１−３３８３３８号）がある。赤色波長域の光（波長λR ）が透過する赤色透過フィルター要素２６Ｒ、緑色波長域の光（波長λG ）が透過する緑色透過フィルター要素２６Ｇ、青色波長域の光（波長λB ）が透過する青色透過フィルター要素２６Ｂの集合からなるＲＧＢカラーフィルター２６を用意し、そのＲＧＢカラーフィルター２６の下にフォトポリマー等の体積ホログラム感材２０を、さらにその体積ホログラム感材２０の下に紙、反射型ホログラム等の白色板あるいは平面鏡２７を重ね合わせ、相互に密着させる。そして、ＲＧＢカラーフィルター２６側から波長λR 、λG 、λB の可干渉光を含む照明光２８を入射させると、ＲＧＢカラーフィルター２６の赤色透過フィルター要素２６Ｒを透過する光は波長λR の光であり、その透過光は体積ホログラム感材２０の領域Ｒを通って裏面の白色板あるいは平面鏡２７に入射し、そこで散乱あるいは反射された光２９Ｒも波長λR の光であり、領域Ｒに入射した波長λR の光と散乱あるいは反射された波長λR の光２９Ｒは相互に干渉してその領域Ｒに波長λR の光を反射する体積ホログラムを形成する。同様にして、体積ホログラム感材２０の領域Ｇには波長λG の光を反射する体積ホログラムが、領域Ｂには波長λB の光を反射する体積ホログラムがそれぞれ形成され、図４に示すような反射型ホログラムカラーフィルター１１が得られる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示したようなマスクを用いて反射型ホログラムカラーフィルターを製造する方法の場合は、ＲＧＢそれぞれの反射フィルター要素のために３回の露光を行う必要があり、製造工程が多くなり製造時間が長くなる分量産性に劣る。また、図６に示したような吸収フィルターからなるＲＧＢカラーフィルターを用いる製造方法の場合は、実際にはＲＧＢの吸収フィルター間にブラック・マトリックスがあるため、出来上がった反射型ホログラムカラーフィルターの開口率が低下する。また、各反射フィルター要素の位置には、赤色波長域、緑色波長域あるいは青色波長域の何れか１つの波長の光のみが入射すべきであるが、吸収フィルターを介してホログラム露光するため、少ないながらも望まない別の色領域の波長の光も入射して記録されるため、色純度が十分に良いものを得るのは容易ではない。
【００１２】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、波長が完全に分離され開口率が非常に高い反射型ホログラムカラーフィルターを１回の露光で簡単に作製でき量産性に優れた反射型ホログラムカラーフィルターの製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の反射型ホログラムカラーフィルターの製造方法は、相互に異なる色の波長域の光を回折する２種以上の体積ホログラムからなる反射フィルター要素が周期的にアレー状に配置されてなる反射型ホログラムカラーフィルターの製造方法において、
入射光を波長に応じて角度分解すると共に分解された各波長の光を焦点面近傍に集光させるホログラムカラーフィルターの焦点面近傍に、体積ホログラム感光材料と、その裏面側に散乱体あるいは反射体とを配置し、前記ホログラムカラーフィルター側から少なくとも異なる２つの色の波長域の光を含む光を照射して、前記ホログラムカラーフィルターで分光集光され、前記体積ホログラム感光材料に入射する光と、前記体積ホログラム感光材料を透過し前記散乱体あるいは反射体で散乱あるいは反射された光とを前記体積ホログラム感光材料中で干渉させて一度に記録することを特徴とする方法である。
【００１４】
この場合、ホログラムカラーフィルターは、斜め入射の光を波長に応じて角度分散して集光する集光性ホログラムのアレーからなるホログラムカラーフィルターであってもよいし、回折格子の作用をする一様な干渉縞からなるホログラムと、このホログラムの照明光入射側あるいは出射側に集光素子アレーを配置してなるホログラムカラーフィルターであってもよい。
【００１５】
また、散乱体あるいは反射体として、散乱特性あるいは反射特性に指向性のあるものを用いることが望ましい。
【００１６】
また、体積ホログラム感光材料を、ホログラムカラーフィルターで分光集光された光がピントボケして広がる焦点外れの位置に配置することが望ましい。
【００１７】
本発明は、以上の製造方法によって作製された反射型ホログラムカラーフィルターを含むものである。
【００１８】
本発明においては、入射光を波長に応じて角度分解すると共に分解された各波長の光を焦点面近傍に集光させるホログラムカラーフィルターの焦点面近傍に、体積ホログラム感光材料と、その裏面側に散乱体あるいは反射体とを配置し、ホログラムカラーフィルター側から少なくとも異なる２つの色の波長域の光を含む光を照射して、ホログラムカラーフィルターで分光集光され、体積ホログラム感光材料に入射する光と、体積ホログラム感光材料を透過し散乱体あるいは反射体で散乱あるいは反射された光とを体積ホログラム感光材料中で干渉させて一度に記録するので、波長を完全に分離して露光でき、色純度のよい反射型カラー液晶表示装置用等の反射型ホログラムカラーフィルターであって開口率が非常に高いものを、１回の露光で簡単に作製でき、量産性に優れている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の反射型ホログラムカラーフィルターの製造方法を実施例に基づいて説明する。
【００２０】
本発明の反射型ホログラムカラーフィルターの製造方法は、図６に示したような吸収フィルターからなるＲＧＢカラーフィルターを用いる製造方法において、吸収フィルターからなるＲＧＢカラーフィルターの代わりに、特開平６−２２２３６１号、特開平６−３０８３３２号、特開平７−９２３２７号等において提案された、斜め入射の光を波長に応じて角度分散して集光する集光性ホログラムのアレーからなるホログラムカラーフィルター、あるいは、回折格子の作用をする一様な干渉縞からなるホログラムと、このホログラムの照明光入射側あるいは出射側にマイクロレンズアレー等の集光素子アレーを配置してなるホログラムカラーフィルターを用いたものとして説明できる。
【００２１】
図１に示すように、この実施例においては、入射角θの斜め入射の光２を波長に応じて角度分散して集光する集光性ホログラム１’のアレーからなるホログラムカラーフィルター１を用いる。集光性ホログラム１’は、偏心フレネルゾーンプレート状の干渉縞からなるホログラムであり、ホログラムカラーフィルター１の法線に対して角度θをなして入射する入射光２の中の青色波長域（波長λB ）の光３Ｂ、緑色波長域（波長λG ）の光３Ｇ、赤色波長域（波長λR ）の光３Ｒを角度分解すると共に焦点面Ｆ近傍に集光させる作用をするものであり、回折効率の波長依存性がないかもしくは少ない、レリーフ型、位相型、振幅型等の透過型ホログラムからなる。そのため、ホログラムカラーフィルター１に入射角θで波長λR 、λG 、λB の可干渉光を含む照明光２を入射させると、その焦点面Ｆには、波長λR 、λG 、λB の集光光３Ｒ，３Ｇ，３Ｂが周期的に繰り返して並んで入射することになる。
【００２２】
この焦点面Ｆ近傍に、フォトポリマー等の体積ホログラム感材２０を、さらにその体積ホログラム感材２０の下に紙、反射型ホログラム等の白色散乱板あるいは平面鏡２７を重ね合わせ、相互に密着させて配置する。
【００２３】
この配置で、ホログラムカラーフィルター１側から波長λR 、λG 、λB の可干渉光を含む照明光２を入射させると、ホログラムカラーフィルター１で分光された周期的に繰り返して並んでいる波長λR 、λG 、λB の集光光３Ｒ，３Ｇ，３Ｂは、それぞれ体積ホログラム感材２０の周期的な繰り返し領域Ｒ，Ｇ，Ｂを通って裏面の白色散乱板あるいは平面鏡２７に入射し、そこで散乱あるいは反射された波長λR 、λG 、λB の光４Ｒ，４Ｇ，４Ｂは、体積ホログラム感材２０の周期的な繰り返し領域Ｒ，Ｇ，Ｂ中で入射光３Ｒ，３Ｇ，３Ｂと相互に干渉してそれら領域Ｒ，Ｇ，Ｂにそれぞれ波長λR 、λG 、λB の光を反射する体積ホログラムのアレーを形成する。この体積ホログラムのアレーは、図３、図４に示したような特性の反射型ホログラムカラーフィルター１１として用いることができる。
【００２４】
ところで、以上の説明においては、白色散乱板あるいは平面鏡２７については詳しく説明しなかったが、従来例のように、紙、反射型ホログラム等の白色板あるいは平面鏡であってよいが、散乱あるいは反射された光４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの方向が揃っていてかつ体積ホログラム感材２０の法線に対して斜め方向になることが望ましい。その理由は、体積ホログラム感材２０中に体積ホログラムのアレーが記録されてなる反射型ホログラムカラーフィルター１１においては、光４Ｒ，４Ｇ，４Ｂと反対に進む光が図３のような構成の反射型カラー表示装置の環境光（照明光）１２となるため、反射型カラー表示装置の照明光１２の方向はその表示面の正面からではなく斜め方向から入射するものとすることが望ましいからである。
【００２５】
したがって、白色散乱板あるいは平面鏡２７はその散乱特性あるいは反射特性に指向性のあるものが望ましく、略正面から入射してくる入射光３Ｒ，３Ｇ，３Ｂを斜め方向の光４Ｒ，４Ｇ，４Ｂに反射あるいは散乱する特性に構成された波長依存性の少ない反射型ホログラム散乱板、あるいは、フレネル反射板が望ましい。
【００２６】
また、体積ホログラム感材２０の配置位置としては、ホログラムカラーフィルター１の焦点面Ｆよりは集光光３Ｒ，３Ｇ，３Ｂがピントボケして少し広がるような焦点外れの位置が望ましい。このような配置をとって反射型ホログラムカラーフィルター１１を撮影すると、体積ホログラム感材２０に記録されるアレー状の体積ホログラム（図４の反射フィルター要素１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ）各々が相互に過不足なく隣接するように出来るからである。
【００２７】
なお、ホログラムカラーフィルター１の代わりに、図２に示すように、回折格子の作用をする一様な干渉縞からなるホログラム５と、このホログラム５の照明光入射側あるいは出射側（図２の場合は、出射側）に集光性のマイクロレンズアレー６を配置してなるホログラムカラーフィルター１０を用いても、図１の場合と同様な原理で図３、図４に示したような特性の反射型ホログラムカラーフィルター１１を作製することができる。なお、ホログラムカラーフィルター１に比べてホログラムカラーフィルター１０を用いる方が、分光集光光の焦点距離の波長によるバラツキが小さいので、より望ましい。
【００２８】
以上の説明から明らかなように、本発明の反射型ホログラムカラーフィルターの製造方法によれば、ホログラムカラーフィルターを用いて波長を完全に分離して露光できるので、色純度のよい反射型カラー液晶表示装置用等の反射型ホログラムカラーフィルターであって開口率が非常に高いものを、１回の露光で簡単に作製でき、量産性に優れている。
【００２９】
なお、本発明の反射型ホログラムカラーフィルターの製造方法は、以上の実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の反射型ホログラムカラーフィルターの製造方法によれば、入射光を波長に応じて角度分解すると共に分解された各波長の光を焦点面近傍に集光させるホログラムカラーフィルターの焦点面近傍に、体積ホログラム感光材料と、その裏面側に散乱体あるいは反射体とを配置し、ホログラムカラーフィルター側から少なくとも異なる２つの色の波長域の光を含む光を照射して、ホログラムカラーフィルターで分光集光され、体積ホログラム感光材料に入射する光と、体積ホログラム感光材料を透過し散乱体あるいは反射体で散乱あるいは反射された光とを体積ホログラム感光材料中で干渉させて一度に記録するので、波長を完全に分離して露光でき、色純度のよい反射型カラー液晶表示装置用等の反射型ホログラムカラーフィルターであって開口率が非常に高いものを、１回の露光で簡単に作製でき、量産性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の反射型ホログラムカラーフィルターの撮影方法を説明するための図である。
【図２】本発明の実施例２の反射型ホログラムカラーフィルターの撮影方法を説明するための図である。
【図３】本発明による反射型ホログラムカラーフィルターを用いる反射型カラー表示装置の１例の構成を示す模式的分解斜視図である。
【図４】図３の反射型カラー表示装置に用いられる反射型ホログラムカラーフィルターの断面図である。
【図５】反射型ホログラムカラーフィルターの従来のマスクを用いた製造方法を説明するための図である。
【図６】反射型ホログラムカラーフィルターの従来のＲＧＢカラーフィルターを用いた製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１…ホログラムカラーフィルター
１’…集光性ホログラム
２…入射光（照明光）
３Ｂ…青色波長域の光
３Ｇ…緑色波長域の光
３Ｒ…赤色波長域の光
４Ｂ…青色波長域の散乱光あるいは反射光
４Ｇ…緑色波長域の散乱光あるいは反射光
４Ｒ…赤色波長域の散乱光あるいは反射光
５…回折格子の作用をする一様な干渉縞からなるホログラム
６…集光性のマイクロレンズアレー
１０…ホログラムカラーフィルター
１１…反射型ホログラムカラーフィルター
１１Ｂ…青色反射フィルター要素（微小ホログラム）
１１Ｇ…緑色反射フィルター要素（微小ホログラム）
１１Ｒ…赤色反射フィルター要素（微小ホログラム）
１２…環境光（照明光）
１３…反射回折光
１５…透過型空間光変調器
１５’…画素
１６…ブラック・マトリックス
１７…吸収層
１８…カラー表示単位
１９Ｂ…青色画素表示光
１９Ｇ…緑色画素表示光
１９Ｒ…赤色画素表示光
２０…体積ホログラム感材
２７…白色散乱板あるいは平面鏡
Ｆ…焦点面
【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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