JP4323592B2 - 焦点検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、銀塩フィルムを使う一眼レフレックスカメラや、一眼レフレックス電子カメラあるいはビデオカメラなどに使用できる焦点検出装置、特に対物レンズの焦点調整状態を所謂像ずれ方式を用いて検出する光学機器に好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
最近、多くの写真用カメラあるいはビデオカメラは自動焦点調節のための焦点検出装置を内蔵している。またその測距範囲もファインダー中央のみならず、中央から左右方向や上下方向に距離が離れたところにも設定したものが実現されている。
【0003】
これは複数の焦点検出系を配置する事によって実現されている。特に一眼レフカメラのように厳しいピント精度が要求される焦点検出装置においては、対物レンズによる結像光束を一組の再結像レンズへ導き、これら再結像レンズにより形成された被写体像に関する複数の光量分布を光電変換素子の受光素子列(画素列)で受け、両光量分布の間隔から対物レンズの焦点調節状態を検出する装置が一般的に用いられている。
【0004】
しかしながらこの方法では焦点を検出するためには原理的に光電変換素子の画素列に垂直な方向にパターンを有する被写体の光量分布が必要で、場合によっては受光素子列に光量分布が生じないために焦点検出が出来ない欠点を有していた。
【0005】
これを解決するために、画素列を直交させるような二組の受光素子列を配置して、被写体の光量分布の方向によらずに焦点検出を可能とする焦点検出装置が提案され実用化されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
焦点検出を被写体像の光量分布の方向によらない多様な被写体に対して可能としたり、また焦点検出領域を撮影範囲の中央のみならず上下左右離れたところにも設定しようとすると、焦点検出系を多数設置しなければならず、焦点検出装置の大型化を招き、特に光電変換素子列を形成するセンサーチップの大きさはコストの増大といった問題を引き起こす。
【0007】
また焦点検出系を複数設置すれば、センサーチップ上にできる再結像レンズによる被写体像は焦点検出に必要なものだけでなく、再結像レンズの数と焦点検出領域の数の積だけ生じることになり、不要光による焦点検出精度の低下や、不要光を排除するための装置の大型化といった問題を引き起こす。
【0008】
本発明においては上記の点に鑑み、複数の焦点検出領域を有し、多様な被写体の焦点検出を可能としながらも、小型で簡易な構成の焦点検出装置の提供を目的としている。
【0009】
本発明の目的を達成するために、本発明の焦点検出装置においては、再結像レンズを複数の焦点検出領域で共有するとともに、方向の異なる光電変換素子の画素列を適当に配置することによって、小型で簡易な構成の焦点検出装置の提供を可能としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明の焦点検出装置は、対物レンズの予定結像面近傍で焦点検出領域に対応した位置に配置されたフィールドレンズと、該焦点検出領域からの光束を受け、前記対物レンズの焦点調節状態に応じて相対位置の変化する被写体像に関する複数の光量分布を形成するための、一対を単位とする再結像レンズと、該再結像レンズで形成した該光量分布を検出するための受光手段とを有する焦点検出装置において、該焦点検出領域は直交する第1、第2の焦点検出領域と、該第1の焦点検出領域に平行でかつ離れた場所に位置する第3の焦点検出領域を持ち、該フィールドレンズは、該第1、第2の焦点検出領域に対応した共通の第1のフィールドレンズ部と、第3の焦点検出領域に対応した第2のフィールドレンズ部を具備し、該再結像レンズは、該第1、第3の焦点検出領域からの光束を受ける第1の再結像レンズと、第2の焦点検出領域からの光束を受ける第2の再結像レンズとを有し、該第1の再結像レンズは対物レンズ側に平面または弱い屈折力を有する曲面と、前記受光手段側に強い凸の屈折力の曲面を有し、該再結像レンズの対物レンズ側に絞りを有し、該受光手段は第1、第2、第3の焦点検出領域の各々に対応した1対の受光素子列を有しており、該第2のフィールドレンズ部は、その光軸が、該第1のフィールドレンズ部の光軸を挟んで反対側に位置するように偏心して配置されており、該第2のフィールドレンズ部の焦点距離は該第1のフィールドレンズ部の焦点距離よりも長いことを特徴としている。
【0011】
請求項2の発明は請求項1の発明において、前記第1の再結像レンズの前記受光手段側のレンズ面の曲率半径をr、前記絞りと該受光手段側のレンズ面との距離をdとしたとき
0.5<d/r<0.9
なる関係を満足することを特徴としている。
【0012】
請求項3の発明は請求項1の発明において、前記第3の焦点検出領域の一方向が、前記第1の焦点検出領域の一方向に比して短いことを特徴としている。
【0013】
請求項4の発明は請求項1の発明において、前記第2の焦点検出領域に対応する前記一対の受光素子列の受光素子列間の間隔が、前記第1の焦点検出領域に対応する一対の受光素子列の受光素子列間の間隔よりも広いことを特徴としている。
【0014】
請求項5の発明の光学機器は、対物レンズと、該対物レンズの合焦状態を検出可能な請求項1〜4の何れか1項記載の焦点検出装置とを有することを特徴としている。
【0023】
【発明の実施の形態】
図1は本発明を一眼レフレックスカメラに適用した実施形態の構成図である。図1において、21は脱着可能または固定の対物レンズ、8は対物レンズ1の瞳、1は対物レンズ1の光軸である。光軸1 にそって入射する光束は半透過部を備えるクイックリターンミラー22に達し、二つの光束に分割される。反射される光軸にそってフォーカシングスクリーン23、ペンタプリズム24、接眼レンズ25が配置され、ファインダー像の視認のためファインダー系を構成する。
【0024】
一方クイックリターンミラー22を透過する光軸にそって、可動なサブミラー26、ついで図中2乃至7の各要素で示される焦点検出系が配置され、焦点検出系の出力にもとづき、図示されていない駆動機構によって対物レンズ21の焦点状態が調節される。
【0025】
図2は図1の焦点検出系を反射ミラー4を省略して展開した形で図示したものである。図3〜図7は図2の一部分の説明図である。次に図2乃至図7を使って本発明の焦点検出装置の構成を説明する。2は対物レンズの焦点面近傍におかれる視野マスクである。
【0026】
図3は正面から、視野マスク2を見たときの図であり、4列の開口を持ち、横手方向に長い3 つの焦点検出領域2a1,2b1,2b2と、中心部には焦点検出領域2a1に垂直な方向に長い焦点検出領域2a2を備えている。
【0027】
ここで焦点検出領域2a1は第1 の焦点検出領域、焦点検出領域2a2は第2の焦点検出領域、焦点検出領域2b1,2b2は第3 の焦点検出領域を形成している。
【0028】
焦点検出領域2a1,2b1,2b2の視野の長手方向は、図2の紙面垂直方向に長く、紙面上下方向に3つの開口部が並んで配置されている。焦点検出領域2b1,2b2の長さは焦点検出領域2−a1の長さよりも短い。
【0029】
3は三分割されたフィールドレンズで、視野マスク2の近傍に、対物レンズ21の焦点面から少し離れて配置されている。
【0030】
図4はフィールドレンズ3を正面から見た図である。フィールドレンズ3は焦点距離の異なる第1 のフィールドレンズ3−a,および第2 のフィールドレンズ3−b1,3−b2からなり、それぞれの焦点距離をfa,fb1,fb2とすれば
fa<fb1=fb2
を満足させることが必要である。
【0031】
5は焦点検出光学系の絞りである、図5は絞り5を正面から見た図で、後述する2対の再結像レンズを構成する4つの再結像レンズに対応して2対の開口を構成する4つの開口部5−a1,5−a2,5−b1,5−b2を有している。
【0032】
6は再結像レンズであり、2対のレンズ部を有し視野マスク2の開口部を通して対物レンズ21の像をセンサー(受光手段)7上に再び結像する作用を有する。
【0033】
図6は再結像レンズ6の正面図および側面図であり、2 対のレンズを構成する6−a1,6−a2,6−b1,6−b2を有している。7は光電変換デバイス(受光手段)である。
【0034】
図7は光電変換デバイス7を正面から見た図で7−a、7−b,7−cで示す受光素子列の長手並び方向が図1の紙面垂直方向に対応している。
【0035】
視野マスク2の開口2−a,2−b1,2−b2を通った光束はフィールドレンズ3のレンズ部3−a,3−b1,3−b2を透過し、光電変換デバイス7上に対物レンズによる物体像の2次像を形成する。
【0036】
図7にこの様子が示してある。7−a,7−b,7−c,7−dは多数の画素より成る画素列(受光素子列)の組で、これらの画素列に対応して視野マスク2の開口2−a1,2−a2,2−b1,2−b2、の像が図7の画素列を囲む点線で示す領域に投影され、この内部に物体の2次像が形成される。
【0037】
一つの開口につき再結像レンズ6−a1、6−a2、6−b1、6−b2よりなる2組の再結像レンズによって4つの2次像が図7の点線のように形成され、物体像の2次像は対物レンズ21の焦点調節状態によってそれぞれのセンサー長手方向に移動する。
【0038】
受光素子列7−a、7−b、7−c,7−dの組はそれぞれに対応する同じ視野マスク2の開口部の像について、光電変換素子7上の2次像の相対的間隔をそれぞれ検出する事により、視野マスク2の開口部それぞれについて、対物レンズ21の焦点調節状態を検出する事が出来る。
【0039】
次に本発明による分割された焦点距離の異なるフィールドレンズ3の働きについて説明する。焦点検出装置のフィールドレンズ3の役割は、焦点検出の対称となる対物レンズ1の射出瞳8と焦点検出装置の絞り5を共役の関係で結ぶ事にある。
【0040】
言い換えれば焦点検出装置の絞り5を対物レンズ21の射出瞳位置8に投影するように設定される。
【0041】
図8ではフィールドレンズ3の焦点距離が適切に設定され、焦点検出装置の絞り5−a、5−bの投影像が対物レンズ21の射出瞳8上で結像している。
【0042】
したがって一つの焦点検出領域を形成する直線状に並んだ9−1、9−2、9−3で示す対物レンズの像を通過する全ての光束が、焦点検出装置に取り込まれることになる。
【0043】
一方図9,図10はフィールドレンズ3の焦点距離が不適切であるために焦点検出装置の絞り5−a、5- bのフィールドレンズ3による投影像が対物レンズ1の射出瞳8上に結像していない。
【0044】
図9ではフィールドレンズ3の焦点距離が長すぎ、図10ではフィールドレンズ3の焦点距離が短かすぎるため絞り開口5- a、5−bの投影像が集光していない。従って対物レンズ1の像9−1、9−3の位置を通る光束は対物レンズ1の射出瞳8によって所謂ケラレを生じ、それは焦点検出装置7の光電変換素子7上の光量分布となってしまう。
【0045】
被写体とは無関係なこの光量分布は焦点検出に多大な影響を与え、焦点検出誤差となって現れる。従ってフィールドレンズ3の焦点距離を適切に設定して焦点検出装置の二つの絞り開口の離れる分割方向、すなわち焦点検出領域の長手方向の像高に対して、絞り5の投影像がぼけないようにして置かなければならない。
【0046】
一方、本発明のように一対の絞り開口で複数の焦点検出領域での検出を行なおうとすると、前述のように焦点検出領域の長手方向の射出瞳に対する絞りの投影結像だけでなく、複数の焦点検出領域が離れる方向に対しても、適切な焦点距離の設定を行なわなければならない。
【0047】
図12、図13は点9−2で示される中心視野で設定されたフィールドレンズを、点9−1、9−3で示される上下に分割された視野にも適用した図である。視野9−1、9−3に対しては図12のフィールドレンズの焦点距離が短すぎるため、図13ではフィールドレンズの焦点距離が長すぎるため絞り5−a,5−bの投影像が対物レンズ21の射出瞳8から外れケラレを生じている。
【0048】
図11ではフィールドレンズ3近傍の点9−1、9−2、9−3で示す位置にそれぞれ紙面垂直方向に長い焦点検出領域が設定されていて、それぞれの視野が絞り5−a,5−bを共用している。フィールドレンズ3の分割された3つのフィールドレンズ部3−a,3−b1,3−b2の焦点距離をそれぞれfa,fb1,fb2とする。ここでフィールドレンズ部3−aは第1のフィールドレンズ部に相当する。またフィールドレンズ部3−b1又はフィールドレンズ部3−b2は第2のフィールドレンズ部に相当する。そして第2のフィールドレンズ部3−b1(3−b2)の焦点距離fbを第1のフィールドレンズ部3−aの焦点距離faよりも長く設定し、焦点距離fbの光軸を図4の1−b1,1−b2で示すように偏心させる事によって、紙面上下の視野分割方向、紙面垂直な視野長手方向(絞り分割方向)の投影像が射出瞳8上に良好に投影されるように設定されている。従って各視野のどの像高においても瞳のケラレを生じる事無しに焦点検出が可能となる。
【0049】
次に本発明による絞り5および再結像レンズ6の働きについて説明する。図14は図2の絞り5と再結像レンズ6の拡大図である。
【0050】
→で示すL1、L2、L3はそれぞれ図3に示す焦点検出領域2−a 1,2−b 1,2−b 2の視野領域からの絞り5の中心を通る主光線である。
【0051】
本発明においては一対の再結像レンズで複数の焦点検出領域の像を受光素子7上に結像するため広い画角に対して良好な結像性能を実現しなければならない。これには絞り中心から再結像レンズの頂点までの距離をd、レンズの曲率半径をrとすれば
d=r
なる関係を満足させる事が有効である。
【0052】
一方、本発明においては図3中で焦点検出領域2−a2で示す、焦点検出領域2−a1に垂直な視野も有するために、再結像レンズ6は図6に示すような構成になっている。
【0053】
図6の6−a1,6−a2で示す再結像レンズは複数の焦点検出領域の像を受光素子上に結像するためにその有効部も大きくならざるをえない。分担する焦点検出領域が一つであれば、例えば図14の主光線L1に示す光束の通る領域のみがその有効部となるが、本発明では主光線L1だけでなく主光線L2、主光線L3の通る領域も有効部となる。
【0054】
図15に本発明による再結像レンズ6のレンズ部で光束の通る領域、すなわち有効部領域を図示した。本発明においては、絞り中心からレンズの頂点までの距離をd,レンズの曲率半径をrとして
0.5< d/r <0.9
とするとともに、中心の焦点検出領域2−a1,2−a2よりも上下の焦点検出領域2−b1,2−b2の長さを短くする事によって再結像レンズ部でのオーバーラップが起こらないようにしている。
【0055】
条件式の上限を超えると、図16で示すように必要な有効部が拡大し、有効部が他のレンズ部にオーバーラップしてしまい、正規のレンズ部位を通らない光束が迷光となって、焦点検出に悪影響を与える。
【0056】
本発明では更にオーバーラップの起こりやすい上下の焦点検出領域の長さを、中央の焦点検出領域の水平方向の長さよりも短くする事によって、有効部の拡大を抑制している。
【0057】
条件式の下限を超えるとコマ収差の影響が増大し良好な結像性能が得られず、高精度な焦点検出を行なうことができない。
【0058】
図17に本発明、実施形態2である焦点検出装置の断面図を示す。本実施形態においては分割されたフィールドレンズではなく、フィールドレンズ3’で示すように非球面レンズで構成している。
【0059】
他の要素、働きは実施形態1と同一である。フィールドレンズ3’は周辺に行くにしたがい、正の屈折力の弱くなる非球面レンズを用いている。これによれば、比較的良好に焦点検出系の瞳結像を行なう事が出来る。
【0060】
又、図18に示すような母線方向と子線方向で屈折力の異なるトーリックレンズを用いる事によって、より良好な焦点検出系の瞳結像を実現する事が出来る。
【0061】
図18は実施形態2に適用可能なトーリックレンズを示している。図中9、10は理解を助けるためにトーリックレンズの母線、子線を模式的に示した線である。母線9は子線10よりも曲率半径が大きく設定されている。
【0062】
母線と子線が異なる曲率半径を有する一体型のトーリック非球面を用いても図11で示したフィールドレンズのように紙面上下の視野分割方向、紙面垂直な視野長手方向(絞り分割方向)の屈折力を異なる大きさに設定することにより、投影像が射出瞳8上に良好に投影される。
【0063】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、複数の焦点検出を一対の再結像レンズによって実現する事が出来、小型で高精能な焦点検出装置の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1のカメラへの適用例を示す図
【図2】本発明の実施形態1の焦点検出装置の構成を示す図
【図3】本発明の実施形態1が適用される視野マスクを示す図
【図4】本発明の実施形態1が適用されるフィールドレンズを示す図
【図5】本発明の実施形態1が適用される絞りマスクを示す図
【図6】本発明の実施形態1が適用される再結像レンズを示す図
【図7】本発明の実施形態1が適用される光電変換素子を示す図
【図8】本発明の実施形態1の視野長手方向の瞳結像の説明図
【図9】本発明の実施形態1の視野長手方向の瞳結像の説明図
【図10】本発明の実施形態1の視野長手方向の瞳結像の説明図
【図11】本発明の実施形態1の視野分割方向の瞳結像の説明図
【図12】本発明の実施形態1の視野分割方向の瞳結像の説明図
【図13】本発明の実施形態1の視野分割方向の瞳結像の説明図
【図14】本発明の実施形態1が適用される再結像レンズ部拡大図
【図15】本発明の実施形態1が適用される再結像レンズ光束有効部を示す図
【図16】問題点説明のための再結像レンズ光束有効部を示す図
【図17】本発明の実施形態2の焦点検出装置の構成を示す図
【図18】本発明の実施形態2が適用されるトーリック非球面レンズの模式図
【符号の説明】
1 光軸
2 視野マスク
3 分割されたフィールドレンズ
4 反射ミラー
5 絞りマスク
6 再結像レンズ
7 光電変換素子
8 瞳
21 対物レンズ
22 クイックリターンミラー
23 フォーカシングスクリーン
24 ペンタプリズム
25 接眼レンズ
26 サブミラー
Claims (5)
- 対物レンズの予定結像面近傍で焦点検出領域に対応した位置に配置されたフィールドレンズと、該焦点検出領域からの光束を受け、前記対物レンズの焦点調節状態に応じて相対位置の変化する被写体像に関する複数の光量分布を形成するための、一対を単位とする再結像レンズと、該再結像レンズで形成した該光量分布を検出するための受光手段とを有する焦点検出装置において、該焦点検出領域は直交する第1、第2の焦点検出領域と、該第1の焦点検出領域に平行でかつ離れた場所に位置する第3の焦点検出領域を持ち、該フィールドレンズは、該第1、第2の焦点検出領域に対応した共通の第1のフィールドレンズ部と、第3の焦点検出領域に対応した第2のフィールドレンズ部を具備し、該再結像レンズは、該第1、第3の焦点検出領域からの光束を受ける第1の再結像レンズと、第2の焦点検出領域からの光束を受ける第2の再結像レンズとを有し、該第1の再結像レンズは対物レンズ側に平面または弱い屈折力を有する曲面と、前記受光手段側に強い凸の屈折力の曲面を有し、該再結像レンズの対物レンズ側に絞りを有し、該受光手段は第1、第2、第3の焦点検出領域の各々に対応した1対の受光素子列を有しており、該第2のフィールドレンズ部は、その光軸が、該第1のフィールドレンズ部の光軸を挟んで反対側に位置するように偏心して配置されており、該第2のフィールドレンズ部の焦点距離は該第1のフィールドレンズ部の焦点距離よりも長いことを特徴とする焦点検出装置。
- 前記第1の再結像レンズの前記受光手段側のレンズ面の曲率半径をr、前記絞りと該受光手段側のレンズ面との距離をdとしたとき
0.5<d/r<0.9
なる関係を満足することを特徴とする請求項1に記載の焦点検出装置。 - 前記第3の焦点検出領域の一方向が、前記第1の焦点検出領域の一方向に比して短いことを特徴とする請求項1に記載の焦点検出装置。
- 前記第2の焦点検出領域に対応する前記一対の受光素子列の受光素子列間の間隔が、前記第1の焦点検出領域に対応する一対の受光素子列の受光素子列間の間隔よりも広いことを特徴とする請求項1に記載の焦点検出装置。
- 対物レンズと、該対物レンズの合焦状態を検出可能な請求項1〜4の何れか1項に記載の焦点検出装置とを有することを特徴とする光学機器。
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