(57)【要約】  本開示の表示装置は、互いに波長の異なる複数の色光を発する光源部と、複数の画素を有し、複数の色光を強度変調して画像を生成する光強度変調素子と、光源部からの各色光を光強度変調素子における互いに画素位置の異なる複数の画素領域に向けて回折することによって、互いに画素位置の異なる少なくとも２つの画素領域を、互いに異なる色光によって同時に照明可能とされた回折素子と、所定期間内に複数の画素領域のうち任意の画素領域が複数の色光の全てによって時分割で照明されるように、所定期間内に回折素子における各色光の回折角度を変化させ、各色光による複数の画素領域に対する照明領域を順次、切り替える制御部とを備える。
2020153026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに波長の異なる複数の色光を発する光源部と、
複数の画素を有し、前記複数の色光を強度変調して画像を生成する光強度変調素子と、
前記光源部からの前記各色光を前記光強度変調素子における互いに画素位置の異なる複数の画素領域に向けて回折することによって、互いに画素位置の異なる少なくとも２つの画素領域を、互いに異なる色光によって同時に照明可能とされた回折素子と、
所定期間内に前記複数の画素領域のうち任意の画素領域が前記複数の色光の全てによって時分割で照明されるように、前記所定期間内に前記回折素子における前記各色光の回折角度を変化させ、前記各色光による前記複数の画素領域に対する照明領域を順次、切り替える制御部と
を備える
表示装置。
【請求項２】
前記回折素子には、前記光源部からの前記各色光が一定の入射角度で入射する
請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記回折素子は、前記複数の色光のそれぞれについて、前記回折角度の異なる複数の回折領域を有する回折光学素子であり、
前記制御部は、前記所定期間内に前記光源部からの前記各色光が前記複数の回折領域に時分割で順次、入射するように前記回折素子を移動させることによって前記各色光による前記複数の画素領域に対する前記照明領域を順次、切り替える
請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
前記制御部による制御に基づいて前記回折素子を駆動する駆動機構、をさらに備える
請求項３に記載の表示装置。
【請求項５】
前記回折素子は、前記光源部からの前記各色光が入射する前記各色光ごとの回折領域を有し、前記各色光ごとの前記回折領域に、前記各色光ごとの位相分布パターンを表示することによって、前記各色光の位相を変調する光位相変調素子であり、
前記制御部は、前記光位相変調素子に表示する前記各色光ごとの位相分布パターンを、前記所定期間内に時分割で順次、変化させることによって前記各色光による前記複数の画素領域に対する前記照明領域を順次、切り替える
請求項１に記載の表示装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記位相分布パターンを計算する位相分布パターン計算回路を有し、
前記位相分布パターン計算回路は、画像信号に含まれる輝度情報に基づいて、前記各色光ごとに、前記光強度変調素子によって表示する画像に応じた照度分布を持つ照明像を形成することが可能な前記位相分布パターンを計算する
請求項５に記載の表示装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記光強度変調素子に対して、前記複数の画素領域のうち、前記各色光の前記照明領域よりも小さい画素領域に前記各色光に対応する画像表示を行わせ、その他の画素領域では黒表示を行わせる
請求項１に記載の表示装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記黒表示を行わせる画素領域を前記所定期間内において少なくとも１回、切り替える
請求項７に記載の表示装置。
【請求項９】
前記光強度変調素子は液晶表示素子であり、
前記制御部は、前記光強度変調素子に対して、前記複数の画素領域における隣接する画素領域間の境界位置を変化させる
請求項１に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記隣接する画素領域間の境界位置を前記所定期間ごとに変化させる
請求項９に記載の表示装置。
【請求項１１】
前記光強度変調素子は、点順次走査方式または線順次走査方式による画像表示を行い、  前記制御部は、前記光強度変調素子における画素の走査に追従して、前記照明領域を順次、切り替える
請求項１に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、回折素子を用いる表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタには、３つの空間光変調素子（光強度変調素子）を用いて、それぞれがＲ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の各色の単色画像を表示し、その後に各色の単色画像を光学系で合成することで、フルカラー表示を行う３板方式と呼ばれる方式がある。空間光変調素子としては、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）やＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等の反射型デバイスやＨＴＰＳ（High Temperature Poly-Silicon TFT）等の透過型デバイスがあるが、各色に応じた光分離および光合成を行うための光学素子を設置するスペースが、プロジェクタの小型化を難しくし、また、部材コストも高くなってしまう。これに対し、１つの空間光変調素子を用いる単板方式のプロジェクタが知られており、その中でもフィールドシーケンシャル（ＦＳ）方式と呼ばれる方式がある（例えば特許文献１〜２参照）。単板方式は、３板方式に比べて小型化に有効な方式である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２１５４５９号公報
【特許文献２】特開平９−２１４９９７号公報
【発明の概要】
【０００４】
単板方式、特にフィールドシーケンシャル方式の場合、３板方式に比べて光利用効率が低下する。また、各色の切り替わりが遅い場合には、色の切り替わりが認識されてしまうカラーブレイクという現象が生じる。
【０００５】
構成を複雑化することなく、光利用効率、および画質の向上を図ることが可能な表示装置を提供することが望ましい。
【０００６】
本開示の一実施の形態に係る表示装置は、互いに波長の異なる複数の色光を発する光源部と、複数の画素を有し、複数の色光を強度変調して画像を生成する光強度変調素子と、光源部からの各色光を光強度変調素子における互いに画素位置の異なる複数の画素領域に向けて回折することによって、互いに画素位置の異なる少なくとも２つの画素領域を、互いに異なる色光によって同時に照明可能とされた回折素子と、所定期間内に複数の画素領域のうち任意の画素領域が複数の色光の全てによって時分割で照明されるように、所定期間内に回折素子における各色光の回折角度を変化させ、各色光による複数の画素領域に対する照明領域を順次、切り替える制御部とを備える。
【０００７】
本開示の一実施の形態に係る表示装置では、回折素子によって、光源部からの各色光を光強度変調素子における互いに画素位置の異なる複数の画素領域に向けて回折することによって、互いに画素位置の異なる少なくとも２つの画素領域を、互いに異なる色光によって同時に照明する。制御部は、所定期間内に複数の画素領域のうち任意の画素領域が複数の色光の全てによって時分割で照明されるように、所定期間内に回折素子における各色光の回折角度を変化させ、各色光による複数の画素領域に対する照明領域を順次、切り替える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の第１の実施の形態に係る表示装置の一例を概略的に示す構成図である。
【図２】第１の実施の形態に係る表示装置における光強度変調素子上の照明状態と、回折素子（回折光学素子）の複数の回折領域との関係の一例を模式的に示す説明図である。
【図３】第１の実施の形態に係る表示装置における回折光学素子による光強度変調素子に対する種々の照明パターンの例を模式的に示す説明図である。
【図４】第１の実施の形態に係る表示装置における目的位相分布データの生成手法の一例を示す説明図である。
【図５】第１の実施の形態に係る表示装置における回折光学素子の要部構成および動作の第１の具体例を模式的に示す構成図である。
【図６】第１の実施の形態に係る表示装置における回折光学素子の要部構成および動作の第２の具体例を模式的に示す構成図である。
【図７】第１の実施の形態に係る表示装置における回折光学素子の要部構成および動作の第３の具体例を模式的に示す構成図である。
【図８】第１の実施の形態に係る表示装置における回折光学素子の要部構成および動作の第４の具体例を模式的に示す構成図である。
【図９】第１の実施の形態に係る表示装置における回折光学素子の要部構成および動作の第５の具体例を模式的に示す構成図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る表示装置の一例を概略的に示す構成図である。
【図１１】第２の実施の形態に係る表示装置における光強度変調素子上の照明状態と、回折素子（光位相変調素子）上の位相分布パターンとの関係の一例を模式的に示す説明図である。
【図１２】第３の実施の形態に係る表示装置における光強度変調素子上の照明状態の一例を模式的に示す説明図である。
【図１３】第４の実施の形態に係る表示装置における光強度変調素子上の照明状態と画像の表示状態との関係の概要を模式的に示す説明図である。
【図１４】第４の実施の形態に係る表示装置における光強度変調素子上の複数の画素領域における画像表示と照明領域との切り替えの第１の具体例を模式的に示す説明図である。
【図１５】第４の実施の形態に係る表示装置における光強度変調素子上の複数の画素領域における画像表示と照明領域との切り替えの第２の具体例を模式的に示す説明図である。
【図１６】第５の実施の形態に係る表示装置に対する比較例の表示装置における光強度変調素子上の画像の表示状態の一例を模式的に示す説明図である。
【図１７】第５の実施の形態に係る表示装置における光強度変調素子上の画像の表示状態の一例を模式的に示す説明図である。
【図１８】第６の実施の形態に係る表示装置の光強度変調素子における画像データの走査方向の一例を模式的に示す説明図である。
【図１９】第６の実施の形態に係る表示装置の光強度変調素子における画像データの書き込み状態と、回折光学素子による照明状態との一例を模式的に示す説明図である。
【図２０】第６の実施の形態に係る表示装置に対する比較例の表示装置における光強度変調素子上の画像の表示状態と光源部による照明の点灯状態との関係の一例を模式的に示すタイミングチャートである。
【図２１】第６の実施の形態に係る表示装置における光強度変調素子上の画像の表示状態と光源部による照明の点灯状態との関係の一例を模式的に示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
０．比較例
１．第１の実施の形態（図１〜図９）
１．１  表示装置の構成および動作
１．２  回折光学素子の具体例
１．３  効果
２．第２の実施の形態（図１０〜図１１）
３．第３の実施の形態（図１２）
４．第４の実施の形態（図１３〜図１５）
５．第５の実施の形態（図１６〜図１７）
６．第６の実施の形態（図１８〜図２１）
７．その他の実施の形態
【００１０】
＜０．比較例＞
（比較例に係る表示装置の概要と課題）
単板方式、特にフィールドシーケンシャル方式によるプロジェクタ等の表示装置の場合、時間的に例えばＲ，Ｇ，Ｂの各色の単色画像を順次切り替えることで、フルカラー表示を行うため、各色の空間光変調素子（光強度変調素子）、光の分離および光合成のための各色の光学部材とを配置するスペースの削減が可能となることから、３板方式に比べて、小型化に有利である。
【００１１】
一方で、フィールドシーケンシャル方式では、時間的に順次、色の切り替えが必要なため、例えばＲ，Ｇ，Ｂの３色を各色で同一の表示期間で切り替えながら映像表示を行うことを想定した場合、３板方式に比べて、各色はそれぞれ１／３ずつの期間しか表示ができず、３板方式に比べて光利用効率が低下する。さらに、各色の切り替わりが遅い場合には、色の切り替わりが認識されてしまうカラーブレイクという現象が生じる。
【００１２】
例えば、特許文献１（特開２０１１−２１５４５９号公報）には、光利用効率の低下やカラーブレイクを低減させる方式として、各色の入射角度を順次切り替えながら空間光変調素子上のマイクロレンズへ入射させることで各色を対応画素に振り分けて表示し、３色の画像を合成する方式が提案されている。しかし、各色の入射角度の分離と切り替えとを行う装置は大がかりになるとともに、マイクロレンズへの入射角度を精度良く合わせることが必要となるために、生産性の悪化が懸念される。さらに、画素の振り分けにマイクロレンズを必要としているため、空間光変調素子として反射型デバイスへの適用は難しく、空間光変調素子の種類が限定されてしまう。また、画素とマイクロレンズとの位置関係が精度よくコントロールされる必要があるため、歩留悪化や画質低下が生じる。
【００１３】
また、特許文献２（特開平９−２１４９９７号公報）には、各色の角度分離と切り替えとを簡易にするべく、光源にコヒーレント光源を設け、偏向部と回折部とにより各色の照明角度を時間的に変化させる方式が提案されている。かかる技術では、偏向部と回折部との２つの光学素子に光源からの各色光を通過させる必要があるため、各光学素子を通過するごとに光利用効率が低下してしまう。さらに、照明光の、空間光変調素子における対応画素への入射精度の課題が残ったままであり、生産性や画質低下も課題となる。
【００１４】
そこで、構成を複雑化することなく、光利用効率、および画質の向上を図ることが可能な表示装置の開発が望まれる。
【００１５】
＜１．第１の実施の形態＞
［１．１  構成および動作］
図１は、本開示の第１の実施の形態に係る表示装置の一構成例を概略的に示している。
【００１６】
第１の実施の形態に係る表示装置は、回折光学素子１と、光源部２と、光強度変調素子３と、制御部４と、回折光学素子駆動機構５と、光強度変調素子駆動回路６とを備えている。
【００１７】
第１の実施の形態に係る表示装置は、例えばプロジェクタに好適である。ただし、第１の実施の形態に係る表示装置は、プロジェクタ以外の装置にも適用可能である。プロジェクタに適用する場合、例えば、投射光学系をさらに備え、光強度変調素子３によって生成された投影画像を拡大して図示しないスクリーン等の投影面に投影する。
【００１８】
光源部２は、互いに波長の異なる複数の色光を発する複数の光源を有している。複数の光源はそれぞれ、例えば、互いに異なる波長で発振するレーザダイオードからなるコヒーレント光源であり、色光としてコヒーレント光であるレーザ光を出射する。図１には、光源部２が、赤色光Ｌｒを発する赤用光源２Ｒと、緑色光Ｌｇを発する緑用光源２Ｇと、青色光Ｌｂを発する青用光源２Ｂとからなる構成例を示す。
【００１９】
光強度変調素子３は、複数の画素を有し、複数の色光を強度変調して画像を生成する。光強度変調素子３は、例えば強度変調液晶パネル等で構成されている。光強度変調素子３は透過型でも反射型であってもよい。
【００２０】
回折光学素子１は、本開示の技術における「回折素子」の一具体例に相当する。回折光学素子１は、光源部２からの各色光を光強度変調素子３における互いに画素位置の異なる複数の画素領域１１０に向けて回折する。これにより、回折光学素子１は、互いに画素位置の異なる少なくとも２つの画素領域１１０を、互いに異なる色光によって同時に照明可能とされている。回折光学素子１には、光源部２からの各色光が一定の入射角度で入射する。回折光学素子１は、複数の色光のそれぞれについて、回折角度の異なる複数の回折領域を有する。
【００２１】
図２は、第１の実施の形態に係る表示装置における光強度変調素子３上の照明状態と、回折光学素子１の複数の回折領域との関係の一例を模式的に示している。図２の上段には、光強度変調素子３上の照明状態（照明パターン）の一例を示す。図２の下段には、回折光学素子１の複数の回折領域の一例を示す。図２には、複数の回折領域として、第１回折領域１０１、第２回折領域１０２、および第３回折領域１０３を有する例を示す。図２の下段において、例えば、Ｒｘ（ｘ＝１〜３）は赤色光Ｌｒの第ｘ照明状態に対応する。第１回折領域１０１、第２回折領域１０２、および第３回折領域１０３はそれぞれ、各色光に対応する回折部（Ｒｘ，Ｇｘ，Ｂｘ）を有する。また、図１および図２の上段には、光強度変調素子３上の複数の照明領域として、赤色照明領域１２０Ｒ、緑色照明領域１２０Ｇ、および青色照明領域１２０Ｂを有する例を示す。
【００２２】
制御部４は、所定期間（例えば１フレーム期間）内に複数の画素領域１１０のうち任意の画素領域１１０が複数の色光の全てによって時分割で照明されるように、所定期間内に回折光学素子１における各色光の回折角度を変化させ、各色光による複数の画素領域１１０に対する照明領域を順次、切り替える。この際、光利用効率を向上するために、光強度変調素子３が常に複数の色光（例えばＲ，Ｇ，Ｂの３色）によって照明されるように照明領域を切り替えることが好ましい。
【００２３】
制御部４は、例えば後述する図５〜図９に示すように、所定期間内に光源部３からの各色光が複数の回折領域に時分割で順次、入射するように回折光学素子１を移動させることによって各色光による複数の画素領域１１０に対する照明領域を順次、切り替える。例えば図２では、所定期間（例えば１フレーム期間）内において、第１照明状態、第２照明状態、および第３照明状態の順に、複数の画素領域１１０に対する照明状態を切り替えた例を示す。第１照明状態では回折光学素子１の第１回折領域１０１に光源部３からの各色光が入射する。第２照明状態では回折光学素子１の第２回折領域１０２に光源部３からの各色光が入射する。第３照明状態では回折光学素子１の第３回折領域１０３に光源部３からの各色光が入射する。これにより、光強度変調素子３上の複数の画素領域１１０に対する、赤色照明領域１２０Ｒ、緑色照明領域１２０Ｇ、および青色照明領域１２０Ｂの位置が順次、切り替わる。
【００２４】
回折光学素子駆動機構５は、本開示の技術における「駆動機構」の一具体例に相当する。回折光学素子駆動機構５は、制御部４による制御に基づいて回折光学素子１を駆動する。制御部４は、回折光学素子駆動機構５を制御して光源部３からの各色光が入射する回折領域を順次、切り替えることによって、光強度変調素子３における各色光による複数の画素領域１１０に対する照明領域を順次、切り替える。
【００２５】
光強度変調素子駆動回路６は、制御部４による制御に基づいて光強度変調素子３を駆動する。制御部４は、入力された画像信号に基づいて光強度変調素子駆動回路６を制御する。これにより、光強度変調素子３には、所望の画像が表示される。
【００２６】
図３は、第１の実施の形態に係る表示装置における回折光学素子１による光強度変調素子３に対する種々の照明パターンの例を模式的に示している。なお、図３には、所定期間（例えば１フレーム期間）内における任意の照明期間（例えば１サブフレーム期間）内の照明パターンの例を示す。
【００２７】
光強度変調素子３に対する照明領域のパターン（照明パターン）は、所定期間内に各画素領域１１０が各色光によって少なくとも１度は照明されるようなパターンであればよい。例えば、モザイク配列（図３（Ａ））、縦ストライプ配列（図３（Ｂ））、横ストライプ配列（図３（Ｃ））、各色の照明面積比率が異なる配列（図３（Ｄ））、各色の照明領域がオーバーラップする配列（図３（Ｅ））、または非照明領域を持つ配列（図３（Ｆ））など、様々な照明パターンを取り得る。照明領域の分割数、分割形状、照度などは表示画像に対して自由に設定可能である。なお、図３（Ｄ）には、赤色照明領域１２０Ｒ、および青色照明領域１２０Ｂに比べて緑色照明領域１２０Ｇの照明面積比率が大きい例を示す。また、図３（Ｅ）には、各色の照明領域がオーバーラップする配列の一例として、赤色照明領域１２０Ｒと緑色照明領域１２０Ｇとが部分的にオーバーラップすることによって混色（黄色（Ｙ））照明領域１２０Ｙが形成されている例を示す。
【００２８】
（回折光学素子１の回折領域の生成例）
回折光学素子１の複数の回折領域は、例えばホログラムによる回折を行うものであってもよい。複数の回折領域は、例えば計算機合成ホログラム（Computer Generated Hologram：ＣＧＨ）により生成されたホログラムであってもよい。ＣＧＨの生成方法としては、例えば、フーリエ変換の繰り返しにより目的とする位相分布データ（目的位相分布データ）を生成する、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎ法（ＧＳ法）が知られている。そのような位相分布データに応じた位相分布を、例えば表面レリーフ型と呼ばれる、樹脂基板上に凹凸パターンを形成された構造により実現し、ナノインプリントと呼ばれる金型を型押しするパターン転写方法で形成する。なお、回折光学素子１は、ＣＧＨに基づく回折素子に限られず、他の表面レリーフ型回折光学素子や、二束干渉法等によって作成される、体積型回折光学素子等を用いてもよい。
【００２９】
（目的位相分布データの生成例）
図４は、第１の実施の形態に係る表示装置における目的位相分布データの生成手法の一例を示している。
【００３０】
図４は、第１の実施の形態に係る表示装置における目的位相分布データの生成手法の一例を示している。なお、ここでは、ＧＳ法によって目的位相分布データを生成する場合を例に説明するが、位相分布の計算法は、ＧＳ法以外であってもよい。位相分布の計算法としては、例えば、位相分布をフレネル領域、またはフラウンフォーファー領域の回折近似式から導く回折型の方法と、位相分布を回折ではなく自由曲面レンズとして導く屈折型の方法とがある。ＧＳ法は、位相分布をフラウンフォーファー領域の回折近似式から導く方法であるが、本開示における位相分布の計算法はこれに限定されない。
【００３１】
図４に示したように、図示しない位相分布演算回路は、所定の位相分布計算法としてＧＳ法によって目的位相分布データを生成するようにしてもよい。
【００３２】
位相分布演算回路は、再生したい強度分布を持つ目的再生像に対して、初期条件として、ランダム初期位相を与え、逆フーリエ変換を行う（ステップＳ１０１）。位相分布演算回路は、これにより得られた位相と振幅のうち、位相を均一な位相に置換し（ステップＳ１０２）、目的位相分布としてもよい。ここで、均一な位相に置換するのは、第１の実施の形態における回折素子では平行光によって再生を行うことを想定しているためである。
【００３３】
次に、位相分布演算回路は、ステップＳ１０２で得られた位相と振幅とにフーリエ変換を行うことによって再生計算を行う（ステップＳ１０３）。これにより、再生像が計算される。
【００３４】
次に、位相分布演算回路は、ステップＳ１０３で得られた位相と振幅のうち、振幅を目的再生像の振幅に置換する（ステップＳ１０４）。
【００３５】
次に、位相分布演算回路は、ステップＳ１０４で得られた位相と振幅に対して、逆フーリエ変換を行い（ステップＳ１０５）、以降、ステップＳ１０２〜Ｓ１０５の計算を繰り返す繰り返し演算（イタレーション）を行う。繰り返し演算は、目的再生像として満足する質の再生像が得られるまで行ってもよい。
【００３６】
回折素子において複数のフレームまたは複数のサブフレームに亘って同一の目的再生像を再生しようとする場合、位相分布演算回路は、フレームごと、またはサブフレームごとに、以上のＧＳ法による演算のうち、少なくともランダム初期位相を時間的に変化させることによって、目的位相分布データの位相分布を変化させるようにしてもよい（ステップＳ２０１）。
【００３７】
また、同様の場合において、位相分布演算回路は、以上のＧＳ法による演算のうち、少なくとも繰り返し演算の回数を時間的に変化させることによって、目的位相分布データの位相分布を変化させるようにしてもよい（ステップＳ２０２）。
【００３８】
［１．２  回折光学素子の具体例］
図５〜図９は、第１の実施の形態に係る表示装置における回折光学素子１の要部構成および動作の具体例を模式的に示している。図５には、第１の具体例に係る回折光学素子１１の要部構成および動作を模式的に示す。図６には、第２の具体例に係る回折光学素子１２の要部構成および動作を模式的に示す。図７には、第３の具体例に係る回折光学素子１３の要部構成および動作を模式的に示す。図８には、第４の具体例に係る回折光学素子１４の要部構成および動作を模式的に示す。図９には、第５の具体例に係る回折光学素子１５の要部構成および動作を模式的に示す。
【００３９】
図５に示した第１の具体例に係る回折光学素子１１は、回転動作することで、光源部３からの各色光が入射する回折領域を切り替えることが可能な構成となっている。図５には、図２の下段と同様に、複数の回折領域として、第１回折領域１０１、第２回折領域１０２、および第３回折領域１０３を有する例を示す。図２の下段と同様に、第１回折領域１０１、第２回折領域１０２、および第３回折領域１０３はそれぞれ、各色光に対応する回折部（Ｒｘ，Ｇｘ，Ｂｘ）を有する。
【００４０】
第１の具体例に係る回折光学素子１１は、例えば回転基板上に各色と各照明領域に対応した回折領域（回折部）が設置または直接形成されている。回折光学素子駆動機構５は、制御部４による制御に基づいて回折光学素子１１を回転駆動する。例えば回折光学素子駆動機構５は回転基板の中心に取り付けられたモータを有し、モータの駆動により回転基板を回転することで、光源部３からの各色光が入射する回折領域が順次、切り替わる。
【００４１】
なお、複数の回折領域の数や配列は図５に示した例に限らず、光強度変調素子３に対する照明領域の分割数や各色光の種類、各色光の入射位置に応じて調整されることが望ましい。また、回折光学素子駆動機構５による回折光学素子１の切り替え動作は、回転動作のみならず併進動作などでもよく、複数の動作が組み合わさっていても良い。
【００４２】
図６〜図９には、複数の回折領域として、赤色光に対応する複数の回折部Ｒｘ（ｘ＝１〜３または１〜４）のみを代表して示す。
【００４３】
図６に示した第２の具体例に係る回折光学素子１２は、第１回折領域１０１、第２回折領域１０２、および第３回折領域１０３が直列状に配置され、直進的な動作により、各回折領域を切り替えることが可能な構成となっている。
【００４４】
図７に示した第３の具体例に係る回折光学素子１３は、第１回折領域１０１、第２回折領域１０２、および第３回折領域１０３が直列状に２列配置され、矩形状の動作により、各回折領域を切り替えることが可能な構成となっている。
【００４５】
図８に示した第４の具体例に係る回折光学素子１４は、第１回折領域１０１、第２回折領域１０２、第３回折領域１０３、および第４回折領域１０４が矩形状に配置され、矩形状の動作により、各回折領域を切り替えることが可能な構成となっている。
【００４６】
図９に示した第５の具体例に係る回折光学素子１５は、第１回折領域１０１、第２回折領域１０２、および第３回折領域１０３が三角形状に配置され、三角形状の動作により、各回折領域を切り替えることが可能な構成となっている。
【００４７】
［１．３  効果］
以上説明したように、第１の実施の形態に係る表示装置によれば、構成を複雑化することなく、光利用効率、および画質の向上を図ることが可能となる。
【００４８】
第１の実施の形態に係る表示装置によれば、光強度変調素子３に対する照明光の切り替えを回折光学素子１のみで実現可能であることから、装置の小型化、および低コスト化が可能となる。また、互いに波長の異なる複数の色光を発する複数の光源を常時点灯可能であるため、輝度向上、および光利用効率向上が可能となる。また、複数の色光によって光強度変調素子３を同時に照明できるため、カラーブレイクの低減が可能となる。
【００４９】
なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。以降の他の実施の形態の効果についても同様である。
【００５０】
＜２．第２の実施の形態＞
次に、本開示の第２の実施の形態に係る表示装置について説明する。なお、以下では、上記第１の実施の形態に係る表示装置の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
【００５１】
図１０は、第２の実施の形態に係る表示装置の一構成例を概略的に示している。
【００５２】
第２の実施の形態に係る表示装置は、上記第１の実施の形態に係る表示装置の構成に対して、回折素子として回折光学素子１に代えて光位相変調素子１Ａを備えている。また、第２の実施の形態に係る表示装置は、上記第１の実施の形態に係る表示装置の構成に対して、回折光学素子駆動機構５に代えて光位相変調素子駆動回路５Ａを備えている。また、第２の実施の形態に係る表示装置は、上記第１の実施の形態に係る表示装置の構成に対して、制御部４に代えて制御部４Ａを備えている。制御部４Ａは、位相分布パターン計算回路７と、強度変調パターン計算回路８とを有している。
【００５３】
光位相変調素子１Ａは、本開示の技術における「回折素子」の一具体例に相当する。  光位相変調素子１Ａは、光源部２からの各色光が入射する各色光ごとの回折領域を有し、各色光ごとの回折領域に、各色光ごとの位相分布パターンを表示することによって、各色光の位相を変調する。光位相変調素子１Ａは、例えば液晶パネル等のＳＬＭ（Spatial Light Modulator）で構成され、例えばＣＧＨの位相分布を表示することで、各色光を回折することができる。このとき、所定期間（例えば１フレーム期間）内において、光位相変調素子１Ａにおける各回折領域の位相分布を時間的に切り変えることで、光強度変調素子３上の複数の画素領域１１０に対する、照明領域を順次、切り変えることができる。
【００５４】
図１１は、第２の実施の形態に係る表示装置における光強度変調素子３上の照明状態と、光位相変調素子１Ａ上の位相分布パターンとの関係の一例を模式的に示している。図１１の上段には、光強度変調素子３上の照明状態（照明パターン）の一例を示す。図１１の下段には、光位相変調素子１Ａの複数の回折領域の一例を示す。図１１には、複数の回折領域として、赤色光Ｌｒを回折させる赤色回折領域１０１Ｒと、緑色光Ｌｇを回折させる緑色回折領域１０１Ｇと、青色光Ｌｂを回折させる青色回折領域１０１Ｂとを有する例を示す。図１１の下段において、例えば、Ｒｘ（ｘ＝１〜３）は赤色光Ｌｒの第ｘ照明状態に対応する位相分布パターンを示す。図１０および図１１の上段には、光強度変調素子３上の複数の照明領域として、赤色照明領域１２０Ｒ、緑色照明領域１２０Ｇ、および青色照明領域１２０Ｂを有する例を示す。
【００５５】
制御部４Ａは、光位相変調素子１Ａに表示する各色光ごとの位相分布パターンを、所定期間（例えば１フレーム期間）内に時分割で順次、変化させることによって各色光による複数の画素領域１１０に対する照明領域を順次、切り替える。
【００５６】
例えば図１１では、所定期間（例えば１フレーム期間）内において、第１照明状態、第２照明状態、および第３照明状態の順に、複数の画素領域１１０に対する照明状態を切り替えた例を示す。第１照明状態では光位相変調素子１Ａにおける赤色回折領域１０１Ｒ、緑色回折領域１０１Ｇ、および青色回折領域１０１Ｂのそれぞれに第１の位相分布パターン（Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１）を表示する。第２照明状態では光位相変調素子１Ａにおける赤色回折領域１０１Ｒ、緑色回折領域１０１Ｇ、および青色回折領域１０１Ｂのそれぞれに第２の位相分布パターン（Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２）を表示する。第３照明状態では光位相変調素子１Ａにおける赤色回折領域１０１Ｒ、緑色回折領域１０１Ｇ、および青色回折領域１０１Ｂのそれぞれに第３の位相分布パターン（Ｒ３，Ｇ３，Ｂ３）を表示する。これにより、光強度変調素子３上の複数の画素領域１１０に対する、赤色照明領域１２０Ｒ、緑色照明領域１２０Ｇ、および青色照明領域１２０Ｂの位置が順次、切り替わる。
【００５７】
位相分布パターン計算回路７は、画像信号に基づいて、光位相変調素子１Ａで表示する位相分布パターンを計算する。位相分布パターン計算回路７は、画像信号に含まれる輝度情報に基づいて、各色光ごとに、光強度変調素子３によって表示する画像に応じた照度分布を持つ照明像を形成することが可能な位相分布パターンを計算する。光位相変調素子１Ａで表示する位相分布パターンは、表示する画像に応じた照度分布を持つ照明像を形成することが可能な位相分布パターンであってもよい。
【００５８】
強度変調パターン計算回路８では、画像信号に基づいて、光強度変調素子３で表示する画像を生成するための強度変調パターンを計算する。このとき、光位相変調素子１Ａによる照明像の輝度分布の情報を加味した強度変調パターンを計算する。
【００５９】
光強度変調素子駆動回路６は、強度変調パターン計算回路８で計算された強度変調パターンを生成するように光強度変調素子３を駆動する。これにより、光強度変調素子３には、所望の画像が表示される。
【００６０】
なお、光位相変調素子１Ａにおいて表示する位相分布パターンの配置は、図１１に示した例に限らず、各色光の入射位置や用いる色の数に応じて、光位相変調素子１Ａ上で調整することが望ましい。
【００６１】
その他の構成、動作および効果は、上記第１の実施の形態に係る表示装置と略同様であってもよい。
【００６２】
＜３．第３の実施の形態＞
次に、本開示の第３の実施の形態に係る表示装置について説明する。なお、以下では、上記第１または第２の実施の形態に係る表示装置の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
【００６３】
図１２は、第３の実施の形態に係る表示装置における光強度変調素子３上の照明状態の一例を模式的に示している。
【００６４】
第３の実施の形態に係る表示装置は、上記第２の実施の形態に係る表示装置と同様に、回折素子として光位相変調素子１Ａを備えている。光位相変調素子１Ａによって、光位相変調素子１Ａに表示する各色光ごとの位相分布パターンを順次、変化させる場合、その位相分布パターンは、光強度変調素子３で表示する画像に応じた照度分布を持つ照明像を形成することが可能である。
【００６５】
図１２には、光強度変調素子３上にストライプ状の赤色照明領域１２０Ｒ、緑色照明領域１２０Ｇ、および青色照明領域１２０Ｂを形成する場合の例を示す。図１２の上段には、光位相変調素子１Ａの位相分布パターンとして、光強度変調素子３で表示する目的の画像表示に応じた照度分布の調整を行わなかった場合の照明状態の一例を模式的に示す。
【００６６】
図１２の下段には、光位相変調素子１Ａの位相分布パターンとして、光強度変調素子３で表示する目的の画像表示に応じた照度分布の調整を行った場合の照明状態の一例を模式的に示す。位相分布パターン計算回路７は、画像信号に基づいて、目的の画像表示に応じた照度分布となるような位相分布パターンを計算する。これにより、所定期間（例えば１フレーム期間）経過後に合成された光強度変調素子３上の照明光は、目的の画像表示に近い照度分布を持たせることができる。これにより、コントラストの向上や表示輝度のダイナミックレンジの拡大が期待できる。
【００６７】
なお、図１２の下段には、複数の照明領域の配列が縦ストライプ状である場合をベースとした照度分布の調整例を示しているが、複数の照明領域の配列が横ストライプ配列、モザイク配列などであってもよい。目的の画像表示に必要な照度が得られるような照度分布となっていれば良い。
【００６８】
その他の構成、動作および効果は、上記第２の実施の形態に係る表示装置と略同様であってもよい。
【００６９】
＜４．第４の実施の形態＞
次に、本開示の第４の実施の形態に係る表示装置について説明する。なお、以下では、上記第１ないし第３のいずれかの実施の形態に係る表示装置の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
【００７０】
以下では、回折素子として、回折光学素子１を用いた構成例（図１）を基本として説明する。
【００７１】
図１３は、第４の実施の形態に係る表示装置における光強度変調素子３上の照明状態と画像の表示状態との関係の概要を模式的に示している。図１３には、複数の照明領域として、赤色照明領域１２０Ｒ、緑色照明領域１２０Ｇ、および青色照明領域１２０Ｂを有する例を示す。
【００７２】
第４の実施の形態に係る表示装置では、制御部４は、光強度変調素子３に対して、複数の画素領域１１０のうち、各色光の照明領域よりも小さい画素領域１１０に各色光に対応する画像表示を行わせ、その他の画素領域１１０では黒表示を行わせる。制御部４は、黒表示を行わせる画素領域１１０を所定期間内において少なくとも１回、切り替える。光強度変調素子３における全ての画素に全ての色に対応した画像データが書き込まれるまで、各色の照明領域を順次切り替えることで、フルカラー表示を行うことが可能となる。これにより、光強度変調素子３において、複数の照明領域と複数の画素領域１１０との位置合わせ精度がロバストになり、生産性が向上する。
【００７３】
なお、図１３では照明領域を縦ストライプ状の配列としているが、全ての画素に全ての色に対応した画像データが書き込み可能である色配置であれば、照明領域の配置は自由に行ってよい。
【００７４】
図１４は、第４の実施の形態に係る表示装置における光強度変調素子３上の複数の画素領域１１０における画像表示と照明領域との切り替えの第１の具体例を模式的に示している。図１５は、第４の実施の形態に係る表示装置における光強度変調素子３上の複数の画素領域１１０における画像表示と照明領域との切り替えの第２の具体例を模式的に示している。
【００７５】
図１４および図１５には、図１３におけるＡ−Ａ′線部分の断面における画像表示と照明領域との切り替え例を示す。図１４および図１５には、１フレーム期間を６つのサブフレーム１〜６に分割した場合の切り替え例を示す。図１４および図１５において、例えば、Ｒｘ（ｘ＝１〜６）はサブフレームｘにおける赤色照明領域１２０Ｒに対応する。
【００７６】
図１４には、黒表示を行う画素領域を、前半のサブフレーム期間（サブフレーム１〜３）と後半のサブフレーム期間（サブフレーム４〜６）とで切り替えた例を示す。図１５には、サブフレーム期間ごとに黒表示を行う画素領域を切り替えた例を示す。
【００７７】
なお、画像表示と照明領域との切り替えは、図１４および図１５に示した例に限定されず、他の切り替え方法であってもよい。
【００７８】
その他の構成、動作および効果は、上記第１ないし第３のいずれかの実施の形態に係る表示装置と略同様であってもよい。
【００７９】
＜５．第５の実施の形態＞
次に、本開示の第５の実施の形態に係る表示装置について説明する。なお、以下では、上記第１ないし第４のいずれかの実施の形態に係る表示装置の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
【００８０】
以下では、回折素子として、回折光学素子１を用いた構成例（図１）を基本として説明する。
【００８１】
図１６は、第５の実施の形態に係る表示装置に対する比較例の表示装置における光強度変調素子３上の画像の表示状態の一例を模式的に示している。図１７は、第５の実施の形態に係る表示装置における光強度変調素子３上の画像の表示状態の一例を模式的に示している。
【００８２】
光強度変調素子３が液晶表示素子である場合、画像表示の境界が常に一定であると、ラスター表示などを行うときには、表示色の違いにより画素への印可電圧が異なる。それによって、液晶表示素子内で画素間に横電界が発生し、ディスクリネーションと呼ばれる異常配向部が発生する。異常配向部では所望の明るさからずれが生じ、境界線上に暗部が発生してしまう。
【００８３】
図１６および図１７には、複数の画素領域１１０として、赤色画素領域１１０Ｒ、緑色画素領域１１０Ｇ、および青色画素領域１１０Ｂを有し、各画素領域の色を順次、切り替えた例を示す。
【００８４】
図１６には、例えば１フレーム期間内の各サブフレーム期間における各画素領域の表示状態を示す。図１６に示したように、隣接する画素領域間の境界位置１３０が常に一定であると、同一の画素位置にディスクリネーションが発生し、同一の画素位置に暗部が発生してしまう。このため、隣接する画素領域間の境界位置１３０が視認されやすくなってしまう。
【００８５】
これに対し、図１７には、例えば１フレーム期間の最初のサブフレーム期間の表示を３フレーム分、示している。第５の実施の形態に係る表示装置では、制御部４は、光強度変調素子３に対して、複数の画素領域１１０における隣接する画素領域間の境界位置１３０を変化させる。制御部４は、隣接する画素領域間の境界位置１３０を例えば所定期間（例えば１フレーム期間）ごとに変化させる。このように、赤色画素領域１１０Ｒ、緑色画素領域１１０Ｇ、および青色画素領域１１０Ｂの切り替えを１サイクルとして、各サイクルで隣接する画素領域間の境界位置１３０がずれるようにすることで、ディスクリネーションの位置を空間的に拡散し、暗部を認識しにくくすることが可能となる。
【００８６】
なお、図１７では、画素領域を縦ストライプ表示としているが、各サイクルにおける隣接する画素領域間の境界位置１３０の設定や、画素領域の配列はこれに限らない。
【００８７】
その他の構成、動作および効果は、上記第１ないし第４のいずれかの実施の形態に係る表示装置と略同様であってもよい。
【００８８】
＜６．第６の実施の形態＞
次に、本開示の第６の実施の形態に係る表示装置について説明する。なお、以下では、上記第１ないし第５のいずれかの実施の形態に係る表示装置の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
【００８９】
以下では、回折素子として、回折光学素子１を用いた構成例（図１）を基本として説明する。
【００９０】
第６の実施の形態に係る表示装置において、光強度変調素子３は、点順次走査方式または線順次走査方式による画像表示を行う。光強度変調素子３の画像データの書き込みが点順次走査方式または線順次走査方式により行われる場合、制御部４は、光強度変調素子３における画素の走査に追従して、照明領域を順次、切り替えることが好ましい。画像データに対して最適な照明領域を選択することができるため、光利用効率と画質の向上を図ることができる。
【００９１】
図１８は、第６の実施の形態に係る表示装置の光強度変調素子３における画像データの走査方向の一例を模式的に示している。図１９は、図１８の走査方向に対応した、光強度変調素子３における画像データの書き込み状態と、回折光学素子１による照明状態との一例を模式的に示している。
【００９２】
図１９の上段には、光強度変調素子３上における第１画素領域１１１、第２画素領域１１２、および第３画素領域１１３のそれぞれにおける画像データの書き込み状態の一例を示す。図１９の下段には、光強度変調素子３上における第１画素領域１１１、第２画素領域１１２、および第３画素領域１１３のそれぞれに対する回折光学素子１による照明状態の一例を示す。図１９において、Ｒ，Ｇ，Ｂは各色の画像データに対応する。Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３等は各画素領域に対応する。図１９の上段において、点線は書き込み方向（走査方向）に対応する。
【００９３】
例えば図１９のように、前フレームから第１画素領域１１１に緑色の画像データが点順次走査または線順次走査で左上から順に書き込まれる場合、制御部４は、第１画素領域１１１の画像データに対応した照明領域と照明色の照明がなされるように回折光学素子１による照明状態を切り替える。制御部４は、第２画素領域１１２、および第３画素領域１１３についても同様に回折光学素子１による照明状態を切り替える。図１９の例では、第１画素領域１１１、第２画素領域１１２、および第３画素領域１１３の順に、画像データの走査が順に、切り替わることで、全画素領域の画像データと照明状態とが完全に切り替わる。
【００９４】
図２０は、第６の実施の形態に係る表示装置に対する比較例の表示装置における光強度変調素子３上の画像の表示状態と光源部２による照明の点灯状態との関係の一例を模式的に示すタイミングチャートである。図２１は、第６の実施の形態に係る表示装置における光強度変調素子３上の画像の表示状態と光源部２による照明の点灯状態との関係の一例を模式的に示すタイミングチャートである。
【００９５】
図２０および図２１において、１ｆは１サブフレーム目のタイミング、２ｆは２サブフレーム目のタイミングであることを示す。図２０および図２１において、上段には、光強度変調素子３上における画面上の画像データの一例を示す。図２０および図２１において、下段には、光源部２による各色光の点灯タイミングの一例を示す。
【００９６】
図２０には、比較例として、一般的なフィールドシーケンシャル方式による表示装置におけるタイミングチャートを示す。図２０には、画面上の画像データ全体を赤色から緑色に切り替える例を示している。画面上の画像データ全体が赤色から緑色に完全に切り替わったタイミングで、点灯状態が赤色光Ｌｒから緑色光Ｌｇによる照明（点灯）に切り替わる。この場合、画面上の画像データ全体が、赤色の画像データ（１ｆ  Ｒ用データ）から緑色の画像データ（２ｆ  Ｇ用データ）に完全に切り替わるまでにはタイムラグがあるため、画像データの切り替え途中では非点灯区間が存在する。
【００９７】
これに対し、図２１では、光強度変調素子３上における第１画素領域１１１、第２画素領域１１２、および第３画素領域１１３のそれぞれに表示する画像データの色をＲ，Ｇ，Ｂの順から、Ｇ，Ｂ，Ｒの順に切り替える例を示している。図２１では、走査に追従して、常に少なくとも１つの色の点灯がなされ、図２０の比較例に比べて非点灯区間が存在しない。このため、明るさを向上させることができる。
【００９８】
その他の構成、動作および効果は、上記第１ないし第５のいずれかの実施の形態に係る表示装置と略同様であってもよい。
【００９９】
＜７．その他の実施の形態＞
本開示による技術は、上記各実施の形態の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。
【０１００】
例えば、本技術は以下のような構成を取ることもできる。
以下の構成の本技術によれば、構成を複雑化することなく、光利用効率、および画質の向上を図ることが可能となる。
【０１０１】
（１）
互いに波長の異なる複数の色光を発する光源部と、
複数の画素を有し、前記複数の色光を強度変調して画像を生成する光強度変調素子と、
前記光源部からの前記各色光を前記光強度変調素子における互いに画素位置の異なる複数の画素領域に向けて回折することによって、互いに画素位置の異なる少なくとも２つの画素領域を、互いに異なる色光によって同時に照明可能とされた回折素子と、
所定期間内に前記複数の画素領域のうち任意の画素領域が前記複数の色光の全てによって時分割で照明されるように、前記所定期間内に前記回折素子における前記各色光の回折角度を変化させ、前記各色光による前記複数の画素領域に対する照明領域を順次、切り替える制御部と
を備える
表示装置。
（２）
前記回折素子には、前記光源部からの前記各色光が一定の入射角度で入射する
上記（１）に記載の表示装置。
（３）
前記回折素子は、前記複数の色光のそれぞれについて、前記回折角度の異なる複数の回折領域を有する回折光学素子であり、
前記制御部は、前記所定期間内に前記光源部からの前記各色光が前記複数の回折領域に時分割で順次、入射するように前記回折素子を移動させることによって前記各色光による前記複数の画素領域に対する前記照明領域を順次、切り替える
上記（１）または（２）に記載の表示装置。
（４）
前記制御部による制御に基づいて前記回折素子を駆動する駆動機構、をさらに備える
上記（３）に記載の表示装置。
（５）
前記回折素子は、前記光源部からの前記各色光が入射する前記各色光ごとの回折領域を有し、前記各色光ごとの前記回折領域に、前記各色光ごとの位相分布パターンを表示することによって、前記各色光の位相を変調する光位相変調素子であり、
前記制御部は、前記光位相変調素子に表示する前記各色光ごとの位相分布パターンを、前記所定期間内に時分割で順次、変化させることによって前記各色光による前記複数の画素領域に対する前記照明領域を順次、切り替える
上記（１）または（２）に記載の表示装置。
（６）
前記制御部は、前記位相分布パターンを計算する位相分布パターン計算回路を有し、
前記位相分布パターン計算回路は、画像信号に含まれる輝度情報に基づいて、前記各色光ごとに、前記光強度変調素子によって表示する画像に応じた照度分布を持つ照明像を形成することが可能な前記位相分布パターンを計算する
上記（５）に記載の表示装置。
（７）
前記制御部は、前記光強度変調素子に対して、前記複数の画素領域のうち、前記各色光の前記照明領域よりも小さい画素領域に前記各色光に対応する画像表示を行わせ、その他の画素領域では黒表示を行わせる
上記（１）ないし（６）のいずれか１つに記載の表示装置。
（８）
前記制御部は、前記黒表示を行わせる画素領域を前記所定期間内において少なくとも１回、切り替える
上記（７）に記載の表示装置。
（９）
前記光強度変調素子は液晶表示素子であり、
前記制御部は、前記光強度変調素子に対して、前記複数の画素領域における隣接する画素領域間の境界位置を変化させる
上記（１）ないし（８）のいずれか１つに記載の表示装置。
（１０）
前記制御部は、前記隣接する画素領域間の境界位置を前記所定期間ごとに変化させる
上記（９）に記載の表示装置。
（１１）
前記光強度変調素子は、点順次走査方式または線順次走査方式による画像表示を行い、  前記制御部は、前記光強度変調素子における画素の走査に追従して、前記照明領域を順次、切り替える
上記（１）ないし（１０）のいずれか１つに記載の表示装置。
【０１０２】
本出願は、日本国特許庁において２０１９年１月２４日に出願された日本特許出願番号第２０１９−０１００５９号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。
【０１０３】
当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。
【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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【国際調査報告】
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