DE2449671B2 - OPTICAL SYSTEM OF CHANGEABLE ENLARGEMENT - Google Patents
OPTICAL SYSTEM OF CHANGEABLE ENLARGEMENTInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein optisches System änderbarer Vergrößerung nach dem Oberbegriff de·* Anspruchs 1.The invention relates to an optical system of variable magnification according to the preamble of the claim 1.
Es ist olt wichtig, die Vergrößerung eines optischen Gerätes ändern zu können, was /.. B. leicht erreichbar ist durch Andern der Vergrößerung einer verfahrbaren Optik, die /wischen einer Gegenslandsebene und einer relativ zur Gegenslandsebene ortsfesten I? Idebene angeordnet ist. Im allgemeinen wird diese Vcrgröße rungsänderung durch I lereinlahren einer Optik 111 den Sirahlengang ivw. durch Herausfahren der Opuk und deren Ersetzung durch eine andere erreicht, die deshalb /wanglaulig relativ zur Gegenstandsebene anders angeordnet lsl· Mochte man zwei zueinander imcrse Vcigrößerungen erhallen, so kann bei Invertieren der entsprechenden Absiande zur Gegeiisiandsehene und zur ft5 Bildebene die gleiche verfahrbare Optik verwendet werden. D.is ist schematise!! in der I 1 g. I dargestellt. In der I-' 1 t>. I hai das in Vollinien dargcMclhe Objektiv t eine Schnittweite d zur Gegenstandsebene 0 und die Vergrößerung des Gerätes ist z. B. g. In der gleichen Figur hat das in Strichpunkilinien dargestellte, gleiche Objektiv 1 eine Schnittw eite α zur Bildebene I und die neue Vergrößerung ist dann Mg. It is often important to be able to change the magnification of an optical device, which / .. can easily be achieved, for example, by changing the magnification of movable optics that / between an opposing country level and a stationary relative to the opposing country level I? Id level is arranged. In general, this change in magnification is made by introducing an optical system 111 into the beam path ivw. achieved by retracting the Opuk and its replacement by another, which is why / wanglaulig relative to the object plane arranged differently at inverting erhallen two mutually imcrse Vcigrößerungen lsl · If one wants to, so can the corresponding Absiande to Gegeiisiandsehene and ft 5 image plane the same movable optical system used will. D.is is schematic !! in the I 1 g. I shown. In the I- '1t>. I have the objective shown in solid lines t a focal length d to the object plane 0 and the magnification of the device is z. B. g. In the same figure, the same objective 1 shown in dot-dash lines has a cutting width α to the image plane I and the new magnification is then Mg.
Die Verstellung, durch die die mit Vollinien dargestellte Stellung in die mit Strichpunktlinien dargestellte Stellung übergeht, erfolgt so, als ob die Optik um 180 verschwenkt würde.so wie das in der Praxis oft durchgeführt wird, da das zu einer einfachen Serienfertigung führt. Die Bewegung der Optik entspricht also einer reinen Verschiebung und einer vollständigen Wendebewegung. Das ist notwendig, um in beiden Stellungen die gleiche" Korrekturgüte der Aberrationen zu erhalten; wenn närnlieh die verfahrbare Optik gut korrigiert ist. wenn die Fläche 2 auf der Seite der kürzeren Schnittweite d liegt, muß, um die gleiche Korrekturgüte /u erhalten, bei der in Strichpunktlinien dargestellten zweiten Stellung die gleiche Fläche 2 der verfahrbaren Optik ebenfalls auf der Seite der kürzeren Schnittweile i/sein. Seibst wenn nur ein Satz dünner Linsen, der aus einer Doppellinse oder zwei miteinander verkitteten Doppeliinsen besteht, verwendet wird, so korrigier; eine reine Verschiebung ohne Wendebewegung die sphärische Aberration nur für Abbildungen im Maßstab etwa 1 : !. In den meisten Fällen ist zur Erzielung apia natischer Abbildungen die Verwendung eines Unser satz.es aus zwei luftraumgetrennten Doppellinsen odL-r eines wesentlich komplexeren Linsensystems erforderlich. Nachteilig werden dann, wenn nicht gleichzeitig eine Wendebewegung der verfahrbaren Optik durchgeführt wird, die entsprechenden Aberrationen nicht korrigiert. Die bei den entsprechenden Geräten gelordcrten Abbildungsgüte erlaubt jedoch keine Vernachlässigung der Astigmatismuskorrektur.The adjustment, through which the position shown with solid lines changes into the position shown with dash-dotted lines, takes place as if the optics were pivoted by 180. As is often done in practice, as this leads to simple series production. The movement of the optics corresponds to a pure shift and a complete turning movement. This is necessary in order to get the same "correction quality of the aberrations in the two positions, and when is well corrected närnlieh the movable optical system when the surface is d at the side of shorter average length 2, must obtain the same correction quality / u in. In the second position shown in dash-dotted lines, the same surface 2 of the movable optics must also be on the side of the shorter cutting line i / in most cases, in order to achieve apia nati shear pictures is the use of our satz.es of two airspace separate dual lens od L -r a much more complex lens system required disadvantage: pure movement without turning movement of the spherical aberration only for figures in scale about 1!.. then, if not at the same time a turning movement of the movable optics durchg is performed, the corresponding aberrations are not corrected. However, the imaging quality ordered for the corresponding devices does not allow the astigmatism correction to be neglected.
Eine vollständige Wendebewegung des Objektivs, gleichzeitig mit dessen Verschiebung ist schwer durch führbar, vor allem bei Objektiven großer Abmessungen, insbesondere da eine Wendebewegung um ISO exakt durchgeführt werden muß.A complete turning movement of the lens, at the same time as it is shifted, is difficult to achieve feasible, especially with lenses of large dimensions, especially since a turning movement must be carried out exactly by ISO.
Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu überwinden und insbesondere einen Wechsel von einer Vergrößerung zu einer inversen Vergrößerung zu ermöglichen, unter Beibehalten aller Aberrationskorrekturen und durch Ausführen lediglich einer einfache!, Bewegung der \ erfahrbaren Optik.It is an object of the invention to overcome these disadvantages and in particular a change from one Allow magnification to an inverse magnification while retaining all aberration corrections and by doing just a simple! movement of the \ experienceable optics.
Diese Aufgabe wird bei einem optischen System änderbarer Vergrößerung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.This task is performed with an optical system of variable magnification according to the preamble of Claim 1 achieved by the features listed in the characterizing part of claim 1.
Dabei kann die .Spiegeleinheit zwei einen Winkel von WJ einschließende Planspiegel enthalten, die so an geordnet sind, daß in axialer Richtung einfallende .Sirahlen in entgegengesetzter Richtung aus dem Spie gelelemcnt austreten, wobei die verfahrbare Optik durch eine einfache Translationsbcw egung verschiebbar ist.The .Spiegeleinheit can contain two plane mirrors enclosing an angle of W J , which are arranged in such a way that .Sirahlen incident in the axial direction emerge from the mirror element in the opposite direction, the movable optics being displaceable by a simple translation movement.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die verfahr bare Opuk selbst ein optisches System mit kontinuierlich änderbarer Vergrößerung, dessen Vergrößerungbereich Abbildungen im Maßstab 1 : 1 einschließt.According to a further embodiment, the movable Opuk itself is an optical system with continuous Changeable magnification, the magnification range of which includes images on a scale of 1: 1.
Die Erfindung wird an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Alisführungsbeispiele näher erläutert Is /eigiThe invention is explained in more detail with reference to the examples shown in the drawings / eigi
Fig. 1 ent herkömmliches optisches System,Fig. 1 ent conventional optical system,
F 1 g. 2 ein optisches System gemäß der Erfindtin;.·. mit einer Spiegeieinheit mit zwei zueinander rech' winkligen Planspiegeln,F 1 g. 2 an optical system according to the inventor;. ·. with a mirror unit with two right-angled plane mirrors,
Fig 3 ein optisches System gemäß der Erfindung. bei dem Gegenstandsebene und Bildebene des Gerätes parallel zueinanderliegen, jedoch nicht identisch sind.3 shows an optical system according to the invention. at the object plane and image plane of the device are parallel to each other, but are not identical.
pig 4 ein optisches System gemäß der Erfindung. bei dem die Spiegelebenen einen Winkel grißer als 40 einschließen,pig 4 an optical system according to the invention. in which the mirror planes enclose an angle greater than 40,
ρ i <i 5 ein optisches System gemäß der Erlmdung, bei dein die verfahrbare Optik ein optisches System mit kontinuierlich änderbarer Brennweite ist.ρ i <i 5 an optical system according to the explanation, with the movable optics an optical system with continuously changeable focal length is.
pig 6 ein optisches System gemäß der Erfind: ng. bei dem wege λ der Größe des Gegenstandes und des Bildes Bildebene und Gegenstandsebene nicht nebeneinanderliegen könnenpig 6 an optical system according to the invention. at the path λ the size of the object and the Image Image plane and object plane cannot lie next to one another
Das in F i g-1 beseht icbene herkömmliche optische System wurde bereits erläutert.That shown in Fig. 1 is conventional optical level System has already been explained.
"in F i g. 2 ist die optische Achse des dargestellten Gerätes durch Reflexion an Spiegeln 5. 6. die einen Windel von 90° einschließen, zweimal um 90 umgeienku Die optische Achse, die die Gegenst-ndscbene 0 und die Bildebene ! verbindet, enthält daher zn ei parallele Zweige außerhalb der Spiegeleinhcit 5, 6. In einer ersten Stellung der verfahrbaren Optik 1 in einem Abstand d von der Gegensiandebene 0. die mit Vollinien in der F i g. 2 dargestellt ist, ist die Vergrößerung des gesamten Optiksystems g, wie bei der ebenfalls mit Volllinien dargestellten Stellung in Fig. 1. Eine Überführung der verfahrbaren Optik 1 aus der mit Vollinien dargestellten Stellung in die mit Strichpunktlinien dargestellte Stellung entspricht einer Verschiebung entlang der optischen Achse und einer vollständigen Wendebewegung der verfahrbaren Optik i, da hier in der zweiten Stellung der Abstand Jder verfahrbaren Optik 1 zur Bildebene 1 erhalten bleibt, und da die gleiche Seite 2 der verfahrbaren Optik 1 auf der Seite der kleineren Schnittweite d verbleibt. Hier wird aber die optigetragen wird, der gelenkig auf einer Achse durch den Schnittpunkt der beiden Zweige der optische!- Achse angeordnet ist."In Fig. 2 the optical axis of the device shown is reflected by mirrors 5. 6. which enclose a diaper at 90 °, turned twice by 90 °. The optical axis that connects the object plane 0 and the image plane! therefore contains zn ei parallel branches outside the Spiegeleinhcit 5, 6. in a first position of the movable optical system 1 at a distance d from the Gegensiandebene 0. g the solid lines in the F i. 2 is shown, the magnification of the entire optical system is g , as in the illustrated also with full line position in Fig. 1 corresponds to a transfer of the movable optical unit 1 from the position shown in solid lines to the position shown by dot-dashed line position of a displacement along the optical axis, and a complete turn of movement of the movable optics i, since in the second position the distance J of the movable optics 1 to the image plane 1 is maintained, and since the same side 2 of the movable optics 1 on the The side of the smaller focal length d remains. Here, however, the optical is carried, which is articulated on an axis through the intersection of the two branches of the optical axis.
Das schemalisch in F i g. 4 wiedergegebene optische System kann durch eine Spiegeleinheit mit einem einzigen Spiegel noch weiter vereinfacht werden, wobei die Verschwenkung des die verfahrbare Optik 1 tragenden Arms nun um eine Achse erfolgt, die durch den Schnitth i d Sielfläche \ ciThe schematically in FIG. 4 reproduced optical system can be through a mirror unit with a single Mirror can be simplified even further, with the pivoting of the movable optics 1 supporting Arms now takes place around an axis which is defined by the intersection h i d Sielfläche \ ci
punkt der optischen Achse mit der Spiegel dlih i i dim Fpoint of the optical axis with the mirror dlih i i dim F
lflächlflat
sehe Achse selbst umgekehrt, anstatt die verfahrbare Optik 1 umzukehren. Das in F i g. 2 dargestellte optische System, das offensichtlich kompakter ist als das an Hand der F i g. 1 erläuterte, bietet darüber hinaus den Vorteil einer äußerst einfachen mechanischen Ausführbarkeit des Verfahrens oder der Verstellung der verfahrbaren Optik 1, da es sich hier um eine einfache Verschiebung um eine kurze Strecke entlang auf einfache Weise mit großer Präzision herstellbarer Führungen handelt. Gemäß F i g. 2 sind die Spiegel 5, 6 so angeordnet, daß Gs-'genstandsebene 0 und Bildebene I zusammenfallen. Das ist nicht unbedingt erforderlich. Wenn der Aufbau des Gerätes es erfordert, können die Spiegel 5,6 so angeordnet sein, daß Gegenstandsebene 0 und Bildebene I nicht zusammenfallen, auch wenn sie parallel bleiben. Das ist bei dem in F i g. J dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall; hier ist die Verschiebung der verfahrbaren Optik 1 nicht senkrecht zu den beiden Zweigen der optischen Achse, verläuft jedoch im gleichen Winkel zu den Zweigen der Achse. Auch in diesem Fall bleibt der Abstand der verfall·.baren Optik gegenüber der Gegenstandsebene 0 bzw. der Bildebene 1 in beiden Stellungen der verfahrbaren Optik 1 gleich.see axis itself reversed instead of the movable one Reverse optics 1. The in Fig. 2, which is obviously more compact than that at Hand of fig. 1 also offers the advantage of an extremely simple mechanical implementation the process or the adjustment of the movable optics 1, since this is a simple shift around a short distance in a simple manner with great precision manufacturable guides acts. According to FIG. 2 the mirrors 5, 6 are arranged so that Gs-'genstandsplane 0 and image plane I coincide. It is not absolutely necessary. If the structure of the device so requires, the Mirror 5, 6 be arranged so that object plane 0 and image plane I do not coincide, even if they stay parallel. That is with the one shown in FIG. J illustrated embodiment the case; here is the shift of the movable optics 1 is not perpendicular to the two branches of the optical axis, but runs in the same way Angle to the branches of the axis. In this case too, the distance between the decayable optics remains in relation to the object plane 0 or the image plane 1, the same in both positions of the movable optics 1.
Beim Ausführungsbeispiel der F ig. 4 schließen die Spiegel 5 und 6 einen Winkel größer als 90 ein. so daß die beiden Zweige der optischen Achse nicht mehr parallel sind. Die beiden Zweige der optischen Achse h. gen jedoch in einer Ebene. Das Verschieben der verfahrbaren Optik 1 ist auch hier wieder mechanisch ein fach zu verwirklichen, da es sich auf eine Verschwenkung in einer Ebene um den Schnittpunkt der beulen Zweige der optischen Achse zurückführen läßt: es ge nfi.,1 >«.nn die vcrfahrbarc Optik 1 von einem ArmIn the embodiment of FIG. 4 close the Mirrors 5 and 6 form an angle greater than 90. so that the two branches of the optical axis are no longer parallel are. The two branches of the optical axis h. however, in one plane. Moving the movable Optics 1 can also be implemented mechanically in a simple manner here, since it involves pivoting in a plane around the intersection of the bulging branches of the optical axis can be traced back: es ge nfi., 1> «. nn the movable optics 1 of one arm
.-- — -r . er-.-- - -r . he-
ιυ lauft. Selbstverständlich ist es in diesem Fall, wie bei den, gemäß F i g. 4, damit das Verstellen der veriahrbaren Optik 1 auf eine einfache Rotation zurückführbar ist, unerläßlich, daß der Abstand des Schnittpunkts der optischen Achse mit der spiegelnden Ebene von der >5 Gegenstandsebene gleich dem biidseitigen Abstund des entsprechenden Schnittpunkts von der Bildebene ist.ιυ runs. In this case, of course, as with according to FIG. 4, so that the adjustment of the adjustable optics 1 can be traced back to a simple rotation is essential that the distance of the intersection of the optical axis with the reflecting plane from the> 5 object plane equal to the bilateral distance of the corresponding intersection point from the image plane.
In der F i «. 5 ist ein besonders wichtiges Ausführungsbeispiel für den Fall dargestellt, daß kontinuierlich änderbare Vergrößerungen erzielt wcden seilen. In diesem Fall benötigt man im allgemeinen ein komplexes optisches System, das mindestens zwei verschiebbare Linsengruppen aufweist und unter den". Namen pankratischcs System oder Zoom-System bekannt ist. Das Verhältnis der im äußersten Fall crhaltbarcn Ver größerungen, das man bei Ausnutzung der gewinnen Weglängen der verschiebbaren Linsengrupper, erhält. kann theoretisch sehr hoch sein. In der Praxis ist da·* Verhältnis jedoch dadurch begrenzt, daß es notwendig ist, alle Aberrationen für alle Stellungen der verschiebbaren Glieder zu korrigieren, so daß derartige optische Systeme änderbarer Vergrößerung selten ein Verhältnis größer als 10 der beiden Hndvergrößeruttj'cn aulweiscn. Wenn bei dem schematisch in F i g. *- dargestellten optischen System die verfahrbare Optik 1 durch eine verfahrbare Optik 9 mit änderbarer Brenn weile ersetzt ist, wird das in F i g. 5 dargestellte optische System erhalten. In der in Vollinien dargestellten Lage der verfahrbaren Optik 9 und durch einfaches Betätigen der internen Mechanik dieser \ erfahrbüren Op tik 9. durch die die Brennweite in einem Bereich /i> bis K)/ii änderbar ist, wird auf diese Weise fin das Gesamtgerät das Vergrößerungsverhältnis 10 erhalten. W nn nun die verfahrbare Optik 9 durch einfaches Verschieben in eine in Striehpunküinien dargestellte und im anderen Zweig der optischen Achse befindliche Stellung gebracht wird, ist erkennbar, daß sie sich nun wie eine verfahrbare Optik 9 verhält, die inverse Vergrößerungen zu dene:-, der ersten Stellung ergibt, unter der Voraussetzung, daß die Lage der Spiegel 5. 6 zur Gegenstandsebene 0 und zur Bildebene I korrekt bestimmt ist. In dieser neuen Stellung läßt sich durch die gleiche Be tätigung der internen Mechanik der verfahrbaren Optik 9 ihre Vergrößerung von 1 bis '/10 verändern. Dadurch erhält man einen Vergrößerungsbereich von i : Die Vergrößerungen können kontinuierlich mit 1 IiIIe eines Systems änderbarer Vergrößerung, dessen Brennweitenänderungsbereich 1 : 10 beträgt, eingestellt werden. Dabei ist die Korrektion der Aberration über den Vergrößerungsbereich 1 : 100 von gleiche!· Güte wie die Korrektion der Aberration der veriahrba en Optik 9. Soll die Vergrößerung stetig vi-ränden werden, so muß die Endvergrößerung des p.iiikrati sehen Systems während der Verstellung gleich Fin· scm In der Praxis wird man einen kleinen l.'berlap pungsbereich /wischen den beiden Bereichen schallen die einer Stellung der verfahrbaren Optik 9 ir. einenIn the F i «. 5 is a particularly important embodiment shown for the case that continuously variable magnifications are achieved. In in this case one generally needs a complex one optical system that has at least two sliding Has lens groups and is known by the "Pancratic system or zoom system". The ratio of the ver enlargements that you get when taking advantage of the gains Path lengths of the movable lens groups obtained. can theoretically be very high. In practice there is * However, the ratio is limited by the fact that it is necessary is, all aberrations for all positions of the sliding Correct limbs, so that such variable magnification optical systems seldom have a ratio greater than 10 of the two hand enlargements outside. If the schematically shown in FIG. * - the optical system shown is the movable optics 1 is replaced by a movable optics 9 with changeable focal point, this is shown in FIG. 5 illustrated optical System received. In the position of the movable optics 9 shown in solid lines and by simple actuation the internal mechanics of this \ experience Op tik 9. through which the focal length in a range / i> until K) / ii can be changed, the entire device becomes fin in this way the enlargement ratio of 10 is obtained. Now the movable optics 9 can be moved by simply moving it in one shown in dash-dot lines and in the other Branch of the optical axis is brought into position, it can be seen that they are now like a movable optics 9 behaves, the inverse magnifications to the: -, the first position results, provided that that the position of the mirror 5. 6 to the object plane 0 and to the image plane I is correctly determined. In this new position, the same Be actuation of the internal mechanics of the movable optics 9 change their magnification from 1 to '/ 10. Through this one obtains a magnification range of i: The magnifications can be continuous with 1 IiIIe a system of variable magnification, the focal length change range of which is 1:10 will. The correction of the aberration over the magnification range 1: 100 is the same! Quality like the correction of the aberration of the variable optics 9. Should the magnification vary steadily the final magnification of the p.iiikrati see system during adjustment equal to Fin · scm In practice there will be a small overlap ping area / between the two areas echo the one position of the movable optics 9 ir
der beiden Zweige der optischen Achse enisp'vehc11 daß bei einem untersuchten Lnduikto·- R- ei··.of the two branches of the optical axis enisp'vehc 11 that in an investigated Lnduikto · - R- ei ··.
Das heißt,This means,
Faktor für das pankratische System gewählt wird, tier ^in wenig größer als R ist und einen kleinen Sicherheitsüberlappungsbereieh ermöglicht. Die Ausbildung des optischen Systems änderbarer Vergrößerung mit den Merkmalen im Kennzeichen des Anspruchs 1 ist besonders vorteilhaft, wenn die verfahrbare Optik ein pankratisches System ist. da die mechanischen Einrichtungen zum Ändern der Vergrößerung bei vollständiger Wendebewegung des pankratischen Systems wesentlich schwerer und kostspieliger wären.Factor for the pancratic system is chosen, tier ^ in is slightly larger than R and allows a small safety overlap area. The design of the optical system of variable magnification with the features in the characterizing part of claim 1 is particularly advantageous if the movable optics is a pancratic system. since the mechanical devices for changing the magnification with a complete turning movement of the pancratic system would be considerably heavier and more expensive.
Selbstverständlich sind noch weitere Ausgestaltungen der Erfindung möglich, z. B. ist sie in gleicher Weise anwendbar, wenn das optische System durch Spiegel ergänzt wird, die /wischen Gctrenslandsebene 0 oder Bildebene 1 und der Spiegelemhei! 5.6 angeordnet sind Das ist /. R. bei dem in I i g. 6 schematich daraestellten Aiisl'iihrungsbcispic! der Fall, bei dem die Größe des Gegenstandes und/oder des Bildes keine Anordnung Seite an Seite ermöglicht. Hier lenkt ein Zusatzspiegel Il das Strahlenbündel um und hält die Bildebene I senkrecht zur Gegenstandsebene 0. Ebenso k<inneu als Umlenkspiegel Prismen mit Totalreflexion die nen. wie das in Γ i g. b dargestellt ist.Of course, other embodiments of the invention are also possible, for. B. it is in the same way applicable when the optical system through mirror is added, the / between Gctrenslands level 0 or Image level 1 and the Spiegelemhei! 5.6 are arranged That is /. R. with the one in I i g. 6 shown schematich Aiisl'uuhrungsbcispic! the case where the size of the object and / or image does not allow side-by-side arrangement. An additional mirror steers here II surrounds the bundle of rays and keeps the image plane I perpendicular to the object plane 0. Likewise k <innew prisms with total reflection serve as deflecting mirrors. like that in Γ i g. b is shown.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (5)
Applications Claiming Priority (2)
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FR7339887A FR2251019A1 (en) | 1973-11-09 | 1973-11-09 | Optical system of variable magnification - is between fixed relative object and image planes and has single movable optics |
FR7339887 | 1973-11-09 |
Publications (3)
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Also Published As
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BE822016A (en) | 1975-05-09 |
DE2449671A1 (en) | 1975-05-22 |
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FR2251019B1 (en) | 1976-11-19 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |