(57)【要約】【課題】２種の異なる厚さの光ディスクでも１種の光学系で高い集光性能を実現でき、製造工程数が少なく容易に作製でき、かつ生産歩留まりのよい開口制限素子を得て、さらに記録および再生特性の優れた光ヘッド装置を得る。【解決手段】波長選択性の誘電体多層膜１３からなるフィルタ域と接着剤１４からなる透明域を備えた２枚の透明基板１１および１２からなり、入射する２種の光束のうち一方に対して、透明な中央領域Ａと周辺領域Ｂとを透過して光束の位相が揃うように調整されていてかつ他方に対しては中央領域Ａのみを透過する開口制限素子１０１を得て、この素子を光ヘッド装置の光源と対物レンズとの間の光路中に設置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口制限素子に入射する異なる波長の２つの光束のうち、いずれか一方の光束のみを透過するフィルタ域と両方の光束を透過する透明域とを有する開口制限素子であって、
開口制限素子は積層された少なくとも２枚の透明基板を備え、２枚の透明基板間における周辺領域には波長選択性の誘電体多層膜からなる前記フィルタ域が形成され、周辺領域により囲まれる中央領域には透明媒質からなる前記透明域が形成されており、かつ前記誘電体多層膜の膜構成と前記透明媒質の屈折率とは、前記フィルタ域および前記透明域を透過する光束に対して前記フィルタ域と前記透明域とで光束の位相が揃うように調整されていることを特徴とする開口制限素子。
【請求項２】
前記透明基板間には、前記誘電体多層膜と前記透明媒質とに加えさらに有機物薄膜からなる波長板および／または回折格子が積層されている請求項１記載の開口制限素子。
【請求項３】
異なる波長の２つの光束をそれぞれ出射する２つの光源と、２つの光束を光記録媒体に集光するための対物レンズと、集光して光記録媒体により反射した２つの光束を検出する光検出器とを備える光ヘッド装置であって、２つの光源と対物レンズとの間において２つの光束の共通光路中に請求項１または２記載の開口制限素子が配設されている光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、開口制限素子および光ヘッド装置に関し、特に光ヘッド装置に関しては光記録媒体の情報の記録および再生を行う光ヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
同一の光ヘッド装置を用いて、規格の異なる光ディスクであるＣＤまたはＤＶＤの記録および再生を行う、ＣＤ／ＤＶＤ互換型光ヘッド装置が製品化されている。ＣＤとＤＶＤのそれぞれの光ディスクでは、記録および再生に用いる光の波長帯、光ディスクの厚さ、記録密度などの規格が異なるため、ＣＤの記録および再生時とＤＶＤの記録および再生時とでそれぞれ光学系の開口数を変える必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
波長６５０ｎｍのＤＶＤ用に設計された開口数０．６程度の対物レンズを用いて、ＣＤの記録および再生を実行するために、図１１に示す開口制限素子５０１を用いて、ＣＤ用の波長７８０ｎｍに対し、開口数を切り替える方法が提案されている。開口制限素子５０１は、透明基板５１上に位相差調整用の誘電体多層膜５２が形成された中央領域Ｃと波長選択性の誘電体多層膜５３が形成された周辺領域Ｄを有している。また、５４は反射防止膜である。
【０００４】
波長選択性の誘電体多層膜５３は、ＤＶＤ用の光束を透過させるが、ＣＤ用の光束は透過させない機能を有する。一方、位相差調整用の誘電体多層膜５２は、ＤＶＤ用の光束とＣＤ用の光束をともに透過させるとともに、中央領域Ｃと周辺領域ＤにおけるＤＶＤ用の光束の位相を揃える機能を有している。
【０００５】
しかしながら、開口制限素子５０１は、中央領域Ｃと周辺領域Ｄとを形成する製造工程において、２０層前後の誘電体多層膜の形成を２回、リフトオフ用のマスクの形成を２回、リフトオフを２回繰り返すなどの複雑な工程が必要となる。この複雑な工程が原因で歩留まりの向上が妨げられ、簡略化された工程により作製された開口制限素子が望まれていた。
本発明は、製造工程数が少なく容易に作製でき、かつ生産歩留まりのよい開口制限素子、およびそれを用いた光ヘッド装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、開口制限素子に入射する異なる波長の２つの光束のうち、いずれか一方の光束のみを透過するフィルタ域と両方の光束を透過する透明域とを有する開口制限素子であって、開口制限素子は積層された少なくとも２枚の透明基板を備え、２枚の透明基板間における周辺領域には波長選択性の誘電体多層膜からなる前記フィルタ域が形成され、周辺領域により囲まれる中央領域には透明媒質からなる前記透明域が形成されており、かつ前記誘電体多層膜の膜構成と前記透明媒質の屈折率とは、前記フィルタ域および前記透明域を透過する光束に対して前記フィルタ域と前記透明域とで光束の位相が揃うように調整されていることを特徴とする開口制限素子を提供する。
【０００７】
また、前記透明基板間には、前記誘電体多層膜と前記透明媒質とに加えさらに有機物薄膜からなる波長板および／または回折格子が積層されている上記の開口制限素子を提供する。
【０００８】
さらに、異なる波長の２つの光束をそれぞれ出射する２つの光源と、２つの光束を光記録媒体に集光するための対物レンズと、集光して光記録媒体により反射した２つの光束を検出する光検出器とを備える光ヘッド装置であって、２つの光源と対物レンズとの間において２つの光束の共通光路中に上記の開口制限素子が配設されている光ヘッド装置を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図２に本発明の開口制限素子１０１を搭載した光ヘッド装置の構成例を示す。図２に示す光ヘッド装置は、ＤＶＤ６およびＣＤ７の情報の記録および再生を行う光ヘッド装置であり、光源としてＤＶＤ用の波長λ１の光束Ｌ１を出射する半導体レーザ１ＡとＣＤ用の波長λ２の光束Ｌ２を出射する半導体レーザ１Ｂとを備えている。
【００１０】
半導体レーザ１Ａおよび１Ｂを出射した光束Ｌ１、Ｌ２はそれぞれ、ビームスプリッタ２および３で反射され、コリメートレンズ４を透過後、開口制限素子１０１を透過して、対物レンズ５によって、ＤＶＤ６またはＣＤ７上に集光される。ＤＶＤ６またはＣＤ７で反射した光は、上記の進行方向とは逆に進みビームスプリッタ２および３を透過して、最終的に光検出器８上に集光する。また、９は位相板であり、４分の１波長板を用いることで、ＣＤ７への情報記録時に半導体レーザ１Ｂの出射光と同一偏光方向の戻り光が、半導体レーザ１Ｂに進入するのを防ぎ、半導体レーザ１Ｂの発振特性を安定させることができる。
【００１１】
図１に本発明の第１実施態様として開口制限素子１０１の（ａ）断面図と、（ｂ）平面図を示す。開口制限素子１０１は、透明基板１１の下面の周辺領域Ｂに、厚さがｄｆ１で波長選択性の誘電体多層膜１３が形成されており、透明媒質である接着剤１４によって、透明基板１１と透明基板１２が固定されている。このとき、中央領域Ａには接着剤１４が充填されており、開口制限素子１０１を透過する光束Ｌ１のうち、中央領域Ａを透過する部分と周辺領域Ｂを透過する部分とで位相が揃うように、誘電体多層膜１３の膜構成および接着剤１４の屈折率を調整する。
【００１２】
すなわち、波長選択性の誘電体多層膜１３の平均屈折率ｎｆ１と、接着剤１４の屈折率ｎｓ１が等しくなるようにする。ここで、平均屈折率とは、多層膜を構成する各層の屈折率と厚さとの積の総和を、多層膜の総厚（各層厚の合計）で除算したものを意味する。
【００１３】
また、開口制限素子１０１は、図１の（ｂ）に示すように素子表面での反射を防ぐため、透明基板１１の一方の面に反射防止膜１５、透明基板１２の他方の面に反射防止膜１６がそれぞれ施されていることが好ましい。透明基板１１および１２としては、ガラス、石英ガラスなどの光学的に等方的な材料を用いることができる。
【００１４】
波長選択性の誘電体多層膜１３としては、ＤＶＤ用の波長λ１の光束Ｌ１に対し９０％以上の透過率、ＣＤ用の波長λ２の光束Ｌ２に対し２０％以下の透過率を有する層数が２０層前後の誘電体多層膜を使用できる。ただし、ＣＤ用の光束Ｌ２の透過率としては、ＣＤの情報記録面上への不要な光の集光を防ぐため、１０％以下が好ましい。したがって、波長選択性の誘電体多層膜１３を周辺領域Ｂに成膜することで、周辺領域Ｂはフィルタ域、中央領域Ａは透明域になり、開口制限素子１０１はＣＤ用の光束Ｌ２の径を中央領域Ａの径に制限できる。
【００１５】
また、反射防止膜１５および１６としては、ＤＶＤ用の光束Ｌ１とＣＤ用の光束Ｌ２が、ともに９８％以上透過し、容易に作製できる４から５層程度の誘電体多層膜を使用できる。
【００１６】
本発明の開口制限素子１０１を搭載した図２の光ヘッド装置では、ＤＶＤ用の光束Ｌ１は、開口制限素子１０１によって、径を制限されることなく、対物レンズ５を用いて開口数０．６の光束Ｌ１としてＤＶＤ６上に集光される。一方、ＣＤ用の光束Ｌ２は、開口制限素子１０１によって、径を制限され、対物レンズ５を用いて開口数０．４５から０．５程度までの光束Ｌ２としてＣＤ７上に集光される。すなわち、ＤＶＤ６やＣＤ７のように厚さの異なる光ディスクでも同一の対物レンズを用いて、おのおのの規格に合った開口数で光ディスク上に集光できるので、記録および再生を安定に実現できる。
【００１７】
次に、図３を用いて、本発明の開口制限素子１０１の製造方法について説明する。まず、図３の（ａ）に示すように、透明基板１１の一方の面に反射防止膜１５を、他方の面に厚さがｄｆ１の波長選択性の誘電体多層膜１３を、真空蒸着法またはスパッタリング法にて成膜する。そののち、図３の（ｂ）に示すように誘電体多層膜１３上にフォトレジスト２２を積層し、フォトリソグラフィの技術を用いてパターニングして、図３の（ｃ）に示すように、誘電体多層膜１３をドライエッチング法にて食刻する。
【００１８】
さらに、残ったフォトレジスト２２を、剥離した後、接着剤１４を用いて、反射防止膜１６が成膜された透明基板１２を接着して、図３の（ｄ）に示すように開口制限素子１０１が作製される。
【００１９】
図４に本発明の第２実施態様として開口制限素子２０１の断面図を示す。開口制限素子２０１は、透明基板１７の一方の面に、波長選択性の誘電体多層膜１８が形成された周辺領域と、凹状に食刻された中央領域からなり、透明媒質である接着剤１９によって、透明基板１７と透明基板１２とが固定されている。第１実施態様の開口制限素子１０１と異なる点は、透明基板１７の一方の面も中央領域が一部食刻されたことである。
【００２０】
このとき、中央領域には接着剤１９が充填されており、開口制限素子２０１を透過する光束Ｌ１のうち、中央領域を透過する部分と周辺領域を透過する部分とで位相が揃うように、誘電体多層膜１８の膜構成および接着剤１９の屈折率を調整する。すなわち、誘電体多層１８の総膜厚ｄｆ２、平均屈折率ｎｆ２、接着剤１９の屈折率ｎｓ２、透明基板１７の凹状に食刻された部分の段差（深さ）ｄａ、屈折率ｎａを用いて、ｎｆ２ｄｆ２＋ｎａｄａ＝ｎｓ２（ｄｆ２＋ｄａ）の関係を満たすようにする。
【００２１】
また、開口制限素子２０１は、素子表面での反射を防ぐため、図４に示すように透明基板１７の他方の面に反射防止膜１５、透明基板１２の一方の面に反射防止膜１６がそれぞれ施されていてもよい。透明基板１７および１２としては、ガラス、石英ガラスなどの光学的に等方的な材料を用いることができる。
【００２２】
波長選択性の誘電体多層膜１８としては、ＤＶＤ用の波長λ１の光束Ｌ１に対し９０％以上の透過率、ＣＤ用の波長λ２の光束Ｌ２に対し２０％以下の透過率を有する層数が２０層前後の誘電体多層膜を使用できる。ただし、ＣＤ用の光束Ｌ２の透過率としては、ＣＤの情報記録面上への不要な光の集光を防ぐため、１０％以下が好ましい。したがって、波長選択性の誘電体多層膜１８を周辺領域に成膜することで、周辺領域Ｂはフィルタ域、中央領域は透明域になり、開口制限素子２０１はＣＤ用の光束Ｌ２の径を中央領域Ａの径に制限できる。
【００２３】
図２の光ヘッド装置において、第１実施態様の開口制限素子１０１のかわりに第２実施態様の開口制限素子２０１を用いても、同様に、ＤＶＤ６やＣＤ７のように厚さの異なる光ディスクに対して、記録および再生を安定に実現できる。
【００２４】
本発明の開口制限素子１０１および２０１においては、その構成上層数が２０層前後の誘電体多層膜の成膜工程が１つ、ドライエッチング工程またはリフトオフ工程が１つといった簡単な工程で作製でき、生産性が高くかつ歩留まりよく開口制限素子を作製できる。
【００２５】
次に、図５を用いて、本発明の開口制限素子２０１の製造方法について説明する。まず、図５の（ａ）に示すように、透明基板１７の一方の面に反射防止膜１５を、他方の面に厚さがｄｆ２の波長選択性の誘電体多層膜１８を、真空蒸着法またはスパッタリング法にて成膜する。そののち、図５の（ｂ）に示すように誘電体多層膜１８上にフォトレジスト２２を積層し、フォトリソグラフィの技術を用いてパターニングして、図５の（ｃ）に示すように、誘電体多層膜１８、および透明基板１７をドライエッチング法にて食刻する。
【００２６】
さらに、残ったフォトレジスト２２を剥離した後、接着剤１９を用いて、反射防止膜１６が成膜された透明基板１２を接着して、図５の（ｄ）に示す開口制限素子２０１が作製される。
【００２７】
図６は、本発明の第３実施態様としての開口制限素子１０２の断面図である。開口制限素子１０２は、図１に示す第１実施態様の開口制限素子１０１における接着剤１４と透明基板１２との界面に、位相板や回折格子などの光の状態を制御する光学素子２３を挿入した構成である。図６の他の符号で図１と同じものは、同じ要素を示す。第３実施態様の開口制限素子１０２を、光ヘッド装置に搭載する場合、光ヘッド装置を構成する素子の数を減らすこともでき、光ヘッド装置の小型化が実現できて好ましい。
【００２８】
図７は、本発明の第４実施態様としての開口制限素子２０２の断面図である。開口制限素子２０２は、図３に示す第２実施態様の開口制限素子２０１における接着剤１９と透明基板１２との界面に、位相板や回折格子などの光の状態を制御する光学素子２３を挿入した構成である。図７の他の符号で図３と同じものは、同じ要素を示す。第４実施態様の開口制限素子１０４を、光ヘッド装置に搭載する場合、光ヘッド装置を構成する素子の数を減らすこともでき、光ヘッド装置の小型化が実現できて好ましい。
【００２９】
図８は、本発明の第５実施態様の開口制限素子１０３を搭載した光ヘッド装置を示す概念的断面図であり、ＤＶＤ６およびＣＤ７の情報の記録および再生を行う光ヘッド装置である。４１Ａは、ＤＶＤ用の半導体レーザ１Ａと光検出器８Ａを集積したユニットであり、４１Ｂは、ＣＤ用の半導体レーザ１Ｂと光検出器８Ｂ、偏光依存性のないホログラム素子１０を集積し一体化したホログラムユニットである。光ヘッド装置にユニットを用いると、光ヘッド装置を小型化できる。なお、図１０中の符号で説明のない図１中と同符号のものは、図１中と同じ要素を意味する。
【００３０】
開口制限素子１０３は、例えば図９に示すように、図１の第１実施態様の開口制限素子１０１における接着剤１４と透明基板１２との界面に、位相板２０と偏光ホログラム格子２１を、挿入した構成である（第５実施態様）。図９の他の符号で図１と同じものは、同じ要素を示す。また、開口制限素子１０３の替わりに、図１０に示す開口制限素子２０３を用いてもよい（第６実施態様）。開口制限素子２０３は、図４の第２実施態様の開口制限素子２０１における接着剤１９と透明基板１２との界面に、位相板２０と偏光ホログラム格子２１を、挿入した構成である。図１０の他の符号で図４と同じものは、同じ要素を示す。
【００３１】
図９に示された開口制限素子１０３における位相板２０により発生するリタデーション値を、ＤＶＤ用の光束Ｌ１に対し４分の５波長、さらにＣＤ用の光束Ｌ２に対し１波長になるように選択する。この選択によって、光束Ｌ１は偏光ホログラム格子２１の機能により、往路では開口制限素子１０３にて回折されずに直進透過するが、ＤＶＤ６反射後の復路では開口制限素子１０３にて回折され、光検出器８Ａに集光される（図８参照）。一方、光束Ｌ２は往路、復路ともに偏光ホログラム格子２１では回折せずに開口制限素子１０３を透過できる。
【００３２】
偏光ホログラム格子２１としては、例えば高分子液晶に、フォトリソグラフィとエッチングの技術を用いて、断面形状が凹凸型のホログラム格子を加工した後、高分子液晶の常光屈折率または異常光屈折率に等しい光学的に等方的な材料をホログラム格子の例えば凹部に充填したものを用いることができる。
【００３３】
図９に示した本発明の第３実施態様の開口制限素子１０３を搭載した光ヘッド装置（図８）では、開口制限素子１０３を用いることにより、図２に示した開口制限素子１０１を搭載した光ヘッド装置と同様に、単一の対物レンズを用いてＣＤおよびＤＶＤの記録および再生を安定に実現できる。さらに、開口制限素子１０３は、偏光ホログラム格子２１と位相板２０を積層することで、開口制限機能、ビームスプリッタ機能および偏光制御機能をひとつの光学素子に持たせており、図２に示した光ヘッド装置に比べ、小型の光ヘッド装置を実現できる。
【００３４】
【実施例】
本実施例は、ＤＶＤおよびＣＤの情報の記録および再生を行う光ヘッド装置の例であり、図２を用いて説明する。光源として、ＤＶＤ用の波長λ１（＝６６０ｎｍ）の光束Ｌ１を出射する半導体レーザ１ＡとＣＤ用の波長λ２（＝７８０ｎｍ）の光束Ｌ２を出射する半導体レーザ１Ｂとの２種の光源を備えており、コリメートレンズ４と対物レンズ５との間に開口制限素子１０１を設置した。
【００３５】
また、ビームスプリッタ２として、光束Ｌ１に対してはハーフミラーとなり、光束Ｌ２に対しては全透過するビームスプリッタを用いた。ビームスプリッタ３として、光束Ｌ１に対しては全透過し、光束Ｌ２に対してはハーフミラーとなるビームスプリッタを用いた。また、ＣＤ７への情報の記録時に半導体レーザ１Ｂへの戻り光を防ぎ、半導体レーザ１Ｂのレーザ光の発振を安定させるため位相板９である４分の１波長板も搭載した。
【００３６】
開口制限素子１０１（図１）を以下の方法で作製した。まず、透明基板１１と透明基板１２それぞれの一方の面に、光束Ｌ１および光束Ｌ２に対し反射率が０．５％以下である反射防止膜１５、１６を真空蒸着法にて形成した。さらに、透明基板１１の他方の面には、表１に示す構成の波長選択性の誘電体多層膜１３を、イオンアシスト蒸着法で形成した。ここで、誘電体多層膜１３の平均屈折率は１．５７５であった。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
次に、フォトリソグラフィ法を用いて図１の（ｂ）に示す周辺領域Ｂにフォトレジストが残るようにパターニングして、中央領域Ａの部分をドライエッチング法にて食刻した後、周辺領域Ｂに残ったフォトレジストを除去した。次に、誘電体多層膜１３の中央領域Ａの部分に、屈折率が１．５７５の接着剤１４が充填されるように、透明基板１１と透明基板１２とを接着し固定した。このとき、接着剤１４の屈折率と波長選択性の誘電体多層膜１３の平均屈折率が等しくなるので、開口制限素子１０１を透過する光束Ｌ１のうち、中央領域を透過する部分と周辺領域を透過する部分とで位相が揃った。
【００３９】
上記のように、層数が２０層前後の誘電体多層膜の成膜工程が１つ、ドライエッチング工程が１つ、接着工程が１つの単純な工程で作製した開口制限素子１０１を搭載した光ヘッド装置において、ＤＶＤおよびＣＤの厚さの異なる光ディスクに対し、１つの光学系で高い集光性能を実現でき、良好な記録再生特性を示した。
【００４０】
【発明の効果】
上記において説明したように本発明によれば、層数が２０層前後の誘電体多層膜の成膜工程が１つ、ドライエッチング工程が１つ、接着工程が１つと、製造工程数が少なく容易に開口制限素子を作製でき、かつ生産歩留まりのよい開口制限素子を得ることができる。さらに、この開口制限素子を光ヘッド装置に搭載することで、異なる２種の波長に応じて光束の開口の実効的な制限を行うことができ、厚さの異なるＤＶＤとＣＤとに対して、それぞれの光束を集光でき、情報の記録および再生を良好に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施態様の開口制限素子の構成を示す図で、（ａ）断面図、（ｂ）平面図。
【図２】本発明の光ヘッド装置の構成例を示す概念的断面図。
【図３】本発明の第１実施態様の開口制限素子の製造方法を示す概念図。
【図４】本発明の第２実施態様の開口制限素子の構成を示す断面図。
【図５】本発明の第２実施態様の開口制限素子の製造方法を示す概念図。
【図６】本発明の第３実施態様の開口制限素子の構成を示す断面図。
【図７】本発明の第４実施態様の開口制限素子の構成を示す断面図。
【図８】本発明の第５実施態様の開口制限素子を搭載した光ヘッド装置の概念的断面図。
【図９】本発明の第５実施態様の開口制限素子の構成を示す断面図。
【図１０】本発明の第６実施態様の開口制限素子の構成を示す断面図。
【図１１】従来の開口制限素子の構成を示す断面図。
【符号の説明】
１０１、１０２、１０３、２０１、２０２、２０３、５０１：開口制限素子
１Ａ、１Ｂ：半導体レーザ
２、３：ビームスプリッタ
４：コリメートレンズ
５：対物レンズ
６：ＤＶＤ
７：ＣＤ
８、８Ａ、８Ｂ：光検出器
９：位相板
１０：偏光依存性のないホログラム素子
４１Ａ：ユニット
４１Ｂ：ホログラムユニット
１１、１２、１７、５１：透明基板
１３、１８：波長選択性の誘電体多層膜
１４、１９：接着剤
１５、１６、５４：反射防止膜
２１：偏光ホログラム格子
２２：フォトレジスト
２３：光の状態を制御する光学素子
５２：位相差調整用の誘電体多層膜
５３：波長選択性の誘電体多層膜
Ａ、Ｃ：中央領域
Ｂ、Ｄ：周辺領域
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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