(57)【要約】【課題】わずかな表面状態の劣化を回復し、光学機能膜をほぼ設計通りに機能させることができる光学素子の製造方法を提供する。【解決手段】光学素子を製造するときに、光学素子の基材となる硝材を、３００度を越え４００度未満の温度で、空気中で１時間以上加熱する。その後、硝材を自然にゆっくりと冷却し、硝材の表面に設ける光学機能膜や接着剤等の材料と硝材との屈折率差に基づく反射を低減するマッチング膜を硝材表面に成膜する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３００度を越え４００度未満の温度で硝材を空気中で１時間以上加熱する加熱工程と、
前記加熱工程を経た硝材の表面に、その表面上に配置される光学機能膜または接着剤の屈折率と前記硝材の屈折率との差に基づく反射を低減させる薄膜であるマッチング膜を成膜する成膜工程と、
を備えることを特徴とする光学素子製造方法。
【請求項２】
前記マッチング膜が成膜された硝材と、入射光の偏光の状態または波長に応じて前記入射光の一部成分を透過し、残りの成分を反射する部分的な透過特性を有する光学機能膜が成膜された硝材とを接合する接合工程を備えることを特徴とする請求項１記載の光学素子製造方法。
【請求項３】
前記光学機能膜は、少なくともＳ偏光光に対して部分的な透過特性を有することを特徴とする請求項２記載の光学素子製造方法。
【請求項４】
第１の硝材と第２の硝材を接着剤で接合して形成され、
前記第１の硝材と前記第２の硝材の接合面に、３００度を越え４００度未満の温度で前記第１の硝材を空気中で１時間以上加熱した後に前記第１の硝材表面に成膜され、前記接着剤の屈折率と前記第１の硝材の屈折率との差に基づく反射を低減させるマッチング膜と、前記接着剤と、前記第２の硝材の表面に成膜された光学機能膜と、を備えることを特徴とする光学素子。
【請求項５】
前記光学機能膜が、入射光の偏光の状態または波長に応じて、前記入射光の一部成分を透過し、残りの成分を反射する部分的な透過特性を有することを特徴とする請求項４記載の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス基板，プリズム，レンズ等の硝材の表面に光学機能膜が成膜された光学素子や、界面に光学機能膜が介在するように２つの硝材を接合させた光学素子の製造方法に関するものであり、さらに詳しくは、光学機能膜や接着剤等と硝材との間に、光学機能膜と接着剤の界面や接着剤と硝材の界面における反射を抑制する薄膜であるマッチング膜を設けた光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
反射防止膜や防眩膜等の光学機能膜を設けたレンズやプリズム、特定の波長帯の光を透過（または反射）するダイクロイックミラー等、硝材の表面に光学機能膜が成膜されて形成される光学素子が知られている。また、界面に色分離膜や偏光分離膜が介在するように、２つのプリズムを接合して形成されるビームスプリッタ等、界面に光学機能膜を介在させて硝材を接合した光学素子（以下、接合型光学素子という）が知られている。特にこうした接合型光学素子の場合、単に光学機能膜が成膜された一方の硝材と他方の硝材を接着剤で接合させるのではなく、他方の硝材の接着剤に当接する他方の硝材表面に、硝材と接着剤の屈折率差に基づく反射を抑制するマッチング膜を設けておくことで、光学機能膜の特性がより設計通りの特性となるように工夫される。
【０００３】
また、上述のような光学素子を製造するときに、真空中で硝材を２００〜３００度程度に加熱しながら光学機能膜を成膜することにより、硬く傷つきにくい光学機能膜を成膜するホットコーティングと称される技術が知られている。また、真空中で硝材を４００度以上の温度に加熱しながら光学機能膜を成膜することにより、硝材表面に付着，吸着されたガスや汚れ、水蒸気を除去し、硝材への光学機能膜の付着率を向上させ、光学機能膜の耐久性，耐候性を向上させる技術が知られている（特許文献１）。
【０００４】
また、光学素子の基礎となる硝材は、ケイ酸等を主成分とする無機金属酸化物の溶融固化体であり、硬く、変質しにくい材料である。しかし、空気中に含まれる水蒸気や、酸に長時間さらされると、表面が経時的に風化されることがある。このようなガラスの風化現象として、白ヤケや青ヤケ（虹ヤケ）といった、ヤケと呼ばれる現象が知られている。
【０００５】
白ヤケは、硝材の表面に付着した水分と硝材中の可溶性成分が反応して、炭酸水素ナトリウムや炭酸カルシウム等が析出し、硝材の表面が白く曇る現象である。白ヤケは、比較的水分が少ない空気中に硝材を保管した場合に発生する。また、炭酸水素ナトリウムや炭酸カルシウム等の析出物が生成される過程で、硝材表面は粗面化されてしまうため、硝材表面を研磨し、清浄な表面を露呈させる以外に白ヤケを回復する方法はない。
【０００６】
青ヤケは、硝材の表面に付着した水分や、この水分に空気中の二酸化炭素等が溶け込んで生成される酸によって、硝材表面が侵食され、干渉色の反射光が観察されるようになる現象である。青ヤケは、比較的水分が多い環境で硝材を保管した場合に発生する。また、青ヤケは、ヒドロニウムイオンと硝材中の金属イオンとがイオン交換反応を起こして、硝材表面に低屈折率の薄層が形成されることが原因とされる。このため、白ヤケの場合と同様に、硝材表面を研磨して低屈折率の薄層を除去し、清浄な表面を露呈させる以外に青ヤケを回復する方法はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５３−１０２７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように、研磨によって清浄な表面を露呈させた後、硝材を長時間保管すると、白ヤケや青ヤケ（以下、単にヤケと総称する。）が発生するので、当然ながら、光学素子の製造には、良好な条件下で保管され、かつ保管期間が短く、ヤケが生じていない硝材が用いられる。しかしながら、いわゆるヤケが生じていない硝材であっても、研磨後の清浄表面は、空気中の成分との反応等によって、わずかながらも経時的な変化が生じている。
【０００９】
また、表面や界面に光学機能膜を設けた光学素子では、ヤケが生じていない硝材を用いて製造することを前提として光学機能膜の設計が行われる。このため、ヤケが生じていなくても、前述のようなわずかな表面状態の劣化が生じていると、期待通りの性能が発揮されないことがある。例えば、偏光分離膜によって偏光の状態に応じて入射光を分離する偏光ビームスプリッタの場合、偏光分離膜が所定の偏光状態の光を１００％透過（または反射）するものであれば、偏光分離膜を成膜する表面のわずかな劣化にはそれほど敏感ではなく、概ね設計通りの特性が得られやすい。しかし、これと同じような偏光分離膜であっても、所定の偏光状態の光を９０％透過し、残り１０％を反射するような部分的な透過特性（偏光状態や波長が同じ光に対して、これを部分的に透過及び反射する特性。以下、透過及び反射の割合によらず、「ハーフ特性」という）の場合、わずかでも表面状態が劣化していると、所定範囲の波長帯でほぼ一定の特性（例えば９０％透過，１０％反射）となるように設計したとしても、数ｎｍオーダーの波長の変化に対して数％〜数十％も透過率及び反射率が変動してしまうことがある等、成膜する表面の状態に敏感である。こうしたハーフ特性の偏光分離膜を備える光学素子のように、わずかな表面状態の劣化にも敏感な光学機能膜を備える光学素子を製造する場合には、ガラス基板等の硝材表面に生じたわずかな表面状態の劣化を回復することが望まれる。
【００１０】
さらに、前述のように、偏光ビームスプリッタのような接合型光学素子の場合には、硝材‐接着剤界面での反射を抑えるマッチング膜が設けられることがあるが、マッチング膜は、偏光分離膜のような光学機能膜よりもわずかな表面状態の劣化に対してさらに敏感である。したがって、マッチング膜を備える光学素子を製造する場合、特に前述のようなハーフ特性の光学機能膜とマッチング膜をともに備える光学素子を製造する場合には、硝材表面に生じたわずかな表面状態の劣化を回復することが望まれる。
【００１１】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、光学素子の製造時に硝材のわずかな表面状態の劣化を回復し、表面状態に左右されずに光学機能膜をほぼ設計通りに機能させることができる光学素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の光学素子製造方法は、３００度を越え４００度未満の温度で硝材を空気中で１時間以上加熱する加熱工程と、前記加熱工程を経た硝材の表面に、その表面上に配置される光学機能膜または接着剤の屈折率と前記硝材の屈折率との差に基づく反射を低減させる薄膜であるマッチング膜を成膜する成膜工程と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
前記マッチング膜が成膜された硝材と、入射光の偏光の状態または波長に応じて前記入射光の一部成分を透過し、残りの成分を反射する部分的な透過特性を有する光学機能膜が成膜された硝材とを接合する接合工程を備えることが好ましい。
【００１４】
前記光学機能膜は、少なくともＳ偏光光に対して部分的な透過特性を有することが好ましい。
【００１５】
本発明の光学素子は、第１の硝材と第２の硝材を接着剤で接合して形成され、前記第１の硝材と前記第２の硝材の接合面に、３００度を越え４００度未満の温度で前記第１の硝材を空気中で１時間以上加熱した後に前記第１の硝材表面に成膜され、前記接着剤の屈折率と前記第１の硝材の屈折率との差に基づく反射を低減させるマッチング膜と、前記接着剤と、前記第２の硝材の表面に成膜された光学機能膜と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、前記光学機能膜が、入射光の偏光の状態または波長に応じて、前記入射光の一部成分を透過し、残りの成分を反射する部分的な透過特性を有する光学機能面を形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、光学素子の製造時に硝材のわずかな表面状態の劣化を回復することによって、表面状態に左右されずに光学機能膜をほぼ設計通りに機能させた光学素子を提供することができる。なお、本発明の製造方法は、わずかな表面状態の劣化に敏感なマッチング膜を備えた接合型光学素子の製造に好適であり、ハーフ特性の光学機能膜を介在させる硝材界面にマッチング膜を備えた接合型光学素子の製造に特に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】光ピックアップ及びＰＢＳの構成を示す説明図である。
【図２】ＰＢＳの製造工程を示す説明図である。
【図３】加熱工程の有無によって表面状態の劣化が回復する様子を示すグラフである。
【図４】加熱工程によって表面状態の劣化が回復する様子を示すグラフである。
【図５】加熱工程の有無によって反射率が異なることを示すグラフである。
【図６】複合光学素子及びこれを用いた光ピックアップの構成を示す説明図である。
【図７】複合光学素子の各光学機能面の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１（Ａ）に示すように、光ピックアップ１１は、光ディスク１２のデータを読み出したり、光ディスク１２にデータを記録する光学系であり、光源ユニット１３、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１４、オートマチックパワーコントロール（ＡＰＣ）１６、コリメートレンズ１７、１／４波長板１８、対物レンズ１９、フォトダイオード２１等から構成される。
【００２０】
光ディスク１２は、波長４０５ｎｍの青色光によってデータの読み取り（書き込み）が行われる青色光ディスクである。光源ユニット１３は、光ディスク１２の読み取りや書き込みに利用される青色光を発するユニットであり、波長４０５ｎｍの青色光を発するレーザーダイオードや、このレーザーダイオードから発せられた光の偏光方向を整える１／２波長板等から構成される。このため、光源ユニット１３が発する青色光は、波長４０５ｎｍの青色光であるとともに、ＰＢＳ１４の偏光分離面３１（後述）に対してＳ偏光光に整えられている。また、光源ユニット１３が発した青色光は、ＰＢＳ１４に入射されると、その一部成分（光量約９０％）は後述する偏光分離面３１で反射され、コリメートレンズ１７、１／４波長板１８、対物レンズ１９等を介して光ディスク１２に入射される。一方、光源ユニット１３が発した青色光のうち、偏光分離面３１を透過した成分（光量約１０％）は、ＡＰＣ１６に入射する。
【００２１】
ＰＢＳ１４は、光源ユニット１３等から入射する入射光を、偏光の状態に応じて透過または反射する光学素子であり、２個の三角柱状プリズム２６，２７を接合して立方体状に形成される。プリズム２６，２７の接合面には、後述するように偏光分離膜４３（図１Ｂ参照）等が設けられ、これらの作用により偏光分離面３１が形成される。偏光分離面３１は、光源ユニット１３から光ディスク１２への光軸に対して４５度傾斜するように配置され、偏光分離膜４３の作用によってＳ偏光光を約９０％反射し、Ｓ偏光光の約１０％を透過する。また、偏光分離面３１は、Ｐ偏光光をほぼ１００％透過する。
【００２２】
偏光分離面３１は、偏光の状態に応じて透過率及び反射率が異なる偏光分離特性を持った光学機能面であると同時に、特定の偏光状態の光を部分的に透過（反射）するハーフ特性を持った光学機能面である。以下では、偏光分離面３１はＰ偏光光をほぼ１００％透過する偏光分離特性を有し、さらに、Ｓ偏光光の約９０％を反射し、Ｓ偏光光の約１０％を透過するハーフ特性を有するものとする。また、偏光分離面３１には、光源ユニット１３から光ディスク１２への光軸Ｌに対して４５度傾斜して配置される。
【００２３】
このため、偏光分離面３１に光源ユニット１３から青色のＳ偏光光が入射すると、偏光分離面３１はその約１０％の成分を透過してＡＰＣ１６に入射させる。ＡＰＣ１６は、こうして入射するＳ偏光光の光量を検出し、これに基づいて光源ユニット１３をフィードバック制御する。これにより、光源ユニット１３から出射させる光の光量が調節される。
【００２４】
一方、偏光分離面３１に光源ユニット１３から青色のＳ偏光光が入射すると、偏光分離面３１はその約９０％の成分を反射する。こうして偏光分離面３１で反射されたＳ偏光光は、コリメートレンズ１７によって平行光線に変換された後、１／４波長板１８を通ることにより円偏光に変換される。その後、対物レンズ１９によって光ディスク１２のデータ記録面に集光される。光ディスク１２のデータを読み出す場合には、光ディスク１２に集光された円偏光は、記録されたデータを反映して反射または散乱される。光ディスク１２からの反射光は、光ディスク１２への入射時と同じ向きに偏光方向が回転するが、進行方向が入射時とは逆になる。このため、光ディスク１２からの反射光が、１／４波長板１８を透過すると、Ｐ偏光光に変換され、再び偏光分離面３１に入射する。こうしてＰ偏光光となった光ディスク１２からの反射光は、偏光分離面３１に入射すると、ほぼ１００％透過し、ＰＤ２１に入射する。
【００２５】
ＰＤ２１は、ＰＢＳ１４から入射する青色光の光量やスポット形状等を検出する。光ピックアップ１１を搭載した光ディスクドライブは、ＰＤ２１で検出された光ディスク１２からの反射光の情報に基づいて，トラッキングやフォーカシング等の制御を行うとともに、光ディスク１２からのデータの読み取りや、光ディスク１２へのデータの書き込みを行う。
【００２６】
図１（Ｂ）に示すように、偏光分離面３１は、マッチング膜４１、接着剤４２、偏光分離膜４３からなる。マッチング膜４１は、プリズム２６の表面に設けられる薄膜であり、プリズム２６と接着剤４２の屈折率差に基づく反射を低減する。なお、マッチング膜４１は、各種光学機能膜と異なり、これ自体単独で機能するものではなく、あくまでも特定の材料（プリズム２６と接着剤４２）の間に配置されることで機能する。偏光分離膜４３は、プリズム２７の表面に、複数種類の誘電体薄膜を積層して形成され、偏光分離特性を有するとともに、Ｓ偏光光に対してはハーフ特性を有する光学機能膜である。この偏光分離膜４３の層構成は、Ｐ偏光光をほぼ１００％透過すると同時に、Ｓ偏光光の約９０％を反射し、Ｓ偏光光の約１０％を透過するように定められる。接着剤４２は、例えば、紫外線硬化型接着剤であり、プリズム２６とプリズム２７を接合させる。
【００２７】
上述のように構成されるＰＢＳ１４は、図２に示すように、平行平板状の透明な２枚のガラス基板６１，６２から製造される。ガラス基板６１は、将来的にプリズム２６となるガラス基板である。このため、ガラス基板６１の厚さは、研磨や切断代等を考慮して、偏光分離面３１からプリズム２６の稜線（図１ではＰＢＳ１４の左下の角）までの長さとほぼ等しい。また、ガラス基板６２は、将来的にプリズム２７となるガラス基板である。このため、ガラス基板６２の厚さは、偏光分離面３１からプリズム２７の稜線までの長さとほぼ等しい。
【００２８】
なお、ガラス基板６１，６２は、表面が予め鏡面仕上げされており、ヤケが生じにくい環境で保管される。また、ガラス基板６１，６２は、ＰＢＳ１４の製造に用いる前に表面検査が行われ、白ヤケや青ヤケが生じていないこと（生じていてもＰＢＳ１４の性能に影響しない程度の一定水準以下のものであること）が確認される。したがって、以下では、ガラス基板６１，６２には、白ヤケや青ヤケといったいわゆるヤケは生じていないものとする。但し、ガラス基板６１，６２の表面６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂは、ガラス基板６１，６２の製造後（あるいは清浄表面を露呈させる研磨後）の保管環境等に応じて経時的な変化が生じており、表面状態は理想的な状態と比較してわずかに劣化している。
【００２９】
これらのガラス基板６１，６２からＰＢＳ１４を製造するときには、まず、所定温度で所定時間、加熱される（加熱工程）。その後、ガラス基板６１，６２は、大気中でゆっくりと自然に冷却（以下、自然冷却という）された後、ガラス基板６１，６２の表面にはマッチング膜４１や偏光分離膜４３がそれぞれ成膜される（成膜工程）。
【００３０】
加熱工程は、ガラス基板６１，６２を、空気中で３００〜４００度程度の温度で２〜３時間程度加熱する工程である。この加熱工程を経ることで、ガラス基板６１，６２は、各表面６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂに生じていたわずかな劣化状態が回復され、ガラス基板６１，６２製造時の理想的な表面状態に近づけられる。また、この工程における適切な加熱温度及び加熱時間は、ガラス基板６１，６２の具体的な硝材によって異なるが、概ね上述の範囲に収まるようにすることで、ガラス基板６１，６２の表面６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂの劣化状態が顕著に回復され、ガラス基板６１，６２を加熱せずにＰＢＳ１４を製造した場合と比較して、偏光分離膜４３の特性によらない偏光分離面３１での反射、特にプリズム２６と接着剤４２との界面における反射を抑えることができる。
【００３１】
例えば、加熱工程での加熱温度は、２００度以上ガラス転移点未満であれば良く、実際的な加熱時間にするためには、３００度より高温で加熱することが好ましい。また、４００度以上に加熱するためには、通常、高価なヒータや追加のヒータが必要になるため、加熱温度は４００度より低温であることが好ましい。特に、加熱温度が３２０度以上３８０度以下の場合には、一般的で安価なヒータを用い、かつ、２〜３時間程度の生産効率がそれほど悪化しない程度の時間で、加熱工程を完了することができる。加熱時間は、加熱温度が比較的高温の場合であっても、加熱工程による効果を十分に得るために、少なくとも１時間以上であることが好ましく、生産性効率を悪化させないためには５時間以下であることが好ましい。加熱工程による効果と生産効率を両立するためには、加熱時間は、２時間以上４時間以下であることが好ましく、特に２．５時間以上３．５時間以下であることが好ましい。
【００３２】
成膜工程では、ガラス基板６１の一方の表面６１ａにマッチング膜４１が成膜され、第１基板６６が形成される。また、ガラス基板６２の一方の表面６２ａには偏光分離膜４３が成膜され、第２基板６７が形成される。
【００３３】
その後、第１基板６６及び第２基板６７は、ＰＢＳ１４のサイズに合わせた所定の幅で表面に対して垂直に切断され、複数の四角柱状の部材（以下、四角柱部材）６８，６９に切り分けられる。さらに、四角柱部材６８，６９は、端面の形状が直角三角形状となるように、マッチング膜４１，偏光分離膜４３が設けられた側面に対して斜め４５度の角度で切断（または研磨）され、マッチング膜４１，偏光分離膜４３を含まない２つの角が除去される。これにより、四角柱部材６８，６９からそれぞれ三角柱状の部材７１，７２が形成される。なお、三角柱状の部材（以下、三角柱部材という）７１，７２を形成したときに新たに露呈される側面７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂは、ＰＢＳ１４の外周の面となるので、三角柱部材７１，７２を形成した段階で鏡面に研磨される。
【００３４】
こうして形成された三角柱部材７１，７２は、マッチング膜４１と偏光分離膜４３を向かい合わせ、接着剤４２によって接合される（接合工程）。したがって、この接合工程で形成される接合体７３には、その接合面に偏光分離面３１が形成される。また、接合体７３は、ガラス基板６１，６２の大きさに応じて、ＰＢＳ１４複数個分の長さとなっている。このため、接合体７３は、所定の間隔で切り分けられ、複数の立方体形状のＰＢＳ１４が形成される。
【００３５】
上述のように製造されるＰＢＳ１４は、マッチング膜４１や偏光分離膜４３の成膜前にガラス基板６１，６２を加熱することによって、ガラス基板６１，６２の表面状態の劣化を回復する。このため、ＰＢＳ１４の偏光分離面３１は、偏光分離膜４３の特性によらない反射が低減され、偏光分離膜４３の特性通りの透過率及び反射率が得られる。これにより、ＰＢＳ１４をほぼ設計通りに機能させることができる。特に、マッチング膜４１は、ガラス基板６１の表面６１ａのわずかな劣化にも敏感であるため、上述のようにガラス基板６１を加熱してから製造したＰＢＳ１４では、マッチング膜４１は設計通りに良好に機能する。このため、ＰＢＳ１４は、ハーフ特性を有する偏光分離膜４３をほぼ設計通りの特性で機能させることができる。
【００３６】
以下では、上述の「表面状態の劣化」と、加熱工程による効果を説明する。まず、製造からの経過時間及び保管条件がほぼ等しい２種類のガラス基板＃１，＃２を用意した。
【００３７】
ガラス基板＃１は、ニオブを含むいわゆるクリスタルガラスであり、屈折率ｎｄ＝１．６５４１２、アッベ数νｄ＝３９．７であり、高屈折率高分散ガラスである。また、ガラス基板＃１の化学的耐久性は、粉末法耐水性及び粉末法耐酸性がともに１級であり、ＩＳＯ試験法による耐酸性がクラス１．０である。したがって、ガラス基板＃１は、白ヤケや青ヤケは極めて発生しにくい硝材からなる。
【００３８】
ガラス基板＃２は、いわゆるホウケイ酸ガラスからなり、屈折率ｎｄ＝１．６５８４４、アッベ数νｄ＝５０．９の高屈折率低分散ガラスである。また、ガラス基板＃２の化学的耐久性は、粉末法耐水性が１級、粉末法耐酸性が３級、ＩＳＯ試験法による耐酸性がクラス５．２である。したがって、ガラス基板＃２をガラス基板＃１と比較すると、白ヤケの発生のし難さは同程度であるが、青ヤケは若干発生しやすい。但し、ここで用いるガラス基板＃１，＃２は、ＰＢＳ１４の製造前と同様に、白ヤケや青ヤケが発生していないものを用いた。
【００３９】
これらのガラス基板＃１，＃２について、まず、表面反射率（％）を測定し、理論値からの誤差Δ（％）を算出した。次いで、ガラス基板＃１，＃２を空気中で、かつ、３８０度の温度で、３時間加熱し、常温まで自然冷却されるのを待って再び表面反射率を測定し、理論値からの誤差Δ（％）を算出した。その結果、図３に示すように、ガラス基板＃１，＃２のどちらも、加熱前の表面反射率は理論値よりも低下している。そして、この表面反射率の低下は、基板によって程度の違いはあるが、加熱によって改善されることが確認された。
【００４０】
また、ガラス基板＃１と同じ硝材からなる別のガラス基板＃３，＃４を用意し、上述と同様に、表面反射率を測定し、理論値からの誤差Δを算出した。次いで、ガラス基板＃３，＃４を、空気中で、かつ、上述よりも低い３４０度の温度で、３時間加熱し、常温まで自然冷却されるのを待って再び表面反射率を測定し、理論値からの誤差Δを算出した。その結果、図４に示すように、基板毎に詳細な値は異なるが、表面反射率が改善されることが確認された。なお、ここで用いたガラス基板＃３，＃４は、前述のガラス基板＃１，＃２と同様に、少なくともＰＢＳ１４への使用に耐え得る程度に、ほぼヤケが発生していないガラス基板である。また、製造からの保管期間や保管環境も、ガラス基板＃１，＃２とほぼ同様である。
【００４１】
このように、ガラス基板＃１〜＃４の表面反射率を低下させていた原因が、前述の「表面状態の劣化」である。一方、前述のように、ガラス基板＃１〜＃４は、少なくともＰＢＳ１４への使用に耐え得る程度に、ほぼヤケが発生していないガラス基板であり、また、白ヤケや青ヤケはその発生メカニズムから、清浄な表面を回復する方法は、表面を研磨してしまう以外になく、上述のような加熱によっては改善されない。したがって、「表面状態の劣化」は、いわゆるヤケとは異なる。あるいは、この「表面状態の劣化」は、ヤケに至る前の前駆状態である。
【００４２】
また、図５と図６を比較すれば分かる通り、表面状態の劣化は、ガラス基板の保管期間や保管条件がほぼ同じならば、ほぼ同様の傾向を示す。また、加熱によって表面状態の劣化が改善される点も同様である。但し、図３と図４を比較すると、加熱温度がより高いほうが表面状態の劣化がより改善されるように見えるが、改善率（加熱前後のΔの差）はほぼ同じである。したがって、加熱によって表面状態の劣化が完全に回復されるわけではないが、加熱は一定の割合で表面状態の劣化を回復させる。このため、加熱後の表面反射率は、加熱前の表面反射率（表面状態の劣化程度）に応じてほぼ定まる。
【００４３】
以下、上述のような表面状態の劣化がマッチング膜や光学機能膜にもたらす影響を説明する。ここでは、表面状態の劣化に最も敏感なマッチング膜を例に説明する。
【００４４】
まず、ガラス基板＃１，＃３−＃４とほぼ同等のガラス基板＃５（波長４０５ｎｍにおける屈折率１．６８０７２）を用意し、このガラス基板＃５を２つに分割した。その一方には、加熱せずにマッチング膜を成膜し、さらに接着剤を塗布して基板＃５ａを作製した。他方は、空気中で、かつ３８０度の温度で、３時間加熱した後、常温まで自然冷却されるのを待って、基板＃５ａと同様に、マッチング膜を成膜し、さらに接着剤を塗布して基板＃５ｂを作製した。なお、これらの基板＃５ａ，＃５ｂと、マッチング膜及び接着剤は、下記表１に示す通りである。ここで用いたガラス基板＃５、マッチング膜及び接着剤は、ＰＢＳ１４の偏光分離面３１に用いるマッチング膜４１及び接着剤４２と同様の構成のものであり、マッチング膜は、少なくとも波長４０５ｎｍで、基板＃５ａ，＃５ｂ（プリズム２６）と接着剤４２との間での反射をできるだけ小さく抑えるように設計されている。
【００４５】
【表１】
2011170092.tif 000003
【００４６】
これらの基板＃５ａ，＃５ｂに、表面に対して４５度の角度でガラス基板側から波長４０５ｎｍの光を入射させ、反射率を測定した。すると、図５に示すように、基板＃５ａ（加熱工程なしの場合）と基板＃５ｂ（加熱工程ありの場合）を比較すると、波長に対する反射率の変化はいずれも同様の傾向を示すが、加熱した場合（基板＃５ｂ）の方が測定した全波長帯を通して反射率を小さく抑えられる。特に、ＰＢＳ１４で使用される波長４０５ｎｍ近傍では、加熱した場合の反射率はほぼ０％に抑えられる。このことは、ガラス基板の加熱によって表面の劣化が回復することで、わずかな劣化もない清浄表面に設けられることを前提に設計されたマッチング膜が、ほぼ設計通りに機能するようになることを示している。
【００４７】
ここでは表面状態の劣化に最も敏感なマッチング膜を例に説明したが、マッチング膜の場合ほど顕著でないが、偏光分離膜４３等の光学機能膜を成膜する場合にも同様であり、光学機能膜の成膜前に、硝材を加熱することによって、光学機能膜と硝材との界面における表面状態の劣化に起因した反射が抑制される。
【００４８】
以上のことから分かるように、ＰＢＳ１４を製造するときに、マッチング膜や各種光学機能膜を成膜する成膜工程の前に、ガラス基板等を加熱する加熱工程を設けることによって、マッチング膜や各光学機能膜がほぼ設計通りに機能する高精度なＰＢＳ１４を容易に製造することができる。
【００４９】
なお、上述の実施形態では、光学機能面が１種類（偏光分離面３１）のＰＢＳ１４を例に説明したが、本発明は光学機能面を複数備えた複合光学素子にも好適である。例えば、図６に示すように、ＰＢＳ１４の代わりに複合光学素子１１０を用いて光ピックアップ１１１を構成する場合、上述の実施形態で説明したＰＢＳ１４の製造方法と同様にして、複合光学素子１１０を製造することが好ましい。
【００５０】
複合光学素子１１０は、複数の光学機能面を備えた光学素子であり、４個のプリズム１２１，１２２，１２３，１２４を接合し、直方体に形成される。複合光学素子１１０の両端に配置されたプリズム１２１，１２４は台形状に形成される。また、これらの台形状プリズム１２１，１２４の間に配置されるプリズム１２２，１２３は平行四辺形状に形成される。複合光学素子１１０は、これらのプリズム１２１，１２２，１２３，１２４の接合面はそれぞれ等間隔であり、また、平行である。これらの接合面は、それぞれ偏光分離面１２６、ハーフミラー面１２７、全反射面１２８が形成される。
【００５１】
偏光分離面１２６は、偏光の状態に応じて透過率及び反射率が異なる偏光分離特性を持った光学機能面であると同時に、特定の偏光状態の光を部分的に透過（反射）するハーフ特性を持った光学機能面である。ここでは、偏光分離面１２６は、Ｓ偏光光をほぼ１００％反射する偏光分離特性を持ち、同時に、Ｐ偏光光を約９０％透過し、Ｐ偏光光の約１０％を反射するハーフ特性を持った光学機能面である。したがって、偏光分離面１２６は、前述のＰＢＳ１４の偏光分離膜３１とは、ハーフ特性になる偏光方向が異なる。こうした偏光分離面１２６の特性に応じて、光ピックアップ１１１の光源ユニット１３１は、前述の光ピックアップ１１と同様に波長４０５ｎｍのレーザー光を複合光学素子１１０に入射させるが、その偏光方向は、Ｐ偏光光に整えられている。
【００５２】
このため、光源ユニット１３１から複合光学素子１１１に入射したＰ偏光光の約１０％は偏光分離面１２６で反射され、ＡＰＣ１６に入射する。ＡＰＣ１６の動作は前述と同様である。一方、偏光分離面１２６を透過した約９０％のＰ偏光光は、コリメートレンズ１７、１／４波長板１８、対物レンズ１９等を介して光ディスク１２に入射される。こうして光ディスク１２に入射したＰ偏光光は、光ディスク１２の記録面で散乱または反射される。そして、光ディスク１２からの反射光は、１／４波長板１８によってＳ偏光光に変換され、複合光学素子１１１に再び入射する。こうして光ディスク１２から入射したＳ偏光光は、偏光分離面１２６でほぼ１００％反射され、ハーフミラー面１２７に入射する。
【００５３】
ハーフミラー面１２７は、入射光を所定の光量比で部分的に透過及び反射することにより、入射光を２方向に分岐させるハーフ特性を持った光学機能面である。ここでは、ハーフミラー面１２７は、入射光の約２０％を反射してＰＤ１３２に入射させるとともに、入射光の約８０％を透過して全反射面１２８に入射させる。したがって、前述のように、光ピックアップ１１１においては、ハーフミラー面１２７に入射する光ディスク１２からの反射光はＳ偏光光であるから、ハーフミラー面１２７はＳ偏光光に対してハーフ特性を持った光学機能面である。また、ＰＤ１３２は、ハーフミラー面１２７から入射する光の光量やスポット形状等を検出する。こうしてＰＤ１３２で検出された各種情報は、トラッキングやフォーカシングに利用される。
【００５４】
全反射面１２８は、入射光を全反射する光学機能面である。このため、ハーフミラー面１２７から入射するＳ偏光光を１００％反射し、ＰＤ２１に入射させる。ＰＤ２１の動作は、前述の光ピックアップ１１１のものと同様である。
【００５５】
図７に示すように、偏光分離面１２６は、マッチング膜１４１、接着剤４２、偏光分離膜１４３からなる。マッチング膜１４１は、プリズム１２１の表面に設けられている点以外は、前述のマッチング膜４１と同様である。したがって、マッチング膜１４１は、プリズム１２１と接着剤４２との屈折率差に基づく反射を低減する。偏光分離膜１４３は、プリズム１２２の表面に設けられ、複数種類の誘電体薄膜を積層して形成される。偏光分離膜１４３の層構成は、Ｓ偏光光をほぼ１００％反射する偏光分離特性を有し、Ｐ偏光光の約９０％を透過し、Ｐ偏光光の約１０％を反射するハーフ特性を有するように定められる。
【００５６】
また、ハーフミラー面１２７は、マッチング膜１４６、接着剤４２、ハーフミラー膜１４８からなる。マッチング膜１４６は、ハーフミラー面１２７を形成するプリズム１２２の表面に設けられている点を除けば前述のマッチング膜４１，１４１と同様である。ハーフミラー膜１４８は、プリズム１２３の表面に設けられ、偏光分離面１２６を形成する偏光分離膜１４３と同様に、複数種類の誘電体薄膜を積層して形成される。但し、ハーフミラー膜１４８の層構成及び光学特性は、偏光分離膜１４３と異なり、ハーフミラー膜１４８は、入射光を所定の光量比で部分的に透過及び反射することにより、入射光を２方向に分岐させるハーフ特性を持った光学機能膜である。ここでは、ハーフミラー面１２７にはＳ偏光光が入射するので、ハーフミラー膜１４８は、少なくともＳ偏光光に対してハーフ特性を有するように、その層構成が定められる。
【００５７】
全反射面１２８は、接着剤４２と全反射膜１５３からなる。全反射膜１５３は、偏光の状態や波長に関わらず、入射光を全て反射する光学機能膜であり、プリズム１２４の表面に設けられる。また、全反射膜１５３は、前述の偏光分離膜１４３やハーフミラー膜１４８と同様に複数種類の誘電体薄膜を積層して形成され、その層構成は上述の光学特性を呈するように定められる。
【００５８】
このように構成される複合光学素子１１０は、ＰＢＳ１４と同様に、例えば、各プリズム１２１，１２２，１２３，１２４に対応する４枚のガラス基板から製造される。こうしてガラス基板から複合光学素子１１０を製造するときには、各ガラス基板は前述のＰＢＳ１４の製造時と同様に、まず、これらのガラス基板を加熱し、表面状態の劣化を回復する。次いで、各ガラス基板には、マッチング膜１４１，１４６や各種光学機能膜１４３，１４８，１５３が成膜され、四角柱状の部材に切断される。その後、プリズム１２１，１２２，１２３，１２４の各々の形状に合わせてそれぞれ切断，研磨され、端面が台形状の部材や平行四辺形上の部材が形成される。そして、これらの部材は、複合光学素子１１０の様態に合わせて、接着剤４２によって接合し、長手方向を所定間隔で切断，研磨される。これにより、複合光学素子１１０が形成される。
【００５９】
こうして複合光学素子１１０を製造するときに、マッチング膜１４１，１４６や光学機能膜１４３，１４８，１５３を成膜する前に基材となるガラス基板を加熱し、その表面状態を回復させる。このため、各光学機能面１２６，１２７，１２８を構成するマッチング膜１４１，１４６や各光学機能膜１４３，１４８，１５３がほぼ設計通りの特性を示すようになり、高精度な複合光学素子１１０を容易に得ることができる。
【００６０】
また、上述の実施形態では、マッチング膜が特に表面状態の劣化に対して敏感であるため、光学機能膜とともにマッチング膜を備えたＰＢＳ１４や複合光学素子１１０を例に挙げたが、これに限らない。例えば、マッチング膜を介さずに光学機能膜と接着剤だけを介在させて硝材を接合した接合型光学素子や、硝材表面に直接光学機能膜を成膜した光学素子を製造する場合にも、光学機能膜の成膜前に硝材を上述の実施形態と同様に加熱することによって、より高精度に設計通りに機能する光学素子を製造することができる。
【００６１】
なお、上述の実施形態では、複合光学素子１１０に含まれる３種の光学機能面のうち、偏光分離面１２６とハーフミラー面１２７の２面に、硝材の加熱後に成膜したマッチング膜１４１，１４６を設ける例を説明したが、これに限らない。複合光学素子１１０のように、複数の光学機能面があり、これら全ての光学機能面を経由する光路の光を利用する光学素子の場合には、複数の光学機能面のうち少なくとも１つに、硝材の加熱後に成膜したマッチング膜を設けておくことで光学素子を設計通りの特性に近づける事ができる。
【００６２】
また、複数の光学機能面を備える光学素子の場合、複数ある光学機能面の中でも、偏光分離面３１やハーフミラー面３２のようなハーフ特性の光学機能面にマッチング膜を設けることが好ましい。このように、少なくともハーフ特性の光学機能面に、硝材の加熱後に成膜したマッチング膜を設けておくことで、光学素子の特性をより設計通りの特性に近づけることができる。
【００６３】
さらに、ハーフ特性の光学機能面が複数ある場合には、必ずしもハーフ特性の光学機能面の全てにマッチング膜を設ける必要はなく、少なくともＳ偏光光の透過（反射）特性がハーフ特性の光学機能面に、硝材の加熱後に成膜したマッチング膜を設けておくことが特に好ましい。これは、硝材／マッチング膜／接着剤／光学機能膜／硝材という層構造で多重干渉が起きることによってＰ偏光光の透過率Ｔｐ，Ｓ偏光光の透過率Ｔｓ，Ｐ偏光光の反射率Ｒｐ，Ｓ偏光光の反射率Ｒｓにはそれぞれ周期的な変化が生じるが、こうした周期的な変化がＰ偏光光（Ｔｐ，Ｒｓ）よりもＳ偏光光（Ｔｓ，Ｒｓ）について特に顕著であるからである。したがって、例えば、複合光学素子１１０は、Ｐ偏光光に対してハーフ特性を有する偏光分離面１２６とＳ偏光光に対してハーフ特性を有するハーフミラー面１２７の２面がハーフ特性の光学機能面であり、上述の実施形態ではこれらの双方にそれぞれマッチング膜１４１，１４６を設ける例を説明したが、複合光学素子１１０の場合には、少なくともハーフミラー面１２７に、硝材の加熱後に成膜したマッチング膜を設けておくことが好ましい。このように、Ｓ偏光光に対してハーフ特性の光学機能面に、硝材の加熱後に成膜したマッチング膜を設けることは、光学素子全体としての光学特性の改善に最も効果的である。なお、前述のＰＢＳ１４の場合には、唯一の光学機能面である偏光分離面３１がＳ偏光光に対してハーフ特性を有する光学機能面であるため、例えば、同様のＰＢＳでも、Ｐ偏光光に対してハーフ特性を有するものよりも、マッチング膜の成膜前に硝材を加熱したことによる効果が顕著である。
【００６４】
なお、上述の複合光学素子１１０では、偏光分離面１２６とハーフミラー面１２７にマッチング膜１４１，１４６を設け、全反射面１２８にはマッチング膜を設けない例を説明したが、全反射面１２８にマッチング膜を設けても良い。同様に、複数の光学機能面がある光学素子を製造する場合、ハーフ特性の光学機能面にマッチング膜を設けても良い。
【００６５】
なお、上述の実施形態では、ＰＢＳ１４や複合光学素子１１０を製造するときに、基材となるガラス基板の全てを、成膜工程に先立って加熱する例を説明したがこれに限らない。上述の実施形態のように全てのガラス基板を加熱してから、その表面にマッチング膜や各種光学機能膜を成膜することが好ましいが、表面状態の劣化に極めて敏感で、加熱工程を行わないことによる弊害が最も大きいことから、少なくともマッチング膜を成膜するガラス基板を、マッチング膜の成膜前に加熱すれば良い。例えば、ＰＢＳ１４の場合には、少なくともガラス基板６１をマッチング膜４１の成膜前に加熱すれば良い。また、複合光学素子１１０の場合には、少なくともプリズム１２１，１２２となるガラス基板を、マッチング膜１４１，１４６の成膜前に加熱すれば良い。そして、マッチング膜４１，１４１，１４６が成膜されないガラス基板については、加熱工程を省略しても良い。
【００６６】
また、上述の実施形態では、複合光学素子１１０を製造するときに、ＰＢＳ１４の製造時と同様にして、マッチング膜や各種光学機能膜が成膜される前のガラス基板を加熱する例を説明したが、これに限らない。例えば、複合光学素子１１０の場合には、最低限、マッチング膜１４１，１４６の成膜前に基材となるガラス基板を加熱すれば、複合光学素子１１０をほぼ設計通りに高精度に機能させることができる。このため、例えば、一方の表面にマッチング膜１４６が成膜され、他方の表面に偏光分離膜１４３が成膜され、プリズム１２２となるガラス基板の場合には、偏光分離膜１４３を成膜したあとで加熱し、その後、他方の表面にマッチング膜１４６を成膜しても良い。このように一方の面に光学機能膜を設けてから、ガラス基板を行う場合には、既に成膜した光学機能膜にダメージを与えないように、前述の範囲内で加熱温度や加熱時間を選択することが好ましい。
【００６７】
なお、前述のように、表面状態の劣化は、加熱工程によって完全に回復されるわけではなく、加熱工程によってほぼ一定の割合で回復するので、表面状態の劣化程度が一定水準よりも大きい場合には、加熱工程によっても表面状態の劣化程度の回復が十分でないことがある。したがって、上述の実施形態では、ガラス基板に白ヤケや青ヤケが発生していないことを確認してから利用する例を説明したが、さらに、表面状態の劣化の程度を確認する検査工程（表面検査工程）を設け、表面状態の劣化の程度が一定水準以下であるときに、ＰＢＳ１４や複合光学素子１１０の製造に利用することが好ましい。この表面検査工程における一定水準とは、例えば、所定波長（ＰＢＳ１４や複合光学素子１１０で使用する波長）におけるガラス基板の屈折率をｎｓとするときに、表面反射率Ｒが下記数１の条件を満たす範囲であることが好ましい。
【００６８】
【数１】
2011170092.tif 000004
【００６９】
なお、上述の実施形態では、ガラス基板と接着剤との屈折率差に関わらず、ガラス基板を加熱する例を説明したが、ガラス基板と接着剤の屈折率差があまりにも大きい場合や、逆にガラス基板と接着剤の屈折率差がほとんどない場合等には、加熱工程による表面状態の劣化回復の効果は相対的に小さくなる。このため、本発明の製造方法は、所定波長（例えばＰＢＳ１４で使用する波長）におけるガラス基板の屈折率をｎｓ，接着剤の屈折率をｎｒとするときに、屈折率差｜ｎｓ−ｎｒ｜が０．０１＜｜ｎｓ−ｎｒ｜＜０．７の条件を満たす場合に特に好適である。
【００７０】
なお、上述の実施形態では、ＰＢＳ１４の例では、偏光分離面３１が、Ｓ偏光光の約９０％を反射し、Ｓ偏光光の約１０％を透過するとともに、Ｐ偏光光１００％透過する例を説明したがこれに限らない。また、上述の実施形態では、複合光学素子１１０の例では、偏光分離面１２６がＳ偏光光を１００％反射し、Ｐ偏光光の約９０％を透過し、Ｐ偏光光の約１０％を反射するとともに、ハーフミラー面１２７が、入射光の約８０％を透過し、残り２０％を反射する例を説明したがこれに限らない。こうした偏光分離面やハーフミラー面の透過率及び反射率は、実際に製造する光学素子の様態に応じて、偏光分離膜４３，１４３やハーフミラー膜１４８の膜構成を調節し、任意に定めることができる。
【００７１】
なお、上述の実施形態では、ＰＢＳ１４や複合光学素子１１０のように接合型光学素子を例にあげて説明したが、これに限らない。例えば、上述の実施形態で説明したような接合型光学素子や、偏光状態によらず波長帯によって入射光を分岐させるビームスプリッタ（接合型光学素子）だけでなく、レンズやミラー等の表面に空気と接する反射防止膜（空気と硝材の間に配置されるマッチング膜）等の光学機能膜を設ける場合にも、上述の実施形態と同様に硝材を加熱してから光学機能膜やマッチング膜を成膜することによって、より高精度に設計通りに機能する光学素子を製造することができる。
【００７２】
なお、上述の実施形態では、ガラス基板（プリズム）や接着剤、マッチング膜等の例として、表１等に特定の材料を挙げて説明したが、ガラス基板やプリズム，接着剤，マッチング膜等、光学素子を構成するものの材料としては、製造する光学素子に応じて任意の材料を用いることができる。
【００７３】
なお、上述の実施形態では、平行平板状のガラス基板からＰＢＳ１４や複合光学素子１１０を製造する例を説明したが、これに限らず、予め所定形状に形成されたプリズムの表面にマッチング膜や光学機能膜を成膜し、接合することによってＰＢＳ１４や複合光学素子１１０を製造しても良い。また、上述の実施形態では、ガラス基板の表面に、マッチング膜や光学機能膜を成膜した後、これらの膜が成膜された基板を切断，研磨して角柱状の部材を作製し、これらを接合する例を説明したが、これに限らない。例えば、マッチング膜や光学機能膜を成膜したガラス基板を接合し、これを切断，研磨して、ＰＢＳ１４や複合光学素子１１０の形状に合わせた角柱状の部材を作製し、これを切り分けることによって各光学素子１４，１１０を製造しても良い。さらに、上述の実施形態では、ガラス基板の表面にマッチング膜や光学機能膜を成膜する例を説明したが、ガラス基板から予め角柱状の部材を作製した後、所定の側面にマッチング膜や光学機能膜を成膜しても良い。
【００７４】
なお、上述の実施形態では、透明な２枚のガラス基板６１，６２からＰＢＳ１４を製造する例を説明したが、ここでいう透明とは、少なくともＰＢＳ１４に使用される波長（４０５ｎｍ）とＰＢＳ１４の製造工程で接着剤４２を硬化させるために照射する紫外線を透過することを意味する。このことは、複合光学素子１１０の場合にも同様である。また、上述の実施形態では、波長４０５ｎｍの青色光で使用されるＰＢＳ１４や複合光学素子１１０を例に説明したが、赤色光で使用されるＤＶＤ用の光学素子や赤外光で使用されるＣＤ用の光学素子を上述の実施形態と同様にして製造するときには、これらの光学素子の製造に用いるガラス基板やプリズム等の硝材は、少なくともこれらの光学素子で使用される波長と、その製造工程において接着剤の硬化等のために硝材を透過させて使用する波長に対して透明であれば良い。さらに、紫外線や赤外線等で使用される光学素子を製造する場合も同様であり、複数の波長帯で使用される光学素子を製造する場合も同様である。
【００７５】
なお、上述の実施形態では、光ピックアップの中でも最も高精度な特性が要求される青色光用の光ピックアップ１１，１１１を例に、ＰＢＳ１４や複合光学素子１１０を説明したが、本発明はＣＤやＤＶＤ、あるいはＣＤ／ＤＶＤ兼用の光ピックアップ及びこれに含まれる光学素子にも好適である。
【符号の説明】
【００７６】
１１，１１１  光ピックアップ
１２  光ディスク
１３，１３１  光源ユニット
１４  偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
１６  オートマチックパワーコントロール（ＡＰＣ）
１７  コリメートレンズ
１８  １／４波長板
１９  対物レンズ
２１，１３２  フォトダイオード（ＰＤ）
２６，２７，１２１〜１２４  プリズム
３１，１２６  偏光分離面
４１，１４１，１４６  マッチング膜
４２  接着剤
４３，１４３  偏光分離膜
６１，６２  ガラス基板
６６  第１基板
６７  第２基板
６８，６９  四角柱部材
７１，７２  三角柱部材
７３  接合体
１１０  複合光学素子
１２７  ハーフミラー面
１２８  全反射面
１４８  ハーフミラー膜
１５３  全反射膜
【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】
2011170092.tif 000009
【図６】
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【図７】
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