JP3008657B2 - 増幅型固体撮像装置 - Google Patents
増幅型固体撮像装置Info
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- JP3008657B2 JP3008657B2 JP4082703A JP8270392A JP3008657B2 JP 3008657 B2 JP3008657 B2 JP 3008657B2 JP 4082703 A JP4082703 A JP 4082703A JP 8270392 A JP8270392 A JP 8270392A JP 3008657 B2 JP3008657 B2 JP 3008657B2
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- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 title claims description 17
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims description 12
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 5
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-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
- H04N25/65—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to reset noise, e.g. KTC noise related to CMOS structures by techniques other than CDS
Landscapes
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、各画素毎に増幅用トラ
ンジスタを用いて電流増幅を行ういわゆる増幅型固体撮
像装置に関し、特にエリアセンサやリニアセンサとして
用いて好適な増幅型固体撮像装置に関する。
ンジスタを用いて電流増幅を行ういわゆる増幅型固体撮
像装置に関し、特にエリアセンサやリニアセンサとして
用いて好適な増幅型固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ファクシミリ等におけるイメージセンサ
として、近年、光学系がロッドレンズだけで良いことか
ら、セットとして小型化できるという特長を有する密着
型リニアセンサが用いられている。密着型リニアセンサ
は原稿と等サイズのセンサ長を持つものであり、このセ
ンサには、非晶質シリコン（ａ‐Ｓi)センサや多結晶シ
リコン（Poly‐Ｓi)ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）技術な
どが用いられている。
として、近年、光学系がロッドレンズだけで良いことか
ら、セットとして小型化できるという特長を有する密着
型リニアセンサが用いられている。密着型リニアセンサ
は原稿と等サイズのセンサ長を持つものであり、このセ
ンサには、非晶質シリコン（ａ‐Ｓi)センサや多結晶シ
リコン（Poly‐Ｓi)ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）技術な
どが用いられている。
【０００３】上述した、特に長尺化が必要な密着型リニ
アセンサでは、各画素毎のセンサ出力のバラツキを抑え
ることが重要な課題となっている。もし、各画素毎にセ
ンサ出力のバラツキがあると、外部回路にて補正をかけ
ないと、固定パターンノイズとして現れることになる。
勿論、縮小光学系を持つＣＣＤリニアセンサ等でも、固
定パターンノイズに対する同様の対策が必要である。
アセンサでは、各画素毎のセンサ出力のバラツキを抑え
ることが重要な課題となっている。もし、各画素毎にセ
ンサ出力のバラツキがあると、外部回路にて補正をかけ
ないと、固定パターンノイズとして現れることになる。
勿論、縮小光学系を持つＣＣＤリニアセンサ等でも、固
定パターンノイズに対する同様の対策が必要である。
【０００４】図５に、増幅型固体撮像装置の１画素分の
構成の従来例を示す。この増幅型固体撮像装置は、フォ
トセンサ１に蓄積される信号電荷によるセンサ電位ｖS
を増幅用トランジスタＭ１で電流増幅するタイプのもの
である。信号の読出しに関しては、スイッチング用トラ
ンジスタＭ２を通して電流として読み出す。本例はリニ
アセンサに適用した場合の例であり、エリアセンサに適
用する場合には、２個のスイッチング用トランジスタに
よるＸ‐Ｙアドレス型となる。センサ電位ｖSはリセッ
ト用トランジスタＭ３によってリセット電圧ＶR にリセ
ットされ、このリセット動作によりセンサ蓄積時間が決
定される。図６に、各部の動作波形を示す。
構成の従来例を示す。この増幅型固体撮像装置は、フォ
トセンサ１に蓄積される信号電荷によるセンサ電位ｖS
を増幅用トランジスタＭ１で電流増幅するタイプのもの
である。信号の読出しに関しては、スイッチング用トラ
ンジスタＭ２を通して電流として読み出す。本例はリニ
アセンサに適用した場合の例であり、エリアセンサに適
用する場合には、２個のスイッチング用トランジスタに
よるＸ‐Ｙアドレス型となる。センサ電位ｖSはリセッ
ト用トランジスタＭ３によってリセット電圧ＶR にリセ
ットされ、このリセット動作によりセンサ蓄積時間が決
定される。図６に、各部の動作波形を示す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した構成の増幅型
固体撮像装置において、増幅用トランジスタＭ１の特性
は、ドレイン・ソース電流をＩds、ドレイン・ソース電
圧をＶds、ゲート・ソース電圧をＶgs、閾値レベルをＶ
th、ＦＥＴのゲート幅をＷ、ゲート長をＬとすると、Ｖ
ds＞（Ｖgs−Ｖth）の飽和領域では、
固体撮像装置において、増幅用トランジスタＭ１の特性
は、ドレイン・ソース電流をＩds、ドレイン・ソース電
圧をＶds、ゲート・ソース電圧をＶgs、閾値レベルをＶ
th、ＦＥＴのゲート幅をＷ、ゲート長をＬとすると、Ｖ
ds＞（Ｖgs−Ｖth）の飽和領域では、
【数１】Ｉds∝（Ｗ／Ｌ)(Ｖgs−Ｖth）2 となり、ＩdsはＶthの２乗に比例する。従って、各画素
間で増幅用トランジスタＭ１のＶthのバラツキがある
と、これがそのままセンサ出力のバラツキの一因とな
り、先述したように、外部回路にて補正をかけないと、
固定パターンノイズとして現れることになってしまう。
間で増幅用トランジスタＭ１のＶthのバラツキがある
と、これがそのままセンサ出力のバラツキの一因とな
り、先述したように、外部回路にて補正をかけないと、
固定パターンノイズとして現れることになってしまう。
【０００６】本発明は、上述した点に鑑みなされたもの
であり、各画素毎の増幅用トランジスタ間のＶthのバラ
ツキに起因する固定パターンノイズの低減を可能とした
増幅型固体撮像装置を提供することを目的とする。
であり、各画素毎の増幅用トランジスタ間のＶthのバラ
ツキに起因する固定パターンノイズの低減を可能とした
増幅型固体撮像装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明による増幅型固体
撮像装置は、入射光を信号電荷に光電変換して蓄積する
フォトセンサと、このフォトセンサに蓄積される信号電
荷によるセンサ電位を増幅する増幅用トランジスタと、
この増幅用トランジスタの出力を読み出すスイッチング
用トランジスタと、増幅用トランジスタのチャネル電位
を監視し、そのチャネル電位が前記センサ電位のリセッ
トタイミングで所定の基準電位に等しくなるように前記
フォトセンサのリセットレベルを制御するフィードバッ
ク回路とを具備した構成となっている。
撮像装置は、入射光を信号電荷に光電変換して蓄積する
フォトセンサと、このフォトセンサに蓄積される信号電
荷によるセンサ電位を増幅する増幅用トランジスタと、
この増幅用トランジスタの出力を読み出すスイッチング
用トランジスタと、増幅用トランジスタのチャネル電位
を監視し、そのチャネル電位が前記センサ電位のリセッ
トタイミングで所定の基準電位に等しくなるように前記
フォトセンサのリセットレベルを制御するフィードバッ
ク回路とを具備した構成となっている。
【０００８】
【作用】画素毎に増幅用トランジスタを有する増幅型固
体撮像装置において、増幅用トランジスタのチャネル電
位を監視し、そのチャネル電位がリセット動作時に所定
の基準電位に等しくなるようにフォトセンサのリセット
レベルを制御し、増幅用トランジスタのチャネル電位を
当該基準電位に固定することで、増幅用トランジスタの
Ｖthのバラツキを回路的に低減する。これにより、各画
素毎の増幅用トランジスタ間のＶthのバラツキに起因す
る固定パターンノイズを低減できる。
体撮像装置において、増幅用トランジスタのチャネル電
位を監視し、そのチャネル電位がリセット動作時に所定
の基準電位に等しくなるようにフォトセンサのリセット
レベルを制御し、増幅用トランジスタのチャネル電位を
当該基準電位に固定することで、増幅用トランジスタの
Ｖthのバラツキを回路的に低減する。これにより、各画
素毎の増幅用トランジスタ間のＶthのバラツキに起因す
る固定パターンノイズを低減できる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は、例えばリニアセンサに適用した場
合の１画素分の構成を示す本発明による一実施例の回路
図である。図において、フォトダイオード等からなるフ
ォトセンサ１では、入射光が信号電荷に光電変換されて
蓄積され、蓄積された信号電荷による電位ｖS は増幅用
トランジスタＭ１のゲートに印加される。この増幅用ト
ランジスタＭ１の出力電圧ｖO は、スイッチング用トラ
ンジスタＭ２を通して電流として読み出される。
に説明する。図１は、例えばリニアセンサに適用した場
合の１画素分の構成を示す本発明による一実施例の回路
図である。図において、フォトダイオード等からなるフ
ォトセンサ１では、入射光が信号電荷に光電変換されて
蓄積され、蓄積された信号電荷による電位ｖS は増幅用
トランジスタＭ１のゲートに印加される。この増幅用ト
ランジスタＭ１の出力電圧ｖO は、スイッチング用トラ
ンジスタＭ２を通して電流として読み出される。
【００１０】また、増幅用トランジスタＭ１の出力電圧
ｖo は、所定の基準電圧ＶR ′を非反転入力とする差動
増幅器２の反転入力ともなる。差動増幅器２の出力端と
増幅用トランジスタＭ１のゲートとの間には、リセット
用トランジスタＭ３が接続されている。これにより、リ
セット用トランジスタＭ３のオン状態のとき、増幅用ト
ランジスタＭ１の出力電圧ｖo を基準電圧ＶR ′に固定
するように働くフィードバック回路３が構成される。ま
た、このリセット動作により、フォトセンサ１での信号
電荷の蓄積時間が決定される。すなわち、リセット動作
が完了し、リセット用トランジスタＭ３がオフ状態にな
ると、フォトセンサ１への信号電荷の蓄積が開始され、
その蓄積開始から蓄積電荷の読み出しまでの時間がフォ
トセンサ１での信号電荷の蓄積時間となる。
ｖo は、所定の基準電圧ＶR ′を非反転入力とする差動
増幅器２の反転入力ともなる。差動増幅器２の出力端と
増幅用トランジスタＭ１のゲートとの間には、リセット
用トランジスタＭ３が接続されている。これにより、リ
セット用トランジスタＭ３のオン状態のとき、増幅用ト
ランジスタＭ１の出力電圧ｖo を基準電圧ＶR ′に固定
するように働くフィードバック回路３が構成される。ま
た、このリセット動作により、フォトセンサ１での信号
電荷の蓄積時間が決定される。すなわち、リセット動作
が完了し、リセット用トランジスタＭ３がオフ状態にな
ると、フォトセンサ１への信号電荷の蓄積が開始され、
その蓄積開始から蓄積電荷の読み出しまでの時間がフォ
トセンサ１での信号電荷の蓄積時間となる。
【００１１】次に、上述した構成の回路動作につき、図
２のタイムチャートに基づいて説明する。時刻ｔ1 で
は、読出しパルスφS 及びリセットパルスφR が共に低
レベルにあり、スイッチング用トランジスタＭ２及びリ
セット用トランジスタＭ３が共にオフ状態にあることに
より、入射光によって電子・正孔対が励起される。この
励起された電子・正孔対のうち、電子がフォトセンサ１
に、正孔が基板にそれぞれ吸収されるため、フォトセン
サ１のセンサ電位ｖS は、光電変換により蓄積された電
子に応じて低くなる。
２のタイムチャートに基づいて説明する。時刻ｔ1 で
は、読出しパルスφS 及びリセットパルスφR が共に低
レベルにあり、スイッチング用トランジスタＭ２及びリ
セット用トランジスタＭ３が共にオフ状態にあることに
より、入射光によって電子・正孔対が励起される。この
励起された電子・正孔対のうち、電子がフォトセンサ１
に、正孔が基板にそれぞれ吸収されるため、フォトセン
サ１のセンサ電位ｖS は、光電変換により蓄積された電
子に応じて低くなる。
【００１２】時刻ｔ2 では、読出しパルスφS が高レベ
ルとなり、スイッチング用トランジスタＭ２がオン状態
となることにより、信号の読出しが行われる。そして、
時刻ｔ3 では、リセットパルスφR が高レベルとなり、
リセット用トランジスタＭ３がオン状態となることによ
り、先のフィードバック回路３によるフィードバックル
ープが形成される。このとき、スイッチング用トランジ
スタＭ２がオフ状態であるため、（増幅用トランジスタ
Ｍ１の出力電圧ｖO ＝増幅用トランジスタＭ１のチャネ
ル電位）となっており、そのチャネル電位ｖO が基準電
圧ＶR ′に等しくなるようにセンサ電位ｖS がコントロ
ールされる。
ルとなり、スイッチング用トランジスタＭ２がオン状態
となることにより、信号の読出しが行われる。そして、
時刻ｔ3 では、リセットパルスφR が高レベルとなり、
リセット用トランジスタＭ３がオン状態となることによ
り、先のフィードバック回路３によるフィードバックル
ープが形成される。このとき、スイッチング用トランジ
スタＭ２がオフ状態であるため、（増幅用トランジスタ
Ｍ１の出力電圧ｖO ＝増幅用トランジスタＭ１のチャネ
ル電位）となっており、そのチャネル電位ｖO が基準電
圧ＶR ′に等しくなるようにセンサ電位ｖS がコントロ
ールされる。
【００１３】その安定した状態では、
【数２】ｖS ≒ＶR ′＋Ｖth となり、増幅用トランジスタＭ１のチャネル電位は
ＶR ′（＝ｖO ）となり、各画素毎の増幅用トランジス
タＭ１のＶthのバラツキをキャンセルできることにな
る。
ＶR ′（＝ｖO ）となり、各画素毎の増幅用トランジス
タＭ１のＶthのバラツキをキャンセルできることにな
る。
【００１４】なお、上記実施例では、リセット用トラン
ジスタＭ３のオン状態のときに、増幅用トランジスタＭ
１のチャネル電位を基準電圧ＶR ′に固定するように働
くフィードバック回路３を各画素毎に設けたが、図３に
示すように、全画素に対して単一の差動増幅器２を共用
し、各画素にはリセットパルスφR1，φR2，……によっ
て各画素のリセット動作時に各増幅用トランジスタＭ１
-1，Ｍ２-2，……の各出力電圧ｖO1，ｖO2，……を差動
増幅器２の反転入力として供給する帰還用トランジスタ
Ｍ４-1，Ｍ４-2，……を設ける構成とすることも可能で
ある。この構成によれば、全画素に対して差動増幅器２
が１個で済むため、低コストにて所期の目的を達成でき
ることになる。この場合のタイムチャートを図４に示
す。
ジスタＭ３のオン状態のときに、増幅用トランジスタＭ
１のチャネル電位を基準電圧ＶR ′に固定するように働
くフィードバック回路３を各画素毎に設けたが、図３に
示すように、全画素に対して単一の差動増幅器２を共用
し、各画素にはリセットパルスφR1，φR2，……によっ
て各画素のリセット動作時に各増幅用トランジスタＭ１
-1，Ｍ２-2，……の各出力電圧ｖO1，ｖO2，……を差動
増幅器２の反転入力として供給する帰還用トランジスタ
Ｍ４-1，Ｍ４-2，……を設ける構成とすることも可能で
ある。この構成によれば、全画素に対して差動増幅器２
が１個で済むため、低コストにて所期の目的を達成でき
ることになる。この場合のタイムチャートを図４に示
す。
【００１５】また、上記実施例においては、リニアセン
サに適用した場合について説明したが、本発明はリニア
センサへの適用に限定されるものではなく、エリアセン
サにも同様に適用し得るものであり、この場合には、信
号の読出しを２個のスイッチング用トランジスタによる
Ｘ‐Ｙアドレス型とすれば良い。
サに適用した場合について説明したが、本発明はリニア
センサへの適用に限定されるものではなく、エリアセン
サにも同様に適用し得るものであり、この場合には、信
号の読出しを２個のスイッチング用トランジスタによる
Ｘ‐Ｙアドレス型とすれば良い。
【００１６】さらに、センサの構造としては、非晶質シ
リコンセンサや多結晶シリコンＴＦＴ技術を用いたもの
に限定されものではなく、結晶シリコンのＭＯＳセン
サ、ガラス基板上に作製する非晶質シリコンセンサ、多
結晶シリコンセンサのものであっても良い。
リコンセンサや多結晶シリコンＴＦＴ技術を用いたもの
に限定されものではなく、結晶シリコンのＭＯＳセン
サ、ガラス基板上に作製する非晶質シリコンセンサ、多
結晶シリコンセンサのものであっても良い。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
画素毎に増幅用トランジスタを有する増幅型固体撮像装
置において、増幅用トランジスタのチャネル電位を監視
し、そのチャネル電位がリセット動作時に所定の基準電
位に等しくなるようにフォトセンサのリセットレベルを
制御し、増幅用トランジスタのチャネル電位を当該基準
電位に固定する構成としたことにより、増幅用トランジ
スタのＶthのバラツキを回路的に低減できるので、外部
回路にて補正をかけなくても、各画素毎の増幅用トラン
ジスタ間のＶthのバラツキに起因する固定パターンノイ
ズを低減できる効果がある。従って、本発明による増幅
型固体撮像装置は、特に長尺センサや、数チップの接続
を必要とするセンサに対し、より有効に作用することに
なる。
画素毎に増幅用トランジスタを有する増幅型固体撮像装
置において、増幅用トランジスタのチャネル電位を監視
し、そのチャネル電位がリセット動作時に所定の基準電
位に等しくなるようにフォトセンサのリセットレベルを
制御し、増幅用トランジスタのチャネル電位を当該基準
電位に固定する構成としたことにより、増幅用トランジ
スタのＶthのバラツキを回路的に低減できるので、外部
回路にて補正をかけなくても、各画素毎の増幅用トラン
ジスタ間のＶthのバラツキに起因する固定パターンノイ
ズを低減できる効果がある。従って、本発明による増幅
型固体撮像装置は、特に長尺センサや、数チップの接続
を必要とするセンサに対し、より有効に作用することに
なる。
【図１】本発明の一実施例を示す回路図である。
【図２】図１の回路動作を説明するためのタイムチャー
トである。
トである。
【図３】本発明の他の実施例を示す回路図である。
【図４】図３の回路動作を説明するためのタイムチャー
トである。
トである。
【図５】従来例を示す回路図である。
【図６】図５の回路動作を説明するためのタイムチャー
トである。
トである。
１ フォトセンサ ２ 差動増幅器 ３ フィードバック回路 Ｍ１ 増幅用トランジスタ Ｍ２ スイッチング用トランジスタ Ｍ３ リセット用トランジスタ
Claims (1)
- 【請求項１】 入射光を信号電荷に光電変換して蓄積す
るフォトセンサと、 前記フォトセンサに蓄積される信号電荷によるセンサ電
位を増幅する増幅用トランジスタと、 前記増幅用トランジスタの出力を読み出すスイッチング
用トランジスタと、 前記増幅用トランジスタのチャネル電位を監視し、その
チャネル電位が前記センサ電位のリセットタイミングで
所定の基準電位に等しくなるように前記フォトセンサの
リセットレベルを制御するフィードバック回路とを具備
したことを特徴とする増幅型固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4082703A JP3008657B2 (ja) | 1992-03-04 | 1992-03-04 | 増幅型固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4082703A JP3008657B2 (ja) | 1992-03-04 | 1992-03-04 | 増幅型固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05252445A JPH05252445A (ja) | 1993-09-28 |
| JP3008657B2 true JP3008657B2 (ja) | 2000-02-14 |
Family
ID=13781764
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4082703A Expired - Fee Related JP3008657B2 (ja) | 1992-03-04 | 1992-03-04 | 増幅型固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3008657B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10484630B2 (en) | 2016-11-28 | 2019-11-19 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image sensor including feedback device to reduce noise during reset operation |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5565915A (en) * | 1993-06-15 | 1996-10-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Solid-state image taking apparatus including photodiode and circuit for converting output signal of the photodiode into signal which varies with time at variation rate depending on intensity of light applied to the photodiode |
| WO1997007628A1 (fr) * | 1995-08-11 | 1997-02-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Dispositif semi-conducteur mos pour effectuer une saisie d'iamge |
| US6469740B1 (en) | 1997-02-04 | 2002-10-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Physical quantity distribution sensor and method for driving the same |
| JP3601052B2 (ja) | 1999-03-11 | 2004-12-15 | 日本電気株式会社 | 固体撮像装置 |
| US6424375B1 (en) * | 1999-09-21 | 2002-07-23 | Pixel Devices, International | Low noise active reset readout for image sensors |
| JP3734717B2 (ja) * | 2001-04-26 | 2006-01-11 | 富士通株式会社 | イメージセンサ |
| US7612818B2 (en) | 2004-03-29 | 2009-11-03 | Toshiba Matsushita Display Technology Co., Ltd. | Input sensor containing display device and method for driving the same |
| KR100691266B1 (ko) * | 2005-07-26 | 2007-03-12 | 삼성전기주식회사 | Ｃｍｏｓ 이미지 센서의 단위 화소 |
| EP2362640B1 (en) * | 2010-02-15 | 2019-05-01 | CSEM Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA - Recherche et Développement | Compact low noise signal readout circuit and method for operating thereof |
| KR20120058057A (ko) | 2010-11-29 | 2012-06-07 | 삼성전자주식회사 | 오프셋 제거 회로, 샘플링 회로 및 이미지 센서 |
| CN103329513B (zh) | 2011-02-04 | 2017-06-27 | 松下知识产权经营株式会社 | 固体摄像装置及其驱动方法 |
| WO2012117670A1 (ja) * | 2011-03-01 | 2012-09-07 | パナソニック株式会社 | 固体撮像装置 |
| JP6513378B2 (ja) * | 2014-11-27 | 2019-05-15 | シャープ株式会社 | 放射線検出器 |
-
1992
- 1992-03-04 JP JP4082703A patent/JP3008657B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US10484630B2 (en) | 2016-11-28 | 2019-11-19 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image sensor including feedback device to reduce noise during reset operation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05252445A (ja) | 1993-09-28 |
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