JP4995556B2 - エンコーダ用検出部およびエンコーダ - Google Patents
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そして、目盛板は、複数のスリットが形成され前記駆動軸の回転に連動して回転され、発光ダイオードはこの目盛板に臨ませて配置されて目盛板に光を照射させ、受光素子は、前記目盛板に臨ませて配置され前記発光ダイオードから発せられ前記スリットを通過した光を受光し、前記受光素子から出力される検出信号に基づいて回転量を検出するようにしている(特許文献1参照)。
したがって、電源供給用のケーブルと発光ダイオードとの接続箇所、あるいは、信号伝達用のケーブルと受光素子との接続箇所には電気信号が現れていることから、引火性を有する塗料やガソリンなどを扱う防爆環境下で使用する上で不利があった。
また、放射線が発生する環境下では、放射線が発光ダイオードや受光素子にダメージを与えるため耐久性を確保する上で不利があった。
また、高電圧や高磁場が発生する環境下では、電圧や磁場が信号伝達用のケーブルで伝達される検出信号に影響を与えるため、回転量の検出を確実に行う上で不利があった。
また、エンコーダを構成する発光ダイオード、受光素子および目盛板が収容されたケースと、電源および検出回路とが離れた箇所に設置され、電源供給用のケーブルと検出信号伝達用のケーブルとが長くなると、それらケーブルを伝送される検出信号が外部からの電磁波ノイズの影響を受けやすくなり、検出回路によって検出される回転量に誤差が生じるおそれがある。
このような問題は、ロータリーエンコーダのみならず、同様の検出原理を用いるリニアエンコーダなどの他のエンコーダにおいても同様に発生している。
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、その目的は、様々な環境下において使用でき常に安定した検出動作を行うことができるエンコーダ用検出部およびエンコーダを提供することにある。
また、本発明は、ケースと、前記ケース内に配設され複数のスリットが形成された目盛板と、複数の発光素子と、複数の受光素子とを備えるエンコーダであって、前記複数の発光素子毎に前記複数の発光素子から発せられた光を前記ケース内に導く複数の光照射用光ファイバが設けられ、前記複数の受光素子毎に光を前記複数の受光素子に導く複数の受光用光ファイバが設けられ、前記複数の受光用光ファイバの光入射端は、前記各スリットを通過した光をそれぞれ受光するように前記目盛板に対向して配置され、前記目盛板を挟んで前記各受光用光ファイバの光入射端と反対の箇所で前記目盛板に対向するようにレンズが設けられ、前記複数の光照射用光ファイバの光出射端から発せられた光をそれぞれ前記複数の受光用光ファイバの光入射端に入射できる範囲に拡散させ重畳させて前記レンズに入射させ、前記レンズにより平行光として前記目盛板に向けて照射することを特徴とする。
また、光照射用光ファイバおよび受光用光ファイバが長くなったとしても、それら光ファイバを伝送される光は、外部からの電磁波ノイズの影響を受けることがなく、正確な検出量を得る上で有利となる。
また、発光素子が単一の場合、発光素子が温度変化や振動、衝撃などの影響を受けることによりその光出力(光量)が変動しても、本発明では光照射用光ファイバと受光用光ファイバとが一対一の関係になく、光照射用光ファイバから出射される光は拡散されてレンズにより複数の受光用光ファイバのそれぞれにほぼ均等に入射されるので、温度変化や振動、衝撃などの影響を受けることなく検出信号を得ることができ、したがって、正確な検出量を得る上で有利となる。
また、発光素子が複数の場合、各発光素子が温度変化や振動、衝撃などの影響を受けることによりその光出力(光量)が変動しても、本発明では光照射用光ファイバと受光用光ファイバとが一対一の関係になく、光照射用光ファイバから出射される光は拡散され、重畳されてレンズにより複数の受光用光ファイバのそれぞれにほぼ均等に入射されるので、温度変化や振動、衝撃などの影響を受けることなく検出信号を得ることができ、したがって、正確な検出量を得る上で有利となる。
(第1の実施の形態)
図1は第1の実施の形態のエンコーダ10の構成を示す断面図、図2は図1のA方向から見た可動スリット板34の平面図、図3は図1のB方向から見た固定スリット板36の平面図、図4(A)は第1の実施の形態の要部の概略図である。
エンコーダ10は、検出部12と、電装部14とを備えている。
検出部12は、モータ2に近接して配置されている。
電装部14は、検出部12から離間した箇所に配設されている。
検出部12は、複数の受光用光ファイバ18と、受光用光ファイバ18よりも数が少ない光照射用光ファイバ16とを介して電装部14に接続されている。
本実施の形態では、受光用光ファイバ18は3本で、光照射用光ファイバ16は1本である。
発光素子20は、検出部12に光を供給するものであり、本実施の形態では発光ダイオードで構成されている。
電源22は、発光素子20に駆動電流(電源)を供給して発光させるものである。
複数の受光素子24は、検出部12からの光を受光して検出信号を生成するものである。
本実施の形態では、受光素子24として第1乃至第3の受光素子24A、24B、24Cの3つが設けられ、各受光素子24A、24B、24Cはフォトダイオードで構成されている。
検出回路26は、受光素子24から出力される前記検出信号に基づいてモータ2の回転量に対応したデジタル信号を生成するものである。
本実施の形態では、検出回路26は、第1乃至第3の受光素子24A、24B、24Cから出力される3つの検出信号に基づいてモータ2の回転量に対応したデジタル信号を生成する。
目盛板32は、可動スリット板34と固定スリット板36とを備えている。
回転軸30は、ケース28内に設けられた軸受け部31によって回転可能に支持されている。
本実施の形態では、検出部12は、モータ2の回転量を検出するものであり、したがって、回転軸30の一端はモータ2の駆動軸に一体回転可能に連結され、回転軸30の他端には可動スリット板34が取り付けられている。
また、それら第1の可動スリット3402とは半径が異なる円周上の一部に複数の第2の可動スリット3404が形成されている。
固定スリット板36は、図3に示すように、円板状を呈し、可動スリット板34に重ね合わさるように配設されている。
固定スリット板36が可動スリット板34の第1の可動スリット3402に臨む箇所には、可動スリット板34の周方向の一部に複数の第1の固定スリット3602Aと、複数の第2の固定スリット3602Bとが周方向に間隔をおいて形成されている。
また、固定スリット板36が可動スリット板34の第2の可動スリット3404に臨む箇所には、第3の固定スリット3604が周方向の一部に形成されている。
光照射用光ファイバ16の光入射端は発光素子20に接続されている。
光照射用光ファイバ16は、その光出射端を後述するレンズ38に臨ませた状態でケース28内に不図示の取り付け部材を用いて取着されている。
受光用光ファイバ18は、目盛板32のスリット3402、3404、3602A、3602B、3604を通過した光を複数の受光素子24に導くものである。
本実施の形態では、受光用光ファイバ18として、第1乃至第3の受光素子24A、24B、24Cに対応して、第1乃至第3の受光用光ファイバ18A、18B、18Cの3つが設けられている。
各受光用光ファイバ18A、18B、18Cの光出射端は、第1乃至第3の受光素子24A、24B、24Cにそれぞれ接続されている。
各受光用光ファイバ18A、18B、18Cは、その光入射端を固定スリット板36に臨ませた状態でケース28内に不図示の取り付け部材を用いて取着されている。
本実施の形態では、各受光用光ファイバ18A、18B、18Cの光入射端にはコリメータレンズ19が設けられている。
第2の受光用光ファイバ10Bは、その光入射端を固定スリット36の第2の固定スリット3602Bに臨ませて配設されている。
第3の受光用光ファイバ18Cは、その光入射端を固定スリット36の第3固定スリット3604に臨ませて配設されている。
本実施の形態では、光照射用光ファイバ16の前記光出射端から発せられた光は、第1乃至第3の受光用光ファイバ18A、18B、18Cの光入射端に入射できる範囲に拡散される。
そして、その拡散された光は、レンズ38により平行光として可動スリット板34に向けて照射される。
なお、光照射用光ファイバ16の前記光出射端から発せられた光を、第1乃至第3の受光用光ファイバ18A、18B、18Cの光入射端に入射できる範囲に拡散するに際して、光照射用光ファイバ16の前記光出射端に拡散用のレンズを配置するなど任意である。
また、光照射用光ファイバ16の前記光出射端から発せられた光を、反射鏡により反射させてレンズ38に導き、前記光出射端からレンズ38までの光路を屈曲させるなど任意である。
図1に示すように、電源22から発光素子20に電流が供給され発光素子20が発光すると、その光は光照射用光ファイバ16に伝送され、光照射用光ファイバ16の光出射端から出射される。
図1、図2に示すように、光照射用光ファイバ16の出射端から出射され拡散された光は、レンズ38によって平行光Lとされて、可動スリット板34の第1の可動スリット3402の一部および第2の可動スリット3404に全域にわたって照射される。
そして、可動スリット板34の第1の可動スリット3402の一部および第2の可動スリット3404を通過した平行光Lは、図1、図3に示すように、固定スリット板36の第1、第2、第3の固定スリット3602A、3602B、3604を通過する。
すなわち、平行光Lのうち、可動スリット34の第1可動スリット3402と固定スリット36の第1の固定スリット3602Aとをこの順に通過した光は、第1の受光用光ファイバ18Aの光入射端に入射されこの第1の受光用光ファイバ18Aによって第1の受光素子24Aに導かれる。
これにより、第1の受光素子24Aで検出信号Aが生成される。
また、平行光Lのうち、可動スリット34の第1可動スリット3402と固定スリット36の第2の固定スリット3602Bとをこの順に通過した光は、第2の受光用光ファイバ18Bの光入射端に入射されこの第2の受光用光ファイバ18Bによって第2の受光素子24Bに導かれる。
これにより、第2の受光素子24Bで検出信号Bが生成される。
検出回路26は、このように増減する2つの検出信号A、Bに基づいてモータ2の回転量に対応したデジタル信号を生成する。
前記デジタル信号を従来公知のカウンタ回路などに供給することで回転量のデータが求められる。
これにより、第3の受光素子24Cで検出信号Cが生成される。
検出回路26は、このような検出信号Cに基づいて、固定スリット板36に対する可動スリット板34の回転角度の基準位置(絶対位置)を検出する。
したがって、ケース28の内部には可動スリット板34と固定スリット板36とレンズ38のみが設けられているため、ケース28の内部に電気信号が現れることがないので、ケース28を防爆環境下に設置し、かつ、光照射用光ファイバ16に光を入射する発光素子20と、複数の受光用光ファイバ18を介して光を受光する受光素子24とを防爆環境ではない環境下に設置すれば、防爆環境下においてエンコーダ10を使用することが可能となる。
また、可動スリット板34と固定スリット板36とレンズ38のみが収容されたケース28を放射線が発生する環境下に設置し、かつ、発光素子20および受光素子24を放射線が発生しない環境下に設置すれば、放射線が発光ダイオードや受光素子にダメージを与えることがなく、エンコーダ10の耐久性を確保する上で有利となる。
また、可動スリット板34と固定スリット板36のみが収容されたケース28を高電圧や高磁場が発生する環境下に設置し、かつ、発光素子20および受光素子24を高電圧や高磁場が発生しない環境下に設置すれば、電圧や磁場が受光素子24から出力される検出信号に影響を与えることがないため、回転量の検出を確実に行うことができ常に安定した検出動作を行う上で有利となる。
また、検出部12と電装部14とが離れた箇所に設置され、光照射用光ファイバ16および受光用光ファイバ18が長くなったとしても、それら光ファイバ16、18を伝送される光は、外部からの電磁波ノイズの影響を受けることがなく、検出回路26によって正確な回転量(検出量)を検出する上で有利となる。
複数の光照射用光ファイバ16と複数の受光用光ファイバ18とを一対一に対応させて設けた構成を想定する。
この場合には、各発光素子20が温度変化や振動、衝撃などの影響を受けると、それら各発光素子20の光出力(光量)の変動量は、個々の発光素子20でそれぞれ異なるものとなり、そのため、個々の受光用光ファイバ18に入射される光の間において光量の変動量にばらつきが生じる。
したがって、第1、第2の受光素子24A、24Bから出力される検出信号A、Bの大きさの変動量は均等ではなく、検出信号A、Bの大きさの相対的な変動が生じる。言い換えると、検出信号A、Bの変動は非同相成分となる。
このような非同相成分の変動を除去し、あるいは、軽減することは困難である。
したがって、複数の発光素子20の光出力の変動が生じると、検出回路26は検出信号A、Bの大きさの変動の影響を受けて前記デジタル信号を生成せざるを得ず、モータ2の回転量(検出量)を正確に得る上で不利となる。
したがって、第1、第2の受光素子24A、24Bから出力される検出信号A、Bの大きさの変動量は均等であり、検出信号A、Bの大きさに相対的な変動は生じない。言い換えると、検出信号A、Bの変動は同相成分となる。
検出信号A、Bのこのような同相成分の変動を除去し、あるいは、軽減することは従来公知のさまざまな信号処理によって簡単に行うことができる。
したがって、発光素子20の光出力の変動が生じたとしても、検出回路26によって前記同相成分の変動を除去する信号処理を行うことにより、検出信号A、Bの大きさの変動の影響を受けることなく前記デジタル信号を生成することができ、モータ2の回転量を正確に得ることができる。
すなわち、本実施の形態によれば、温度変化や振動、衝撃などの影響を受けることなく検出信号を得ることができ、したがって、正確な回転量(検出量)を検出する上で有利となる。
図4(B)、(C)は第2の実施の形態の要部の概略図である。
第2の実施の形態では、第1の実施の形態が光照射用光ファイバ16が単一であったのに対し、第2の実施の形態では、複数の光照射用光ファイバ16を用い、それら光ファイバ16から出射された光を重畳させて用いている。
すなわち、第1の実施の形態と同一の箇所、部材に同一の符号を付しその説明を省略し異なった点のみを説明すると、図4(B),(C)に示すように、第2の実施の形態では、複数の光照射用光ファイバ16の光出射端から発せられた光をそれぞれ複数の受光用光ファイバ18の光入射端に入射できる範囲に拡散させ重畳させてレンズ38に入射させ、レンズ38により平行光として目盛板32に向けて照射するようにしている。
図4(B)では、複数の光照射用光ファイバ16の光出射端を束ねて用いており、図4(C)では、複数の光照射用光ファイバ16の光出射端をそれぞれ異なった向きからレンズ38に臨ませるように配置している。
このような第2の実施の形態によっても、光照射用光ファイバ16と受光用光ファイバ18とを一対一に対応させず、複数の光照射用光ファイバ16から出射された光を重畳させて用いるので、第1の実施の形態と同様な効果が奏される。
しかしながら、光照射用光ファイバ16および複数の受光用光ファイバ18の中間箇所にコネクタを設け、それらコネクタを用いて検出部12と電装部14とを切り離しできるようにしてもよい。前記コネクタは、ケース28に設けてもよいし、ケース28の外方で各ファイバの中間箇所に設けてもよい。
また、本実施の形態では、エンコーダ10がロータリーエンコーダであった場合について説明したが、本発明はリニアエンコーダにも適用可能であることは無論である。
この場合には、目盛板32は、多数のスリットが形成され直線状に延在するメインスケールと、複数のスリットが設けられた固定スリット板とを備えている。ケース28は、前記メインスケールの長手方向に沿って移動可能に設けられ、前記固定スリット板はケース28内に固定され、その他の構成はロータリーエンコーダの場合と同様である。
また、受光素子24および受光用光ファイバ18の数は任意である。
Claims (8)
- ケースと、
前記ケース内に配設され複数のスリットが形成された目盛板と、
前記ケースの内外にわたって設けられた複数の受光用光ファイバと、
前記ケースの内外にわたって設けられ光を前記ケース内に導く複数の光照射用光ファイバと、
前記目盛板に対向するように配置され前記各スリットを通過した光をそれぞれ受光する前記各受光用光ファイバの光入射端と、
前記目盛板を挟んで前記各受光用光ファイバの光入射端と反対の箇所で前記目盛板に対向するように配置されたレンズとを備え、
前記複数の光照射用光ファイバの光出射端から発せられた光をそれぞれ前記複数の受光用光ファイバの光入射端に入射できる範囲に拡散させ重畳させて前記レンズに入射させ、前記レンズにより平行光として前記目盛板に向けて照射する、
ことを特徴とするエンコーダ用検出部。 - 前記目盛板は、前記ケース内に固定され複数のスリットが設けられた固定スリット板と、前記ケース内で前記固定スリット板に重ね合わせて配設され複数のスリットが設けられ回転される可動スリット板とを備える、
ことを特徴とする請求項1記載のエンコーダ用検出部。 - 前記目盛板は、複数のスリットが形成され直線状に延在するメインスケールと、前記ケース内に固定され複数のスリットが設けられた固定スリット板とを備え、前記ケースは前記メインスケールの長手方向に沿って移動可能に設けられている、
ことを特徴とする請求項1記載のエンコーダ用検出部。 - 前記各受光用光ファイバの光入射端はそれぞれコリメータレンズを介して前記目盛板に臨んでいる、
ことを特徴とする請求項1記載のエンコーダ用検出部。 - 前記光照射用光ファイバは受光用光ファイバよりも少ない数で設けられている、
ことを特徴とする請求項1記載のエンコーダ用検出部。 - ケースと、
前記ケース内に配設され複数のスリットが形成された目盛板と、
複数の発光素子と、
複数の受光素子とを備えるエンコーダであって、
前記複数の発光素子毎に前記複数の発光素子から発せられた光を前記ケース内に導く複数の光照射用光ファイバが設けられ、
前記複数の受光素子毎に光を前記複数の受光素子に導く複数の受光用光ファイバが設けられ、
前記複数の受光用光ファイバの光入射端は、前記各スリットを通過した光をそれぞれ受光するように前記目盛板に対向して配置され、
前記目盛板を挟んで前記各受光用光ファイバの光入射端と反対の箇所で前記目盛板に対向するようにレンズが設けられ、
前記複数の光照射用光ファイバの光出射端から発せられた光をそれぞれ前記複数の受光用光ファイバの光入射端に入射できる範囲に拡散させ重畳させて前記レンズに入射させ、前記レンズにより平行光として前記目盛板に向けて照射する、
ことを特徴とするエンコーダ。 - 前記目盛板は、前記ケース内に固定され複数のスリットが設けられた固定スリット板と、前記ケース内で前記固定スリット板に重ね合わせて配設され複数のスリットが設けられ回転される可動スリット板とを備える、
ことを特徴とする請求項6記載のエンコーダ。 - 前記目盛板は、多数のスリットが形成され直線状に延在するメインスケールと、前記ケース内に固定され複数のスリットが設けられた固定スリット板とを備え、前記ケースは前記メインスケールの長手方向に沿って移動可能に設けられている、
ことを特徴とする請求項6記載のエンコーダ。
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