JP2001245187A - マイクロフォン付ビデオカメラ - Google Patents
マイクロフォン付ビデオカメラInfo
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Abstract
能なマイクロフォン付ビデオカメラを提供する。 【解決手段】 指向特性を制御できるマイクロフォンを
備え、ビデオカメラの被写体へのフォーカシングに同期
して前記指向特性を前記被写体へフォーカシングするマ
イクロフォン付ビデオカメラにおいて、前記マイクロフ
ォンとして、発光強度分布が同心円状にほぼ均一な垂直
空洞表面発光型レーザー発光素子を配置し、前記発光素
子の放射光を受光する為の受光素子を配置した基板と、
前記基板に対向する位置にほぼ平行に、かつ近接して設
置され、音圧により振動するとともに、前記発光素子か
らの光を反射させて前記受光素子に放射する振動板と、
前記発光素子に駆動電流を供給する光源駆動回路と、前
記受光素子から出力される信号の一部を負帰還信号とし
て前記光源駆動回路に供給する負帰還回路とを具備する
光マイクロフォンを用い、前記ビデオカメラの被写体へ
のズーミング量を示すズーミング信号により前記負帰還
信号の大きさを変化させることにより前記光マイクロフ
ォンの前記指向特性を制御する。
Description
デオカメラに係り、特に画像のフォーカシングに同期し
て音声のフォーカシングを行うことの可能なマイクロフ
ォン付ビデオカメラに関する。
カメラ200の概略構成を示す外観図である。カメラ本
体201には被写体からの画像を入力するためのレンズ
202と、被写体から発せられる音声を入力するための
マイクロフォン203とが取付けられている。このよう
なビデオカメラに装着されるマイクロフォン203とし
ては、従来、ステレオ型マイクロフォンやモノラル型マ
イクロフォンが用いられていた。このようなビデオカメ
ラに装着されるマイクロフォンは、屋外での使用に際し
て風圧による雑音の発生を防止するための改良や被写体
の状況に応じて、単一指向性に切り替えたり無指向性に
切り替えたりする等の工夫がなされていた。
てレンズ202を調節することにより被写体へのフォー
カシングを行い、最適な画像信号を得るように操作され
る。また、ズームレンズを用いた場合、遠距離にある被
写体の画像を近距離に拡大(ズームアップ)もしくは近
距離にある被写体の画像を遠距離に縮小(ズームダウ
ン)して得ることができる。一方、マイクロフォン20
3ではレンズ202の操作とは別途の操作を行い、ズー
ムレンズから捕えられる画像の拡大もしくは縮小に関係
なく、ワンポイントマイクロフォンまたはステレオマイ
クロフォンで周囲の音声を収音していた。また、近年小
型マイクロフォン素子として光マイクロフォン素子が注
目されており、特に発光素子として垂直空洞表面発光型
レーザー(以下VCSELという)を用いたものは、よ
り一層の小型化が実現できる。
クロフォン付ビデオカメラにおいては、被写体画像がズ
ームにより拡大又は縮小されても、被写体から収録され
る音声はこれに連動したものではなく単に周囲の音声し
かとらえることができなかった。従って、カメラにより
ズーミングを行って拡大した画像をとらえても被写体か
らの音声は遠くから聞こえるというような現象が発生し
た。これはビデオカメラに装着されているマイクロフォ
ンが単一指向性又は無指向性のマイクロフォンであった
ために、画像のズーミングに連動して音声の感度を切り
替えることができなかったためである。
いては、画像が拡大された時には近距離からの音声とし
て捕えられ、画像が縮小された時には遠距離からの音声
として捕えられるマイクロフォンが必要とされていた。
発明者等はVCSELを用いた光マイクロフォン素子が
超小型化に適しているだけでなく、指向性の調整をも簡
単に実現できることに着目して本願発明をなすに到っ
た。したがって本発明は、画像の拡大縮小のズーミング
に連動してマイクロフォンの音声のズーミングも可能な
光マイクロフォン素子を用いたマイクロフォン付ビデオ
カメラを提供することを目的とする。
の本発明のマイクロフォン付ビデオカメラは、指向特性
を制御できるマイクロフォンを備え、ビデオカメラの被
写体へのフォーカシングに同期して前記指向特性を前記
被写体へフォーカシングするマイクロフォン付ビデオカ
メラにおいて、前記マイクロフォンとして、発光強度分
布が同心円状にほぼ均一な垂直空洞表面発光型レーザー
発光素子を配置し、前記発光素子の放射光を受光する為
の受光素子を配置した基板と、前記基板に対向する位置
にほぼ平行に、かつ近接して設置され、音圧により振動
するとともに、前記発光素子からの光を反射させて前記
受光素子に放射する振動板と、前記発光素子に駆動電流
を供給する光源駆動回路と、前記受光素子から出力され
る信号の一部を負帰還信号として前記光源駆動回路に供
給する負帰還回路とを具備する光マイクロフォンを用
い、前記ビデオカメラの被写体へのズーミング量を示す
ズーミング信号により前記負帰還信号の大きさを変化さ
せることにより前記光マイクロフォンの前記指向特性を
制御する。また、本発明のマイクロフォン付ビデオカメ
ラにおいては、前記ズーミング信号が前記ビデオカメラ
のズームレンズの変化量を示すズーム量変化信号とする
ことも出来る。
デオカメラでは、ズーム画像の拡大縮小に合わせてマイ
クロフォンから収録される音声もこれに同期をとって拡
大縮小することにより、指向性を変化させ縮小されて遠
くに映される画像からの音声は遠くから聞こえるよう
に、また拡大されて大きく映される画像に対応する音声
は近くから聞こえるようにする。さらに、このような目
的に使用されるマイクロフォンとしてVCSELを用い
た光マイクロフォンを用いている。まず、本発明のマイ
クロフォン付ビデオカメラの実施の形態を説明するに先
立って本発明で使用されるVCSELを用いた光マイク
ロフォンの基本動作及びその構成について説明する。
示す図である。図2(a)は断面形状を示したもので容
器1の底面8に電子回路基板12を設置し、この基板1
2上に発光素子と受光素子とを配置した基板9を取り付
ける。取り付けは、基板9と基板12とを例えばフリッ
プチップボンディングで電気的に接続することにより行
うことも出来る。また底面8をシリコンなどの半導体基
板で構成すれば、この上に電子回路を構成できるので電
子回路基板12を省略することも出来る。なお、図2に
示す例では発光素子として垂直空洞面発光レーザダイオ
ードLDを、受光素子としてフォトダイオードPDを用
いている。基板9の中央に円形形状の面発光レーザダイ
オードLDを配置し、この面発光レーザダイオードLD
を取り巻くように同心円状に受光素子PDを配置する。
示した受発光素子が搭載された基板9の受発光部を拡大
して示した平面図である。図に示すように中心部に円形
形状の発光素子LDを配置し、これを取り囲むように同
心円状に受光素子PD1,PD2,…PDnを配置す
る。なおここで用いられる発光素子LDとしては垂直空
洞表面発光型レーザを用いることができる。この発光素
子LDと受光素子PDとはガリウム砒素ウェファ上に同
時に半導体製造工程により作製することができる。従っ
て発光素子LDと受光素子PDとの位置合わせ精度は半
導体製造工程に用いられるマスクの精度によって決めら
れるため、その合わせ精度を1μm以下とすることがで
き、従来の光マイクロフォン素子の受発光素子の位置合
わせ精度に比べて百分の1以下の高精度で実現が可能で
ある。
光強度分布が同心円状にほぼ均一な特性を持っている。
従って、中心部に設置された発光素子LDから所定の角
度で振動板2に向かって放射された放射光は同心円状に
同一強度を持って反射し、音波7の受波により振動板2
が振動することにより反射角度が変化し受光素子PDに
同心円状に到達する。従って、同心円状に配列された受
光素子PD1〜PDnの受光光量の変化を検出すること
により振動板2の振動変位を検出することができる。こ
れにより入射音波7の強弱を検知することができるた
め、光マイクロフォン素子として使用可能となる。なお
発光素子LDや受光素子PDを駆動、もしくは入射光量
の検出のために電極11が形成されている。
直空洞表面発光型レーザ(以下VCSELという)につ
いて説明する。図3はVCSELの発光強度分布を示し
たもので、図に示すように放射強度分布は核内に対する
ガウス分布として与えられる。発光強度分布P0(θ)
は(1)式で示される。
について計算すると(2)式のように表わされる。
35335 FAHM:通常メーカーからは半値全角(FAHM)値
が提供される。h=0.5、FAHM=9度(角度入)
なら rad(9/2)=0.07854 α2 =−[(ln(0.5)]/(0.07854)2 =112.369 そしてこれを使って発光強度分布を指定された方位につ
いて計算すると図3に示すような分布が得られる。
して図示した場合の図である。この場合、2次元の発光
強度分布P0(θ)は(3)式で与えられる。
と同様な方法で算出する。発光分布係数αは(4)式で
与えられ、発光分布係数βは(5)式で与えられる。
分布から明らかなように、垂直空洞表面発光型レーザで
は発光素子の強度分布が同心円状にほぼ均一となってい
る。このことからレーザ発光を振動板2の偏倚(変位)
として効率的に受光するためには、受光素子を同心円状
に配置するのが最適となる。そして同心円状に配置され
た異なる同心円に属する受光素子が検出した信号の差動
信号が音圧変化を与える信号となる。
限したり、選別したりするためには受光素子を同心円状
に2つ以上設けることによりそれが可能となる。ここ
で、図2に示す光マイクロフォンでは騒音低減効果はさ
ほど期待できない。すなわち振動板2に到達する騒音に
よっても振動板2は振動し、これが雑音信号として通常
の音波7による振動に重畳されてしまうからである。こ
の騒音の影響を低減させ更に騒音低減効果を図った光マ
イクロフォンとして図5に示すような構造のものが知ら
れている。
る振動板2を容器1のほぼ中央部分に張設している。そ
して容器1の両側に振動板2に対して互いに対象位置と
なるように第1開口部15及び第2開口部16を設け
る。このように構成することにより音波7はいずれの開
口部15,16から容器1内に侵入し振動板2を振動さ
せる。なお図5においては説明の都合上発光素子LDと
受光素子PDとを分離した構造を示しているが、実際に
は、発光素子LDと受光素子PDとを一体として基板9
上に形成した図2に示す構造のものを用いる。
いて第1開口部15から侵入する音波と第2開口部16
から侵入する音波のそれぞれの音圧が等しい場合、これ
らの2つの音波は振動板2の両面2a,2bにおいて互
いに打ち消しあって振動板2を振動させることはない。
2つの受波感度の等しいマイクロフォン素子を近接して
配置し、遠距離で発生した音波を受波した場合、2つの
マイクロフォン素子は到来音波を等しく検出することが
知られている。一般に音波はマイクロフォン素子から近
距離だけ離れた人の口から発生する。即ち、音声はこの
マイクロフォン素子から近距離の所で発生する。この近
距離の人の音声は円形曲線により示されるように球形場
特性を有している。
騒音音響による音波は平面場の特性を有している。球状
波の音響強度はその球面又は崩落線に沿ってほぼ同一で
あって、その球の半径に沿って変化するが、平面波の場
合には音響強度は平面の全ての点でほぼ同一となる。従
って図5に示すような光マイクロフォン素子は2つのマ
イクロフォン素子を結合したものと考えることができる
ため、これが遠距離場に置かれた場合には第1開口部1
5と第2開口部16からほぼ同一の強度と位相特性を持
った音波が振動板2に到来することになり、前述したよ
うに互いに打ち消しあってその影響は低減される。一
方、近距離場からの音波は第1開口部15又は第2開口
部16から不均一に入射するため振動板2を振動させ、
発光素子PDから信号として取り出される。このように
して騒音の影響をより低減させることのできる光マイク
ロフォン素子が図5の構造により得られる。
ォン素子の指向性パターンを示す図である。(A)は図
2に示す光マイクロフォン素子の指向性パターンを示し
たもので、開口部(図の左側方向)に向かって振動板2
に垂直な方向に最大感度を有するほぼ円形状の指向性パ
ターンを有する。(B)は図5に示す光マイクロフォン
素子の指向性パターンを示したもので、開口部15及び
16の両方向に最大感度を有するほぼ8の字状の指向性
パターンを有する。ここで図2及び図5に示す光マイク
ロフォン素子の指向性ビームパターンを図7及び図8に
示すように、最大感度を示す軸方向に伸長させ、また、
軸に直交する方向で絞り込むように変化させることがで
きる。
させるためには受光素子PDからの検出出力の一部を負
帰還回路を用いて発光素子LDを駆動する光源駆動回路
へフィードバックさせればよい。図9はビームパターン
を図7又は図8のように変化させるための帰還回路10
0を用いた光マイクロフォン装置の概略構成を示す図で
ある。受光素子PDからの出力はフィルタ回路18を介
して取り出され、増幅器19により増幅されてマイク出
力となる。フィルタ回路18は希望周波数範囲の信号成
分のみを取り出すために用いられる。ここで図9に示す
光マイクロフォン装置ではこの受光素子PDから取り出
される出力信号の一部を負帰還(ネガティブフィードバ
ックドットNFB)回路100を介して発光素子LDに
所定電流を供給し、この発光素子LDを駆動している光
源駆動回路13に負帰還信号として供給するように構成
している。
その出力から希望周波数範囲の信号成分のみを取り出す
フィルタ回路14と比較器20とから構成される。比較
器20の非反転入力端子には基準電圧となる基準電源1
4が接続される。フィルタ回路17を介して取り出され
た信号は比較器20の反転入力端子に供給される。小信
号増幅回路10は所定レベル以下の信号のみを増幅す
る。このように構成すると比較器20はフィルタ回路1
7の出力が大きいほど小さな出力レベルを出力し、これ
により光源駆動回路13は発光素子LDに供給する電流
を減らすように動作する。
ルが所定レベル以下の場合のみその信号を増幅し、ある
レベル以上の信号は増幅しない。従って入力信号レベル
はあるレベル以上の場合には出力信号レベルは変化せず
増幅度(利得)0となる。また、入力信号が所定の信号
レベル以下の時には、信号レベルが小さいほど増幅度が
大きくなるように増幅する。さらに、入力信号に対する
出力信号の増加率は入力信号レベルが小さいほど高くな
る。
に比例しているため、小信号増幅回路10の出力は小音
量ほど大きく増幅されて出力される。これはフィルタ回
路17を介して比較器20の反転入力端子に入力されて
いるため、比較器20の出力は逆に小音量ほどその出力
レベルは低下する。その結果、発光素子LDに供給され
る電流は小音量ほど発光素子LDの光出力を低下させる
ように動作する。すなわち小音量ほどマイクロフォンの
感度は低下することになる。また所定レベル以上の信号
は増幅されないため、その信号レベルでは光出力は制限
されない。そのためマイクロフォンの感度も低下するこ
とはない。
クロフォンの感度低下が発生しないような大きさの音に
対して、その音を軸方向からずらして行くと本来の指向
曲線によって感度は徐々に低下していく。そしてあるレ
ベル以下になると小信号増幅回路10が増幅度を持つよ
うになり、光源駆動回路13の供給電流制御が働いて更
にマイクロフォンの感度は低下する。この結果、負帰還
回路100を有する光マイクロフォン装置では図7ある
いは図8に示すように感度の指向性パターンの指向性ビ
ームの幅がより絞られたパターンとなる。
による指向性のパターン変化を示している。(A)は負
帰還をかけない場合の指向性パターンを示しており、こ
の場合にはほぼ円形の指向性パターンとなる。次に負帰
還をかけた場合の指向性パターンを(B)および(C)
に示している。(B)の場合には負帰還量が小さく、
(C)の場合には負帰還量が大きい。このように小信号
増幅回路10の増幅度を可変することにより負帰還量を
変化させて感度の指向性パターンを最大感度の軸方向に
伸長させ、軸に直交する方向に絞り込むように変化させ
ることができる。このようにして光マイクロフォンの感
度の指向特性を変化させることができる。
向性のビームパターンを変化させることのできる光マイ
クロフォン素子を用いて選択されたマイクロフォンの指
向特性を変化させるようにしている。図1は本発明によ
るマイクロフォン付ビデオカメラの一実施形態を示す構
成図である。図10に示す従来のカメラにおけるマイク
ロフォン203の代わりに光マイクロフォン素子50、
光源駆動回路13及び負帰還回路100から成る光マイ
クロフォン300を用いている。カメラ部の構成は入力
画像27を入力するレンズ202のズーム量を調節する
ズーム量調節手段28からの信号をCCD等の画像検出
素子29と増幅回路30とを介してズーム量変換手段3
1により取り出す。即ち、ズーム量調節手段31により
被写体に対して拡大あるいは縮小のズーミングを行う
と、その被写体からの画像を検出することにより拡大及
び縮小の程度を示すズーム量がズーム量変化信号として
ズーム量変換回路31の出力に得られる。
の負帰還量を変化させるための制御信号として用いる。
即ち、ズーミングアップして画像を拡大した場合にはズ
ーム量変換回路31からの出力信号であるズーム量変化
信号に応答して負帰還回路100の負帰還量を増大さ
せ、光マイクロフォン素子50の指向性ビーム幅をシャ
ープにして周囲の音声の影響を低減させ、被写体からの
信号のみをピックアップして収録するようにする。逆に
ズームダウンして画像を縮小させた場合には、負帰還量
を小さくあるいは負帰還回路の動作を停止させて単一指
向性とし、周辺の音声の影響に考慮した収音を行う。
メラの被写体へのズーミング量を撮像素子からの画像信
号に基づいてズーム量調節手段28の出力により得てい
るが、ズーム量の検出方法はこれに限定されるものでは
ない。即ちズーム量調節手段18の機械的変化を直接検
出し、これを変換してズーム量変化信号として電気的に
検出し、負帰還回路100の制御信号として使用するこ
とも可能である。また本発明に用いられる光マイクロフ
ォン300の光マイクロフォン素子50としては、原理
的には図2に示す構造のものも図5に示す構造のものも
いずれも使用することができるが、実用上は図5に示す
構造のものを使用するのが好ましい。
たように、本発明ではビデオカメラに装着されるマイク
ロフォンとして音波に対する指向特性を変化させること
のできるVCSELを用いた光マイクロフォンを用い、
ビデオカメラの被写体へのズーミング量に応答して負帰
還回路の負帰還量を変化させることによりマイクロフォ
ンの指向性を変化させ、画像の拡大縮小に対応して音声
の収録状況を変化させるようにしているため、拡大画像
に対応しては音声が近くで発せられたように、縮小画像
に対しては音声が遠くで発せられたように、即ち自然に
近い状態で画像及び音声を収録することができる。
デオカメラの要部構成を示す回路図。
を示す図。
を2次元について計算して示した図。
造を示す図。
向特性パターン図。
パターンの変化を示す図。
の変化図。
成を示す回路図。
構成を示す外観図。
Claims (2)
- 【請求項1】 指向特性を制御できるマイクロフォンを
備え、ビデオカメラの被写体へのフォーカシングに同期
して前記指向特性を前記被写体へフォーカシングするマ
イクロフォン付ビデオカメラにおいて、 前記マイクロフォンとして、 発光強度分布が同心円状にほぼ均一な垂直空洞表面発光
型レーザー発光素子を配置し、前記発光素子の放射光を
受光する為の受光素子を配置した基板と、 前記基板に対向する位置にほぼ平行に、かつ近接して設
置され、音圧により振動するとともに、前記発光素子か
らの光を反射させて前記受光素子に放射する振動板と、 前記発光素子に駆動電流を供給する光源駆動回路と、 前記受光素子から出力される信号の一部を負帰還信号と
して前記光源駆動回路に供給する負帰還回路とを具備す
る光マイクロフォンを用い、 前記ビデオカメラの被写体へのズーミング量を示すズー
ミング信号により前記負帰還信号の大きさを変化させる
ことにより前記光マイクロフォンの前記指向特性を制御
することを特徴とするマイクロフォン付ビデオカメラ。 - 【請求項2】 請求項1に記載のマイクロフォン付ビデ
オカメラにおいて、 前記ズーミング信号が前記ビデオカメラのズームレンズ
の変化量を示すズーム量変化信号であることを特徴とす
るマイクロフォン付ビデオカメラ。
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---|---|---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2005203944A (ja) * | 2004-01-14 | 2005-07-28 | Toshiba Corp | 光マイクロフォン及びその製造方法 |
KR100628569B1 (ko) * | 2002-02-09 | 2006-09-26 | 삼성전자주식회사 | 복수의 음향취득장치가 결합 가능한 캠코더 |
JP2010278725A (ja) * | 2009-05-28 | 2010-12-09 | Sanyo Electric Co Ltd | 画像音響処理装置及び撮像装置 |
JP2018181983A (ja) * | 2017-04-07 | 2018-11-15 | 日産自動車株式会社 | 発電パネル |
-
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