JP2003004485A - 回転角度検出装置 - Google Patents
回転角度検出装置Info
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- JP2003004485A JP2003004485A JP2001194091A JP2001194091A JP2003004485A JP 2003004485 A JP2003004485 A JP 2003004485A JP 2001194091 A JP2001194091 A JP 2001194091A JP 2001194091 A JP2001194091 A JP 2001194091A JP 2003004485 A JP2003004485 A JP 2003004485A
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 自動車の車体制御システムなどに用いられる
多回転のハンドルの回転角度検出装置において、大きな
誤差を発生させることなく、簡単な構成で高分解能な検
出を行うことを目的とする。 【解決手段】 検出手段１からの回転の中心位置近傍に
おける回転角度情報の分解能を高く設定する第１手段
（増幅器４）、検出手段１からの中心から変位が増加す
る位置における回転角度情報の分解能を低く設定する第
２手段（増幅器３）を含み回転体の回転角度を必要な部
分だけ高分解能に検出できるようにした。
多回転のハンドルの回転角度検出装置において、大きな
誤差を発生させることなく、簡単な構成で高分解能な検
出を行うことを目的とする。 【解決手段】 検出手段１からの回転の中心位置近傍に
おける回転角度情報の分解能を高く設定する第１手段
（増幅器４）、検出手段１からの中心から変位が増加す
る位置における回転角度情報の分解能を低く設定する第
２手段（増幅器３）を含み回転体の回転角度を必要な部
分だけ高分解能に検出できるようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車の車体制御
システムなどに用いられる多回転のハンドルの回転角度
検出装置に関するものである。
システムなどに用いられる多回転のハンドルの回転角度
検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、自動車用ハンドルなどのように１
回転以上、有限で回転する回転体の回転角度を検出する
回転角度検出装置として、特表平１１−５００８２８号
公報に開示されている回転体における角度測定方法が知
られている。この装置においては、位相差を有する２つ
の回転体の角度から回転角度を検出している。
回転以上、有限で回転する回転体の回転角度を検出する
回転角度検出装置として、特表平１１−５００８２８号
公報に開示されている回転体における角度測定方法が知
られている。この装置においては、位相差を有する２つ
の回転体の角度から回転角度を検出している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
回転角度検出装置においては、分解能を高くする場合、
検知手段から受ける信号を高次のＡ／Ｄコンバータを使
用しなければならないとう課題を有していた。
回転角度検出装置においては、分解能を高くする場合、
検知手段から受ける信号を高次のＡ／Ｄコンバータを使
用しなければならないとう課題を有していた。
【０００４】本発明は、マイクロコンピュータなどに標
準で内蔵されている１０ビット以下の低次のＡ／Ｄコン
バータで、多回転する回転体の回転角度を高分解能で検
出できる回転角度検出装置を提供することを目的とする
ものである。
準で内蔵されている１０ビット以下の低次のＡ／Ｄコン
バータで、多回転する回転体の回転角度を高分解能で検
出できる回転角度検出装置を提供することを目的とする
ものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の発明は、多回転する回転体の回転角度を検出する検出
手段と、この検出手段からの回転の中心位置近傍におけ
る回転角度情報の分解能を高く設定する第１手段と、前
記検出手段からの回転の中心から変位が増加する位置に
おける回転角度情報の分解能を低く設定する第２手段を
備えた回転角度検出装置であり、多回転する回転体の回
転角度の必要な部分だけ高分解能な検出ができ、低次の
Ａ／Ｄコンバータでも高分解能に検出できるという作用
を有する。
の発明は、多回転する回転体の回転角度を検出する検出
手段と、この検出手段からの回転の中心位置近傍におけ
る回転角度情報の分解能を高く設定する第１手段と、前
記検出手段からの回転の中心から変位が増加する位置に
おける回転角度情報の分解能を低く設定する第２手段を
備えた回転角度検出装置であり、多回転する回転体の回
転角度の必要な部分だけ高分解能な検出ができ、低次の
Ａ／Ｄコンバータでも高分解能に検出できるという作用
を有する。
【０００６】本発明の請求項２に記載の発明は、請求項
１に記載の発明において、検出手段が磁気検出素子であ
る回転角度検出装置であり、非抵触で回転角度を検出で
きるという作用を有する。
１に記載の発明において、検出手段が磁気検出素子であ
る回転角度検出装置であり、非抵触で回転角度を検出で
きるという作用を有する。
【０００７】本発明の請求項３に記載の発明は、検出手
段が位相を持つ２つの信号を出力し、前記２つの信号の
値が均等な領域を回転の中心として設定した回転角度検
出装置であり、回路規模を小さくして中心領域の高分解
能な検出ができるという作用を有する。
段が位相を持つ２つの信号を出力し、前記２つの信号の
値が均等な領域を回転の中心として設定した回転角度検
出装置であり、回路規模を小さくして中心領域の高分解
能な検出ができるという作用を有する。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１から図９を用いて説明する。
て、図１から図９を用いて説明する。
【０００９】（実施の形態１）図１は本発明の回転角度
検出装置の実施の形態１におけるブロック図を示し、こ
こでは回転体であるハンドルは中心から左右に２回転可
動するように設定した場合で詳細に説明する。
検出装置の実施の形態１におけるブロック図を示し、こ
こでは回転体であるハンドルは中心から左右に２回転可
動するように設定した場合で詳細に説明する。
【００１０】本実施の形態１の回転角度検出において、
ハンドルの舵角の分解能を最大で１°を必要とし、図２
のＡで示されるように１つの線形出力が±２回転の範囲
で表される。
ハンドルの舵角の分解能を最大で１°を必要とし、図２
のＡで示されるように１つの線形出力が±２回転の範囲
で表される。
【００１１】全域は４回転×３６０°＝１４４０°で、
マイクロコンピュータに通常内蔵されているＡ／Ｄコン
バータの分解能１０ビット＝１０２４（＜１８００）で
は１°の分解能検出ができないことになる。但し、通常
最大分解能１°以下を必要とするのは、自動車の走行制
御において直進位置からハンドルが±１回転の範囲であ
り、それ以上の回転領域では極低速の制御になるため、
必ずしも分解能を高く検知する必要がない。
マイクロコンピュータに通常内蔵されているＡ／Ｄコン
バータの分解能１０ビット＝１０２４（＜１８００）で
は１°の分解能検出ができないことになる。但し、通常
最大分解能１°以下を必要とするのは、自動車の走行制
御において直進位置からハンドルが±１回転の範囲であ
り、それ以上の回転領域では極低速の制御になるため、
必ずしも分解能を高く検知する必要がない。
【００１２】そこで、自動車が直進する中心領域から、
たとえば±１回転（３６０°×２＝７２０°）の範囲に
限定して、検出手段１からの回転角度情報を第２の増幅
器４で増幅を行い演算装置５としての１０ビットのＡ／
Ｄコンバータで図２のＢの信号を入力することにより１
°の分解能を確保できるようになる。分解能の段階設定
は、使用する装置に対応して自由に設定することが可能
である。一方、±１回転を超える領域の分解能は第１の
増幅器３により図２のＡの信号を演算装置５としての１
０ビットのＡ／Ｄコンバータで入力すると１４４０°／
１０２４＝１．４°となる。
たとえば±１回転（３６０°×２＝７２０°）の範囲に
限定して、検出手段１からの回転角度情報を第２の増幅
器４で増幅を行い演算装置５としての１０ビットのＡ／
Ｄコンバータで図２のＢの信号を入力することにより１
°の分解能を確保できるようになる。分解能の段階設定
は、使用する装置に対応して自由に設定することが可能
である。一方、±１回転を超える領域の分解能は第１の
増幅器３により図２のＡの信号を演算装置５としての１
０ビットのＡ／Ｄコンバータで入力すると１４４０°／
１０２４＝１．４°となる。
【００１３】（実施の形態２）次に位相入力方式の場合
を、本発明の実施の形態２として説明する。図３は本発
明の回転角度検出装置の実施の形態２におけるブロック
図を示し、実施の形態１と同等のハンドルが回転する
と、第１の検出手段１と第２の検出手段２によって、位
相を持った２信号が図４のＡ１（正弦波相当）Ａ２（余
弦波相当）のように出力される。通常はこの２信号をＳ
ＩＮ／ＣＯＳ＝ＴＡＮ（正接）で演算し角度を求める。
この時、自動車の走行制御において直進位置からハンド
ルが±１回転の範囲で分解能を高める時、Ａ１，Ａ２の
無作為の点で信号増幅を行うとそれぞれの信号増幅器の
増幅回路設定を独自に行う必要がある。そのため増幅度
の差により精度が低下する。そこで、本実施の形態にお
いては、図４のＣ点のように第１の検出手段１と第２の
検出手段２の出力が均等な部分を中心位置（直進位置）
に設定し増幅器４で同一の増幅を行うもので、それぞれ
の増幅度を統一できるため、誤差の少ない角度検出が可
能になる。第１の検出手段１と第２の検出手段２から入
力した増幅器４の増幅後の波形はそれぞれ図４のＢ１，
Ｂ２となり、この値を演算装置５としてのＡ／Ｄコンバ
ータに入力することにより中心領域の高分解能な角度を
検出する。また前記中心領域を超える範囲の角度検出
は、増幅器３から出力されるＡ１，Ａ２の信号で行う。
を、本発明の実施の形態２として説明する。図３は本発
明の回転角度検出装置の実施の形態２におけるブロック
図を示し、実施の形態１と同等のハンドルが回転する
と、第１の検出手段１と第２の検出手段２によって、位
相を持った２信号が図４のＡ１（正弦波相当）Ａ２（余
弦波相当）のように出力される。通常はこの２信号をＳ
ＩＮ／ＣＯＳ＝ＴＡＮ（正接）で演算し角度を求める。
この時、自動車の走行制御において直進位置からハンド
ルが±１回転の範囲で分解能を高める時、Ａ１，Ａ２の
無作為の点で信号増幅を行うとそれぞれの信号増幅器の
増幅回路設定を独自に行う必要がある。そのため増幅度
の差により精度が低下する。そこで、本実施の形態にお
いては、図４のＣ点のように第１の検出手段１と第２の
検出手段２の出力が均等な部分を中心位置（直進位置）
に設定し増幅器４で同一の増幅を行うもので、それぞれ
の増幅度を統一できるため、誤差の少ない角度検出が可
能になる。第１の検出手段１と第２の検出手段２から入
力した増幅器４の増幅後の波形はそれぞれ図４のＢ１，
Ｂ２となり、この値を演算装置５としてのＡ／Ｄコンバ
ータに入力することにより中心領域の高分解能な角度を
検出する。また前記中心領域を超える範囲の角度検出
は、増幅器３から出力されるＡ１，Ａ２の信号で行う。
【００１４】なお、ここで記載する回転体の中心とは、
自動車における直進位置であるが、その他の装置に用い
る場合は、それぞれ装置の最も分解能を必要とする範囲
を中心に設定することが良いことは明らかである。ま
た、Ａ／Ｄコンバータに余裕があれば、必要に応じて、
２段階以上の分解能を設定しても良い。
自動車における直進位置であるが、その他の装置に用い
る場合は、それぞれ装置の最も分解能を必要とする範囲
を中心に設定することが良いことは明らかである。ま
た、Ａ／Ｄコンバータに余裕があれば、必要に応じて、
２段階以上の分解能を設定しても良い。
【００１５】（実施の形態３）次に、減速機構を設けて
多回転に対応する場合について説明する。
多回転に対応する場合について説明する。
【００１６】図５は実施の形態３における回転角度検出
装置を示す斜視図である。図５において、１２は検出対
象の回転軸、６は第１の回転体、７は第２の回転体、８
は第３の回転体、９は第４の回転体、１０は第４の回転
体９の中央部に組み込まれている磁石、１１は前記回転
体９の真下にある距離を置いて配置されている検出手段
であり、内部に磁気検出素子を有している。第１から第
４の回転体６〜９はその外周が歯車になっており、第１
の回転体６が回転すると、第２の回転体７から第３の回
転体８、第４の回転体９へとそれぞれの歯数の比による
減速比で回転する。検出手段１１は前記減速比に応じ、
正弦波と余弦波の位相を持った信号を出力する。ここで
の減速比を減速、増速を問わず必要に応じて設定できる
ことはもちろん、減速機構についても今回説明するのは
一例であり、ウオームギア等各種の減速機構でも対応で
きることは言うまでもない。
装置を示す斜視図である。図５において、１２は検出対
象の回転軸、６は第１の回転体、７は第２の回転体、８
は第３の回転体、９は第４の回転体、１０は第４の回転
体９の中央部に組み込まれている磁石、１１は前記回転
体９の真下にある距離を置いて配置されている検出手段
であり、内部に磁気検出素子を有している。第１から第
４の回転体６〜９はその外周が歯車になっており、第１
の回転体６が回転すると、第２の回転体７から第３の回
転体８、第４の回転体９へとそれぞれの歯数の比による
減速比で回転する。検出手段１１は前記減速比に応じ、
正弦波と余弦波の位相を持った信号を出力する。ここで
の減速比を減速、増速を問わず必要に応じて設定できる
ことはもちろん、減速機構についても今回説明するのは
一例であり、ウオームギア等各種の減速機構でも対応で
きることは言うまでもない。
【００１７】また、回転体に磁石を組み込み検出手段と
して磁気検出素子を用いたが、検出手段として、抵抗セ
ンサ、静電容量センサ、光学センサ、誘導センサなどを
用いてもよい。
して磁気検出素子を用いたが、検出手段として、抵抗セ
ンサ、静電容量センサ、光学センサ、誘導センサなどを
用いてもよい。
【００１８】図６において、まず回転体９の回転により
検出手段１１から出力される正弦波を絶対値回路２１で
全波整流し、元の信号が正か負かの信号を出力する。次
に検出手段１１から出力される余弦波を絶対値回路２０
で全波整流し、原信号が正か負かの信号を出力する。さ
らに前記２つの絶対値信号の大きさを比較切換回路２２
に入力して値の大きい方を除算タイマ回路２３の周期側
Ａに入力し、小さい方をパルス幅側Ｂに入力する。また
比較切換回路２２では正弦波と余弦波の絶対値において
どちらが大きいかという結果も出力する。除算タイマ回
路２３で入力した波形を処理すると図７のようになる。
これをさらに積分回路２４で積分すると出力はＶｐ＝
（Ｖｄｄ×Ｂ）／Ａになり、これをＡ／Ｄコンバータで
入力すると正接相当の値が算出され最終の角度を決定で
きる。 Ｔ（θ）＝Ｖｐ／Ｖｄｄ（但し、θは０°から４５°ま
での相対値） この場合の分解能は、８ビットＡ／Ｄコンバータでは約
０．２°（４５°／２５６）となる。
検出手段１１から出力される正弦波を絶対値回路２１で
全波整流し、元の信号が正か負かの信号を出力する。次
に検出手段１１から出力される余弦波を絶対値回路２０
で全波整流し、原信号が正か負かの信号を出力する。さ
らに前記２つの絶対値信号の大きさを比較切換回路２２
に入力して値の大きい方を除算タイマ回路２３の周期側
Ａに入力し、小さい方をパルス幅側Ｂに入力する。また
比較切換回路２２では正弦波と余弦波の絶対値において
どちらが大きいかという結果も出力する。除算タイマ回
路２３で入力した波形を処理すると図７のようになる。
これをさらに積分回路２４で積分すると出力はＶｐ＝
（Ｖｄｄ×Ｂ）／Ａになり、これをＡ／Ｄコンバータで
入力すると正接相当の値が算出され最終の角度を決定で
きる。 Ｔ（θ）＝Ｖｐ／Ｖｄｄ（但し、θは０°から４５°ま
での相対値） この場合の分解能は、８ビットＡ／Ｄコンバータでは約
０．２°（４５°／２５６）となる。
【００１９】図６の例においては２２５°を回転の中心
に設定し、この近傍の増幅率を倍増すれば分解能を倍の
０．１°にすることが可能になる。但しここでの角度表
現は説明のためわかりやすくしたものであり、最終の絶
対角度、分解能は減速比を乗じたものになる。
に設定し、この近傍の増幅率を倍増すれば分解能を倍の
０．１°にすることが可能になる。但しここでの角度表
現は説明のためわかりやすくしたものであり、最終の絶
対角度、分解能は減速比を乗じたものになる。
【００２０】ここで０°から３６０°の全領域について
は、図９に示すように、正弦、余弦の正負と正弦、余弦
の大小を示す３つの信号を出力するとその値は４５°毎
に変化する。その８通りの組み合わせとＳＩＮ／ＣＯＳ
またはＣＯＳ／ＳＩＮの値により絶対角度が決定でき
る。それぞれ変極点で区切られる４５°の範囲において
は、ほぼリニアに変化するため、Ａ／Ｄコンバータで変
換した後の演算処理、およびデータテーブル処理が簡易
になるという利点も有する。また図９は全域を正接演算
した場合の出力をあらわしたもので、通常のＡ／Ｄコン
バータで処理できる範囲を大きく超えていることがわか
る。ちなみに本実施の形態の構成でのＴ（θ）の取り得
る範囲を０≦Ｔ（θ）≦１とすると、正接表現ではたと
え分解能を１°に制限しても−５０≦Ｔ（θ）≦＋５０
となり同じＡ／Ｄコンバータを用いた場合の分解能は１
００分の１に低下する。また当然のことながら正接表現
の場合、１８０°で同じ出力をくりかえすので、３６０
°の絶対角度を検出する場合には、他の信号検出装置が
必要になる。
は、図９に示すように、正弦、余弦の正負と正弦、余弦
の大小を示す３つの信号を出力するとその値は４５°毎
に変化する。その８通りの組み合わせとＳＩＮ／ＣＯＳ
またはＣＯＳ／ＳＩＮの値により絶対角度が決定でき
る。それぞれ変極点で区切られる４５°の範囲において
は、ほぼリニアに変化するため、Ａ／Ｄコンバータで変
換した後の演算処理、およびデータテーブル処理が簡易
になるという利点も有する。また図９は全域を正接演算
した場合の出力をあらわしたもので、通常のＡ／Ｄコン
バータで処理できる範囲を大きく超えていることがわか
る。ちなみに本実施の形態の構成でのＴ（θ）の取り得
る範囲を０≦Ｔ（θ）≦１とすると、正接表現ではたと
え分解能を１°に制限しても−５０≦Ｔ（θ）≦＋５０
となり同じＡ／Ｄコンバータを用いた場合の分解能は１
００分の１に低下する。また当然のことながら正接表現
の場合、１８０°で同じ出力をくりかえすので、３６０
°の絶対角度を検出する場合には、他の信号検出装置が
必要になる。
【００２１】なおここでは、検出手段１１の検出範囲を
３６０°としたが、素子の特性により１８０°等になる
場合がある。これについても原理的には同等の構成が可
能である。
３６０°としたが、素子の特性により１８０°等になる
場合がある。これについても原理的には同等の構成が可
能である。
【００２２】また、マイクロコンピュータは通常Ａ／Ｄ
コンバータを４個以上内蔵しているため、比較切換回路
３を用いず除算回路４を複数個設けても良いことはいう
までもない。
コンバータを４個以上内蔵しているため、比較切換回路
３を用いず除算回路４を複数個設けても良いことはいう
までもない。
【００２３】さらに、絶対値回路２０，２１についても
それぞれの波形の０点からの大きさを持って除算タイマ
回路である部分へ入力する方法であればこの限りではな
く、タイマカウンタで値を読み込み、そのデューティを
除算結果に用いることが可能である。
それぞれの波形の０点からの大きさを持って除算タイマ
回路である部分へ入力する方法であればこの限りではな
く、タイマカウンタで値を読み込み、そのデューティを
除算結果に用いることが可能である。
【００２４】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、大きな誤
差を発生することなく、また簡単な計算処理で多回転す
る回転体の回転角度を検出することができる回転角度検
出装置を実現できるという有利な効果が得られる。
差を発生することなく、また簡単な計算処理で多回転す
る回転体の回転角度を検出することができる回転角度検
出装置を実現できるという有利な効果が得られる。
【図１】本発明の実施の形態１による回転角度検出装置
を示すブロック図
を示すブロック図
【図２】同入力波形の関係を示す図
【図３】本発明の実施の形態２による回転角度検出装置
を示すブロック図
を示すブロック図
【図４】同入力波形の関係を示す図
【図５】本発明の実施の形態３による回転体と検出手段
の関係を示す斜視図
の関係を示す斜視図
【図６】本発明の実施の形態３による回転角度検出装置
を示すブロック図
を示すブロック図
【図７】その除算パルス回路の動作を示す波形図
【図８】同装置の各出力を示す波形図
【図９】正接演算処理範囲を示す説明図
１ 第１の検出手段
２ 第２の検出手段
３ 第１の増幅器
４ 第２の増幅器
５ 演算装置
６ 第１の回転体
７ 第２の回転体
８ 第３の回転体
９ 第４の回転体
１０ 磁石
１１ 検出手段
１２ 検出対象の回転軸
２０ 第１の検出手段の絶対値回路
２１ 第２の検出手段の絶対値回路
２２ 比較切換回路
２３ 除算タイマ回路
２４ 積分回路
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2F063 AA35 AA36 BA08 BB03 BC06
BD16 CA08 DA01 DD02 GA52
GA58 KA03 LA01 NA06
2F077 AA25 AA28 AA49 DD05 EE02
HH10 JJ02 JJ09 TT04 TT05
TT42 TT62
3D030 DB19 DC29
3D033 DB05
Claims (3)
- 【請求項１】 多回転の回転体の回転角度を検出する検
出手段と、この検出手段からの回転の中心位置近傍にお
ける回転角度情報の分解能を高く設定する第１手段と、
前記検出手段からの中心から変位が増加する位置におけ
る回転角度情報の分解能を低く設定する第２手段を備え
た回転角度検出装置。 - 【請求項２】 検出手段が磁気検出素子である請求項１
に記載の回転角度検出装置。 - 【請求項３】 検出手段は位相を持つ２つの信号を出力
し、前記２つの信号の値が均等な領域を回転の中心に設
定した請求項１に記載の回転角度検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001194091A JP2003004485A (ja) | 2001-06-27 | 2001-06-27 | 回転角度検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001194091A JP2003004485A (ja) | 2001-06-27 | 2001-06-27 | 回転角度検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003004485A true JP2003004485A (ja) | 2003-01-08 |
Family
ID=19032273
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001194091A Withdrawn JP2003004485A (ja) | 2001-06-27 | 2001-06-27 | 回転角度検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003004485A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004081490A1 (ja) * | 2003-03-11 | 2004-09-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 回転角度検出装置 |
| JP2006234495A (ja) * | 2005-02-23 | 2006-09-07 | Tokai Rika Co Ltd | 回転角度検出装置 |
| JP2007232461A (ja) * | 2006-02-28 | 2007-09-13 | Nippon Soken Inc | 回転角度検出装置 |
| JP2007278925A (ja) * | 2006-04-10 | 2007-10-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 回転角度検出装置 |
| JP2010207019A (ja) * | 2009-03-05 | 2010-09-16 | Seiko Epson Corp | 電気機械装置 |
| JP2011053501A (ja) * | 2009-09-03 | 2011-03-17 | Hitachi Metals Ltd | レンズ駆動装置 |
-
2001
- 2001-06-27 JP JP2001194091A patent/JP2003004485A/ja not_active Withdrawn
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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