JP2019159077A - 光変調器 - Google Patents
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Abstract
【課題】光変調器を小型化する。【解決手段】主信号光とモニタ光を出力するIQ変調器11,12を備える基板10と、IQ変調器11からの主信号光の光路上に設けられた半波長板50と、半波長板50を透過したIQ変調器11からの主信号光とIQ変調器12からの主信号光とを偏波合成する偏波合波器300と、IQ変調器11,12からの2つのモニタ光をそれぞれ受光する受光素子41,42と、を備え、偏波合波器300は、2つのモニタ光を反射して、2つのモニタ光を受光素子41,42のそれぞれに導光する反射面302を備える。【選択図】図3
Description
本発明は、光信号を伝送するために用いる光変調器に関し、特に異なる複数の変調光を偏波合成して出力することができる光変調器に関する。
光ネットワークの伝送容量を向上させるため、複数の変調光を偏波合成して伝送する偏波多重方式や、1シンボルで複数ビットに相当するデータを伝送する多値変調方式といった、様々な技術が開発されている。偏波多重方式と多値変調方式を組合せた方式の1つに、偏波多重−四値位相偏移(Polarization Division Multiplexed - Quadrature Phase Shift Keying:PDM−QPSK)方式がある。
図1は、特許文献1に開示されている、PDM−QPSK方式に対応した従来の光変調器の構成例を説明する図である。図1の従来の光変調器1は、1つの入力ポートと4つの出力ポートとを有する基板10、4つの出力ポートに対応する4つの光学レンズ21〜24、2つの受光素子41,42、半波長板50および偏波合波器30とを有する。
基板10は、入力ポートに接続された1入力2出力の分波器17と、分波器17の出力のそれぞれに接続された2つのIQ変調器(直交変調器)11,12を有する。IQ変調器11,12のそれぞれは、Iチャネル用のマッハツェンダ(Mach-Zehnder:MZ)変調器13及びQチャネル用のMZ変調器14が並列に集積されたものである。MZ変調器13,14それぞれの出力に調整用電極15と2入力2出力の合波器16が接続される。IQ変調器11,12それぞれの合波器16の出力は4つの出力ポートに接続される。
入力ポートから入力したTE波は分波器17により分岐され、IQ変調器11,12のそれぞれで変調される。IQ変調器11から出力された光のうちの主信号光は、光学レンズ22を介し、半波長板50においてTE波からTM波に変換されて、偏波合波器30に入射される。IQ変調器11から出力された光のうちの主信号光の逆相成分のモニタ光は、主信号光の出力強度をモニタするために、光学レンズ21を介して受光素子41に入力される。IQ変調器12からの主信号光は、光学レンズ23を介し、TE波のまま偏波合波器30に入射される。IQ変調器12から出力された光のうちの主信号光の逆相成分のモニタ光は、主信号光の出力強度をモニタするために、光学レンズ24を介して受光素子42に入力される。各IQ変調器11,12からの2つの主信号光は、偏波合波器30において偏波多重合成される。
基板10の材料としては、これまで、大きな電気光学効果を有する酸化物結晶であるニオブ酸リチウム(LiNbO3、LNとも言う。)が用いられていた。近年では、光変調器の小型化、低消費電力化を実現するため、基板10の材料にリン化インジウム(InP)などの化合物半導体を用いた光変調器が注目されている。
光変調器を小型化しようとする場合、基板10のサイズも小型化する必要がある。基板10の小型化に伴い、基板10における隣接する出力ポート間隔も狭められる。その結果、基板10から出力された4つの出力光(2つの主信号光および2つのモニタ光)を受光するデバイス(半波長板50、偏波合波器30および受光素子41,42)の配置、特に基板10における出力ポートの配列と平行な方向(以下、この方向を「基板幅方向」と言う。)における配置に制限が生じる。
光変調器を製造する際、これらデバイスをハンドリングして実装するためには、デバイス自身にある程度のサイズが必要となる。そのため、図1に示したように偏波合波器30および受光素子41,42を基板幅方向に直列に配置することが困難になる。実際には、図2に示したように、偏波合波器30と受光素子41,42とを、基板10から出力光が出射される方向(以下、この方向を「基板長さ方向」と言う。)にオフセットさせて配置させる必要がある。そうすると、光変調器は基板長さ方向に拡張せざるを得なくなるため、光変調器の小型化を妨げていた。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、光変調器を小型化することを目的とする。
本発明に係る光変調器は、第1変調光及び前記第1変調光の出力強度をモニタするための第1モニタ光を出力する第1光変調部と、第2変調光及び前記第2変調光の出力強度をモニタするための第2モニタ光を出力する第2光変調部とを備える光変調器基板と、前記第1変調光の光路上に設けられた偏光素子と、前記偏光素子を透過した前記第1変調光と前記第2変調光とを偏波合成する偏波合波器と、前記第1モニタ光を受光する第1受光素子と、前記第2モニタ光を受光する第2受光素子と、を備え、前記偏波合波器は、前記第1モニタ光及び前記第2モニタ光を反射して、前記第1モニタ光を前記第1受光素子へ導光し、前記第2モニタ光を前記第2受光素子へ導光する反射部を備えることを特徴とする。
本発明に係る光変調器は、光変調基板から出力される2つの第1、第2モニタ光の光路が、偏波合波器に設けた反射面で偏向されるように構成される。この構成により、第1、第2モニタ光を受光する第1、第2受光素子の配置位置を比較的自由に決められるので、光変調器を基板長さ方向に拡張ないし延伸させる必要がなくなり、光変調器を小型化することができる。
(第1の実施形態)
図3は、第1の実施形態に係る光変調器100の構成例を説明する図である。第1の実施形態の光変調器100は、図1の従来の光変調器1と比べて、偏波合波器300の構成が異なる。
図3は、第1の実施形態に係る光変調器100の構成例を説明する図である。第1の実施形態の光変調器100は、図1の従来の光変調器1と比べて、偏波合波器300の構成が異なる。
第1の実施形態の光変調器100は、1つの入力ポートと4つの出力ポートとを有する基板10、4つの出力ポートに対応する4つの光学レンズ21〜24、2つの受光素子41,42、半波長板50および偏波合波器300を有する。
基板10は、入力ポートに接続された1入力2出力の分波器17と、分波器17の出力のそれぞれに接続された2つのIQ変調器11,12を有する。IQ変調器11,12のそれぞれは、Iチャネル用のMZ変調器13及びQチャネル用のMZ変調器14が並列に集積されたものである。MZ変調器13,14それぞれの出力に調整用電極15と2入力2出力の合波器16が接続される。IQ変調器11,12それぞれの合波器16の出力は4つの出力ポートに接続される。図3の構成例の基板10は、図1の従来の光変調器1と同じである。
入力ポートから入力した直線偏光の光信号(TE波)は分波器17により分岐され、IQ変調器11,12のそれぞれで変調されて、中央の隣り合う2つの出力ポートのそれぞれからIQ変調器11,12それぞれの主信号光が出力され、外側の2つの出力ポートのそれぞれからIQ変調器11,12それぞれのモニタ光が出力される。モニタ光は主信号光の出力強度をモニタするための光信号である。2つの主信号光および2つのモニタ光は、光学レンズ21〜24を介して偏波合波器300に入射される。図3の構成例では、光学レンズ21,24により、2つのモニタ光の光路を基板幅方向に偏向させてから偏波合波器300に入射させている。
偏波合波器300は、2つの主信号光および2つのモニタ光のすべてが入射される入射面301、少なくとも2つのモニタ光をともに反射するように構成された反射面302、TM波を反射し、TE波を透過させる偏波合成面303、偏波合成されたTM波およびTE波が出射される出射面304を備える。偏波合成面303は、ガラス基材の一の面に形成された誘電体多層膜を用いるようにしてもよい。
偏波合波器300の入射面301の一部には、IQ変調器11からの主信号光のみが透過する位置に半波長板50が配置される。なお、図3の構成例では、半波長板50は偏波合波器300と接して配置されているが、必ずしもこの配置に限定されるものではない。半波長板50は偏波合波器300とは間隙を設けて配置するようにしてもよい。また、IQ変調器12からの主信号光のみが透過する位置に半波長板50を配置してもよい。
図3の構成例では、IQ変調器11からの主信号光(TE波)は、半波長板50を透過してTM波に偏光された後、偏波合波器300に入射される。一方、IQ変調器12からの主信号光(TE波)は、半波長板50を透過することなく、TE波のまま偏波合波器300に入射される。必要に応じてTE波とTM波との間の光路長差を補償するための媒質を配置してもよい。この場合、媒質は、半波長板50と同様に偏波合波器300と接して配置してもよく、間隙を設けて配置してもよい。
偏波合波器300に入射したIQ変調器11の主信号光(TM波)は、反射面302および偏波合成面303で反射される。偏波合波器300に入射したIQ変調器12の主信号光(TE波)は、偏波合成面303を透過し、IQ変調器11の主信号光(TM波)と偏波合成される。偏波合成された2つの主信号光(TM波+TE波)は、出射面304から出射される。
IQ変調器11,12のそれぞれから出力された2つのモニタ光は、反射面302で反射され、受光素子41,42で受光される。両モニタ光はTE波であるため、偏波合成面303を透過する。受光素子41,42は、偏波合波器300から基板幅方向に向かった位置に配置される。
偏波合波器300は、例えば、以下のようにして製造することができる。三角柱あるいは五角柱(図3の例では五角柱)の形状を有するBK−7などのガラス基材を2つ用意する。一方のガラス基材の一の面に、偏波合成面303となる誘電体多層膜を形成する。一方のガラス基材の誘電体多層膜を形成した面と、他方のガラス基材の一の面とを接合し、2つのガラス基材を組合せたときの形状が四角柱となる接合ガラス基材を作製する。接合ガラス基材の一部を研磨等により切削し、接合ガラス基材に反射面302を形成する。ガラス基材及び接合ガラス基材のサイズ、反射面302及び偏波合成面303の角度は、2つの主信号光が適切に偏波合成されるよう、かつ、2つのモニタ光が受光素子41,42にそれぞれ受光されるよう、適切な設計を施せばよい。
以上説明したように、本実施形態によれば、IQ変調器11,12それぞれからのモニタ光を、偏波合波器300に設けた反射面302で反射させることにより、受光素子41,42を偏波合波器300から基板幅方向に向かった位置に配置でき、光変調器100を基板長さ方向に拡張ないし延伸させる必要がなくなるため、光変調器を小型化することができるようになる。
受光素子41, 42を、偏波合波器300から基板幅方向に向かった位置に配置した場合、光変調器100のサイズが基板幅方向に広がる可能性がある。しかし、受光素子41,42の受光面に垂直な方向の厚さ(図3では図面上下方向)は、一般的に受光面のサイズに比べて小さいため、受光素子41, 42を図3に記載の位置に配置したとしても、基板幅方向へのサイズ拡張に寄与しない。また、光変調器100は、基板10から基板幅方向に向かった位置に、IQ変調器11,12が有する各電極に電気信号(データ信号、バイアス電圧)を印加するための配線基板(不図示)を配置するスペースを確保する必要がある。したがって、受光素子41,42を図3に記載の位置に配置したとしても、基板幅方向へのサイズ拡張をもたらすことはない。
なお、基板10の入力ポートからTE波を入力する例で説明したが、入力ポートからTM波を入力してもよい。
(第1の実施形態の変形例1)
図4は、第1の実施形態の変形例1に係る光変調器の構成例を説明する図である。図4の光変調器110は、図3の光変調器100と比べて、主信号光およびモニタ光の出力ポートの位置が異なる。図3の光変調器100は、IQ変調器11の主信号光とIQ変調器12の主信号光とが隣り合って出力されるように構成されていた。図3の光変調器100では、1つの反射面302で2つのモニタ光を反射させようとすると、モニタ光のうち少なくとも一方の光路は、基板10から出射した後、基板幅方向に偏向させてから偏波合波器300に入射させる必要がある。
図4は、第1の実施形態の変形例1に係る光変調器の構成例を説明する図である。図4の光変調器110は、図3の光変調器100と比べて、主信号光およびモニタ光の出力ポートの位置が異なる。図3の光変調器100は、IQ変調器11の主信号光とIQ変調器12の主信号光とが隣り合って出力されるように構成されていた。図3の光変調器100では、1つの反射面302で2つのモニタ光を反射させようとすると、モニタ光のうち少なくとも一方の光路は、基板10から出射した後、基板幅方向に偏向させてから偏波合波器300に入射させる必要がある。
図4の光変調器110は、IQ変調器11のモニタ光とIQ変調器12のモニタ光とが隣り合う出力ポートから出力されるように構成される。このような構成にすることで、光変調器110から出力される2つの主信号光および2つのモニタ光のいずれもが、基板10から出射された方向と同じ方向(すなわち、基板長さ方向)に進行して偏波合波器310に入射するよう、光軸を設定することができる。
偏波合波器310は、図3の偏波合波器300と同様に、2つの主信号光および2つのモニタ光のすべてが入射される入射面311、少なくとも2つのモニタ光をともに反射するように構成された反射面312、TM波を反射し、TE波を透過させる偏波合成面313、偏波合成されたTM波およびTE波が出射される出射面314を備える。偏波合波器310の入射面311の一部には、IQ変調器11あるいはIQ変調器12のどちらか一方の主信号光のみを透過するように半波長板50が配置される。
(第1の実施形態の変形例2)
図5は、第1の実施形態の変形例2に係る光変調器の構成例を説明する図である。図3,4の光変調器100,110は、2つのガラス基材を組み合わせて偏波合成面303,313を形成した偏波合波器300,310を用いていた。図5の光変調器120は、図3,4の光変調器100,110と比べて、偏波合波器320が複屈折性を有する結晶を基材として用いた点で異なる。
図5は、第1の実施形態の変形例2に係る光変調器の構成例を説明する図である。図3,4の光変調器100,110は、2つのガラス基材を組み合わせて偏波合成面303,313を形成した偏波合波器300,310を用いていた。図5の光変調器120は、図3,4の光変調器100,110と比べて、偏波合波器320が複屈折性を有する結晶を基材として用いた点で異なる。
偏波合波器320は、2つの主信号光および2つのモニタ光のすべてが入射される入射面321、2つのモニタ光をともに反射するように構成された反射面322、偏波合成されたTM波およびTE波が出射される出射面324を備える。偏波合波器320は、複屈折性を有する結晶、例えばYVO4(イットリウム・四酸化バナジウム)を基材として用い、基材の一部を研磨等により切削して作製される。
偏波合波器320の入射面321の一部には、IQ変調器11あるいはIQ変調器12のどちらか一方の主信号光のみが透過する位置に半波長板50が配置される。
図5の構成例では、IQ変調器12からの主信号光(TE波)は、半波長板50を透過してTM波に偏光された後、偏波合波器320に入射する。一方、IQ変調器11からの主信号光(TE波)は、半波長板50を透過することなく、TE波のまま偏波合波器320に入射する。
偏波合波器320に入射したIQ変調器12の主信号光(TM波)およびIQ変調器11の主信号光(TE波)は偏波合波器320の基材中を伝搬するが、偏波合波器320の基材は複屈折性を有するため、TM波とTE波とで基材中での伝搬角度が異なる。偏波合波器320への2つの主信号光の入射角度および偏波合波器320の基材の長さを適切に設計することで、IQ変調器12の主信号光(TM波)とIQ変調器11の主信号光(TE波)は、偏波合波器320の出射面324で偏波合成される。偏波合成された2つの主信号光(TM波+TE波)は、出射面324から出射される。
IQ変調器11,12それぞれからの2つのモニタ光は、反射面322で反射され、受光素子41,42のそれぞれで受光される。
なお、図5の光変調器120は、IQ変調器12からの主信号光のみが半波長板50を透過するように構成されていたが、これに限定するものではない。例えば、半波長板50は、IQ変調器12からの主信号光とモニタ光の双方を透過する構成であってもよい。あるいは、半波長板50は、IQ変調器12からの主信号光とモニタ光の双方を透過し、かつ、IQ変調器11からのモニタ光を透過する構成であってもよい。なお、2つの受光素子41,42における受信感度の均一性を考慮すると、2つのモニタ光は同じ偏波状態で受光素子41,42に受光される構成が望ましい。すなわち、図5のように2つのモニタ光のいずれも半波長板50を透過しない構成とするか、あるいは、2つのモニタ光のいずれも半波長板50を透過する構成とすることが望ましい。
(第2の実施形態)
図6は、第2の実施形態に係る光変調器の構成例を説明する図である。図6の光変調器130は、図5の光変調器120とは、偏波合波器330の反射面332の構成が異なる。具体的には、図6の偏波合波器330は、基板長さ方向に対する反射面の角度がそれぞれ異なる第1反射面332−1と第2反射面332−2を有する。
図6は、第2の実施形態に係る光変調器の構成例を説明する図である。図6の光変調器130は、図5の光変調器120とは、偏波合波器330の反射面332の構成が異なる。具体的には、図6の偏波合波器330は、基板長さ方向に対する反射面の角度がそれぞれ異なる第1反射面332−1と第2反射面332−2を有する。
偏波合波器330は、2つの主信号光および2つのモニタ光のすべてが入射される入射面331、IQ変調器11から出力されたモニタ光を反射するように構成された第1反射面332−1、IQ変調器12から出力されたモニタ光を反射するように構成された第2反射面332−2、偏波合成されたTM波およびTE波が出射される出射面334を備える。偏波合波器330は、複屈折性を有する結晶を基材として用い、基材の一部を研磨等により切削して作製される。
偏波合波器330の入射面331の一部には、IQ変調器11あるいはIQ変調器12のどちらか一方の主信号光のみが透過する位置に半波長板50が配置される。
図6の構成例では、IQ変調器12からの主信号光(TE波)は、半波長板50を透過してTM波に偏光された後、偏波合波器330に入射する。一方、IQ変調器11からの主信号光(TE波)は、半波長板50を透過することなく、TE波のまま偏波合波器330に入射する。
偏波合波器330に入射したIQ変調器12の主信号光(TM波)およびIQ変調器11の主信号光(TE波)は、図5の偏波合波器320と同様に、偏波合波器330において偏波合成され、偏波合成された2つの主信号光(TM波+TE波)は、出射面334から出射される。
IQ変調器11からのモニタ光は、第1反射面332−1で反射され、受光素子41で受光される。IQ変調器12からのモニタ光は、第2反射面332−2で反射され、受光素子42で受光される。
図6の偏波合波器330は、第1反射面332−1と第2反射面332−2とが接するように構成されているが、これに限定するものではなく、第1反射面332−1と第2反射面332−2とが離間して設けられた構成であってもよい。
なお、図6の偏波合波器330は、その断面形状が略凸型となるよう第1反射面332−1と第2反射面332−2が設けられた構成とされているが、図7の別の偏波合波器330に示すように、その断面形状が略凹型となるよう第1反射面332−1と第2反射面332−2を設けるようにしてもよい。
以上説明したように、本実施形態によれば、角度が異なる第1反射面332−1および第2反射面332−2を有する偏波合波器330を用いることにより、2つのモニタ光の反射角度をそれぞれ独立して設定できるようになるため、受光素子41,42の配置に対する自由度を増加させることができる。
また、第1反射面332−1および第2反射面332−2を適切に設定することにより、2つのモニタ光の偏波合波器330からの出射位置をより離間させることができるようになるため、IQ変調器11のモニタ光の受光素子42への漏れ込みおよびIQ変調器12のモニタ光の受光素子41への漏れ込みを抑制できるようになる。
(第3の実施形態)
図8は、第3の実施形態に係る光変調器の構成例を説明する図である。図8の光変調器140は、図6の光変調器130とは、反射面が曲面である点で異なる。
図8は、第3の実施形態に係る光変調器の構成例を説明する図である。図8の光変調器140は、図6の光変調器130とは、反射面が曲面である点で異なる。
偏波合波器340は、2つの主信号光および2つのモニタ光のすべてが入射される入射面341、2つのモニタ光をともに反射するように構成された反射曲面342、偏波合成されたTM波およびTE波が出射される出射面344を備える。偏波合波器340は、複屈折性を有する結晶を基材として用い、基材の一部を研磨等により切削して作製される。
偏波合波器340の入射面341の一部には、IQ変調器11あるはIQ変調器12のどちらか一方の主信号光のみを透過する位置に半波長板50が配置される。
図8の構成例では、IQ変調器12からの主信号光(TE波)は、半波長板50を透過してTM波に偏光された後、偏波合波器340に入射する。一方、IQ変調器11からの主信号光(TE波)は、半波長板50を透過することなく、TE波のまま偏波合波器340に入射する。
偏波合波器340に入射したIQ変調器12の主信号光(TM波)およびIQ変調器11の主信号光(TE波)は、図5の偏波合波器320と同様に、偏波合波器340において偏波合成され、偏波合成された2つの信号光(TM波+TE波)は、出射面344から出射される。
IQ変調器11,12それぞれからの2つのモニタ光は、反射曲面342で反射され、受光素子41,42で受光される。
図8の偏波合波器340は、その断面形状が略凸型となるよう反射曲面342が設けられた構成とされているが、その断面形状が略凹型となるよう反射曲面342を設けるようにしてもよい。また、偏波合波器340の反射曲面342は、単一の曲率半径を持つ反射面である必要はない。例えば、IQ変調器11のモニタ光を反射する面とIQ変調器12のモニタ光を反射する面とで曲率半径が異なるような構成としてもよい。
以上説明したように、本実施形態によれば、反射曲面342の曲率半径を適宜設計することで、第2の実施形態と同様に、受光素子41,42の配置に対する自由度を増加させることができる。また、受光素子41,42への意図しない光の漏れ込みを抑制することができる。
1,100,110,120,130,140…光変調器
10…基板
11,12…IQ変調器
13,14…MZ変調器
15…調整用電極
16…合波器
17…分波器
21〜24…光学レンズ
30,300,310,320,330,340…偏波合波器
301,311,321,331,341…入射面
302,312,322,332…反射面
332−1…第1反射面
332−2…第2反射面
342…反射曲面
303,313…偏波合成面
304,314,324,334,344…出射面
41,42…受光素子
50…半波長板
10…基板
11,12…IQ変調器
13,14…MZ変調器
15…調整用電極
16…合波器
17…分波器
21〜24…光学レンズ
30,300,310,320,330,340…偏波合波器
301,311,321,331,341…入射面
302,312,322,332…反射面
332−1…第1反射面
332−2…第2反射面
342…反射曲面
303,313…偏波合成面
304,314,324,334,344…出射面
41,42…受光素子
50…半波長板
Claims (5)
- 第1変調光及び前記第1変調光の出力強度をモニタするための第1モニタ光を出力する第1光変調部と、第2変調光及び前記第2変調光の出力強度をモニタするための第2モニタ光を出力する第2光変調部とを備える光変調器基板と、
前記第1変調光の光路上に設けられた偏光素子と、
前記偏光素子を透過した前記第1変調光と前記第2変調光とを偏波合成する偏波合波器と、
前記第1モニタ光を受光する第1受光素子と、
前記第2モニタ光を受光する第2受光素子と、を備え、
前記偏波合波器は、前記第1モニタ光及び前記第2モニタ光を反射して、前記第1モニタ光を前記第1受光素子へ導光し、前記第2モニタ光を前記第2受光素子へ導光する反射部を備えることを特徴とする光変調器。 - 前記反射部は、反射面の角度がそれぞれ異なる第1反射面及び第2反射面を備えることを特徴とする請求項1に記載の光変調器。
- 前記反射部は、反射面の少なくとも一部が曲面であることを特徴とする請求項1に記載の光変調器。
- 前記偏光素子は、前記第1モニタ光と前記第2モニタ光の光路上に設けられていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光変調器。
- 前記偏波合波器は、複屈折性を有する結晶を材料としてなることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光変調器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018045117A JP2019159077A (ja) | 2018-03-13 | 2018-03-13 | 光変調器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018045117A JP2019159077A (ja) | 2018-03-13 | 2018-03-13 | 光変調器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019159077A true JP2019159077A (ja) | 2019-09-19 |
Family
ID=67996155
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2018045117A Pending JP2019159077A (ja) | 2018-03-13 | 2018-03-13 | 光変調器 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2019159077A (ja) |
-
2018
- 2018-03-13 JP JP2018045117A patent/JP2019159077A/ja active Pending
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