JP2008500575A - カラーディスプレイ - Google Patents
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- G09G3/2007—Display of intermediate tones
- G09G3/2074—Display of intermediate tones using sub-pixels
Abstract
輝度能力のために演色能力を犠牲にすることによって、カラーディスプレイシステム(200)における省電力を達成する。このシステム(200)は、複数の発光素子(202,204,206)を具える。これらの発光素子に、合計すると第1の総電力入力になる初期の電力入力を供給し、これにより各発光素子はそれぞれ初期の第1の色強度、第2の色強度および第3の色強度を発生し、これらの色強度が合成された初期の総輝度として人間の目に知覚できる。次に、各発光素子にそれぞれ第2の電力入力を供給することによって電力入力を第2の総電力入力に低減し、前記第1の総電力入力より小さい第2の総電力入力を得る。
Description
本発明はカラーディスプレイシステムおよびこの種のシステムを動作する方法に関するものである。
近年、ポータブルコンピュータ、自動車電話、PDAおよびデジタルカメラのような電子デバイス分野では、これらのデバイスのカラーディスプレイに、明るくカラフルな画像およびそれほどカラフルでない文字情報の表示を可能にするという消費需要の要求が厳しくなっている。
さらに、この種のデバイスの携帯性に対する改良要求、すなわち、小型かつ軽量設計に対する要求がある。しかし、軽量化の要求はしばしばバッテリ容量の要求と相反し、それゆえ、長いバッテリ動作時間を維持するためにデバイスのエネルギー消費を抑える要求がより厳しくなっている。
現代のディスプレイシステム、例えばカラー液晶パネルは、ディスプレイを全可視波長スペクトルで照明するために、蛍光灯を利用する。色情報はピクセル群に対する間違った色を吸収するようにディスプレイパネルに吸収型のカラーフィルタを組み込むことによって達成され、その結果、赤色、緑色、および青色の画像はこれらの個々のピクセル群によって得られる。
この種のデバイスのバッテリ動作寿命を改善するために、バックライトシステムは、一般的に、デバイスがバッテリ動作時にはローパワーモードに、主電源接続時にはハイパワーモードに設定可能に構成される。
それゆえ、蛍光管を使用する照明方法を利用した現在の技術において、バックライトシステムにおける種々のパワー設定を可能にする唯一の方法は、蛍光管に供給する電力を減らすことであるが、これはディスプレイの輝度(明るさ)が低下するという問題を引き起こす。
米国特許第6262710号には、ポリマーディスプレイの省電力が記載されている。種々の色空間の効果に関する計算を用いて、デバイスの演色能力を維持しながら、低消費電力を達成する解を導いている。この種の計算は複雑なので、ディスプレイを動作させるのに必要な制御回路は複雑な設計を必要とする。
したがって、本発明の目的は、従来技術のカラーディスプレイシステムの消費電力に関する欠点を解決することにある。
本発明の目的は、少なくとも第1カラー発光素子、第2カラー発光素子および第3カラー発光素子を具えているカラーディスプレイシステムおよびこの種のシステムを動作する方法によって達成される。これらの発光素子は、合計すると第1の総電力入力P0になるPC1,0、PC2,0およびPC3,0でそれぞれ表される初期電力入力を供給され、これにより各発光素子は初期の第1の色強度、第2の色強度および第3の色強度をそれぞれ提供し、これらの色強度が合成されて初期の総輝度として人間の目に知覚できる。次に、各発光素子に、PC1,1、PC2,1およびPC3,1で表される第2の電力入力を供給することによって、入力電力を第2の総電力入力に低減し、これにより前記第1の総電力入力より低い第2の総電力入力を得るようにし、ここで各発光素子の電力比がPC3,1/PC3,0<PC2,0/PC2,1及びPC1,1/PC1,0<PC2,0/PC2,1の関係を有する。
電力入力の低減後の発光素子からの合成強度が、電力入力低減前の初期の総輝度と略等しい総輝度として人間の目に知覚できることが好ましい。
第2のカラー発光素子への電力入力を増大させて、第2のカラー発光素子が、第1の色強度および第3の色強度と合成されてほぼ前記第1の総輝度として人間の目に知覚される第2の色強度を生成することもまた好ましい。
好適実施例においては、第1のカラー発光素子および第3のカラー発光素子への電力入力は、ほぼゼロとする。
前記システムは少なくとも第4のカラー発光素子も具え、前記第4のカラー発光素子に電力を入力して、前記第4のカラー発光素子が第4の色強度を生成し、第4の色強度が第2の色強度と合成されて前記第1の総輝度として人間の目に知覚できるようにしてもよい。
好適実施例においては、第1〜第3のカラー発光素子への電力入力は互いに、PC3,1/PC3,0<0.7*PC2,0/PC2,1及びPC1,1/PC1,0<0.7*PC2,0/PC2,1という関係を有するものとする。
他の好適実施例において、第1〜第3のカラー発光素子への電力入力は互いに、PC3,1/PC3,0<0.5*PC2,0/PC2,1及びPC1,1/PC1,0<0.5*PC2,0/PC2,1という関係を有するものとする。
第1、第2、第3の色はそれぞれ赤色、緑色、青色であることが好ましく、第4の色はシアン色、黄色、アンバー色のうちのいずれかである。
例えばLEDバックライト型液晶ディスプレイのように赤色、緑色および青色の光を発生する個々の発光素子を用いることによって、カラーバランスを個々の使用モードに合わせて最適化できる、すなわち、演色能力に関する種々の要求に適応できるので、電力使用を改善でき、したがってバッテリ動作寿命も改善できる。人間の目はスペクトルの緑色部分に最も高い感度を有するので、白色を緑色の方へ動かし、同時にこれらの発光素子に供給する電力を減らすことによって同じ表示輝度を維持することは可能である。
代表的なカラーディスプレイシステムでは、完全な白画像を生成するときに、緑色光は60%、赤色光は30%、青色光は10%の割合で知覚輝度に寄与する。それゆえ、本発明によるディスプレイシステムをPCに組み込むと、例えばワード編集のみが必要とされる場合には、緑色の発光素子の強度を66%増大させるとともに赤色および青色の発光素子(例えばLED)を完全にスイッチオフすることができる。その結果、ディスプレイシステムの消費電力は50%減るが、知覚輝度は不変である。このような場合の欠点は、緑色の画像しか見えず、全ての文字が緑色に見えるということである。
第4の発光素子を加えると複雑になるが、LEDの形のシアン色またはアンバー色の発光素子は非常に効率的で、省電力の様々な効果に貢献し、また、多数の魅力的な色が達成でき、エンドユーザに魅力的な製品を開発するために設計の自由度与えることができる。さらに、シアン色のLEDは例えば青色のLEDより寿命が長い。このように、余分に複雑になるが、これはデバイスの寿命が長くなったことで補償できる。
本発明の方法は、個々の発光素子(例えばLEDバックライト型LCD製品、ポリLEDディスプレイ、レーザーベースのディスプレイなど)が赤色、緑色および青色の光を発生するような製品に特に有効である。
本発明のこれらおよびその他の態様は、以下に記載されている実施例を参照して明瞭に説明される。
以下、RGB色空間の特性を有する発光素子の例を参照して本発明を説明する。バックライト付のLCD、ポリLEDおよび走査型レーザーシステムにおける本発明の適用の定性的な例を示し、次に定量的実験およびシミュレーションの説明をする。
人間の目は、図1aに示すように、異なる波長の光に異なる感度を有する。相対感度が、ナノメートルの波長の関数としてプロットされている。点線のカーブ101は、かん体(本質的に明るさのみに感度を有する目の細胞)の相対感度を示す。実線のカーブ102は、錐体(種々の色に感度を有する目の細胞)の相対感度を示す。赤色(R)、緑色(G)および青色(B)もまた、図1aに示されている。以下の好適実施例の説明では、人間の目に知覚できる光のスペクトルについて言及する。このようなスペクトル範囲は、約400ナノメートルから約700ナノメートルの範囲にある。
図1bは周知のCIE1931色度図を示し、後述することとなる実験およびシミュレーションで使用する色域を定める赤色R、緑色G、青色B、シアン色C、アンバー色Aの座標を示す。
図2は、LCD用のいわゆるバックライトシステムの形態の本発明に係るカラーディスプレイシステム200を示す。システム200は、例えばポータブルコンピュータ、PDA、自動車電話、デジタルカメラ、または電力効率のよいディスプレイシステムを必要とするその他の種類の電子デバイスの一部を形成しうる。詳細には説明しないが、図2の参照符号220で示すこの種の電子デバイスは、通常動作に必要な全ての機能を有し、この機能とは、例えばカラーディスプレイシステム200に表示すべきデータおよび、カラーディスプレイシステム200を動作するのに必要なその他信号を供給することである。電子デバイス220の機能は当業者に明らかであるため、明確にするために詳細に説明することはしない。
カラーディスプレイシステム200は、発光ダイオード(LED)、すなわち赤色LED202、緑色LED204および青色LED206の形の多くの発光素子への電力入力を制御する制御回路212を具える。LEDの電源は、システム200の制御回路212に接続されたバッテリ214で示す。一般的に、カラーディスプレイシステム200は、図2に示す3つのLEDよりも多数のLEDを具える。
制御回路212によって制御されるときに、LED202、204および206への電力入力は各LEDを発光させ、すなわち図2に示すように、赤色光203、緑色光205および青色光207をディフューザ208へと放射する。当業者に明らかなように、ディフューザは発光素子202、204および206からの放射光を混合し、ほぼ連続したスペクトルの白色光209を形成する光を放射する。白色光209はLCD装置210に入射し、このLCD装置は電子デバイス220の回路からの制御信号と共に制御回路212によって制御されカラー画像を生成する。
第1動作モードでは、発光素子202、204および206のそれぞれに初期の赤色、緑色、青色発光電力入力を供給するように、ディスプレイシステム200は動作する。これらの個々の電力値を合計すると第1の総電力入力になる。各発光素子202、204および206は、電力入力を光に変換することによって、最初に、赤色、緑色および青色の強度をそれぞれ発生し、これらは、合成され、すなわちディフューザ208から放射される混合光209は、第1の総輝度として人間の目に知覚できる。
第2動作モードでは、赤色発光素子202および青色発光素子206への電力入力を減少させる。それゆえ、第1の総電力入力より少ない第2の総電力入力が得られ、各発光素子202、204および206は赤色、緑色および青色の強度をそれぞれ発生し、これらは、合成されて、ほぼ第1の総輝度として人間の目に知覚できる。
その他の実施例では、図2に示すシステムは、LEDの代わりにレーザーランプの形の発光素子を具えうる。
赤色輝度が緑色輝度の33%未満になり、青色輝度が緑色輝度の12%未満になるように、発光素子への電力を制御することが好ましい。代案としては、赤色および青色の輝度がゼロになるように発光素子への電力を制御することが好ましい。
当業者に明らかであるように、上述した動作は制御装置212の論理回路および電子デバイス220のソフトウェア命令の組合せによって実装されることが好ましい。
図3は、いわゆるポリLEDシステムの形態の本発明に係るカラーディスプレイシステム300を示す。システム300は、例えばポータブルコンピュータ、PDA、自動車電話、デジタルカメラ、または電力効率のよいディスプレイシステムを必要とするその他の種類の電子デバイスの一部を形成しうる。詳細には説明しないが、図3の参照符号320で示すこの種の電子デバイスは、通常動作に必要な全ての機能、例えばカラーディスプレイシステム200に表示すべきデータおよびカラーディスプレイシステム200を動作するのに必要なその他信号を供給する機能を有する。電子デバイス320の機能は当業者に明らかであるため、明確にするために詳細に説明することはしない。
カラーディスプレイシステム300は制御回路312を具え、この制御回路312は、Xドライバ回路306およびYドライバ回路308により、発光ダイオード(LED)302の形の発光素子310のマトリックスへの入力を制御する。R、G、およびBでそれぞれ示される赤色、緑色、および青色のLEDに加えて、マトリックス310では、シアン色のLED304も存在する。LEDのマトリックス310の電源は、システム300の制御回路312に接続されたバッテリ314で図示される。
制御回路312およびディスプレイシステム300を組み込む電子デバイス320の回路によって制御されるときに、カラー画像がLEDのマトリックス310に生成されるように、LEDのマトリックス310への電力入力は各LEDを発光させる。生成画像は、マトリックス310のLEDの特性によって決まる色域を含む。
第1動作モードでは、マトリックス310の発光素子に初期の赤色、緑色、青色、シアン色の発光電力入力をそれぞれ供給するように、ディスプレイシステム300は動作する。これらの個々の電力値は合計すると第1の総電力入力になる。最初に、マトリックス310の各発光素子は、電力入力を光に変換することによって、赤色、緑色、青色およびシアン色の強度をそれぞれ発生し、これらの光は第1の総輝度として人間の目に知覚できる。
第2動作モードでは、マトリックス310の赤色および青色発光素子への電力入力を減少させる。それゆえ、第1の総電力入力より少ない第2の総電力入力が得られ、マトリックス310の各発光素子は赤色、緑色、青色およびシアン色の強度をそれぞれ発生し、これらの強度は、合成されて、ほぼ第1の総輝度として人間の目に知覚できる。
赤色輝度が緑色輝度の33%未満になり、青色輝度が緑色輝度の12%未満になるように、発光素子への電力入力を制御することが好ましい。代案としては、赤色および青色の輝度がゼロになるように、発光素子への電力入力を制御することが好ましい。
当業者に明らかであるように、上述した動作は制御装置212の論理回路および電子デバイス220のソフトウェア命令の組合せによって実装されることが好ましい。
さらに、アンバー色のLEDをシアン色のLEDの代わりに用いることができ、あるいは、5色(例えば赤色、緑色、青色、シアン色、アンバー色)を含むポリLEDディスプレイを用いることもできる。
図4は、いわゆる走査型レーザーシステムの形態の本発明に係るカラーディスプレイシステム400を示す。システム400は、例えばポータブル画像投影システム、または電力効率のよいディスプレイシステムを必要とするその他の種類の電子デバイスの一部を形成しうる。図2と図3で上述した実施例と同様に、カラーディスプレイシステム400はこの種の電子デバイスによって制御される。
カラーディスプレイシステム400は、発光レーザー、すなわち赤色レーザー402、緑色レーザー404、青色レーザー406およびシアン色レーザー408の形の発光素子への電力入力を制御する制御回路412を具える。レーザー402、404、406および408の電源は、システム400の制御回路412に接続されたバッテリ414で図示される。
制御回路412および電子デバイスの回路によって制御されるときに、レーザー402、404、406および408への電力入力はそれぞれ、レーザー光線403、405、407および409の形の光を各レーザーから放射させる。レーザービーム403、405、407および409は折り曲げミラー420およびダイクロイックミラー422の光学系を経て伝播し、合成ビーム411を形成し、この合成ビーム411が走査装置427によって制御される走査鏡426で反射されて参照符号428で示す画像を形成する。走査装置427は当業者にとって周知であるので、その動作は説明しない。
生成画像428は、レーザー402、404、406および408の特性によって決まる色域を含む。
第1動作モードでは、発光素子402、404、406および408のそれぞれに初期の赤色、緑色、青色、シアン色の発光電力入力を供給するように、ディスプレイシステム400は動作する。これらの個々の電力値は合計すると第1の総電力入力になる。各発光素子402、404、406および408は、電力入力を光に変換することによって、最初に、赤色、緑色、青色およびシアン色の強度をそれぞれ発生し、これらの光は第1の総輝度として人間の目に知覚できる。
第2動作モードでは、赤色発光素子402および青色発光素子406への電力入力を減少させる。それゆえ、第1の総電力入力より少ない第2の総電力入力が得られ、各発光素子は赤色、緑色、青色およびシアンの強度をそれぞれ発生し、これらの強度は、合成されて、ほぼ第1の総輝度として人間の目に知覚できる。
赤色輝度が緑色輝度の33%未満になり、青色輝度が緑色輝度の12%未満になるように、発光素子402、404、406および408への電力入力を制御することが好ましい。代案としては、赤色および青色の輝度がゼロになるように、発光素子への電力入力を制御することが好ましい。
さらに、黄色のレーザーをシアン色のレーザーの代わりに用いることができ、あるいは、5色(例えば赤色、緑色、青色、シアン色、黄色)を含むポリ走査型レーザープロジェクションシステムを用いることもできる。
従来の固体LEDを使用した実験により、以下の結果が得られた。表1aは、LEDの特性に関する情報を示す。
表1aにおいて、xおよびyの値は、図1bに示したCIE1931色度図のそれぞれの色の位置を示す。
表1aのLEDを使用した実験結果を表1bに示す。
表1bの結果から分かるように、LEDの合成光の合計出力を41ルーメンに保ちながら、緑色および青色LEDへの電力入力を減らして、赤色LEDへの電力入力を増やすと、総低減電力と初期電力との比率が69%(すなわち0.93/1.35)となる。表1bはまた、初期のLED出力および電力低減後のLED出力のCIE色度図(図1b)におけるxおよびyの位置を示す。図の中央付近(すなわち白色部分)の位置(x、y)=(0.313,0.329)から、図の赤色部分に近い位置(x、y)=(0.700,0.299)への移動がある。
LEDの理論性能値を使用するシミュレーションを表2aおよび2bに示す。LEDの効率が向上しシミュレーションに使用するLEDの性能データがまもなく実用水準になると仮定する。LED効率の向上に関する考察は、Nordhaus, W.D. の "The economics of new goods", Breshnahan, T.F. et al., eds., pp. 29-70, The University of Chicago Press, 1997, as well as in Bergh, A. et al., "SSL-LED Roadmap 2002", Physics Today 54, pp 42-47, December 2001において見られる。
表2aは、表1aに類似しており、アンバー色のLCDおよびシアン色のLCDのデータも示している。
表2bは、表2aのLEDを使用したシミュレーション結果を示す。電力比(電力%で示す)および光束比(光束%で示す)も表に示し、十分な光束を維持しながら39%から52%の範囲の電力比を得ることが可能であることに注意されたい。
種々のシミュレーションにおいて、合成光の色度図のxおよびyの位置が緑色部分に近い傾向があることに留意する必要がある。
実際の設計された製品は、本発明を多数の種々の方法で使用できる。例えば、電子写真/ビデオ認識回路を組み込んでいる製品では、ディスプレイの白色点設定(すなわち、個々のカラー光源に対する電力駆動)は、表示された画像内容に自動的に調節される。
省電力モードで実際に選択される色は、最も効率の良い色(すなわち、最も高い発光効率を有する光源の色)の代わりに、視覚的に魅力的な製品(すなわち、筐体の色に関して魅力的な表示色を有する製品)を得るように選択されうる。
要約すると、輝度能力のために演色能力を犠牲にすることによって、カラーディスプレイシステムにおける省電力を達成する。このシステムは、複数の発光素子を具える。これらの発光素子に、合計すると第1の総電力入力になる初期の電力入力を供給し、これにより各発光素子はそれぞれ初期の第1の色強度、第2の色強度および第3の色強度を発生し、これらの色強度が合成された初期の総輝度として人間の目に知覚できる。次に、各発光素子にそれぞれ第2の電力入力を供給することによって電力入力を第2の総電力入力に低減し、前記第1の総電力入力より小さい第2の総電力入力を得る。
Claims (21)
- 少なくとも第1のカラー発光素子、第2のカラー発光素子および第3のカラー発光素子を具え、これらの発光素子に、合計すると第1の総電力入力P0になるPC1,0、PC2,0およびPC3,0でそれぞれ表される初期電力入力を供給し、これにより各発光素子が初期の第1の色強度、第2の色強度および第3の色強度をそれぞれ生成し、これらの色強度が合成されて初期の総輝度として人間の目に知覚できるカラーディスプレイシステムを動作する方法において、各発光素子に、PC1,1、PC2,1およびPC3,1で表される第2の電力入力を供給することによって、電力入力を第2の総電力入力に低減して、前記第1の総電力入力より低い第2の総電力入力を得るようにし、ここで各発光素子の電力比がPC3,1/PC3,0<PC2,0/PC2,1及びPC1,1/PC1,0<PC2,0/PC2,1の関係を満たすことを特徴とする方法。
- 電力入力の低減後の発光素子からの合成強度が、電力入力低減前の初期の総輝度と略等しい総輝度として人間の目に知覚できることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 第2のカラー発光素子への電力入力を増大させて、第2のカラー発光素子が、第1の色強度および第3の色強度と合成されてほぼ前記第1の総輝度として人間の目に知覚される第2の色強度を生成することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 第1のカラー発光素子および第3のカラー発光素子への電力入力が、ほぼゼロであることを特徴とする請求項3に記載の方法。
- 前記システムは少なくとも第4のカラー発光素子も具え、前記第4のカラー発光素子に電力を入力して、前記第4のカラー発光素子が第4の色強度を生成し、第4の色強度が第2の色強度と合成されて前記第1の総輝度として人間の目に知覚できることを特徴とする請求項4に記載の方法。
- 第1〜第3のカラー発光素子への電力入力は互いに、PC3,1/PC3,0<0.7*PC2,0/PC2,1かつPC1,1/PC1,0<0.7*PC2,0/PC2,という関係を満たすことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 第1〜第3のカラー発光素子への電力入力は互いに、PC3,1/PC3,0<0.5*PC2,0/PC2,1かつPC1,1/PC1,0<0.5*PC2,0/PC2,1という関係を満たすことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記第1、前記第2および前記第3の色が、それぞれ、赤色、緑色および青色であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
- 前記第4の色は、シアン色、黄色およびアンバー色のいずれかであることを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 少なくとも第1のカラー発光素子、第2のカラー発光素子及び第3のカラー発光素子と、各発光素子に、合計すると第1の総電力入力P0になるPC1,0、PC2,0およびPC3,0でそれぞれ表される初期の電力入力を各発光素子に供給するように構成される制御回路とを具え、前記初期の電力入力により各発光素子が初期の第1の色強度、第2の色強度および第3の色強度をそれぞれ生成し、これらの色強度が合成されて初期の総輝度として人間の目に知覚できるカラーディスプレイシステムにおいて、前記制御回路が、PC1,1、PC2,1およびPC3,1で表される第2の電力入力を各発光素子に供給することによって、電力入力を第2の総電力入力P1に低減して、前記第1の総電力入力P0より少ない第2の総電力入力P1を得るよう構成され、ここで各発光素子の電力比がPC3,1/PC3,0<PC2,0/PC2,1及びPC1,1/PC1,0<PC2,0/PC2,1の関係を満たすことを特徴とするカラーディスプレイシステム。
- 電力入力の低減後の発光素子からの合成強度が、電力入力低減前の初期の総輝度と略等しい総輝度として人間の目に知覚できるように、制御回路を構成することを特徴とする請求項10に記載のシステム。
- 第2のカラー発光素子への電力入力を増大させて、第2のカラー発光素子が、第1の色強度および第3の色強度と合成されてほぼ前記第1の総輝度として人間の目に知覚される第2の色強度を生成するように制御回路が構成されていることを特徴とする請求項10または11に記載のシステム。
- 制御回路が、第1のカラー発光素子および第3のカラー発光素子への入力を略ゼロまで低減するように構成されることを特徴とする請求項12に記載のシステム。
- 前記システムが少なくとも第4のカラー発光素子も具え、前記第4のカラー発光素子に電力を入力して、前記第4のカラー発光素子が第4の色強度を生成し、第4の色強度が第2の色強度と合成されて前記第1の総輝度として人間の目に知覚できるように制御回路が構成されることを特徴とする請求項13に記載の方法。
- 第1〜第3のカラー発光素子への電力入力は互いに、PC3,1/PC3,0<0.7*PC2,0/PC2,1かつPC1,1/PC1,0<0.7*PC2,0/PC2,1という関係を満たすことを特徴とする請求項10に記載のシステム。
- 第1〜第3のカラー発光素子への電力入力は互いに、PC3,1/PC3,0<0.5*PC2,0/PC2,1かつPC1,1/PC1,0<0.5*PC2,0/PC2,1という関係を満たすことを特徴とする請求項10に記載のシステム。
- 前記第1、前記第2および前記第3の色は、それぞれ、赤色、緑色および青色であることを特徴とする請求項10に記載のシステム。
- 前記第4の色は、シアン色、黄色およびアンバー色のいずれかであることを特徴とする請求項14〜17のいずれか1項に記載のシステム。
- 請求項10に記載のカラーディスプレイシステムを具える電子デバイス。
- 前記デバイスがバッテリで動作する請求項19に記載のデバイス。
- 画像信号内容に従って、発光素子へのパワーレベルを調節する電子回路を含む請求項19または20に記載のデバイス。
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