JPH0435818B2 - - Google Patents
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- JPH0435818B2 JPH0435818B2 JP1263190A JP26319089A JPH0435818B2 JP H0435818 B2 JPH0435818 B2 JP H0435818B2 JP 1263190 A JP1263190 A JP 1263190A JP 26319089 A JP26319089 A JP 26319089A JP H0435818 B2 JPH0435818 B2 JP H0435818B2
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- waveguide
- grating
- lens
- light beam
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Landscapes
- Optical Recording Or Reproduction (AREA)
- Optical Head (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
≪産業上の利用分野≫
この発明はレーザデイスクや光カード等に用い
られる光ピツクアツプ装置に関する。
られる光ピツクアツプ装置に関する。
≪従来技術とその問題点≫
周知のように、レーザから出射されるレーザ光
は位相のそろつたコヒーレントな光であり、この
コヒーレント特性のゆえに種々の計測に使用され
ており、また光通信等にも利用されている。
は位相のそろつたコヒーレントな光であり、この
コヒーレント特性のゆえに種々の計測に使用され
ており、また光通信等にも利用されている。
レーザ光のビーム径を絞るためにはレンズが使
用されている。レンズは、例えば通常の凸レンズ
では、レーザ光のビームを数μm程度まで絞り込
める。この絞り込みは2次元的に行なえる。これ
に対して2次元のフオーカシングが行なえないレ
ンズとしては例えば、カマボコレンズ(シリンド
リカルレンズ)があり、このレンズでは光ビーム
を一方向にしか絞り込めない(1次元のフオーカ
シングしか行なえない)。
用されている。レンズは、例えば通常の凸レンズ
では、レーザ光のビームを数μm程度まで絞り込
める。この絞り込みは2次元的に行なえる。これ
に対して2次元のフオーカシングが行なえないレ
ンズとしては例えば、カマボコレンズ(シリンド
リカルレンズ)があり、このレンズでは光ビーム
を一方向にしか絞り込めない(1次元のフオーカ
シングしか行なえない)。
現在、レーザ光の2次元のフオーカシングはレ
ンズのみによつて行われている。2次元のフオー
カシングを行なえることがレンズの最大の長所で
あるが、レンズには次のような欠点も指摘されて
いる。
ンズのみによつて行われている。2次元のフオー
カシングを行なえることがレンズの最大の長所で
あるが、レンズには次のような欠点も指摘されて
いる。
(A) ………焦点距離が一定であり、焦点距離を変
えることができない。
えることができない。
(B) ………そのため物体の移動等に合せて焦点を
移動させる必要がある場合、レンズを移動させ
なければならず、レンズ系の移動機構および駆
動機構が必要となり、耐久性が劣る。
移動させる必要がある場合、レンズを移動させ
なければならず、レンズ系の移動機構および駆
動機構が必要となり、耐久性が劣る。
(C) ………バルクレンズ、レンズ等レンズ系の移
動機構および駆動機構にはコイルを必要とする
ため、それらの機構は決して小さなものではな
いし、レンズ自体およびそのホルダも決してコ
ンパクトなものではなく、従つて、光ピツクア
ツプ装置の小型軽量化を図ることは従来困難で
あつた。
動機構および駆動機構にはコイルを必要とする
ため、それらの機構は決して小さなものではな
いし、レンズ自体およびそのホルダも決してコ
ンパクトなものではなく、従つて、光ピツクア
ツプ装置の小型軽量化を図ることは従来困難で
あつた。
ところで、レーザビームをコンパクトな装置で
絞り込もうとすれば、上述のような通常のレンズ
に替えて、薄膜光導波路上に作成されたグレーテ
イングレンズを用いることが考えられる。しか
し、従来のグレーテイングレンズでは上記カマボ
コレンズと同様に1次元のみのフオーカシングし
か行なえず、また焦点位置も一定となつてしま
う。
絞り込もうとすれば、上述のような通常のレンズ
に替えて、薄膜光導波路上に作成されたグレーテ
イングレンズを用いることが考えられる。しか
し、従来のグレーテイングレンズでは上記カマボ
コレンズと同様に1次元のみのフオーカシングし
か行なえず、また焦点位置も一定となつてしま
う。
≪発明の目的≫
この発明の目的は、通常のレンズと同様な2次
元の光ビームの絞り込み(フオーカシング)が行
なえるとともに、かつ焦点位置を変化させること
ができ、しかも従来のようなレンズの移動および
駆動系が必要なく、コンパクトにこれを実現する
ことのできる光ピツクアツプ装置を提供すること
にある。
元の光ビームの絞り込み(フオーカシング)が行
なえるとともに、かつ焦点位置を変化させること
ができ、しかも従来のようなレンズの移動および
駆動系が必要なく、コンパクトにこれを実現する
ことのできる光ピツクアツプ装置を提供すること
にある。
≪発明の構成と効果≫
上記の目的を達成するために、この発明は、薄
膜光導波路中を伝搬する光ビームを発生する光ビ
ーム発生手段と、 上記光ビームの上記薄膜光導波路中での進行方
向を電気信号に応じ制御する光ビーム方向制御手
段と、 上記光ビームを該導波路の平面内においてフオ
ーカシングすべく、該導波路上に形成されたグレ
ーテイングレンズと、 このグレーテイングレンズの近傍の上記導波路
上に形成され、印加電圧に応じて、上記グレーテ
イングレンズの屈折率を変化させる電極と、 上記グレーテイングレンズを経た光ビームを上
記導波路の表面から外部に出射させるとともに、
その出射光ビームを該導波路外の空間でフオーカ
シングすべく、該導波路上に形成されたチヤープ
型グレーテイングと、 このチヤープ型グレーテイングの近傍の上記導
波路上に形成され、印加電圧に応じて上記チヤー
プ型グレーテングの屈折率を変化させる電極と、 導波路外に出射した光の対象物による反射光を
受光する受光部と、 を有することを特徴とする。
膜光導波路中を伝搬する光ビームを発生する光ビ
ーム発生手段と、 上記光ビームの上記薄膜光導波路中での進行方
向を電気信号に応じ制御する光ビーム方向制御手
段と、 上記光ビームを該導波路の平面内においてフオ
ーカシングすべく、該導波路上に形成されたグレ
ーテイングレンズと、 このグレーテイングレンズの近傍の上記導波路
上に形成され、印加電圧に応じて、上記グレーテ
イングレンズの屈折率を変化させる電極と、 上記グレーテイングレンズを経た光ビームを上
記導波路の表面から外部に出射させるとともに、
その出射光ビームを該導波路外の空間でフオーカ
シングすべく、該導波路上に形成されたチヤープ
型グレーテイングと、 このチヤープ型グレーテイングの近傍の上記導
波路上に形成され、印加電圧に応じて上記チヤー
プ型グレーテングの屈折率を変化させる電極と、 導波路外に出射した光の対象物による反射光を
受光する受光部と、 を有することを特徴とする。
この発明に係る光ピツクアツプ装置は上記の如
く構成されているため、可動部なしでフオーカシ
ングやトラツキングを行うことができるので、装
置の長寿命化を図ることができるとともに、バル
クレンズやレンズ等を駆動するコイル等が不要と
なるため、小型軽量の光ピツクアツプ装置を実現
できる等の効果を有する。
く構成されているため、可動部なしでフオーカシ
ングやトラツキングを行うことができるので、装
置の長寿命化を図ることができるとともに、バル
クレンズやレンズ等を駆動するコイル等が不要と
なるため、小型軽量の光ピツクアツプ装置を実現
できる等の効果を有する。
≪実施例の説明≫
第1図はこの発明に用いられる薄膜型2次元フ
オーカシング装置を示す。この装置は、LiNbO3
結晶からなる基板1に集積形成されたもので、基
板1の表面には薄膜光導波路2が形成されてい
る。導波路2上にはリフトオフ法を用いた選択ス
パツタリングにより上部層3aを所定パターンで
蒸着してなるグレーテイングレンズ3が形成され
ている。また、このグレーテイングレンズ3の両
側部には電極4,4が形成されており、この電極
4,4間に直流電源5から適宜な電圧が印加され
る。グレーテイングレンズ3には薄膜光導波路2
上を矢印Pで示すように平行に伝搬する光が入射
し、この光を矢印Qで示すように、導波路2の平
面内においてフオーカシングする。
オーカシング装置を示す。この装置は、LiNbO3
結晶からなる基板1に集積形成されたもので、基
板1の表面には薄膜光導波路2が形成されてい
る。導波路2上にはリフトオフ法を用いた選択ス
パツタリングにより上部層3aを所定パターンで
蒸着してなるグレーテイングレンズ3が形成され
ている。また、このグレーテイングレンズ3の両
側部には電極4,4が形成されており、この電極
4,4間に直流電源5から適宜な電圧が印加され
る。グレーテイングレンズ3には薄膜光導波路2
上を矢印Pで示すように平行に伝搬する光が入射
し、この光を矢印Qで示すように、導波路2の平
面内においてフオーカシングする。
グレーテイングレンズ3を経た光ビームQの進
行方向側における導波路2上には、ホログラフイ
ツク露光法とイオンスパツタ法により、場所によ
り周期の異なるチヤープ型グレーテイング6が作
成されている。また、このチヤープ型グレーテイ
ング6の両側には電極7,7が形成され、この電
極7,7間に直流電源8により適宜な電圧が印加
される。
行方向側における導波路2上には、ホログラフイ
ツク露光法とイオンスパツタ法により、場所によ
り周期の異なるチヤープ型グレーテイング6が作
成されている。また、このチヤープ型グレーテイ
ング6の両側には電極7,7が形成され、この電
極7,7間に直流電源8により適宜な電圧が印加
される。
矢印Qのように導波路2を伝搬してチヤープ型
グレーテイング6に入射した光ビームQは、矢印
Rで示すように導波路2の表面から斜め上方へ出
射するとともに、導波路2の平面と垂直な平面内
においてフオーカシングの作用が働く。
グレーテイング6に入射した光ビームQは、矢印
Rで示すように導波路2の表面から斜め上方へ出
射するとともに、導波路2の平面と垂直な平面内
においてフオーカシングの作用が働く。
次に、上記の構成の動作をより詳細に説明す
る。まず、グレーテイングレンズ3の作用の詳細
について、この部分のみを抽出して示す第2図に
基づいて説明する。このグレーテイングレンズ3
は導波路2上のB点に焦点を結ぶように設計され
ている。グレーテイングレンズ3からのビーム光
が集光される位置までの距離fは、導波路2の基
板1からの屈折率変化がΔn、レンズ3の中心か
らの距離がD/2であると、このフレネル型のグ
レーテイングレンズ3では、 Δn∝cos{β(√(2)2+2−f)} ………(1) という関係式がある。ここでβは導波路2中のモ
ードの位相定数である。グレーテイングレンズ3
を挾む電極4に電源5より電圧を印加することで
上述のモードの位相定数βが変化する。この位相
定数βの変化によりグレーテイングレンズ3の焦
点距離fを変化させ得る。電極4,4の間隔が導
波路2の膜厚に比較して1桁程度大きいならば、
位相定数βの変化量は電極4,4間に印加する電
圧に比例し、屈折率変化Δnは一定である。つま
り、D/2<<fであるので、式1より、 β{√(2)2+2−f}=一定 となるから、 β/f=一定となる。位相定数βが増加すれば
焦点距離fもβに比例して増加し、例えば第2図
のC点に移動する。またある電圧で位相定数βが
減少すれば焦点はA点に移動する。このように、
矢印Pのように入射する平行なレーザビームがグ
レーテイングレンズ3によつて導波路2の平面内
で絞り込まれる(フオーカシング)とともに、そ
の焦点距離は電極4,4に印加する電圧を調整し
てグレーテイングレンズ3の屈折率を変化させる
ことで変えることができる。
る。まず、グレーテイングレンズ3の作用の詳細
について、この部分のみを抽出して示す第2図に
基づいて説明する。このグレーテイングレンズ3
は導波路2上のB点に焦点を結ぶように設計され
ている。グレーテイングレンズ3からのビーム光
が集光される位置までの距離fは、導波路2の基
板1からの屈折率変化がΔn、レンズ3の中心か
らの距離がD/2であると、このフレネル型のグ
レーテイングレンズ3では、 Δn∝cos{β(√(2)2+2−f)} ………(1) という関係式がある。ここでβは導波路2中のモ
ードの位相定数である。グレーテイングレンズ3
を挾む電極4に電源5より電圧を印加することで
上述のモードの位相定数βが変化する。この位相
定数βの変化によりグレーテイングレンズ3の焦
点距離fを変化させ得る。電極4,4の間隔が導
波路2の膜厚に比較して1桁程度大きいならば、
位相定数βの変化量は電極4,4間に印加する電
圧に比例し、屈折率変化Δnは一定である。つま
り、D/2<<fであるので、式1より、 β{√(2)2+2−f}=一定 となるから、 β/f=一定となる。位相定数βが増加すれば
焦点距離fもβに比例して増加し、例えば第2図
のC点に移動する。またある電圧で位相定数βが
減少すれば焦点はA点に移動する。このように、
矢印Pのように入射する平行なレーザビームがグ
レーテイングレンズ3によつて導波路2の平面内
で絞り込まれる(フオーカシング)とともに、そ
の焦点距離は電極4,4に印加する電圧を調整し
てグレーテイングレンズ3の屈折率を変化させる
ことで変えることができる。
次に、チヤープ型グレーテイング6の作用につ
いて、この部分のみの詳細を示す第3図に従つて
説明する。導波路2上に長さLにわたつて作成し
たチヤープ型グレーテイング6は場所により周期
が異なつており、導波路2を矢印Qのように侵入
してくるレーザ光はこのグレーテイング6で外部
に出射するが、その出射場所により出射方向が異
なり、その結果出射した光はある点に集光する。
いて、この部分のみの詳細を示す第3図に従つて
説明する。導波路2上に長さLにわたつて作成し
たチヤープ型グレーテイング6は場所により周期
が異なつており、導波路2を矢印Qのように侵入
してくるレーザ光はこのグレーテイング6で外部
に出射するが、その出射場所により出射方向が異
なり、その結果出射した光はある点に集光する。
第3図に示すように、座標径を取れば、S(X、
Z)は、 Z=βOL(k2−βL 2)1/2/βO(k2−BL 2)1/2−βL(k
2−βO 2)1/2 X=[(k2−βO 2)1/2/βO]Zλ で示される点になる。ここでk(=2π/λ)は波
数であり、また、 βO≡kz(0)=β−2π/Λ(0) βL≡kz(L)=β−2π/Λ(L) である。更に、βは導波路2のモードの位相定数
である。Λ(0)はZ=0におけるグレーテイン
グ6の周期であり、Λ(L)はZ=Lにおけるグ
レーテイング6の周期である。グレーテイング6
の周期をZ=0で0.33μm、Z=Lで0.295μmと
すると、L=1cm、λ=0.6328μmならば、S
(X、Z)≒(4.05、1.28)となる(単位はcm)。
Z)は、 Z=βOL(k2−βL 2)1/2/βO(k2−BL 2)1/2−βL(k
2−βO 2)1/2 X=[(k2−βO 2)1/2/βO]Zλ で示される点になる。ここでk(=2π/λ)は波
数であり、また、 βO≡kz(0)=β−2π/Λ(0) βL≡kz(L)=β−2π/Λ(L) である。更に、βは導波路2のモードの位相定数
である。Λ(0)はZ=0におけるグレーテイン
グ6の周期であり、Λ(L)はZ=Lにおけるグ
レーテイング6の周期である。グレーテイング6
の周期をZ=0で0.33μm、Z=Lで0.295μmと
すると、L=1cm、λ=0.6328μmならば、S
(X、Z)≒(4.05、1.28)となる(単位はcm)。
グレーテイング6の作成においては、レジスト
としてPMMAを使用し、マイクロコンピユータ
制御の電子ビーム露光機を使用することで、任意
の周期を簡単に得られる。
としてPMMAを使用し、マイクロコンピユータ
制御の電子ビーム露光機を使用することで、任意
の周期を簡単に得られる。
上記チヤープ型グレーテイング6の焦点は、電
極7,7間に電圧を印加し、電極7,7間の導波
路2の屈折率およびモードの位相定数を変化させ
ることで移動することができる。焦点の移動は、
上記のS点では導波路2面に垂直にリニアに変化
すると考えて良い。以上により、導波路2面に垂
直な面でのフオーカシングと焦点の移動が可能と
なる。
極7,7間に電圧を印加し、電極7,7間の導波
路2の屈折率およびモードの位相定数を変化させ
ることで移動することができる。焦点の移動は、
上記のS点では導波路2面に垂直にリニアに変化
すると考えて良い。以上により、導波路2面に垂
直な面でのフオーカシングと焦点の移動が可能と
なる。
以上の2系統のフオーカシングにより通常のレ
ンズと同じように2次元のフオーカシングが可能
となり、しかも焦点位置は電気的に制御すること
ができ、この制御系には従来のようなレンズを移
動させる可動部分は含まず、非常にコンパクトに
1つの薄膜光導波路上に構成することができる。
ンズと同じように2次元のフオーカシングが可能
となり、しかも焦点位置は電気的に制御すること
ができ、この制御系には従来のようなレンズを移
動させる可動部分は含まず、非常にコンパクトに
1つの薄膜光導波路上に構成することができる。
第4図は上記フオーカシング装置を用いた本発
明に係る光ピツクアツプ装置の説明図であり、こ
の実施例は、デイジタルオーデイオデイスクシス
テムに適用したものである。
明に係る光ピツクアツプ装置の説明図であり、こ
の実施例は、デイジタルオーデイオデイスクシス
テムに適用したものである。
第4図において、第1図〜第3図と同一または
対応する部分に同一符号を付している。レーザダ
イオード9から出射したビームはコリメートレン
ズ14により平行化される。この平行化されたレ
ーザビームとIDT(櫛形電極超音波発振子10)
から発生した弾性表面波がブラツグ角で交差し、
光ビームの進行方向が適宜に変化させられる。そ
の後、光ビームは上述したグレーテイングレンズ
3およびチヤープ型グレーテイング6を経て光導
波路2から斜め上方に出射し、デイジタルオーデ
イオデイスク12上のピツト13に照射される。
デイスク12からの反射光は、シリコン基板8上
に上記薄膜光導波路2と同一平面を成して形成さ
れたフオトダイオードアレイA1〜C2からなる
受光部に照射され、フオトダイオードアレイA1
〜C2の出力は同じくシリコン基板8上に集積形
成された制御回路11(マイクロプロセツサを含
む)に入力され、この回路の演算処理によりフオ
ーカス誤差、トラツキング誤差およびデータ信号
が検知される。また制御回路11は、上記フオー
カス誤差信号に基づいてグレーテイングレンズ3
の電極4およびチヤープ型グレーテイング6の電
極7に印加する電圧を制御し、デイスク12上の
ピツト13に正しく焦点を結ぶようにいわゆるフ
オーカスサーボの制御を行なう。また、IDT10
に加える高周波信号の周波数を制御することで、
いわゆるトラツキングサーボの制御を行なう。
対応する部分に同一符号を付している。レーザダ
イオード9から出射したビームはコリメートレン
ズ14により平行化される。この平行化されたレ
ーザビームとIDT(櫛形電極超音波発振子10)
から発生した弾性表面波がブラツグ角で交差し、
光ビームの進行方向が適宜に変化させられる。そ
の後、光ビームは上述したグレーテイングレンズ
3およびチヤープ型グレーテイング6を経て光導
波路2から斜め上方に出射し、デイジタルオーデ
イオデイスク12上のピツト13に照射される。
デイスク12からの反射光は、シリコン基板8上
に上記薄膜光導波路2と同一平面を成して形成さ
れたフオトダイオードアレイA1〜C2からなる
受光部に照射され、フオトダイオードアレイA1
〜C2の出力は同じくシリコン基板8上に集積形
成された制御回路11(マイクロプロセツサを含
む)に入力され、この回路の演算処理によりフオ
ーカス誤差、トラツキング誤差およびデータ信号
が検知される。また制御回路11は、上記フオー
カス誤差信号に基づいてグレーテイングレンズ3
の電極4およびチヤープ型グレーテイング6の電
極7に印加する電圧を制御し、デイスク12上の
ピツト13に正しく焦点を結ぶようにいわゆるフ
オーカスサーボの制御を行なう。また、IDT10
に加える高周波信号の周波数を制御することで、
いわゆるトラツキングサーボの制御を行なう。
以上のように、本発明に係る光ピツクアツプ装
置によれば、レンズ系を駆動するような可動部な
しで、フオーカシング、トラツキングが可能とな
るため、装置の長寿命化を図ることができるとと
もに、バルクレンズやレンズを駆動するコイル等
が不要となるため小型軽量の光ピツクアツプ装置
を実現できる。
置によれば、レンズ系を駆動するような可動部な
しで、フオーカシング、トラツキングが可能とな
るため、装置の長寿命化を図ることができるとと
もに、バルクレンズやレンズを駆動するコイル等
が不要となるため小型軽量の光ピツクアツプ装置
を実現できる。
第1図はこの発明に用いられる薄膜型2次元フ
オーカシング装置の構成を示す斜視図、第2図は
同上装置におけるグレーテイングレンズ3の作用
を示す作用図、第3図は同上装置におけるチヤー
プ型グレーテイング6の作用を示す作用図、第4
図はこの発明に係る光ピツクアツプ装置の説明図
である。 1……結晶基板、2……薄膜光導波路、3……
グレーテイングレンズ、4……電極、6……チヤ
ープ型グレーテイング、7……電極、9……レー
ザダイオード、11……制御回路、12……デイ
スク、A1〜C2……受光部。
オーカシング装置の構成を示す斜視図、第2図は
同上装置におけるグレーテイングレンズ3の作用
を示す作用図、第3図は同上装置におけるチヤー
プ型グレーテイング6の作用を示す作用図、第4
図はこの発明に係る光ピツクアツプ装置の説明図
である。 1……結晶基板、2……薄膜光導波路、3……
グレーテイングレンズ、4……電極、6……チヤ
ープ型グレーテイング、7……電極、9……レー
ザダイオード、11……制御回路、12……デイ
スク、A1〜C2……受光部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 薄膜光導波路中を伝搬する光ビームを発生す
る光ビーム発生手段と、 上記光ビームの上記薄膜光導波路中での進行方
向を電気信号に応じ制御する光ビーム方向制御手
段と、 上記光ビームを該導波路の平面内においてフオ
ーカシングすべく、該導波路上に形成されたグレ
ーテイングレンズと、 このグレーテイングレンズの近傍の上記導波路
上に形成され、印加電圧に応じて、上記グレーテ
イングレンズの屈折率を変化させる電極と、 上記グレーテイングレンズを経た光ビームを上
記導波路の表面から外部に出射させるとともに、
その出射光ビームを該導波路外の空間でフオーカ
シングすべく、該導波路上に形成されたチヤープ
型グレーテイングと、 このチヤープ型グレーテイングの近傍の上記導
波路上に形成され、印加電圧に応じて上記チヤー
プ型グレーテングの屈折率を変化させる電極と、 導波路外に出射した光の対象物による反射光を
受光する受光部と、 を有することを特徴とする光ピツクアツプ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1263190A JPH02139723A (ja) | 1989-10-09 | 1989-10-09 | 光ピックアップ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1263190A JPH02139723A (ja) | 1989-10-09 | 1989-10-09 | 光ピックアップ装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57180257A Division JPS5969732A (ja) | 1982-10-14 | 1982-10-14 | 薄膜型2次元フオ−カシング装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02139723A JPH02139723A (ja) | 1990-05-29 |
| JPH0435818B2 true JPH0435818B2 (ja) | 1992-06-12 |
Family
ID=17386022
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1263190A Granted JPH02139723A (ja) | 1989-10-09 | 1989-10-09 | 光ピックアップ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02139723A (ja) |
-
1989
- 1989-10-09 JP JP1263190A patent/JPH02139723A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02139723A (ja) | 1990-05-29 |
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