s5930-256s etc kmpd1018j

IMAGE SENSOR
NMOSリニアイメージセンサ
S5930/S5931シリーズ
電子冷却素子内蔵により長時間露光、安定動作を実現
NMOSリニアイメージセンサは、
マルチチャンネル分光光度計用の検出器として設計された自己走査型フォトダイオードアレイです。走査回
路は、
NチャンネルMOSトランジスタで構成され、
低消費電力駆動が可能なため、
取り扱いが容易です。各フォトダイオードの受光面積が大き
く高い紫外感度をもつ上、
雑音がきわめて小さく、
電子冷却型 (空冷方式) のため長時間露光が可能となり、
微弱な入射光に対してもS/N
の高い信号が得られます。キャップはサファイア窓を溶接しており、
信頼性の高いパッケージになっています。
特長
用途
l 広い受光面
l マルチチャンネル分光測光
l イメージリードアウトシステム
画素ピッチ: 50 µm (S5930シリーズ), 25 µm (S5931シリーズ)
画素高さ: 2.5 mm
l フォトダイオードの紫外感度が高く、紫外線照射に対して
特性が安定している
l 低暗電流、大飽和電荷量のため、常温で長い蓄積時間と広い
ダイナミックレンジが得られる
l 優れた出力直線性とユニフォミティ (感度の均一性)
l スタートパルス、クロックパルスは、CMOSロジック
コンパチブル
l 電子冷却素子内蔵 (設定温度: 0 ˚C)、空冷方式
■ セレクションガイド
受光面サイズ
[mm (H) × mm (V)]
S5930-256S
256
12.8 × 2.5
50 × 2500
S5930-512S
512
25.6 × 2.5
S5931-512S
512
12.8 × 2.5
25 × 2500
S5931-1024S
1024
25.6 × 2.5
S5930/S5931 シリーズに加え、近赤外域で高感度な電子冷却型 NMOS リニアイメージセンサ S8382/S8383 シリーズも用意し
ています。
「分光感度特性」に示すように最大感度波長が 750 nm になります。飽和露光量は 90 mlx · s です。それ以外の特性は
S5930/S5931 シリーズと同じです。
型名
画素数
画素サイズ
[µm (H) × µm (V)]
1
NMOSリニアイメージセンサ
NMOS
リニアイメージセンサ
■ 等価回路
S5930/S5931シリーズ
■ 受光部の構造
スタート st
デジタルシフトレジスタ
(MOSシフトレジスタ)
クロック 2
エンドオブスキャン
2.5 mm
クロック 1
アクティブビデオ
アクティブ
フォトダイオード
Vss
b
飽和コントロール
ゲート
飽和コントロール
ドレイン
1.0 µm
a
ダミービデオ
酸化シリコン
1.0 µm
N型シリコン
400 µm
ダミーダイオード
KMPDC0020JA
P型シリコン
S5930シリーズ: a=50 µm, b=45 µm
S5931シリーズ: a=25 µm, b=20 µm
KMPDA0132JA
■ 絶対最大定格
項 目
入力パルス (φ1, φ2, φst) 電圧
記号
Vφ
動作温度*1
Topr
条件
周囲温度*2
チップ温度
定格値
15
-40 ~ +65
-40 ~ +50
-40 ~ +85
Tstg
保存温度*1
*1: 結露なきこと
*2: サーミスタの抵抗値からチップ温度をモニタして、チップ温度が定格値から外れないように注意してください。
単位
V
°C
°C
°C
■ 仕様 (指定のない場合は Ta=25 °C)
項 目
記号
画素ピッチ
画素高さ
感度波長範囲 (ピークの 10 %)
最大感度波長
25 °C
フォトダイオード暗電流*3
0 °C
フォトダイオード容量*3
飽和露光量*3 *4
飽和出力電荷量*3
感度不均一性*5
λ
λp
ID
Cph
Esat
Qsat
PRNU
*3: Vb=2.0 V, Vφ=5.0 V
*4: 2856 K, タングステンランプ
*5: 飽和の 50 %, スタート素子と最終素子を除く
2
Min.
-
S5930 シリーズ
Typ.
Max.
50
2.5
200 ~ 1000
600
0.2
0.6
0.006
0.018
20
180
50
±3
Min.
-
S5931 シリーズ
Typ.
Max.
25
2.5
200 ~ 1000
600
0.1
0.3
0.003
0.009
10
180
25
±3
単位
µm
mm
nm
nm
pA
pF
mlx · s
pC
%
NMOSリニアイメージセンサ
リニアイメージセンサ
S5930/S5931シリーズ
■ 電気的特性 (Ta=25 °C)
項 目
記号
条件
High Vφ1, Vφ2 (H)
クロックパルス (φ1, φ2)
電圧
Low Vφ1, Vφ2 (L)
High
スタートパルス (φst)
Vφs (H)
電圧
Low
Vφs (L)
ビデオバイアス電圧*6
Vb
飽和コントロールゲート電圧
Vscg
飽和コントロールドレイン電圧
Vscd
クロックパルス(φ1, φ2)
trφ1, trφ2
上昇/下降時間*7
tfφ1, tfφ2
クロックパルス (φ1, φ2) パルス幅 tpwφ1, tpwφ2
スタートパルス (φst) 上昇/下降時間
trφs, tfφs
スタートパルス (φst) パルス幅
tpwφs
スタートパルス (φst) -クロック
tφov
パルス (φ2) 間オーバーラップ
クロックパルススペース*7
X1, X2
シフトレジスタ動作周波数*8
f
ビデオ遅延時間
tvd
クロックパルス (φ1, φ2)
ライン容量
飽和コントロールゲート (Vscg)
ライン容量
Cφ
Cscg
ビデオライン容量
CV
S5930 シリーズ
Min.
Typ.
Max.
4.5
5
10
0
0.4
4.5
10
Vφ1
0
0.4
1.5
Vφ - 3.0 Vφ - 2.5
0
Vb
-
S5931 シリーズ
Min.
Typ.
Max.
4.5
5
10
0
0.4
4.5
10
Vφ1
0
0.4
1.5
Vφ - 3.0 Vφ - 2.5
0
Vb
-
単位
V
V
V
V
V
V
V
-
20
-
-
20
-
ns
200
200
20
-
-
200
200
20
-
-
ns
ns
ns
200
-
-
200
-
-
ns
120 (-256S)
160 (-512S)
36 (-256S)
67 (-512S)
20 (-256S)
35 (-512S)
11 (-256S)
20 (-512S)
2000
-
trf - 20
0.1
-
150 (-512S)
200 (-1024S)
50 (-512S)
100 (-1024S)
24 (-512S)
45 (-1024S)
16 (-512S)
30 (-1024S)
2000
-
ns
kHz
ns
ns
pF
pF
pF
pF
pF
pF
trf - 20
0.1
飽和の
50 %*8 *9
5V
バイアス
5V
バイアス
2V
バイアス
-
*6: Vφは入力パルス電圧
*7: trf はクロックパルスの上昇/下降時間。クロックパルスの上昇/下降時間が 20 ns 以上かかる場合は (上昇/下降時間 - 20)
ns 以上のクロックパルススペースを入れてください。
*8: Vb=2.0 V, Vφ=5.0 V
*9: C7883 駆動回路を用いて測定。
■ 外形寸法図 (単位: mm)
S5930-512S, S5931-1024S
4.05 ± 0.4 *2
12.8
0.25
0.8 *1
5.0
40.64 ± 0.3
50.0
KMPDA0089JB
2.54
27.94
7.65 ± 0.5
0.46
*1: サファイアガラスの厚さ
*2: サファイアガラスの表面から
チップ表面までの距離
5.0 ± 0.5
5.0 ± 0.5
27.94
7.65 ± 0.5
58.84
0.46
2.54
14.99 ± 0.25
4.0
12.0
2.5
14.99 ± 0.25
2.5
12.0
4.0
0.8 *1
32.0 ± 0.3
5.0
4.05 ± 0.4 *2
25.6
0.25
S5930-256S, S5931-512S
*1: サファイアガラスの厚さ
*2: サファイアガラスの表面から
チップ表面までの距離
KMPDA0090JB
3
NMOSリニアイメージセンサ
NMOS
リニアイメージセンサ
S5930/S5931シリーズ
■ ピン接続
NC
1
24
st
NC
2
23
1
Vss
3
22
2
Vscg
4
21
NC
Vsub
5
20
NC
NC
6
19
電子冷却素子 +
サーミスタ
7
18
電子冷却素子 -
サーミスタ
8
17
エンドオブスキャン
NC
9
16
NC
Vscd
10
15
ダミービデオ
NC
11
14
アクティブビデオ
NC
12
13
Vss
Vss, Vsub, NCは接地してください。
20番ピンはパッケージ金属と導通しています。
KMPDC0115JA
端子名
入出力
φ1, φ2
入力
(CMOS ロジックコンパチブル)
φst
入力
(CMOS ロジックコンパチブル)
Vss
-
Vscg
入力
Vscd
入力
アクティブビデオ
出力
ダミービデオ
出力
Vsub
出力
(CMOS ロジックコンパチブル)
エンドオブスキャン
NC
電子冷却素子
サーミスタ
入力
出力
■ 分光感度特性 (代表例)
機能、および推奨接続
MOS シフトレジスタを動作させるためのパルスです。ビデオ
出力信号は、φ2 立上りに同期して得られるため、クロックパ
ルス周波数とビデオデータレートは同一になります。
MOS シフトレジスタの動作を開始させるためのパルスです。
スタートパルスの間隔と信号蓄積時間は同一となります。
フォトダイオードのアノードに接続されています。接地してく
ださい。
ブルーミングの抑制に使用します。接地してください。
ブルーミングの抑制に使用します。ビデオバイアスと同一電圧
を印加してください。
ビデオ出力信号です。アドレスオンでフォトダイオード・カソ
ードに接続されます。フォトダイオードを逆バイアスの状態で
使用するためにビデオラインを正にバイアスします。φ1, φ2 の
大きさが 5 V ならばビデオバイアスは 2 V を推奨します。
アクティブビデオと構造は同一ですが、フォトダイオードはあ
りませんのでスパイクノイズのみが出力されます。アクティブ
ビデオと同一電圧にバイアスしてください。必要としない場合
はオープンにしてください。
シリコン基板に接続されています。接地してください。
10 kΩの抵抗で 5 V にプルアップしてください。負極性。最後
のフォトダイオードがアドレスされた次のタイミングのφ2 に
同期して現れます。
接地してください。
センサチップ冷却用
温度コントロール用
■ 出力電荷量-露光量
(Ta=25 ˚C)
0.5
(Typ. Vb=2 V, V =5 V, 光源: 2856 K)
102
赤外高感度タイプ
S8382/S8383シリーズ
101
出力電荷量 (pC)
受光感度 (A/W)
0.4
0.3
0.2
飽和電荷量
S5930シリーズ
100
S5931シリーズ
10–1
飽和露光量
10–2
0.1
S5930/S5931シリーズ
0
200
400
600
800
波 長 (nm)
4
1000
1200
KMPDB0163JA
10–3
10–5
10–4
10–3
10–2
露光量 (lx · s)
10–1
100
KMPDB0164JA
NMOSリニアイメージセンサ
リニアイメージセンサ
■ 駆動回路
S5930/S5931シリーズ
S5930/S5931シリーズの駆動には、DC的な印加電圧は必
要ありません。ただし、Vss, Vsub およびすべての NC 端子
は接地してください。シフトレジスタの駆動には、スタート
パルス φst および 2 相クロックパルス φ1, φ2 が必要です。ス
タートパルスおよびクロックパルスの極性はともに正であ
り、CMOS ロジックコンパチブルです。
2相クロックパルスφ1, φ2は完全に分離していても相補な
関係にあっても構いませんが、両パルスが同時にハイになる
時間がないようにしてください。
φ1, φ2 の上昇/下降時間が 20 ns 以上かかる場合は、(上
昇/下降時間 - 20) ns 以上のクロックパルススペース (■ 駆
スタートパルス φst の大きさは φ1, φ2 と同じであり、ハイ
レベルでシフトレジスタが動作を始め、
信号読み出しを開始
するため、
スタートパルスの間隔で信号蓄積時間が決められ
ます。φst は、最低 200 ns の保持が必要で、φ2 と最低 200
ns オーバーラップしていなければなりません。さらに、シ
フトレジスタを正常に動作開始させるためには、φst がハイ
レベルの間に、φ2 は一度だけハイレベルからローレベルに
変化しなければいけません。各パルスのタイミングを「■ 駆
動回路のタイミング図」に示します。
動回路のタイミング図, X1, X2) を入れるようにしてください。
また、φ1, φ2 とも、最低 200 ns の保持が必要です。フォト
ダイオードの信号は φ2 の各立上りで得られるため、クロッ
クパルスの周波数とビデオデータレートは等しくなります。
エンドオブスキャン (EOS) は、10 kΩの抵抗でEOS端子を
5 Vにプルアップすることにより、最後のフォトダイオードが
アドレスされた次のタイミングの φ2 に同期して現れます。
■ 駆動回路のタイミング図
1
2
V s (H)
V s (L)
V
V
V
V
■ ビデオバイアス電圧マージン
tpw s
10
tpw 1
1 (H)
1 (L)
2 (H)
2 (L)
tpw 2
8
ビデオバイアス電圧 (V)
st
■ エンドオブスキャン
tvd
アクティブビデオ出力
エンドオブスキャン
tr s
st
tf s
tr 1
tf 1
.
X
MA
6
推
4
ス
ア
イ
バ
奨
ビデオバイアス範囲
2
1
X1
X2
tf 2
MIN.
2
0
t ov
tr 2
4
5
6
7
8
9
10
クロックパルス振幅 (V)
KMPDC0022JA
KMPDB0043JA
■ 信号読み出し回路
信号読み出し方式は、負荷抵抗による電流検出方式や、
チャージアンプによる電流積分方式などがあります。
しかし、
どのような信号読み出し方式を用いるにしても、NMOSリニ
アイメージセンサのフォトダイオードのアノードは0 V (Vss)
のため、必ずビデオラインには正のバイアスを与えなければ
なりません。
「■ ビデオバイアス電圧マージン」にビデオバイ
アスの電圧マージンを示します。クロックパルスの振幅が大
きいほどビデオバイアスを大きく設定でき、飽和電荷量を大
きくすることができます。また、ビデオバイアスを小さくし
てクロックパルスの振幅を大きく設定すれば、ビデオ出力波
形の上昇/下降時間を短くすることができます。φ1, φ2, φst
の大きさが 5 V ならば、ビデオバイアスは 2 V を推奨します。
良い出力直線性を得るには、
電流積分方式が適しています。
電流積分方式では、各フォトダイオードがアドレスされる直
前に毎回積分容量を基準電圧レベルにリセットし、アドレス
スイッチがオンすると信号電荷は積分容量に蓄積されます。
「■ 読み出し回路例」, 「■ タイミングチャート」に電流積分
回路およびそのパルスタイミングの一例を示します。安定し
た出力を得るためには、リセットパルスの立上りをφ2の立下
りより少なくとも 50 ns 遅らせる必要があります。
5
NMOSリニアイメージセンサ
NMOS
リニアイメージセンサ
■ 読み出し回路例
S5930/S5931シリーズ
■ タイミングチャート
+5 V
50 ns MIN.
10 kΩ
st
st
EOS
1
1
2
2
ダミー
ビデオ
st
EOS
RESET
1, Reset
OPEN
2
10 pF
Vscg
Vss
Vsub
NC
アクティブ
ビデオ
–
Vscd
+
OP-AMP (JFET 入力)
KMPDC0024EA
+
+2 V
KMPDC0023JA
出力電圧Voutは以下の式で表されます。
出力電荷量 [C]
Vout [V] =
10 × 10-12 [F]
■ アンチブルーミング機能
部分的にでも飽和露光量以上の照射が行われる場合は、飽和電荷量を越えて信号電荷をフォトダイオードに蓄積させることは
できないため、余分の電荷はビデオラインに溢れ出し信号の純度は劣化します。ビデオバイアスと同一の電圧を飽和コントロー
ルドレインに与え、飽和コントロールゲートは接地することにより、余剰電荷は飽和コントロールドレインより、排出されるた
め、信号の純度の劣化を避けることができます。入射光の強度が極端に強い場合には、飽和コントロールゲートを正にバイアス
します。飽和コントロールゲートに加えるバイアスが大きいほど過飽和電荷を制御する機能は高まりますが、飽和電荷量が低下
するため適切なバイアス値を選択することが肝要です。
■ 補助機能
(1) 一斉リセットとしての動作
通常の動作では、フォトダイオードに蓄積されている電荷は信号読み出しによってリセットされますが、
S5930/S5931シリー
ズは信号読み出し以外の経路でフォトダイオード電荷のリセットを行うことができます。これは、飽和コントロールゲートに適
切なパルスを加えることにより達成されます。パルス電圧は、φ1, φ2, φst と同一、パルス幅は 5 µs 以上としてください。
飽和コントロールゲートがハイレベルに設定されると、すべてのフォトダイオードは、飽和コントロールドレイン電位 (ビデ
オバイアスと同一に設定します。
) に一斉にリセットされます。逆に飽和コントロールゲートがローレベル (0 V) に設定される
と、リセット機能は働かず、フォトダイオードでは信号電荷の蓄積が行われます。
(2) ダミービデオ
S5930/S5931 シリーズはビデオ出力波形のスパイクノイズを除去するためのダミービデオラインを備えています。アクティ
ブビデオラインとダミービデオラインの出力を差動増幅することにより、
低スパイクノイズのビデオ信号を得ることができます。
必要としない場合は無接続としてください。
6
NMOSリニアイメージセンサ
リニアイメージセンサ
S5930/S5931シリーズ
■ 内蔵電子冷却素子の仕様 (Typ.)
S5930-256S, S5931-512S S5930-512S, S5931-1024S
項目
条件
単位
1.0
内部抵抗
Ta=25 °C
1.3
Ω
2.8
最大電流*10
Th=27 °C
2.9
A
3.5
最大電圧*11
Th=27 °C
4.6
V
6.0
最大吸熱量
Tc=Th=27 °C
8.0
W
67
最大温度差
Th=27 °C
°C
85
放熱側の最大温度
°C
*10: 完全断熱状態で、電子冷却素子の両側の温度 (放熱側温度 Th と冷却側温度 Tc)に最大温度差を発生させるための電流値。
この電流値以上で動作させた場合、冷却効率は低下します。
*11: 最大電流を流すために必要な電圧。
*12: 最大電流で動作させたときの吸熱量。放熱側温度 Th と冷却側温度 Tc の差を 0 °C として定義します。
S5930-512S, S5931-1024S
S5930-256S, S5931-512S
(Typ. Ta=25 ˚C)
5
(Typ. Ta=25 ˚C)
5
30
3
10
2
0
-10
1
-10
-20
1.6
0
10
2
0
1
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
電圧 (V)
3
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
チップ温度 (˚C)
20
20
チップ温度 (˚C)
電圧 (V)
4
4
0
30
電圧ー電流
チップ温度ー電流
電圧ー電流
チップ温度ー電流
-20
1.6
電流 (A)
電流 (A)
KMPDB0326JA
KMPDB0327JA
■ 内蔵温度センサの仕様
NMOSチップと同じパッケージにサーミスタチップが内蔵されており、動作中のチップ温度をモニタします。
このサーミスタの抵抗値と絶対温度の関係は次式で表されます。
(Typ. Ta=25 ˚C)
1 MΩ
RT1 = RT2 × exp BT1/ T2 (1/T1 – 1/T2)
使用しているサーミスタの特性は以下のとおりです。
R298=10 kΩ
B298/323=3450 K
抵抗
RT1: 絶対温度T1 [K]のときの抵抗値
RT2: 絶対温度T2 [K]のときの抵抗値
BT1/ T2: B定数 [K]
100 kΩ
10 kΩ
220
240
260
280
300
温度 (K)
KMPDB0111JB
7
NMOSリニアイメージセンサ
NMOS
リニアイメージセンサ
S5930/S5931シリーズ
■ 使用上の注意
(1) 静電気対策
本製品は静電気に対する保護回路を内蔵していますが、静電気による破壊を未然に防ぐために、作業者・作業台・作業工具
の接地などの静電気対策を実施してください。
また、周辺機器からのサージ電圧を防ぐようにしてください。
(2) 入射窓
入射窓ガラスの表面にゴミや汚れが付着すると画像に黒キズとして現れます。ゴミや汚れを拭き取る場合、乾いた布や綿棒
などでこすると静電気発生の原因となります。アルコール類を少量含ませた柔らかい布・紙・綿棒などでゴミや汚れを拭き
取り、シミが残らないように圧搾気体を吹き付けてください。
(3) はんだ付け
はんだ付けによる損傷を避けるため、はんだ温度、はんだ付け時間に十分注意してください。
はんだ付け作業は、はんだ温度 260 °C 以下、5 秒以内で行ってください。
(4) 実装上の注意
回路基板のソケットなどに本製品を実装する際には、取り付け方向やピン接続を確認し、間違いのないように実装してくだ
さい。また、この実装時にも静電気対策を行ってください。
本製品を基板などに挿入する際、センサの表面を絶対に押さないでください。センサ表面を押すことで窓にひび・割れが生
じたり脱落する可能性があり、故障の原因となります。
・写真 1 のようにセンサ側面または写真 2 のようにねじ止め部を押して挿入してください。
・本製品をねじ止めして固定する場合、平坦な面 (凹凸 100 µm 以下)に固定してください。
・本製品のピンの規格に適合したソケットを使用してください。
写真 1
写真 2
(5) 動作/保存環境
定格温度内にて取り扱いください。
過度の高温高湿条件下においては、特性に変化を生じることがあります。
(6) 紫外線照射
本製品は紫外線照射による特性劣化を抑えるように設計されていますが、不必要な照射は避けてください。
8
NMOSリニアイメージセンサ
リニアイメージセンサ
S5930/S5931シリーズ
マルチチャンネル検出器ヘッド C5964シリーズ
C5964シリーズは、
紫外~近赤外域 (λ=200~1000 nm)での分光測光用として開発した高感度マ
ルチチャンネル検出器ヘッドです。本検出器には、電子冷却型 NMOS リニアイメージセンサ
(S5930/S5931/S8382/S8383シリーズ)、
専用の低ノイズ駆動回路および高安定温度制御回路を内
蔵しており、
外部から簡単な信号を入力するだけで動作させることができます。
■ セレクションガイド
C5964 シリーズには、内蔵する NMOS リニアイメージセンサによって、以下の種類があります。
NMOS
内蔵する NMOS リニアイメージセンサ
マルチチャンネル
画素サイズ
受光面サイズ
型名
画素数
検出器ヘッド
[µm (H) × µm (V)]
[mm (H) × mm (V)]
C5964-0800
S5930-256S
256
12.8 × 2.5
50 × 2500
C5964-0900
S5930-512S
512
25.6 × 2.5
C5964-0910
S5931-512S
512
12.8 × 2.5
25 × 2500
C5964-1010
S5931-1024S
1024
25.6 × 2.5
C5964-0901
S8382-512S
512
50 × 2500
25.6 × 2.5
C5964-1011
S8383-1024S
1024
25 × 2500
25.6 × 2.5
種類
標準タイプ
赤外域高感度タイプ
マルチチャンネル検出器ヘッド用コントローラ C7557-01
C7557-01は、
マルチチャンネル測光の基本操作用として開発されたコントローラです。
当社製マ
ルチチャンネル検出器ヘッドとパソコンに接続し、
付属のソフトウェアを使用することによって、
容易に検出器ヘッドの制御とデータ収集を行うことができます。
■ 接続図
シャッタ *
タイミングパルス
ACケーブル (100∼240 V; C7557-01に付属)
Trig.
POWER
専用ケーブル
(C7557-01に付属)
SIGNAL I/O
USB
ケーブル
(C7557-01に付属)
TE CONTROL I/O
C5964シリーズ
マルチチャンネル検出器ヘッド用
コントローラ
C7557-01
PC (Windows 2000/XP/Vista)
(USB2.0)
* シャッタなどは用意していません。
KACCC0070JD
9
リニアイメージセンサ
NMOSリニアイメージセンサ
S5930/S5931シリーズ
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Cat. No. KMPD1018J05
Aug. 2014 DN