JPH0666914B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
- Publication number
- JPH0666914B2 JPH0666914B2 JP59003792A JP379284A JPH0666914B2 JP H0666914 B2 JPH0666914 B2 JP H0666914B2 JP 59003792 A JP59003792 A JP 59003792A JP 379284 A JP379284 A JP 379284A JP H0666914 B2 JPH0666914 B2 JP H0666914B2
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- Japan
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Links
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 14
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 4
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/148—Charge coupled imagers
- H01L27/14831—Area CCD imagers
Description
【発明の詳細な説明】 〈技術分野〉 本発明はCCD（ChargeCoupledDevice:電荷転送装置）を
用いた固体撮像装置に関し、特にホトダイオード間の分
離を図った撮像装置の駆動に関するものである。
用いた固体撮像装置に関し、特にホトダイオード間の分
離を図った撮像装置の駆動に関するものである。
〈従来技術〉 近年、固体撮像装置の開発は目ざましい進展をみせ、固
体撮像装置を用いたカラービデオカメラは実用化段階を
むかえつつある。固体撮像装置の方式には大きく分けて
XYアドレス方式とCCD方式の２種があり、特にCCD方式は
本質的に出力容量が小さいためS/Nの点で有利なことか
ら研究に力が注がれている。CCD方式の中でも受光部にp
n接合ホトダイオードを用いたインターライン転送方式
は、青感度が高く、またモザイク状カラーフイルタが使
用可能なため高解像度が得られることから固体撮像装置
の主流となりつつある。
体撮像装置を用いたカラービデオカメラは実用化段階を
むかえつつある。固体撮像装置の方式には大きく分けて
XYアドレス方式とCCD方式の２種があり、特にCCD方式は
本質的に出力容量が小さいためS/Nの点で有利なことか
ら研究に力が注がれている。CCD方式の中でも受光部にp
n接合ホトダイオードを用いたインターライン転送方式
は、青感度が高く、またモザイク状カラーフイルタが使
用可能なため高解像度が得られることから固体撮像装置
の主流となりつつある。
CCDは発明当初は構造が簡単であることが、その特色の
ひとつであるといわれていた。しかしながら種々の機能
を付加したり、特性の向上をはかる努力がなされるにつ
れてその構造が次第に複雑となり、このためマスク枚数
の増大や、これに伴うマスク合せのいずれによる特性バ
ラツキも増大して来たことは否めない事実である。
ひとつであるといわれていた。しかしながら種々の機能
を付加したり、特性の向上をはかる努力がなされるにつ
れてその構造が次第に複雑となり、このためマスク枚数
の増大や、これに伴うマスク合せのいずれによる特性バ
ラツキも増大して来たことは否めない事実である。
上記に鑑み、ホトダイオードを分離するチャネルストッ
プを省くことを可能とする技術が特願昭57−126552号と
して発明された。上記発明により、チャネルストップと
ホトダイオード、あるいはチャネルストップとシフトレ
ジスタ電極のマスク合せの誤差による特性のバラツキは
なくなり、特性の飛躍的な向上を図ることができる。
プを省くことを可能とする技術が特願昭57−126552号と
して発明された。上記発明により、チャネルストップと
ホトダイオード、あるいはチャネルストップとシフトレ
ジスタ電極のマスク合せの誤差による特性のバラツキは
なくなり、特性の飛躍的な向上を図ることができる。
先ず前記発明で提案された固体撮像装置の概要を説明す
る。第１図は前記固体撮像装置の構成図で、(a)は平面
図、(b)(c)はそれぞれＩ−I,II−II方向の断面図であ
る。
る。第１図は前記固体撮像装置の構成図で、(a)は平面
図、(b)(c)はそれぞれＩ−I,II−II方向の断面図であ
る。
基板１には光電変換用のホトダイオード３が一方向に配
列して形成され、該ホトダイオード３の配列方向と平行
にｎ型層２よりなる埋め込みチャネルCCDが形成され、
各ホトダイオード３とCCDのためのｎ型層２との間がト
ランスファゲート５で供給されている。ホトダイオード
３とｎ型層２が対向する他方の側にはチャネルストップ
４が形成されている。一方、基板１の表面には、ホトダ
イオード３及びトランスファゲート５の領域を残して、
絶縁膜６上に下層ポリシリコン電極7,9が形成され、更
に該下層ポリシリコン電極7,9と一部で絶縁膜11を介し
て積層され、上記トランスファゲート５の部分で絶縁膜
６を介して基板１の表面に対向する上層ポリシリコン電
極8,10が形成されている。上，下層ポリシリコン電極に
印加する信号によってホトダイオードに発生した電荷が
取り出されると共に、該電荷がCCDシフトレジスタによ
って転送される。
列して形成され、該ホトダイオード３の配列方向と平行
にｎ型層２よりなる埋め込みチャネルCCDが形成され、
各ホトダイオード３とCCDのためのｎ型層２との間がト
ランスファゲート５で供給されている。ホトダイオード
３とｎ型層２が対向する他方の側にはチャネルストップ
４が形成されている。一方、基板１の表面には、ホトダ
イオード３及びトランスファゲート５の領域を残して、
絶縁膜６上に下層ポリシリコン電極7,9が形成され、更
に該下層ポリシリコン電極7,9と一部で絶縁膜11を介し
て積層され、上記トランスファゲート５の部分で絶縁膜
６を介して基板１の表面に対向する上層ポリシリコン電
極8,10が形成されている。上，下層ポリシリコン電極に
印加する信号によってホトダイオードに発生した電荷が
取り出されると共に、該電荷がCCDシフトレジスタによ
って転送される。
上記固体撮像装置の特徴は、第１図(c)により明らかな
ように、ホトダイオードを形成するｎ型層3,3の間にチ
ャネルストップが存在しないことであり、チャネルスト
ップ４は第１図(b)に示すようにホトダイオード用ｎ型
層３と垂直シフトレジスタ用ｎ型層２間にのみ設けられ
る。これによりホトダイオードとチャネルストップ間の
マスク合せのずれに伴う特性のバラツキを大幅に低減す
ることが可能となる。またこの場合ホトダイオード用ｎ
型層３の形成は、ポリシリコン電極7,9による自動位置
決め（セルファライン）によることも可能である。
ように、ホトダイオードを形成するｎ型層3,3の間にチ
ャネルストップが存在しないことであり、チャネルスト
ップ４は第１図(b)に示すようにホトダイオード用ｎ型
層３と垂直シフトレジスタ用ｎ型層２間にのみ設けられ
る。これによりホトダイオードとチャネルストップ間の
マスク合せのずれに伴う特性のバラツキを大幅に低減す
ることが可能となる。またこの場合ホトダイオード用ｎ
型層３の形成は、ポリシリコン電極7,9による自動位置
決め（セルファライン）によることも可能である。
処で上記シリコン基板１上に設けられた電極10,7,8,9に
は、第２図に示すクロックパルスφ１，φ２，φ３，φ
４がそれぞれ印加される。すなわち下側ポリシリコン電
極7,9に印加されるクロックパルスφ２，φ４はＶＬと
ＶＩレベル間で変化し、上側ポリシリコン電極10,8に印
加されるクロックパルスφ１，φ３はＶＬ,VＩ,VＨの３
レベル間で変化する。φ１又はφ３がＶＨレベルのと
き、ホトダイオードに蓄積した信号電荷は電極10又は８
直下のトランファゲート５（第１図斜線部）を通って垂
直シフトレジスタに転送される。このときホトダイオー
ド間はチャネルストップによっては分離されていない
が、この部分の基板上は電極7,9に印加されるクロック
パルスはＶＬ又はＶＩであるので信号電荷の混入は生じ
ない。一方φ１，φ３がＶＬとＶＩ間を振幅するときに
は垂直シフトレジスタ内の信号電荷が第１図(a)の下か
ら上へと転送される。このように上記構造にすることに
より、ホトダイオード間のチャネルストップを省略する
ことが可能となる。
は、第２図に示すクロックパルスφ１，φ２，φ３，φ
４がそれぞれ印加される。すなわち下側ポリシリコン電
極7,9に印加されるクロックパルスφ２，φ４はＶＬと
ＶＩレベル間で変化し、上側ポリシリコン電極10,8に印
加されるクロックパルスφ１，φ３はＶＬ,VＩ,VＨの３
レベル間で変化する。φ１又はφ３がＶＨレベルのと
き、ホトダイオードに蓄積した信号電荷は電極10又は８
直下のトランファゲート５（第１図斜線部）を通って垂
直シフトレジスタに転送される。このときホトダイオー
ド間はチャネルストップによっては分離されていない
が、この部分の基板上は電極7,9に印加されるクロック
パルスはＶＬ又はＶＩであるので信号電荷の混入は生じ
ない。一方φ１，φ３がＶＬとＶＩ間を振幅するときに
は垂直シフトレジスタ内の信号電荷が第１図(a)の下か
ら上へと転送される。このように上記構造にすることに
より、ホトダイオード間のチャネルストップを省略する
ことが可能となる。
上記信号電荷の転送動作において、第２図に示したｔ＝
ｔ１のとき即ちφ３がＶＨになるタイミングで、第１図
(a)の上側のホトダイオードPD１の信号電荷が垂直シフ
トレジスタに転送される。一方ｔ＝ｔ２のとき即ちφ１
がＶＨになるタイミングで、下側のホトダイオードPD２
の信号電荷が垂直シフトレジスタに転送される。このよ
うに各フィールド毎に交互にホトダイオードの信号電荷
を読み出すことにより、テレビジョン標準方式のインタ
ーレースに対応した動作を行わせることになる。この方
式はフレーム蓄積方式と呼ばれるものであり、１つのフ
ォトダイオードで１フレーム期間(1/30秒）にわたり信
号電荷を蓄積するので早い動きに対しては残像を生じ
る。
ｔ１のとき即ちφ３がＶＨになるタイミングで、第１図
(a)の上側のホトダイオードPD１の信号電荷が垂直シフ
トレジスタに転送される。一方ｔ＝ｔ２のとき即ちφ１
がＶＨになるタイミングで、下側のホトダイオードPD２
の信号電荷が垂直シフトレジスタに転送される。このよ
うに各フィールド毎に交互にホトダイオードの信号電荷
を読み出すことにより、テレビジョン標準方式のインタ
ーレースに対応した動作を行わせることになる。この方
式はフレーム蓄積方式と呼ばれるものであり、１つのフ
ォトダイオードで１フレーム期間(1/30秒）にわたり信
号電荷を蓄積するので早い動きに対しては残像を生じ
る。
これに対し従来から１つのフォトダイオードで１フィー
ルド期間(1/60秒）信号電荷を蓄積するフィールド蓄積
方式があり、この場合は２つのフォトダイオードの信号
電荷を混合し、かつその組合せを寄、偶数フィールドで
変えることによりインターレースに対応させる。このた
め垂直方向の解像度は若干低下するが、残像は生じない
という特徴がある。上記第１図に示した固体撮像装置で
フィールド蓄積方式を実現するためのクロックパルスの
タイミング図を第３図に示す。すなわちｔ＝ｔ１,t＝ｔ
２においてφ１とφ３パルスが同時にＶＨになり、ホト
ダイオード内に蓄積された信号電荷が垂直シフトレジス
タへ転送される。信号転送の目的は達成し得るがこの方
式は次のような問題点がある。すなわちφ１又はφ３パ
ルスは第１図に示した基板構造の電極10,8に印加され、
該電極10,8は上側のポリシリコン層で形成され、実効部
分は下側のポリシリコン層で形成される電極7,9のすき
間である。このため信号電極は第４図に示すように垂直
シフトレジスタの狭い部分に転送されることになり、容
易にあふれてしまうおそれがあり、この部分で最大信号
電荷量が制限されてしまう。
ルド期間(1/60秒）信号電荷を蓄積するフィールド蓄積
方式があり、この場合は２つのフォトダイオードの信号
電荷を混合し、かつその組合せを寄、偶数フィールドで
変えることによりインターレースに対応させる。このた
め垂直方向の解像度は若干低下するが、残像は生じない
という特徴がある。上記第１図に示した固体撮像装置で
フィールド蓄積方式を実現するためのクロックパルスの
タイミング図を第３図に示す。すなわちｔ＝ｔ１,t＝ｔ
２においてφ１とφ３パルスが同時にＶＨになり、ホト
ダイオード内に蓄積された信号電荷が垂直シフトレジス
タへ転送される。信号転送の目的は達成し得るがこの方
式は次のような問題点がある。すなわちφ１又はφ３パ
ルスは第１図に示した基板構造の電極10,8に印加され、
該電極10,8は上側のポリシリコン層で形成され、実効部
分は下側のポリシリコン層で形成される電極7,9のすき
間である。このため信号電極は第４図に示すように垂直
シフトレジスタの狭い部分に転送されることになり、容
易にあふれてしまうおそれがあり、この部分で最大信号
電荷量が制限されてしまう。
〈発明の目的〉 本発明は上記に鑑みなされたもので、チャネルストップ
を省略した撮像装置の基板構造で、最大信号電荷量を減
少させることなく、フィールド蓄積方式を適用すること
ができる固体撮像装置を提供するものである。
を省略した撮像装置の基板構造で、最大信号電荷量を減
少させることなく、フィールド蓄積方式を適用すること
ができる固体撮像装置を提供するものである。
〈実施例〉 本発明による固体撮像装置は、半導体基板に第１図に示
した構造のホトダイオード領域,CCDシフトレジスタ領域
及びチャネルストップが形成され、基板表面上には絶縁
膜を介して下層ポリシリコン電極，及び上層ポリシリコ
ン電極が全く第１図の構造と同一形態に形成され、ホト
ダイオードPD１とPD２を隔てる基板領域の表面上で上・
下層のポリシリコン電極が積層されている。
した構造のホトダイオード領域,CCDシフトレジスタ領域
及びチャネルストップが形成され、基板表面上には絶縁
膜を介して下層ポリシリコン電極，及び上層ポリシリコ
ン電極が全く第１図の構造と同一形態に形成され、ホト
ダイオードPD１とPD２を隔てる基板領域の表面上で上・
下層のポリシリコン電極が積層されている。
第５図は上記基板構造の固体撮像装置を動作させるため
の、本発明によるクロックパルスのタイミング図であ
る。同図に示す如く、ホトダイオード３に発生した信号
電荷をCCDシフトレジスタ２側に転送するタイミングに
おいて、下側のポリシリコン層で形成される電極7,9に
印加されるクロックパルスφ２，φ４が、ＶＬ,VＩ,VＨ
の３値で変化し、上側のポリシリコン層で形成される電
極8,10に印加されるクロックパルスφ１，φ３はＶＬ,V
Ｉの２値で変化することが本実施例の特徴である。すな
わち、第２図に示したフレーム蓄積方式の場合は下側の
ポリシリコン電極に印加されるクロックパルスはＶＬ,V
Ｉの２値で変化し、上側のポリシリコン電極に印加され
るクロックパルスはＶＬ,VＩ,VＨの３値であったが、こ
れと逆になっていることが特徴である。
の、本発明によるクロックパルスのタイミング図であ
る。同図に示す如く、ホトダイオード３に発生した信号
電荷をCCDシフトレジスタ２側に転送するタイミングに
おいて、下側のポリシリコン層で形成される電極7,9に
印加されるクロックパルスφ２，φ４が、ＶＬ,VＩ,VＨ
の３値で変化し、上側のポリシリコン層で形成される電
極8,10に印加されるクロックパルスφ１，φ３はＶＬ,V
Ｉの２値で変化することが本実施例の特徴である。すな
わち、第２図に示したフレーム蓄積方式の場合は下側の
ポリシリコン電極に印加されるクロックパルスはＶＬ,V
Ｉの２値で変化し、上側のポリシリコン電極に印加され
るクロックパルスはＶＬ,VＩ,VＨの３値であったが、こ
れと逆になっていることが特徴である。
タイミングｔ＝ｔ１においてφ２とφ４のクロックパル
スが同時にＶＨとなる。これらのクロックパルスφ２，
φ４は、ホトダイオード３を分離する機能をも持ってい
る下側のポリシリコン電極7,9に印加されることになる
が、ホトダイオード3,3の間の部分のポテンシャルは、
ホトダイオード３と垂直シフトレジスタ２の間のポテン
シャルよりも２次元効果により浅いので、信号電荷は混
合することなく垂直シフトレジスタ２側へ転送される。
このとき垂直シフトレジスタ内での電荷の蓄積状態は第
６図に示すようになり、下側ポリシリコンによる広い電
極部分に蓄積されることになり、この部分で信号電荷が
制限されることはない。
スが同時にＶＨとなる。これらのクロックパルスφ２，
φ４は、ホトダイオード３を分離する機能をも持ってい
る下側のポリシリコン電極7,9に印加されることになる
が、ホトダイオード3,3の間の部分のポテンシャルは、
ホトダイオード３と垂直シフトレジスタ２の間のポテン
シャルよりも２次元効果により浅いので、信号電荷は混
合することなく垂直シフトレジスタ２側へ転送される。
このとき垂直シフトレジスタ内での電荷の蓄積状態は第
６図に示すようになり、下側ポリシリコンによる広い電
極部分に蓄積されることになり、この部分で信号電荷が
制限されることはない。
上記信号電荷の混合が生じない点について補足説明す
る。
る。
第１図(b)のトランスファーゲート領域５のポテンシャ
ルと、第１図(c)のホトダイオード3,3間のチャネルスト
ップ領域のポテンシャルは、第５図のｔ１に於いて、φ
２，φ４ともＶＨであることから、他の影響が無ければ
同一となる。しかし、トランスファーゲート領域５に隣
接して垂直CCDレジスタのｎ型層２があり、該ｎ型層２
にも、トランスファーゲート領域５と同じ電位が下層電
極７によって加えられて、該ｎ型層２のポテンシャルが
深くなると、このｎ型層２のポテンシャルに引っぱられ
て、トランスファゲート領域５のポテンシャルは深くな
る（２次元効果）。一方、チャネルストップ領域は、そ
のような２次元効果が生じないため、チャネルストップ
領域のポテンシャルはトランスファーゲート領域５のポ
テンシャルより浅くなり、ホトダイオード3,3間の信号
電荷の混合を生じること無く、ホトダイオード３から垂
直CCDレジスタのｎ型層２へ電荷が転送される。
ルと、第１図(c)のホトダイオード3,3間のチャネルスト
ップ領域のポテンシャルは、第５図のｔ１に於いて、φ
２，φ４ともＶＨであることから、他の影響が無ければ
同一となる。しかし、トランスファーゲート領域５に隣
接して垂直CCDレジスタのｎ型層２があり、該ｎ型層２
にも、トランスファーゲート領域５と同じ電位が下層電
極７によって加えられて、該ｎ型層２のポテンシャルが
深くなると、このｎ型層２のポテンシャルに引っぱられ
て、トランスファゲート領域５のポテンシャルは深くな
る（２次元効果）。一方、チャネルストップ領域は、そ
のような２次元効果が生じないため、チャネルストップ
領域のポテンシャルはトランスファーゲート領域５のポ
テンシャルより浅くなり、ホトダイオード3,3間の信号
電荷の混合を生じること無く、ホトダイオード３から垂
直CCDレジスタのｎ型層２へ電荷が転送される。
上記の内容を模式図に表わすと第７図のようになる。
〈効果〉 以上のように本発明を適用することにより、チャネルス
トップを省略した固体撮像装置構造で、最大信号電荷量
を減少させることなくフィールド蓄積方式を適用して駆
動することができる。
トップを省略した固体撮像装置構造で、最大信号電荷量
を減少させることなくフィールド蓄積方式を適用して駆
動することができる。
第１図はチャネルストップを省略した構造のインターラ
イン転送方式固体撮像素子の構造図、第２図、第３図は
従来のクロックパルスのタイミング図、第４図は従来の
垂直シフトレジスタの信号電荷の蓄積状態を示すポテン
シャル図、第５図は本発明による一実施例のクロックパ
ルスのタイミング図、第６図は本発明を適用した場合の
垂直シフトレジスタの信号電荷の蓄積状態を示すポテン
シャル図、第７図は信号電荷読み出し時のポテンシャル
図である。 １……ｐ基板,2……ｎ型層（埋め込みチャネルCCD用）,
3……ｎ型層（ホトダイオード）,4……チャネルストッ
プ,5……トランスファゲート領域,6……絶縁膜,7,8,9,1
0……ポリシリコン電極（垂直シフトレジスタ用）,11…
…絶縁膜,12……遮光用Al
イン転送方式固体撮像素子の構造図、第２図、第３図は
従来のクロックパルスのタイミング図、第４図は従来の
垂直シフトレジスタの信号電荷の蓄積状態を示すポテン
シャル図、第５図は本発明による一実施例のクロックパ
ルスのタイミング図、第６図は本発明を適用した場合の
垂直シフトレジスタの信号電荷の蓄積状態を示すポテン
シャル図、第７図は信号電荷読み出し時のポテンシャル
図である。 １……ｐ基板,2……ｎ型層（埋め込みチャネルCCD用）,
3……ｎ型層（ホトダイオード）,4……チャネルストッ
プ,5……トランスファゲート領域,6……絶縁膜,7,8,9,1
0……ポリシリコン電極（垂直シフトレジスタ用）,11…
…絶縁膜,12……遮光用Al
Claims (1)
- 【請求項１】同一半導体基板にpn接合ホトダイオードが
所定ピッチで配列され、該ホトダイオード列に近接させ
てCCDシフトレジスタが設けられると共に、該CCDシフト
レジスタの一部の領域を覆う下層電極と、前記CCDシフ
トレジスタの残りの領域を覆うとともにその一部が前記
下層電極上に積層される上層電極が設けられ、前記下層
電極が覆う半導体領域の面積は、前記上層電極が覆う半
導体領域の面積より広く、且つ、隣接する前記ホトダイ
オード間の前記基板上に前記CCDシフトレジスタの前記
上層・下層電極積層部が延在されてなる固体撮像装置に
おいて、前記上層電極及び下層電極への信号供給を制御
することによって、前記ホトダイオード間の分離を行わ
せる構成とした固体撮像装置であって、ホトダイオード
電荷を前記CCDシフトレジスタに転送するタイミング
に、前記下層電極に、ＶＬ,VＩ,VＨの３値のクロックパ
ルスを印加し、前記上層電極に、ＶＬ,VＩの２値のクロ
ックパルスを印加することを特徴とする固体撮像装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59003792A JPH0666914B2 (ja) | 1984-01-10 | 1984-01-10 | 固体撮像装置 |
| US06/688,661 US4697200A (en) | 1984-01-10 | 1985-01-03 | Field storage drive in interline transfer CCD image sensor |
| EP85300171A EP0148786B1 (en) | 1984-01-10 | 1985-01-10 | Method of driving a ccd image sensor |
| DE8585300171T DE3565911D1 (en) | 1984-01-10 | 1985-01-10 | Method of driving a ccd image sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59003792A JPH0666914B2 (ja) | 1984-01-10 | 1984-01-10 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60146583A JPS60146583A (ja) | 1985-08-02 |
| JPH0666914B2 true JPH0666914B2 (ja) | 1994-08-24 |
Family
ID=11567033
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59003792A Expired - Fee Related JPH0666914B2 (ja) | 1984-01-10 | 1984-01-10 | 固体撮像装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4697200A (ja) |
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