JP2970751B2 - イメージセンサ装置 - Google Patents
イメージセンサ装置Info
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- JP2970751B2 JP2970751B2 JP8221035A JP22103596A JP2970751B2 JP 2970751 B2 JP2970751 B2 JP 2970751B2 JP 8221035 A JP8221035 A JP 8221035A JP 22103596 A JP22103596 A JP 22103596A JP 2970751 B2 JP2970751 B2 JP 2970751B2
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Description
に係り、特に、ファクシミリやハンディスキャナ等の画
像入力装置に搭載される完全密着型のイメージセンサ装
置に関する。
クシミリやハンディスキャナ等の小型の画像入力装置に
搭載する完全密着型のものが知られている。図9は、完
全密着型のイメージセンサ装置50を示す斜視図であ
る。また、図10は、図9のX−X線に沿った断面図で
ある。
は、線状光源60とリニアイメージセンサ部70と光フ
ァイバ収束部材80とから構成される。
の下面側に直線状に配列された複数の発光素子64と、
反射枠62と、棒状レンズ63とから構成される。ま
た、符号65は、発光素子64の配線でありプリント基
板側に接続されている。
71と,この透明基板71の下部にアモルファスシリコ
ン等の薄膜半導体を用いて形成された光電変換素子を含
む画素列72とから構成される。
の光ファイバ81Aが図における上下方向を向いた状態
を維持して束ねられてなる光ファイバ部81とその支持
体82とからなり、束ねられた複数の光ファイバ81A
の断面部の一方が画素列72と対向状態で密着し、他方
が読み取り原稿Pと対向する構造となっている。
発光素子64の発光面から四方に放射された光は、棒状
レンズ63によりこの棒状レンズ63に沿う方向の直線
状に集光される。
1、及び画素列72の隙間を通過した後に光ファイバ部
81に入射する。各光ファイバ81A内を伝送された光
は、読み取り原稿Pを照射し、その反射光が再び各光フ
ァイバ81A内を伝送されて画素列72で検出され、読
み取り原稿Pの読み取りが行われる。
画質を向上させるためには、原稿面での照度分布は一様
であることが望ましい。
ファイバ81Aの開口数(NA)に応じて変化するもの
であり、例えば、光ファイバ81Aの開口数が小さい
と、その照度分布は、各発光素子64の真下となる位置
と各発光素子64の中間の真下となる位置とで差異が生
じる。図11に示す点線部は、各発光素子64の真下と
なる位置を示しており、これによれば、隣り合う各発光
素子64の中間に対応する原稿の領域で、最も原稿面照
度が減少する。これは、光ファイバ81Aの配設方向に
対して、発光素子64からの照射光が傾斜した角度から
照射され、その傾斜角度が各光ファイバのNAに決定さ
れる所定の限界の角度より大きくなって光ファイバ81
A内に侵入しないためである。
光ファイバ81Aを備える光ファイバ収束部材80を使
用すると、照度分布の均一性は良好となるが、読み取り
原稿Pと光ファイバ収束部材80との間に隙間が生じた
場合に、画素列72に対応する読み取り原稿Pの所定領
域よりも広く反射光を検出し、結果的に識別性(分解
能)が低下する恐れがあった。
0では、NAが小さい光ファイバ81Aを使用すれば、
原稿面照度の均一性が損なわれ、NAが大きい光ファイ
バ81Aを使用すれば、分解能の低下が生じ易くなると
いう不都合が生じていた。
ジセンサ装置の従来例に対して、密着型イメージセンサ
装置について説明する。この参考例は、特開平5−22
7367号公報に開示されており、図12に示すよう
に、ライン状に配列された複数の発光ダイオード93か
ら構成され,光学部品91のみを介して読み取り原稿P
を照射する線状光源92と、この線状光源92の読み取
り原稿P側に一方の面を近接させると共に他方の面を読
み取り原稿Pに対向させて配設された光学部品91と、
読み取り原稿Pで反射された照射光(反射光)を透過す
るロッドレンズアレイ95と、このロッドレンズアレイ
95を介して反射光から読み取り原稿Pの画像の読み取
りを行うプリント基板97上に搭載されたリニアイメー
ジセンサ部96とから構成されている。
は、光学部品91に各発光ダイオード93に個別に対応
する凸部が形成されており、これにより読み取り原稿P
に対する照射光の照度の均一化を図るものである。
対応するものだが、完全密着型イメージセンサに応用す
ることも理論上では可能である。この応用例を図13に
示す。この参考例は、前述の従来例と同じリニアイメー
ジセンサ部70及び光ファイバ収束部材80とを備え、
ライン上に配設された複数の発光ダイオード93とリニ
アイメージセンサ部70との間に、光学部品98を介挿
した構成となっている。
3側に当該各発光ダイオード93の配設間隔毎に凸部9
8Aが形成されており、これにより照射光を屈折させ、
照度の均一化を図ることを目的としている。
着型イメージセンサ装置50においては、原稿面照度の
均一性が損なわれるか或いは分解能の低下が生じ易くな
るという不都合を有している。
いては、光学部品98が、複数の各発光ダイオード93
の配設間隔(配列ピッチ)毎に個別に凸部98Aが形成
されており、かかる凸部98Aにより各発光ダイオード
93からの照射光を一様に平行化するためには、各凸部
98Aの厚みを発光ダイオード93の配列ピッチにほぼ
等しくする必要があった。
チは、読取り原稿面における照度の均一性と製造コスト
を考慮して決められが、通常は3mm以上である。従っ
て、光学部品98もそれに対応して厚くなる。このた
め、前述した応用例については、装置全体の構成が大型
化し、密着型イメージセンサ装置に比べて小型であると
いう完全密着型イメージセンサ装置の利点を損なうもの
となっていた。
合を改善し、分解能の低下を防ぎつつ読み取り原稿の照
度分布の均一性を保持し且つ装置の小型化を図り得るイ
メージセンサ装置を提供することを、その目的とする。
は、一様に読み取り原稿側を向いて直線状に配列された
複数の発光素子と、これら発光素子からの照射光を線状
に収束させる集光手段と、この収束された照射光を透過
すると共に読み取り原稿に反射された当該照射光を検出
するリニアイメージセンサ部と、このリニアイメージセ
ンサ部の読み取り原稿側に密着して配設され,リニアイ
メージセンサ部から読み取り原稿に向けて一様に複数の
光ファイバを束ねた状態で装備した光ファイバ収束部材
とを備えている。
からの照射光を一様に各光ファイバの配設方向にほぼ平
行化する光学手段を備えている。
を行う際には、まず、複数の発光素子から照射光が発光
され、集光手段を通じて発光素子の配列方向に沿った線
状に集光される。
際に、各光ファイバの入射面に対してほぼ垂直となる方
向に調整され、リニアイメージセンサ部を介して各光フ
ァイバに入射する。そして、各光ファイバ内を通過して
読み取り原稿を照射すると共に、その際の読み取り原稿
からの反射光が再び各光ファイバ内を通過してリニアイ
メージセンサ部によって検出される。
発明と同様の構成を備え、さらに、光学手段が、複数の
発光素子から所定間隔をもって対向して配設すると共に
各発光素子の配列方向に沿って連続する無数の凹凸構造
を備えたレンズシートからなる構成となっている。
子の配列方向に沿った線状に集光された各発光素子から
の照射光が、レンズシート上の各凹凸構造を透過する際
に各光ファイバの入射面に対してほぼ垂直となる方向に
調整される。
発明と同様の構成を備えると共に、レンズシートが、各
発光素子の正面に対応する部分を除いて無数の凹凸構造
を備えている。
とは、レンズシート上において、各発光素子から読み取
り原稿に対してほぼ垂直方向に向かう照射光が透過する
各領域をいう。
素子の配列方向に沿った線状に集光された各発光素子か
らの照射光の内、発光素子の正面方向に進行する照射光
は、そのまま対応する光ファイバの入射面に垂直な方向
から入射し、またその他の照射光は、レンズシート上の
各凹凸構造を透過する際に各光ファイバの入射面に対し
てほぼ垂直となる方向に調整されて各光ファイバに入射
する。
発明と同様の構成を備えると共に、光学手段が、集光手
段の表面上に形成した各発光素子の配列方向に沿って連
続した無数の凹凸構造から形成されている。
成と同様にして、各発光素子からの照射光が、レンズシ
ート上の各凹凸構造を透過する際に各光ファイバの入射
面に対してほぼ垂直となる方向に調整される。
発明と同様の構成を備え、無数の凹凸構造が、各発光素
子の正面に対応する部分を除いて形成されている。
とは、集光手段の、各発光素子から読み取り原稿に対し
てほぼ垂直方向に向かう照射光が透過する各領域をい
う。
成と同様にして、発光素子の正面方向に進行する照射光
は、そのまま対応する光ファイバの入射面に垂直な方向
から入射し、またその他の照射光は、レンズシート上の
各凹凸構造を透過する際に各光ファイバの入射面に対し
てほぼ垂直となる方向に調整されて各光ファイバに入射
する。
発明と同様の構成を備えると共に、リニアイメージセン
サ部が、透明基板と,この透明基板上に1次元配列して
形成した複数の光電変換素子とから構成されている。
発明と同様の構成を備えると共に、リニアイメージセン
サ部が、結晶半導体基板と,この結晶半導体基板上に1
次元配列して形成した複数の光電変換素子とからなり、
このリニアイメージセンサ部は、光ファイバ収束部材の
各発光素子側にフリップ実装されている。
2に基づいて説明する。図1は、本実施形態に示すファ
クシミリやハンディスキャナ等の画像入力装置として使
用される完全密着型のイメージセンサ装置5の構成を示
す分解斜視図である。このイメージセンサ装置5は、読
み取り原稿Pに対して図1中のZ方向に読み取りが行わ
れる。また、図2は、図1のY−Y線に沿った断面図で
ある。
は、読み取り原稿Pに向けて線状に収束された照射光を
照射する線状光源1と、この照射光を読み取り原稿に向
けてほぼ一様に平行化する光学手段としてのレンズシー
ト4と、平行化された照射光を透過すると共に読み取り
原稿Pに反射された当該照射光を検出するリニアイメー
ジセンサ部2と、このリニアイメージセンサ部2の読み
取り原稿P側に密着して配設され,リニアイメージセン
サ部2から読み取り原稿Pに向けて一様に複数の光ファ
イバ31Aを束ねた状態で装備した光ファイバ収束部材
3とから構成される。
プリント基板11の下面側に反射枠12を介すると共に
図2における左右方向に沿って直線状に且つ一様に読み
取り原稿P側を向いた状態で配設された複数の発光素子
である発光ダイオード14と、各発光ダイオード14の
下方に,これら発光ダイオード14の配列方向に沿って
配設された集光手段である棒状レンズ13とから構成さ
れる。また、符号15は、発光素子14の配線でありプ
リント基板11側に接続されている。
凹面鏡が形成されており、これにより発光ダイオード1
4から発せられる光が全て下方の読み取り原稿側への照
射光となる。
ンドリカルレンズであり、前述したように各発光ダイオ
ード14の下方にこれら発光ダイオード14の配列方向
に沿って配設されている。このため、複数の発光ダイオ
ード14からの各照射光は、このイメージセンサ装置5
の読み取り方向(図1における矢印Z方向)について収
束され、各発光ダイオード14の配列方向に沿った線状
に変換される。
側)には、平板状のレンズシート4が、その平板面を各
発光ダイオード14側に向けた状態で配設される。この
レンズシート4は、図2における左右方向が棒状レンズ
13とほぼ同じ長さに設定され、これにより、上述の線
状に変換された照射光が一様に透過するようになってい
る。
稿側面側(図2における下面側)には、当該発光ダイオ
ード14の配列方向に沿って並列に複数の凹凸構造が形
成されている。即ち、この凹凸構造は、平板上に図2に
示すように、断面形状が略半円状の無数の凸部4Aが発
光ダイオード14の配列方向に沿って当該発光ダイオー
ド14の配列間隔より十分小さい間隔で一様に設けられ
ており、これら凸部4Aを透過する光は所定方向に屈折
するようになっている。
とレンズシート4との間に空隙がある場合、空気とレン
ズシート4の各屈折率の違いにより、読み取り原稿側に
凸部4Aを設けた方が、より各発光ダイオード14から
の照射光を下方に向けて平行化する効果が高いことが光
線追跡の手法からも計算されている。
発光ダイオード14の真下となる領域,即ち,各発光ダ
イオード14からの照射光が読み取り原稿に向かってほ
ぼ垂直に向かう領域については形成されず、発光ダイオ
ード14と発光ダイオード14との間に対応する領域に
形成される。
ード4から読み取り原稿Pに対して垂直方向に進行する
照射光はそのまま透過し、またこれ以外の垂直下方に対
して広がりをもって進行する照射光は、凸部4Aを透過
することにより、読み取り原稿Pに対するほぼ垂直な方
向に変換される。
には、リニアイメージセンサ部2が配設される。このリ
ニアイメージセンサ部2は、透明基板21と,この透明
基板21の下面にアモルファスシリコン等の薄膜半導体
を用いて1次元配列して形成された複数の光電変換素子
を含む画素列22から構成される。
取り原稿P側には、光ファイバ収束部材3が配設され
る。この光ファイバ収束部材3は、複数の光ファイバ3
1Aが、一様に図2における上下方向(読み取り原稿に
対して垂直となる方向)を向いた状態で,各発光ダイオ
ード14からの照射光が照射される領域に,束ねられて
なる光ファイバ部31と、これら光ファイバ31Aをそ
の状態で保持する支持体32とからなり、束ねられた複
数の光ファイバ31Aの断面部の一方が画素列22と対
向状態で密着し、他方が読み取り原稿Pと接触対向する
構造となっている。
取り動作を説明する。
オード14が一様に発光し、反射枠12によって、一様
に読み取り原稿P側に向かう照射光となる。この照射光
は、棒状レンズ13を透過し、これにより、図1におけ
るZ方向について収束され、各発光ダイオード14の配
列方向に沿った線状の照射光に変換される。また、この
時点で、線状となった照射光は、図2の左右方向につい
ては、まだ広がりをもって進行している。
る。このレンズシート4では、各発光ダイオード14の
ほぼ垂直下方に進行する照射光についてはそのままの状
態で透過し、また、レンズシート4に対してある程度傾
斜した状態で進行する照射光については各凸部4Aによ
って一様にほぼ垂直下方に進行するように変換する。こ
のため、線状の照射光は、その線の長さ方向についてほ
ぼ一様に平行化され且つ垂直下方に向かって、このレン
ズシート4からリニアイメージセンサ部2に進行する。
化された照射光はそのまま下方に透過される。そして、
照射光は、光ファイバ収束部材3において各光ファイバ
31Aの配設方向とほぼ平行な方向から一様に入射し、
その内部を伝って読み取り原稿Pを照射すると共に反射
され、再び各光ファイバ31A内を伝い、リニアイメー
ジセンサ部2の画素列22によって読み取り信号として
検出される。
ート4を介して光ファイバ収束部材3の各光ファイバ3
1Aに各発光ダイオード14からの照射光を入射させて
いるため、照射光は、各光ファイバ31Aの配設方向に
沿って一様にほぼ平行化された状態でこれら光ファイバ
31Aに入射するため、読み取り動作時に、各発光ダイ
オード14の配設方向について照度分布の均一化を図る
ことができ、本実施形態に示すイメージセンサ装置5を
画像読み取り装置等に装備することにより、より精度良
く画像の読み取りを行うことが可能となる。
ため、光ファイバ収束部材3の各光ファイバ31Aにつ
いて、開口数の高いものを装備する必要がなくなるの
で、例えば、読み取り原稿Pと光ファイバ収束部材3と
の間に隙間が生じた場合に、画素列に対応する所定領域
よりも広く反射光を検出して分解能の低下を招く事態を
防止することが可能となっている。
4については、装着時に各発光ダイオードに対応する位
置について凸部が形成されていないため、この部分にお
いては若干ではあるがレンズシートの光損失による照度
の低下を防ぐことが可能となっている。
示すように、各発光ダイオード14と棒状レンズ13と
の間に配設しても上記実施形態と同様の効果を得ること
が可能である。この場合、各発光ダイオード14とレン
ズシートとは所定の間隔をもって配設すること望まし
い。また、レンズシ−トの凸部は、発光ダイオ−ド側
(図2における上側)に設けても良い。かかる場合も、
下側に設ける場合と比べて幾分効果は下がるが、照射光
の平行化を図ることは可能である。
の配列方向に垂直な方向の断面図を示している。図3及
び図4に示す実施形態では、レジンに封入された表面実
装型の発光ダイオードを用い、レンズシート41をこの
レジンに密着させて配置する。レンズシート41は、読
み取り原稿P側に側に一様に100[μm]周期の連続
した波型形状を備えており、全体の厚さは 250[μ
m]である。直径2[mm]の棒状レンズ13と、厚さ
1[mm]のイメージセンサ2と、厚さ1[mm]の光
ファイバ収束部材3と組合せて構成することで、直径1
0[mm]の領域へ全ての構成要素を内蔵している。
の位置での照度分布を測定した結果である。発光ダイオ
ードの配列ピッチは3[mm]である。対照実験とし
て、レンズシート41を備えていない従来の完全密着型
イメージセンサ装置の構成についても、照度分布を同様
に測定して図5に同時に示している。レンズシート41
を備えている場合には、より照度分布が平坦化されてお
り、これにより、均一性が改善されていることがこの実
験結果に示されている。
ついては、断面半円状の凸部でなくとも良い。例えば、
図6に示すように、連続した波型形状のものや、図7に
示すように連続した断面が三角形状の凸部によって形成
しても良い。かかる場合も、半円状の凸部4Aと同様の
効果を得ることが可能である。また、発光ダイオード1
4の配列方向における各凸部の大きさ,形状等は、光線
追跡の手法を用いて、個別に設計しても良い。これによ
り、発光ダイオード14からの照射光をより精密且つ一
様に各光ファイバ31Aの配設方向と平行化とすること
が可能となり、読み取り原稿上の照度分布をより均一化
することが可能となる。
は、上記実施形態中で説明した構成に限るものではな
い。他のリニアイメージセンサ部として、結晶シリコン
で形成するCCDやM0S型イメージセンサ等を光ファ
イバ収束部材にフリップ実装しても、同様の効果が得る
ことが可能である。
光学手段について、図8に基づいて説明する。
状レンズ13Aの外周面上の読み取り原稿P側に、各発
光ダイオード14の配列方向に沿って並列された複数の
凹凸構造によって構成されている。即ち、この凹凸構造
は、この棒状レンズ13Aの長さ方向に、各発光ダイオ
ード14の垂直下方となる領域を除いて形成された複数
の並列状態にある凸部によって構成されている。この複
数の凸部の間隔は、各発光ダイオード14の間隔に比較
して十分に小さいものであり、これらによって、各発光
ダイオード14からの照射光が平行化され、レンズシー
ト4と同様の効果を得ることが可能である。
ート4を装備する必要性がないため、装置全体の部品点
数の低減化が図れ、部品コストの面から経済性の向上を
図ることが可能となる。
た凸部4及び棒状レンズ13Aに形成された凸部につい
ては、各発光ダイオード14の配列方向に沿って一様に
連続的に形成しても良い。かかる場合も、前述のレンズ
シート4及び棒状レンズ13Aとほぼ同様の効果を得る
ことができる。
り、各発光素子からの照射光を一様に各光ファイバの配
設方向にほぼ平行化するため、読み取り動作時に、各発
光素子の配設方向について照度分布の均一化を図ること
ができ、本発明を画像読み取り装置等に装備することに
より、画質の斑を排除し精度良く画像の読み取りを行う
ことが可能となる。
ため、光ファイバ収束部材の各光ファイバについて、開
口数の高いものを装備する必要がなくなり、例えば、読
み取り原稿と光ファイバ収束部材との間に隙間が生じた
場合に、リニアイメージセンサ部に対応する所定領域以
外の反射光を検出して結果的に識別性(分解能)が低下
する事態を防止することが可能となる。
発光素子の配列方向に沿った無数の凹凸構造を備えたレ
ンズシートで構成した場合、上述の構成と同様の効果を
得ることができる。そして、発光素子の個体数よりも数
多くの凹凸構造を備えることにより、各発光素子の配列
ピッチ間隔より小さく形成することが可能となり、これ
がため、レンズシートを薄く形成することができ、装置
全体の小型化を図ることが可能となる。
凸部を個別に光線追跡等の手法を用いて設計することに
より、より照度分布の均一化を図ることが可能である。
配列方向に沿った無数の凹凸構造を、集光手段の表面上
に形成した構成とした場合、上記各構成と同様の効果を
得られると共に、独立した光学手段としての部品を設け
る必要がないため、装置全体の部品点数の低減化が図
れ、部品コストの面から経済性の向上を図ることが可能
となる。
ダイオードの正面に対応する位置を除いて設ける構成と
した場合、上記各校性と同様の効果を得られると共に、
この凹凸構造の形成領域での若干の光損失が少なくなる
分だけ、読取り原稿面での照度の低下を防ぐことが可能
となっている。
め、従来にない優れたイメージセンサ装置を提供するこ
とができる。
イオードの配列方向に沿った断面図である。
垂直な方向に沿った断面図である。
比較結果を示す線図である。
る。
図である。
メージセンサ装置の各発光ダイオードの配列方向に沿っ
た断面図である。
線図である。
示す図であり、図12(A)は各発光ダイオードの配列
方向に垂直な方向に沿った断面図であり、図12(B)
は各発光ダイオードの配列方向に沿った断面図である。
センサ装置に応用した応用例を示す各発光ダイオードの
配列方向に沿った断面図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 一様に読み取り原稿側を向いて直線状に
配列された複数の発光素子と、これら発光素子からの照
射光を線状に収束させる集光手段と、この収束された照
射光を透過すると共に前記読み取り原稿に反射された当
該照射光を検出するリニアイメージセンサ部と、このリ
ニアイメージセンサ部の前記読み取り原稿側に密着して
配設され,前記リニアイメージセンサ部から前記読み取
り原稿に向けて一様に複数の光ファイバを束ねた状態で
装備した光ファイバ収束部材とを備えるイメージセンサ
装置において、 前記各発光素子からの照射光を一様に前記各光ファイバ
の配設方向にほぼ平行化する光学手段を備えたことを特
徴とするイメージセンサ装置。 - 【請求項2】 前記光学手段は、前記複数の発光素子か
ら所定間隔をもって対向して配設すると共に前記各発光
素子の配列方向に沿って連続する無数の凹凸構造を設け
たレンズシートであることを特徴とする請求項1記載の
イメージセンサ装置。 - 【請求項3】 前記レンズシートは、前記各発光素子の
正面に対応する部分を除いて無数の凹凸構造を設けたこ
とを特徴とする請求項2記載のイメージセンサ装置。 - 【請求項4】 前記光学手段は、前記集光手段の表面上
に形成した前記各発光素子の配列方向に沿って連続した
無数の凹凸構造からなることを特徴とする請求項1記載
のイメージセンサ装置。 - 【請求項5】 前記無数の凹凸構造を、前記各発光素子
の正面に対応する部分を除いて形成したことを特徴とす
る請求項4記載のイメージセンサ装置。 - 【請求項6】 前記リニアイメージセンサ部は、透明基
板と,この透明基板上に1次元配列して形成した複数の
光電変換素子とからなることを特徴とする請求項1記載
のイメージセンサ装置。 - 【請求項7】 前記リニアイメージセンサ部は、結晶半
導体基板と,この結晶半導体基板上に1次元配列して形
成した複数の光電変換素子とからなり、 当該リニアイメージセンサ部は、前記光ファイバ収束部
材の前記各発光素子側にフリップ実装したことを特徴と
する請求項1記載のイメージセンサ装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8221035A JP2970751B2 (ja) | 1995-12-14 | 1996-08-22 | イメージセンサ装置 |
US08/851,458 US5926286A (en) | 1996-08-22 | 1997-05-05 | Image sensor apparatus with small convex portions |
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7-325323 | 1995-12-14 | ||
JP32532395 | 1995-12-14 | ||
JP8221035A JP2970751B2 (ja) | 1995-12-14 | 1996-08-22 | イメージセンサ装置 |
US08/851,458 US5926286A (en) | 1996-08-22 | 1997-05-05 | Image sensor apparatus with small convex portions |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH09224119A JPH09224119A (ja) | 1997-08-26 |
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1996
- 1996-08-22 JP JP8221035A patent/JP2970751B2/ja not_active Expired - Lifetime
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