説明

光伝送装置

【課題】光瞬断時に発生する光サージを吸収して受信エラーの発生および素子の破壊を防止する。
【解決手段】主信号の波長をラマン増幅器の励起光の波長とみたときのラマン利得が得られる波長のダミー光を合波器48において主信号に合波することによって光ファイバ48に主信号とともに導入し、主信号において発生する光サージのエネルギをSRS効果によりダミー光に吸収させることによって光サージを吸収する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光伝送システムにおいて光瞬断時などに発生する光サージを抑圧する光伝送装置に関する。
【背景技術】
【0002】
一般的に、伝送路として光ファイバを用いた光伝送システムにおいては、長距離伝送を実現すべく、光増幅器を用いた光伝送システムが開発されている。図1に、光増幅器を用いた光伝送システムの基本構成の一例を示す。端局装置10(送信部)においては、複数の送信器12からの波長の異なる信号光が光合波器14において合波されて波長多重信号となり、光増幅器16で増幅され、光ファイバ18からなる光伝送路へ送出される。光伝送路の途中には所定の間隔で中継増幅器20が設けられる。端局装置22(受信部)においては、光伝送路からの波長多重信号が光増幅器24において増幅され光分波器28において個々の波長の信号光に分波されて複数の受信器28へそれぞれ供給される。
【0003】
所要の伝送品質特性を満足するため、光増幅器16の出力に相当する伝送路入力パワー、及び受信器28の入力パワーはある規定の範囲内に収めることが望まれる。そのため、一般的に光パワーレベル調整用として光送信部10、あるいは光受信部22にVOA(Variable Optical Attenuator)を搭載し、最適な光パワーレベルになるよう調整し、光パワー一定制御を行う場合がある。
【0004】
このような光伝送システムにおいて、光パワー変動の遷移時間が数msec〜数十msec以上の場合であれば、VOAによる制御や高速ALC(Auto Level Control)制御機能を備えた光増幅器にて、光パワーを適切な値に維持することが可能である。しかしながら経路切替え時による光瞬断や何らかの原因や異常により、光パワーの急激な変動が想定される。
【0005】
例えば図1の光伝送システムにおいて、図2の参照番号30で示すように、経路切替え時の光瞬断や何らかの異常により、光パワーの急激な変動が発生すると、光増幅器で瞬間的な光サージが発生する。端局装置10の光増幅器16や中継装置内の光増幅器20で瞬間的な光サージが発生すると、参照番号32で示すように、下流へ過大な光パワーを送出することになる。特に光増幅器を多段接続するような構成をとった場合、次段の光増幅器へと光サージによる影響が累積していくため、参照番号34で示すように、下流の受信器28に過大なパワーが入力してしまう。この結果、受信器28における光部品、受光素子への入力パワーを制限することができず、受信器28においてエラーが発生し、最悪の場合は部品または素子を破壊してしまう恐れがある。
【0006】
光サージが発生した場合において、光送信部10、あるいは光受信部22におけるVOA制御による光パワー一定制御では、VOAを制御するコントローラやVOAの応答時間を含めて、数msec〜数十msecの時定数を持つため、遷移時間がμsecオーダの光サージには制御が追従できず、この結果、光受信部22における受光素子への入力パワーを制限することができず、受信器28においてエラーが発生したり、最悪の場合は部品または素子を破壊してしまう恐れがある。
【0007】
光サージが発生した場合において、高速ALC(Auto Level Control)制御機能を備えた光増幅器を用いた場合でも、同様に光増幅器の励起光制御にmsecオーダーの時間がかかり追従できない。
【0008】
また、光増幅器の出力パワー設定値を誤ってハイパワーに設定してしまった場合も同様に、瞬間的に受信部における受信レベルが大きくなり、光部品、光受信器、測定器等が損傷する恐れがある。
【0009】
【特許文献1】特開平9−247093号公報
【特許文献2】特開平10−215016号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明の目的は、光増幅器等で発生する光サージのような瞬間的な過大パワーを低減させ下流側での受信エラーの発生または受光素子の破損を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明によれば、第1の波長の信号光が導入される時、第2の波長の信号光を増幅する作用を有する光伝送媒体であって、第1の波長の信号光が主信号として導入される光伝送媒体と、該主信号に第2の波長のダミー光を合波することによってダミー光を光伝送媒体に導入し、それによって主信号に発生する光サージをダミー光に利得をもたらすことで低減させる合波器とを具備する光伝送装置が提供される。
【0012】
例えば、前記光伝送媒体は光ファイバを含み、前記増幅作用は光ファイバの誘導ラマン散乱による増幅作用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
本発明の光伝送装置は、例えば、SRS(Stimulated Raman Scattering:誘導ラマン散乱)を利用して光サージを低減する。
【0014】
SRSは光ファイバ中における非線形現象の一つであり、励起光のパワーは減少し、励起光波長から約100nm〜120nm程度、長波長側にシフトした波長帯域が最適増幅波長帯となり利得をもたらす。図3にラマン散乱スペクトラムを示す。
【0015】
図4にはSRSを光増幅に利用したラマン増幅システムの一例を示す。光伝送路の途中に設けられた合波器40,42において主信号に励起光が合波されて光ファイバ18へ導入される。図5に示すように、励起光のパワーは減少するが、同時に長波長側に波長シフトした散乱光が生じ、利得がもたらされる。
【0016】
本発明では、SRSを利用して光サージを低減するため、主信号帯(例えば1550nm帯)から約100nm〜120nm程度(周波数で約13THz相当)、長波長側に離れた波長(例えば1650nm〜1680nm帯)で発光するダミー光源を用いる。さらにSRSを発生させる媒体として、有効断面積(Aeff)が50μm2以下、好ましくは10μm2程度の非線形効果の発生効率が高い高非線形性ファイバ(HNLF:Highly Non Linear Fiber)を用いる。Aeffを小さくして光パワーを集中させ、非線形効果の発生効率を高めた光ファイバを用いることにより、ファイバ長が短くて済むので装置の規模が小さくなり、光パワーの損失も小さくなる。
【0017】
光ファイバ中で発生するSRSを利用することで、光サージが発生した場合の主信号帯での瞬間的な過大パワーを長波長側の光源に利得をもたらすことで低減させる。
【0018】
本発明では、主信号帯がラマン増幅器での励起光に相当し、ダミー光がラマン増幅器での信号光に相当する。
【0019】
SRS利得は以下の式で表される。
【数1】

【0020】
上式より、ラマン増幅器では、励起光パワーPがmW単位で2倍になると、ラマン利得はdB単位で2倍になる。
【0021】
上記より、主信号と長波長側のダミー光源を合波し、光ファイバ中に入力することによって、発生した光サージとダミー光との間でSRS効果が発生し、光サージをダミー光に利得をもたらすことによって低減させることができる。したがって、光受信器側に定格を超える過大なパワーを入力させないようにすることができる。
【0022】
SRSは非線形現象であり、SRS効果が現れるまでの遷移時間はほとんどゼロである。よって、この物理現象を利用することで、主信号における瞬間的な光サージが発生しても、時定数を持たずに低減させることができる。
【0023】
図6は本発明の一実施例に係る光伝送装置44を図1のシステムの送信側の端局装置10内に設けた例を示す。送信器12から出力され合波器14で合波され光増幅器16で光増幅された主信号は光ファイバ伝送路18へ送出される前に高非線形性ファイバ46へ導入される。ダミー光源50からのダミー光もまた合波器48で主信号に合波されて高非線形性ファイバ46へ導入される。
【0024】
送信側の端局装置10内に光伝送装置44を設けることにより、瞬間的な光サージが発生しても規定以上の光パワーを光伝送路18へ送出しないようにすることができる。
【0025】
図7および図8はそれぞれ中継装置および受信側の端局装置に光伝送装置44を設けた例を示す。高非線形性ファイバ46、合波器48、およびダミー光源50からなる光伝送装置44を設けることで、それよりも下流に規定以上の光パワーを送出しないようにすることができる。
【0026】
SRSは、励起光から約100nm〜120nm程度、長波長側にシフトした波長帯域が最適増幅帯域になるので、主信号の波長帯域から約100nm〜120nm(約13THz)程度、長波長側に離れた波長帯域で発光する光源からの光をダミー光として用いる。例えば、主信号の波長帯域をC−バンドの1550nm帯とすると、合波するダミー光源は、1650nm〜1680nm程度で発光するU−バンド光源を用いる。ダミー光源には、好ましくは、ラマン利得帯域を広げ、できるだけ光サージを低減させるためにファブリーペローレーザーなどスペクトル線幅の広い光源を用いる。
【0027】
SRSを発生させるための媒体として使用するファイバは、光サージが発生しない通常運用時にはただのロス媒体となる。よって挿入損失の観点からできるだけ低損失が望まれるため、Aeffが50μm2以下の光ファイバを用いてファイバ長を短くすることが好ましい。また、ファイバ長を短くすることによって、小型のファイバモジュール化も可能になる。
【0028】
光受信部の受光素子を保護する目的であれば、光伝送装置44は受信部22のみに設けられる。
【0029】
光送信部、光中継部の出力モニタ部を保護する目的であれば、光伝送装置44を各装置に適用する必要がある。
【0030】
光サージの発生要因があらかじめ想定されうるシステム構成の場合、例えば切替え用の光スイッチを設ける構成をとるような場合は下流へのサージ送出を防止するため、その装置に光伝送装置44を設ける。
【0031】
光送信部、または光中継部に設ける構成においては、下流へ過大な光パワーを送信させないという観点から、SRSを利用して規定の伝送路入力パワーを超えないようにすることができるように、ダミー光源パワーの最適化とAeff、ロス係数、ファイバ長などのパラメータを調整した高非線形ファイバを用いる。
【0032】
光受信部に設ける構成においては、受信器へ過大な光パワーを入力させないという観点から、光受信器入力レベル規定値を考慮(受信器が壊れる定格光パワーから逆算)して、SRS効果を顕著に発生させることができるようなダミー光源パワーの最適化とAeff、ロス係数、ファイバ長などのファイバパラメータを調整した高非線形ファイバを用いる。
【0033】
光送信部、光中継部、光受信部では設計上、それぞれ光増幅器出力が異なる可能性があるが、その場合はそれぞれにおいてダミー光源パワーの最適化と最適なパラメータに調整されたファイバを用いる。
【0034】
SRSを発生させるための媒体として使用する高非線形性ファイバは、非線形現象を応用したシステムでは、キーデバイスの一つであり、応用する非線形現象の用途に適したファイバパラメータを設計でき、それぞれの用途に適した特性を作り出すことが可能である。また、高非線形ファイバには、設計通りの特性(非線形性)を有するように、コア径(有効断面積:Aeff)を調整して作製されたPCF(フォトニック結晶ファイバ)を使用することも可能である。
【0035】
さらに高非線形ファイバの用途として一般的な、分散補償ファイバ(DCF)を使用することも可能である。Aeffは、一般的なHNLFでは10μm2程度、PCFでは10μm2程度、DCFでは15〜30μm2程度である。
【0036】
図9および図10−1〜図10−5に、Aeffが10μm2、ロス係数0.5dB/km、長さ3kmの高非線形性ファイバにおけるSRS利得のシミュレーション結果を示す。主信号はC−バンドの88波であり、図9は主信号の1チャネルあたりのパワーが通常の+3.0dBmであるとき、図10−1〜図10−5は光サージの発生を想定してパワーを+10.0dBmとしたときの主信号およびダミー光の利得を示す。ファイバへ導入されるダミー光のパワーはいずれも+20.0dBmであり、スペクトル幅は3.6nmである。それぞれの場合のダミー光の波長、主信号の平均利得、最小利得、最大利得、偏差は以下の表に示すような結果になる。
【0037】
【表1】

【0038】
図9のシミュレーション結果と図10−1〜図10−4のシミュレーション結果を比較すれば、通常の入力パワー+3.0dBm(図9)のときの平均利得−1.5dBに対して、+10.0dBmの光サージ入力(図10−1〜図10−4)では−4.0〜−9.4dBとなって充分な減衰量が得られることがわかる。また、ダミー光の波長が変わればSRS利得も変わるので、想定されるサージ光のパワーと通常入力パワーまたは受信器の定格パワーとの差から必要な減衰量を決定し、それに応じてダミー光の波長を適宜選択すれば良い。
【0039】
SRS利得は使用する高非線形ファイバのパラメータ調整や、使用するダミー光の出力パワーを可変させることで、調整することが可能である。よって、光増幅器出力が異なる各システムごとにダミー光の出力パワーを可変させることで、より柔軟に光サージに対応させることができる。
【0040】
サージを低減させるダミー光の波長として、波長1650nm〜1680nm前後の範囲にて、それぞれ異なる波長で発光する複数の光源を使用することで、光サージを低減させるべくSRS利得のチャネル特性を一律ある一定値以下にすることや、チャネル間偏差を低減することも可能である。図11に構成例、図12−1〜12−3にシミュレーション結果を示す。
【0041】
図12−1のシミュレーション結果では、C−band帯主信号の全チャネル一律SRS Gain≦−6.0dBとなっている。図12−2の結果では、一律SRS Gain≦−6.0dBかつ、チャネル間偏差が1.2dBp−pになっており、サージが発生した場合においても、各チャネルの受信器に対するチャネル間レベル偏差を抑圧したい場合には有効である。また、それぞれ異なる波長で発光するダミー光のパワーが異なる図12-3の結果では、SRS利得のチャネル間偏差が1.5dBp−pになっており、それぞれ異なる波長で発光するダミー光のパワー比率を可変させることでも、SRS利得のチャネル間偏差を低減させることが可能である。
各例におけるダミー光の波長とパワーは以下の通りである。
図12−1:λ1=1670〜1673.6nm(スペクトル幅約4nm程度)、Power =+20.0dBm(100mW)
λ2=1680〜1683.6nm(スペクトル幅約4nm程度)、Power =+20.0dBm(100mW)
図12−2:λ1=1670〜1673.6nm(スペクトル幅約4nm程度)、Power =+20.0dBm(100mW)
λ2=1690〜1693.6nm(スペクトル幅約4nm程度)、Power =+20.0dBm(100mW)
図12−3:λ1=1670〜1673.6、Power=+17.0dBm
λ2=1680〜1683.6、Power=+20.0dBm
【0042】
SRSを発生させるための媒体として使用するファイバ長を長くすると(例えば10kmだと)、サージが発生しない通常運用時での挿入損失が大きくなるだけでなく、ダミー光との間のSRS効果による通常時におけるレベル減少分が大きくなる。
【0043】
図13にファイバ長10km時のシミュレーション結果を示す。SRS利得平均値=−4.3dBとなり、光サージが発生しない通常運用時でも、4.3dB程度はダミー光との間のSRS効果によって減少する。ファイバ長3km時に比べ、非線形効果を有する有効ファイバ長が長くなるので、通常運用時でも、SRSによるレベル減少分が大きくなる。
【0044】
よって、高非線形ファイバ長は10kmより短い方が適しており、3km〜5km程度が実用的である。
【0045】
SRSを発生させるための媒体として使用するファイバのAeffが小さいほどSRSの発生効率が高いが、極端にAeffが小さい高非線形ファイバを用いると、通常伝送路(例えばSMF:Aeff 80μm2程度)との接続損失が大きくなることが懸念される。しかし、Aeffが15μm2以下、例えば、10μm2程度の高非線形ファイバであれば、SMFとの融着接続損失が0.1dB以下の高非線形ファイバも開発されており、通常のファイバに比べても遜色ない値である。よって、図14に示すようにファイバモジュール化することによって接続損失を低くすることが可能である。図14に示すファイバモジュール50は、高非線形性ファイバ52の両端に2本のSMFファイバコード54がスプライス(融着接続)56で接続されたものであり、コネクタ58を介して脱着容易に接続することが可能である。
【0046】
SRSを発生させるための媒体に非線形性の高いファイバを用いることで、通常運用時において、一般的に非線形現象が発生する光パワー閾値が最も低い四光波混合(FWM)の影響が懸念される。しかし、四光波混合(FWM)は、主信号波長とゼロ分散波長が近いほどその影響を受けるが、高非線形ファイバは、ゼロ分散波長もコントロールして設計できるため、通常運用時における四光波混合(FWM)による影響は回避できる。
【0047】
SRSを発生させるための媒体として、Aeffが10μm2程度と小さい高非線形ファイバを用いると、SRS効果が顕著に現れる前に、SBS(Stimulated Brillouin Scattering:誘導ブリルアン散乱)が発生する可能性がある。
【0048】
SBSが発生する入力パワーの閾値Pthは以下の式で表される。
【数2】

【0049】
上式からわかるように、SRSを効率良く発生させるためにAeffを小さくするとSBSの発生閾値も下がって光パワーがそれを超えるとSBSが発生し、ファイバを通過する光パワーのレベルが低下する。
【0050】
しかし、本発明における光サージを低減させる度合いは、利得を得るほうのダミー光(例えば1650nm〜1680nm付近)の光パワーによっても依存するので、Aeffを15μm2以上、例えばDCF相当の30μm2程度として、ダミー光のパワーを上げることで、SBSの影響を受けずに光サージを低減する効果が得られる。
図15−1〜図15−3にAeffがDCF相当(30μm2程度)の場合についてシミュレーションした結果を示す。ダミー光の波長と光パワーは以下である。
図16−1:λ1=1660〜1663.6nm(スペクトル幅約4nm程度)、Power =+24.77dBm(300mW)
図16−2:λ1=1670〜1673.6nm(スペクトル幅約4nm程度)、Power =+23.0dBm(200mW)
λ2=1680〜1683.6nm(スペクトル幅約4nm程度)、Power =+23.0dBm(200mW)
図16−2:λ1=1670〜1673.6nm(スペクトル幅約4nm程度)、Power =+24.77dBm(300mW)
λ2=1680〜1683.6nm(スペクトル幅約4nm程度)、Power =+24.77dBm(300mW)
【0051】
一方、AeffがDCF相当の場合、ファイバ長3kmでSBSが発生する光パワー閾値は約+14.0dBm/chである。(α=0.5(dB/km)、ΔVL=50MHz、ΔVB=16MHz、gSBS=4.1×10-11(mW)で計算)
【0052】
以上の結果により、SRSを発生させるための媒体として、AeffがDCF相当のファイバを用いたとして光サージ発生時の光パワー=+10.0dBm/chの場合においても、SRS効果により主信号側の光サージを低減することができる。よって、光サージが発生して光パワーがSBS発生閾値に至る前に、SRS効果により光サージが低減されるのでSBSの影響は回避できる。
【0053】
(付記1)第1の波長の信号光が入力される光伝送媒体と、
該信号光に第2の波長のダミー光を合波する合波器とを備え、
該第2の波長は、該光伝送媒体に該第1の波長の光が入力されたとき、該第2の波長の光が増幅される波長であることを特徴とする光伝送装置。
【0054】
(付記2)
該ダミー光の強度は、該第1の波長の光サージを抑圧する強度であることを特徴とする付記1記載の光伝送装置。
(付記3)前記光伝送媒体は光ファイバを含み、前記増幅作用は光ファイバの誘導ラマン散乱による増幅作用であり、前記光ファイバの有効断面積は50μm2以下である付記2記載の光伝送装置。
【0055】
(付記4)前記光ファイバは、フォトニック結晶ファイバである付記3記載の光伝送装置。
【0056】
(付記5)前記光ファイバは分散補償ファイバである付記3記載の光伝送装置。
【0057】
(付記6)前記ダミー光は、運用される信号光帯域から約100〜120nm程度長波長側に離れた波長を有する付記2記載の光伝送装置。
【0058】
(付記7)前記ダミー光は波長の異なる複数の光源からの光である付記2〜5のいずれかに記載の光伝送装置。
【0059】
(付記8)前記光ファイバの有効断面積は15μm2以上である付記3記載の光伝送装置。
【図面の簡単な説明】
【0060】
【図1】光増幅器を用いた光伝送システムの一例を示す図である。
【図2】光サージの発生およびその影響を説明する図である。
【図3】ラマン散乱スペクトルを示すグラフである。
【図4】SRSを光増幅に利用したラマン増幅システムを示す図である。
【図5】SRS効果を説明する図である。
【図6】本発明の光伝送装置を送信側の端局装置に設けた例を示す図である。
【図7】本発明の光伝送装置を中継装置に設けた例を示す図である。
【図8】本発明の光伝送装置を受信側の端局装置に設けた例を示す図である。
【図9】通常入力の際のSRS利得のシミュレーション結果を示す図である。
【図10−1】光サージ発生時のSRS利得のシミュレーション結果を示す図である。
【図10−2】光サージ発生時のSRS利得のシミュレーション結果を示す図である。
【図10−3】光サージ発生時のSRS利得のシミュレーション結果を示す図である。
【図10−4】光サージ発生時のSRS利得のシミュレーション結果を示す図である。
【図11】波長の異なるダミー光源を2つ用いる構成を示す図である。
【図12−1】図11の構成におけるシミュレーション結果を示す図である。
【図12−2】図11の構成におけるシミュレーション結果を示す図である。
【図12−3】図11の構成におけるシミュレーション結果を示す図である。
【図13】ファイバ長を長くした場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図14】本発明の一実施形態に係るファイバモジュールの構成を示す図である。
【図15−1】Aeffを30μm2とし、ダミー光のパワーを上げたときのシミュレーション結果を示す図である。
【図15−2】Aeffを30μm2とし、ダミー光のパワーを上げたときのシミュレーション結果を示す図である。
【図15−3】Aeffを30μm2とし、ダミー光のパワーを上げたときのシミュレーション結果を示す図である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1の波長の信号光が入力される光伝送媒体と、
該信号光に第2の波長のダミー光を合波する合波器とを備え、
該第2の波長は、該光伝送媒体に該第1の波長の光が入力されたとき、該第2の波長の光が増幅される波長であることを特徴とする光伝送装置。
【請求項2】
該ダミー光の強度は、該第1の波長の光サージを抑圧する強度であることを特徴とする請求項1記載の光伝送装置。
【請求項3】
前記光伝送媒体は光ファイバを含み、前記増幅作用は光ファイバの誘導ラマン散乱による増幅作用であり、前記光ファイバの有効断面積は50μm2以下である請求項2記載の光サージ吸収装置。
【請求項4】
前記ダミー光は波長の異なる複数の光源からの光である請求項2または3記載の光サージ吸収装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10−1】
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【図10−2】
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【図10−3】
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【図10−4】
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【図11】
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【図12−1】
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【図12−2】
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【図12−3】
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【図13】
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【図14】
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【図15−1】
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【図15−2】
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【図15−3】
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【公開番号】特開2008−78728(P2008−78728A)
【公開日】平成20年4月3日(2008.4.3)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−252470(P2006−252470)
【出願日】平成18年9月19日(2006.9.19)
【出願人】(000005223)富士通株式会社 (25,993)
【Fターム(参考)】