![]() Absoluter Codierer, der auf einem inkrementalen Codierer beruht
专利摘要:
Es wird ein Codierer offenbart, der ein Erfassungsbauelement umfaßt, das Codierungsmarkierungen auf einer Erfassungsoberfläche erfaßt, die ferne eine oder mehrere Referenzmarkierungen umfaßt. Das Erfassungsbauelement erzeugt ein erstes und ein zweites Codierersignal, wenn die Codierungsmarkierungen das Erfassungsbauelement passieren. Die Codierungssignale definieren die Bewegungsrichtung und den Bewegungsgrad der Erfassungsoberfläche. Ein Register speichert die Position der Codierungsoberfläche relativ zu dem Erfassungselement. Eine Steuerung empfängt das erste und das zweite Codierersignal und inkrementiert oder dekrementiert das digitale Register auf der Basis des empfangenen ersten und zweiten Codierersignals. Der Codierer umfaßt ferner einen Referenzmarkierungsdetektor, der ein erstes Referenzmarkierungssignal erzeugt, wenn die erste Referenzmarkierung den Referenzmarkierungsdetektor passiert. Die Steuerung setzt den digitalen Wert auf einen ersten Referenzwert zurück, wenn der Codierer das erste Referenzmarkierungssignal empfängt. 公开号:DE102004002722A1 申请号:DE200410002722 申请日:2004-01-19 公开日:2004-10-07 发明作者:Chiau Woon Yeo 申请人:Agilent Technologies Inc; IPC主号:G01D5-244
专利说明:
[0001] Die vorliegende Erfindung beziehtsich auf Codierer. [0002] Um die folgende Erörterungzu vereinfachen, wird die vorliegende Erfindung anhand eines Wellencodierersbzw. Drehgebers erklärt.Ein Wellencodierer gibt ein digitales Signal aus, das die Positionder Welle relativ zu einer bekannten Referenzposition angibt. Einabsoluter Wellencodierer verwendet üblicherweise eine Mehrzahlvon Spuren auf einer Platte, die mit der Welle verbunden ist. JedeSpur besteht aus einer Serie von dunklen und hellen Streifen, die durcheinen Detektor betrachtet werden, der einen Wert einer digitalen1 oder 0 ausgibt, je nachdem, ob der durch den Detektor betrachteteBereich hell oder dunkel ist. Ein binärer N-Bit-Codierer verwendet üblicherweiseN derartige Spuren, eine pro Bit. [0003] Falls N groß ist, stellt eine Ausrichtungder verschiedenen Komponenten beträchtliche Probleme dar. Zusätzlich zuden mit der Ausrichtung der Spuren verbundenen Problemen müssen auchdie Photodetektoren miteinander ausgerichtet sein. Das Erfordernis,eine präziseAusrichtung der Komponenten zu liefern, erhöht die Kosten des Codierersbeträchtlich,wenn N groß ist. [0004] Dagegen sind inkrementale Codiererrelativ kostengünstig.Ein inkrementaler N-Bit-Codierer kann als die Spur betrachtet werden,die dem mindestwertigen Bit in einem absoluten N-Bit-Codierer entspricht.Das heißt,daß dieSpur aus 2N Regionen besteht, die zwischenhell und dunkel abwechseln. Der Codierer bestimmt einen absolutenAbstand, in dem er jedesmal, wenn der der Spur zugeordnete Photodetektorin Abhängigkeitvon der Bewegungsrichtung der codierenden Spur relativ zu dem Photodetektorseine Ausgabe ändert,einen Zählerinkrementiert oder dekrementiert. Die Bewegungsrichtung der codierendenSpur wird erfaßt,indem zwei Photodetektoren verwendet werden, die in Bezug aufeinanderverschoben sind. Da der inkrementale Codierer keine große Anzahlvon Spuren aufweist, die ausgerichtet werden sollen, werden dieoben erörterten Ausrichtungskostenvermieden. Solange die Vorrichtung keinen Zählwert ausläßt, ist der Zählerwertein Maß für die Positionrelativ zu dem Punkt auf dem Codierungsrad, an dem der Zählwert 0war. Ungünstigerweiseführt einLeistungsverlust zu einem Verlust des Zählwerts, und somit wird diePosition unbekannt. Ferner könnenFehler, die sich aus einen ausgelassenen Zählwert oder einem Detektorrauschen ergeben,auch Fehler bei der Positionsmessung einführen. [0005] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindungbesteht darin, einen Codierer zu schaffen, der einen Verlust desZählwertsund somit der Position vermeidet. [0006] Diese Aufgabe wird durch einen Codierergemäß Anspruch1 gelöst. [0007] Die vorliegende Erfindung umfaßt einenCodierer, der ein Erfassungsbauelement umfaßt, das Codierungsmarkierungenauf einer Erfassungsoberflächeerfaßt,die ebenfalls eine oder mehrere Referenzmarkierungen umfaßt. DasErfassungsbauelement erzeugt ein erstes und ein zweites Codierersignal,wenn die Codierungsmarkierungen das Erfassungsbauelement passieren.Das zweite Codierersignal eilt dem ersten Codierersignal vorausoder nach, je nach der Bewegungsrichtung der Erfassungsoberfläche bezüglich desErfassungsbauelements. Der Codierer umfaßt ein Register zum Speicherneines digitalen Werts, der die Position der Codierungsoberfläche relativzu dem Erfassungsbauelement angibt. Eine Steuerung empfängt daserste und das zweite Codierersignal und inkrementiert oder dekrementiert dasdigitale Register auf der Basis des empfangenen ersten und zweitenCodierersignals. [0008] Der Codierer umfaßt ferner einen Referenzmarkierungsdetektor,der ein erstes Referenzmarkierungssignal erzeugt, wenn die ersteReferenzmarkierung den Referenzmarkierungsdetektor passiert. Die Steuerungsetzt den digitalen Wert auf einen ersten Referenzwert zurück, wennder Codierer das erste Referenzmarkierungssignal empfängt. Beieinem Ausführungsbeispielder Erfindung umfaßtder Codierer ferner einen nicht-flüchtigen Speicher zum Speicherneines Registerwertes und eine Leistungserfassungsschaltung zum Bestimmen,ob das Potential auf einer Leistungsversorgungsleitung gerade abnimmtoder zunimmt. Bei diesem Ausführungsbeispielbewirkt die Steuerung, daß derdigitale Wert in dem Register in dem nicht-flüchtigen Speicher gespeichertwird, wenn die Leistungserfassungsschaltung bestimmt, daß das Potentialauf einer Leistungsversorgungsleitung gerade abnimmt. Wenn die Leistungserfassungsschaltungbestimmt, daß dasPotential auf der Leistungsversorgungsleitung gerade zunimmt, bewirktdie Steuerung, daß derin dem nichtflüchtigenSpeicher gespeicherte Wert in dem Register gespeichert wird. [0009] Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegendenErfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegendenZeichnungen nähererläutert.Es zeigen: [0010] 1 einAusführungsbeispieleines Codierers 10 gemäß der vorliegendenErfindung; [0011] 2 eineschematische Zeichnung eines Ausführungsbeispiels einer Leistungsdetektorschaltung 80;und [0012] 3 einenlinearen Codierer 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung. [0013] Die Art und Weise, auf die die vorliegende Erfindungihre Vorteile liefert, wird unter Bezugnahme auf 1, die ein Ausführungsbeispiel eines Codierers 10 gemäß der vorliegendenErfindung veranschaulicht, leichter verständlich. Der Codierer 10 verwendetein Codierungsrad 16, das an einer Welle 17 befestigtist, die sich im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn drehenkann. Das Codierungsrad 16 weist eine Mehrzahl von Codierungsbändern 18 auf,die durch einen Quadratursensor 11 erfaßt werden, der zwei Signaleerzeugt, die um 90 Grad phasenverschoben sind. Quadratursensorendieses Typs sind in der Technik gebräuchlich und werden somit hiernicht ausführlicherläutert.Für dieZwecke dieser Erläuterungist es ausreichend, anzumerken, daß der Quadratursensor 11 zweibei 31 und 32 gezeigte Photodetektoren umfaßt, dieum 1/4 der Periode der Codierungsbänder voneinander versetzt sind.Die Ausgaben aus diesen Detektoren werden verwendet, um auf Leitungen 20 und 21 Signalezu erzeugen. Das Signal auf der Leitung 20 eilt dem Signalauf der Leitung 21 um 90 Grad voraus oder nach, je nachder Drehrichtung der Welle 17. Während die Codierungsbänder inder Zeichnung als radiale Linien gezeigt sind, versteht es sich,daß diese Bänder inder Regel abwechselnde schwarze und weiße Bänder einer gleichen Breitesind. [0014] Die Signale von dem Quadratursensor 11 werdendurch eine Steuerung 15 empfangen. Die Steuerung 15 umfaßt ein Register 22,das an jeder vorauseilenden Flanke des Signals auf der Leitung 20 inkrementiertoder dekrementiert wird. Der Zustand des Signals auf der Leitung 21 wirdin Verbindung mit dem Signal auf der Leitung 20 verwendet, umdie Bewegungsrichtung des Codierungsrads 16 zu bestimmen.Bei diesem exemplarischen Ausführungsbeispielwird das Register 22 inkrementiert, falls sich das Codierungsradim Uhrzeigersinn dreht, und dekrementiert, falls sich das Codierungsradgegen den Uhrzeigersinn dreht. Die Art und Weise, wie die Steuerung 15 dieseBestimmung durchführt,wird nachfolgend ausführlichererläutert. [0015] Der Codierer 10 umfaßt fernereinen nicht-flüchtigenSpeicher 13, der den Zählwertin dem Register 22 speichert, wenn eine Leistungserfassungsschaltung 14 bestimmt,daß Leistungausfällt. Wennder Codierer 10 wieder mit Leistung versorgt wird, wiedurch die Leistungserfassungsschaltung 14 bestimmt wird,wird der in dem Speicher 13 gespeicherte Wert in das Register 22 umgeladen.Daher sind die Leistungsausfallzuverlässigkeitsprobleme, die normalerweisemit inkrementalen Codierern verbunden sind, bei der vorliegendenErfindung beträchtlichverringert. [0016] Währenddas oben beschriebene Leistungsausfallsystem Fehler beträchtlichverringert, kann das Register 22 trotzdem noch einen Fehleraufweisen. Wenn sich beispielsweise das Codierungsrad oder die Welle,an der es angebracht ist, bewegt, während die Leistung abgeschaltetist, wird das Register 22 nicht ordnungsgemäß aktualisiert,und daher ist die angegebene Position des Codierungsrades fehlerhaft.Ferner ist, wenn der Codierer zunächst eingeschaltet wird, diePosition des Rades und somit die Nullposition des Registers 22 unbekannt. [0017] Die vorliegende Erfindung überwindetdieses Problem, indem sie eine oder mehrere absolute Referenzmarkierungenan dem Codierungsrad 16 liefert. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel werdendiese Referenzmarkierungen durch einen Sensor 33, der einTeil des Quadratursensors 11 ist, erfaßt; der Referenzsensor kannjedoch ein separates Bauelement sein, das von dem Quadratursensor 11 unabhängig ist.Bei dem in 1 gezeigtenAusführungsbeispielwerden vier Referenzmarkierungen verwendet. Eine beispielhafte Referenzmarkierung istbei 23 gezeigt. [0018] Falls mehr als eine Referenzmarkierungverwendet wird, liefert jede Referenzmarkierung vorzugsweise eineindeutiges Signal, so daß dieSteuerung die Identitätder Referenzmarkierung bestimmen kann. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Referenzmarkierungenradiale Markierungen. Die Identität jeder Referenzmarkierung wirddurch die Anzahl von radialen Markierungen, die zusammengruppiertsind, spezifiziert. Fürdie Zwecke dieser Erläuterungsei angenommen, daß der Referenzpunktan dem Codierungsrad, der durch jede Referenzmarkierung markiertist, die Position der ersten radialen Markierung ist, auf die derReferenzsensor trifft. Die genaue Position dieser Referenzmarkierunghängt beidem in 1 gezeigten Beispielvon der Bewegungsrichtung ab. [0019] Die Steuerung 15 umfaßt vorzugsweiseeine Tabelle, die die absolute Position jeder Referenzmarkierunganhand des erwarteten Zählwertsin dem Register 22 speichert, wenn die Referenzmarkierung angetroffenwird. Wenn, wie oben erwähnt,die Referenzmarkierungen breit sind, kann diese Tabelle einen Eintragfür jedeMarkierung und die Drehrichtung des Codierungsrades umfassen. [0020] Wenn eine Referenzmarkierung denReferenzsensor passiert, wird ein Signal an die Steuerung 15 gesandt,die den Inhalt des Registers 22 bezüglich des Tabelleneintragsfür dieseReferenzmarkierung und Bewegungsrichtung prüft. Falls der erwartete Registerwertnicht gefunden wird, korrigiert die Steuerung 15 den Wertin dem Register 22 so, daß das Register 22 denerwarteten Wert aufweist, wenn die nächste Referenzmarkierung angetroffenwird. Falls also ein Fehler auftritt, korrigiert der Codierer den Fehlerrasch. Bei dem in 1 gezeigtenAusführungsbeispielwird der Fehler innerhalb einer Vierteldrehung des Codierers korrigiert. [0021] Schließlich sollte man anmerken,daß die Steuerung 15 vorzugsweiseeine binäreZahl ausgibt, die durch den Inhalt des Registers 22 bestimmtwird. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung ist die Ausgabe dieselbe wie die, diedurch einen herkömmlichenabsoluten Codierer geliefert wird, so daß die vorliegende Erfindungals Ersatz fürderartige Codierer verwendet werden kann. [0022] Wie oben erwähnt wurde, verwendet die vorliegendeErfindung vorzugsweise eine Leistungserfassungsschaltung 14 zumBestimmen, wann Leistung verloren und wiedergewonnen wird. Auf einErfassen einer absinkenden Leistungsversorgungs spannung hin signalisiertder Detektor zu der Steuerung, die wiederum bewirkt, daß der Wertin dem Register 22 in dem Speicher 13 gespeichertwird. Bei diesem Schema wird davon ausgegangen, daß die Steuerung 15 eineLeistungsquelle mit einer ausreichenden Leistungsspeicherung aufweist,um die Steuerung 15 zu befähigen, diese Operationen durchzuführen, wennder Leistungsdetektor einen Leistungsausfall signalisiert. Für diesenZweck könnenLeistungsspeichervorrichtungen verwendet werden, die auf Kondensatorenoder Batterien beruhen. [0023] Unter Bezugnahme auf 2, die eine schematische Zeichnung einesAusführungsbeispielseiner Leistungsdetektorschaltung 80 ist, die bei der vorliegendenErfindung verwendet werden kann. Die Leistungsdetektorschaltung 80 wirdvon dem Vcc-Bus mit Leistung versorgt, der verwendet wird, um dieElektronik, die dem Codierungsrad zugeordnet ist, z.B. die LEDs,Photodioden usw., mit Leistung zu versorgen. Leistung wird an dieSteuerung und den Speicher von einem Kondensator 81 geliefert, derdurch eine Diode 82 von Vcc geladen wird, was verhindert,daß dieLadung von dem Kondensator 81 austritt, falls ein Leistungsverlustauftritt. Wenn ein Leistungsverlust auftritt, geht Vcc sehr vielschneller auf Masse als die Spannung über den Kondensator 81;somit erfaßtein Komparator 87 eine Differenz in den Eingaben in denselbenund erzeugt ein Auslösersignal,das durch die Steuerung 15 empfangen und durch die Steuerungverwendet wird, um die Speicherung des Zählwerts in dem Register 22 inden nicht-flüchtigenSpeicher 13 auszulösen.Die Eingaben in den Komparator 87 werden durch zwei Widerstandsteilererzeugt, die bei 83–84 und 85–86 gezeigt sind. [0024] Es ist zu erwähnen, daß das Leistungsausfallerfassungsmerkmalder vorliegenden Erfindung optional ist, falls das oben erörterte Referenzmarkierungssystemverwendet wird. Falls die Vorrichtung einen Leistungsverlust erfährt undder Inhalt des Registers 22 verlorengeht, gewinnt die Vorrichtung den korrektenWert wieder, sobald das Codierungsrad eine der Referenzmarkierungenpassiert. [0025] Wie oben erwähnt wurde, hängt dievorliegende Erfindung davon ab, in der Lage zu sein, die Bewegungsrichtungdes Codierungsrads 16 aus den Ausgaben des Quadratursensors 11 zubestimmen. Zu diesem Zweck kann eine einfache Zustandsmaschine verwendetwerden. Man bezeichne das Signal auf der Leitung 20 mitX und das Signal auf der Leitung 21 mit Y. X und Y können dieWerte 0 und 1 annehmen, je nachdem, ob das Signal hoch oder niedrigist. Es gibt vier möglicheZuständeXY. In einer Richtung lauten die Zustände 01 bis 00 bis 10 bis 11. Inder anderen Bewegungsrichtung verlaufen die Zustände von 01 bis 11 bis 10 bis00. Somit muß die Steuerung 15 lediglichden vorherigen Zustand und den aktuellen Zustand nachverfolgen,um die Bewegungsrichtung zu bestimmen. [0026] Die oben erörterten Ausführungsbeispiele dervorliegenden Erfindung haben ein kreisförmiges Codierungsrad verwendet,um die Position einer Welle, die sich dreht, nachzuverfolgen. Jedochkann ebenso ein Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung konstruiert werden, das auf einem linearen Codierstreifenarbeitet, der die Position eines linearen Betätigungsglieds nachverfolgt.Es sei nun auf 3 Bezuggenommen, die einen linearen Codierer 100 gemäß einemanderen Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Um die folgende Erörterungzu vereinfachen, wurden diejenigen Elemente des Codierers 100,die dieselbe Funktion wie die entsprechenden Elemente in 1 erfüllen, mit denselben Bezugszeichenversehen und werden hier nicht nähererläutert.Bei diesem Ausführungsbeispielsind die Codierungsbalken 101 und die Referenzmarkierungen 102 aufeinem linearen Streifen 103 angeordnet, der sich untereinem Quadratursensor 104 bewegt, der ähnlich demjenigen ist, der obenunter Bezugnahme auf das in 1 gezeigte Ausführungsbeispielerläutertwurde. Währendsich der Streifen 103 hin- und herbewegt, inkrementiert oderdekre mentiert die Steuerung 15 den Inhalt des Registers 22 aufdieselbe Weise, die oben beschrieben wurde. [0027] Die oben beschriebenen Ausführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung verwenden einen Quadraturdetektor, umein Paar von Signalen zu erzeugen, die sowohl den Bewegungsgradder Erfassungsoberflächerelativ zu dem Detektor als auch die Richtung dieser Bewegung angeben.Währenddas bevorzugte Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung einen herkömmlichen Quadraturdetektor verwendet,kann jeglicher Detektor verwendet werden, der zwei Signale erzeugt,die diese Informationen liefern.
权利要求:
Claims (6) [1] Codierer (10), der folgende Merkmaleaufweist: ein Erfassungsbauelement (11), das ein erstesund ein zweites Codierersignal erzeugt; eine Erfassungsoberfläche (16),die eine Mehrzahl von gleichmäßig beabstandetenCodierungsmarkierungen (18) aufweist, wobei sich die Oberfläche bezüglich desErfassungsbauelements (11) derart bewegt, daß das ersteund das zweite Codierersignal erzeugt werden, wenn die Codierungsmarkierungen (18)das Erfassungsbauelement (11) passieren, wobei das zweiteCodierersignal dem ersten Codierersignal in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtungder Erfassungsoberfläche(16) bezüglichdes Erfassungsbauelements (11) voraus- oder nacheilt; einenReferenzmarkierungsdetektor (33) zum Erfassen der erstenReferenzmarkierung und zum Erzeugen eines ersten Referenzmarkierungssignals,das die Erfassung angibt; ein Register (22) zum Speicherneines digitalen Werts; und eine Steuerung (15) zumEmpfangen des ersten und des zweiten Codierersignals und zum Inkrementieren oderDekrementieren des digitalen Registers (22) auf der Basisdes empfangenen ersten und zweiten Codierersignals, wobei die Steuerung(15) den digitalen Wert auf einen ersten Referenzwert zurücksetzt, wennder Codierer (10) das erste Referenzmarkierungssignal empfängt. [2] Codierer (10) gemäß Anspruch 1, der ferner folgendeMerkmale aufweist: einen nicht-flüchtigen Speicher (13)zum Speichern eines Registerwerts; und eine Leistungserfassungsschaltung(14, 80) zum Bestimmen, ob das Potential auf einerLeistungsversorgungsleitung abnimmt oder zunimmt, wobei dieSteuerung (15) bewirkt, daß der digitale Wert in demnicht-flüchtigenSpeicher (13) gespeichert wird, wenn die Leistungserfassungsschaltung (14, 80)bestimmt, daß dasPotential gerade abnimmt. [3] Codierer (10) gemäß Anspruch 2, bei dem die Steuerung(15) bewirkt, daß dergespeicherte Registerwert in das Register (22) geladenwird, wenn die Leistungserfassungsschaltung (14, 80)bestimmt, daß dasPotential gerade zunimmt. [4] Codierer (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis3, bei dem die Codierungsoberfläche(103) ferner eine zweite Codierungsmarkierung aufweist,bei dem der Referenzmarkierungsdetektor (33) ein zweites Referenzmarkierungssignalerzeugt, wenn die zweite Codierungsmarkierung erfaßt wird,und bei dem die Steuerung (15) den digitalen Wert auf einenzweiten Referenzwert zurücksetzt,wenn das zweite Referenzmarkierungssignal erzeugt wird. [5] Codierer (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis4, bei dem die Codierungsoberfläche(103) eine mit einer Welle verbundene Platte aufweist,die sich bezüglichdes Erfassungsbauelements (11) dreht, wenn sich die Welledreht. [6] Codierer (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis5, bei dem die Codierungsoberfläche(103) einen Streifen aufweist, der sich bezüglich desErfassungsbauelements (11) bewegt, wenn sich die Oberfläche parallelzu einer vorbestimmten Richtung bewegt.
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引用文献:
公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
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