JPH04134309A - フォーカスエラー検出装置 - Google Patents

フォーカスエラー検出装置

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JPH04134309A
JPH04134309A JP2258046A JP25804690A JPH04134309A JP H04134309 A JPH04134309 A JP H04134309A JP 2258046 A JP2258046 A JP 2258046A JP 25804690 A JP25804690 A JP 25804690A JP H04134309 A JPH04134309 A JP H04134309A
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photodetectors
beams
light
detection device
focus error
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    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/13—Optical detectors therefor
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    • G—PHYSICS
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    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
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    • G11B7/08—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers
    • G11B7/09—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers with provision for moving the light beam or focus plane for the purpose of maintaining alignment of the light beam relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following
    • G11B7/0908—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers with provision for moving the light beam or focus plane for the purpose of maintaining alignment of the light beam relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following for focusing only
    • G11B7/0912—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers with provision for moving the light beam or focus plane for the purpose of maintaining alignment of the light beam relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following for focusing only by push-pull method

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  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Recording Or Reproduction (AREA)
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  • Automatic Focus Adjustment (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明（よ　媒体に照射するビームのフォーカスエラー
を検出する装置に関するものであり、特に光ディスクあ
るいは光カードなど、光媒体もしくは光磁気媒体上に記
憶される光学情報を記録・再生あるいは消去可能な光デ
イスク装置に好適なものであム 従来の技術 高密度・大容量の記憶媒体として、　ピット状パターン
を有する光ディスクを用いる光メモリ技術（よ　ディジ
タルオーディオディス久　ビデオディス久　文書ファイ
ルディスク、　さらにはデータファイルと用途を拡張し
つ玄　実用化されてきてい４　　ミクロンオーダに絞ら
れた光ビームを介して光ディスクへの情報の記録再生が
高い信頼性のもとに首尾よく遂行されるメカニズム（よ
　ひとえにその光学系に因っていも　その光学系の主要
部である光ピツクアップヘッド装置の基本的な機能は（
１）回折限界の微小スポットを形成する集光法（２）前
記光学系のフォーカス制孤　および（３）同トラッキン
グ制御の３種類に大別される。これらζよ　口直　用途
に応じて、各種の光学系ならびに光電変換検出方式の組
合せによって実現されており、フォーカス制御を行うた
めの信号を検出するフォーカスエラー（以下ＦＥと略す
）検出方式の代表的な１つとしてスポットサイズデイテ
クション（以下ＳＳＤと略す）法かあげられる。
第６図番Ｑ　特開昭６ｉ３８５７６号において開示され
た　スポットサイズデイテクション法によりフォーカス
エラー検出を行う光学的記録再生ヘッドの構成を示す。
　１は半導体レーザからなる光＃　１２はプリズム光学
臥　１５は有限焦点系の対物レンス　７は光記憶媒体（
光ディスク）、１６はフォトディテクタ１６　ａ、　　
１６　ｂ、　　１６　ｃ。
１６ｄ、　　１６ｅ、　　１６ｆからなるフォトディテ
クタユニットである。プリズム光学系１２は第１の偏光
ビームスプリッタ（以下ＰＢＳと略す）１３゜第２のＰ
ＢＳ　１４及びλ／４板５からなり、第１のＰＢＳ　１
３はＰ偏光を略１００％透Ａｓ偏光を略１００％反射し
　第２のＰＢＳ１４はＰ偏光を略１００％反Ａ　Ｓ偏光
を略５０％ずつ反射及び透過する特性を有している。光
源ｌから発する光ビーム７０（友　ＰＢＳ１３．　１４
にＰ偏光で入射するよう配置しており、光源１から発し
たビーム７０はＰＢＳ１３．　１４を略１００％透過し
た喪　λ／４板５で円偏光となり、レンズ１５で光デイ
スク７上に集光されも　光ディスク７において、　４２
は溝もしくはピットが形成された基板４１は保護膜であ
ム　光ディスク７で反射　回折したビーム７０は再びレ
ンズ１５を経て、　λ／４板５にてＳ偏光となりＰＢＳ
１４．　１３に入射すム　前記ＰＢＳ１３．　１４の特
性により第２のＰＢＳ　１４で光ディスク７で反射　回
折したビーム７０の略５０％を反射し第２の反射ビーム
７０２が作られ　第１のＰＢＳ１３で残り略５０％の光
が反射し第１の反射ビーム７０１が作られ　このとき２
つの反射ビーム７０１，７０２の光量はほぼ等しくなム
　前記２つの反射ビーム７０１，７０２の結像位置（戴
　第１のＰＢＳ　１３及び第２のＰＢ３１４間の距離の
分だけＰＩ、Ｐ２とＸ方向にずれた位置となム　両結像
位置ＰＩ、Ｐ２のＸ方向にみてほぼ中間の位置に光の入
射方向から見れば１６ａ〜１６ｆと６つの領域に分割さ
れたフォトディテクタが置かれており、光源１から発し
たビーム７０が光デイスク７上で合焦点の状態にあると
きに２つのＰＢＳ１３．　１４で反射されたビーム７０
１，７０２はフォトディテクタ１６ａ〜１６ｆ上におい
て、フォトディテクタ１６ｂ。
１６ｅの幅よりも広く、かつお互いに等しい直径となっ
てい、Ｌ　　ＦＥ倍信号ｅｌＬ　　フォトディテクタ１
６ａ〜１６ｆの出力電流をＩａ〜Ｉｆとするとは第１式
より与えられも ＦＥ＝　（Ｉｂ＋Ｉｄ＋Ｉｆ）−（Ｉａ＋Ｉｃ＋Ｉｅ）
　　・・・・　（１） 発明が解決しようとする課題 ＳＳＤ法（よ　２つの略円形ビームを複数のフォトディ
テクタで受光し　フォトディテクタの出力を差動演算す
ることによってＦＥ倍信号検出するたぬ　光学系にアラ
イメント誤差が多少生じている場合でも安定した信号検
出が可能であム　しかしなか収　従来例にも示した様へ
　感度の高い信号検出を行うために（よ　６つの領域に
分割した〕オドディテクタを用いて２つのビームを受光
する必要があり、フォトディテクタの占有面積は他のＦ
Ｅ検出方式（例えば　非点収差法　ナイフェツジ法　等
）と比較してどうしても大きくなってしまう。フォトデ
ィテクタの占有面積が大きくなると、それだけフォトデ
ィテクタのコストも高くなるので、安価なＦＥ検出装置
を提供するためにＣヨ占有面積の小さいフォトディテク
タを用いるＦＥ検出方式を実現しなければならないとい
う課題があった 本発明は　安価で且つ信号検出感度が高いＳＳＤ法によ
るＦＥ検出装置を提供することを目的とすム 課題を解決するための手段 前記課題を解決するためへ 本発明においては　媒体に照射するビームを発する光源
と、前記光源からのビームを媒体に集光する集光光学系
と、略同一平面上に第１及び第２の短冊形状のフォトデ
ィテクタを形成したフォトディテクタユニットと、前記
２つのフォトディテクタ上に前記媒体から反射１回折し
たビームを分岐させて焦点位置の異なる２つのビームを
生成する光分岐手段とを具（ＭＬ、、　　前記光分岐手
段で生成された第１及び第２のビームの中心は各々前記
第１及び第２のフォトディテクタで受光されるように配
置し　前記２つのビームの焦点は前記２つのフォトディ
テクタの受光面上における前記２つのビームの大きさが
等しくなったときに前記２つのフォトディテクタの受光
面の前側と後側にそれぞれ位置しており、前記第１及び
第２のフォトディテクタから出力される光電流を差動演
算することによりＦＥ倍信号検出するＦＥ検出装置にお
いて、前記２つのフォトディテクタは略平行となるよう
に配置し　前記２つのフォトディテクタ上における前記
２つのビームの中心間距離を前記２つのフォトディテク
タ上における前記２つのビームの大きさが等しくなった
ときの前記ビームの直径と前記２つのビームを受光する
前記フォトディテクタの前記２つのビームの中心間を結
んだ線分と平行な方向の幅の和以下に配置すも 作用 本発明のＦＥ検出装置では　２つのフォトディテクタ上
におけるビームの中心間距離を前記２つのフォトディテ
クタ上における前記２つのビームの大きさが等しくなっ
たときの前記ビームの直径と前記２つのビームを受光す
る前記フォトディテクタの前記２つのビームの中心間を
結んだ線分と平行な方向の幅の和以下に配置することに
より、信号検出感度をその距離に応じて増加させること
ができると同時にフォトディテクタの占有面積を小さく
することが可能となり、フォトディテクタのコストを低
減させた安価で且つ信号検出感度の高いＦＥ検出装置を
提供することが可能となも実施例 第１図（よ　本発明の一実施例によるＦＥ検出装置の概
略構成を示しており、第６図と同じ構成要素については
同じ番号を付した　。同図において、１はコヒーレント
ビームを発する半導体レーザ（例えば波長λ＝７８０ｎ
ｍ）、　１２０はプリズム光学慕　５１は平行に配置し
た短冊形状の２つのフォトディテクタ５０１，５０２か
らなるフォトディテクタユニット、　１５は有限焦点系
集光レンＸ　７は光記憶媒体（光ディスク）であも　プ
リズム光学系１２０は第１のＰＢＳ１３０．　　第２の
ＰＢＳ　１４０及びλ／４板５からなり、第１のＰＢＳ
　１３０はＰ偏光を略１００％透Ａｓ偏光を略１００％
反射し　第２のＰＢＳ　１４０はＰ偏光を略１００％透
Ａｓ偏光を略５０％ずつ反射及び透過する特性を有して
いも　光源１から発する光ビーム７０４；Ｌ　　ＰＢＳ
１３０．　１４０にＰ偏光で入射するよう配置しており
、光源１から発したビーム７０４；ＬＰＢＳ１３０．　
１４０を略１００％透過した檄　λ／４板５で円偏光と
なり、レンズ１５で光デイスク７上に集光されも　光デ
ィスク７において、　４２は溝もしくはピットが形成さ
れた基板　４１は保護膜であも　光ディスク７で反射　
回折したビーム７０は再びレンズ１５を経て、λ／４板
５にてＳ偏光となりＰＢＳ１４０．　１３０に入射すム
　前記ＰＢＳ１３０．　１４０の特性により第２のＰＢ
Ｓ１４０で光ディスク７で反剋回折したビーム７０の略
５０％を反射し第２の反射ビーム７０４が作られ　第１
のＰＢＳ１３０で残り略５０％の光が反射し第１の反射
ビーム７０３が作られ　このとき２つの反射ビーム７０
３゜７０４の光量はほぼ等しくなる。前記２つの反射ビ
ーム７０３，７０４の結像位置ζよ　前記第１のＰＢ３
１３０及び第２のＰＢＳ　１４０間の距離の分だけＰ３
．Ｐ４とＸ方向にずれた位置となる。
フォトディテクタ５０１．５０２１Ｌ　　フォトディテ
クタユニット１６の８面に形成され　前記両結像位置Ｐ
３．Ｐ４のＸ方向にみてほぼ中間の位置にフォトディテ
クタユニット５１の８面を配置すａ　光の入射方向から
見れは　同図（ｂ）に示すようにフォトディテクタ５０
１と５０２は置かれており、光ディスク７に集光された
ビーム７０が合焦点の状態にあるときｉ；ＰＢＳで反射
されたビーム７０３，７０４ｆ社　フォトディテクタ５
０１．５０２上において、各々フォトディテクタ５０１
．５０２の幅ＷＸ　Ｉ、　　Ｗ　Ｘ　２よりも広く、か
つビーム７０３，７０４の直径Ｄ１．Ｄ２は等しくなっ
ていも　な耘　ここでは媒体７に光ディスクを用いてお
り、このときに照射するビーム７０のフォーカス制御は
１μｍ程度の高い精度が要求されるので、光源１にはコ
ヒーレントビームを発する半導体レーザを用いている力
（媒体に照射するビームのフォーカス制御の精度が緩和
される場合には　その精度に応じて光源１に発光ダイオ
ードやランプ等を用いることも可能であ４ 次に　実施例における信号検出方法を説明する。
第２図（表　第１図（ａ）で示したＦＥ検出装置におけ
るフォトディテクタユニット５１のフォトディテクタ５
０１，５０２で検出されるＰＢＳ１３０．１４０で反射
されたビーム７０３，７０４の様子を模式的にかつ一般
的に表している。第２図（ｂ）は光源１から発したビー
ム７０か光デイスク７上で合焦点の状態にある場合であ
り、第２図（ａ）及び（ｃ）は各々逆方向にデフォーカ
スした状態にある場合を示す。ＦＥ倍信号フォトディテ
クタ５０１と５０２の差動出力をとることにより得られ
も 光デイスク７上に集光されたビーム７０を連続的にデフ
ォーカスさせたときに得られるＦＥ倍信号出力特性ｆｅ
の一例を第３図に示す。このＦＥ信号特性（友　本発明
の例えば第１図に示すＦＥ検出装置において、有限系集
光レンズ１５の横倍率α、光源１から発したビーム７０
が光デイスク７上で合焦点の状態にあるときのフォトデ
ィテクタ５０１．５０２上での２つのビーム７０３，７
０４の直径ＤＩ、　　Ｄｉ＋　　フォトディテクタ５０
１，５０２の幅Ｗ　ｘ　１．　　Ｗ　ｘ　２．　　フォ
トディテクタ５０１゜５０２上における２つのビーム７
０３，７０４の中心間距離ｄをそれぞれ以下の条件にし
たときに得られるものである。
ＷＸＩ＝ＷＸ２＝４５　μｍ Ｄ　＋　＝　Ｄ　２＝　６３．　５１”　ｍｄ＝６３．
５μｍ α＝４ ここで、同図に示すよう！；ＦＥ信号のビーク−ピーク
レベルを信号の検出感度ｓｐｐと定復すも第４図？−，
本発明によるＦＥ検出装置によって得られる信号の検出
感度Ｓｐｐとフォトディテクタ５０１，５０２上におけ
る２つのビーム７０３゜７０４の中心間距離ｄの関係の
一例を示す。ここで、Ｗ　ｘ　＝　Ｗ　ｘ　＋　＝　Ｗ
　ｘ　２、Ｄ＝Ｄ、＝Ｄ２、Ｗｘｏ、７０７本りとし　
信号検出感度Ｓｐｐはフォトディテクタ５０１，５０２
上における２つのビーム７０３，７０４の中心間距離ｄ
がＷｘ＋Ｄのときの信号検出感度を１としたときの相対
値で表わしている。信号検出感度ｓ　ｐ　ｐ　ＬＬ、　
　フォトディテクタ５０１，５０２上における２つのビ
ーム７０３．７０４の中心間距離ｄがＷ　ｘ　＋　Ｄよ
りも小さくなるにしたがって増加し始敦　フォトディテ
クタ５０１，５０２上における２つのビーム７０３．７
０４の中心間距離ｄがＷｘのときに（Ｌ　信号検出感度
ｓｐｐが約１．４３倍にまで増加する。
−人　フォトディテクタ５０１，５０２を形成するフォ
トディテクタユニット５１の面積（よ　フォトディテク
タ５０１，５０２上における２つのビーム７０３，７０
４の中心間距離ｄがＷｘの場合、ｄがＷｘ　＋Ｄの場合
の約４０％にまで小さくなムこのように　本発明のＦＥ
検出装置において（よフォトディテクタの占有面積の低
減と信号の検出感度の増加とを同時に実現することが可
能となム第５図は　本発明の別の実施例によるＦＥ検出
装置の概略構成を示す。第１図（ａ）に示したＦＥ検出
装置の光分岐手段には２つのＰＢＳを用いていた力丈　
本実施例においては光分岐手段にホログラム素子を用い
ていも　光源１から発したビーム７０はレンズ１５で光
デイスク７上に集光されも　このとき６は異なる焦点を
有する２つの波面を再生可能なホログラム素子で、光源
１とレンズ１５の間に介在して往路ではその０次回折光
７０が光デイスク７上に集光されることになも　光デイ
スク７上で反射２回折されたビーム７０は復路で再びレ
ンズ１５を通過した後ホログラム素子６に入射し　ホロ
グラム素子６Ｃヨ　　光源１の方向に回折する０次回折
光７０の他く　フォトディテクタ５１の方向に回折する
回折光７０５，７０６を生成すも　ホログラム素子６か
らの回折光７０５゜７０６　Ｇ１　　光源１から発した
ビーム７０が光デイスク７上で合焦点の状態にあるとき
く　フォトディテクタユニット５１に形成されたフォト
ディテクタ５０１，５０２の受光面Ｓ上でお互いに等し
いビーム径となるようにフォトディテクタユニット５１
を配置すａ　光源１とフォトディテクタユニット５１と
の関係について、ホログラム素子６の位置から眺めた様
子を第５図（ｂ）に示す。ホログラム素子６からの回折
光７０５，７０６ｉ；Ａそれぞれフォトディテクタユニ
ット５１上のフォトディテクタ５０１，５０２で受光す
ム　ホログラム素子６１友　三光束干渉法もしくはＣＧ
Ｈ等の既知の作製方法により作製することができも　ホ
ログラム素子６に記録する格子のパターンＣ友　　第５
図（ａ）に示す光源１の発光点１０と所望の焦点位置Ｐ
５．Ｐ６をそれぞれ点光源とし　これらの光源からの発
散球面波がホログラム素子６上で作る干渉パターンを記
録することにより得られさらに具体的な記録方法ζよ　
例えば特開平１−９４５４１号や特開平２−５８７３８
号に開示されているのて　詳細な説明は省略すも 発明の効果 以上に述べた詳細な説明から明らかなよう凶本発明によ
るフォーカスエラー検出装置で（よ媒体に照射するビー
ムを発する光源と、前記光源からのビームを媒体に集光
する集光光学系と、略同一平面上に第１及び第２の短冊
形状のフォトディテクタを形成したフォトディテクタユ
ニットと、前記２つのフォトディテクタ上に前記媒体で
反射回折したビームを分岐させて焦点位置の異なる２つ
のビームを生成する光分岐手段とを具備し　前記光分岐
手段で生成された第１及び第２のビームの中心は各々前
記第１及び第２のフォトディテクタで受光されるように
配置し　前記２つのビームの焦点は前記２つのフォトデ
ィテクタの受光面上における前記２つのビームの大きさ
が等しくなったときに前記２つのフォトディテクタの受
光面の前側と後側にそれぞれ位置しており、前記第１及
び第２のフォトディテクタから出力される光電流を差動
演算することによりフォーカスエラー信号を検出するフ
ォーカスエラー検出装置において、前記２つのフォトデ
ィテクタを略平行となるように配置し　前記２つのフォ
トディテクタ上におけるビームの中心間距離を前記２つ
のフォトディテクタ上における前記２つのビームの大き
さが等しくなったときの前記ビームの直径と前記２つの
ビームを受光するフォトディテクタの前記２つのビーム
の中心間を結んだ線分と平行な方向の幅の和以下に配置
することによって、信号検出感度をその距離に応じて増
加させながらフォトディテクタユニットの占有面積を小
さくすることが可能となるので、フォトディテクタユニ
ットのコストを低減させた安価で且つ信号検出感度の高
いＦＥ検出装置が提供可能になるという効果を有すム
【図面の簡単な説明】
第１図（ａ）は本発明の一実施例を示すフォーカスエラ
ー検出装置の概略構成医　同図（ｂ）はフォトディテク
タとビームの関係医　第２図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は
信号の検出方法を説明する一般的原理医　第３図は本発
明のフォーカスエラー検出装置により得られるフォーカ
スエラー信号の−例医　第４図は本発明のフォーカスエ
ラー検出装置により得られる２つのビーム間距離と信号
検出感度の関係を示す一例＠　第５図（ａ）は他の実施
例を示すフォーカスエラー検出装置の概略構成艮を示す
光学的記録再生ヘッドの構成図である。 １・・・光源　５・　・λ／４板、６・・・ホログラム
素子、　７・　・光記憶媒体（光ディスク）１．５・・
・レンｇ　　４０・・・基板、　４１・・保護ｌＬ　５
１・・・フォトディテクタユニット、７０・・・ビーベ
　１２０・・・プリズム光学監１３０．１４０・　・偏
光ビームスブリッ久　５０１．５０２・・・フォトディ
テクタ、　７０１〜７０６・　・分岐ビーム。 代理人の氏名　弁理士　小鍜治　明　ほか２名簿 図 攬Ｉｔ・１１道Ａ本 ＋ｔ００ Ａａ号技出恰慶ｓｐｐ 第 図 ワ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）媒体に照射するビームを発する光源と、前記光源
    からのビームを媒体に集光する集光光学系と、略同一平
    面上に第１及び第２の短冊形状のフォトディテクタを形
    成したフォトディテクタユニットと、前記２つのフォト
    ディテクタ上に前記媒体から反射回折したビームを分岐
    させて焦点位置の異なる第１及び第２のビームを生成す
    る光分岐手段とを具備し、前記光分岐手段で生成された
    第１及び第２のビームの中心は各々前記第１及び第２の
    フォトディテクタで受光されるように配置し、前記２つ
    のビームの焦点は前記２つのフォトディテクタの受光面
    上における前記２つのビームの大きさが等しくなったと
    きに前記２つのフォトディテクタの受光面の前側と後側
    にそれぞれ位置しており、前記第１及び第２のフォトデ
    ィテクタから出力される光電流を差動演算することによ
    りフォーカスエラー信号を検出するフォーカスエラー検
    出装置において、前記２つのフォトディテクタは略平行
    となるように配置し、前記２つのフォトディテクタ上に
    おける前記２つのビームの中心間距離を、前記２つのフ
    ォトディテクタ上における前記２つのビームの大きさが
    等しくなったときの前記ビームの直径と前記２つのビー
    ムを受光する前記フォトディテクタの前記２つのビーム
    の中心間を結んだ線分と平行な方向の幅の和以下にして
    いることを特徴とするフォーカスエラー検出装置。
  2. （２）光分岐手段が反射透過膜を２ヵ所有するプリズム
    からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
    のフォーカスエラー検出装置。
  3. （３）光分岐手段がホログラム素子からなることを特徴
    とする特許請求の範囲第１項に記載のフォーカスエラー
    検出装置。
JP2258046A 1990-09-26 1990-09-26 フォーカスエラー検出装置 Expired - Lifetime JP2591302B2 (ja)

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US07/762,989 US5144606A (en) 1990-09-26 1991-09-20 Focusing-error detecting apparatus with a simple photodetector unit for use in an optical recording/reproducing device
DE69120624T DE69120624T2 (de) 1990-09-26 1991-09-24 Fokusfehlerdetektionsgerät
EP91116216A EP0477847B1 (en) 1990-09-26 1991-09-24 Focusing-error detecting apparatus

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