JP2019532320A - 光源システム及び投影機器 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施例は、光源システム20を提供する。図2に示すように、当該光源システム20は、2つの光源を備え、それぞれ励起光光源21と第1補足光源22であり、第1光案内ユニット23、波長変換装置24、第2光案内ユニット25を更に備える。本実施例では、波長変換装置が反射型カラーホイール24(例えば、直接に反射基板に塗布された波長変換層)であることを例とし、無論、当該波長変換装置は、透過型波長変換装置(例えば、透明基板および透明基板内部にドープされた波長変換材料を含む)であってもよい。波長変換材料は、蛍光粉、量子ドット材料等を含むが、それらに限定されない。波長変換層は、波長変換材料層、または波長変換材料と接着剤とを焼成して得られたフィルムシート等である。好ましくは、当該波長変換材料は、黄色光蛍光粉、黄緑色光蛍光粉、緑色光蛍光粉等であってもよい。1つの具体的な実施形態として、第1光案内ユニット23は、対向配置され、例えば、領域的にめっき膜が設けられた全反射シート231である分光部品と、例えば光反射ミラー232である光反射部品とを備え、全反射シート231と光反射ミラー232との具体的な配置方法の1つとして、全反射シート231と光反射ミラー232とは、水平面に対して異なる45°となるように配置される。全反射シート231において、励起光の入射に対応する領域は、励起光を透過し、且つ被励起光を反射するためのめっき膜が設けられ、他の領域の全ては、被励起光、励起光、又は両者を反射するように構成される。更に、被励起光、又は被励起光及び第1補足光(更なる説明は後述する)の光の純度を高めるために、円形カラーホイールの外周又は内周に環状の光フィルタホイールが設けられてもよい。つまり、反射型カラーホイールと光フィルタホイールとは、一体化構造とされる。本発明では、一体化構造の反射型カラーホイールと光フィルタホイールとは、円形カラーホイールの外周に環状の光フィルタホイールが設けられたものを例とする。反射型又は透過型カラーホイールにおける波長変換材料の種類及び区画、および対応する一体的又は別体的な(更なる説明は後述する)光フィルタホイールにおけるフィルタの種類及び区画は、実際の状況に応じて定められてもよく、カラーホイールと光フィルタホイールとの区画のそれぞれは、回転角度が相互にマッチングしている。励起光及び被励起光の利用率を高めるために、第1光案内ユニット23は、更に、全反射シート231と反射型カラーホイール24との間、全反射シート231と光反射ミラー232との間、光反射ミラー232と光フィルタホイール26との間、および、光フィルタホイール26と第2光案内ユニット25との間の何れにも設けられた第1集光レンズ233を備えてもよい。第1集光レンズ233は、凸レンズ、凹レンズ、又は両者の組み合わせ等を用いてもよく、第1集光レンズ233の数は、実際の需要に応じて決めることができる。
本実施例は、別の光源システム30を提供する。図3に示すように、当該光源システム30と図2に示す光源システム20との主な違いは、第2光案内ユニット35の設置にある。具体的に、第2光案内ユニット35は、実施例1に比べて、選択的光学部品351と第1補足光源32との間に、散乱部品及び光均一化部品が設けられておらず、更に、第1補足光と被励起光とが出射する同一の出射通路には、光均一化装置37が設けられている。以下では、1つの具体的な例示で、本実施例に係る上記光源システム30を説明する。励起光光源31により発された励起光が青色励起光Bであり、第1補足光源32により発された第1補足光が赤色光Rであり、波長変換装置が反射型カラーホイール34であり、且つ波長変換材料が励起光によって励起され、青色B、緑色G、赤色Rの被励起光のうちの1種又は複数種を発生すると仮定し、当該被励起光の具体的な態様は、光変調デバイスの数とタイプによって決めてもよい。被励起光が第1光案内ユニット33の案内によって反射型カラーホイール34から出射して光フィルタホイール36に入射し、光フィルタホイール36から出射した後の被励起光が更に第2光案内ユニット35の選択的光学部品351へ照射され、第1補足光としての赤色光Rとともに、光均一化装置であるフライアイレンズペア37に出射する。さらに言えば、本実施例では、第1補足光源32は、赤色レーザ光Rを発する赤色レーザ光アレイを採用し、励起光光源31は、青色レーザ光Bを発する青色レーザ光アレイを採用し、青色レーザ光Bが反射型カラーホイール34における波長変換材料である蛍光材料を励起して上記1種又は複数種の蛍光を発生し、赤色レーザ光Rと赤色蛍光とは、選択的光学部品351のめっき膜において光のエテンデュー合成を行う(図4を参照)。図4は、赤色レーザ光のスペクトルRL、赤色蛍光のスペクトルRP、および選択的光学部品351のめっき膜の光反射率曲線CRを模式的に示す。赤色レーザ光のスペクトルの波長範囲が狭くて、赤色蛍光のスペクトルの波長範囲が広いため、赤色レーザ光のスペクトルRLと赤色蛍光のスペクトルRPとのピンク波長の一定の範囲内において、一部の赤色蛍光スペクトルRP1(図4における太い曲線に示す)に対応する波長範囲は、光反射率曲線CRと光反射率曲線CRとの波長範囲の何れにも重複の部分を有する。これから分かるように、めっき膜が赤色レーザ光を反射すると同時に、重複の部分に対応する波長を有する赤色蛍光を反射することが避けられないため、赤色蛍光の一定のロスを引き起こす。しかし、赤色蛍光のスペクトルの波長範囲が広いため、めっき膜の帯域通過及び帯域阻止を合理的に設定することにより、太い曲線RP1の右側に位置する一部の赤色蛍光スペクトルRP2(図4中の点線に示す)に対応する波長範囲の赤色蛍光は、反射されることなく、透過して利用され、赤色レーザ光とともに出射し、被励起光の利用率を向上させる。また、赤色レーザ光がフライアイレンズペア37の中央の小さい領域を占め、上記青色B、緑色G、赤色Rの1種又は複数種の蛍光が他の領域を占めて、最終的に光変調デバイスに結像され、赤色レーザ光と蛍光とが何れも均一性の良い光スポットを形成可能であり、当該光スポットが投影レンズを通って最終的に画像を形成して人の目によって観察される。よって、フライアイレンズペアを十分に利用して、光に対して光均一化を行うことで良好な面分布を形成する。したがって、例えば、散乱部品及び光均一化部品の光学部品を省略してコストを低減すると同時に、なお、出射光が受け入れ可能な良い範囲内にあることを保証する。また、更に図5を参照し、更に別の実施形態として、上記図4に示す特性を有するめっき膜の選択的光学部品351については、当該選択的光学部品351を更に改良して図5に示す偏光状態特性を追加することが可能である。例えば、1種の実行可能な改良方式として、改良された選択的光学部品は、偏光シートにめっき膜を設けることで得ることができる。改良された選択的光学部品は、以上の図4及び図5に示す光反射率と透過率特性を有する。赤色レーザ光RがS偏光状態の光であり、被励起光が赤色蛍光でありながらP状態とS状態との2種の偏光状態の光を含む場合には、当該改良された選択的光学部品は、S偏光状態の赤色光Rを反射し、且つ、赤色レーザ光Rのスペクトル範囲に対応する波長範囲と大凡同一の赤色蛍光中のS偏光状態の光を反射することによって生じたロスを除き、上記大凡同一の波長範囲以外の赤色蛍光に含まれているP状態とS状態との2種の偏光状態の光は、何れも当該改良された選択的光学部品351によって透過可能である。これによって、赤色レーザ光Rが非常に高い補光効率を有することを保証するとともに、赤色蛍光のロスを大きく低減することができる。したがって、上述したように、当該改良された選択的光学部品351により、それに入射した赤色レーザ光と赤色蛍光とに対して光のエテンデュー合成及び光の偏光合成を光学的に実施可能である。
本実施例は、別の光源システム40を提供する。図6に示すように、当該光源システム40と図3に示す光源システム30との主な違いは、第1補足光源42’を追加することにある。具体的に、第1補足光源42と第1補足光源42’とは、選択的光学部品451の同一側に配置され、第1補足光源42’と第1補足光源42とは、第2光案内ユニット45に含まれる分光素子455の両側に位置し、当該分光素子455は、第1補足光源42’と第1補足光源42とにより発された光のうちの一方を透過し、他方を反射するように波長分光し、同一の光路から選択的光学部品451に出射させる。したがって、2つの第1補足光源が設けられても、選択的光学部品451の、全ての第1補足光の入射領域に対応する面積は、対応して拡大する必要がないため、選択的光学部品451を通った時の光ロスの増加を回避することができる。また、理解できるように、2種又はそれ以上の異なる色の光を発する2つ又はそれ以上の第1補足光源について、これらの第1補足光源は、それに対応する異なる第2光案内ユニットのそれぞれを通って出射することができる。例えば、2つの第1補足光源が2種の異なる色の光を発すると仮定すれば、被励起光が光フィルタホイールを通る光路方向に対して、一方の第1補足光源及びそれに対応する第2光案内ユニットは、光フィルタホイールの前に設けられ、他方の第1補足光源及びそれに対応する第2光案内ユニットは、光フィルタホイールの後に設けられる。また、理解できるように、1つの第1補足光源内に2種の異なる色の光を発せる固体光源が設けられてもよく、当該2種の異なる色の光が概ね平行方向に沿って第2光案内ユニットに出射する。以下、1つの具体的な例示で本実施例に係る上記光源システム40を説明する。励起光光源41により発された励起光が青色励起光Bであり、第1補足光源42により発された第1補足光が赤色光Rであり、第1補足光源42’により発された第1補足光が緑色光Gであり、波長変換装置が反射型カラーホイール44であり、且つ波長変換材料が励起光によって励起されて黄色被励起光Y、または黄色被励起光Y及び変換されていない青色励起光を発生する(図示せず)と仮定する。被励起光は、第1光案内ユニット43の案内を経て反射型カラーホイール44から出射して光フィルタホイール46に入射し、光フィルタホイール46から出射した後の被励起光は、更に第2光案内ユニット45へ照射され、選択的光学部品451によって反射された赤色光R及び/又は緑色光Gとともに、光均一化装置であるフライアイレンズペア47に出射する。本実施例では、第1補足光源が2つあり、且つそれぞれ赤色光Rと緑色光Gである第1補足光を発するため、実際の需要に応じて、例えば、赤色蛍光及び緑色蛍光である被励起光に対して、それぞれ赤色光R及び緑色光Gを補足でき、一層優れた画像品質が得られる。
本実施例は、別の光源システム50を提供する。図8に示すように、当該光源システム50と、図2、3、及び6に示す光源システムとの主な違いが、第1補足光源52と第2光案内ユニット55の位置、第2光案内ユニット55に含まれる部品にある。具体的に、被励起光の入射に対し、光フィルタ装置としての光フィルタホイールの光路に対して、以上の各実施例における第2光案内ユニット55が何れも光フィルタホイールの後に設けられるが、本実施例における第2光案内ユニット55は、光フィルタホイール56の前に設けられる。本実施例の上記光源システム50を説明するための1つの具体的な例示は、含まれる励起光及び被励起光の状況が第1実施例と同じであるため、ここで繰り返し説明しない。図8を参照し、第1補足光としての赤色光Rは、第2光案内ユニット55の選択的光学部品551の反射によって、黄色被励起光Yとともに、または黄色被励起光Y及び変換されていない青色励起光Bとともに光フィルタホイール56に出射する。本実施例では、第2光案内ユニット55の選択的光学部品551は、光反射ミラー532と光フィルタホイール56との間に設けられ、選択的光学部品551は、それによって反射された赤色光Rと、光反射ミラー532によって反射された黄色被励起光Y、または黄色被励起光Y及び変換されていない青色励起光Bとを案内して共に光フィルタホイール56へ出射させる。また、1種の置換可能な実施形態として、第2光案内ユニット55の選択的光学部品551は、領域的にめっき膜が設けられた全反射シート531と光反射ミラー532との間に設けられてもよく(図示せず)、選択的光学部品551は、それによって反射された赤色光Rと、全反射シート531によって反射された黄色被励起光Y、または黄色被励起光Y及び変換されていない青色励起光Bとを案内して共に光反射ミラー532に出射させて、更に、光フィルタホイール56へ出射させる。また、光フィルタホイール56を通った後の被励起光と第1補足光とは、更に、第3集光レンズ59及び光均一化装置(図示せず)に入射される。好ましくは、本実施例では、第2光案内ユニット55は、第1補足光源52と選択的光学部品551との間に設けられた散乱シート552及び第4集光レンズ554を更に備え、散乱シート552及び第3集光レンズ554を設けるメリットは、前述した第1実施例における関連内容を参照すれば理解可能である。本実施例では、第1補足光源と第2光案内ユニットとの配置される位置が、光反射ミラー532と光フィルタホイール56との間の隙間を利用するため、光源システムの構造がよりコンパクト化される。
本実施例は、別の光源システム60を提供する。図9に示すように、当該光源システム60と図8に示す光源システム50との主な違いは、波長変換装置64及び光フィルタ装置66の構造、第1光案内ユニット63に含まれる部品、第1補足光源62と第2光案内部品65との位置にある。具体的に、本実施例における波長変換装置としての透過型カラーホイール64と、光フィルタ装置としての光フィルタホイール66とは、別体構造であり、両者がそれぞれ励起光光源61により発された青色励起光Bと被励起光との出射光路に設けられ、第2光案内ユニット65の少なくとも一部の部品は、別体である透過型カラーホイール64と光フィルタホイール66との間の隙間に設けられる。以下では、1つの具体的な例示で本実施例に係る上記光源システム60を説明する。励起光光源61が青色励起光Bを発し、第1補足光源62により発された第1補足光が赤色光Rであるとする。青色励起光は、まず第1光案内ユニット63に含まれる第1集光レンズ631を通って上記透過型カラーホイール64に入射して被励起光を発生させ、当該被励起光の色は、上記他の各実施例における何れか1種の場合であってもよい。被励起光は、透過型カラーホイール64によって透過された後に、第2光案内ユニット65の選択的光学部品651へ照射され、赤色光Rと共に光フィルタホイール66に出射する。好ましくは、透過型カラーホイール64と選択的光学部品651ユニットとの間に、第1光案内ユニット63に含まれる第1集光レンズ631が配置され、且つ、光フィルタホイール66を通った被励起光と赤色光Rとは、更に光均一化装置であるフライアイレンズペア67に入射される。本実施例では、第2光案内ユニット65の選択的光学部品651が、別体である透過型カラーホイール64と光フィルタホイール66との間の隙間に設けられることにより、当該隙間が十分に利用されるため、光学システム60の占める全体空間の縮小に寄与する。また、一般的に、光フィルタホイール66も散乱、即ち、デコヒーレントの機能を有するため、実施例4よりも、本実施例では、第1補足光源と選択的光学部品との間に設けられる散乱シートもその分だけ省略可能であり、コストダウンに繋がる。
本実施例は、別の光源システム70を提供する。図10に示すように、当該光源システム70と図8に示す光源システム50との主な違いは、第2補足光源72及び第2光案内ユニット75の位置、第2光案内ユニット75に含まれる部品にある。したがって、図8及び第4実施例における同じ部品及び光路については繰り返し説明しない。具体的に、図10を参照すると、本実施例の第2光案内ユニット75は、選択的光学部品751を備え、当該選択的光学部品751は、第1補足光を透過するとともに、被励起光、または被励起光及び変換されていない励起光を反射して共に光フィルタホイール76に出射する。光フィルタホイール76は、カラーホイール74の外側に設けられ、カラーホイール74とは一体化されている。理解できるように、第2光案内ユニット75は、第1補足光源72と選択的光学部品751との間に設けられた散乱シート752及び第4集光レンズ754を更に備えてもよい。以下では、1つの具体的な例示で本実施例に係る上記光源システム70を説明する。第1補足光としての赤色光Rは、選択的光学部品としての、領域的にめっき膜が設けられた全反射シート751を通り、全反射シート751の中央領域には、赤色光Rを透過し、黄色被励起光Yまたは黄色被励起光Y及び変換されていない青色励起光Bを反射するめっき膜が設けられ、全反射シート751のエッジ領域は、黄色被励起光Y、または黄色被励起光Y及び変換されていない青色励起光Bを反射する。こうして、全反射シート751は、赤色光Rと被励起光Yとを案内し、または赤色光Rと、黄色被励起光Y及び変換されていない青色励起光Bとを案内して共に光フィルタホイール76に出射させる。また、類似的に、第1補足光源72の選択的光学部品751に対する配置方法を参照して、第1補足光源72は、領域的にめっき膜が設けられた全反射シート731に対して設けられてよい。このような場合に、第1補足光源72は、全反射シート731のめっき膜を透過して通過し、被励起光、または被励起光及び変換されていない励起光は、全反射シートのめっき膜以外の領域731によって反射され、共に光反射ミラーへ出射される。当該光反射ミラーと第4実施例で記載された光反射ミラーとの機能は、同様である。つまり、上記全反射シート731は、第1補足光と励起光を透過し、且つ被励起光、または被励起光及び変換されていない励起光を反射可能である。上記のように、本実施例では、第1補足光源の配置位置はより適応性があり、また、以上他の各実施例に比べ、理解できるように、第1光案内ユニットと第2光案内ユニットとは、実際に同様な部品を備え、即ち、同様な部品を共用する。これにより、光源システムのコストダウンに寄与する。
本実施例は、別の光源システム80を提供する。図11に示すように、第1補足光が光学部品を通るとき、ある程度の光ロスが回避不可能であるため、第1補足光の補光効率を更に向上させるために、第1補足光が通過する光学部品の数を減少するように、本実施例において、第1補足光源82と第2光案内ユニット85とは、被励起光が光均一化装置87を通った後の出射通路に設けられている。以下では、1つの具体的な例示で本実施例を更に詳細に説明する。図3及び第2実施例における同じ部品及び光路については繰り返し説明しない。カラーホイール84の外側に設けられ、カラーホイール84と一体化された光フィルタホイール86から出射した後の被励起光は、光均一化装置であるフライアイレンズペア87に出射し、光均一化された被励起光と第1補足光としての赤色光Rとは、例えば、領域的にめっき膜が設けられた全反射シート851の選択的光学部品の案内によって共に出射する。具体的に、赤色光Rは、全反射シート851のめっき膜によって透過可能であり、光均一化された被励起光、または被励起光及び変換されていない励起光は、全反射シート851のめっき膜以外の領域によって反射可能であり、且つ、上記めっき膜の領域は、それに入射した、赤色光Rのスペクトルに対応する波長範囲とは異なる、又は赤色光Rのスペクトルに対応する波長範囲とは異なり且つ偏光状態も異なる被励起光の部分を反射して、共に出射させる。全反射シート851の具体的な構造及び機能は、前述した説明を参照すれば分かるため、繰り返し説明しない。上記共に出射された光は、同一の出射通路を通過し、ライトバルブ88に入射する。当該同一の出射通路には、光反射ミラー、集光レンズ等が設けられてもよく、ライトバルブは、DMD、LCD、LCOS等であってもよい。本実施例では、被励起光が第1集光レンズ833を通って光均一化装置87に入射する光路に対して、光学システム80の第1補足光源82と第2光案内ユニット85とは、何れも光均一化装置87の後に設けられるため、赤色光Rが通過する光学部品の数が大きく減少可能であり、赤色光Rの光ロスが減少され、赤色光Rの光利用率が大凡90%以上まで向上可能である。本実施例では、第1光案内ユニット83は、第1集光レンズ833と光均一化装置87とを備え、つまり、光フィルタホイール86は、第1光案内ユニットの2つの部品、即ち、2つの第1集光レンズ833の間に位置することがわかる。また、第1補足光に対してデコヒーレント及び光均一化を行うために、第1補足光源82と全反射シート851との間に、散乱シート852及びフライアイレンズペア853が設けられてもよい。したがって、第1補足光が光均一化装置87による光均一化処理を受けなくても、高い均一性を保証することができる。
Claims (16)
- 励起光光源と、第1補足光源と、第1光案内ユニットと、波長変換装置と、第2光案内ユニットとを備え、
前記励起光光源は、励起光を発し、
前記第1補足光源は、第1補足光を発し、
前記第1光案内ユニットは、前記励起光を前記波長変換装置へ案内し、
前記波長変換装置は、前記励起光を被励起光に変換し、前記被励起光を前記第1光案内ユニットに出射させ、
前記第1光案内ユニットは、前記第2光案内ユニットへ照射するように前記被励起光を更に案内して、
前記第2光案内ユニットの少なくとも一部の部品は、前記被励起光が前記第1光案内ユニットから出射した後の光路に設けられ、
前記第2光案内ユニットは、前記第1補足光と少なくとも一部の前記被励起光とが同一の出射通路から出射するように、少なくとも一部の前記被励起光と前記第1補足光との一方又は両方を案内することを特徴とする光源システム。 - 前記第1光案内ユニットは、分光部品と光反射部品とを備え、前記分光部品は、前記励起光を透過/反射し、且つ少なくとも一部の前記被励起光を対応的に反射/透過し、前記光反射部品は、前記第2光案内ユニットへ照射するように、前記少なくとも一部の被励起光を更に案内することを特徴とする請求項1に記載の光源システム。
- 前記第2光案内ユニットは、選択的光学部品を備え、前記選択的光学部品は、前記第1補足光を反射/透過するか、または、前記第1補足光を反射/透過するとともに少なくとも一部の前記被励起光を対応的に透過/反射することを特徴とする請求項1に記載の光源システム。
- 前記選択的光学部品は、前記第1補足光を反射し、且つ少なくとも一部の前記被励起光を透過するフィルタであるか、または、前記第1補足光を反射するとともに少なくとも一部の前記被励起光を反射しない、少なくとも一部の領域にめっき膜が設けられた反射シート若しくは偏光シートであるか又は領域的にめっき膜又は偏光シートが設けられたフィルタであることを特徴とする請求項3に記載の光源システム。
- 前記第2光案内ユニットは、前記第1補足光源と前記選択的光学部品との間に設けられた散乱部品及び/又は光均一化部品を更に備えることを特徴とする請求項3に記載の光源システム。
- 前記第2光案内ユニットは、散乱部品及び/又は光均一化部品を通った前記第1補足光を、前記選択的光学部品に集光するための第2集光レンズを更に備え、前記第1補足光の集光焦点は、前記選択的光学部品に位置することを特徴とする請求項3に記載の光源システム。
- 前記光源システムは、光フィルタ装置を更に備え、前記光フィルタ装置は、前記第1光案内ユニットと第2光案内ユニットとの間に位置するか、または、前記同一の出射通路に位置することを特徴とする請求項1に記載の光源システム。
- 前記波長変換装置は、反射型カラーホイールであり、前記光フィルタ装置は、光フィルタホイールであり、前記光フィルタホイールは、前記反射型カラーホイールの外周または内周に設けられ、互いに一体化構造とされることを特徴とする請求項7に記載の光源システム。
- 前記第2光案内ユニットは、前記第1光案内ユニットと前記光フィルタホイールとの間に位置するか、または、光フィルタホイールから出射される被励起光の光路の下流に位置することを特徴とする請求項8に記載の光源システム。
- 前記波長変換装置は、透過型カラーホイールであり、前記光フィルタ装置は、光フィルタホイールであり、前記光フィルタホイールは、前記透過型カラーホイールとは別体に設けられ、前記第2光案内ユニットの少なくとも一部の部品は、前記光フィルタホイールと前記透過型カラーホイールとの間の隙間に位置することを特徴とする請求項7に記載の光源システム。
- 前記光フィルタホイールと前記透過型カラーホイールとのそれぞれの回転軸は、平行するか、または重なり合うことを特徴とする請求項10に記載の光源システム。
- 前記光源システムは、光均一化装置を更に備え、前記光均一化装置は、前記同一の出射通路に位置することを特徴とする請求項7に記載の光源システム。
- 前記光源システムは、光フィルタ装置と光均一化装置とを更に備え、前記光フィルタ装置は、前記第1光案内ユニットの2つの部品の間に位置し、前記光均一化装置は、前記被励起光が前記光フィルタ装置を通った後の出射通路に位置し、前記第1補足光源及び第2光案内ユニットは、前記被励起光が前記光均一化装置を通った後の出射通路に位置することを特徴とする請求項1に記載の光源システム。
- 前記第1補足光は、赤色光、緑色光、または青色光のうちの1種または1種以上であることを特徴とする請求項1に記載の光源システム。
- 前記第1補足光源は、2つがあり、2つの前記第1補足光源はそれぞれ、赤色光である第1補足光と、緑色光である第1補足光とを発し、前記第2光案内ユニットは、分光素子を更に備え、前記赤色光と前記緑色光とは、前記分光素子を通って前記選択的光学部品に出射することを特徴とする請求項3に記載の光源システム。
- 請求項1から15の何れか一項に記載の光源システムを備えることを特徴とする投影機器。
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