(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源手段から出力され所要光学系を経て対物レンズから出力されるレーザ光を光学記録媒体に対して照射するとともに、その反射光を、少なくとも非点収差発生素子を有する所要光学系を介して４分割受光手段で受光し、非点収差方式でフォーカス誤差情報を得るようにされた光ピックアップにおいて、
前記非点収差発生素子は、これにより発生する非点収差の方向が、前記光学記録媒体のトラック方向に対して略４５度の角度になるように配置されており、
前記対物レンズは、これにより発生する非点収差の方向が、前記非点収差発生素子により発生する非点収差の方向に対して±５０度の角度範囲になるように配置されることを特徴とする光ピックアップ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は特に非点収差方式でフォーカス誤差情報を生成する光ピックアップ及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスク再生装置などに用いられる光ピックアップでは、反射光情報からディスク等に記録された情報の再生を行うだけでなく、レーザビームの的確な記録／再生走査のためのフォーカス、トラッキングなどの誤差情報を得ることができるようにされている。
特に、レーザ光の焦点位置をディスク等の記録面に対して合焦する状態とするフォーカスサーボを実行するための誤差情報（フォーカスエラー信号）は、４分割フォトディテクタの出力を用いる非点収差方式により得るようにする構成が知られている。
【０００３】
図６に光ピックアップの構成例を示す。
この光ピックアップは、レーザダイオード２２、コリメータレンズ２３、ビームスプリッタ２４、対物レンズ２５、集光レンズ２６、円筒レンズ（シリンドリカルレンズ）２７、フォトディテクタ２８、二軸機構２９を有する。
レーザダイオード２２から出力されるレーザビームは、コリメータレンズ２３で平行光にされた後、ビームスプリッタ２４によりディスク９０側に９０度反射され、対物レンズ２５からディスク９０に照射される。
対物レンズ２５は二軸機構２９によってフォーカス方向及びトラッキング方向に揺動可能に保持されている。この対物レンズ２５のフォーカス方向及びトラッキング方向の移動動作は、二軸機構におけるフォーカスコイル、トラッキングコイルに印加される電流により実行される。
【０００４】
ディスク９０は記録トラックとしてグルーブ（溝）ＧＢが形成されているが、ランドＬＤ、グルーブＧＢのいずれもデータ記録トラックとして利用できる。
ディスク９０で反射された反射光は、対物レンズ２５を介してビームスプリッタ２４に入り、そのまま透過して集光レンズ２６に達する。そして集光レンズ２６で集光された後、円筒レンズ２７を介してフォトディテクタ２８に入射される。フォトディテクタ２８としては図７のような受光面Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを有する４分割ディテクタが配される。
【０００５】
円筒レンズ２７は、その母線がディスク９０のトラック方向に対して４５゜傾いた状態とされており、この円筒レンズ２７で発生させる非点収差を利用して４分割ディテクタの出力からフォーカスエラー信号を検出する。
ビームスポットがディスク９０の記録面に対して合焦状態にあるときは、４分割ディテクタ上のスポットＳＰは図７（ａ）のように円形となる。
ところが対物レンズ２５がディスク９０に合焦状態の位置より近づきすぎている場合は、４分割ディテクタ上のスポットＳＰは図７（ｂ）のように円筒レンズ２７の母線方向（受光面Ｂ〜受光面Ｄの方向）に平行な方向の長径を有する楕円となる。また逆に、対物レンズ２５がディスク９０に合焦状態の位置より遠すぎる場合は、４分割ディテクタ上のスポットＳＰは図７（ｃ）のように円筒レンズ２７の母線方向と垂直な方向（受光面Ａ〜受光面Ｃの方向）に平行な方向の長径を有する楕円となる。
【０００６】
従って受光面Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各受光光量に応じた出力をＳＡ、ＳＢ、ＳＣ、ＳＤとすると、フォーカスエラー信号ＦＥは、
ＦＥ＝（ＳＡ＋ＳＣ）−（ＳＢ＋ＳＤ）
として得ることができる。
即ち（ＳＡ＋ＳＣ）−（ＳＢ＋ＳＤ）がゼロであればジャストフォーカス状態、正の値であれば対物レンズ２５が合焦位置よりディスク９０から離れている状態、負の値であれば対物レンズ２５が合焦位置よりディスク９０に近づいている状態と検出できる。
このためフォーカスエラー信号ＦＥがゼロに向かって収束するようにフォーカスサーボ系を構築することで、対物レンズ２５のフォーカス位置を適正に制御できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、記録媒体の記録面には凹凸のピットによるピット列や、上記ディスク９０のようにランド／グルーブが形成されており、照射されたレーザ光はこれらによって変調を受け、その結果４分割ディテクタ上のスポットの強度パターンが変化する。例えば受光部Ａ，Ｃの光強度が強くなったり、逆に受光部Ｂ，Ｄの光強度が強くなったりする。
このためフォーカスエラー信号ＦＥは、例えばグルーブＧＢでプラス、ランドＬＤでマイナス（もしくはその逆）となるような現象が発生する。
【０００８】
図８（ａ）はレーザスポットが合焦状態を保ったままグルーブＧＢ／ランドＬＤを横断していったときのフォーカスエラー信号ＦＥの例を示している。
即ち、本来合焦状態であるなら、グルーブＧＢ／ランドＬＤによらず（又は凹凸のピット列によらず）、フォーカスエラー信号は一定（ゼロ）であるべきところ、グルーブＧＢ／ランドＬＤによって変調され、フォーカスエラー信号は図示するようにグルーブＧＢによるオフセットＧＦＯＦ、及びランドＬＤによるオフセットＬＦＯＦを有する信号となってしまう。
つまり必ずしもフォーカスエラー信号ＦＥ＝０が、合焦状態を示すものではなくなり、そのままではフォーカスサーボが良好に機能しなくなる。
【０００９】
例えばグルーブＧＢもしくはランドＬＤのどちらかに対してのみ情報の記録再生を行うシステムであれば、グルーブＧＢによるオフセットＧＦＯＦもしくはランドＬＤによるオフセットＬＦＯＦのいづれかをキャンセルするようにフォーカスエラー信号ＦＥにバイアスを与えれば、フォーカスエラー信号ＦＥ＝０を合焦状態として収束するフォーカスサーボ系が正常に機能することになる。
例えば図８（ｂ）はグルーブＧＢによるオフセットＧＦＯＦをキャンセルすべくフォーカスバイアスＦＢをフォーカスエラー信号ＦＥに与えることで、グルーブＧＢに対する記録再生についてフォーカスサーボループの機能を有効化している例である。
しかしながら、グルーブＧＢ／ランドＬＤを横断する場合には、図示するような変調信号となってしまうため、グルーブＧＢ／ランドＬＤによる変調度が大きいと、それだけフォーカスサーボループの安定性が阻害されるという問題がある。
【００１０】
又、近年記録容量を高める目的などから、グルーブＧＢ／ランドＬＤの両方を記録再生トラックとして利用するシステムも提案されている。
このようなシステムの場合は、ある固定したフォーカスバイアスによりサーボ機能を有効化することはできないため、現在レーザスポットがグルーブＧＢにあるかランドＬＤにあるかに応じて、フォーカスバイアスを切り換えるような高度かつ困難な制御が必要になる。
即ちフォーカスエラー信号ＦＥに対して、ランドＬＤに合焦させる場合にはオフセットＬＦＯＦをキャンセルするためのランド用のフォーカスバイアスを与え、グルーブＧＢに合焦させる場合にはオフセットＧＦＯＦをキャンセルするためのグルーブ用のフォーカスバイアスを与えるというオフセット切換処理である。
【００１１】
これらの問題から、フォーカスエラー信号についてのグルーブＧＢ／ランドＬＤによる変調度（もしくはピット列による変調度）をなるべく小さくし、例えばグルーブ／ランドの一方を記録再生トラックとして利用するシステムにおいてトラック横断時の安定性の阻害を最小限としたり、またランド／グルーブ両方を記録再生トラックとして用いるシステムにおいは、グルーブＧＢ／ランドＬＤによるフォーカスエラー信号の変調度、つまりオフセット差をなるべく小さくすることで、必ずしもフォーカスバイアスを切り換えなくとも、ある程度フォーカスサーボ制御が可能となるようにすることが求められている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような問題点に鑑みて、フォーカスエラー信号に関わるグルーブ／ランドやピット列による変調を最小限とし、安定したフォーカスサーボ動作を実現することを目的とする。
【００１３】
このため、非点収差方式でフォーカス誤差情報を得るようにされた光ピックアップにおいて、非点収差発生素子は、これにより発生する非点収差の方向が、光学記録媒体のトラック方向に対して略４５度の角度になるように配置されており、対物レンズは、これにより発生する非点収差の方向が、前記非点収差発生素子により発生する非点収差の方向に対して±５０度の角度範囲になるように配置される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図５により本発明の実施の形態としての光ピックアップを説明する。
図１（ａ）に本例の光ピックアップの光学系の構成を示し、また図１（ｂ）に非点収差方向等の位置関係を模式的に示す。
【００１８】
本例の光ピックアップ１は、図１（ａ）に示すようにレーザダイオード２、コリメータレンズ３、ビームスプリッタ４、対物レンズ５、集光レンズ６、円筒レンズ（シリンドリカルレンズ）７、フォトディテクタ８、二軸機構９を有する。レーザダイオード２から出力されるレーザビームは、コリメータレンズ３で平行光にされ、ビームスプリッタ４に入射する。ビームスプリッタ４によって入射光はディスク９０側に反射され、対物レンズ５からディスク９０の記録面に照射される。
【００１９】
対物レンズ５は二軸機構９によってフォーカス方向及びトラッキング方向に揺動可能に保持されている。この対物レンズ５のフォーカス方向及びトラッキング方向の移動動作は、二軸機構におけるフォーカスコイル、トラッキングコイルに印加される電流により実行される。
即ちフォーカスサーボ系の動作によりフォーカスエラー信号に基づいてサーボドライブ信号が発生され、二軸機構９内のフォーカスコイルにドライブ電流が印加されることで対物レンズ５がディスク９０に近づく方向もしくは遠ざかる方向に移動される。
またトラッキングサーボ系の動作によりトラッキングエラー信号に基づいてサーボドライブ信号が発生され、二軸機構９内のトラッキングコイルにドライブ電流が印加されることで対物レンズ５がディスク９０のトラックを横切る方向に移動される。
【００２０】
ディスク９０には記録トラックとしてのグルーブ（溝）ＧＢ及びランドＬＤが形成されている。ランドＬＤ、グルーブＧＢのいずれもデータ記録トラックとして利用できるが、ディスク記録再生システム毎に、そのディスクフォーマットとしてどちらを記録トラックとして利用するかが規定され、もしくは両方が記録トラックとして用いられる。
なお、ランド／グルーブが設けられず、エンボスピットによるピット列が形成されるディスクであっても本例の光ピックアップは好適である。
【００２１】
対物レンズ５から照射されたレーザ光はディスク９０の記録面において反射され、その反射光は再び対物レンズ２を介してビームスプリッタ４に入り、そのまま透過して集光レンズ６に達する。そして集光レンズ６で集光された後、円筒レンズ７を介してフォトディテクタ８に入射される。
フォトディテクタ８としては図１（ｂ）に示すように受光面Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを有する４分割ディテクタが配される。
【００２２】
円筒レンズ７は、その母線がディスク９０のトラック方向に対して４５゜傾いた状態とされており、この円筒レンズ２７で発生させる非点収差を利用して４分割ディテクタの出力からフォーカスエラー信号を検出する。
非点収差方式のフォーカスエラー信号の発生動作については図７で説明したとおりであり、繰り返しの説明を避けるが、フォトディテクタ８の受光面Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各受光光量に応じた出力をＳＡ、ＳＢ、ＳＣ、ＳＤとしたときに、フォーカスエラー信号ＦＥ＝（ＳＡ＋ＳＣ）−（ＳＢ＋ＳＤ）として得られる。
【００２３】
ここで光学系の配置位置関係を説明しておく。
図１（ａ）では図面横方向をｘ軸、紙面に垂直で紙面裏側に向かって進む方向をｙ軸として示しており、一方、図１（ｂ）は図示するｘ軸、ｙ軸に基づいて位置関係を表している。
ｙ軸方向はディスク９０のトラック（グルーブＧＢまたはランドＬＤ）が進行する方向であり、円筒レンズ７は、図１（ｂ）から明確にわかるようにその母線がディスク９０のトラック方向（ｙ軸方向）に対して４５゜傾いた状態とされている。つまり円筒レンズ７の円筒の中心線はｘｙ平面でいう（１，−１）方向に平行な線となっており、従って円筒レンズ７のフォーカルパワーは（１，１）方向にのみあって、（１，−１）方向にはパワーを持たない。
これによって単一の焦点面ではなく２つの焦線面が存在し、そのほぼ中間に４分割ディテクタを配することで、非点収差方式のフォーカスエラー信号を得ることができる。
【００２４】
そして円筒レンズ７の非点収差の方向ＤＳＤが（１，１）方向となることに対し、本例では光学系（レーザダイオード２からディスク記録面までの光学系）による非点収差の方向を設定することで、ランド／グルーブによるフォーカスエラー信号への変調の影響を最小限とする。
ランドＬＤ／グルーブＧＢにより、非点収差方式で発生されるフォーカスエラー信号が変調される現象は、その光学系の非点収差の大きさと向きに強く依存する。そして光源から記録媒体までの非点収差と、円筒レンズ等の非点収差発生素子による非点収差の向きを直交させた場合に、グルーブやランドによるフォーカスエラー信号の変調度が最大となり、逆に向きがそろっている場合は変調度が最小となる。
又、光学系の各光学素子はそれぞれある程度の非点収差を持つが、全体の非点収差としては、対物レンズ５の非点収差が支配的な要素となり、ほとんどの場合、光学系の非点収差は対物レンズの非点収差といって差し支えない。
【００２５】
このように考えると、対物レンズ５の非点収差の方向が図１（ｂ）にｘｙ平面上で破線で示す方向ＤＯＢ’、つまり円筒レンズ７の非点収差の方向ＤＳＤと直交する方向とされている場合に、変調度は最大となる。一方、対物レンズ５の非点収差の方向がｘｙ平面上で実線で示す方向ＤＯＢ、つまり円筒レンズ７の非点収差の方向ＤＳＤとそろっている状態とされた場合に、変調度は最小となる。
即ち対物レンズ５について非点収差の方向を測定し、その非点収差の方向が円筒レンズ７と同じくｘｙ平面上で（１，１）の方向となるように対物レンズ５を配置すれば、フォーカスエラー信号に対するランド／グルーブの影響が最も小さくなり、安定したフォーカスサーボ動作が実現される。
【００２６】
図２に、対物レンズ５の非点収差の方向がｘｙ平面上での方向ＤＯＢとされた場合において、レーザスポットが合焦状態を保ったままグルーブＧＢ／ランドＬＤを横断していったときフォーカスエラー信号ＦＥを示す。
なお比較のために破線として前述した図８（ａ）でのフォーカスエラー信号を記してある。
【００２７】
ディスク９０のランドＬＤ／グルーブＧＢにより照射されたレーザ光が変調を受け、その結果４分割ディテクタ上のスポットの強度パターンが変化することで、フォーカスエラー信号ＦＥには、例えばグルーブＧＢでプラス、ランドＬＤでマイナス（もしくはその逆）となるような現象が発生することは前述したとおりであるが、このフォーカスエラー信号ＦＥに加わるグルーブＧＢによるオフセットＧＦＯＦ、及びランドＬＤによるオフセットＬＦＯＦは、本例のように対物レンズ５の配置をその非点収差の方向に応じて設定することで、図示するように小さいレベルとすることができる。
【００２８】
これによって、グルーブＧＢもしくはランドＬＤのどちらかに対してのみ情報の記録再生を行うシステムであれば、例えばシーク時などトラックを横切る動作が発生する場合でもフォーカスサーボループの安定性を保てることになる。
またグルーブＧＢ／ランドＬＤの両方を記録再生トラックとして利用するシステムであったら、特にフォーカスバイアスを切り換えなくともある程度安定してフォーカスサーボを実行できる状態となる。例えばシーク時などにフォーカスバイアスを非常に高速に切り換えるといったような処理は不要となる。
【００２９】
ここで対物レンズ５の非点収差の方向と円筒レンズ７の非点収差の方向の関係がどの程度の範囲内であればフォーカスサーボの安定性を得ることができるかを考えてみる。
図３は円筒レンズの非点収差の方向と対物レンズの非点収差の方向の関係に応じたフォーカスオフセットのレベル（変調度）を示している。
横軸として０゜はディスク９０のトラック線方向とし、４５゜が円筒レンズ７の非点収差の方向とし、これに対して対物レンズ５の非点収差の方向が−４５゜から１８０゜までの範囲にある場合の変調度のレベルを曲線▲１▼、▲２▼で示している。
なお、図には−４５゜（＝３１５゜）から１８０゜までの範囲しか示していないが、１８０゜から３６０゜の区間は、０゜から１８０゜までの区間と同一となる。
【００３０】
また曲線▲１▼、▲２▼は、それぞれ対物レンズ５の非点収差の量が違う場合のパターンを示しており、曲線▲１▼は非点収差が小さいときの場合、曲線▲２▼は非点収差が大きいときの場合を示す。
曲線▲１▼に示されるように、非点収差が小さい場合には、対物レンズ５の非点収差の向きが４５゜、つまり図１（ｂ）の方向ＤＯＢとして示すように、円筒レンズの非点収差の向きと一致している場合に変調度は最小となり、逆に１３５゜、つまり図１（ｂ）の方向ＤＯＢ’として示すように、円筒レンズの非点収差の向きと直交している場合に変調度は最大となる。
又、非点収差がある程度大きい場合には、曲線▲２▼のように４５゜から±２２．５゜ずれた角度に変調度最小となるポイントがあるが、▲１▼と同様に１３５゜で最大となる。
【００３１】
このような特性から、４５゜ポイントを中心として±５０゜の範囲であれば、フォーカスサーボ動作に悪影響を及ぼさない範囲のオフセット量と見ることができ、従って、４５゜ポイントを基準に対物レンズ５の配置方向が大まかに設定されればよいことがわかる。
【００３２】
例えば図４のように対物レンズ５においてその非点収差の向きを示すマーキング１０を施しておく。
そして設計上あらかじめわかっている円筒レンズ７の非点収差の方向に対して、そのマーキング１０で把握される非点収差の方向が一致するように配置する。即ち図５（ａ）のように対物レンズ５を二軸機構９に装着する際に、マーキング１０をガイドとしてその装着方向性を決定する。そしてその方向で、接着などにより固定する。
【００３３】
このようにすることで、さほど厳密な対物レンズ取付方向管理を行わなくとも、対物レンズ５の非点収差の方向は図４に示す方向ＤＯＢを中心として±５０゜の範囲内となり、これによってランド／グルーブによるフォーカスオフセットを、フォーカスサーボに影響のないレベルとすることができる。
【００３４】
ところで、対物レンズ５にマーキング１０を施し、そのマーキング１０をガイドとして対物レンズ５を装着固定する方法としては以下の［Ａ］〜［Ｅ］のような各種の方法が考えられる。
【００３５】
［Ａ］製造された対物レンズ５の非点収差を測定し、その測定により判別された非点収差の向きを示すマーキング１０を、例えばインクなどで対物レンズの縁部などに施す。そしてそのマーキングをガイドとして対物レンズを二軸機構９に対して装着固定する。
【００３６】
［Ｂ］対物レンズ５がモールド成形される場合は、その金型によって非点収差の向きはほぼ決まってしまう。
例えばプラスチックモールドの場合は、ゲート（溶融プラスチックの注入口）に対して、非点収差の向きが決まってしまうことになる。従って、ゲート位置に応じてあらかじめ或る位置にマーキングとしての突起（もしくは凹部）が形成されるように金型を設計しておく。
その金型で製造された対物レンズには、非点収差の向きを示すマーキング１０が突起もしくは凹部として形成されているため、それをガイドとして対物レンズの装着を行う。
図５（ｂ）は、モールド成形された対物レンズ５の縁部に突起としてのマーキング１０が形成されている例を示している。
【００３７】
［Ｃ］プラスチックモールドで対物レンズを成形する場合は、ゲート位置により非点収差の方向が決まるため、モールド成形された対物レンズに残されるゲート跡を、そのままマーキング１０として利用する。即ちゲート跡により方向性を決めて対物レンズ５の装着を行う。
【００３８】
［Ｄ］対物レンズ５がガラスモールドで成形される場合においては、その金型自体を測定することで、その金型によって製造される対物レンズの非点収差の向きがわかる。従って、金型の測定により把握された非点収差の向きに応じて、あらかじめ或る位置にマーキングとしての突起（もしくは凹部）が対物レンズ上に形成されるように金型を加工しておく。
その金型で製造された対物レンズには、非点収差の向きを示すマーキング１０が突起もしくは凹部として形成されているため、それをガイドとして対物レンズの装着を行う。
【００３９】
［Ｅ］同じく対物レンズ５がガラスモールドで成形される場合においては、その金型によって過去に製造された対物レンズを測定することでも、その金型によって製造される対物レンズの非点収差の向きがわかる。従って、測定により把握された非点収差の向きに応じて、あらかじめ或る位置にマーキングとしての突起（もしくは凹部）が対物レンズ上に形成されるように金型を加工しておく。そしてその金型で製造された対物レンズに形成されるマーキング１０（突起もしくは凹部）をガイドとして対物レンズの装着を行う。
【００４０】
以上のような各種方法が考えられるが、もちろんこれ以外にもマーキング形成及び装着方法は考えられる。
また対物レンズの測定と装着が連続の工程として実行可能である場合は、マーキング１０を施すことは必ずしも必要ではない。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、非点収差方式でフォーカス誤差情報を得るようにされた光ピックアップにおいて、対物レンズにより発生する非点収差の方向が、非点収差発生素子により発生する非点収差の方向に対して所定範囲内の方向となるように、対物レンズの配置状態が設定されるようにしており、特に非点収差発生素子により発生する非点収差の方向に対して±５０゜の角度範囲とすることで、記録媒体上のトラックを形成するランド／グルーブやピット列によるフォーカスエラー信号についての変調の影響を最小限とすることができ、これによって安定したフォーカスサーボ動作の実現や、ランド／グルーブ記録方式の場合におけるバイアス切換の不要性を実現できるという効果がある。
【００４２】
又、光ピックアップの製造方法として、製造された対物レンズの非点収差を測定し、その非点収差の方向が、当該光ピックアップ内にセットされる非点収差発生素子により発生させる非点収差の方向に対して所定範囲内の方向となるように、その対物レンズの配置方向を決め、その対物レンズを装着固定することで上記効果を実現する光ピックアップを製造できる。
またモールド成形で対物レンズを製造するための金型を、対物レンズの非点収差の方向を示すためのマーキング部が対物レンズ上に成形されるようにし、そのマーキング部をガイドとして装着固定することで、本発明の光ピックアップが容易に製造できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の光学系の構成の説明図である。
【図２】実施の形態の光学系によるフォーカスオフセットの説明図である。
【図３】光学系の非点収差方向と円筒レンズの非点収差方向の関係の説明図である。
【図４】実施の形態の対物レンズのマーキングの説明図である。
【図５】実施の形態の対物レンズの組み込みの説明図である。
【図６】光ピックアップの構成の説明図である。
【図７】非点収差方式によるフォーカスサーボの説明図である。
【図８】ランド／グルーブによるフォーカスオフセットの説明図である。
【符号の説明】
１    光ピックアップ、２    レーザダイオード、３    コリメータレンズ、４    ビームスプリッタ、５    対物レンズ、６    集光レンズ、７    円筒レンズ、８    フォトディテクタ、９０    ディスク
【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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