JP2006527454A - エレクトロルミネッセント光記録媒体 - Google Patents

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Abstract

第1の電極層と、エレクトロルミネッセント層と、該エレクトロルミネッセント層に対して、前記第1の電極層とは反対にある第2の電極層とを有する層スタックを有する光メモリ装置であって、光誘起伝導体が、前記エレクトロルミネッセント層と前記第1または第2の電極層のいずれかとの間に設置されることを特徴とする光メモリ装置である。また、そのような光記録媒体内に記録構造部を形成する方法についても示した。さらに、そのような光メモリ装置に情報を記録したり、再生したりするシステムについても示した。情報を再生するシステムでは、入射光線によって、前記光誘起伝導体層の導電性が向上し、前記入射光線に応答して、前記エレクトロルミネッセント層から放射された光は、検出器の方に誘導される。情報を記録するシステムでは、前記光誘起伝導体層材料および／または前記エレクトロルミネッセント層材料を劣化させることに適した入射光線が生成される。

Description

本発明は、第1の電極層と、エレクトロルミネッセント層と、該エレクトロルミネッセント層に対して、前記第1の電極層とは反対にある第2の電極層とを有する層スタックを有する、光カードまたは光ディスク等の光記録媒体に関する。特に、本発明は、エレクトロルミネッセント材料をベースとする、光再生専用メモリ（ROM）および追記型多読み出し式（WORM）装置に関し、当該装置では、その材料で構成される層またはその材料を有する層に電場が印加された際に、光を放射することができる。また本発明は、光記録媒体に／から、情報を記録および再生する情報記録および再生システムに関する。さらに本発明は、そのような光記録媒体内に記録構造部を形成する方法に関する。
国際公開第WO00／48197号には、エレクトロルミネッセント層の機械的基部となる、例えばポリカーボネート、ポリ塩化ビニルまたはポリメチルメタクリレートのようなプラスチックで構成されたエレクトロルミネッセント層を有する、光ROM装置が示されている。データは、エレクトロルミネッセント材料を有するこのエレクトロルミネッセント層で定形された、平面内の多数の領域（ピット）の配列内に保管される。特に各ピットは、ピットの底部に、可塑化材に溶解されたエレクトロルミネッセント材料の層を有する。放射部の画素化およびパターン化は、ピットを分布させることによって行われる。電圧は、透明電極の配線網を用いて印加される。
また国際公開第WO00／48197号には、光WORM装置が示されており、この装置は、エレクトロルミネッセント層に螺旋溝を有する。各溝は、エレクトロルミネッセント材料と色素成分を含む記録媒体の薄い活性層を有する。そのような装置では、情報の記録は、活性層の表面を走査する集束レーザービームによって行われる。レーザー放射線が色素に吸収されると、レーザーのエネルギーは熱に変換され、活性層内で物理的なおよび化学的な変化が生じる。
エレクトロルミネッセント層に電場が印加されると、電極で覆われた層の全表面領域から光の放射が観測される。従って、そのような媒体に記録されたデータを再生するため、媒体を構造化する必要がある。現在の光メモリ装置では、この構造は、複数の領域またはパッチ（ページ）によって形成される。電極構造と電気接続部の複雑なシステムによって、選択されたページのみが活性となり、メモリ装置の選択ページに保管された情報に対応する光の放射が生じる。そのようなメモリ装置の製造コストは、極めて高い。また情報の読み出しは、かなり複雑である。選択されたページから放射される光は、対物レンズによってCCD配列上に焦点化される。より正確には、あるページの各ピットから放射される光は、対応するCCD画素に集束される。従って、CCD画素の数は、単位ページ当たりのピットの数に一致させる必要がある。そのため、CCDおよびCCD信号を処理する電子機器は、複雑なものとなり、そのような再生機器のコストが最終的に増大してしまう。
国際公開第WO00／48197号パンフレット
データ容量の増大という記憶媒体に関する、絶えることなく成長する需要のため、高い動作効率を示し、データ容量が高く低製造コストの媒体に対するニーズが恒久的に存在する。また、データの記録と再生を容易に行うことの可能なシステムが、要求されている。
本発明の課題は、これらの要求に合致した装置、システムおよび方法を提供することである。
本発明の第1の態様では、前述の課題は、最初に示したような光メモリ装置によって達成される。この光メモリ装置は、光誘起伝導体層が、前記エレクトロルミネッセント層と前記第1または第2の電極層のいずれかとの間に設置されることを特徴とする。
そのような装置に保管されるデータは、光誘起伝導体層の導電性の増大に適した1または2以上の入射光線を用いて、層スタックを走査することによって、さらには保管情報に対応するエレクトロルミネッセント層内のエレクトロルミネッセンスを、局部的かつ逐次的に活性化させることによって、読み出すことができる。CDおよびDVDで公知の読み出し技術を適用することで、電極構造部および電気接続部からなる複雑なシステムがなくても、選択されたページのみを活性化させることができる。そのようなメモリ装置および対応する再生機器の製造コストは、従来のエレクトロルミネッセントメモリ装置およびCCD再生機器に比べて、低下する。
原則として、電極は、幅広い各種導電性材料の中の、いかなる適当な導体から形成しても良い。例えばこれに限られるものではないが、インジウムスズ酸化物、金、アルミニウム、カルシウム、銅、インジウム、ヨウ素、銀等の金属、それらの合金、カーボンファイバー等の導電性ファイバ、および／または導電性のドープされたポリアニリンおよび導電性のドープされたポリモール（polymole）等の導電性有機高分子である。少なくとも一つの電極は、インジウムスズ酸化物等の透明材料、あるいは導電性のドープされたポリアニリン等の部分的に透明な材料で構成され、エレクトロルミネッセント層内で生じる光は、外部から検知することができる。
エレクトロルミネッセント層は、前述の方法で構成され、すなわち可塑化材に溶解されたエレクトロルミネッセント材料は、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニルまたはポリメチルメタクリレート等の適当なプラスチック材料で構成された、エレクトロルミネッセント担持材料と同一の平面に設置されたピットの状態で埋没される。例えばエレクトロルミネッセント材料は、エレクトロルミネッセント有機高分子であって、該有機高分子には、固体状態において光ルミネッセンスが顕著となるように、側基が設置される。また、分子光エミッタが用いられても良い。例えば、ナイルレッド、ローダミン、トリス（８−ヒドロキシキノリノ）アルミニウムのような金属錯体が挙げられる。（小）分子の場合、放射層がホール輸送層と電子輸送層の間に設置された、多層構造を用いることが好ましい。この場合、本発明のエレクトロルミネッセント層という用語は、前記多層構造に対応する。無機エレクトロルミネッセント材料としては、セレン化カドミウム、テルル化カドミウム、リン化インジウムのナノ粒子を用いることができる。
本発明の光誘起伝導体層という用語は、一つの意味としては、光伝導性材料を有する層であって、光の吸収時に、価電子体から伝導帯に電子が励起され、これにより伝導度が増大する層として認識する必要がある。この場合、通常光誘起伝導体層は、光伝導特性を示す半導体材料で構成される。そのような材料の選択は、保管データの読み出しに用いられる光の波長に依存する。可視波長域の電磁放射線を用いる場合、セレン化カドミウム（CdSe）または硫化カドミウム（CdS）を用いることが好ましい選択である。また、酸化亜鉛、硫化亜鉛の光導体を用いることもできる。半導体材料に加えて、多くの有機色素、有機高分子およびそれらの組み合わせを用いることも可能である。メロシアニン色素、フタロシアニン色素、さらにはポリチオフェン、ペリレン、官能化C60構造およびそれらの混合物は、候補材料である。
あるいは、本発明の光誘起伝導体層という用語は、温度上昇によって、伝導性が増大する材料（熱伝導体）を有する層であって、光の吸収時に温度上昇が生じる層として理解する必要がある。熱伝導体の例として、活性化エネルギーの低い無機半導体を用いることができる。また多層構造を用いても良く、入射光は、その一部が分離吸収層に吸収され、これにより、吸収層に設置された熱伝導体層が間接的に加熱される。この場合、本発明の光誘起伝導体層という用語は、前記多層構造に対応する。
本発明の第1の態様を更に改良した第2の態様では、層スタックは、さらに第3の電極を有し、該第3の電極は、前記エレクトロルミネッセント層と前記光誘起伝導体層の間に設置される。本発明の第1および第2の態様のいずれかを更に改良した第3の態様では、光メモリ装置は、相互に積層された複数の前記層スタックを有し、該複数の層スタックのいずれかの第2の電極は、次のスタックの第1の電極と一致する。
本発明の第1および第2の態様のいずれかを更に改良した第4の態様では、光メモリ装置は、相互に積層された複数の前記層スタックを有し、隣接するスタック同士は、絶縁層によって分離される。
本発明の第1乃至第4の態様のいずれかを更に改良した第5の態様では、情報は、エレクトロルミネッセント材料を有する前記エレクトロルミネッセント層内の領域に保管される。
本発明の第1乃至第4の態様のいずれかを更に改良した第6の態様では、情報は、光誘起伝導体材料を有する前記光誘起伝導体層内の領域に保管される。
本発明の第1乃至第6の態様のいずれかを更に改良した第7の態様では、光メモリ装置は、エレクトロルミネッセント層材料の劣化した部分と、劣化していない部分とによって、前記エレクトロルミネッセント層内に形成された記録構造部を有する。
本発明の第1乃至第6の態様のいずれかを更に改良した第8の態様では、光メモリ装置は、光誘起伝導体層材料の劣化した部分と、劣化していない部分とによって、前記光誘起伝導体層内に形成された記録構造部を有する。
本発明の第9の態様では、前述の課題は、情報再生システムによって達成される。当該情報再生システムは、本発明の第1乃至第8の態様のいずれか一つに記載の光記録媒体、および、前記光誘起伝導体層の伝導性を向上させるのに適した入射光線が生じるように配置された光源と、前記入射光線を前記光メモリ装置に誘導するビームスプリッタと、前記層スタックに前記入射光線を集束させるように配置された光素子と、前記光メモリ装置と前記集束された光線との間で、相対的な動きを生じさせる手段と、前記入射光線に応答して、前記エレクトロルミネッセント層から放射される光を検出するように配置された検出器と、を有する情報再生機器、を有し、前記ビームスプリッタは、さらに前記検出器に、前記層スタックから放射された前記光を誘導するように配置されることを特徴とする。
また、本発明の第10の態様では、前述の課題は、情報記録システムによって達成される。当該情報記録システムは、本発明の第1乃至第8の態様のいずれか一つに記載の光記憶媒体と、前記光誘起伝導体層材料および／または前記エレクトロルミネッセント層材料を劣化させるのに適した入射光線が生じるように配置された光源を有する情報記録機器とを有する。
さらに、本発明の第11の態様では、前述の課題は、本発明の第1乃至第6の態様のいずれか一つに記載の光記録媒体内に、記録構造部を形成する方法によって達成される。当該方法は、前記光記録媒体に、透明領域と不透明領域を備えるマスクを設置するステップと、前記設置されたマスクを用いて、前記光記録媒体に、前記エレクトロルミネッセント層材料または前記光誘起伝導体層材料を劣化させることの可能な電磁放射線を露光するステップと、を有する。
本発明の前述のさらには他の目的、特徴および利点は、添付図面を参照して示される以下の好適実施例から明確となろう。
図1に示す第1の実施例では、光メモリ装置100は、記録スタック102を有し、該記録スタック102は、第1の電極104と、第1の電極104上に設置されたエレクトロルミネッセント層106と、エレクトロルミネッセント層106上に設置された光導体層108と、光導体層108の上に設置された第2の電極110とを有する。この記録スタックは、基板112に設置され、該基板は通常、ポリカーボネート、PMMA、ガラス等で構成される。
本発明は、図1の層配置に限定されるものではない。例えば、図2に示す本発明の第2のメモリ装置200では、層の順番が変更されており、エレクトロルミネッセント層206は、光誘起伝導体層208と相互に置換されている。
図3に示すように第3の実施例では、光メモリ装置300は、記録スタック302内に配置された、追加（第3の）電極314を有し、この電極は、エレクトロルミネッセント層306と光導体層308の間に設置される。第3の電極の目的は、エレクトロルミネッセント層と、エレクトロルミネッセンスに適した電子の仕事関数を有する光誘起伝導体層の間に、界面を提供することである。光誘起伝導体層として熱伝導体が用いられる場合、このような配置が必要となる。
各実施例では、データは、従来の国際公開第WO00／48197号のように、光誘起伝導体材料が光誘起伝導体層全体に均一に設置された状態で、エレクトロルミネッセント層内に保管されても良く、あるいはデータは、光誘起伝導体層内に保管されても良い。後者の場合、データは、光誘導材料を有する光誘起伝導体層によって定められる面内の、多数のピット配列に保管されても良い。特に、各ピットは、光誘起伝導体材料の層を有しても良く、一方エレクトロルミネッセント材料は、エレクトロルミネッセント層全体に均一に設置される。情報は、エレクトロルミネッセント層と光誘起伝導体層の両方に保管されても良い。いかなる場合も、放射部の画素化およびパターン化は、ピットを分布させることによって行われる。
また、光WORM装置は、国際公開第WO00／48197号に記載の方法で得ることができる：化合物は、熱的に劣化した際に、遊離ラジカルを生成する（例えばアゾジゾブチロニトリル（azodiizobutyronitryle））。色素に吸収され、その後熱に変換される記録ビームを集束させることによって、局部記録効果が得られる。これらの遊離ラジカルは、エレクトロルミネッセント材料の蛍光冷却材と反応するが、この場合、これは白色化されたことを意味する。あるいは、エレクトロルミネッセント材料は、UV光または多量の熱を用いて、白色化または劣化されても良い。ただし本発明の光メモリ装置は、さらに選択の余地が広い：原理的に、データの記録は、光誘起伝導体層、エレクトロルミネッセント層または両方の層で生じ得る。例えば、同様に光導体層材料が、UV光あるいは多量の熱によって、白色化または劣化されても良い。
本発明による光メモリ装置400の一部を構成する記録スタックに保管されたデータの再生法を、図4を参照して以下に示す。光源（図示されていない）から生じるレーザービーム420は、ビームスプリッタ423によって誘導され、レンズ424またはレンズ系のような光素子によって、記録スタック402上に集束される。本発明では、光という用語は、電磁放射線の可視スペクトルに限定されるものではない。より短いまたは長い波長を有する、紫外線または赤外線等の放射線も、適用され得る。集束ビーム421が、光誘起伝導体層408を通過すると、提供された情報がこの層に保管され、さらに集束ビーム421が、光誘起伝導体材料を含むピットに照射されると、局部的に導電性が増大し、電極404、410に印加された電圧のため、層のある表面から別の表面に垂直に電流が流れる。同じ効果は、情報がエレクトロルミネッセント層にのみ保管され、光誘起伝導体材料が、光誘起伝導体層全体に均一に設置されている場合にも生じる。両方の場合とも、エレクトロルミネッセント層406を横切る電場は、入射集束レーザービーム421が照射された領域で増大する。その結果、エレクトロルミネッセント層406は、情報が保管されているか、されていないかに応じて、この領域内のエレクトロルミネッセント材料を有するピットから、またはエレクトロルミネッセント材料がエレクトロルミネッセント層全体に均一に設置されている場合には、入射集束レーザービームが照射された領域から、光を放射する。放射された光は、最初の経路を逆にたどって、あるいは同じレンズ424によって集光され、その光（の一部）は、ビームスプリッタ423を通り、放射光422の一部は、検出器426の方に誘導される。ビームスプリッタ423は、半透明ミラーまたはプリズムであっても良い。さらにビームスプリッタ423は、1／4波長板と組み合わせた偏光フィルタであっても良く、この場合、ビームスプリッタ423は、直線偏光された入射光線420を反射し、集光された照射光422を透過する。あるいはその逆であっても良い。あるいは別の方法として、入射光線420と放射光422の波長が異なる場合、ダイクロイックビームスプリッタを用いて、入射光線を透過させ、集光された照射光を反射させても良い。
光メモリ装置と集束レーザービーム421の間で相対的な動きが可能となる手段（図示されていない）を設けても良い。例えばこれらの手段は、CDおよびDVDドライブ装置として知られるメモリ装置等の回転式ドライブ装置、および／または縦方向／横方向の動きを調節する調整手段であっても良く、この調整手段は、前記光源とビームスプリッタとレンズとを有する読み出しヘッド、あるいはメモリ装置のいずれかであっても良い。この場合、メモリ装置および光ヘッドの相対的な動きによって、ピットおよび光の放射を生じないピット以外の領域（ランド）が交互に生じるようになるため、検出器426によって、既知の方法で読み出し信号が形成される。このように本発明では、情報が逐次的に再生される。従って、機器、特に検出器426は、ホールページの同時読み出しを行うCCD配列に比べて、より単純で低コストな構造とすることが可能となる。
図5の光記録担体の断面図では、多層構造部500は、図1に示したものと同様の、複数の記録スタック502、532を有し、これらのスタックは、基板512に設置される。本発明では、他のいかなる組の記録スタックを用いても良い。図5に示す実施例では、第1のスタック502の第2の電極510は、第2のスタック532の第1の電極534と一致していることに留意する必要がある。あるいは、本発明の2つの記録スタックを、間に透明絶縁スペーサ層（図5には示されていない）を有するように設置して、第1のスタック502の第2の電極510と、第2のスタック532の第1の電極534とが、電気的に絶縁された分離層として形成されるようにすることも可能である。
光ディスクの情報は、一続きの同心円トラックの周囲に、あるいは連続する螺旋上に記録されることは、ROM、WORMならびに書き換え可能型CDおよびDVDより公知である。従って溝構造は、以下のように媒体上に形成される；（予め記録されている）ROM媒体の場合、情報を表す一連のマークは、そのような（不連続）構造を形成し、記録可能なWORMまたは書き換え可能型媒体の場合は、先在する溝が提供される。いずれの場合も、そのような構造の目的は、対物レンズの位置をデータストリーム内に制御する手段であって、再生および／または記録レーザービームをデータのトラックに沿って誘導させる手段を提供することである。
トラッキングのためのそのような構造は、本発明の光メモリ装置のエレクトロルミネッセント層内、光誘起伝導体層内または両者内に提供されても良い。これにより、情報がエレクトロルミネッセント層内に保管されるか、光導体層内に保管されるかによって、その構造部の位置を変える必要はなくなる。そのような構造は、回転式ディスクと非回転式カードの両方に用いることができる。回転式ディスクの場合、螺旋溝が提供されても良く、非回転式カードの場合、平行溝が用いられても良い。ディスクは、ディスクを回転したまま、対物レンズを用いてレーザービームを小スポットに集束することで、読み出したり、記録したりすることが可能である。集束レーザービームを走査せずに、非回転式カードを水平方向に走査しても良く、逆もまた可能である。
そのようなトラッキング方式は、前記光記録媒体を電磁放射線で部分的に露光させることによって、本発明の光メモリ装置に適用することができる。この場合、放射線の波長は、エレクトロルミネッセント層材料または光導体層材料または両方が劣化するように、選択される。大部分の有機分子は、酸素の存在下でUV線で照射されると、光白色化されるため、UV線を選択することが好ましい。所望のトラックパターンを得るため、放射線は、データ記憶用の所定のトラック領域を付影処理するマスクを介して、記録スタックまたは分離層に照射しても良い。
図6Aおよび6Bには、この方法を示す。マスクまたはレチクル652（その領域のみが示されている）は、例えばガラスで構成され、光メモリ装置に転写されるパターンを有する。マスクは、データ記憶用として予め定められた領域（トラック）654では不透明であって、他の領域656では透明である。マスクは、光メモリ装置全体に設置しても良く、あるいは光メモリ装置の製作中に、単一の記録スタックに、または所望の層606、例えばエレクトロルミネッセント層もしくは光誘起伝導体層6に直接、設置しても良い。これにより、層606、スタックまたは装置に、マスクを近接して設置することができる。次にマスク652と、層606、スタックまたは装置との一体物は、矢印650に示すように、マスクの側から紫外線で露光される。
図6Bに示すように、光がマスクを通過した層606、スタックまたは装置の領域660は、照射によって白色化または劣化する。これにより、層が選択的に、あるいはスタックまたは媒体が全体的に、その領域でのエレクトロルミネッセント性を喪失し、および／または光伝導特性を喪失する。
従って前述の方法を用いることで、劣化していない領域においてのみ、光メモリ装置でのデータ記憶が可能となる。そのような装置に誘導される読み出しまたは記録ビームによって、非劣化トラック内の一連のマークに沿ってのみ、検出可能な信号が得られる。これらのマークは、不連続構造部を構成し、この不連続構造部から放射される光は、前述の方法によって検出され、トラッキング信号として利用することができる。
本発明は、前述の好適実施例に限定されるものではないことに留意する必要がある。他のエレクトロルミネッセント層材料、電極層材料、光誘起伝導体層材料、および基板材料を用いても良い。また、光メモリ装置の基板とは反対側の表面に、被覆層を設置しても良い。
さらに、本発明は、単一のまたは2層記録スタック配置を有する光メモリ装置に限定されるものではない。2以上の記録スタックを有する多層記録スタック配置を用いても良い。この場合、記録スタックは、異なる層配置で提供されても良い。
本発明の第1の実施例による光メモリ装置の断面図である。 本発明の第2の実施例による光メモリ装置の断面図である。 本発明の第3の実施例による光メモリ装置の断面図である。 本発明による読み出しシステムの概略図である。 複数のスタックを有する本発明の第4の実施例による光メモリ装置の断面図である。 本発明による光メモリ装置を構成する方法の概略図である。 本発明による光メモリ装置を構成する方法の概略図である。

Claims (11)

  1. 第1の電極層と、エレクトロルミネッセント層と、該エレクトロルミネッセント層に対して、前記第1の電極層とは反対にある第2の電極層とを有する層スタックを有する光メモリ装置であって、
    光誘起伝導体層が、前記エレクトロルミネッセント層と前記第1または第2の電極層のいずれかとの間に設置されることを特徴とする光メモリ装置。
  2. 前記層スタックは、さらに第3の電極を有し、該第3の電極は、前記エレクトロルミネッセント層と前記光誘起伝導体層の間に設置されることを特徴とする請求項1に記載の光メモリ装置。
  3. 相互に積層された複数の前記層スタックを有し、該複数の層スタックのいずれかの第2の電極は、次のスタックの第1の電極と一致することを特徴とする請求項1または2に記載の光メモリ装置。
  4. 相互に積層された複数の前記層スタックを有し、隣接するスタック同士は、絶縁層によって分離されることを特徴とする請求項1または2に記載の光メモリ装置。
  5. 情報は、エレクトロルミネッセント材料を有する前記エレクトロルミネッセント層内の領域に保管されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載の光メモリ装置。
  6. 情報は、光誘起伝導体材料を有する前記光誘起伝導体層内の領域に保管されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載の光メモリ装置。
  7. エレクトロルミネッセント層材料の劣化した部分と、劣化していない部分とによって、前記エレクトロルミネッセント層内に形成された記録構造部を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一つに記載の光メモリ装置。
  8. 光誘起伝導体層材料の劣化した部分と、劣化していない部分とによって、前記光誘起伝導体層内に形成された記録構造部を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一つに記載の光メモリ装置。
  9. 請求項1乃至8のいずれか一つに記載の光メモリ装置、および、
    前記光誘起伝導体層の伝導性を向上させるのに適した入射光線が生じるように配置された光源と、前記入射光線を前記光メモリ装置に誘導するビームスプリッタと、前記層スタックに前記入射光線を集束させるように配置された光素子と、前記光メモリ装置と前記集束された光線との間で、相対的な動きを生じさせる手段と、前記入射光線に応答して、前記エレクトロルミネッセント層から放射される光を検出するように配置された検出器と、を有する情報再生機器、
    を有する情報再生システムであって、
    前記ビームスプリッタは、さらに前記検出器に、前記層スタックから放射された前記光を誘導するように配置されることを特徴とする、情報再生システム。
  10. 請求項1乃至8のいずれか一つに記載の光メモリ装置と、前記光誘起伝導体層材料および／または前記エレクトロルミネッセント層材料を劣化させるのに適した入射光線が生じるように配置された光源を有する情報記録機器とを有する、情報記録システム。
  11. 請求項1乃至6のいずれか一つに記載の光記録媒体内に、記録構造部を形成する方法であって、
    前記光記録媒体に、透明領域と不透明領域を備えるマスクを設置するステップと、
    前記設置されたマスクを用いて、前記光記録媒体に、前記エレクトロルミネッセント層材料または前記光誘起伝導体層材料を劣化させることの可能な電磁放射線を露光するステップと、
    を有する方法。
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