JP2843184B2 - 光学素子の製造方法 - Google Patents
光学素子の製造方法Info
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- JP2843184B2 JP2843184B2 JP3254525A JP25452591A JP2843184B2 JP 2843184 B2 JP2843184 B2 JP 2843184B2 JP 3254525 A JP3254525 A JP 3254525A JP 25452591 A JP25452591 A JP 25452591A JP 2843184 B2 JP2843184 B2 JP 2843184B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、中心部から外周に向か
って徐々に屈折率の変化するレンズまたは導光部材など
の光学素子を薄膜積層工程により製造する光学素子の製
造方法に関する。
って徐々に屈折率の変化するレンズまたは導光部材など
の光学素子を薄膜積層工程により製造する光学素子の製
造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】中心部から外周に向かって除々に屈折率
が変化する光学素子としてセルフォックレンズが知られ
ている。図４はそのセルフォックレンズの製造方法を示
している。この製造方法はイオン交換法と称されるもの
である。
が変化する光学素子としてセルフォックレンズが知られ
ている。図４はそのセルフォックレンズの製造方法を示
している。この製造方法はイオン交換法と称されるもの
である。
【０００３】この方法は、予めガラスロッド１に屈折率
に対する寄与度の大きいイオン（電子分極率の大きいイ
オン）Ａをドープしておき、屈折率に対する寄与度の小
さいイオン（電子分極率の小さいイオン）Ｂを含む溶融
塩２の中に前記ガラスロッド１を浸漬する。そして高温
下で、イオン拡散を生じさせる。その結果図５に示すよ
うに、ガラスロッド１内のイオンＡの濃度分布が中心か
ら外周に向かって除々に変化しこのイオンＡの濃度に応
じて屈折率が外周に向かって変化する。一定時間経過後
にガラスロッド１を取出し、一定の厚さ寸法に切断する
ことにより、円板形状のセルフォックレンズが形成され
る。前記イオンを選択し、またイオン拡散時の温度や時
間を調整することにより、コリメート系や集光系のレン
ズが製造される。
に対する寄与度の大きいイオン（電子分極率の大きいイ
オン）Ａをドープしておき、屈折率に対する寄与度の小
さいイオン（電子分極率の小さいイオン）Ｂを含む溶融
塩２の中に前記ガラスロッド１を浸漬する。そして高温
下で、イオン拡散を生じさせる。その結果図５に示すよ
うに、ガラスロッド１内のイオンＡの濃度分布が中心か
ら外周に向かって除々に変化しこのイオンＡの濃度に応
じて屈折率が外周に向かって変化する。一定時間経過後
にガラスロッド１を取出し、一定の厚さ寸法に切断する
ことにより、円板形状のセルフォックレンズが形成され
る。前記イオンを選択し、またイオン拡散時の温度や時
間を調整することにより、コリメート系や集光系のレン
ズが製造される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のセルフォックレンズでは、高温下でのイオン拡散に
より内部の屈折率を変化させているが、このイオン拡散
は可逆反応であるため、例えばセルフォックレンズを高
温下にて使用したような場合に、内部のイオン密度の変
化が生じて屈折率の変化が生じることがあり、安定性に
欠ける欠点がある。また、イオン拡散によりガラスロッ
ド内のイオン濃度を変化させているため、設計の自由度
に限界がある。
来のセルフォックレンズでは、高温下でのイオン拡散に
より内部の屈折率を変化させているが、このイオン拡散
は可逆反応であるため、例えばセルフォックレンズを高
温下にて使用したような場合に、内部のイオン密度の変
化が生じて屈折率の変化が生じることがあり、安定性に
欠ける欠点がある。また、イオン拡散によりガラスロッ
ド内のイオン濃度を変化させているため、設計の自由度
に限界がある。
【０００５】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、設計の自由度があり且つ性能の安定した光学素子
を製造する製造方法を提供することを目的としている。
あり、設計の自由度があり且つ性能の安定した光学素子
を製造する製造方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による光学素子の
製造方法は、化学気相成長法により棒状の核の外周に薄
膜を積層する光学素子の製造方法であって、反応ガスと
して窒素ガス（Ｎ 2 ）と笑気ガス（Ｎ 2 Ｏ）と臭化アルミ
ニウム（ＡｌＢｒ 3 ）からなる混合ガスを使用し、この
窒素ガスと笑気ガスの供給量の比を核から外周に向けて
徐々に変化させ、積層される酸素と窒素とアルミニウム
を含む薄膜の屈折率を核から外周に向けて変化させるこ
とを特徴とするものである。
製造方法は、化学気相成長法により棒状の核の外周に薄
膜を積層する光学素子の製造方法であって、反応ガスと
して窒素ガス（Ｎ 2 ）と笑気ガス（Ｎ 2 Ｏ）と臭化アルミ
ニウム（ＡｌＢｒ 3 ）からなる混合ガスを使用し、この
窒素ガスと笑気ガスの供給量の比を核から外周に向けて
徐々に変化させ、積層される酸素と窒素とアルミニウム
を含む薄膜の屈折率を核から外周に向けて変化させるこ
とを特徴とするものである。
【０００７】
【０００８】
【作用】上記製造方法によれば、酸窒化アルミニウムの
薄膜を徐々に積層する際、その反応ガスとしての窒素ガ
スと笑気ガスの供給量の比を変化させることで、酸窒化
アルミニウムの屈折率が核から外周に向けて徐々に変化
する光学素子を自由に製造することが可能である。
薄膜を徐々に積層する際、その反応ガスとしての窒素ガ
スと笑気ガスの供給量の比を変化させることで、酸窒化
アルミニウムの屈折率が核から外周に向けて徐々に変化
する光学素子を自由に製造することが可能である。
【０００９】
【００１０】
【実施例】以下、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は、本発明の光学素子の製造方法に使用される
製造装置を示している。この実施例では、薄膜積層方法
として化学気相成長法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Depos
ition）を使用した場合を示し、特に熱ＣＶＤを使用し
た場合について示している。
る。図１は、本発明の光学素子の製造方法に使用される
製造装置を示している。この実施例では、薄膜積層方法
として化学気相成長法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Depos
ition）を使用した場合を示し、特に熱ＣＶＤを使用し
た場合について示している。
【００１１】反応室１１には排気路１２が設けられ、排
気ポンプ１３により反応室１１内が真空に近い状態に減
圧される。反応室１１内は誘導コイルなどの加熱手段１
４により加熱される。反応室１１内には薄膜材料となる
反応ガスの供給管１５が設けられており、複数のノズル
１５ａにより反応室内に反応ガスが噴射される。図の実
施例では、積層される薄膜が、Ａｌ、Ｏ、Ｎの各原子に
より構成される場合を示しており、反応ガスとしては、
窒素原子の供給源として窒素ガス（Ｎ2）が、酸素原子
の供給源として笑気ガス（Ｎ2Ｏ）が、アルミニウム原
子の供給源として臭化アルミニウム（ＡｌＢｒ3）が使
用される。（Ｎ2）と（Ｎ2Ｏ）は、それぞれボンベ１６
と１７からバルブ１６ａと１７ａを介して供給される。
また（ＡｌＢｒ3）は、恒温室２０内のバブラ１９内に
充填されており、ボンベ１８から送られる（Ｈ2）ガス
が導入ガスとして使用され、気化された（ＡｌＢｒ3）
と（Ｈ2）ガスとがバルブ２０ａを介して供給される。
気ポンプ１３により反応室１１内が真空に近い状態に減
圧される。反応室１１内は誘導コイルなどの加熱手段１
４により加熱される。反応室１１内には薄膜材料となる
反応ガスの供給管１５が設けられており、複数のノズル
１５ａにより反応室内に反応ガスが噴射される。図の実
施例では、積層される薄膜が、Ａｌ、Ｏ、Ｎの各原子に
より構成される場合を示しており、反応ガスとしては、
窒素原子の供給源として窒素ガス（Ｎ2）が、酸素原子
の供給源として笑気ガス（Ｎ2Ｏ）が、アルミニウム原
子の供給源として臭化アルミニウム（ＡｌＢｒ3）が使
用される。（Ｎ2）と（Ｎ2Ｏ）は、それぞれボンベ１６
と１７からバルブ１６ａと１７ａを介して供給される。
また（ＡｌＢｒ3）は、恒温室２０内のバブラ１９内に
充填されており、ボンベ１８から送られる（Ｈ2）ガス
が導入ガスとして使用され、気化された（ＡｌＢｒ3）
と（Ｈ2）ガスとがバルブ２０ａを介して供給される。
【００１２】なお上記の（Ｎ2）（Ｎ2Ｏ）（ＡｌＢｒ3
−Ｈ2）の各ガスは三重管などにより別々の経路にて送
られ、供給管１５のノズル１５ａから噴射されたときに
それぞれの混合状態となることが好ましい。反応室１１
内には、棒状の核２１が設けられている。この核２１は
カーボンファイバや石英ファイバなどであり、両端が支
持部２２により支持され、核２１はモータ２３により低
速にて一定の回転数で回転するようになっている。
−Ｈ2）の各ガスは三重管などにより別々の経路にて送
られ、供給管１５のノズル１５ａから噴射されたときに
それぞれの混合状態となることが好ましい。反応室１１
内には、棒状の核２１が設けられている。この核２１は
カーボンファイバや石英ファイバなどであり、両端が支
持部２２により支持され、核２１はモータ２３により低
速にて一定の回転数で回転するようになっている。
【００１３】次に上記製造装置を使用した光学素子の製
造方法について説明する。図１に示す熱ＣＶＤ装置で
は、排気ポンプ１３により反応室１１内を所定圧以下に
減圧する。そして各反応ガス（Ｎ2）（Ｎ2Ｏ）（ＡｌＢ
ｒ3−Ｈ2）を供給管１５から反応室１１内に供給し、ノ
ズル１５ａから出た時点で各反応ガスを混合する。そし
て加熱手段１４により反応室１１内を加熱し、高温下に
て核２１の外周に薄膜を析出させる。この間、核２１を
低速度で回転させることにより、核２１の外周に薄膜を
除々に積層させていく。一定時間後に積層膜の厚さが所
定寸法に増大し、その結果核２１を中心とした丸棒状の
光学部材２５が形成される。
造方法について説明する。図１に示す熱ＣＶＤ装置で
は、排気ポンプ１３により反応室１１内を所定圧以下に
減圧する。そして各反応ガス（Ｎ2）（Ｎ2Ｏ）（ＡｌＢ
ｒ3−Ｈ2）を供給管１５から反応室１１内に供給し、ノ
ズル１５ａから出た時点で各反応ガスを混合する。そし
て加熱手段１４により反応室１１内を加熱し、高温下に
て核２１の外周に薄膜を析出させる。この間、核２１を
低速度で回転させることにより、核２１の外周に薄膜を
除々に積層させていく。一定時間後に積層膜の厚さが所
定寸法に増大し、その結果核２１を中心とした丸棒状の
光学部材２５が形成される。
【００１４】核２１を回転させて薄膜を析出させていく
ことにより、図３（Ａ）に示すように、その外周に薄膜
が除々に太るように積層されていく。ここで反応ガスの
供給流量を除々に変化させることにより、光学部材２５
は、中心部から外周に向かって屈折率が除々に変化する
ものとなる。例えば屈折率を外周に向かって除々に高く
していく場合には、最初の時点では（Ｎ2Ｏ）と（Ａｌ
Ｂｒ3−Ｈ2）のみを供給し（Ｎ2）の供給を止めてお
く。これにより核２１の外周には酸化アルミニウム（ア
ルミナ；Ａｌ2Ｏ3）が析出される。この酸化アルミニウ
ムの屈折率は約１．５ないし１．６程度である。その後
時間の経過と共に（Ｎ2Ｏ）の供給流量を除々に減少さ
せ、逆に（Ｎ2）の供給流量を除々に増加させる。そし
て所定時間後には（Ｎ2）の供給流量を最大とし（Ｎ
2Ｏ）の供給を止める。よって光学部材２５の最外周部
には窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が析出される。この窒
化アルミニウムの屈折率は約２．１である。
ことにより、図３（Ａ）に示すように、その外周に薄膜
が除々に太るように積層されていく。ここで反応ガスの
供給流量を除々に変化させることにより、光学部材２５
は、中心部から外周に向かって屈折率が除々に変化する
ものとなる。例えば屈折率を外周に向かって除々に高く
していく場合には、最初の時点では（Ｎ2Ｏ）と（Ａｌ
Ｂｒ3−Ｈ2）のみを供給し（Ｎ2）の供給を止めてお
く。これにより核２１の外周には酸化アルミニウム（ア
ルミナ；Ａｌ2Ｏ3）が析出される。この酸化アルミニウ
ムの屈折率は約１．５ないし１．６程度である。その後
時間の経過と共に（Ｎ2Ｏ）の供給流量を除々に減少さ
せ、逆に（Ｎ2）の供給流量を除々に増加させる。そし
て所定時間後には（Ｎ2）の供給流量を最大とし（Ｎ
2Ｏ）の供給を止める。よって光学部材２５の最外周部
には窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が析出される。この窒
化アルミニウムの屈折率は約２．１である。
【００１５】すなわち核２１の周辺は屈折率の低い酸化
アルミニウムで外周部は屈折率の高い窒化アルミニウム
となる。また中間の領域は酸窒化アルミニウム（Ａｌ−
Ｎ−Ｏ）となるが、酸窒化アルミニウムは酸素原子と窒
素原子との成分比に応じて屈折率が変化する。しかもこ
の中間層の酸窒化アルミニウムでは、中心から外周に向
かうにしたがって酸素原子が減少し窒素原子が増加して
いくため、屈折率は外周に向かって除々に高くなる。よ
って積層された光学部材２５の断面では、図３（Ｂ）に
示すように屈折率が中心部で小さく外周部に向かって除
々に高くなる。
アルミニウムで外周部は屈折率の高い窒化アルミニウム
となる。また中間の領域は酸窒化アルミニウム（Ａｌ−
Ｎ−Ｏ）となるが、酸窒化アルミニウムは酸素原子と窒
素原子との成分比に応じて屈折率が変化する。しかもこ
の中間層の酸窒化アルミニウムでは、中心から外周に向
かうにしたがって酸素原子が減少し窒素原子が増加して
いくため、屈折率は外周に向かって除々に高くなる。よ
って積層された光学部材２５の断面では、図３（Ｂ）に
示すように屈折率が中心部で小さく外周部に向かって除
々に高くなる。
【００１６】所定時間の反応により光学部材２５が完成
した後、光学部材２５を取出し、図２に示すように所定
厚さｔにて円板状に切断する。この切断されたものは円
板状のレンズ２５ａとなる。ここで図３（Ｂ）に示す屈
折率の変化は、反応過程において、（Ｎ2）と（Ｎ2Ｏ）
の各反応ガスの供給流量の変化量を変えること自由に設
定できる。よってレンズ２５ａの設計は自由であり、コ
リメート系、有限集光系、さらには非球面レンズに相当
する収差補正を行えるものも製造可能である。
した後、光学部材２５を取出し、図２に示すように所定
厚さｔにて円板状に切断する。この切断されたものは円
板状のレンズ２５ａとなる。ここで図３（Ｂ）に示す屈
折率の変化は、反応過程において、（Ｎ2）と（Ｎ2Ｏ）
の各反応ガスの供給流量の変化量を変えること自由に設
定できる。よってレンズ２５ａの設計は自由であり、コ
リメート系、有限集光系、さらには非球面レンズに相当
する収差補正を行えるものも製造可能である。
【００１７】また図２に示すように棒状のものをそのま
ま使用すれば、外周に向かって除々に屈折率の変化した
導光路素子として利用できる。本発明による製造方法は
上記実施例に限られるものでなく、他の方法も可能であ
る。例えば図１の装置において、反応ガスとして
（Ｎ2）と（Ｎ2Ｏ）とさらにシリコン原子（Ｓｉ）の供
給源としてシランガス（ＳｉＨ4）を使用しこれを窒素
ガス（Ｎ2）にて希釈して供給してもよい。これにより
核２１の外周に析出される薄膜は（Ｓｉ−Ｏ−Ｎ）とな
るが、この場合に最初はシランガスと（Ｎ2Ｏ）のみを
供給し、時間の経過と共に（Ｎ2Ｏ）を除々に減らし
（Ｎ2）を除々に増加させることにより、酸素原子と窒
素原子との比率が外周に向かって除々に変化し、図３
（Ｂ）に示したように中心から外周に向かって屈折率が
除々に増加する光学部材を得ることができる。
ま使用すれば、外周に向かって除々に屈折率の変化した
導光路素子として利用できる。本発明による製造方法は
上記実施例に限られるものでなく、他の方法も可能であ
る。例えば図１の装置において、反応ガスとして
（Ｎ2）と（Ｎ2Ｏ）とさらにシリコン原子（Ｓｉ）の供
給源としてシランガス（ＳｉＨ4）を使用しこれを窒素
ガス（Ｎ2）にて希釈して供給してもよい。これにより
核２１の外周に析出される薄膜は（Ｓｉ−Ｏ−Ｎ）とな
るが、この場合に最初はシランガスと（Ｎ2Ｏ）のみを
供給し、時間の経過と共に（Ｎ2Ｏ）を除々に減らし
（Ｎ2）を除々に増加させることにより、酸素原子と窒
素原子との比率が外周に向かって除々に変化し、図３
（Ｂ）に示したように中心から外周に向かって屈折率が
除々に増加する光学部材を得ることができる。
【００１８】または前記シランガス（ＳｉＨ4をＮ2にて
希釈化したもの）と笑気ガス（Ｎ2Ｏ）のみを使用し、
時間の経過と共に笑気ガスの供給流量を除々に減少させ
れば、中心部に屈折率約１．４の（ＳｉＯ2）が形成さ
れ外部に向かって除々に屈折率が高くなり、外周部では
屈折率約３．４のアモルファスシリコン（Ｓｉ）が析出
された光学部材を得ることができる。
希釈化したもの）と笑気ガス（Ｎ2Ｏ）のみを使用し、
時間の経過と共に笑気ガスの供給流量を除々に減少させ
れば、中心部に屈折率約１．４の（ＳｉＯ2）が形成さ
れ外部に向かって除々に屈折率が高くなり、外周部では
屈折率約３．４のアモルファスシリコン（Ｓｉ）が析出
された光学部材を得ることができる。
【００１９】さらに、図１の実施例では熱ＣＶＤ装置を
使用したが、プラズマＣＶＤ、レーザＣＶＤの各装置に
よっても同様にして実施可能である。さらに薄膜の積層
方法としてはＣＶＤに限られず、蒸着法やスパッタリン
グによる方法も可能である。
使用したが、プラズマＣＶＤ、レーザＣＶＤの各装置に
よっても同様にして実施可能である。さらに薄膜の積層
方法としてはＣＶＤに限られず、蒸着法やスパッタリン
グによる方法も可能である。
【００２０】また図１の装置では、核２１を供給管１５
と平行に設けて回転させているが、核２１の外周をリン
グ状に囲む供給管から反応ガスを供給し、これと同時に
核２１を回転させてもよい。
と平行に設けて回転させているが、核２１の外周をリン
グ状に囲む供給管から反応ガスを供給し、これと同時に
核２１を回転させてもよい。
【００２１】さらに図の実施例では、中心部にて屈折率
が低く外周に向かって屈折率が除々に高くなる光学部材
について示したが、例えば図１において最初に（Ｎ2）
と（ＡｌＢｒ3−Ｈ2）を供給し、その後に（Ｎ2）の供
給流量を減らし逆に（Ｎ2Ｏ）の供給流量を増大させれ
ば、図３において（Ａｌ2Ｏ3）と（ＡｌＮ）とが逆にな
り外周に向かって除々に屈折率が低下する光学素子を製
造することも可能である。これはシランガスなどを使用
した場合についても同じである。
が低く外周に向かって屈折率が除々に高くなる光学部材
について示したが、例えば図１において最初に（Ｎ2）
と（ＡｌＢｒ3−Ｈ2）を供給し、その後に（Ｎ2）の供
給流量を減らし逆に（Ｎ2Ｏ）の供給流量を増大させれ
ば、図３において（Ａｌ2Ｏ3）と（ＡｌＮ）とが逆にな
り外周に向かって除々に屈折率が低下する光学素子を製
造することも可能である。これはシランガスなどを使用
した場合についても同じである。
【００２２】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、酸窒化ア
ルミニウムの反応ガスの構成比を任意に変えることによ
り、レンズなどの光学素子の性能を自由に設計できる。
ルミニウムの反応ガスの構成比を任意に変えることによ
り、レンズなどの光学素子の性能を自由に設計できる。
【図１】光学素子の製造装置の一例として熱ＣＶＤ装置
を示す構成図、
を示す構成図、
【図２】製造された光学部材の斜視図、
【図３】（Ａ）は製造された光学部材の断面図、（Ｂ）
はその内部の屈折率の分布を示す線図、
はその内部の屈折率の分布を示す線図、
【図４】従来のセルフォックレンズの製造方法の説明
図、
図、
【図５】セルフォックレンズの内部の屈折率の分布を示
す線図、
す線図、
１１ 反応室 １２ 排気路 １５ 供給管 ２１ 核 ２５ 析出された光学部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平井 敏雄 宮城県仙台市泉区高森３丁目４番地の91 (72)発明者 佐々木 眞 宮城県仙台市若林区南小泉３丁目１番３ 号 (56)参考文献 特開 平２−12101（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−241503（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−306202（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23C 16/00 - 16/56 G02B 3/00
Claims (1)
- 【請求項１】 化学気相成長法により棒状の核の外周に
薄膜を積層する光学素子の製造方法であって、反応ガス
として窒素ガス（Ｎ 2 ）と笑気ガス（Ｎ 2 Ｏ）と臭化アル
ミニウム（ＡｌＢｒ 3 ）からなる混合ガスを使用し、こ
の窒素ガスと笑気ガスの供給量の比を核から外周に向け
て徐々に変化させ、積層される酸素と窒素とアルミニウ
ムを含む薄膜の屈折率を核から外周に向けて変化させる
ことを特徴とする光学素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3254525A JP2843184B2 (ja) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | 光学素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3254525A JP2843184B2 (ja) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | 光学素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0565648A JPH0565648A (ja) | 1993-03-19 |
| JP2843184B2 true JP2843184B2 (ja) | 1999-01-06 |
Family
ID=17266253
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3254525A Expired - Lifetime JP2843184B2 (ja) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | 光学素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2843184B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3782608B2 (ja) | 1998-05-22 | 2006-06-07 | キヤノン株式会社 | 薄膜材料および薄膜作成法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2851280B2 (ja) * | 1988-03-23 | 1999-01-27 | 株式会社リコー | マイクロレンズおよびその製造方法 |
| JPH0212101A (ja) * | 1988-06-30 | 1990-01-17 | Fujikura Ltd | 石英ガラス系ロッドレンズ |
-
1991
- 1991-09-06 JP JP3254525A patent/JP2843184B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0565648A (ja) | 1993-03-19 |
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