JP2005223269A - Optical module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気信号と光信号の変換を行う光モジュールに関するものである。 The present invention relates to an optical module that converts electrical signals and optical signals.
図4には光モジュールの内部構成の一例が実線により簡略化されて示されている。光モジュール1はSFP(Small-Form-Pluggable)タイプのものであり、この光モジュール1は、光−電気変換素子2と、電気回路が形成されている回路基板3とを有して構成され、光−電気変換素子2と、回路基板3の電気回路とは電気的に接続されている状態でもって筐体4の内部に収容配置されている。
FIG. 4 shows an example of the internal configuration of the optical module simplified by a solid line. The
図5には光−電気変換素子2の内部構成の一例が実線により模式的に示されている。光−電気変換素子2は、光送信部6と、光受信部7と、フィルタ8と、パッケージケース9とを有して構成されている。光送信部6は、リード16を通って加えられた電気信号を例えば予め定められた波長λ1の光信号に変換して出力する構成を備えており、例えばレーザダイオード(LD)等を有している。光受信部7は、設定の波長λ2の光信号を受信したときに当該受信の光信号を電気信号に変換しリード17を通して出力する構成を備えており、例えばフォトダイオード(PD)等を有している。
In FIG. 5, an example of the internal configuration of the
パッケージケース9は、立方体状あるいは直方体状の形態と成し、互いに直交する隣り合う面の一方側9aに光送信部6が設けられ、他方側の面9bに光受信部7が設けられている。これにより、パッケージケース9の面9aから、光送信部6と電気的に接続する複数の光送信部側のリード16が突出形成され、また、パッケージケース9の面9bから、光受信部7と電気的に接続する複数の光受信部側のリード17が突出形成されている。
The
さらに、光送信部6が設けられている面に対向するパッケージケース9の面9cから、光ファイバを内蔵したフェルール10の先端部がパッケージケース9の内部に導入されている。このフェルール10の光ファイバと、光送信部6の光出力部と、光受信部7の光受光部とは、高さがほぼ揃えられて設けられている。
Furthermore, the front end portion of the
フィルタ8は、光送信部6が出力する波長λ1の光信号を透過させ、光受信部7が受光する波長λ2の光信号を反射させる性質を持つものであり、光送信部6が出射した波長λ1の光信号を透過してフェルール10の光ファイバに入射させ、光ファイバから出射された波長λ2の光信号を反射して光受信部7に受光させることができるように、フィルタ8が設けられている。
The filter 8 has the property of transmitting the optical signal having the wavelength λ1 output from the
このような光−電気変換素子2は、回路基板3の一端側に配置されて、当該光−電気変換素子2のリード16,17は、回路基板3の電気回路に電気的に接続されている。回路基板3の他端側には、回路基板3に設けられている電気回路の外部接続用の電極パッド18が形成されており、この電極パッド18が設けられている回路基板3の端部分は、光モジュール1を外部と電気的に接続させるためのエッジコネクタEと成している。
Such a
なお、図4中の符号11は、フェルール(光ファイバ)10を外部のフェルール(光ファイバ)とコネクタ接続させるための光コネクタを示している。
In addition, the code |
ところで、光送信部側のリード16および光受信部側のリード17の長さは短いことが好ましい。それというのは、リード16,17は、アンテナとして機能して、例えば、光送信部側のリード16を導通する電気信号に起因した電磁波が放射され、光受信部側のリード17がその電磁波を拾って当該リード17を導通する電気信号にノイズを発生させるというクロストークの問題を生じさせる。このクロストークの問題は、リード16,17の長さが長くなるにつれて大きくなるので、リード16,17は短い方が好ましい。
By the way, it is preferable that the lengths of the
しかしながら、SFPタイプの光モジュール1は、MSA(Multi-Source-Agreement)に基づいて作製されるものであり、そのMSAでは、エッジコネクタEの高さ(つまり、回路基板3の基板面)に対して予め定められた高さ分だけ光ファイバの光軸が高く配置される規格となっている。この規格のために、図4の示す構成では、リード16,17の長さは定まってしまって当該リード16,17を短くすることは難しかった。
However, the SFP type
本発明の目的は、回路基板面と、光ファイバの光軸の高さ位置との間隔が定まっている場合であっても、光−電気変換素子と、回路基板の電気回路とを電気的に接続するリードを短くできることを容易にする光モジュールを提供することにある。 The object of the present invention is to electrically connect the photoelectric conversion element and the electric circuit of the circuit board even when the distance between the circuit board surface and the height position of the optical axis of the optical fiber is fixed. An object of the present invention is to provide an optical module that facilitates shortening of leads to be connected.
上記目的を達成するために、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決するための手段としている。すなわち、この発明は、電気信号を光信号に変換して出力する光送信部と、光信号を受け当該光信号を電気信号に変換して出力する光受信部とを備えた光−電気変換素子と、電気回路が設けられている回路基板とを有し、光−電気変換素子は互いに直交する隣り合う面を有し、それら互いに直交する面のうちの一方側には、光送信部と電気的に導通する複数の光送信部側のリードが突出形成され、他方側の面には、光受信部と電気的に導通する複数の光受信部側のリードが突出形成されており、それら各リードがそれぞれ回路基板の電気回路に電気的に接続されている状態で、光−電気変換素子と回路基板が筐体内に収容配置されている構成を備えた光モジュールであって、回路基板には、光−電気変換素子配設用の切り欠き又は貫通孔が設けられており、光−電気変換素子は、前記光送信部側のリード突出形成面が回路基板面に対して垂直であり、かつ、前記光受信部側のリード突出形成面が回路基板面に対して斜め下向きに傾いている姿勢でもって、回路基板の光−電気変換素子配設用の切り欠き又は貫通孔に配置され、光−電気変換素子の一部は回路基板の裏面側に突き出ており、この光−電気変換素子の突き出し側の筐体の壁部には、その突き出た光−電気変換素子の一部が嵌まる光−電気変換素子位置決め固定用の凹部が設けられていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration as means for solving the above problems. That is, the present invention provides an optical-electrical conversion element including an optical transmission unit that converts an electrical signal into an optical signal and outputs the optical signal, and an optical reception unit that receives the optical signal and converts the optical signal into an electrical signal and outputs the electrical signal. And a circuit board on which an electric circuit is provided. The photoelectric conversion element has adjacent surfaces orthogonal to each other, and one of the surfaces orthogonal to each other has an optical transmitter and an electric circuit. A plurality of optical transmission unit side leads that are electrically conductive are projected and formed on the other surface, and a plurality of optical reception unit side leads that are electrically conductive with the optical reception unit are projected and formed. An optical module having a configuration in which a photoelectric conversion element and a circuit board are housed and arranged in a housing in a state where the leads are electrically connected to the electric circuit of the circuit board. , A notch or through-hole for installing the photoelectric conversion element is provided. In the photoelectric conversion element, the lead protrusion formation surface on the optical transmitter side is perpendicular to the circuit board surface, and the lead protrusion formation surface on the optical receiver side is perpendicular to the circuit board surface. In the position inclined obliquely downward, it is arranged in the notch or through hole for arranging the photoelectric conversion element on the circuit board, and a part of the photoelectric conversion element protrudes to the back side of the circuit board The wall portion of the housing on the protruding side of the photoelectric conversion element is provided with a concave portion for fixing the positioning of the photoelectric conversion element in which a part of the protruding photoelectric conversion element is fitted. It is a feature.
この発明によれば、光−電気変換素子は、光受信部側のリード突出形成面が回路基板面に対して斜め下向きに傾いている姿勢でもって、回路基板に配置されているので、光受信部側のリード突出形成面が回路基板面に対して垂直である場合に比べて、光受信部側のリードが突出している部分を回路基板に近付けることができ、これにより、光受信部側のリードの長さを短くすることができる。光受信部側のリードを流れている電気信号は、光送信部側のリードを流れている電気信号よりも格段に小さく微弱であることから、光受信部側のリードを流れる電気信号のSN比は悪化し易いが、この発明では、上記のように、光受信部側のリードを短くできるので、光受信部側のリードを流れる電気信号が受けるクロストークの悪影響は小さくなって、光受信部側のリードを流れる電気信号のクロストークに因るSN比の悪化を抑制することができる。 According to the present invention, the photoelectric conversion element is disposed on the circuit board with the lead projecting formation surface on the optical receiver side inclined obliquely downward with respect to the circuit board surface. Compared with the case where the lead protrusion forming surface on the part side is perpendicular to the circuit board surface, the part where the lead on the light receiving part side protrudes can be brought closer to the circuit board. The length of the lead can be shortened. Since the electric signal flowing through the lead on the optical receiver side is much smaller and weaker than the electric signal flowing through the lead on the optical transmitter side, the SN ratio of the electric signal flowing through the lead on the optical receiver side However, in the present invention, the lead on the optical receiver side can be shortened as described above, so that the adverse effect of crosstalk received by the electrical signal flowing through the lead on the optical receiver side is reduced, and the optical receiver It is possible to suppress the deterioration of the S / N ratio due to the crosstalk of the electric signal flowing through the side lead.
また、光−電気変換素子の光受信部側のリード突出形成面には、表面接続用のリードと、裏面接続用のリードとが設けられる構成とすることによって、例えば光受信部側の光−電気変換素子に突出形成されている全てのリードの長さを同様に短くすることが容易となる。 In addition, the lead-projection forming surface on the light receiving portion side of the photoelectric conversion element is provided with a front surface connecting lead and a back surface connecting lead, for example, a light receiving portion side light- Similarly, it is easy to shorten the lengths of all the leads protruding from the electrical conversion element.
この発明では、光送信部側のリード突出形成面から突出形成されている全てのリードを、光受信部側のリードのように短くすることは難しいが、光送信部側の複数のリードのうち、最もリード長の短いリードを、光信号変換用の電気信号が流れる信号導通用とすることによって、光信号変換用の電気信号に起因した電磁波の放射量を小さく抑えることができる。これにより、光送信部側のリードと、光受信部側のリードとの間のクロストークを抑制することができる。 In this invention, it is difficult to shorten all the leads protruding from the lead protrusion forming surface on the optical transmission unit side like the leads on the optical reception unit side, but among the plurality of leads on the optical transmission unit side By making the lead with the shortest lead length for signal conduction through which an electrical signal for optical signal conversion flows, the radiation amount of electromagnetic waves caused by the electrical signal for optical signal conversion can be kept small. Thereby, the crosstalk between the lead on the optical transmitter side and the lead on the optical receiver side can be suppressed.
また、光送信部側のリード突出形成面には、光送信部側のリードとして、上述したような信号導通用のリードが突出形成される他に、電源供給用のリードや、グランド接続用のリード等が突出形成される。それら複数のリードのうち、グランド接続用のリードが、最も、外部に与える悪影響や、外部から受ける悪影響が小さいので、複数の光送信部側のリードのうち、最もリード長が長いリードをグランド接続用とすることによって、リードの長さに起因した問題発生を防止し易くなる。 In addition to the above-mentioned lead for signal conduction as the lead on the optical transmitter side, the lead projecting surface on the optical transmitter side projects, as well as the lead for power supply and ground connection. Leads and the like are formed to protrude. Of these multiple leads, the lead for ground connection has the least adverse effect on the outside and the negative effect from the outside, so the lead with the longest lead length among the multiple optical transmitter side leads is connected to ground. This makes it easy to prevent problems caused by the length of the leads.
この発明では、光−電気変換素子の一部は回路基板の裏面側に突き出ており、その光−電気変換素子の突き出し側の筐体壁部には、光−電気変換素子配設用の凹部が設けられる構成であるので、光−電気変換素子の一部がその光−電気変換素子配設用の凹部に嵌って光−電気変換素子を筐体に位置決め固定することができる。 In this invention, a part of the photoelectric conversion element protrudes to the back side of the circuit board, and a concave portion for arranging the photoelectric conversion element is formed in the housing wall on the protruding side of the photoelectric conversion element. Therefore, a part of the photoelectric conversion element can be fitted into the recess for arranging the photoelectric conversion element so that the photoelectric conversion element can be positioned and fixed to the housing.
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施形態例の説明において、図4に示す光モジュールと同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description of the embodiment described below, the same components as those of the optical module shown in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and redundant description of the common portions is omitted.
図1(a)、(b)には、この実施形態例の光モジュールを構成する光−電気変換素子と回路基板が抜き出され当該光−電気変換素子と回路基板が接続された状態で示されている。なお、図1(a)は、エッジコネクタE側から光−電気変換素子2と回路基板3を見た場合の斜視図であり、図1(b)は、光コネクタ側から光−電気変換素子2と回路基板3を見た場合の斜視図である。
1A and 1B show a state in which the photoelectric conversion element and the circuit board constituting the optical module of this embodiment are extracted and the photoelectric conversion element and the circuit board are connected to each other. Has been. 1A is a perspective view of the optical-
回路基板3の一端側の端部にはエッジコネクタEが設けられ、回路基板3の他端側の端部には切り欠き12が設けられており、この切り欠き12に光−電気変換素子2が配設されている。つまり、切り欠き12は、光−電気変換素子配設用の切り欠きと成している。
An edge connector E is provided at one end of the
光−電気変換素子2は、互いに直交する隣り合うリード突出形成面9a,9bを有し、リード突出形成面9aは、光送信部側のリード16が突出形成された光送信部側のリード突出形成面と成し、リード突出形成面9bは、光受信部側のリード17が突出形成された光受信部側のリード突出形成面と成している。また、光−電気変換素子2には、リード突出形成面9aに対向する面9cからフェルール(光ファイバ)10が内部に導入されており、光ファイバの光軸は、光送信部側のリード突出形成面9aの中心部を通りリード突出形成面9aに垂直に配置されている。
The
この実施形態例では、回路基板3に対する光−電気変換素子2の配設の姿勢に最も特徴がある。つまり、図4に示す従来の構成では、光−電気変換素子2のリード突出形成面9a,9bの両方共に回路基板3の基板面3aに対して垂直となる姿勢でもって、光−電気変換素子2が配設されていた。図2(b)には、その状態をエッジコネクタE側からリード突出形成面9aを見た場合の正面図が模式的に表されている。
This embodiment is most characteristic in the posture of the arrangement of the
これに対して、この実施形態例では、光−電気変換素子2の光送信部側のリード突出形成面9aは回路基板面3aに対して垂直であるのに対して、光受信部側のリード突出形成面9bは回路基板面3aに対して斜め下向きに傾いている。
On the other hand, in this embodiment, the lead projecting
換言すれば、この実施形態例では、光−電気変換素子2は、光ファイバの光軸(この実施形態例では、図2(b)に示すような光送信部側のリード突出形成面9aの中心部Oを通りリード突出形成面9aに垂直な直線)を回転中心軸として、図2(b)に示すような姿勢から、リード突出形成面9b側に倒すような向きで回転させて、図2(a)に示すような姿勢となっている。この実施形態例では、図2(b)に示すような光−電気変換素子2の姿勢に対する図2(a)に示す光−電気変換素子2の傾き角度θは、約30°となっている。
In other words, in this embodiment example, the
このように光−電気変換素子2の光受信部側のリード突出形成面9bを回路基板面に対して斜め下向きに傾けた姿勢でもって光−電気変換素子2を回路基板3の切り欠き12に配設することによって、光受信部側のリード突出形成面9bが回路基板面3aに対して垂直である場合に比べて、光受信部側のリード突出形成面9bは回路基板面3aに近付いて、光受信部側のリード17を短くすることが容易となる。
In this manner, the
この実施形態例では、光受信部側のリード突出形成面9bから4本のリード17がマトリクス状に突出形成されており、上側の2本のリード17は、回路基板3の表面に形成されている電気回路接続用の電極パッド(図示せず)に例えばはんだ等の接合材料により接合されて、表面接続用のリードと成している。また、下側の2本のリード17は、回路基板3の裏面に形成されている電気回路接続用の電極パッド(図示せず)に例えばはんだ等の接合材料により接合されて、裏面接続用のリードと成している。つまり、この実施形態例では、表面接続用のリード17と、裏面接続用のリード17とは、回路基板3を表裏両側から挟み込むような態様でもって配置されて、回路基板3に接合されている。
In this embodiment, four leads 17 are formed in a matrix from the lead
この実施形態例では、2本の表面接続用のリード17と、2本の裏面接続用のリード17とのうち、リード長が短い方の2本のリード17が、差動信号(電気信号)を導通させる信号導通用のリードと成している。これにより、差動信号のノイズを低減することができる。つまり、差動信号が導通するリード17の長さを短くできることにより、差動信号の導通経路により形成されるループ内の面積(ループ面積)を小さくすることができる。光送信部側のリード16を流れる電気信号の磁束がそのループ内を横切ることにより、光受信部側のリード17の差動信号にノイズが乗るので、差動信号が導通するリード17の長さを短くして、差動信号の導通経路によるループの面積を小さくできることによって、光送信部側のリード16の電気信号に起因した光受信部側のリード17の差動信号のノイズを低減することができる。
In this embodiment, the two leads 17 having the shorter lead length out of the two front surface connecting leads 17 and the two back surface connecting leads 17 are differential signals (electrical signals). This is a lead for signal conduction that conducts. Thereby, the noise of a differential signal can be reduced. That is, by reducing the length of the
また、光送信部側のリード16を通って光送信部6に供給されて光信号に変換される光信号変換用の電気信号と、光受信部7で光信号から電気信号に変換された後の光受信部側のリード17を通る光信号変換後の電気信号とのうち、光信号変換後の電気信号は、光信号変換用の電気信号に比べて、格段に小さく微弱であり、クロストークの影響を受け易いものである。この実施形態例では、光送信部側のリード16と、光受信部側のリード17とのうち、クロストークの悪影響を受け易い方の光受信部側のリード17を短くする構成であり、これにより、光受信部側のリード17を通る光信号変換後の電気信号のクロストークに起因したSN比悪化を効果的に抑制できる。
In addition, an electrical signal for optical signal conversion that is supplied to the
この実施形態例では、光−電気変換素子2の光送信部側のリード突出形成面9aには、図2(a)のA〜D位置のそれぞれから、光送信部側のリード16が突出形成されている。つまり、この実施形態例では、4本の光送信部側のリード16は、それぞれ、回路基板面3aに対する高さが互いに異なる位置から突出形成されている。4本の光送信部側のリード16のうちの2本は、差動信号(つまり、光信号変換用の電気信号)が導通するリードであり、他の1本はグランド接続用のリードであり、残りの1本は電源供給用のリードである。それらリードのうち、光送信部側のリード16と光受信部側のリード17との間のクロストークに関与するリードは、電気信号導通用のリードであることを考慮して、この実施形態例では、リード長が短い方の2本のリード17(つまり、図2(a)のC,Dの各位置からそれぞれ突出形成されている2本のリード17)が、電気信号導通用のリードと成している。つまり、リード長の短い方のリード17を電気信号導通用のリードとすることにより、光受信部側のリード17から光信号変換用の電気信号に起因した電磁波の放射量を抑制することができ、これにより、光送信部側のリード16と光受信部側のリード17との間のクロストークを抑制できる。
In this embodiment, the
また、4本の光受信部側のリード17のうち、リード長の長さの悪影響を受け難いリードは、グランド接続用のリードであることから、この実施形態例では、4本の光受信部側のリード17のうちの最もリード長が長いリード(つまり、図2(a)のB位置から突出形成されているリード)がグランド接続用のリードと成している。
In addition, among the four optical receiver side leads 17, the lead that is not easily affected by the length of the lead length is a lead for ground connection. Therefore, in this embodiment, the four optical receiver units are used. Of the
この実施形態例では、回路基板面3aに対して光−電気変換素子2を傾けて回路基板3の切り欠き12に配置することにより、図2(a)に示されるように、光−電気変換素子2の一部が、回路基板3の裏面側に突出形成されている。具体的には、光−電気変換素子2の光受信部側のリード突出形成面9bと、底面9dとから成る角部(稜線部)Kが回路基板3の裏面側に突出形成されている。図3には、光−電気変換素子2と回路基板3が収容配置される筐体4の一部分が模式的に示されている。この筐体4には、光−電気変換素子2の突き出し側の筐体壁部に、光−電気変換素子2の突き出た角部Kが嵌まる凹部(窪み部)14が形成されている。この凹部14に、光−電気変換素子2の突き出た角部Kが嵌ることにより、光−電気変換素子2は位置決め固定されて筐体4に支持される。つまり、凹部14は、光−電気変換素子位置決め固定用の凹部と成している。
In this embodiment, the
従来には、リード16,17だけで、光−電気変換素子2を回路基板3に支持している場合があり、この場合には、リード16,17の根元部分に大きな力が加わって、リード16,17の根元部分やその周辺の部分が損傷する虞があった。これに対して、この実施形態例では、光−電気変換素子2全体が筐体4に支持される構成となるので、リード16,17の根元部分に大きな力が加えられることを回避することができて、リード16,17の根元部分やその周辺部分の損傷を防止することができる。
Conventionally, the
なお、この発明はこの実施形態例に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、この実施形態例では、回路基板3には、光−電気変換素子配設用切り欠き12が設けられていたが、その切り欠き12に代えて、回路基板3の表面から裏面に貫通する光−電気変換素子配設用の貫通孔を設けてもよい。
In addition, this invention is not limited to this embodiment, Various embodiments can be taken. For example, in this embodiment, the
また、この実施形態例では、光−電気変換素子2のリード突出形成面9a,9bには、それぞれ、4本ずつリード16,17が突出形成されていたが、リード突出形成面9a,9bから突出形成されるリードの本数は、光送信部6や光受信部7の内部構成により設定されるものであり、それらリード突出形成面9a,9bからそれぞれ突出形成されるリードの本数は4本に限定されるものではない。また、光送信部側のリード突出形成面9aに突出形成されるリード16の本数と、光受信部側のリード突出形成面9bに突出形成されるリード17の本数とは同じとは限らず、互いに異なる場合もある。
Further, in this embodiment, four leads 16 and 17 are formed on the lead
さらに、この実施形態例では、光−電気変換素子2の傾き角度θは約30°であったが、光−電気変換素子2の傾き角度θは30°に限定されるものではなく、切り欠き12の大きさや、回路基板3の裏面と筐体4との間の間隔等を考慮して、適宜設定してよいものである。
Further, in this embodiment, the inclination angle θ of the
さらに、この実施形態例では、光−電気変換素子2の光受信部側の2本のリード17は表面接続用のリードと成し、別の2本のリード17は裏面接続用のリードと成していたが、回路基板面3aに対する光−電気変換素子2の傾き角度や、リード突出形成面9bに設けられるリード17の本数等の様々な条件によっては、光受信部側のリード17の全てが表面接続用のリードと成していてもよいし、また、光受信部側のリード17の全てが裏面接続用のリードと成していてもよく、リード17と回路基板との接続構成は特に限定されるものではない。
Further, in this embodiment, the two leads 17 on the light receiving portion side of the
さらに、この実施形態例では、光モジュール1は、SFPタイプの光モジュールであり、MSAに基づいて作製されるものであったが、本発明は、光送信部および光受信部を備えた光−電気変換素子と、これに電気的に接続する回路基板とを有する光モジュールであれば、SFPタイプ以外の光モジュールにも適用することができるものである。この発明では、回路基板の裏面側に光−電気変換素子の一部が突き出ており、光−電気変換素子は、その突出部分が筐体に設けられた光−電気変換素子配設用の凹部に嵌って筐体に支持される構成である。この構成により、例えば設計変更によって光ファイバの光軸と回路基板面との間の間隔が変更になった場合に、従来では光−電気変換素子は回路基板に支持されていたので、光−電気変換素子のリードの長さを全て変更し、また、光−電気変換素子の支持部も変更する等の大幅な変更が伴い、設計が面倒であった。この発明では、光−電気変換素子の回転角度を変えるだけなので光−電気変換素子のリードの長さの変更は最小限で済み、筐体側の凹部も僅かに移動させるだけで対応でき、設計変更に迅速に対応することができる。
Further, in this embodiment example, the
1 光モジュール
2 光−電気変換素子
3 回路基板
4 筐体
6 光送信部
7 光受信部
12 切り欠き
14 光−電気変換素子配設用の凹部
16 光送信部側のリード
17 光受信部側のリード
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JP2008283103A (en) * | 2007-05-14 | 2008-11-20 | Nippon Antenna Co Ltd | Photoelectric converter |
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