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技術 リニア駆動装置、レンズ駆動装置及びカメラの手振れ防止装置

出願人 シコー株式会社
発明者 多田純一
出願日 2006年5月24日 (13年2ヶ月経過) 出願番号 2006-143634
公開日 2007年12月6日 (11年7ヶ月経過) 公開番号 2007-318851
状態 拒絶査定
技術分野 超音波モータ、圧電モータ、静電モータ レンズ鏡筒 カメラレンズの調整 スタジオ装置
主要キーワード 非接触面積 パルス振動 被移動体 摩擦接触面 リニア駆動装置 ピエゾユニット 補助軸 各弾性体
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (9)

課題

簡易な構成で被移動体直線移動でき且つ小型のリニア駆動装置、そのリニア駆動装置を利用したレンズ駆動装置及びカメラの手振れ防止装置を提供する。

解決手段

本発明のリニア駆動装置7は、軸部材21の一端部21aに一方のピエゾユニット17aを設けてあり、他端部21bに他方のピエゾユニット17bを設けてあり、一方及び他方のピエゾユニット21a、21bは各々、対向配置した一方及び他方のピエゾ素子17a、17bと、ピエゾ素子17a、17b間に挟持した弾性体19とを有し、軸部材21の端部21a、21bは弾性体19に固定してあり、電源制御部27が一方及び他方のピエゾユニット17a、17bに互いに逆極性同位相パルス電流印加して、一方及び他方のピエゾユニットの各弾性体19、19を軸部材21の軸線方向に振動させ、軸部材21の側面に摩擦係合している被移動体3を軸部材21の軸線方向に移動する。

概要

背景

特許文献1には、マグネットコイルヨークとから構成されるリニアモータレンズホルダ光軸方向に駆動するレンズ駆動装置が開示されている。

特許文献2には、ピエゾ素子圧電素子)を反射鏡の端部に設け、ピエゾ素子に通電することにより反射鏡の端部を僅かに変形させて位置決めを行うことが開示されている。

特開2002−23037号公報
特開2000−121950号公報

概要

簡易な構成で被移動体直線移動でき且つ小型のリニア駆動装置、そのリニア駆動装置を利用したレンズ駆動装置及びカメラの手振れ防止装置を提供する。本発明のリニア駆動装置7は、軸部材21の一端部21aに一方のピエゾユニット17aを設けてあり、他端部21bに他方のピエゾユニット17bを設けてあり、一方及び他方のピエゾユニット21a、21bは各々、対向配置した一方及び他方のピエゾ素子17a、17bと、ピエゾ素子17a、17b間に挟持した弾性体19とを有し、軸部材21の端部21a、21bは弾性体19に固定してあり、電源制御部27が一方及び他方のピエゾユニット17a、17bに互いに逆極性同位相パルス電流印加して、一方及び他方のピエゾユニットの各弾性体19、19を軸部材21の軸線方向に振動させ、軸部材21の側面に摩擦係合している被移動体3を軸部材21の軸線方向に移動する。

目的

そこで、本発明は、簡易な構成で被移動体を直線移動でき且つ小型のリニア駆動装置、そのリニア駆動装置を利用したレンズ駆動装置及びカメラの手振れ防止装置の提供を目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

軸部材と、軸部材の一端部に設けた一方のピエゾユニットと、軸部材の他端部に設けた他方のピエゾユニットと、軸部材の側面に摩擦係合した被移動体と、電源制御部とを備え、一方及び他方のピエゾユニットは各々、対向配置した一方及び他方のピエゾ素子と、ピエゾ素子間に挟持した弾性体とを有し、軸部材の端部は弾性体に固定してあり、電源制御部が一方及び他方のピエゾユニットに互いに逆極性同位相パルス電流印加して、一方及び他方のピエゾユニットの各弾性体を軸部材の軸線方向に振動させ、軸部材の側面に摩擦係合している被移動体を軸部材の軸線方向に移動することを特徴とするリニア駆動装置

請求項2

弾性体は導電部材であり、弾性体に対して各ピエゾ素子に相対的にプラスのパルス電流を印加すると一方向に被移動体が移動し、相対的にマイナスのパルス電流を印加すると他方に移動することを特徴とする請求項1に記載のリニア駆動装置。

請求項3

被移動体は、ばね部材を有し、ばね部材の弾性力で軸部材の側面に摩擦係合していることを特徴とする請求項2に記載のリニア駆動装置。

請求項4

請求項1乃至3のいずれか一項に記載のリニア駆動装置と、レンズを保持するレンズホルダとを備え、被移動体はレンズホルダであり、軸部材はレンズの光軸に沿って設けてあり、レンズホルダが保持したレンズを光軸方向に移動することを特徴とするレンズ駆動装置

請求項5

請求項1乃至3のいずれか一項に記載のリニア駆動装置と、レンズの結像位置に配置された画像センサとを備え、リニア駆動装置の被移動体は画像センサであり、画像センサの位置変動に応じてリニア駆動装置を駆動して画像センサの位置制御を行うことを特徴とするカメラの手振れ防止装置

技術分野

0001

本発明は、被移動体直線移動するリニア駆動装置、リニア駆動装置の被移動体をレンズホルダとしたレンズ駆動装置、及びリニア駆動装置の被移動体を画像センサとしたカメラの手振れ防止装置に関する。

背景技術

0002

特許文献1には、マグネットコイルヨークとから構成されるリニアモータでレンズホルダを光軸方向に駆動するレンズ駆動装置が開示されている。

0003

特許文献2には、ピエゾ素子圧電素子)を反射鏡の端部に設け、ピエゾ素子に通電することにより反射鏡の端部を僅かに変形させて位置決めを行うことが開示されている。

0004

特開2002−23037号公報
特開2000−121950号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかし、特許文献1の技術では、レンズホルダの移動方向に、マグネットやコイル等で構成されるリニアモータ機構を設けているので、レンズ駆動装置の小型化に限界があった。

0006

特許文献2はピエゾ素子を利用して反射鏡を僅かに変形させるだけのものであり、ピエゾ素子はその可動範囲での利用に限られるものであった。

0007

一方、レンズ駆動等に用いられるリニア駆動装置においては、更なる小型化の要求が高い。

0008

そこで、本発明は、簡易な構成で被移動体を直線移動でき且つ小型のリニア駆動装置、そのリニア駆動装置を利用したレンズ駆動装置及びカメラの手振れ防止装置の提供を目的とする。

課題を解決するための手段

0009

請求項1に記載の発明は、軸部材と、軸部材の一端部に設けた一方のピエゾユニットと、軸部材の他端部に設けた他方のピエゾユニットと、軸部材の側面に摩擦係合した被移動体と、電源制御部とを備え、一方及び他方のピエゾユニットは各々、対向配置した一方及び他方のピエゾ素子と、ピエゾ素子間に挟持した弾性体とを有し、軸部材の端部は弾性体に固定してあり、電源制御部が一方及び他方のピエゾユニットに互いに逆極性同位相パルス電流印加して、一方及び他方のピエゾユニットの各弾性体を軸部材の軸線方向に振動させ、軸部材の側面に摩擦係合している被移動体を軸部材の軸線方向に移動することを特徴とする。

0010

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、弾性体は導電部材であり、弾性体に対して各ピエゾ素子に相対的にプラスのパルス電流を印加すると一方向に被移動体が移動し、相対的にマイナスのパルス電流を印加すると他方に移動することを特徴とする。

0011

請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の発明において、被移動体は、ばね部材を有し、ばね部材の弾性力で軸部材の側面に摩擦係合していることを特徴とする。

0012

請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のリニア駆動装置と、レンズを保持するレンズホルダとを備え、被移動体はレンズホルダであり、軸部材はレンズの光軸に沿って設けてあり、レンズホルダが保持したレンズを光軸方向に移動することを特徴とするレンズ駆動装置である。

0013

請求項5に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のリニア駆動装置と、レンズの結像位置に配置された画像センサとを備え、リニア駆動装置の被移動体は画像センサであり、画像センサの位置変動に応じてリニア駆動装置を駆動して画像センサの位置制御を行うことを特徴とするカメラの手振れ防止装置である。

発明の効果

0014

請求項1に記載の発明によれば、軸部材の両端に設けたピエゾユニットに電源制御部が互いに逆極性で同位相のパルス電流を印加すると、各ピエゾユニットでは、一方及び他方のピエゾ素子が弾性体に対して相対的な伸縮を繰り返すので、一方及び他方のピエゾ素子間に挟持してある弾性体が一方及び他方のピエゾ素子間で振動し、弾性体に一端を固定してある軸部材が軸線方向に細かく振動する。軸部材は軸線方向の振動により側面がパルス波波打つように細かく振動し、軸部材の側面に摩擦係合してある被移動体が軸部材を軸線方向にリニア移動する。

0015

軸部材の両端に設けたピエゾユニットが各々軸部材を同方向に振動させるので、軸部材の側面に生じるパルス波は、両端に設けたピエゾユニットにより相乗的に増幅した振幅のパルス波になり、軸部材の一端にのみピエゾユニットを設けた場合に比較して大きな駆動力トルク)を得ることができる。

0016

本発明では大きな駆動力を得られるから、被移動体の重量の自由度も高く、被移動体の適用範囲も広くできる。

0017

軸部材の一端にのみピエゾユニットを設けた場合について実験したところ、被移動体は軸部材の軸線方向に滑らかに移動した。これは軸部材の側面に発生するパルス波の振動は極めて細かい振動であるため、被移動体との摩擦係合部では、非接触面積が小さくなり、移動時に被移動体と軸部材との間に作用する摩擦力は小さくなって、被移動体は被移動体がパルス波(進行波)に押されて軸部材表面を滑らかに移動することができたものと考えられる。したがって、軸部材の側面に生じるパルス波の振幅を大きくすることができれば、振幅の大きさに比例した大きな駆動力を得ることができる。

0018

本発明のリニア駆動装置によれば、ピエゾ素子と、弾性体と、軸部材と、軸部材に摩擦係合した被移動体のみの構成であるから、リニアモータ機構のようなマグネットやコイル等が不用となり、簡易で且つ極めて小型にできる。

0019

請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の作用効果を得ることができると共に、各ピエゾユニットに供給するパルス電流の向きを変えるだけで、被移動体を軸部材の軸線方向に往復移動することができる。

0020

請求項3に記載の発明によれば、請求項2に記載の作用効果を奏すると共に、移動体はばねにより軸部材の表面に圧接するので、軸部材表面のパルス振動応答してばね部材が共振しやすく、被移動体の移動時における軸部材表面と被移動体との間の接触面積が小さくなって、よりスムーズな移動を図ることができる。

0021

請求項4に記載の発明によれば、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の作用効果を奏するレンズ駆動装置を得ることができる。特に、フォーカスレンズ倍率レンズの駆動に利用することにより、従来よりも簡易で小型のオートフォカス倍率機能を備えたカメラを提供することができる。

0022

請求項5に記載の発明によれば、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の作用効果を奏する共にカメラの手振れ防止装置を簡易で小型にできる。

発明を実施するための最良の形態

0023

以下に、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は第1実施の形態にかかるレンズ駆動装置を図3のA—A位置で切断して示す断面図であり、図2は第1実施の形態にかかるレンズ駆動装置を図3のB—B位置で切断して示す断面図であり、図3は第1実施の形態にかかるレンズ駆動装置を図1のC—C位置で切断して示す断面図であり、図4はリニア駆動装置の概略構成を示した断面図であり、図5は第1実施の形態にかかるリニア駆動装置の図であり、(a)は(b)に示すE−E断面図、(b)は正面図であり、図6は電源制御部がピエゾユニットに供給するパルス電流の波形であり、(a)は一方のピエゾユニットに供給するパルス電流の波形図、(b)は他方のピエゾユニットに供給するパルス電流の波形図であり、図7駆動軸(軸部材)の側面に発生するパルス波の状態を説明する図である。

0024

第1実施の形態にかかるレンズ駆動装置1は、携帯電話に組み込まれるデジタルカメラ2に用いられるものであり、光学ズーム付きオートフォーカスデジタルカメラのレンズ駆動装置である。

0025

レンズ駆動装置1は、図1及び図2に示すように、第1レンズホルダ(被移動体)3及び第2レンズホルダ(被移動体)5と、第1レンズホルダ3を駆動する第1リニア駆動装置7と、第2レンズホルダ5を駆動する第2リニア駆動装置9とを備えている。

0026

第1レンズホルダ3は、本実施の形態では光学ズームレンズ14を保持しており、第2レンズホルダ5は、フォーカスレンズ16を保持しており、光学ズームレンズ14とフォーカスレンズ16とは光軸を同一にしてあり、光軸上には結象位置に画像センサ11が設けてある。この画像センサ11には本発明の第2実施形態にかかる手振れ防止装置10が設けてあるが、この手振れ防止装置10については後述する。

0027

第1リニア駆動装置7と第2リニア駆動装置9とは略同じ構成であるから、第1リニア駆動装置7を説明して第2リニア駆動装置9には同一作用効果を奏する部分には同一の符号を付することによりその部分の説明を省略する。

0028

第1リニア駆動装置7は、駆動軸(軸部材)21と、駆動軸21の一端部に設けた一方のピエゾユニット22と、駆動軸21の他端部に設けた他方のピエゾユニット24と、電源制御部27(図4参照)とを備えている。

0029

一方のピエゾユニット22は筐体13の基底15に固定されており、他方のピエゾユニット24は基底15に対向配置した前壁18に固定されており、駆動軸21は基底15と前壁18との間に光軸方向に平行に配置され、第1レンズホルダ(被移動体)3が駆動軸21の側面に摩擦係合している。尚、基底15側は光学ズームの拡大側であり、前壁18側は光学ズームの望遠側である。

0030

一方及び他方のピエゾユニット22、24は、各々、対向配置した一方及び他方のピエゾ素子17a、17bと、ピエゾ素子17a、17b間に配置した振動子(弾性体)19とを有しており、駆動軸21の一端21aは一方のピエゾユニット22の振動子19に固定してあり、他端21bは他方のピエゾユニット24の振動子19に固定している。

0031

振動子19は銅板であり、図4に示すように、各ピエゾユニット22、24の一方及び他方のピエゾ素子17a、17bと、振動子19とには電源制御部27が接続されている。電源制御部27は、図6に示すように、一方及び他方のピエゾユニット22、24に互いに逆極性で同位相のパルス電流を印加し、一方及び他方のピエゾユニット22、24の各振動子19を軸部材21の軸線方向に振動させ、軸部材21の側面に摩擦係合している第1レンズホルダ(被移動体)3を軸部材21の軸線方向に移動するものである。

0032

尚、各ピエゾユニット22、24を構成するピエゾ素子17a、17bには同極で同位相のパルス電流が印加され、振動子19に対して各ピエゾ素子17a、17bには相対的にプラス又はマイナスのパルス電流が印加されるものである。

0033

第1レンズホルダ3は、一端部に駆動軸21との摩擦係合部31を有しおり、摩擦係合部31は、ばね部材でできており、図3に示すように、駆動軸21にばね力で挟持して、摩擦力を付与している。

0034

第1レンズホルダ3の他端部には補助軸35との係合部33が設けてあり、係合部33は筐体13の基底15と前壁18との間に駆動軸21と平行に立設された補助軸35に係合して、第1レンズホルダ3の移動を案内している。

0035

次に、本発明にかかる実施の形態の作用及び効果について説明する。

0036

本実施の形態では、第1レンズホルダ3を移動して光学ズームで倍率を変え、同時に第2レンズホルダを移動して焦点位置をあわせるものである。

0037

第1レンズホルダ3を、望遠側(前側)に移動する場合には、一方のピエゾユニット22では、振動子19を0ボルトとしてピエゾ素子17a、17bに各々、図6(a)に示すような波形のプラスのパルス電流を印加する。他方のピエゾユニット24では、図6(b)に示すように、一方のピエゾユニット22と逆極性で同位相の電流を印加する(ピエゾ素子17a、17bを0ボルトとし、振動子19に相対的にマイナスのパルス電流を印加する)。

0038

一方のピエゾユニット22では、ピエゾ素子17a、17bにプラスのパルス電流を印加するので、ピエゾ素子17a、17bは伸び体積膨張)次に元に戻ることを繰り返し、ピエゾ素子17a、17b間にある振動子19が振動する。このような振動子19の振動により、図7(a)に示す駆動軸21の側面では、図7(b)に示すように振幅S1で一方向に進行する進行波が生じる。

0039

他方のピエゾユニット24では、ピエゾ素子17a、17bに一方のピエゾユニット22に印加する電流と同位相で且つ相対的にマイナスのパルス電流が印加されるので、ピエゾ素子17a、17bは縮み(体積を縮小)次に元に戻ることを繰り返し、ピエゾ素子17a、17b間にある振動子19の振動が振動し、駆動軸21の側面では、図7(c)に示すように振幅S2で一方向に進行する進行波が生じることになる。

0040

結果的に、図7(a)に示す駆動軸21の側面では、図7(d)に示すように、図7(b)と図7(c)との進行波は同位相であるから各振幅S1とS2とを合算した大きさの振幅S3で一方向に(前側に)進行する進行波が生じる。

0041

したがって、本実施の形態によれば、一方のピエゾユニット22と他方のピエゾユニット24とで発生する振動の振幅を合算した大きな振幅の進行波を得ることができ、駆動トルクを一方のピエゾユニットのみとして場合に比較して略2倍にすることができる。

0042

本実施の形態では、図6に示す電圧Vが数十Vであり、周波数Hが数十KHzでスムーズな移動を図ることができた。実験では、各ピエゾユニット22、24における電圧Vが35Vで、周波数Hが56KHzとした場合、60g・fの摺動トルクで、22mm/秒の移動を得ることができた。尚、駆動軸21に一方のピエゾユニット22のみを設けて駆動軸21の他端を自由端として同じ条件で比較実験をしたところ、移動速度は20mm/秒で摺動トルクは35g・fであった。

0043

第1レンズホルダ3を、拡大側(後側)に移動する場合には、各ピエゾユニット22、24における電圧の極性切り替えて、一方のピエゾユニット22では、ピエゾ素子17、17に振動子19を0ボルトとして振動子19に対して相対的にマイナスのパルス電流を印加し、他方のピエゾユニット24では、ピエゾ素子17、17に振動子19を0ボルトとして振動子19に対して相対的にプラスのパルス電流を印加する。これにより、駆動軸21の側面では、図7(d)に示す振幅で図7(d)の進行波とは逆方向に向かう波状の振動が発生し、第1レンズホルダ3は駆動軸21の一端21aに向けて(後側に)移動する。

0044

一方、摩擦係合部31では、摩擦係合している駆動軸21の側面が振動するとばねでできている摩擦係合部31の係合面も同様に振動して駆動軸21の側面との摩擦接触面積が小さくなるので、移動時には小さな摩擦力でスムーズに移動することができる。

0045

また、第2レンズホルダ5の駆動も第1レンズホルダ3と同様にピエゾ素子17、17と振動子19との間に所定パルスの電流を供給することにより、第2レンズホルダを前進又は後退させることができる。

0046

本実施の形態によれば、第1及び第2レンズホルダ3、5を移動させるリニア駆動装置7、9は一方及び他方のピエゾ素子17a、17bと、振動子19と、駆動軸21のみであるから、従来のリニアモータ機構のようなマグネットやヨークやコイル等が不用であるから、簡易で且つ極めて小型にできる。

0047

特に、一方及び他方のピエゾユニット22、24は駆動軸21の両端に設けるので、第1及び第2レンズホルダ3、5の周囲部には駆動機構が無いので、レンズの口径方向の幅を小さくすることができる。

0048

また、補助軸35により第1及び第2レンズホルダ3、5を支持しているので、各レンズホルダ3、5を安定に移動できる。

0049

本実施の形態では、駆動軸21の側面に生じるパルス波は、駆動軸21の両端に設けたピエゾユニット22、24により相乗的に増幅した振幅のパルス波になるので、駆動軸21の一端にのみピエゾユニットを設けた場合に比較して大きな駆動力(トルク)を得ることができる。

0050

以下に本発明の他の実施の形態を説明するが、以下に説明する他の実施の形態において、上述した第1実施の形態と同一の作用効果を奏する部分には同一の符号を付することにより、その部分の詳細な説明を省略する。

0051

図8に第2実施の形態を示す。この第2実施の形態では、カメラの手振れ防止装置10として第1リニア駆動装置7と第2リニア駆動装置9とを用いたものである。即ち、図1に示す画像センサ11は支持体43に対して一方向(X方向)にスライド自在に保持されていると共に支持体43には第1リニア駆動装置7の一方及び他方のピエゾユニット22、24が固定されており、駆動軸21が画像センサ11の一側縁に沿うX方向に沿って配置されている。また、カメラの筐体13には、第2リニア駆動装置9の一方及び他方のピエゾユニット22、24が固定されており、駆動軸21が画像センサ11の他側縁に沿うY方向に配置されており、支持部材43をY方向に移動するようになっている。

0052

第2実施の形態では、電源制御部27では、手振れにより生じた画像センサ11の位置変動量に応じて、第1及び第2リニア駆動装置9、11に各々上述した第1実施の形態と同様に図6に示すパルス電流を印加して駆動し、手振れ等による画像のぶれを防止する。

0053

この第2実施の形態によれば、従来モータにより駆動制御していた手振れ防止装置10にピエゾユニット22、24の振動を利用したリニア駆動装置7、9を用いているので、手振れ防止装置10を簡易な構成で且つ小型にすることができる。

0054

第1及び第2リニア駆動装置7、9では、各々所定の電圧で略倍の駆動トルクを得ることができるので、画像センサ11を迅速に駆動でき手振れ等のよる位置補正を迅速に行うことができる。

0055

本発明は上述した実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、各ピエゾユニット22、24における、一方及び他方のピエゾ素子17a、17bは、各々複数枚を積層するものであってもよい。このようにピエゾ素子を複数枚積層することにより、更に駆動軸(軸部材)側面に発生する振動の振幅を大きくできるので更に大きな駆動力を得ることができる。

0056

上述した実施の形態では、携帯電話に搭載されるレンズ駆動装置やカメラの手振れ防止装置を例に用いて説明したが、デジタルスチルカメラのレンズ駆動装置やカメラの手振れ防止装置として用いるものでも良い。

0057

被移動体は、上述したレンズホルダ3、5や画像センサ11に限らず、直線移動するものであればその用途は特に制限されない。

図面の簡単な説明

0058

第1実施の形態にかかるレンズ駆動装置を図3のA—A位置で切断して示す断面図である。
第1実施の形態にかかるレンズ駆動装置を図3のB—B位置で切断して示す断面図である。
第1実施の形態にかかるレンズ駆動装置を図1のC—C位置で切断して示す断面図である。
リニア駆動装置の概略構成を示した断面図である。
第1実施の形態にかかるリニア駆動装置の図であり、(a)は(b)に示すE−E断面図、(b)は正面図である。
電源制御部がピエゾユニットに供給するパルス電流の波形であり、(a)は一方のピエゾユニットに供給するパルス電流の波形図、(b)は他方のピエゾユニットに供給するパルス電流の波形図である。
駆動軸(軸部材)の側面に発生するパルス波の状態を説明する図である。
第2実施の形態にかかるカメラの手振れ防止装置の構成を示す正面図である。

0059

1レンズ駆動装置
3 第1レンズホルダ(被移動体)
5 第2レンズホルダ(被移動体)
7 第1リニア駆動装置
9 第2リニア駆動装置
10カメラの手振れ防止装置
13筐体
17a 一方のピエゾ素子
17b 他方のピエゾ素子
19振動子(弾性体)
21駆動軸(軸部材)
21a 一端部
21b 他端部
22 一方のピエゾユニット
24 他方のピエゾユニット

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