JP2014017662A - 画像読取用照明装置および画像読取装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】照度むらを低減し、薄型化を安価に達成できる画像読取用照明装置および画像読取装置を提供する。
【解決手段】画像読取用の原稿載置面における長尺領域の長辺方向と同方向に複数個互いに離間して設けられる発光素子と、発光素子から発する光束を副走査断面において集光し、かつ副走査断面において原稿載置面と成す角度が5度以上で40度以下となる照明光軸で光束を出射する集光素子と、長尺領域の長辺方向における照度むらを低減する光路長を形成するために、主走査断面を挟んで発光素子および集光素子と反対側に設けられ、集光素子から出射する光束を長尺領域へ向け反射する反射素子と、を有する。
【選択図】図1
【解決手段】画像読取用の原稿載置面における長尺領域の長辺方向と同方向に複数個互いに離間して設けられる発光素子と、発光素子から発する光束を副走査断面において集光し、かつ副走査断面において原稿載置面と成す角度が5度以上で40度以下となる照明光軸で光束を出射する集光素子と、長尺領域の長辺方向における照度むらを低減する光路長を形成するために、主走査断面を挟んで発光素子および集光素子と反対側に設けられ、集光素子から出射する光束を長尺領域へ向け反射する反射素子と、を有する。
【選択図】図1
Description
本発明は、画像読取用の原稿載置面における長尺領域を照明する画像読取用照明装置、および、それを用いた画像読取装置に関するものである。
一般に、イメージスキャナー、複写機、ファクシミリなどの画像読取装置において、蛍光灯などの管状(線状)光源を用いて原稿面を照明し、線順次方式で画像読取りを行う。管状光源005としては、冷陰極蛍光管やキセノン管などが主に用いられている。キセノン管は、光量の安定性が良いために業務用機器として多用されているが、コストが比較的高い。そのため、特に、製品単価の安い家庭用機器としては、コストの安い冷陰極管が多用されているが、冷陰極管は光量の安定性が良くないという問題があり、低コストで光量安定性が良い線状照明装置の開発が求められている。
昨今の技術開発の結果、発光ダイオードLED(Light Emitting Diode)の発光効率が向上し、LEDを使い線状照明装置とする技術が開発されている。
光源としてLEDのような点光源を用いる場合は、複数の点光源を主走査方向に互いに離間させて配列する構成をとる。このような各点光源から出射された光束を原稿面などの画像読取面に直接照射すると、主走査方向において照度ムラが生じ、読み取った画像に濃度ムラが発生する。そこで、複数の点光源を用いた画像読取装置において、照度ムラの発生を抑制する様々な技術が開発されている。
光源としてLEDのような点光源を用いる場合は、複数の点光源を主走査方向に互いに離間させて配列する構成をとる。このような各点光源から出射された光束を原稿面などの画像読取面に直接照射すると、主走査方向において照度ムラが生じ、読み取った画像に濃度ムラが発生する。そこで、複数の点光源を用いた画像読取装置において、照度ムラの発生を抑制する様々な技術が開発されている。
特許文献1では、光源から被対象物(原稿)との間に光をランダムに拡散する光拡散部を設けることで、照度ムラを解消しようとしている。また、特許文献2では、表面および裏面を実装面とする基板を用い、基板の表面に実装されている複数の発光素子を、基板の裏面に実装されている発光素子間の位置と対向する位置に配置する構成を採る。これにより、複数の点光源であるLEDの配置間隔を光源から原稿面までの光路長に比べて十分に狭くしている。また、特許文献3では、水平方向より上向きとなるように光源からの発光光軸を寝かせ、シリンドリカル曲面を備える反射部材で反射させて原稿面を照明している。
しかしながら、特許文献1の照明装置では、光束をランダムに拡散してしまうために、所定の被照明領域(長尺領域)以外にも拡散してしまうため、光源から出射した光束の光利用効率が良くない。また、特許文献2の照明装置では、表面および裏面を実装面とする基板を用いることで、コスト上昇を招く。更に、本従来例では図8、図9に示すAが22mm、Bが18mm、Hが30mmであるが、図10に示す照度ムラを低減するためには、光路長Aを大きく採る必要があり、光路長Aをより大きくすると装置高さHが大型化してしまう。
また、特許文献3の照明装置も同様に、読取り光学系の光軸に対して片側から直接照明する前提で、光源から被照明領域(長尺領域)への光路長Aを大きくするとき装置高さHが大型化する構成となる。
画像読取装置は、昨今レーザープリンター等の上部に取り付けられて複合機として盛んに用いられているが、バリアフリーの観点でも薄型化が最優先課題となっている。
本発明の目的は、照度むらを低減し、薄型化を安価に達成できる画像読取用照明装置および画像読取装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明に係る画像読取用照明装置は、画像読取用の原稿載置面における長尺領域の長辺方向と同方向に複数個互いに離間して設けられる発光素子と、前記発光素子から発する光束を前記長尺領域の短辺方向を含み原稿載置面に直交する第1の断面において集光し、かつ前記第1の断面において前記原稿載置面と成す角度が5度以上で40度以下となる照明光軸で光束を出射する集光素子と、前記長尺領域の前記長辺方向における照度むらを低減する光路長を形成するために、前記長尺領域の前記長辺方向を含み前記原稿載置面に直交する第2の断面を挟んで前記発光素子および前記集光素子と反対側に設けられ、前記集光素子から出射する光束を前記長尺領域へ向け反射する反射素子と、を有することを特徴とする。
また、上記画像読取用照明装置を用いた画像読取装置も本発明の他の一側面を構成する。
本発明によれば、照度むらを低減し、薄型化を安価に達成できる画像読取用照明装置、および、これを用いた画像読取装置を提供できる。
以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して具体的に説明する。
《第1の実施形態》
(画像読取装置)
図7に、本発明の実施形態に係る画像読取用照明装置を搭載した画像読取装置の構成概要を示す断面図を示す。紙面垂直方向(主走査方向)に複数個互いに離間して設けられる発光ダイオードLED(Light Emitting Diode)より構成される光源005から出射された照明光は、原稿載置面である原稿台ガラス001上に置かれた原稿を照明する。
(画像読取装置)
図7に、本発明の実施形態に係る画像読取用照明装置を搭載した画像読取装置の構成概要を示す断面図を示す。紙面垂直方向(主走査方向)に複数個互いに離間して設けられる発光ダイオードLED(Light Emitting Diode)より構成される光源005から出射された照明光は、原稿載置面である原稿台ガラス001上に置かれた原稿を照明する。
すると、画像読取用の原稿載置面における長尺領域(長手方向が光源005の配置方向と同方向)で反射した画像情報を有した光束は、複数の反射ミラー006を介して結像レンズ007により結像される。即ち、紙面垂直方向(主走査方向)に配列された一次元光電変換素子(例えばCMOSアレイ)008上に長尺領域が結像される。そして、キャリッジ001は、駆動装置009により、図に示す副走査方向に移動しながら、原稿の2次元画像を線順次読取方式で読み取っていく。
(画像読取用照明装置)
図1(a)は、本発明の第1の実施形態に係る画像読取用照明装置の概略図を示す。また、図1(b)は発光素子の主走査方向における間隔と角度特性を示す。即ち、発光素子から長尺領域までの光路長をAmm、発光素子の隣接する間隔のうち最も大きい間隔をBmm、発光素子の主走査方向において相対照度60%以上が得られる角度幅をα°の関係を示す。また、図2は本実施形態に係る画像読取用照明装置の主走査照度分布を示すグラフを示す。
図1(a)は、本発明の第1の実施形態に係る画像読取用照明装置の概略図を示す。また、図1(b)は発光素子の主走査方向における間隔と角度特性を示す。即ち、発光素子から長尺領域までの光路長をAmm、発光素子の隣接する間隔のうち最も大きい間隔をBmm、発光素子の主走査方向において相対照度60%以上が得られる角度幅をα°の関係を示す。また、図2は本実施形態に係る画像読取用照明装置の主走査照度分布を示すグラフを示す。
図1(a)において、基板101上に実装された複数のLEDチップ102(サイドビュー型LED)は端面方向に発光するものであり、基板101とLEDチップ102の位置関係は図6に詳説している従来構成と同じである。LEDチップ102から発した光は、すぐに配光特性変換素子としての集光素子103に入射する。集光素子103は、LEDチップ102に対向する入射面が平面で、出射面は副走査断面(図1(a)の紙面内)にのみ曲率を有するシリンドリカルレンズ面である。
集光素子103は、複数のLEDチップ102と平面部で密接して主走査方向(紙面垂直方向)に長く、これによって、LEDチップ102から発した光は全て集光素子103の内部へ取り込まれる。そして、シリンドリカルレンズである集光素子103により、副走査方向に集光した光束は、照明光軸011に沿って進み、読取光軸010と交差する。
照明光軸は、原稿面002に対して上向きに15°の角度で設定され、かつ副走査断面(図1(a)の紙面内)で集光しているため、スリット003に向う光は皆無である。
照明光軸は、原稿面002に対して上向きに15°の角度で設定され、かつ副走査断面(図1(a)の紙面内)で集光しているため、スリット003に向う光は皆無である。
このような工夫が無ければ、たとえば、シリンドリカルレンズである集光素子103の替わりに副走査方向で集光力がない直方体が設けられる場合、出射面から下向きに発する光線が存在し、スリット003に入る。そして、スリット003に入った光線は、読取光軸010に沿う読取光束との分離が困難となり、読取画像上にフレアとなって現れてしまう。
このように、集光素子103を介して、読取光軸010を挟んで対抗する反射素子104に入射した光束は、反射素子104で反射した後、読取光軸010と原稿面002の交点を中心とした読取領域(長尺領域)に到達し読取領域(長尺領域)を照明する。反射素子104は折り曲げミラーとなっており、夫々の反射面に異なる角度で入射する光源からの入射光を同一の読取領域(長尺領域)へ反射するようにしている。
ここで、照度むらに関連して、図1(b)に発光素子の主走査方向における間隔と角度特性を示す。即ち、発光素子から長尺領域までの光路長をAmm、発光素子の隣接する間隔のうち最も大きい間隔をBmm、発光素子の主走査方向において相対照度60%以上が得られる角度幅をα°の関係を示す。最大間隔で隣接する発光素子からの光が、長尺領域で接する条件は、以下の式を満足する。
B/(2A)=tan(α/2)
これより、最大間隔で隣接する発光素子からの光が、長尺領域で重なる条件は、以下の式を満足することになる。
これより、最大間隔で隣接する発光素子からの光が、長尺領域で重なる条件は、以下の式を満足することになる。
B/(2A)≦tan(α/2) ・・・(1)
また、本実施形態では、以下の条件式を満足することが好ましい。
また、本実施形態では、以下の条件式を満足することが好ましい。
20≦A≦50 ・・・(2)
ここで、式1の下限値を満たしていれば、各素子の配置自由度を高く維持でき、上限値を満たしていれば装置の大型化を防ぐことができる。また、式2の下限値を満たしていれば、発光素子を十分な間隔をあけて配置でき、上限値を満たしていれば、高画質化に係る性能を高く維持できる。
ここで、式1の下限値を満たしていれば、各素子の配置自由度を高く維持でき、上限値を満たしていれば装置の大型化を防ぐことができる。また、式2の下限値を満たしていれば、発光素子を十分な間隔をあけて配置でき、上限値を満たしていれば、高画質化に係る性能を高く維持できる。
そして、より好ましくは以下の式を満足するようにする。
B/(4A)≦0.9tan(α/2) ・・・(3)
25≦A≦50 ・・・(4)
本実施形態において、A1+A2で表される光源から読取領域(長尺領域)への光路長Aは28mm、光源の主走査方向の最大間隔Bは18mmである。なお、LEDは日亜化学工業株式会社製NSSW108Tである。本実施形態では、図2のようにリップルの少ない主走査照度分布の特性を得ることができる。さらに、照明装置の高さHは23mmと従来よりも大幅な薄型化が達成される。
25≦A≦50 ・・・(4)
本実施形態において、A1+A2で表される光源から読取領域(長尺領域)への光路長Aは28mm、光源の主走査方向の最大間隔Bは18mmである。なお、LEDは日亜化学工業株式会社製NSSW108Tである。本実施形態では、図2のようにリップルの少ない主走査照度分布の特性を得ることができる。さらに、照明装置の高さHは23mmと従来よりも大幅な薄型化が達成される。
《第2の実施形態》
図3、図4で説明する本実施形態は、第1の実施形態に対して、拡散素子105を追加している。本実施形態の拡散素子105は、主走査断面(長尺領域の長辺方向を含み原稿載置面に直交する第2の断面)で、副走査断面での拡散度に対して大きい拡散度となる拡散特性を有するフイルム状の素子で、Lumint社製のLSD40x0.2PC10である。同素子の副走査断面(長尺領域の短辺方向を含み原稿載置面に直交する第1の断面)での拡散度は極めて軽微なものであり、長尺領域(被照明領域)以外への照明により照明効率が低下する影響は最小限に抑えることができる。
図3、図4で説明する本実施形態は、第1の実施形態に対して、拡散素子105を追加している。本実施形態の拡散素子105は、主走査断面(長尺領域の長辺方向を含み原稿載置面に直交する第2の断面)で、副走査断面での拡散度に対して大きい拡散度となる拡散特性を有するフイルム状の素子で、Lumint社製のLSD40x0.2PC10である。同素子の副走査断面(長尺領域の短辺方向を含み原稿載置面に直交する第1の断面)での拡散度は極めて軽微なものであり、長尺領域(被照明領域)以外への照明により照明効率が低下する影響は最小限に抑えることができる。
また、LEDチップ102から拡散素子105に至る光路長を十分に確保することで、拡散素子105の表面は主走査方向に均一に発光する2次光源面となるために、図4で示す長尺領域(被照明領域)における照度分布も良好となる。
ここで、照度むらに関連して、発光素子から拡散素子までの光路長をCmm、発光素子の隣接する間隔のうち最も大きい間隔をBmm、発光素子の主走査方向において相対照度80%以上が得られる角度幅をβ°の関係を示す。最大間隔で隣接する発光素子からの光が、拡散素子で接する条件は、以下の式を満足する。
B/(2C)=tan(β/2)
これより、最大間隔で隣接する発光素子からの光が、拡散素子で重なる条件は、以下の式を満足することになる。
これより、最大間隔で隣接する発光素子からの光が、拡散素子で重なる条件は、以下の式を満足することになる。
B/(2C)≦tan(β/2) ・・・(5)
また、本実施形態では、以下の条件式を満足することが好ましい。
また、本実施形態では、以下の条件式を満足することが好ましい。
5≦A−C≦15 ・・・(6)
式5の範囲を満たすことで、高画質化が高く維持され、式6の上限値を満たすことで小型化が可能となる。式6の下限値を下回ると、原稿台ガラスと前記拡散素子の間隔が狭くなり、接触防止機構を設けるなどの部品点数増を招き好ましくない。
式5の範囲を満たすことで、高画質化が高く維持され、式6の上限値を満たすことで小型化が可能となる。式6の下限値を下回ると、原稿台ガラスと前記拡散素子の間隔が狭くなり、接触防止機構を設けるなどの部品点数増を招き好ましくない。
そして、より好ましくは、以下の範囲を満たすと良い。
B/(4C)≦tan0.9(β/2) ・・・(7)
6≦A−C≦12 ・・・(8)
本実施形態では、A1+C1で表されるCは20mm、A1+A2で表されるAは25mm、Bは18mmである。また、照明装置の高さHも25mmと従来よりも薄くできている。なお、LEDは日亜化学工業株式会社製NSSW108Tである。
6≦A−C≦12 ・・・(8)
本実施形態では、A1+C1で表されるCは20mm、A1+A2で表されるAは25mm、Bは18mmである。また、照明装置の高さHも25mmと従来よりも薄くできている。なお、LEDは日亜化学工業株式会社製NSSW108Tである。
そして、LEDチップ上での照明光軸は、原稿面002に対して上向きに15°の角度である。本条件を用いて、図4のようにリップルの少ない主走査照度分布の特性を得ることができる。
《第3の実施形態》
図5、図6で説明する本実施形態は、第2の実施形態で詳説した構成の画像読取用照明装置を読取光軸を挟んで左右対称に第1セット、第2セットの2セットを配置するものである。第1セットとしては、図5の左側に設けられる第1の発光素子としての光源102と、第1の集光素子103、第1の反射素子104を備える。第1の発光素子としての光源102から発する光束を長尺領域の短辺方向を含み原稿載置面に直交する第1の断面(紙面と平行)において集光する。かつ、第1の集光素子103は第1の断面において原稿載置面と成す角度が5度以上で40度以下となる照明光軸で光束を出射する。
図5、図6で説明する本実施形態は、第2の実施形態で詳説した構成の画像読取用照明装置を読取光軸を挟んで左右対称に第1セット、第2セットの2セットを配置するものである。第1セットとしては、図5の左側に設けられる第1の発光素子としての光源102と、第1の集光素子103、第1の反射素子104を備える。第1の発光素子としての光源102から発する光束を長尺領域の短辺方向を含み原稿載置面に直交する第1の断面(紙面と平行)において集光する。かつ、第1の集光素子103は第1の断面において原稿載置面と成す角度が5度以上で40度以下となる照明光軸で光束を出射する。
そして、長尺領域の長辺方向における照度むらを低減する光路長を形成するために、長尺領域の長辺方向を含み原稿載置面に直交する第2の断面(主走査断面)を挟んで第1の発光素子および第1の集光素子と反対側に第1の反射素子104が設けられる。第1の反射素子104は、第1の集光素子105から出射する光束を長尺領域へ向け反射する。
第2セットとしては、図5の右側に設けられ長尺領域を挟んで長尺領域の長辺方向と同方向に複数個互いに離間して設けられる第2の発光素子としての光源103と、第2の集光素子103と、を備える。更に、第2の断面を挟んで第2の発光素子および第2の集光素子と反対側に設けられる第2の反射素子と、を備える。
本実施形態では、LEDチップ上での照明光軸は、原稿面002に対して上向きに30°とし、構成部品の干渉と、フレアの発生を防いでいる。また、本実施形態では、A1+C1で表されるCは20mm、A1+A2で表されるAは25mm、光源の最大間隔Bは18mmである。なお、本実施形態におけるLEDは、日亜化学工業株式会社製NSSW108Tである。
本条件により、本実施形態では、照明装置の高さHも28mmと従来よりも薄くできる。また、図6のようにリップルの少ない主走査照度分布の特性を得て、高画質化(照度むらがより少ない)を図ることができる。
以上、各実施形態における実施例と、従来例との、各パラメータおよび条件式をまとめて比較できるようにした表を以下に示す。
(変形例)
上述した実施形態では、集光素子を光入射面が平面、光出射面が副走査断面で曲率を備えるシリンドリカルレンズ面としたが、光入射面と光出射面の少なくとも一面が主走査断面と副走査断面で異なる曲率を有するアナモフィック光学素子としても良い。この場合、主走査断面の曲率は、副走査断面の曲率に比べ緩い(曲率半径が大きい)ものとする。これによって、主走査方向と副走査方向に独立して配光特性を与えることができ、特に主走査方向については原稿面での照度分布ムラ等を改善し、副走査方向には集光性を高めて必要十分な光量を確保することができる。
上述した実施形態では、集光素子を光入射面が平面、光出射面が副走査断面で曲率を備えるシリンドリカルレンズ面としたが、光入射面と光出射面の少なくとも一面が主走査断面と副走査断面で異なる曲率を有するアナモフィック光学素子としても良い。この場合、主走査断面の曲率は、副走査断面の曲率に比べ緩い(曲率半径が大きい)ものとする。これによって、主走査方向と副走査方向に独立して配光特性を与えることができ、特に主走査方向については原稿面での照度分布ムラ等を改善し、副走査方向には集光性を高めて必要十分な光量を確保することができる。
002・・原稿、003・・スリット、010・・読取光軸、011・・照明光軸、102・・LEDチップ(発光素子)、102・・集光素子、104・・反射素子、105・・拡散素子
Claims (11)
- 画像読取用の原稿載置面における長尺領域の長辺方向と同方向に複数個互いに離間して設けられる発光素子と、
前記発光素子から発する光束を前記長尺領域の短辺方向を含み原稿載置面に直交する第1の断面において集光し、かつ前記第1の断面において前記原稿載置面と成す角度が5度以上で40度以下となる照明光軸で光束を出射する集光素子と、
前記長尺領域の前記長辺方向における照度むらを低減する光路長を形成するために、前記長尺領域の前記長辺方向を含み前記原稿載置面に直交する第2の断面を挟んで前記発光素子および前記集光素子と反対側に設けられ、前記集光素子から出射する光束を前記長尺領域へ向け反射する反射素子と、
を有することを特徴とする画像読取用照明装置。 - 前記発光素子から前記長尺領域までの光路長がAmmであって、
前記発光素子の隣接する間隔のうち最も大きい間隔がBmmであって、
前記発光素子の前記第2の断面と平行な面において相対照度60%以上を得られる角度幅がα°であるとき、
以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項1に記載の画像読取用照明装置。
B/(2A)≦tan(α/2)
20≦A≦50 - 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項2に記載の画像読取用照明装置。
B/(4C)≦tan0.9(β/2)
6≦A−C≦12 - 前記集光素子は、前記第1の断面と前記第2の断面で異なる曲率を有するアナモフィック光学素子であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像読取用照明装置。
- 前記アナモフィック光学素子は、光入射面が平面で、光出射面が前記第2の断面においてのみ曲率を有するシリンドリカルレンズ面であることを特徴とする請求項4に記載の画像読取用照明装置。
- 前記反射素子による前記長尺領域へ向け反射する光線を拡散させる拡散素子を備えたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の画像読取用照明装置。
- 前記拡散素子は、前記第1の断面と前記第2の断面で異なる拡散特性を有し、前記第2の断面における拡散度が前記第1の断面における拡散度に対して大きいことを特徴とする請求項6に記載の画像読取用照明装置。
- 前記発光素子の隣接する間隔のうち最も大きい間隔がBmmであって、
前記発光素子から前記拡散素子までの光路長がCmmであって、
前記発光素子の前記第2の断面と平行な面において相対照度80%以上を得られる角度幅がβ°であるとき、
以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項6に記載の画像読取用照明装置。
B/(2C)≦tan(β/2)
5≦A−C≦15 - 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項8に記載の画像読取用照明装置。
B/(4C)≦tan0.9(β/2)
6≦A−C≦12 - 画像読取用の原稿載置面における長尺領域の長辺方向と同方向に複数個互いに離間して設けられる第1の発光素子と、
前記第1の発光素子から発する光束を前記長尺領域の短辺方向を含み原稿載置面に直交する第1の断面において集光し、かつ前記第1の断面において前記原稿載置面と成す角度が5度以上で40度以下となる照明光軸で光束を出射する第1の集光素子と、
前記長尺領域の前記長辺方向における照度むらを低減する光路長を形成するために、前記長尺領域の前記長辺方向を含み前記原稿載置面に直交する第2の断面を挟んで前記第1の発光素子および前記第1の集光素子と反対側に設けられ、前記第1の集光素子から出射する光束を前記長尺領域へ向け反射する第1の反射素子と、
前記長尺領域を挟んで前記長尺領域の長辺方向と同方向に複数個互いに離間して設けられる第2の発光素子と、
前記第2の発光素子から発する光束を前記長尺領域の短辺方向を含み原稿載置面に直交する前記第1の断面において集光し、かつ前記第1の断面において前記原稿載置面と成す角度が5度以上で40度以下となる照明光軸で光束を出射する第2の集光素子と、
前記長尺領域の前記長辺方向における照度むらを低減する光路長を形成するために、前記第2の断面を挟んで前記第2の発光素子および前記第2の集光素子と反対側に設けられ、前記第2の集光素子から出射する光束を前記長尺領域へ向け反射する第2の反射素子と、
を有することを特徴とする画像読取用照明装置。 - 請求項1乃至10のいずれか1項に記載の画像読取用照明装置を用いた画像読取装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2012153683A JP2014017662A (ja) | 2012-07-09 | 2012-07-09 | 画像読取用照明装置および画像読取装置 |
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2012
- 2012-07-09 JP JP2012153683A patent/JP2014017662A/ja active Pending
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