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技術 トリミングフィルター、該トリミングフィルターを有する光学系、光学的表示装置

出願人 キヤノン株式会社
発明者 沢村光治
出願日 2002年5月22日 (17年9ヶ月経過) 出願番号 2002-148321
公開日 2003年12月3日 (16年3ヶ月経過) 公開番号 2003-344648
状態 特許登録済
技術分野 光学フィルタ 液晶4(光学部材との組合せ) 液晶4(光学部材との組合せ)
主要キーワード 薄膜群 不透過帯 色透過率 光学的表示装置 副ピーク ダイクロ膜 透過帯 効率改善
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(2003年12月3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 (12)

課題

色再現性をより一層改善することが可能となるトリミングフィルター、該トリミングフィルターを有する光学系、光学的表示装置を提供する。

解決手段

トリミングフィルターにおいて、設計波長をλ0とした時、基本構成として、光学的膜厚がλ0/4の交互層からなる第1薄膜群と、光学的膜厚が3λ0/4と4λ0/4の交互層からなる第2薄膜群と、光学的膜厚が3λ0/4と2λ0/4の交互層からなる第3薄膜群との3種類の薄膜群を含み且つこれらの薄膜群を5群以上積層した構成とする。

概要

背景

従来、液晶プロジェクター等の色再現性効率改善には、光学系を構成する偏光分離膜ミラー膜色分解ダイクロ膜色合成ダイクロ膜、投影レンズ系透過率等の特性によって決まる全体の各色透過率の配分を調整する手法が主として用いられていた。この時、色再現に関して色分解ダイクロ膜、色合成ダイクロ膜の特性が重要になり、膜特性仕様、即ち色分解、合成のための透過率半値波長の値、透過率特性を調整していた。

一方、液晶用ランプ光源は、440、550nmに主ピーク、580nmに副ピークスペクトル特性を有し、色再現性の改善からは、青と緑の間の波長帯の光、緑と赤の間の波長帯の光を含まないことが好ましい。この不要な光を減じることで、色再現性が向上すると共に、色分解、合成ダイクロの仕様の許容度が増すという長所も有り、トリミングフィルターに対する要望が有った。

色再現性の改善のために、光源からの光を青、緑、赤の波長帯の光が主成分となるように分割するトリミングフィルターの例が特公昭60−038683号公報に提案されている。この例では、設計波長をλ0とした時、光学的膜厚λ0/4の交互層からなる第1薄膜群と、2λ0/4と4λ0/4の交互層からなる第2薄膜群の2つの薄膜群を4群以上含む構成が開示されている。

概要

色再現性をより一層改善することが可能となるトリミングフィルター、該トリミングフィルターを有する光学系、光学的表示装置を提供する。

トリミングフィルターにおいて、設計波長をλ0とした時、基本構成として、光学的膜厚がλ0/4の交互層からなる第1薄膜群と、光学的膜厚が3λ0/4と4λ0/4の交互層からなる第2薄膜群と、光学的膜厚が3λ0/4と2λ0/4の交互層からなる第3薄膜群との3種類の薄膜群を含み且つこれらの薄膜群を5群以上積層した構成とする。

目的

そこで、本発明は、上記課題を解決し、色再現性をより一層改善することが可能となるトリミングフィルター、該トリミングフィルターを有する光学系、光学的表示装置を提供することを目的とするものである。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
6件

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請求項1

設計波長をλ0とした時、基本構成として、光学的膜厚がλ0/4の交互層からなる第1薄膜群と、光学的膜厚が3λ0/4と4λ0/4の交互層からなる第2薄膜群と、光学的膜厚が3λ0/4と2λ0/4の交互層からなる第3薄膜群との3種類の薄膜群を含み且つこれらの薄膜群を5群以上積層した構成を有することを特徴とするトリミングフィルター

請求項2

前記第1薄膜群は、λ0/4,λ0/4,λ0/4の順の交互層からなる3層の基本構成を有することを特徴とする請求項1に記載のトリミングフィルター。

請求項3

前記第1薄膜群は、それらの合計膜厚が2λ0/4〜3.5λ0/4の範囲であることを特徴とする請求項2に記載のトリミングフィルター。

請求項4

前記第2薄膜群は、3λ0/4,4λ0/4,3λ0/4の順の交互層からなる3層の基本構成を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のトリミングフィルター。

請求項5

前記第2薄膜群は、それらの合計膜厚が9.5λ0/4〜11λ0/4の範囲であることを特徴とする請求項4に記載のトリミングフィルター。

請求項6

前記第3薄膜群は、3λ0/4,2λ0/4,3λ0/4の交互層からなる3層の基本構成を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のトリミングフィルター。

請求項7

前記第3薄膜群は、それらの合計膜厚が7.5λ0/4〜9λ0/4の範囲であることを特徴とする請求項6に記載のトリミングフィルター。

請求項8

前記薄膜群において、基板側または大気側に最も近い薄膜群が第2薄膜群であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のトリミングフィルター。

請求項9

前記薄膜群を積層した合計膜厚が、前記各薄膜群の基本構成における膜厚の合計の0.95〜1.05倍の範囲であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のトリミングフィルター。

請求項10

設計波長をλ0とした時、基本構成として光学的膜厚がλ0/4の交互層からなる第1薄膜群と、光学的膜厚が3λ0/4と4λ0/4の交互層からなる第2薄膜群と、光学的膜厚が3λ0/4と2λ0/4の交互層からなる第3薄膜群との3種類の薄膜群を含む構成を有することを特徴とするトリミングフィルター。

請求項11

請求項1〜10のいずれか1項に記載のトリミングフィルターを有することを特徴とする光学系。

請求項12

請求項11に記載の光学系を有することを特徴とする光学的表示装置

技術分野

0001

本発明は、トリミングフィルター、該トリミングフィルターを有する光学系、光学的表示装置に関し、例えば色分解光学系を有する液晶プロジェクター等の色再現性の改善に用いられるトリミングフィルターに関するものである。

背景技術

0002

従来、液晶プロジェクター等の色再現性の効率改善には、光学系を構成する偏光分離膜ミラー膜色分解ダイクロ膜色合成ダイクロ膜、投影レンズ系透過率等の特性によって決まる全体の各色透過率の配分を調整する手法が主として用いられていた。この時、色再現に関して色分解ダイクロ膜、色合成ダイクロ膜の特性が重要になり、膜特性仕様、即ち色分解、合成のための透過率半値波長の値、透過率特性を調整していた。

0003

一方、液晶用ランプ光源は、440、550nmに主ピーク、580nmに副ピークスペクトル特性を有し、色再現性の改善からは、青と緑の間の波長帯の光、緑と赤の間の波長帯の光を含まないことが好ましい。この不要な光を減じることで、色再現性が向上すると共に、色分解、合成ダイクロの仕様の許容度が増すという長所も有り、トリミングフィルターに対する要望が有った。

0004

色再現性の改善のために、光源からの光を青、緑、赤の波長帯の光が主成分となるように分割するトリミングフィルターの例が特公昭60−038683号公報に提案されている。この例では、設計波長をλ0とした時、光学的膜厚λ0/4の交互層からなる第1薄膜群と、2λ0/4と4λ0/4の交互層からなる第2薄膜群の2つの薄膜群を4群以上含む構成が開示されている。

発明が解決しようとする課題

0005

ところで、液晶プロジェクターの色再現用トリミングフィルターとしては、光源ランプのスペクトル特性を考慮した特性が必要となる。即ち430〜470nmの範囲の透過率、520〜560nmの範囲の透過率、610〜650nmの範囲の透過率が高く、青と緑の間の範囲の透過率、緑と赤の間の範囲の透過率が低いことが要求される。しかしながら、前記、先行例の特公昭60−038683号公報に記載の構成では、青領域の透過率が大きく低下する(青透過率を改善すると赤透過率が低下する)という点、及び各透過帯高透過率の幅が狭いという点等に改善の余地があった。

0006

そこで、本発明は、上記課題を解決し、色再現性をより一層改善することが可能となるトリミングフィルター、該トリミングフィルターを有する光学系、光学的表示装置を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段

0007

本発明は、次の(1)〜(12)のように構成したトリミングフィルター、該トリミングフィルターを有する光学系、光学的表示装置を提供するものである。
(1)設計波長をλ0とした時、基本構成として、光学的膜厚がλ0/4の交互層からなる第1薄膜群と、光学的膜厚が3λ0/4と4λ0/4の交互層からなる第2薄膜群と、光学的膜厚が3λ0/4と2λ0/4の交互層からなる第3薄膜群との3種類の薄膜群を含み且つこれらの薄膜群を5群以上積層した構成を有することを特徴とするトリミングフィルター。
(2)前記第1薄膜群は、λ0/4,λ0/4,λ0/4の順の交互層からなる3層の基本構成を有することを特徴とする上記(1)に記載のトリミングフィルター。
(3)前記第1薄膜群は、それらの合計膜厚が2λ0/4〜3.5λ0/4の範囲であることを特徴とする上記(2)に記載のトリミングフィルター。
(4)前記第2薄膜群は、3λ0/4,4λ0/4,3λ0/4の順の交互層からなる3層の基本構成を有することを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれかに記載のトリミングフィルター。
(5)前記第2薄膜群は、それらの合計膜厚が9.5λ0/4〜11λ0/4の範囲であることを特徴とする上記(4)に記載のトリミングフィルター。
(6)前記第3薄膜群は、3λ0/4,2λ0/4,3λ0/4の交互層からなる3層の基本構成を有することを特徴とする上記(1)〜(5)のいずれかに記載のトリミングフィルター。
(7)前記第3薄膜群は、それらの合計膜厚が7.5λ0/4〜9λ0/4の範囲であることを特徴とする上記(6)に記載のトリミングフィルター。
(8)前記薄膜群において、基板側または大気側に最も近い薄膜群が第2薄膜群であることを特徴とする上記(1)〜(7)のいずれかに記載のトリミングフィルター。
(9)前記薄膜群を積層した合計膜厚が、前記各薄膜群の基本構成における膜厚の合計の0.95〜1.05倍の範囲であることを特徴とする上記(1)〜(8)のいずれかに記載のトリミングフィルター。
(10)設計波長をλ0とした時、基本構成として光学的膜厚がλ0/4の交互層からなる第1薄膜群と、光学的膜厚が3λ0/4と4λ0/4の交互層からなる第2薄膜群と、光学的膜厚が3λ0/4と2λ0/4の交互層からなる第3薄膜群との3種類の薄膜群を含む構成を有することを特徴とするトリミングフィルター。
(11)上記(1)〜(10)のいずれかに記載のトリミングフィルターを有することを特徴とする光学系。
(12)上記(11)に記載の光学系を有することを特徴とする光学的表示装置。
上記各構成に係る発明は、上記の膜厚の薄膜や薄膜群を有する形態(基本構成)は勿論のこと、上記膜厚を有する薄膜或いは薄膜群を基本構成として、透過率の改善のための調整や最適化が行われ、その結果上記膜厚とは異なる膜厚と成っている薄膜や薄膜群を有する形態もふくむ。このような形態は、後述する実施例に示す。

発明を実施するための最良の形態

0008

上記構成を適用し、可視域において特定波長域で透過率が高くなる(又は低くなる)トリミングフィルターにおいて、設計波長をλ0とした時、光学的膜厚λ0/4の交互層からなる第1薄膜群と、3λ0/4と4λ0/4の交互層からなる第2薄膜群と、3λ0/4と2λ0/4の交互層からなる第3薄膜群の3つの薄膜群を5群以上含む構成とすることにより、青領域の短波長側、赤領域の長波長側の透過率を改善することが可能となる。また、第1薄膜群をλ0/4,λ0/4,λ0/4の順の3層基本構成とすることにより、少ない層数不透過帯の透過率の改善を図ることが可能となる。さらに、第1薄膜群の合計膜厚を2λ0/4〜3.5λ0/4の範囲とすることにより、少ない層数で透過帯の透過率の改善を図ることが可能となる。

0009

また、第2薄膜群を3λ0/4,4λ0/4,3λ0/4の順の3層基本構成とすることにより、少ない層数で不透過帯の透過率の改善を図ることが可能となる。さらに、第2薄膜群の合計膜厚を、9.5λ0/4〜11λ0/4の範囲とすることにより、少ない層数で透過帯の透過率の改善を図ることが可能となる。また、第3薄膜群を3λ0/4,2λ0/4,3λ0/4の順の3層基本構成とすることにより、少ない層数で不透過帯の透過率の改善、及び透過帯の透過率の改善を図ることが可能となる。さらに、第3薄膜群の合計膜厚を7.5λ0/4〜9λ0/4の範囲とすることにより、少ない層数で透過帯の透過率の改善を図ることが可能となる。

0010

また、基板側又は大気側に最も近い薄膜群を第2薄膜群とすることにより、透過帯の透過率の改善を図ることが可能となる。また、各薄膜群の合計膜厚を、各薄膜群の基本構成膜厚の合計の0.95〜1.05倍の範囲とすることにより、透過帯の波長域を変化させること無く、透過率の改善を図ることが可能となる。

0011

以下に、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらによって何ら限定されるものではない。
[実施例1]第1薄膜群をSiO2膜とZrO2膜、第2薄膜群をAl2O3膜とSiO2膜、第3薄膜群をAl2O3膜とSiO2膜で構成し、5群からなるトリミングフィルターをBK7基板上に真空蒸着法により形成した。表1に、各薄膜群を含む基本構成の光学膜厚、及び透過率改善のための調整後の実施した光学膜厚を示す。但し、表1において、設計波長λ0は540nm、膜厚はλ0/4の倍数を示し、ZはZrO2膜、AはAl2O3膜、SはSiO2膜、MはMgF2膜を示す。

0012

更に図1に、この時の透過率特性を示す。横軸波長縦軸は透過率を示す。図1において、破線で囲んだ領域が不透過帯の領域であり、この領域では低い透過率が好ましく、他の領域では高い透過率が好ましい。本実施例においては430〜470nmの範囲の青、520〜560nmの範囲の緑、610〜650nmの範囲の赤で高い透過率、不透過帯で約30%の低い透過率が得られ、色再現に効果が有った。

0013

[実施例2]実施例2においては、第1薄膜群をSiO2膜とZrO2膜、第2薄膜群をZrO2膜とAl2O3膜、第3薄膜群をZrO2膜とAl2O3膜で構成し、5群からなるトリミングフィルターをBK7基板上に真空蒸着法により形成した。表1に、各薄膜群を含む基本構成の光学膜厚、及び透過率改善のための調整後の実施した光学膜厚を示す。更に図2に、この時の透過率特性を示す。実施例1と比較して、不透過帯で約20%の低い透過率が得られ、更に改善されているのが分かる。

0014

[実施例3]実施例3においては、第1薄膜群をSiO2膜とZrO2膜、第2薄膜群をZrO2膜とSiO2膜、第3薄膜群をZrO2膜とSiO2膜で構成し、5群からなるトリミングフィルターをBK7基板上に真空蒸着法により形成した。表1に、各薄膜群を含む基本構成の光学膜厚、及び透過率改善のための調整後の実施した光学膜厚を示す。更に図3に、この時の透過率特性を示す。実施例1と比較して、不透過帯で約20%の低い透過率が得られ、更に改善されているのが分かる。

0015

ID=000003HE=090 WI=130 LX=0400 LY=1100
(比較例1)比較例1においては、特公昭60−038683号公報の図2に示される11層特性のものを実施例1と同様にして形成した。但し、第1薄膜群をSiO2膜とZrO2膜、第2薄膜群をSiO2膜とZrO2膜とし、設計波長λ0は540nmとした。第1薄膜群はλ0/4の交互層であり、第2薄膜群は4λ0/4,2λ0/4,4λ0/4の基本構成である。この時の特性を図10に示す。図10において、青の透過帯の透過率が大幅に低下し、緑、赤の領域でも高透過率の幅が狭いのが分かる。本比較例の構成では、色再現に効果が無く実用に適しない。

0016

[実施例4]実施例4においては、実施例1と同様にして、第1薄膜群をSiO2膜とZrO2膜、第2薄膜群をAl2O3膜とSiO2膜、第3薄膜群をAl2O3膜とSiO2膜で構成し、7群からなるトリミングフィルターをBK7基板上に真空蒸着法により形成した。表2に、各薄膜群を含む基本構成の光学膜厚、及び透過率改善のための調整後の実施した光学膜厚を示す。但し、表2において、設計波長λ0は540nm、膜厚はλ0/4の倍数を示し、ZはZrO2膜、AはAl2O3膜、SはSiO2膜、MはMgF2膜を示す。

0017

更に図4に、この時の透過率特性を示す。図4において、破線で囲んだ領域が不透過帯の領域であり、この領域では低い透過率が好ましく、他の領域では高い透過率が好ましい。本実施例においては430〜470nmの範囲の青、520〜560nmの範囲の緑、610〜650nmの範囲の赤で高い透過率、不透過帯で約20%の低い透過率が得られ、実施例1と比較して更に改善され、色再現に効果が有った。

0018

[実施例5]実施例5においては、実施例4と同様にして、第1薄膜群をSiO2膜とZrO2膜、第2薄膜群をZrO2膜とAl2O3膜、第3薄膜群をZrO2膜とAl2O3膜で構成し、7群からなるトリミングフィルターをBK7基板上に真空蒸着法により形成した。表2に、各薄膜群を含む基本構成の光学膜厚、及び透過率改善のための調整後の実施した光学膜厚を示す。更に図5に、この時の透過率特性を示す。実施例4と比較して、青緑間の不透過帯で約10%の低い透過率、緑赤間の不透過帯で約20%の低い透過率が得られ、更に改善されているのが分かる。

0019

ID=000004HE=120 WI=130 LX=0400 LY=0550
[実施例6]実施例6においては、実施例4と同様にして、第1薄膜群をSiO2膜とZrO2膜、第2薄膜群をZrO2膜とSiO2膜、第3薄膜群をZrO2膜とSiO2膜で構成し、7群からなるトリミングフィルターをBK7基板上に真空蒸着法により形成した。表2に、各薄膜群を含む基本構成の光学膜厚、及び透過率改善のための調整後の実施した光学膜厚を示す。更に図6に、この時の透過率特性を示す。実施例4と比較して、青緑間の不透過帯で約5%の低い透過率、緑赤間の不透過帯で約20%の低い透過率が得られ、更に改善されているのが分かる。

0020

[実施例7]実施例7においては、実施例4と同様にして、第1薄膜群をSiO2膜とZrO2膜、第2薄膜群をAl2O3膜とSiO2膜、第3薄膜群をAl2O3膜とSiO2膜で構成し、9群からなるトリミングフィルターをBK7基板上に真空蒸着法により形成した。表3に、各薄膜群を含む基本構成の光学膜厚、及び透過率改善のための調整後の実施した光学膜厚を示す。但し、表3において、設計波長λ0は540nm、膜厚はλ0/4の倍数を示し、ZはZrO2膜、AはAl2O3膜、SはSiO2膜、MはMgF2膜を示す。

0021

更に図7に、この時の透過率特性を示す。図7において、破線で囲んだ領域が不透過帯の領域であり、この領域では低い透過率が好ましく、他の領域では高い透過率が好ましい。本実施例においては430〜470nmの範囲の青、520〜560nmの範囲の緑、610〜650nmの範囲の赤で高い透過率、不透過帯で約10%の低い透過率が得られ、実施例4と比較して更に改善され、色再現に効果が有った。

0022

[実施例8]実施例8においては、実施例7と同様にして、第1薄膜群をSiO2膜とZrO2膜、第2薄膜群をZrO2膜とAl2O3膜、第3薄膜群をZrO2膜とAl2O3膜で構成し、9群からなるトリミングフィルターをBK7基板上に真空蒸着法により形成した。表2に、各薄膜群を含む基本構成の光学膜厚、及び透過率改善のための調整後の実施した光学膜厚を示す。更に図8に、この時の透過率特性を示す。実施例7と比較して、青緑間の不透過帯で約数%の低い透過率、緑赤間の不透過帯で約10%の低い透過率が得られ、更に改善されているのが分かる。

0023

[実施例9]実施例9においては、実施例8と同様にして、第1薄膜群をSiO2膜とZrO2膜、第2薄膜群をZrO2膜とSiO2膜、第3薄膜群をZrO2膜とSiO2膜で構成し、9群からなるトリミングフィルターをBK7基板上に真空蒸着法により形成した。表3に、各薄膜群を含む基本構成の光学膜厚、及び透過率改善のための調整後の実施した光学膜厚を示す。更に図9に、この時の透過率特性を示す。実施例7と比較して、青緑間の不透過帯で約0%の低い透過率、緑赤間の不透過帯で約10%の低い透過率が得られ、更に改善されているのが分かる。

0024

ID=000005HE=140 WI=122 LX=0440 LY=0600
[実施例10]図11に、上記各実施例におけるトリミングフィルターを液晶プロジェクターに用いた実施例10の構成を示す。光源10からの白色光レンズ11、偏光変換素子12、トリミングフィルター13を経て、ダイクロ14により赤反射光と青、緑透過光に分離される。この透過光はダイクロ15により、更に青反射光と緑透過光に分離される。各色分離された光は、全反射ミラー16、及び各色用液晶17、18、19を通って、クロスダイクロ20により再度色合成され、レンズ21によりスクリーン投影される。その際、上記トリミングフィルター13を用いることにより、色再現性の向上が見られた。

発明の効果

0025

本発明によれば、色再現性をより一層改善することが可能となるトリミングフィルター、該トリミングフィルターを有する光学系、光学的表示装置を実現することができる。

図面の簡単な説明

0026

図1本発明の実施例1の特性を示す図である。
図2本発明の実施例2の特性を示す図である。
図3本発明の実施例3の特性を示す図である。
図4本発明の実施例4の特性を示す図である。
図5本発明の実施例5の特性を示す図である。
図6本発明の実施例6の特性を示す図である。
図7本発明の実施例7の特性を示す図である。
図8本発明の実施例8の特性を示す図である。
図9本発明の実施例9の特性を示す図である。
図10比較例1の特性を示す図である。
図11本発明の各実施例におけるトリミングフィルターを液晶プロジェクターに用いた構成を示す図である。

--

0027

10:光源
11:レンズ
12:偏光変換素子
13:トリミングフィルター
14:赤反射ダイクロ
15:青反射ダイクロ
16:全反射ミラー
17、18、19:液晶
20:クロスダイクロ
21:投影レンズ

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