JP2020118781A - 投写型表示装置の輝度ムラや色ムラ測定システム及び測定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 オフ光センサーを用いて輝度や色を補正する方法が提示されているが、経時等によりパネルの光分布が不均一になることがある。光分布を精度よく補正するためにはDMDパネルと同程度の分解能を持つ高価なエリアセンサーが必要であった。【解決手段】 DMDのオフ光を検出するエリアセンサーを設け、DMDパネルの投写パターンを複数切り替えることにより、比較的解像度の高くない光エリアセンサーを用いて光分布を精度よく検出/補正する。【選択図】 図1
Description
本発明は、投射型表示装置に関し、特にその輝度ムラ/色むら補正のための測定システム及び測定方法に関する。
従来、投写時の輝度ムラや色ムラは工場出荷時に調整を行い、それ以降はそのデータを用いて画像信号データの補正を行っていた。それゆえ、経時変化、たとえば光源の輝点移動、光源レーザー群の光量変化、光源の入れ替えによる特性変化が生じても、それに合わせてムラ補正を行うことは、投写したスクリーンを撮像して補正を行う調整用装置を必要となる(特許文献1参照)。それゆえ実際には、専門の業者等による調整が必要であった。
経時等によりパネルに照射される光分布が不均一になった場合、光分布を精度よく補正するためには上述したように調整用の撮像装置及び調整ツールが必要であった。
上記の課題を解決するために、撮像装置の代わりに、プロジェクタ内部に光変調素子のDMDパネルのオフ光が照射されるところに光エリアセンサーを設けて、DMDパネルからの光をエリアセンサーで測定する構成として光分布の不均一データを取得する。光エリアセンサーを設けることにより、撮像装置等の調整装置を必要とせず、またDMDパネルの投写パターンを複数切り替えることにより、比較的解像度の高くない光エリアセンサーを用いても光分布を精度よく検出/補正することを可能としたものである。
本発明に係る投写型表示装置によれば、DMDパネルのオフ光を用いて工場出荷時の光分布に対する変化を検出し、それをもとに輝度ムラ/色ムラの補正を行うことにより、特別な装置を用いることなく工場調整と同等の補正を行うことが出来る効果がある。
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、本発明の第一の実施の形態に掛かるプロジェクタ装置の構成を示す図である。
同図において、1はプロジェクタであり、2はプロジェクタから投写表示を行うスクリーンである。
10はスクリーン2へ投写表示する映像信号が入力される映像信号入力端子、22はプロジェクタ1を制御する制御信号等をプロジェクタの制御を行う後述するコントローラ15と外部のPC等(図示せず)と行うための通信端子である。
11は入力信号入力端子10に入力された信号を処理し、後述するパネルドライブ回路に出力する画像処理回路、12は画像処理回路11が画像処理を行うときに使用する設定・補正データ等を記憶しておくメモリ回路である。
13は画像処理回路11からの出力信号を受けて後述するコントローラ15の制御信号にしたがって後述する光変調素子14を駆動する信号を生成出力するパネルドライブ回路である。
14はパネルドライブ回路13の出力信号により後述するミラー34からの光を変調するように駆動される光変調素子である。
15はプロジェクタ1全体を制御するコントローラ、16はコントローラ15がプロジェクタ1を制御するために収集したデータを記憶するメモリ回路である。
17は光変調素子14の後述するオフ光43を検出するエリアセンサー素子、18は光エリアセンサー素子17からの信号を受けてオフ光量を算出処理を行うオフ光処理回路、19はオフ光処理回路18が処理等でデータを一時記憶するメモリ回路である。
20はコントローラ15により制御され後述する光源30を駆動するランプドライブ回路である。
21はコントローラ15により制御され後述するカラーホイール32を画像処理回路11からの同期信号を基準に駆動し、カラーホイールからのパルスおよびカラーホイールの位相がロックしているか否かをコントローラ15に出力するカラーホイールドライブ回路である。
22はコントローラ15により制御され後述するプリズム素子36、37の位置をシフト移動させるプリズムシフト回路である。さらに30はプロジェクタ1の光源、31は光源30からの光を集光する集光レンズ、32はカラーホイールドライブ回路21からの信号で回転駆動され集光レンズ31から出力された光から特定の波長領域の光を通過させるカラーホイールである。
33はカラーホイール32から出力された光が入力され均一光として出力するインテグレータ、34はインテグレータ33からの均一光を光変調素子14に照射するミラー、35は光変調素子14により変調された光のうち後述するオン光42をスクリーン2に照射する投写レンズである。
36は光変調素子14からの後述するオフ光43の光エリアセンサー17に照射される位置を水平方向にシフトを行うプリズム素子、37は光変調素子14からのオフ光43の光エリアセンサー17に照射する位置を垂直方向にシフトするプリズム素子である。
40はインテグレータ33から出力された均一光、41はミラー34で反射され光変調素子14に照射される均一光、42は光変調素子14で変調されたオン光、43は光変調素子14で変調されたオフ光、44は投写レンズ35から出力された投写光である。
図2は本説明で用いる光変調素子14と光エリアセンサー17の例を示す。
画素は左上からアドレスを振って、たとえば光エリアセンサー17で矢印で示した画素は、4行目の2列目の画素であるからP(4,2)と表示することとする(実際は、DMDパネルは1920x1080等の高解像度であるが説明用として40x32としている。同様に、光エリアセンサーも640x480等の解像度を有しているが、同様の理由で8x5としている。)。
図3は光エリアセンサー17に光変調素子14からのオフ光が照射されたときの照射パターンの例であり、白い部分が光変調素子14からのオフ光43が照射されている部分である。実際には、光変調素子14の左上の画素光は光エリアセンサー17の右上の画素の方に照射されるが、説明の図では光変調素子14の左上の光が光エリアセンサー17の左上に照射するとして説明を進める。
図4は、メモリ回路12に予め保存されている光エリアセンサー17に照射されるオフ光43のパターンの1例で、特に、四隅の四角状のオフ光の明るい部分(光変調素子の四隅のこの場合は縦9画素、横9画素の四角状のパターンでオフ光43が照射される)であり、そのオフ光パターンが光エリアセンサー17に照射されたときの例を示す(白い部分は光が照射されている部分)。
図5は、今回の実施例でムラ光測定の為に設定されたテストパターンである。
図5に示したパターンは、4画素間隔の4画素単位のブロックで生成されているが、補正データの評価値が後述する基準値B以下にならない時には、2画素だけ横、縦に移動した4画素ブロックのパターンや、図5に示した各テストパターンの4x4ブロックを2x2のブロックに小さくした4つのパターンにし、合計16のテストパターンすることも可能である。
図6は、輝度ムラ/色ムラを測定時の光変調素子14のオフ光パターン(白い画素部分がオフ光照射になっている画素)の1例と、その時に光エリアセンサー17に照射されるオフ光(白い部分がオフ光が照射されている部分)の例である。
図7は、ムラを測定時の光変調素子14のオフ光パターンを図5の発光画素から切り替えている例で、その時の発光パターンとその時に光エリアセンサー17に照射されるオフ光の例である。
図8は、オフ光シフト回路を駆動(36の水平方向シフトのプリズムを移動して光エリアセンサーに照射される部分を水平方向にシフトした時の例である。
図9は、光エリアセンサー17に照射されるオフ光43の照射位置をシフトする光学素子の例1である。
図10は、光エリアセンサー17に照射されるオフ光の照射位置をシフトする光学素子の例2である。
図11は、工場でムラを補正し、そのデータを保存するときの構成例を示す。
図1のプロジェクタ1の構成の説明で説明していないものについて説明する。
3はテスト信号をプロジェクタ1に出力し、後述する撮像装置4からの撮像データをもとにプロジェクタ1の調整を行うところのPC、4はプロジェクタ1が投写した画像を取り込む撮像装置、51はPC3の通信端子A、52はPC3の通信端子B、53はPC3の映像信号出力端子、61はPC3とのデータや制御信号のやり取りを行う撮像装置4の通信端子である。
図14は、光変調素子の投写画素ピッチおよびムラ光測定用パターンのブロックピッチと光エリアセンサーの画素ピッチがずれている場合の村光測定用パターンの例を示す。
光エリアセンサー17の複数画素に測定用ブロック(この場合は、4画素x4画素の白い部分)がかかる場合には、隣接する測定ブロックに測定対象を切り替えたパターンであり、このように、測定用の画素エリアを状況により変更して測定することは当然可能である。
以下、図1を参照して、本発明の第1の実施例によるムラ補正システムについて図11のフローチャートに従って説明する。
ここで、光変調素子14の例として図2に示す40x32画素の素子、および光エリアセンサー17の例として8x5画素のエリアセンサーを例に説明する。
また、このときの光変調素子14のオフ光43が光エリアセンサー17に照射する位置の例を図3に示す。ここで、図3に示すように、光エリアセンサー1画素の大きさが、光変調素子からの光が縦横ともおよそ8画素(7から9画素分)の大きさに相当する場合で説明を行う。
まずS1で起動されると、コントローラ15はプロジェクタ1の初期化(イニシャライズ)を行い(S2)、初期化が完了すると、ランプドライブ回路20を用いてランプ30を点灯する(S3)。
次にコントローラ15は、カラーホイールドライブ回路21を用いて画像処理回路11から出力される同期信号を基準にカラーホイール32を回転させる(S4)。コントローラ15はカラーホイール32の回転位相が、画像処理回路11から出力される同期信号に同期したか否かをカラーホイール32からの判別信号と画像処理回路11の同期信号との位相関係をもとに判断(S5)する。ここでまだ同期が完了していない場合(S5のN)には、一定時間待って(S6)、再度同期しているかを判断する(S5)。カラーホイール32が画像処理回路11から出力される同期信号に同期したならば、S7に進む。
ここで、S7からS8にかけては光エリアセンサー17に照射される光変調素子14のオフ光43の位置を検出する。この時点では、既に画像信号処理回路11の同期信号にカラーホイール32の回転位相が同期しているので、カラーホイール32の通過色に同期して光エリアセンサー17で該色のみの測定は可能である。そして受光した色ごとにオフ光処理回路18で処理を行い、色ごとに下記に示す投写位置、オフ光強度を測定して色ごとにムラ補正データを生成することは可能である。
コントローラ15は、画像処理回路11からメモリ12に記憶された画像データ図4を読み出し、パネルドライブ回路13に送り、光変調素子14に表示する(S7)。
次にコントローラ15は、光エリアセンサー17で検出した光の量をオフ光処理回路18に取り込み、光エリアセンサー17の各画素の光量を測定し、光エリアセンサー17に照射される光変調素子14の照射位置を判別する(S8)。
ここで、判別方法について説明を行う。図4の点線で囲った部分は光変調素子14の端の部分(縦横で9行9列)の81画素でオフ状態となっている。この部分のオフ光43は、図5の光エリアセンサー17の点線で囲った部分に照射している。ここで、光を検出している光エリアセンサー17の4画素(P(2,1),P(2,2),P(3,1),P(3,2))の光のレベルを算出する。光変調素子1画素の値を“1”とすると、それぞれの光エリアセンサーの4画素の明るさ値をB(2,1),B(2,2),B(3,1),B(3,2)とすると、
B(2.1)≒30
B(2,2)≒24
B(3,1)≒15
B(3,2)≒12
となる。
B(2.1)≒30
B(2,2)≒24
B(3,1)≒15
B(3,2)≒12
となる。
この値から上下の比と左右の比を算出すると、
(B(2,1)+B(3,1))/9=5と(B(2,2)+B(3,2))/9=4
(B(2,1)+B(2,2))/9=6と(B(3,1)+B(3,2))/9=3
となる。
(B(2,1)+B(3,1))/9=5と(B(2,2)+B(3,2))/9=4
(B(2,1)+B(2,2))/9=6と(B(3,1)+B(3,2))/9=3
となる。
エリアセンサーの画素P(2,1)に光変調素子の端部から5ライン、6列分が入っていることが分かる。
実際、光変調素子のオフ光は上記のように割り切れる値にはならないが、小数点以下を四捨五入することで光変調素子の照射光が光エリアセンサーの照射されているエリアを判別することが出来る(S8)。光変調素子の発光ブロックを光エリアセンサーの画素の大きさ程度まで大きくしなければ、照射位置については、小数点以下のずれに関しては後述する移動方法で問題なく測定可能である。同様に光変調素子14の各隅部分から光エリアセンサー17に対する光変調素子の投写されるエリアを判別することが出来る。
次に、ムラ光測定のパターン数と各パターンで測定を行う色フィルタと各パターンを表示した時のシフト量を算出する(S9)。たとえば、図5に示すような4x4のパターンを等間隔に配置したパターンを測定用表示パターンとして選択した場合について説明する。
この例の場合テストパターン数は図5に示すように4種なので、Nの値は4となる。また、光エリアセンサー17の画素には、光変調素子14の左上端から横方向に6画素、縦方向に5画素分が一つの光エリアセンサー17の画素の中に入っている。つまり左上端始まりの4x4の画素ブロックのパターンでは光エリアセンサー17の複数の画素にかからず同様に各ブロックも同様にかからないので、シフト量は(0、0)となる。
また、図7に表示したようなテストパターンの場合には一つのブロックが光エリアセンサー17の2画素にかかるので、たとえば、図8で示したような位置に照射されるように水平方向にシフトすれば、他のブロックも含めて光エリアセンサーの2画素にかからない。よって、プリズム36を用いて横方向に4だけシフトするように、シフト量を(4,0)と設定する。このようにして、オフ光測定のテストパターンとその時に行うシフト操作を設定する(S9)。
次に、テストパターン数をカウントする値Mを初期値1として(S10)、まず1番目のテストパターンの表示を画像処理回路11からパネルドライブ回路13を用いてパネル14に表示する(S11)。コントローラ15は、第一のテストパターン1のときのプリズムシフト量は(0,0)であるからプリズムシフト回路22を用いてプリズム36のシフト量を0、プリズム37のシフト量を0に合わせる(S12)。コントローラ15はオフ光処理回路18で、同期信号のタイミングに合わせて光エリアセンサー17で光量を検出し、メモリ19に保存する(S13)。 測定回数が所定の回数に達したかを判別し(S14)、まだ全てのテストパターンが終わっていない場合には、S15に進み、測定カウントのデータMに1を加算し(S15)、次のテストパターン(この場合は、テストパターン2)を表示するためにS11に移動する。
ここで、プリズムによるシフトの方法について説明する。図9にプリズムを通った時の光の軌跡を示す。ミラー34から光変調素子14に照射された光41は光変調素子14によりオン光は42として投写レンズ35に送られ、オフ光43は実線で示したプリズム36に送られる。さらに、プリズムに入りプリズムの屈折率で屈折し、プリズムの左下から出力し、光エリアセンサーに照射される。ここで、プリズムシフト回路22でプリズム36が点線の位置に移動されると、プリズムに入力した光は、プリズムから出力する位置が移動し、出力した光は、点線で示した軌跡を通って、光エリアセンサーに照射する。図9でわかるように、プリズムが図で右側に移動すると光エリアセンサーに照射される光は、左側に移動することとなる。この移動量は実際には、プリズムの楔角とプリズムの移動量に応じて変化する。たとえば、楔の傾斜角1°でガラスを1mm移動したときに約3um移動する。
フローチャート12の説明に戻る。
上記のS11からS15をN回(この例では4回)繰り返し、S14で全てのテストパターンの測定が終了すると、Mの値はNと等しくなるので、S16に移行する。コントローラ15はオフ光処理回路18から測定データを受け取り、S9で設定した測定パターンに合わせてデータの入れ替えを行い、光変調素子14の画素配列と同じように測定データの配列を合わせる(S16)。さらに、工場調整時に保存した、「差分データ」で「測定データ」を補正し「補正データ」を生成する(S17)。生成された「補正データ」の評価値が基準値「B」以下となっているか否かを判別し、「補正データ」の評価値が基準値Bよりも大きい(残存ムラが多い)場合にはS19に進む。
S19では「補正データ」と画像処理回路の実行エリアに設定されている「ムラ補正データ」から新たな「ムラ補正データ」を生成し、画像処理回路11の実行エリアの「ムラ補正データ」領域に設定(書込み)し、S9の作業から繰り返す。通常表示画像にムラが生じているモデルでは、「補正データ」が大きくなるために「補正データ」の評価値は値「B」よりも大きくなるので、少なくとも一回はS19を経て上記作業を繰り返すことになる。S19の補正データの変更により表示画像が変更され再度測定して生成した「補正データ」の値が基準値「B」よりも低くなれば、コントローラ15は、画像処理回路11の実行エリアに設定したデータと同じものを画像処理回路11経由でメモリ回路12に保存する。通常、S19の段階で設定したデータは、プロジェクタの電源をOFFにすると消えるので、メモリ回路12に保存し、電源投入後のイニシャライズで、メモリ回路12に保存された「ムラ補正データ」を用いることにで、今回行った状態と同じにできることとなる。
次に、工場で設定するデータについて図11および図13のフローに従って説明する。
PC装置3で調整作業が開始される(S51)と、PC装置3は、PC制御端子A51から撮像装置4の通信端子61へ起動コマンドを送信し、撮像装置4が起動される(S52)。
次いでPC制御端子52からプロジェクタ1の通信端子22へ起動コマンドを送信し(S53)、プロジェクタ1が起動される。調整用PC3はプロジェクタ1の画像処理回路11の実行エリアに設定される「ムラ補正データ」を全てデフォルト値の「0」(補正しない状態)とし(S54)、PC装置3の端子53からテスト信号を出力する(S55)。テスト信号はプロジェクタ1の端子10に入力され画像処理回路11で処理され、パネルドライブ回路13で光変調素子14からオン光42として投写レンズ35からスクリーン2に投写される。
PC装置3は、撮像装置4を用いてスクリーン2に投写された画像を撮像し(S56)、撮像したデータを通信端子61からPC装置3の通信端子51に送られ、PC装置3は「撮像データ」を入手する(S57)。PC装置は、取得した「画像データ」から上記投写画像のムラ量を検出し、「ムラ補正データ」を生成(S58)し、「ムラ補正データ」を評価して基準値「D」より小さいかを判断する。評価値が大きい場合には「ムラ補正データ」を生成し(S60)、生成した「ムラ補正データ」を制御端子52からプロジェクタ1の通信端子22を経由しプロジェクタ1のコントローラ15経由で画像処理回路11の実行エリアの「ムラ補正データ」に設定を行う(S61)。プロジェクタ1から新たに設定された「ムラ補正データ」で補正された画像がスクリーン2に投写されると、S56で撮像装置4の撮像画像から再度測定を行う。
この説明では、撮像作業を一回のみ説明したが、一連の色や明るさの異なる複数画像を用いてデータを取得して補正データを生成することは当然可能である。 ここで、「ムラ補正データ」を評価して評価値「D」よりも小さくなった場合(S59のY)には、S62に進み、PC装置3は、「ムラ補正データ」を制御端子52から通信端子22を経由してコントローラ15が画像処理回路11経由でメモリ回路12に保存する(S62)。
次に、PC装置3は、プロジェクタ1で内部のテスト信号を出力して(S63)、フローチャート12で行ったものと同様の方法でオフ光を測定し、(S64)測定したオフ光から「工場データ」を生成し(S65)し、メモリ回路19に保存する(S66)。以上の工程により、「工場データ」を生成することが出来る。
また、光変調素子14のムラ光測定用パターンのブロックピッチと光エリアセンサー17の画素ピッチがずれている場合は、一つの測定パターンに対してシフトしない状態とシフトした状態の2回測定を行ことで同様のムラ光を測定することは可能である。
さらに、一つの測定パターンに対して、シフトしない、1/3ピッチ分シフト、2/3ピッチ分シフトの3回測定を行うことにより、測定することは可能である。
また、図14に示すように光変調素子14の投写画素ピッチおよびムラ光測定用パターンのブロックピッチと光エリアセンサーの画素ピッチがずれている場合のムラ光測定用パターンの例を示す。エリアセンサーの複数画素に測定用ブロックがかかる場合には、隣接する測定ブロック(今回の例では、4x4の白パターン)に測定対象を切り替えたパターンを生成して測定することは当然可能である。
そのようなパターンであれば、光エリアセンサーに投写される光変調素子の画素の大きさは、同じ製品であればほぼ一定であるので、その大きさに応じたパターンを設定すれば、測定回数は低く抑えられることになる。
光変調素子14から光エリアセンサー17に照射される光をシフトする方法については、上記で説明したプリズム以外に、並行平板を回転させることによっても可能である。並行平板で光シフトを行った例を図10に示す。図10でわかるように並行平板を時計回りに回転することで同様の効果を得ることが出来る。
ムラ測定は、もちろん細かく1画素単位で測定することも構成上可能であるので、今回の説明では省略したが、光変調素子14と光エリアセンサー17の画素数比が大きい場合には、測定時間が長くなってしますが、ムラ補正を行うときに、細かくすることは可能である。よって、調整方法の選択肢として細かく、荒く(調整時間が短い)等の選択により切り替えて選択する等、製品への実装段階で選定することは当然可能である。
1 プロジェクタ、2 スクリーン、10 映像信号入力端子、22 通信端子、
11 画像処理回路、12,16,19 メモリ回路、13 パネルドライブ回路、
14 光変調素子、15 コントローラ、17 エリアセンサー素子、
18 オフ光処理回路、20 ランプドライブ回路、
21 カラーホイールドライブ回路、22 プリズムシフト回路、
30 光源、31 集光レンズ、32 カラーホイール、
33 インテグレータ、34 ミラー、35 投写レンズ、40,41 均一光、
42 オン光、43 オフ光、44 投写光
11 画像処理回路、12,16,19 メモリ回路、13 パネルドライブ回路、
14 光変調素子、15 コントローラ、17 エリアセンサー素子、
18 オフ光処理回路、20 ランプドライブ回路、
21 カラーホイールドライブ回路、22 プリズムシフト回路、
30 光源、31 集光レンズ、32 カラーホイール、
33 インテグレータ、34 ミラー、35 投写レンズ、40,41 均一光、
42 オン光、43 オフ光、44 投写光
Claims (12)
- 光源と、光源からの光を集光する照明光学系と、照明光学系の集光した光を変調する光変調素子と、光変調素子の第一の変調光をスクリーンに照射する投写光学系を備えた投射型表示装置において、さらに光変調素子の第二の変調光が照射される該光変調素子よりも解像度の低い光エリアセンサーと、該光エリアセンサーの出力を判定する判定回路と、該判定回路の結果を保持するメモリを備え、該光エリアセンサーを用いて輝度ムラ、色むらを測定することを特徴とする投写型表示装置。
- 第一の変調光が有効光であり、第二の変調光がオフ光であることを特徴とす請求項1に記載の投射型表示装置。
- さらに光変調素子を駆動するパターンを予め保存するメモリを備え、該メモリに保持されたデータの少なくとも一つは、パネルの最外縁の四隅の画素を含んだ画素からの光が光エリアセンサーに照射されることを特徴とする請求項1に記載の投写型表示装置。
- さらに光変調素子を駆動するパターンを予め保存するメモリを備え、光エリアセンサーに照射される光変調素子の照射エリアを検出するためのテストパターンを保持するメモリを保持することを特徴とする請求項1に記載の投写型表示装置。
- さらに光変調素子を光エリアセンサーに照射される光変調素子の照射エリアを検出するためのテストパターンで駆動することを特徴とする請求項1に記載の投写型表示装置。
- 光変調素子の画素の間隔が等間隔でオン状態とオフ状態となるテストパターンで駆動することを特徴とすると請求項1に記載の投写型表示装置。
- さらに光変調素子と光エリアセンサーとの間に、光学素子を有し、該光学素子を移動することが可能なことを特徴とする請求項1に記載の投写型表示装置。
- 光学素子が少なくとも相対する面が並行ではない光学素子であることを特徴とする請求項7に記載の投写型表示装置。
- 光学素子が並行平板であり、移動方法が回転方向であることを特徴とする請求項7に記載の投写型表示装置。
- 該光学素子の移動方向が光学素子の一つの面に対して並行であるか、回転方向であるか、またはその複合的移動であることを特徴とする請求項8に記載の投写型表示装置。
- ムラを補正する補正データは測定したデータと予め保持しているデータをもとに生成することを特徴とする請求項1に記載の投写型表示装置。
- 該予め保持しているデータが工場調整時にムラ補正を行ったときに光エリアセンサーを用いて測定したデータをもとに生成されたデータであることを特徴とする請求項11に記載の投写型表示装置。
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JP7485856B2 (ja) | 2020-10-23 | 2024-05-16 | ドルビー ラボラトリーズ ライセンシング コーポレイション | レンズ偏芯を利用した角度調整が可能な照明による投影システムおよび投影方法 |
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