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技術 光ファイバー束接続方法

出願人 エイ・ティ・アンド・ティ・コーポレーション
発明者 ナゲシュラマモオーシィバサバンハリィリチャードボルッタエドワードワーナージェカル
出願日 1994年7月6日 (26年4ヶ月経過) 出願番号 1994-176167
公開日 1995年6月6日 (25年5ヶ月経過) 公開番号 1995-146420
状態 特許登録済
技術分野 ライトガイドの機械的結合
主要キーワード エポキシボンド インデックスピン 各固定板 ボールプランジャー 機械的補強 ガイド板部材 固定素子 永久固定
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1995年6月6日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

目的

2つの光ファイバー束を高精度で相互接続する。

構成

第一と第二の薄い固定板17、20に実質的に同一の開口部マトリックスアレイを正確に形成し、第一と第二の固定板を整列させ、第一の支持部材31を第一の固定板17と第一のアラインメントピン27とに同時に接触させ、第一の固定板17が第二の固定板20と整列している間に、第一の支持部材31を第一の固定板17へ接着する。第二の支持部材29を第一のアラインメントピン27と第二の固定板20に同時に接触させ、第二の支持部材29を第二の固定板20へ接着する。第一の光ファイバー束の各光ファイバーを第一の固定板の第一の開口部内に挿入し、第二の光ファイバー束の各光ファイバーを第二の固定板の第一の開口部内に挿入する。光ファイバーをそれぞれが取り付けられている固定板の表面と共通の平面になるように研磨した後、二つの固定板を突き合わせる。

概要

背景

米国特許第5,135,590号(発行日:1992年8月4日、発明者:バサヴァンハリー(Basavanhally)ほか)には光ファイバー束を構成しているファイバーの端をマトリックス配置へ配列する方法が記載されている。この米国特許では、例えばフリースペースホトニックススイッチングなどには厳密に正確なマトリックス配置が必要であるとの指摘がなされている。光ファイバー束はまた、大量の情報を光の形で平行伝送するために、その他の通信機器にも使用されている。

概要

2つの光ファイバー束を高精度で相互接続する。

第一と第二の薄い固定板17、20に実質的に同一の開口部マトリックスアレイを正確に形成し、第一と第二の固定板を整列させ、第一の支持部材31を第一の固定板17と第一のアラインメントピン27とに同時に接触させ、第一の固定板17が第二の固定板20と整列している間に、第一の支持部材31を第一の固定板17へ接着する。第二の支持部材29を第一のアラインメントピン27と第二の固定板20に同時に接触させ、第二の支持部材29を第二の固定板20へ接着する。第一の光ファイバー束の各光ファイバーを第一の固定板の第一の開口部内に挿入し、第二の光ファイバー束の各光ファイバーを第二の固定板の第一の開口部内に挿入する。光ファイバーをそれぞれが取り付けられている固定板の表面と共通の平面になるように研磨した後、二つの固定板を突き合わせる。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

それぞれ複数の光ファイバーからなる第一と第二の光ファイバー束(38,49)を接続する方法において、実質的に同一の第一と第二の固定板(12,13)のそれぞれが、中に挿入される光ファイバーの端を正しい位置に保つためにかかる光ファイバーの直径に十分近い直径を有する第一の開口部からなる実質的に同一の第一の開口部アレイ(16)をそれぞれ有するようにするステップと、前記の第一と第二の固定板を整列させるステップと、第一の支持部材(31)を前記の第一の固定板(17)と第一のアラインメントピン(27)とに同時に接触させ、前記の第一の支持部材を前記の第一の固定板へ接着するステップと、その後、第二の支持部材(29)を前記の第一のアラインメントピン(27)と前記の第二の固定板(20)に同時に接触させ、前記の第二の支持部材を前記の第二の固定板へ接着するステップと、前記の第一の光ファイバー束の各光ファイバーを前記の第一の固定板の第一の開口部内に挿入し、前記の第二の光ファイバー束の各光ファイバーを前記の第二の固定板の第一の開口部内へ挿入するステップと、前記第一と第二の支持部材を第一の共通アラインメントピン(53)に同時に接触させ、それにより前記の第一および第二の光ファイバー束を整列させるステップとからなることを特徴とする、光ファイバー束を接続する方法。

請求項2

前記第一と第二の固定板が前記の支持部材の材料よりもはるかに薄い材料から作られており、前記の支持部材が変形することなく前記のアラインメントピンへ押し付けられるよう十分厚い材料で作られていることを特徴とする請求項1の方法。

請求項3

前記第一のアラインメントピンが固定具上に、同じ固定具の上に置かれている第二のアラインメントピンから一定の距離だけ離しておかれ、前記の第一の支持部材が前記第一のアラインメントピンと接触し、第三の支持部材(32)が同時に前記第一の固定板と第二のアラインメントピンとに接触し、前記の第三の支持部材が前記の第一の固定板に接着され、前記の第二の支持部材(29)が前記第一のアラインメントピンと接触し、第四の支持部材(30)が同時に前記第二の固定板と前記第二のアラインメントピンとに接触し、前記の第四の支持部材が前記の第二の固定板に接着され、前記の第一と第二の支持部材が同時に第二の共通のアラインメントピンに接触し、同時にこれらが前記の第一の共通アラインメントピンに接触し、それによって、前記の第一と第二の光ファイバー束の整列をさらに助けることを特徴とする請求項2の方法。

請求項4

前記第一の共通アラインメントピン(53)が前記の第一の光ファイバー束を取り巻き、それに結合している第一のフランジ(51)に固定され、前記の第二の共通アラインメントピン(43)が前記の第ニの光ファイバー束を取り巻き、それに結合している第ニのフランジ(42)に固定されていることを特徴とする請求項3の方法。

請求項5

前記の挿入ステップによって前記の光ファイバーが前記の開口部から飛び出し、前記第一の光ファイバー束の光ファイバーが前記の第一の固定板の第一の表面と同一平面上になるよう研磨され、前記第二の光ファイバーが前記第二の固定板の第一の表面と同一平面上になるよう研磨され、前記第一と第二の固定板が前記第ニの固定板の前記第一の表面に向かいあう前記第一の固定板の前記第一の表面によって結合していることを特徴とする請求項1の方法。

請求項6

前記第一と第二の固定板が前記第一と第二の固定部材の第二開口部に接触する第一の球(24)を置くことによって整列され、前記第一の球はそれぞれ、接触する第二の開口部のどれよりもわずかに大きい直径を持つことを特徴とする請求項1の方法。

請求項7

前記の第一の支持部材を前記の第一の固定板へ接着するステップと前記の第二の支持部材を前記の第二の固定板へ接着するステップとがともに、その機械的強度を大きく強化するために十分なエポキシを前記の固定板へ塗布するステップからなることを特徴とする請求項1の方法。

請求項8

実質的に同一のガイド板(14,15)がそれぞれその中に、前記第一と第二の固定板における第一の開口部のアレイと実質的に同一であって相互に実質的に同一な第一の開口部のアレーをもつようにすることを特徴とする請求項1の方法。

請求項9

前記の各光ファイバーの挿入ステップがかかる光ファイバーをまずガイド板開口部を通して挿入し、ついでそれを固定板開口部内に挿入するステップとからなることを特徴とする請求項8の方法。

請求項10

前記の第一の支持部材を前記の第一の固定板へ接着するステップが前記の第一の固定板を前記の第一のガイド板へと接着するステップを含み、前記の第二の支持部材を前記の第二の固定板へと接着するステップが前記の第二の固定板を前記の第二のガイド板へと接着するステップからなることを特徴とする請求項9の方法。

請求項11

前記の第一の固定板を前記の第一のガイド板と整列するステップが前記の固定板とガイド板の開口部を整合することによって正しい位置に保たれる球を前記の固定板とガイド板の間に置くステップからなることを特徴とする請求項10の方法。

請求項12

前記の第一と第二の固定板が、それぞれ接触している第二の開口部のどれよりもわずかに大きい直径を持つ第一の球を、前記の第一と第二の固定部材の第二の開口部に接触させて置くことによって整列されることを特徴とする請求項8の方法。

請求項13

前記のガイド板と固定板がその中に全く同一の整合する第三アラインメント開口部を持ち、前記の第一のガイド板を前記の第一の固定板と整列させるステップが、前記の第一のガイド板と第一の固定板の前記第三のアラインメント開口部を、それぞれ接触する前記第三のアラインメント開口部のどれよりもわずかに大きい直径を持つ、第二のアラインメント球と接触させるステップからなり、前記の第二のガイド板を前記の第二の固定板と整列させるステップが、前記の第二のガイド板と第二の固定板の前記の第三のアラインメント開口部をそれぞれ接触する前記第三のアラインメント開口部のどれよりもわずかに大きい直径を持つ、第三のアラインメント球(23)と接触させるステップからなることを特徴とする請求項12の方法。

請求項14

前記の第一の支持部材を前記の第一の固定部材へ接着するステップが前記第一の固定板と前記第一のガイド板の間に永久的に保たれる、第二のアラインメント球によって前記第一の固定板を前記第一のガイド板へ接着するステップを含み、前記の第二の支持部材を前記の第二の固定板へ接着するステップが前記第二の固定板と前記第二のガイド板との間に永久的に保たれている、前記第三のアラインメント球によって、前記の第二の固定板を前記第二のガイド板へ接着するステップからなることを特徴とする請求項13の方法。

請求項15

前記の固定板のそれぞれが第四のアラインメント開口部を持つ金属部分と第五のアラインメント開口部を持つセラミック部分とからなり、前記の固定板が前記第五のアラインメント開口部に前記第五のアラインメント開口部よりも小さく、前記の第四のアラインメント開口部よりも大きい直径を持つ第四のアラインメント球を接触させることによって組み立てられ、前記の金属部分を前記の第四のアラインメント球の上にフィットさせ、この金属部分と前記のセラミック部分とを一つに接着して前記の固定板を形成することを特徴とする請求項14の方法。

技術分野

0001

本発明は、光ファイバーに関し、特に光ファイバー束接続方法に関する。

背景技術

0002

米国特許第5,135,590号(発行日:1992年8月4日、発明者:バサヴァンハリー(Basavanhally)ほか)には光ファイバー束を構成しているファイバーの端をマトリックス配置へ配列する方法が記載されている。この米国特許では、例えばフリースペースホトニックススイッチングなどには厳密に正確なマトリックス配置が必要であるとの指摘がなされている。光ファイバー束はまた、大量の情報を光の形で平行伝送するために、その他の通信機器にも使用されている。

発明が解決しようとする課題

0003

各光ファイバースプライシング、すなわちそれぞれのファイバーの端末をその接合部を通って光の伝送が行われるように、十分な精度をもって突き合わせることであるが、については様々な技法が述べられている。光ファイバー束を構成する光ファイバーを個々にスプライシングするのは時間がかかり、光ファイバー束の大きさを増すことになる。米国特許第4,998,796号(発行日:1991年4月4日、発明者:ボナンニ(Bonanni)ほか)には二つの光ファイバーリボンの光ファイバーをスプライスするのに用いることのできる光ファイバーコネクタについての記載がある。光ファイバー束の場合にそうであるように、スプライスされたファイバーアレイは2方向ではなく1方向にのみ延びている。したがって、それぞれの接合部を通って情報を含んだ光波が効率よく伝送することができるよう、十分な精度をもって、それぞれ複数の光伝送光ファイバーからなる、突きあわされた光ファイバー束を手軽にスプライスする、すなわち相互に接続する方法がこれまで長い間産業界において待望されていた。

0004

本発明の一例としての実施例において、それぞれ複数の光ファイバーからなる第一と第二の光ファイバー束を相互に接続する方法は、第一と第二の薄い固定板に実質的に同一の開口部マトリックスアレイを正確に形成するステップからなっている。固定板として薄い板を使用することにより、きわめて高い精度でマスキングエッチングをおこなって開口部を形成することができるが、これらの板そのものには機械的強度はほとんど無い。この第一と第二の板は整列されており、第一の支持部材、これは機械的に頑である、が同時にこの第一の固定板と第一のアラインメントピンに接している。第一の固定板が第二の固定板と整列している間に、この第一の支持部材は前記第一の固定板に結合される。その後第二の支持部材が第一のアラインメントピンと第二の固定板とに同時に接触し、第一の固定板とのアラインメントを保ちつつ、第二の固定板へと結合される。第一の光ファイバー束の各光ファイバーは第一の固定板の第一の開口部内に挿入され、第二の光ファイバー束の各光ファイバーは第二の固定板の第一の開口部内へ挿入される。光ファイバーのそれぞれが、取り付けられている固定板の表面と同一の面内になるように前記の光ファイバーを磨いた後、この二つの固定板が突き合わされる。前記の第一と第二の支持部材は同時に共通のアラインメントピンに接触しており、それによって第一と第二の固定板を、中に含まれた2つの光ファイバー束とともに整列する。この支持部材を、整列している前記二つの固定板に取り付けることによって、機械的な強度が二つの固定板へ与えられ、また光ファイバー束を構成しているファイバーの整列がその後この支持部材によって確実に行われる。

0005

光ファイバーの固定板の開口部への挿入の助けとなるよう、バサヴァンハリーらの米国特許に記載された原理に従い、少なくとも一つのガイド板部材をそれぞれの固定板とともに用いることが好ましい。二つの支持部材を固定板へと結合するに先立ち、これら二つの支持部材を二つのアラインメントピンに押し付けるための固定具解説を追っておこなう。したがって好ましい実施例においては各固定板にはアラインメント過程の間に機械的力を与えるための、二つの相対する支持部材が含まれている。 二つのバンドルのそれぞれは、突き出したアラインメントピンを持つコネクタ部材マウントされている。この二つのバンドルのアラインメントがおこなわれると、一方のコネクタ部材のピンが他方のコネクタのばね仕掛けレセプタクル係合し、二つの突き合わされた固定板を確実に整列させる。

0006

二つのバンドルを一つに結合するには、単一のパッケージを用いる方が各光ファイバーのスプライシングに個々のパッケージを使用するより、よりコンパクトでまた実行も簡単である。さらに、本発明はバサヴァンハリーらの米国特許に解説されているような光ファイバーの配置に大変適している。すなわち、要望に応じ、マウントされたファイバー端をフリースペーススイッチング用の投光に使用することができる。

0007

前述のバサヴァンハリーらの米国特許には、光ファイバー束の端をマトリックス配置に固定するための方法が記載されているが、そこではまず最初にホトリソグラフィーにより固定板とガイド板に開口部が形成される。光ファイバーの直線的なアレイはついで特別なツールによって挿入され、各ファイバーが前記のガイド板の開口部をまず通って、ついで整列された固定板の開口部から突き出される。一つの実施例において、このファイバーは前記の固定板を通って突き出し、例えばエポキシなどを用いてその位置に接着される。ファイバーが正しい位置に固定された後、この固定板から飛び出している端部を研磨し、それによって固定板の表面に一致する光ファイバー端末をマトリックスアレー配置とする。本発明は光ファイバー束の端部を所定の配置へと固定するためのこれらの原理を用いており、本発明が本質的に提供するものは、このように配置された二つのバンドルを突き合わせ、一方のバンドルの各ファイバーから他方のバンドルの整列された光ファイバーへと光エネルギーがスムーズに流れることができるようにすることである。

0008

図1図2に本発明の例示的実施例にしたがって、固定板を整列させ、それによって光ファイバー束を整列させる装置を示す。バサヴァンハリーらの特許にあるように、第一のステップはホトリソグラフィーを用いてマスキングとエッチングを行い全く同一の開口部マトリックスアレーを二つの固定板12と13、および二つのガイド板14と15の中に形成することである。このガイド板14にある開口部のマトリックスアレイ16を図2に示す。固定板12には金属部分17が含まれ、これがセラミック部分18に結合されている。同様に固定板13はセラミック部分21に結合している金属部分20からなっている。

0009

ガイド板14の開口部とセラミック部分18の開口部に係合しているガラスボール23によって、ガイド板14の開口部は固定板12のセラミック部分の開口部と整列している。バサヴァンハリーらの米国特許の中で指摘されているように、係合する開口部よりもやや大きい直径を持つアラインメントボールの使用は、開口部を持つ部材のアラインメントにおいて有効である。同じ理由により、アラインメントボール24が固定板12と13を縦に整列するのに用いられている。このアセンブリは二つの間隔を開けて配置されたアラインメントピン27を含む固定具26の上に置かれている。

0010

固定板13の反対側の端に固定板13に隣接して支持部材29と30とが置かれている。これらの支持部材はアラインメントピンと係合するように設計されているが、この時点では固定板13へはまだ結合されていない。同様に一組の支持部材31と32が固定板12の反対の端に置かれており図2に示すV字型の溝33によって位置合わせピンに係合している。

0011

固定具26は、それに沿ってバイアス部材35が矢印で示すように水平方向にスライドするように調節されている表面34(図2)を規定する。バイアス部材35は支持部材31と32に係合するように調節されており、支持部材を図に示すようにアラインメントピン27へ対して押し付けている。支持部材31と32をしっかりとアラインメントピン27に対して押し付けた後、バイアス部材35は図2に示す位置でロックされる。次のステップは支持部材31と32を固定板12とガイド板14へ永久固定することである。これは例えばエポキシをアセンブリの中に射出することによって行われる。このエポキシが硬化すると、図2からわかるように支持部材31と32はアラインメントピン27の分離距離によって規定される距離だけ離れた位置に接着される。

0012

次に、このプロセスをくり返し、支持部材29と30を固定板13とガイド板15とに固定する。つまり、図1に示すアセンブリを裏返し、支持板31と32およびガイド板14が固定具26に対面し、支持部材29と30が図1の支持部材31と32によって示されている位置におかれる。固定板12と13の位置は図1に示すものと反対であるが、図と同様にアラインメントボール24によって分離され整列されている。アセンブリをこの位置において、支持部材29と30のV字型の溝を図2バイアス手段35によってアラインメントピン27に対し押し付ける。各位置をこのように固定してから、支持部材29と30をエポキシによって固定板13とガイド板15に永久接着する。ここで注意すべきことはエポキシ樹脂の工程はアラインメントボール23をアセンブリに永久接着する効果を持つがアラインメントボール24は永久接着されないことである。この接着によって支持部材29と30がアラインメントピン27に関して固定され、アラインメントボール24により固定板13が固定板12と整列する。

0013

図3に、前記の接着操作の後、固定板13に硬化されたエポキシボンド37が形成されている様子を示す。このエポキシボンド37もまた前記の固定板13の薄い金属部分20に対して機械的支持をもたらすフィラーとしての役割を果たしている。光ファイバー38がガイド板15と固定板13の整列された開口部内にマウントされる。光ファイバーの直線的なアレイ全体が同時にバサヴァンハリーらの米国特許に記載の方法を用いて前記の開口部の中に挿入されてもよい。この挿入の後、アセンブリをフランジ部材41と42を持つ円筒状のコネクタ部材40内に入れる。フランジ部材42からはアラインメントピン43が突き出している。フランジ41はレセプタクル44とボールプランジャー45を持つ。レセプタクル44に挿入されたアラインメントピン46はボールプランジャー45によってバイアスされている。支持部材29と30はピン43と46を図2に示すやり方で押し付けている。つまり支持部材のV−型溝がこのアラインメントピンを押し付けている。

0014

図3に示すようにエレメントを組み立てた後、エポキシをコネクタ部材40の内部へ射出して光ファイバーを固着し、またアラインメントピン43に関してこのアセンブリを固着する。アラインメントピン46は可動のままであるがエポキシが硬化するまで、安定性とアラインメント賦与のために図示した位置に一時的に残されている。光ファイバーを永久的に接着した後、ピン46を除去し、ファイバー38の突き出した端部が固定板13の上部表面と同一平面上になるよう研磨する。バサヴァンハリーらの米国特許に教示されているとおり、この操作の後、光ファイバー38の端部は精密に位置づけられ、固定板13の金属部分20の開口部内にぴったりとおさまる。インデックスピン43は、軸方向に動かして、この研磨操作中金属板20の表面の完全に下方におくことができるよう、引っ込めることのできるタイプであることが好ましい。

0015

その後前記の図1の固定板12を図3に示すのと全く同様にコネクタ内で光ファイバーとともに組み立てる。この組み立てもまた、光ファイバーが永久的にコネクタ部材の内部にマウントされるように行われる。バサヴァンハリーらの米国特許に教示されているように、ファイバー端をぴったりとおさめるために、固定板12の金属部分17の開口部はガイド部材14のセラミック部分18の開口部よりも小さいことが好ましい。

0016

図4に完成されたコネクタ部材40を示す。構成要素である光ファイバー38はエポキシ48によって永久的に正しい位置に固定されている。同様に光ファイバー49がエポキシ50によってコネクタ部材51の中で正しい位置に固定されている。光ファイバー49は固定板12において終端し、光ファイバー38は固定板13において終端している。コネクタ部材40のアラインメントピン43はコネクタ51のレセプタクル内伸び、一方、これに相当するコネクタ51のアラインメントピン53はコネクタ40のレセプタクル44内に伸びている。コネクタ40のボールプランジャ45はアラインメントピン53を押し付け、一方コネクタ部材51のボールプランジャ54はアラインメントピン43を押し付けている。これらのアラインメントピンに加えられるバイアス力によって固定板12と固定板13とのアラインメントが強制され、したがって光ファイバー38が光ファイバー49と整列する。図のようにアラインメントを行なった後、永久的に安定化するため、コネクタ40と51を図示していない装置によってボルト留めしてもよい。各ファイバーは十分な精度をもって整列されており、固定板12と13の間のインターフェースを光波が大きな損失なしに伝送される。

0017

再び図1において、固定板12の金属部分17は通常約75ミクロンの厚みしかない。このように薄いのは、光ファイバーを支えるための開口部がフォトリソグラフィーによるマスキングとエッチングによってこの中に高い精度で都合よく形成できるようにするためである。しかし、図1と2における固定素子17上には全く圧縮力が加えられていない。唯一力が加えられているのは支持部材31と32の上にだけであり、これらは十分厚みがあるのでこのような力に耐えることができる。図3と4では固定板に圧縮力が加えられているが、この時点では前記エポキシ37が機械的補強をもたらしている。

0018

図5において、固定板13の金属部分20は、この金属固定部材20における開口部58とほぼ同じ直径を持つアラインメントボール57をマウントする、アラインメント開口部56を、セラミック部分21に設けることによって、最初にセラミック部分21に結合されている。開口部56は直径が120ミクロン、ボール57は直径が250ミクロン、そして開口部58は直径が252ミクロンである。プレート20にある、光ファイバーを受け取るための開口部59の直径は126ミクロン、光ファイバー直径は125ミクロンそしてプレート21の開口部60は直径135ミクロンである。ガイド板開口部の直径もまた135ミクロンである。このようなアラインメントボール57がいくつか位置決めのために用いられている。結合して固定板13を形成した後、この固定板は図2に関する説明のところで解説したように用いられる。金属部分17とセラミック部分18からなる固定板12も、好ましくは同様の方法で組み立てられる。

発明の効果

0019

以上述べた如く、本発明によれば、効率よく光の伝送ができるように、十分な精度をもって、それぞれ複数の光ファイバーからなる光ファイバー束を、手軽にスプライス、すなわち相互に接続する方法を実現することができる。

図面の簡単な説明

0020

図1本発明の例示的実施例に従い、二つの光ファイバー束を相互接続する一工程を図示する断面図である。
図2図1ライン2−2に沿って切り取った図である。
図3二つの光ファイバー束の相互接続における続きの工程を示す図である。
図4本発明の例示的実施例に従い、二つの光ファイバー束を相互接続する最後の工程を図示する断面図である。
図5図1の固定板の組み立て方法を示す図である。

--

0021

12固定板
13 固定板
14ガイド板
15 ガイド板
16 開口部
17 金属部分
18セラミック部分
20 金属部分
21 セラミック部分
23ガラスボール
24アラインメントボール
26固定具
27 アラインメントピン
29支持部材
30 支持部材
31 支持部材
32 支持部材
33 V字型の溝
34 表面
35バイアス部材
37硬化エポキシボンド
38光ファイバー
40コネクタ部材
41フランジ部材
42 フランジ部材
43 アラインメントピン
44レセプタクル
45ボールプランジャ
46 アラインメントピン
48エポキシ
49 光ファイバー
50 エポキシ
51 コネクタ部材
53 アラインメントピン
54 ボールプランジャ
56 アラインメント開口部
57 アラインメントボール
58 開口部
59 開口部
60 開口部

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