JP2514482B2 - 光ファイバジャイロ - Google Patents
光ファイバジャイロInfo
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- JP2514482B2 JP2514482B2 JP3158768A JP15876891A JP2514482B2 JP 2514482 B2 JP2514482 B2 JP 2514482B2 JP 3158768 A JP3158768 A JP 3158768A JP 15876891 A JP15876891 A JP 15876891A JP 2514482 B2 JP2514482 B2 JP 2514482B2
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- JP
- Japan
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- optical fiber
- polarization
- light
- coil
- maintaining
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は光ファイバコイルに右
回り光と左回り光とを伝播させ、これら右回り光と左回
り光との位相差を検出して光ファイバコイルに印加され
るその中心回りの角速度を検出する光ファイバジャイロ
に関する。
回り光と左回り光とを伝播させ、これら右回り光と左回
り光との位相差を検出して光ファイバコイルに印加され
るその中心回りの角速度を検出する光ファイバジャイロ
に関する。
【０００２】
【従来の技術】図２に従来の光ファイバジャイロを示
す。光源１１からの光は光ファイバカプラなどの光分岐
器１２を通り、更に偏光子１３を通って所定の偏光方向
の成分のみが取り出され、その偏光子１３からの光は光
ファイバカプラなどの光分岐器１４で２分配され、その
一方の光はデポラライザ（偏光解消器）１５を介してシ
ングルモード光ファイバコイル１６の一端に右回り光と
して入射され、他方の光は光位相変調器１７を通って光
ファイバコイル１６の他端に左回り光として入射され
る。
す。光源１１からの光は光ファイバカプラなどの光分岐
器１２を通り、更に偏光子１３を通って所定の偏光方向
の成分のみが取り出され、その偏光子１３からの光は光
ファイバカプラなどの光分岐器１４で２分配され、その
一方の光はデポラライザ（偏光解消器）１５を介してシ
ングルモード光ファイバコイル１６の一端に右回り光と
して入射され、他方の光は光位相変調器１７を通って光
ファイバコイル１６の他端に左回り光として入射され
る。
【０００３】光ファイバコイル１６を伝播した右回り光
と左回り光とは光分岐器１４に戻って合成されて干渉
し、その干渉光は偏光子１３で所定の偏光方向の成分の
みが取り出され、その偏光子１３を通過した光は光分岐
器１２で分岐されて光検出器１８に入射され、その光の
強度に応じた電気信号に変換される。変調信号発生器１
９からの周期関数、例えば正弦波信号により光位相変調
器１７が駆動され、これを通過する光が位相変調され
る。光検出器１８の出力は同期検波回路２１で変調信号
発生器１９からの基準信号により同期検波され、その検
波出力は出力端子２２に出力される。
と左回り光とは光分岐器１４に戻って合成されて干渉
し、その干渉光は偏光子１３で所定の偏光方向の成分の
みが取り出され、その偏光子１３を通過した光は光分岐
器１２で分岐されて光検出器１８に入射され、その光の
強度に応じた電気信号に変換される。変調信号発生器１
９からの周期関数、例えば正弦波信号により光位相変調
器１７が駆動され、これを通過する光が位相変調され
る。光検出器１８の出力は同期検波回路２１で変調信号
発生器１９からの基準信号により同期検波され、その検
波出力は出力端子２２に出力される。
【０００４】光ファイバコイル１６に、その軸心回りの
角速度が印加されていない状態では、光ファイバコイル
１６を伝播した右回り光と、左回り光との位相差はゼロ
であり、同期検波回路２１の出力もゼロであるが、光フ
ァイバコイル１６に、その軸心回りの角速度が印加され
ると、これに応じて右回り光と左回り光とに位相差が生
じ、同期検波回路２１から、前記印加角速度の方向およ
び大きさに応じた極性およびレベルの出力が生じ、印加
角速度を検出することができる。
角速度が印加されていない状態では、光ファイバコイル
１６を伝播した右回り光と、左回り光との位相差はゼロ
であり、同期検波回路２１の出力もゼロであるが、光フ
ァイバコイル１６に、その軸心回りの角速度が印加され
ると、これに応じて右回り光と左回り光とに位相差が生
じ、同期検波回路２１から、前記印加角速度の方向およ
び大きさに応じた極性およびレベルの出力が生じ、印加
角速度を検出することができる。
【０００５】このように光ファイバジャイロは右回り光
と、左回り光との位相差を検出するものであるが、光フ
ァイバコイル１６を伝播中に、偏波状態が変化し、偏光
方向が直角な成分が生じる。光ファイバコイル１６に複
屈折性がわずか存在しているため、偏光方向が直角な成
分が生じると、これら直角な偏光方向の両光は光ファイ
バコイル１６の伝播速度が異なり、従って、光分岐器１
４で合成される右回り光の一方の偏光成分と、左回り光
の他方の偏光成分とが干渉すると、右回り光と左回り光
との位相差を正しく検出することができなくなる。
と、左回り光との位相差を検出するものであるが、光フ
ァイバコイル１６を伝播中に、偏波状態が変化し、偏光
方向が直角な成分が生じる。光ファイバコイル１６に複
屈折性がわずか存在しているため、偏光方向が直角な成
分が生じると、これら直角な偏光方向の両光は光ファイ
バコイル１６の伝播速度が異なり、従って、光分岐器１
４で合成される右回り光の一方の偏光成分と、左回り光
の他方の偏光成分とが干渉すると、右回り光と左回り光
との位相差を正しく検出することができなくなる。
【０００６】この点から、従来においてはデポラライザ
１５を挿入し、一方の偏光成分と、これと直角な他方の
偏光成分との間で強度が等しく、かつ位相差を大きくつ
け、相関性がない、つまり干渉性のないような状態（無
偏光状態）にし、右回り光の一方の偏光成分と、左回り
光の他方の偏光成分とが干渉しないようにしていた。デ
ポラライザ１５としてはＬＹＯＴ形ファイバデポラライ
ザが一般的である。このデポラライザは２本の定偏波光
ファイバ（偏波面保存光ファイバ、つまり複屈折性光フ
ァイバ）をその主軸を４５°互いに傾むけて接続したも
のである。
１５を挿入し、一方の偏光成分と、これと直角な他方の
偏光成分との間で強度が等しく、かつ位相差を大きくつ
け、相関性がない、つまり干渉性のないような状態（無
偏光状態）にし、右回り光の一方の偏光成分と、左回り
光の他方の偏光成分とが干渉しないようにしていた。デ
ポラライザ１５としてはＬＹＯＴ形ファイバデポラライ
ザが一般的である。このデポラライザは２本の定偏波光
ファイバ（偏波面保存光ファイバ、つまり複屈折性光フ
ァイバ）をその主軸を４５°互いに傾むけて接続したも
のである。
【０００７】光ファイバコイル１６として偏波面保存フ
ァイバを用い、デポラライザ１５を省略したものもあ
る。
ァイバを用い、デポラライザ１５を省略したものもあ
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】光ファイバコイル１６
として偏波面保存光ファイバを用いたものは、偏波面保
存光ファイバの価格が高いため、光ファイバコイル１６
の価格が光ファイバジャイロの全体の価格の半分程度に
もなる欠点があった。シングルモード光ファイバを光フ
ァイバコイル１６として使用する場合は、価格が安くな
るが、デポラライザ１５を用いるため、製造に手間がか
かる。つまりデポラライザ１５は前述したように２本の
偏波面保存光ファイバを、主軸を４５°ずらして融着接
続するが、その主軸の角度ずれに対する要求精度が極め
て高い。加えて光ファイバジャイロの温度変化等の外乱
に対するドリフトを低減するために、SPIE Vol412, P26
8 〜271 (1983)で述べられている Quadrapole 巻線を行
うことが効果的であるが、Quadrapole巻線はファイバ全
長の中心に対し外乱の影響を対称にしてドリフトを低減
する手法であるため、デボラライザがコイル一端に配置
された構成では、外乱の影響がデボラライザの存在によ
り非対称となるため、ドリフト低減効果が十分に得られ
ないという問題があった。
として偏波面保存光ファイバを用いたものは、偏波面保
存光ファイバの価格が高いため、光ファイバコイル１６
の価格が光ファイバジャイロの全体の価格の半分程度に
もなる欠点があった。シングルモード光ファイバを光フ
ァイバコイル１６として使用する場合は、価格が安くな
るが、デポラライザ１５を用いるため、製造に手間がか
かる。つまりデポラライザ１５は前述したように２本の
偏波面保存光ファイバを、主軸を４５°ずらして融着接
続するが、その主軸の角度ずれに対する要求精度が極め
て高い。加えて光ファイバジャイロの温度変化等の外乱
に対するドリフトを低減するために、SPIE Vol412, P26
8 〜271 (1983)で述べられている Quadrapole 巻線を行
うことが効果的であるが、Quadrapole巻線はファイバ全
長の中心に対し外乱の影響を対称にしてドリフトを低減
する手法であるため、デボラライザがコイル一端に配置
された構成では、外乱の影響がデボラライザの存在によ
り非対称となるため、ドリフト低減効果が十分に得られ
ないという問題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明によれば光ファ
イバコイルとして、シングルモード光ファイバが用いら
れ、その両端と光分岐手段との間に偏波面保存手段がそ
れぞれ接続される。偏波面保存手段としては偏波面保存
光ファイバが好ましく、その両偏波面保存光ファイバの
長さは、これら偏波面保存光ファイバ及びシングルモー
ド光ファイバの全体として生じる光のＸ軸成分とＹ軸成
分との位相差が、右回り光のＸ軸成分と、左回り光のＹ
軸成分とが干渉しない程度以上になるように選定され
る。例えば光源として可干渉性が悪いＳＬＤを用いる場
合はＸ軸成分とＹ軸成分との位相差が１０2 〜１０3 ラ
ジアン以上となるように、干渉し易い安価な光源、例え
ばＬＤを用いる場合は、１０4 〜１０5 ラジアン以上と
なるようにされる。また、両偏波面保存光ファイバは同
一長，同一特性とするとよい。
イバコイルとして、シングルモード光ファイバが用いら
れ、その両端と光分岐手段との間に偏波面保存手段がそ
れぞれ接続される。偏波面保存手段としては偏波面保存
光ファイバが好ましく、その両偏波面保存光ファイバの
長さは、これら偏波面保存光ファイバ及びシングルモー
ド光ファイバの全体として生じる光のＸ軸成分とＹ軸成
分との位相差が、右回り光のＸ軸成分と、左回り光のＹ
軸成分とが干渉しない程度以上になるように選定され
る。例えば光源として可干渉性が悪いＳＬＤを用いる場
合はＸ軸成分とＹ軸成分との位相差が１０2 〜１０3 ラ
ジアン以上となるように、干渉し易い安価な光源、例え
ばＬＤを用いる場合は、１０4 〜１０5 ラジアン以上と
なるようにされる。また、両偏波面保存光ファイバは同
一長，同一特性とするとよい。
【００１０】シングルモード光ファイバにおいてもコイ
ルにすると、つまり曲げると特にそのコイル径が小さい
と、光のＸ軸成分とＹ軸成分との伝搬定数に差が発生す
る。従って光ファイバコイル中のシングルモード光ファ
イバにおいて生じる光のＸ軸成分とＹ軸成分との位相差
が両成分が干渉しない位相差になるように両側の偏波面
保存光ファイバの長さが調整される。
ルにすると、つまり曲げると特にそのコイル径が小さい
と、光のＸ軸成分とＹ軸成分との伝搬定数に差が発生す
る。従って光ファイバコイル中のシングルモード光ファ
イバにおいて生じる光のＸ軸成分とＹ軸成分との位相差
が両成分が干渉しない位相差になるように両側の偏波面
保存光ファイバの長さが調整される。
【００１１】上述において偏波面保存光ファイバは、狭
義の偏波面保存光ファイバ（定偏波面光ファイバ）又は
これと同等の複屈折をもつ光ファイバであり、この同等
の複屈折をもつ光ファイバとしては光ファイバ自体がそ
の複屈折をもつもの、又はそのような複屈折が光ファイ
バに発生させられたものでもよい。
義の偏波面保存光ファイバ（定偏波面光ファイバ）又は
これと同等の複屈折をもつ光ファイバであり、この同等
の複屈折をもつ光ファイバとしては光ファイバ自体がそ
の複屈折をもつもの、又はそのような複屈折が光ファイ
バに発生させられたものでもよい。
【００１２】
【実施例】図１にこの発明による光ファイバジャイロの
一実施例を示し、図２と対応する部分に同一符号を付け
てある。この発明においては光ファイバコイル１６はシ
ングルモード光ファイバ１６ａと、その両端に接続され
た偏波面保存光ファイバ１６ｂ、１６ｂとよりなる。こ
の例ではシングルモード光ファイバ１６ａはコイルとし
て巻かれ、光分岐器１４として光ファイバカプラよりな
る光分岐器１４が用いられ、その光ファイバカプラ１４
の二つのポートとシングルモード光ファイバ１６ａの両
端との間に偏波面保存光ファイバ１６ｂがそれぞれ接続
される。光ファイバカプラ１４と両偏波面保存光ファイ
バ１６ｂとの結合は、偏光子１３を通過し光検出器１８
に至る光量が最大となるように接続される。
一実施例を示し、図２と対応する部分に同一符号を付け
てある。この発明においては光ファイバコイル１６はシ
ングルモード光ファイバ１６ａと、その両端に接続され
た偏波面保存光ファイバ１６ｂ、１６ｂとよりなる。こ
の例ではシングルモード光ファイバ１６ａはコイルとし
て巻かれ、光分岐器１４として光ファイバカプラよりな
る光分岐器１４が用いられ、その光ファイバカプラ１４
の二つのポートとシングルモード光ファイバ１６ａの両
端との間に偏波面保存光ファイバ１６ｂがそれぞれ接続
される。光ファイバカプラ１４と両偏波面保存光ファイ
バ１６ｂとの結合は、偏光子１３を通過し光検出器１８
に至る光量が最大となるように接続される。
【００１３】シングルモード光ファイバ１６ａはコイル
状に巻かれているため、光のＸ軸成分の伝搬定数βｘ
と、Ｙ軸成分の伝搬定数βｙとに差が発生し、複屈折Ｂ
（Ｂ＝（βｘ−βｙ）／ｋ，ｋ：波数）が存在するよう
になり、偏波面保存光ファイバと同等の作用をすること
になる。その複屈折Ｂにもとずく、両軸成分の位相差と
偏波面保存光ファイバ１６ｂで生じる位相差との関係
が、両軸成分の干渉がゼロになるように偏波面保存光フ
ァイバ１６ｂの長さが決められる。シングルモード光フ
ァイバ１６ａの曲げにより生じた複屈折の主軸と、偏波
面保存光ファイバ１６ｂの複屈折の主軸とを一致させて
接続されている。しかし必ずしも正確に一致させる必要
はない。
状に巻かれているため、光のＸ軸成分の伝搬定数βｘ
と、Ｙ軸成分の伝搬定数βｙとに差が発生し、複屈折Ｂ
（Ｂ＝（βｘ−βｙ）／ｋ，ｋ：波数）が存在するよう
になり、偏波面保存光ファイバと同等の作用をすること
になる。その複屈折Ｂにもとずく、両軸成分の位相差と
偏波面保存光ファイバ１６ｂで生じる位相差との関係
が、両軸成分の干渉がゼロになるように偏波面保存光フ
ァイバ１６ｂの長さが決められる。シングルモード光フ
ァイバ１６ａの曲げにより生じた複屈折の主軸と、偏波
面保存光ファイバ１６ｂの複屈折の主軸とを一致させて
接続されている。しかし必ずしも正確に一致させる必要
はない。
【００１４】シングルモード光ファイバ１６ａだけでＸ
軸成分とＹ軸成分とが干渉しない程度の位相差を付ける
ことができる場合でも、シングルモード光ファイバ１６
ａと光分岐器１４との接続余長部で偏波面が変化するこ
となく、光分岐器１４との結合が効率的に行われるよう
に、この部分に偏波面保存光ファイバ１６ｂが用いられ
る。両偏波面保存光ファイバ１６ｂの一部もシングルモ
ード光ファイバ１６ａと同一ボビン上に巻き込み、シン
グルモード光ファイバ１６ａに複屈折が生じている状態
に直接偏波面保存光ファイバ１６ｂを接続することが好
ましい。しかしシングルモード光ファイバ１６ａの両端
部のコイルの端又は余長部で複屈折性がほゞなくなった
状態のシングルモード光ファイバ１６ａに偏波面保存光
ファイバ１６ｂを接続しても、その複屈折性がなくなっ
た部分の長さが短く、この部分での偏光方向のゆらぎが
無視できる程度であればよい。
軸成分とＹ軸成分とが干渉しない程度の位相差を付ける
ことができる場合でも、シングルモード光ファイバ１６
ａと光分岐器１４との接続余長部で偏波面が変化するこ
となく、光分岐器１４との結合が効率的に行われるよう
に、この部分に偏波面保存光ファイバ１６ｂが用いられ
る。両偏波面保存光ファイバ１６ｂの一部もシングルモ
ード光ファイバ１６ａと同一ボビン上に巻き込み、シン
グルモード光ファイバ１６ａに複屈折が生じている状態
に直接偏波面保存光ファイバ１６ｂを接続することが好
ましい。しかしシングルモード光ファイバ１６ａの両端
部のコイルの端又は余長部で複屈折性がほゞなくなった
状態のシングルモード光ファイバ１６ａに偏波面保存光
ファイバ１６ｂを接続しても、その複屈折性がなくなっ
た部分の長さが短く、この部分での偏光方向のゆらぎが
無視できる程度であればよい。
【００１５】上述においてこの発明を開ループ形光ファ
イバジャイロに適用したが、閉ループ形光ファイバジャ
イロにも適用できる。光分岐器１４としては光ＩＣで構
成されたものでもよい。
イバジャイロに適用したが、閉ループ形光ファイバジャ
イロにも適用できる。光分岐器１４としては光ＩＣで構
成されたものでもよい。
【００１６】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば光フ
ァイバコイル１６として、シングルモード光ファイバ１
６ａの両端に偏波面保存光ファイバ１６ｂを接続したも
のを用いているため、シングルモード光ファイバ１６ａ
をコイル化することにより生じた複屈折性にもとずく光
のＸ軸成分とＹ軸成分との位相差が、干渉しないように
するために必要とする位相差に対する不足分を、両側の
偏波保存光ファイバ１６ｂでおぎなえばよく、高価な偏
波保存光ファイバ１６ｂの長さは短かくてよく、大部分
は安価なシングルモード光ファイバ１６ａが用いられ、
全体として安価に構成することができる。
ァイバコイル１６として、シングルモード光ファイバ１
６ａの両端に偏波面保存光ファイバ１６ｂを接続したも
のを用いているため、シングルモード光ファイバ１６ａ
をコイル化することにより生じた複屈折性にもとずく光
のＸ軸成分とＹ軸成分との位相差が、干渉しないように
するために必要とする位相差に対する不足分を、両側の
偏波保存光ファイバ１６ｂでおぎなえばよく、高価な偏
波保存光ファイバ１６ｂの長さは短かくてよく、大部分
は安価なシングルモード光ファイバ１６ａが用いられ、
全体として安価に構成することができる。
【００１７】しかも光分岐器１４との結合は偏波保存光
ファイバ１６ｂで行われるため、その結合を最も効率的
に行わせることが可能である。なおシングルモード光フ
ァイバ１６ａの部分で複屈折性がほとんど生じない状態
でも、両端の偏波面保存光ファイバ１６ｂの長さを、こ
れのみで光のＸ軸成分とＹ軸成分とが干渉しない程度の
位相差を付けることができる程度にすればよく、全体を
偏波面保存光ファイバのみで光ファイバコイル１６を構
成する場合より偏波面保存ファイバの使用量を著しく短
かくすることができる。また偏波面保存光ファイバがコ
イルの両端に巻かれているため、偏波面の安定性がよ
く、光強度の安定性も得られる。
ファイバ１６ｂで行われるため、その結合を最も効率的
に行わせることが可能である。なおシングルモード光フ
ァイバ１６ａの部分で複屈折性がほとんど生じない状態
でも、両端の偏波面保存光ファイバ１６ｂの長さを、こ
れのみで光のＸ軸成分とＹ軸成分とが干渉しない程度の
位相差を付けることができる程度にすればよく、全体を
偏波面保存光ファイバのみで光ファイバコイル１６を構
成する場合より偏波面保存ファイバの使用量を著しく短
かくすることができる。また偏波面保存光ファイバがコ
イルの両端に巻かれているため、偏波面の安定性がよ
く、光強度の安定性も得られる。
【００１８】更に光ファイバコイル１６は、一端のみに
デポラライザを用いる場合と異なり、対称構造となって
いるため、温度変化に対するドリフトを最小とすること
ができる。
デポラライザを用いる場合と異なり、対称構造となって
いるため、温度変化に対するドリフトを最小とすること
ができる。
【図１】この発明の実施例を示すブロック図。
【図２】従来の光ファイバジャイロを示すブロック図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−223614（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−106416（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−344417（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】 光源よりの光を光分岐手段にて分配し
て、光ファイバコイルの両端に右回り光、左回り光とし
て入射し、これら右回り光および左回り光の上記光ファ
イバコイルを伝播した光を上記光分岐手段で干渉させ、
その干渉光の強度を光検出器にて電気信号に変換し、そ
の電気信号から、上記光ファイバコイルにその中心回り
に印加される角速度を検出する光ファイバジャイロにお
いて、 上記光ファイバコイルはシングルモード光ファイバを有
し、そのシングルモード光ファイバの両端と上記光分岐
手段との間にそれぞれ同一長、同一特性の偏波面保存光
ファイバが接続され、 これら偏波面保存光ファイバは上記光ファイバコイルで
生じた互いに直交した成分光が、この偏波面保存光ファ
イバを通過することによりこれら両成分光が干渉しない
程度に十分大きな位相差となる長さとされていることを
特徴とする光ファイバジャイロ。 - 【請求項２】 上記シングルモード光ファイバの両端に
接続された上記２本の偏波面保存光ファイバの一部が、
上記光ファイバコイルに巻き込まれていることを特徴と
する請求項１記載の光ファイバジャイロ。 - 【請求項３】 上記シングルモード光ファイバのコイル
化により生じた複屈折性の固有軸と、その両端に接続さ
れた上記偏波面保存手段の固有軸とがほぼ一致している
ことを特徴とする請求項１記載の光ファイバジャイロ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3158768A JP2514482B2 (ja) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | 光ファイバジャイロ |
| US07/897,748 US5187757A (en) | 1991-06-28 | 1992-06-12 | Fiber optic gyro |
| EP92110078A EP0520282B1 (en) | 1991-06-28 | 1992-06-15 | Fiber optic gyro |
| DE69225639T DE69225639T2 (de) | 1991-06-28 | 1992-06-15 | Optischer Faserkreisel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3158768A JP2514482B2 (ja) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | 光ファイバジャイロ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH055624A JPH055624A (ja) | 1993-01-14 |
| JP2514482B2 true JP2514482B2 (ja) | 1996-07-10 |
Family
ID=15678919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3158768A Expired - Lifetime JP2514482B2 (ja) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | 光ファイバジャイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2514482B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62223614A (ja) * | 1986-03-26 | 1987-10-01 | Toshiba Corp | 光フアイバジヤイロ |
-
1991
- 1991-06-28 JP JP3158768A patent/JP2514482B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH055624A (ja) | 1993-01-14 |
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