JPH08220233A - Light wave range finding device - Google Patents
Light wave range finding deviceInfo
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- JPH08220233A JPH08220233A JP7024007A JP2400795A JPH08220233A JP H08220233 A JPH08220233 A JP H08220233A JP 7024007 A JP7024007 A JP 7024007A JP 2400795 A JP2400795 A JP 2400795A JP H08220233 A JPH08220233 A JP H08220233A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光波測距装置に関し、
特に送信信号と受信信号との位相差から測距を行なう光
波測距装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical distance measuring device,
In particular, the present invention relates to an optical distance measuring device that measures a distance from a phase difference between a transmission signal and a reception signal.
【0002】[0002]
【従来の技術】図2は、従来の光波測距装置の一例を示
すブロック図である。2. Description of the Related Art FIG. 2 is a block diagram showing an example of a conventional lightwave distance measuring apparatus.
【0003】従来、この種の光波測距装置においては、
図2に示すように、位相同期発振器1で発生した周波数
f1の信号と周波数f2の信号とを切換器11で切り換え
ている。光送信器3は、切換器11で切り換えられた信
号で変調した光を被測定対象4に対して出力する。Conventionally, in this type of optical distance measuring device,
As shown in FIG. 2, the switch 11 switches between the signal of frequency f 1 and the signal of frequency f 2 generated in the phase-locked oscillator 1. The optical transmitter 3 outputs the light modulated by the signal switched by the switch 11 to the device under test 4.
【0004】光受信器5は被測定対象4で反射された光
を受け、電気信号に変換し、ミキサー7へ出力する。ミ
キサー6では、切換器11で選択された信号と切換器1
2で選択された信号とを統合し、バンドパスフィルター
8へ出力する。ミキサー7では、光受信器5で電気信号
に変換された周波数f1およびf2の信号と、切換器12
で選択された信号とを混合し、バンドパスフィルタ9へ
出力する。The optical receiver 5 receives the light reflected by the object 4 to be measured, converts it into an electric signal, and outputs it to the mixer 7. In the mixer 6, the signal selected by the switch 11 and the switch 1
The signal selected in 2 is integrated and output to the bandpass filter 8. In the mixer 7, the signals of the frequencies f 1 and f 2 converted into electric signals by the optical receiver 5 and the switching device 12
The signal selected in (1) is mixed and output to the bandpass filter 9.
【0005】バンドパスフィルタ8では、ミキサー6か
ら出力された信号の内、周波数f3の信号成分のみを抽
出し、位相差測定器10へ出力する。バンドパスフィル
タ9では、ミキサー7から出力された信号の内、周波数
f3の成分のみを抽出し位相差測定器10へ出力する。
位相差測定器10では、バンドパスフィルタ8とバンド
パスフィルタ9の出力信号の位相差を測定する。なお、
切換器11で周波数f 1の信号が選択された場合には切
換器12で周波数f1−f3が、切換器11で周波数f2
の信号が選択された場合には切換器12で周波数f2−
f3の信号が選択される。In the bandpass filter 8, the mixer 6
Frequency f of the signals output from3Only the signal component of
And outputs it to the phase difference measuring device 10. Band pass fill
The frequency of the signal output from the mixer 7
f3Only the component of is extracted and output to the phase difference measuring device 10.
In the phase difference measuring device 10, the band pass filter 8 and the band
The phase difference of the output signal of the pass filter 9 is measured. In addition,
The frequency f at the switch 11 1When the signal of is selected,
The frequency f in the converter 121-F3However, the frequency f2
When the signal of is selected, the frequency f2−
f3Signal is selected.
【0006】周波数f1の信号が切換器11で選択され
た場合に位相差測定器10で測定される位相差をφ1と
し、周波数f2の信号が選択された場合に位相差測定器
10で測定される位相差をφ2とすると、被測定対象4
までの距離Rは次式によって求められる。The phase difference measured by the phase difference measuring device 10 is φ 1 when the signal of the frequency f 1 is selected by the switcher 11, and the phase difference measuring device 10 is selected when the signal of the frequency f 2 is selected. If the phase difference measured at is φ 2 , then the measured object 4
The distance R to is calculated by the following equation.
【0007】 R=C(φ1−φ2)/4π(f1−f2) ・・・(1) 但し、(1)式において、0<f1−f2<C/2Rであ
り、Cは光速度である。R = C (φ 1 −φ 2 ) / 4π (f 1 −f 2 ) ... (1) However, in the equation (1), 0 <f 1 −f 2 <C / 2R, C is the speed of light.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】このような従来の光波
測距装置では、周波数f1の信号と周波数f2の信号とを
切換器12で切り換えてそれぞれの位相差を位相差測定
器10で測定し、それら位相差から被測定対象4までの
距離Rを(1)式に基づいて計算する必要があるので、
計測に時間がかかるという問題点がある。In such a conventional optical distance measuring apparatus, the signal of frequency f 1 and the signal of frequency f 2 are switched by the switching device 12 and the phase difference between them is measured by the phase difference measuring device 10. Since it is necessary to measure and calculate the distance R from the phase difference to the measured object 4 based on the equation (1),
There is a problem that measurement takes time.
【0009】また、周波数f1の信号を選択した場合の
位相差の測定と、周波数f2の信号を選択した場合の位
相差の測定との間に被測定対象4が移動すると測定値に
誤差が生じるという問題点がある。Further, if the measured object 4 moves between the measurement of the phase difference when the signal of the frequency f 1 is selected and the measurement of the phase difference when the signal of the frequency f 2 is selected, an error occurs in the measurement value. There is a problem that occurs.
【0010】本発明は、上記のような従来のものの問題
点を除去すべくなされたもので、計測時間を短縮するこ
とができ、被測定対象が移動している場合でも計測誤差
なく連続的な測距を可能にする光波測距装置を提供する
ことを目的とする。The present invention has been made in order to eliminate the above-mentioned problems of the conventional one, and can shorten the measurement time, and can continuously perform measurement error even when the object to be measured is moving. An object of the present invention is to provide an optical wave distance measuring device that enables distance measurement.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の光波測距装置は、周波数f1、f2、f1−
f3、およびf2−f3の信号を発生する位相同期発振器
と、前記位相同期発振器で発生した前記f1とf2の信号
と合波する合波器と、前記合波器で合波された周波数f
1とf2の信号で多重変調した光を被測定対象に出力する
光送信手段と、前記光送信手段から出力されて前記被測
定対象で反射された光を電気信号に変換する光受信手段
と、前記光受信手段で電気信号に変換された周波数f1
およびf2の信号と前記位相同期発振器から出力された
周波数f1−f3の信号を混合する第1のミキサーと、前
記光受信器で電気信号に変換された周波数f1およびf2
の信号と前記位相同期発振器で出力された周波数f2−
f3の信号とを混合する第2のミキサーと、前記第1の
ミキサーから出力される信号から周波数f3の信号を抽
出する第1のバンドパスフィルターと、前記第2のミキ
サーから出力される信号から周波数f3の信号を抽出す
る第2のバンドパスフィルターと、前記第1のバンドパ
スフィルターで抽出された周波数f3の信号と前記第2
のバンドパスフィルターで抽出された周波数f3の信号
との位相差を測定する位相差測定手段とで構成され、前
記位相差測定手段の測定結果から前記被測定対象までの
距離を求めるようにしたことを特徴とする。In order to achieve the above object, the optical distance measuring apparatus of the present invention has frequencies f 1 , f 2 , f 1-.
A phase-locked oscillator that generates signals f 3 and f 2 −f 3, a multiplexer that combines the signals f 1 and f 2 generated by the phase-locked oscillator, and a multiplexer that combines the signals. Frequency f
Optical transmitting means for outputting to the object to be measured the light multiplexed and modulated with the signals 1 and f 2 , and light receiving means for converting the light output from the optical transmitting means and reflected by the object to be measured into an electric signal. , The frequency f 1 converted into an electric signal by the optical receiving means
And a first mixer for mixing an output signal of the frequency f 1 -f 3 signal f 2 from the phase locked oscillator, frequency f 1 is converted into an electrical signal by the optical receiver and f 2
And the frequency f 2 − output from the phase-locked oscillator.
a second mixer for mixing the signal of f 3, a first band-pass filter for extracting a signal of a frequency f 3 from signals output from the first mixer is output from the second mixer a second band-pass filter for extracting a signal of a frequency f 3 from signals, the signal of the first band-pass frequency f 3 extracted by the filter and the second
And a phase difference measuring means for measuring the phase difference with the signal of the frequency f 3 extracted by the band pass filter, and the distance to the object to be measured is obtained from the measurement result of the phase difference measuring means. It is characterized by
【0012】また、前記被測定対象までの距離Rは、前
記位相差測定手段で測定される位相差をΔφ、光速度を
Cとすると、次式 R=C・Δφ/4π(f1−f2) により求められることを特徴とする。Further, the distance R to the object to be measured is expressed by the following equation R = C.Δφ / 4π (f 1 -f) where Δφ is the phase difference measured by the phase difference measuring means and C is the light velocity. 2 ) is required.
【0013】[0013]
【作用】上記のとおりに構成された本発明では、光送信
手段は位相同期発振器で発生した周波数f1、f2の信号
で多重変調した光を被測定対象に出力する。光受信手段
は前記被測定対象からの反射光を電気信号に変換し、そ
の電気信号を第1のミキサー、第2のミキサーへそれぞ
れ出力する。In the present invention constructed as described above, the optical transmission means outputs the light multiplexed and modulated with the signals of the frequencies f 1 and f 2 generated by the phase locked oscillator to the object to be measured. The light receiving means converts the reflected light from the object to be measured into an electric signal and outputs the electric signal to the first mixer and the second mixer, respectively.
【0014】第1のミキサーは光受信手段から出力され
る周波数f1およびf2の信号と、位相同期発振器から出
力される周波数f1−f3の信号とを混合し、第1のバン
ドパスフィルタへ出力する。第2のミキサーは光受信器
から出力される周波数f1およびf2の信号と、位相同期
発振器から出力される周波数f2−f3の信号とを混合
し、第2のバンドパスフィルタへ出力する。The first mixer mixes the signals of the frequencies f 1 and f 2 output from the optical receiving means and the signals of the frequencies f 1 -f 3 output from the phase locked oscillator, and outputs the first bandpass signal. Output to the filter. The second mixer mixes the signals of the frequencies f 1 and f 2 output from the optical receiver with the signals of the frequency f 2 -f 3 output from the phase-locked oscillator, and outputs them to the second bandpass filter. To do.
【0015】第1のバンドパスフィルタは第1のミキサ
ーから出力された信号から、第2のバンドパスフィルタ
は第2のミキサーから出力された信号から周波数f3の
信号成分を抽出し、位相差測定手段へ出力する。The first bandpass filter extracts the signal component of the frequency f 3 from the signal output from the first mixer, and the second bandpass filter extracts the signal component of the frequency f 3 from the signal output from the second mixer to obtain the phase difference. Output to measuring means.
【0016】位相差測定手段は、第1のバンドパスフィ
ルタおよび第2のバンドパスフィルタで抽出した周波数
f3の信号相互の位相差Δφを測定する。The phase difference measuring means measures the phase difference Δφ between the signals of the frequency f 3 extracted by the first bandpass filter and the second bandpass filter.
【0017】本構成において前記被測定対象までの距離
Rは、位相差測定手段で測定される位相差をΔφ、光速
度をCとすると、次式 R=C・Δφ/4π(f1−f2) により求められる。In the present configuration, the distance R to the object to be measured is given by the following equation R = C.Δφ / 4π (f 1 -f) where Δφ is the phase difference measured by the phase difference measuring means and C is the light velocity. 2 )
【0018】[0018]
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0019】図1は、本発明の光波測距装置の一実施例
の構成ブロック図である。この図において、図2に示し
たものと同一の構成要素には同一符号を付してある。FIG. 1 is a block diagram showing the construction of an embodiment of the lightwave distance measuring apparatus of the present invention. In this figure, the same components as those shown in FIG. 2 are designated by the same reference numerals.
【0020】本実施例における光波測距装置は、図1に
示すように、周波数f1、f2、f1−f3、およびf2−
f3の信号を発生する位相同期発振器1と、位相同期発
振器1で発生した周波数f1およびf2の信号を合波する
合波器2と、合波器2で合波された周波数f1およびf2
の信号で多重変調した光を被測定対象4に出力する光送
信器3と、光送信器3から出力されて被測定対象4で反
射された光を電気信号に変換する光受信器5と、光受信
器5で電気信号に変換された周波数f1およびf2の信号
と位相同期発振器1から出力された周波数f1−f3の信
号とを混合する第1のミキサー6と、光受信器5で電気
信号に変換された周波数f1およびf2の信号と位相同期
発振器1で出力された周波数f2−f3の信号とを混合す
る第2のミキサー7と、第1のミキサー6から出力され
る信号から周波数f3の信号を抽出する第1のバンドパ
スフィルター8と、第2のミキサー7から出力される信
号から周波数f3の信号を抽出する第2のバンドパスフ
ィルター9と、第1のバンドパスフィルター8で抽出さ
れた周波数f3の信号と第2のバンドパスフィルター9
で抽出された周波数f3の信号との位相差を測定する位
相差測定器10とで構成される。As shown in FIG. 1, the light wave distance measuring apparatus according to the present embodiment has frequencies f 1 , f 2 , f 1 -f 3 , and f 2-.
a phase locked oscillator 1 for generating a signal f 3, the phase synchronous oscillator 1 multiplexer 2 for multiplexing signal of frequency f 1 and f 2 generated by, multiplexer 2 multiplexes frequency f 1 And f 2
An optical transmitter 3 that outputs the light multiplexed and modulated with the signal to the object to be measured 4, and an optical receiver 5 that converts the light output from the optical transmitter 3 and reflected by the object to be measured 4 into an electric signal. A first mixer 6 for mixing the signals of the frequencies f 1 and f 2 converted into electric signals by the optical receiver 5 and the signals of the frequencies f 1 -f 3 output from the phase locked oscillator 1; and an optical receiver From the first mixer 6 and the second mixer 7 that mixes the signals of the frequencies f 1 and f 2 converted into electric signals with the signal of the frequency f 2 -f 3 output from the phase-locked oscillator 1. a first band-pass filter 8 for extracting the signal of frequency f 3 from the signal output, a second band-pass filter 9 which extracts a signal of a frequency f 3 from the signal outputted from the second mixer 7, first bandpass frequency f 3 which is extracted by a filter 8 Signal and the second band-pass filter 9
And a phase difference measuring device 10 for measuring the phase difference with the signal of the frequency f 3 extracted in step 1.
【0021】次に、上記構成の装置による測距ついて説
明する。Next, distance measurement by the above-mentioned apparatus will be described.
【0022】図1において、位相同期発振器1は周波数
f1、f2、f1−f3、およびf2−f3の信号を発生し、
その内、周波数f1とf2の信号を合波器2へ、周波数f
1−f3とf2−f3の信号をそれぞれミキサー6、7へ出
力する。光送信器3は、合波器2で合波された周波数f
2とf3の信号とで多重変調した光を被測定対象4へ出力
する。In FIG. 1, the phase locked oscillator 1 generates signals of frequencies f 1 , f 2 , f 1 -f 3 and f 2 -f 3 ,
Among them, the signals of frequencies f 1 and f 2 are fed to the multiplexer 2 and the frequency f
Outputs 1 -f 3 and f 2 -f 3 signals to the respective mixers 6 and 7. The optical transmitter 3 has a frequency f multiplexed by the multiplexer 2.
The light multiplexed and modulated with the signals of 2 and f 3 is output to the measured object 4.
【0023】光受信器5は、被測定対象4で反射された
光を受け、電気信号に変換した後、その電気信号をミキ
サー6、7へ出力する。ミキサー6は、光受信器5から
出力された周波数f1とf2の信号、および位相同期発振
器1から出力された周波数f 1−f3の信号を混合し、バ
ンドパスフィルタ8へ出力する。一方、ミキサー7で
は、合波器2から出力された周波数f1とf2の信号、及
び位相同期発振器1から出力された周波数f2−f3の信
号を混合し、バンドパスフィルタ9へ出力する。The optical receiver 5 is reflected by the object 4 to be measured.
After receiving light and converting it into an electrical signal, the electrical signal is mixed.
Output to sir 6 and 7. Mixer 6 from the optical receiver 5
Output frequency f1And f2Signal, and phase-locked oscillation
Frequency f output from the unit 1 1-F3Mix the signals of
Output to the low pass filter 8. Meanwhile, with mixer 7
Is the frequency f output from the multiplexer 2.1And f2Signal of
And the frequency f output from the phase-locked oscillator 1.2-F3Belief
The signals are mixed and output to the bandpass filter 9.
【0024】バンドパスフィルタ8、9は、それぞれミ
キサー6、7から出力される信号を受け、その信号の内
から周波数f3の信号成分を抽出し、抽出した信号を位
相差測定器10へ出力する。位相差測定器10は、バン
ドパスフィルタ8、9から出力された周波数f3の信号
相互の位相差Δφを測定する。The band pass filters 8 and 9 receive the signals output from the mixers 6 and 7, respectively, extract the signal component of the frequency f 3 from the signals, and output the extracted signals to the phase difference measuring device 10. To do. The phase difference measuring device 10 measures the phase difference Δφ between the signals of the frequency f 3 output from the bandpass filters 8 and 9.
【0025】図1において、バンドパスフィルタ8から
出力される信号S1は次式で表される。In FIG. 1, the signal S 1 output from the bandpass filter 8 is expressed by the following equation.
【0026】 S1=A1・cos(2πf3t−4πf1R/C) ・・・(2) ここで、A1は振幅でCは光速度である。S 1 = A 1 · cos (2πf 3 t−4πf 1 R / C) (2) where A 1 is the amplitude and C is the speed of light.
【0027】また、バンドパスフィルタ9から出力され
る信号S2は次式で表される。The signal S 2 output from the bandpass filter 9 is expressed by the following equation.
【0028】 S2=A2・cos(2πf3t−4πf2R/C) ・・・(3) ここで、A2は振幅である。S 2 = A 2 · cos (2πf 3 t−4πf 2 R / C) (3) Here, A 2 is the amplitude.
【0029】したがって、位相差測定器10で測定され
る信号S1とS2の位相差Δφは次式で与えられる。Therefore, the phase difference Δφ between the signals S 1 and S 2 measured by the phase difference measuring device 10 is given by the following equation.
【0030】 Δφ=4πR/C(f1−f2) ・・・(4) 式(4)より、被測定対象4までの距離Rは次式によっ
て求められる。Δφ = 4πR / C (f 1 −f 2 ) ... (4) From the equation (4), the distance R to the object to be measured 4 is obtained by the following equation.
【0031】 R=C・Δφ/4π(f1−f2) ・・・(5) この場合、位相差測定器10において測定される位相差
Δφを基に被測定対象4までの距離Rが(5)式にした
がって求められる。R = C · Δφ / 4π (f 1 −f 2 ) ... (5) In this case, the distance R to the object 4 to be measured is based on the phase difference Δφ measured by the phase difference measuring device 10. It is obtained according to the equation (5).
【0032】よって、被測定対象4までの距離Rを求め
るための計測時間を、一回の測定で行なえるので短縮す
ることができ、被測定対象4が移動している場合でも計
測誤差なく連続的な測距が可能となる。Therefore, the measurement time for obtaining the distance R to the object to be measured 4 can be shortened because it can be performed by one measurement, and even if the object to be measured 4 is moving, it can be continuously measured without error. Distance measurement is possible.
【0033】[0033]
【発明の効果】以上説明したように本発明は、周波数を
切り換えることなく被測定対象までの距離を測定できる
ように構成したので、計測時間を短縮することができ、
かつ被測定対象が移動している場合でも計測誤差がなく
連続的な測距を行なうことができるという効果を奏す
る。As described above, according to the present invention, since the distance to the object to be measured can be measured without switching the frequency, the measuring time can be shortened,
Moreover, there is an effect that continuous distance measurement can be performed without a measurement error even when the object to be measured is moving.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図1】本発明の光波測距装置の一実施例の構成ブロッ
ク図である。FIG. 1 is a configuration block diagram of an embodiment of a lightwave distance measuring device of the present invention.
【図2】従来の光波測距装置の一例を示すブロック図で
ある。FIG. 2 is a block diagram showing an example of a conventional lightwave distance measuring device.
1 位相同期発振器 2 合波器 3 光送信器 4 被測定対象 5 光受信器 6 第1のミキサー 7 第2のミキサー 8 第1のバンドパスフィルター 9 第2のバンドパスフィルター 10 位相差測定器 1 Phase-locked oscillator 2 Multiplexer 3 Optical transmitter 4 Object to be measured 5 Optical receiver 6 First mixer 7 Second mixer 8 First bandpass filter 9 Second bandpass filter 10 Phase difference measuring instrument
Claims (2)
−f3の信号を発生する位相同期発振器と、 前記位相同期発振器で発生した前記f1とf2の信号と合
波する合波器と、 前記合波器で合波された周波数f1とf2の信号で多重変
調した光を被測定対象に出力する光送信手段と、 前記光送信手段から出力されて前記被測定対象で反射さ
れた光を電気信号に変換する光受信手段と、 前記光受信手段で電気信号に変換された周波数f1およ
びf2の信号と前記位相同期発振器から出力された周波
数f1−f3の信号を混合する第1のミキサーと、 前記光受信手段で電気信号に変換された周波数f1およ
びf2の信号と前記位相同期発振器で出力された周波数
f2−f3の信号とを混合する第2のミキサーと、 前記第1のミキサーから出力される信号から周波数f3
の信号を抽出する第1のバンドパスフィルターと、 前記第2のミキサーから出力される信号から周波数f3
の信号を抽出する第2のバンドパスフィルターと、 前記第1のバンドパスフィルターで抽出された周波数f
3の信号と前記第2のバンドパスフィルターで抽出され
た周波数f3の信号との位相差を測定する位相差測定手
段とで構成され、 前記位相差測定手段の測定結果から前記被測定対象まで
の距離を求めるようにしたことを特徴とする光波測距装
置。1. Frequencies f 1 , f 2 , f 1 -f 3 , and f 2
A phase-locked oscillator that generates a signal of -f 3, a multiplexer that combines the signals of f 1 and f 2 that are generated by the phase-locked oscillator, and a frequency f 1 that is combined by the multiplexer. optical transmitting means for outputting to the object to be measured the light multiplexed and modulated with the signal of f 2 , and light receiving means for converting the light output from the optical transmitting means and reflected by the object to be measured into an electric signal, A first mixer for mixing the signals of the frequencies f 1 and f 2 converted into electric signals by the optical receiving means and the signals of the frequencies f 1 -f 3 output from the phase-locked oscillator; A second mixer for mixing the signals of the frequencies f 1 and f 2 converted into a signal and the signal of the frequency f 2 -f 3 output by the phase-locked oscillator; and a signal output from the first mixer To frequency f 3
And a frequency f 3 from the signal output from the second mixer.
A second bandpass filter for extracting the signal of the frequency band, and a frequency f extracted by the first bandpass filter.
3 signal and the phase difference measuring means for measuring the phase difference between the signal of the frequency f 3 extracted by the second band pass filter, from the measurement result of the phase difference measuring means to the object to be measured. An optical wave distance measuring device, characterized in that the distance of is measured.
相差測定手段で測定される位相差をΔφ、光速度をCと
すると、次式 R=C・Δφ/4π(f1−f2) により求められることを特徴とする請求項1に記載の光
波測距装置。2. The distance R to the object to be measured, where Δφ is the phase difference measured by the phase difference measuring means and C is the speed of light, the following equation R = C · Δφ / 4π (f 1 −f 2 ) The optical distance measuring device according to claim 1, which is obtained by
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JP7024007A JP2874580B2 (en) | 1995-02-13 | 1995-02-13 | Lightwave ranging device |
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JP7024007A JP2874580B2 (en) | 1995-02-13 | 1995-02-13 | Lightwave ranging device |
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JP (1) | JP2874580B2 (en) |
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JP2874580B2 (en) | 1999-03-24 |
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