KR20160139607A - A human body sensing device using doppler sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명의 도플러센서를 이용한 사람과 동물 구별하는 인체감지 제어장치는 사람이나 동물의 열 적외선을 집광하는 집광렌즈(1)와, 집광된 열 적외선의 파장을 걸러주는 필터(2)와, 적외선 에너지에 의해 신호를 발생하는 도플러센서(3)와, 검출신호의 고주파 잡음을 제거하는 로우패스필터(4)와, 신호를 증폭하는 증폭기(5)와, 증폭기(5)를 통한 신호를 샘플링홀드(Sampling/Hold)하도록 샘플링 시간을 설정하고 주변온도에 따라 달라지는 열 에너지 분포 량의 변화량에 의한 한계범위(Threshold)를 설정을 하도록 하며 TTL 신호가 정해진 계수를 초과하면 출력신호를 발생토록 하는 마이콤(8)과, 아날로그 신호를 디지털화 하는 변환기(7)와, 입력되는 아날로그 신호 값이 설정된 값을 초과하면 양(+)의 파형(positive pulse)를 발생하는 미분기(9)와, 미분기(9)에 의한 양의 파형을 TTL 신호로 변환하는 TTL 변환회로(10)로 구성된다.A human body detection and control apparatus for distinguishing between humans and animals using the Doppler sensor of the present invention comprises a condenser lens 1 for condensing thermal infrared rays of a person or an animal, a filter 2 for filtering the wavelength of condensed thermal infrared rays, A low pass filter 4 for eliminating the high frequency noise of the detection signal, an amplifier 5 for amplifying the signal, and a demodulator 5 for sampling the signal through the amplifier 5 Sampling / Hold), set the threshold by the amount of change in the thermal energy distribution depending on the ambient temperature, and set the threshold when the TTL signal exceeds the specified coefficient. A microcomputer 9 for generating positive pulses when an inputted analog signal value exceeds a set value, and a microcomputer 9 for generating a negative pulse by a microcomputer Sheep And a TTL conversion circuit 10 for converting the waveform into a TTL signal.
Description
본 발명은 도플러센서를 이용한 사람과 동물 구별하는 인체감지 제어장치에 관한 것으로, 특히 일정한 감시구역내에 움직이는 물체가 침입하였을 경우 사람인지 동물인지를 구별하여 사람이라고 판단되었을 때는 그 대상이 사라질 때까지 타이머(Timer)없이 감지된 신호를 지속적으로 유지시키고 사라지면 그 신호를 끝내도록 하는 도플러센서를 이용한 사람과 동물 구별하는 인체감지 제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to a human body detection and control apparatus for distinguishing between humans and animals using a Doppler sensor. In particular, when a moving object enters a certain monitoring area, The present invention relates to a human body detection and control apparatus that distinguishes between a human and an animal using a Doppler sensor that continuously keeps a sensed signal without a timer and ends the signal when it disappears.
인체를 감지하는 인체감지 제어장치는 몇 가지가 개발되어 현재에도 사용되어 오고 있는데, 그 예를 살펴보면, 국내의 경우 적외선의 에너지 변화에 의한 인체감지를 하거나 어두운 실내에서 인체를 감지하여 조명등을 점·소등 하며, 또는 타이머 주기마다 인체를 감지하여 조명등을 점·소등하는 방법을 주로 사용하고 있다.Some human body detection and control devices that detect the human body have been developed and used in the present. For example, in the case of domestic, the human body is detected by the change of the infrared energy or the human body is detected in the dark room, Or a method of pointing and extinguishing an illumination light by sensing a human body every timer cycle is mainly used.
이러한 국내의 인체감지 제어장치는 사람인지 동물인지의 판별 정확도가 부족하여 잘못된 감지 신호에 의한 오작동이 많고 그에 따라 조명등에 적용 될 경우 전기가 크게 낭비되는 결과를 초래하는 것이다.Such a human body detection and control apparatus in domestic is not accurate enough to discriminate whether it is a human or an animal, so that there is a lot of malfunction due to an erroneous detection signal, and accordingly, electricity is wasted when applied to an illumination lamp.
일본의 경우에도 인체감지 제어장치가 개발되어 시판되고 있는데, 그 방식을 간략히 살펴보면, 적외선과 배경 차이에 의해 사람의 존재를 감지하는 방법, 적외선 입사 방향의 변화에 따른 인체와 소동물을 감지하는 방법 및 2개의 적외선 수광 센서를 이용하여 사람과 동물을 구별하는 감지기술 등이 있다.In Japan, a human body detection and control device has been developed and marketed. A brief description of the method is as follows: a method of detecting the presence of a person by the difference between infrared rays and background, a method of detecting a human body and a small animal according to a change in the direction of infrared ray incidence And sensing technology that distinguishes between humans and animals using two infrared light-receiving sensors.
이러한 일본의 기술에는 화상을 이용하여야 하므로 생산 단가가 높은 단점이 있는 것이다.Such Japanese technology has a disadvantage of high production cost because it requires the use of images.
본 발명의 목적은 사람과 동물의 구별이 매우 명확하게 이루어져 신뢰도를 크게 향상시킬 수 있는 인체 감지 장치를 안출함으로써, 조명등의 경우 전력의 낭비를 최소화하고 경비시스템의 경우 잘못 출동함에 따른 불필요한 인력이나 차량운행을 방지토록 하며, 아울러 매우 먼 거리에서도 감지가 가능한 도플러센서를 이용한 사람과 동물 구별하는 인체감지 제어장치를 제공하는 데 있다. It is an object of the present invention to provide a human body sensing apparatus capable of greatly improving reliability by clearly distinguishing between human beings and an animal, thereby minimizing waste of electric power in the case of an illumination light, The object of the present invention is to provide a human body detection and control apparatus that distinguishes between a human and an animal using a Doppler sensor capable of preventing operation and detecting at a very long distance.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 도플러센서를 이용한 사람과 동물 구별하는 인체감지 제어장치는, 움직이는 물체의 열 적외선을 감지하여 사람과 동물을 구분하기 위해 집광장치를 통해 감지되는 열 적외선을 검출기를 통해 검출하여 신호를 발생하는 인체감지 제어장치에 있어서, 사람이나 동물의 열 적외선을 집광하는 집광렌즈; 집광된 열 적외선의 파장을 걸러주는 필터; 적외선 에너지에 의해 신호를 발생하는 도플러센서; 검출신호의 고주파 잡음을 제거하는 로우패스필터; 신호를 증폭하는 증폭기; 상기 증폭기를 통한 신호를 샘플링홀드(Sampling/Hold)하도록 샘플링 시간을 설정하고 주변온도에 따라 달라지는 열 에너지 분포 량의 변화량에 의한 한계범위(Threshold)를 설정을 하도록 하며 TTL 신호가 정해진 계수를 초과하면 출력신호를 발생토록 하는 마이콤; 아날로그 신호를 디지털화 하는 변환기; 입력되는 아날로그 신호 값이 설정된 값을 초과하면 양(+)의 파형(positive pulse)를 발생하는 미분기; 및 상기 미분기에 의한 양의 파형을 TTL 신호로 변환하는 TTL 변환회로를 구비하여, 감시구역 내에 침입한 움직이는 물체의 열 적외선을 감지하여 사람과 동물을 판별하고 사람일 때만 출력 신호를 발생하는 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above object, a human body detection and control apparatus for distinguishing between humans and animals using the Doppler sensor of the present invention comprises a detector for detecting thermal infrared rays of a moving object, And generates a signal, the human body detection control apparatus comprising: A condenser lens for condensing thermal infrared rays of a person or an animal; A filter for filtering the wavelength of the condensed thermal infrared rays; A Doppler sensor for generating a signal by infrared energy; A low-pass filter for removing high-frequency noise of a detection signal; An amplifier for amplifying the signal; A sampling time is set so as to sample / hold a signal through the amplifier and a threshold value is set by a variation amount of a thermal energy distribution amount depending on an ambient temperature. When the TTL signal exceeds a predetermined coefficient A microcomputer for generating an output signal; A converter for digitizing the analog signal; A differentiator for generating a positive pulse when an input analog signal value exceeds a set value; And And a TTL conversion circuit for converting a positive waveform by the differentiator into a TTL signal, Infrared rays of a moving object entering the monitoring area are sensed to discriminate between a person and an animal, and an output signal is generated only when the person is a person.
이상 설명한 바와 같은 본 발명은 감시구역내의 넓고도 먼 거리범위 내에서 움직이는 물체를 감지하여 사람과 동물을 명확하게 구분 지을 수 있고 그에 따라 오보에 의한 전력이나 인력 의 낭비 등 많은 문제점들을 미연에 예방 할 수 있게 되는 효과가 있으며, 보안장치나 자동점등장치, 산업 자동화 등 광범위한 분야에서 유용하게 사용 될 수 있는 뛰어난 발명이라 할 것이다.As described above, the present invention can detect a moving object within a wide and a long distance range within a monitoring area to clearly distinguish between a person and an animal, thereby preventing many problems such as power and manpower waste due to oboe This is an excellent invention that can be used in a wide range of fields such as security devices, automatic lighting devices, and industrial automation.
도 1은 본 발명의 회로도도플러센서를 이용한 사람과 동물 구별하는 인체감지 제어장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 의한 인체 감지 신호 및 출력신호를 나타낸 도표이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of a human body detection and control apparatus for distinguishing between humans and animals using a Doppler sensor of the circuit diagram of the present invention. FIG.
FIG. 2 is a chart showing human body detection signals and output signals according to the present invention. FIG.
본 발명의 구성을 살펴보면, 먼저 감시하여야 할 구역을 향하도록 집광렌즈(1)를 설치하고 집광렌즈(1)에 의해 집광된 열 적외선의 파장을 걸러주는 필터(2)를 구성하며, 필터(2)를 통한 적외선 에너지를 받아 신호를 발생하는 도플러 센서(3)를 연이어 구성하였다.A
계속하여 상기 검출신호의 고주파 잡음을 제거하는 로우패스필터(4)(LPF; Low pass Filter)를 연결하고 신호를 증폭하는 증폭기(5)를 설치하였다.There is provided an
증폭기(5)를 통한 신호는 아날로그 신호를 디지털화 하는 변환기(7)를 거치도록 한후 마이콤(8)으로 연결시키되. 마이콤(8)은 증폭기(5)를 통과한 신호를 샘플잉홀드(Sampling/Hold)회로(6)가 샘플링하도록 시간을 설정하고 주변온도에 따라 달라지는 열 에너지 분포 량의 변화량에 의한 한계범위(Threshold)를 설정토록 하였으며, TTL신호(Transistor Transistor Logic Pulse)가 정해진 계수를 초과하면 출력신호를 발생토록 하였다. The signal through the
그리고 증폭기(5)를 통해 입력되는 아날로그 신호 값이 마이콤(8)에 의해 설정된 값을 초과하면 양(+)의 파형(positive pulse)이 발생하는 미분기(9)를 설치하고 미분기(9)에 의한 양(+)의 파형을 TTL신호로 변환하는 TTL 변환회로(10)로 구성하였다.When the analog signal value input through the
상기와 같이 구성된 본 발명의 좀더 자세한 구성과 작용을 살펴보면, 도 1에 도시된 바와 같이 움직이는 물체가 감시공간 내부로 들어오면 물체가 발산하는 열 적외선을 집광렌즈(1)를 통해 집광한후 적외선 파장 필터(2)를 거쳐 도플러센서(3)에 검출된다.As shown in FIG. 1, when a moving object enters the inside of the monitoring space, the infrared rays emitted by the object are condensed through the
도플러센서(3)에서 검출되는 신호는 로우패스필터(4)에 의하여 고주파 잡음이 제거된 다음 증폭기(5)에 의하여 증폭되고 그후 마이콤(8)에서 설정한 샘플링(Sampling) 시간으로 샘플링홀드회로(6)가 샘플링한 다음, 변환기(7)(A/D Converter)에 의해 디지털 데이타(Digital Data)로 변환된다.The signal detected by the
이것이 도 2에서의 배경 열 분포 계수 Q0가 되는 것으로, 이러한 Q0는 배경 열 분포에 타 물체의 침입이 없는 한 도2에서 보듯이 일정범위에서 유지되나 사람이 감시지역에 침입하면 인체 열에너지가 배경 열에너지에 추가되어 진다.This is the background heat distribution coefficient Q 0 in FIG. 2. Such a Q 0 is maintained in a certain range as shown in FIG. 2 unless there is an intrusion of another object in the background heat distribution. However, when a person enters the monitoring area, The background is added to the thermal energy.
이와 같은 열에너지 분포 량의 변화량은 주변온도에 따라 많이 달라지므로 따라서 한계범위설정도 주변온도에 따라 적당히 설정되어야 하며 이와 같은 조정은 마이콤(8)이 처리하도록 한다.Since the variation amount of the amount of heat energy distribution varies greatly according to the ambient temperature, the limit range setting should be appropriately set according to the ambient temperature, and such adjustment is processed by the
도 2에서 소문자 q0는 아날로그 신호이며 변환기(7)에 의하여 변환된 디지털 데이타는 Q0,즉 대문자로 표시되어진다.In FIG. 2, the lower case q 0 is an analog signal, and the digital data converted by the
도플러센서(2)의 신호(아날로그)q가 경계지역 내에 인체의 침입으로 도 2에서와 같이 상승한다.The signal (analog) q of the
q의 상승이 qth의 값을 추월 증가하기 시작하면 시간 미분기(9)가 작동하기 시작한다.When the rise of q begins to increase beyond the value of q th , the
q가 시간에 따라 증가하면 시간 미분기(9)에서 양(+)의 파형(Positive Pulse)가 생기며 이 펄스는 TTL 변환회로(10)에 의하여 TTL 신호로 변환되어 마이콤(8)에 입력된다.When the q increases with time, a positive pulse is generated in the
마이콤(8)은 이 펄스로 설정된 계수만큼 카운트하여 이 계수 이상 카운트 되면 오보가 아닌 인체의 출현으로 간주된다.The
동시에 마이콤(8)이 설정한 샘플링 타임마다 새로운 열 분포 계수 Qi가 계산되며 이 Qi는 이전의 열분포계수 Qi-1과 비교하여 증감을 계산한다.At the same time, a new heat distribution coefficient Qi is calculated for each sampling time set by the
ΔQ=(Qi - Qi-1)SR이 성립되면 Q의 변화가 없는 것으로 간주된다. 여기서 R은 오차의 Margin이다.ΔQ = (Qi - Qi -1 ) When SR is established, it is assumed that there is no change in Q. Where R is the margin of error.
감시지역 내에 인체의 출현으로 인하여 q(t)가 상승, 한계범위레벨 qth를 초과 계속 상승 열 분포 계수가 새로운 배경 열 QA가 도1의 증폭기(5), 샘플 홀드(6), 변환기(7)의 신호통로로 마이콤 계산 설정된다.Q (t) rises due to the appearance of a human body in the surveillance region, the exceeding of the limit range level qth and the continuing rise in the heat distribution coefficient cause a new background row Q A to flow through the
이 과정에서 마이콤(8)은 미분기(9)로 부터 발생되어 마이콤(8)으로 입력된 TTL신호의 정해진 계산을 통과하였으므로 오보가 아니고 인체의 출현으로 간주되어 이 시간부터 도 2의 (C)에서와 같은 출력신호를 내준다. In this process, since the
사람이 감시 지역에서 빠져나가면 새로운 Q값이 감소하기 시작하고 q신호가 qth, 한계범위로 계속 감소하면 미분기(9)에서 음(-)의 파형(Negative pulse)가 발생하며 이 음(-)의 파형(Negative pulse)은 다시 TTL 신호로 변환되어 마이콤(8)에 입력되며, 마이콤(8)은 정해진 수만큼 계수 하여 인체가 감시지역에서 벗어나게 됨을 인식하며 이때 도2(C)의 출력신호를 정지시켜준다.When a person exits the surveillance zone, the new Q value begins to decrease and when the q signal continues to decrease to the qth limit, a negative pulse is generated in the differentiator (9) The negative pulse is converted into a TTL signal and input to the
이 방법은 타이머를 사용하지 않고 열 분포 계수의 계속적인 연산과 미분기(9)에서 유도한 TTL 신호를 계수 인체의 입출 시점을 검출하여 자동 ON, OFF 하는 것이다.In this method, the continuous calculation of the heat distribution coefficient and the TTL signal derived from the
본 발명에서 중요한 핵심 기술이라 할 수 있는 인체와 동물을 판별 할 수 있는 판단 논리 정수를 도출하기 위한 예로써, 다음과 같은 변수(Parameter)를 가정할 수 있다.The following parameters can be assumed as an example for deriving a decision logic constant that can identify a human body and an animal, which are important core technologies in the present invention.
그림 1.Figure 1.
상기 그림 1에서 Vpp(감지전압; peak-to-peak Sensing Voltage)는 감지 생물체의 체온 및 체적(Volume)에 비례한다. 즉 인체의 체적은 대체적으로 동물의 체적보다 크므로 정지상태의 인체로부터 방사되는 열적외선 에너지는 동물로부터 방사되는 열 적외선 에너지 보다 크므로 인체의 감지로 검출된 Vpp는 동물의 감지로부터 검출된 V'pp보다 크다.In Figure 1, Vpp (peak-to-peak sensing voltage) is proportional to body temperature and volume of the organism. That is, since the volume of the human body is generally larger than the volume of the animal, the infrared infrared energy radiated from the human body at rest is larger than the infrared infrared energy emitted from the animal, so that Vpp detected by human body detection is V ' pp.
아래 그림 2에서 V'pp는 동물을 감지했을 때의 감지전압이며, 차단전압 VT(Threshold Voltage)를 V'pp보다 높게 잡아주면 동물에 의한 오보를 제거 할 수 있다.
In Figure 2 below, V'pp is the detection voltage when the animal is detected, and if the threshold voltage V T (Threshold Voltage) is set higher than V'pp, it is possible to eliminate the animal's error.
그림 2.Figure 2.
움직이는 인체 또는 동물로부터 방사되는 열 적외선 에너지 감지신호는 그 움직이는 생물체의 속도에 따라 그림1에서 표시한 α값이 변한다. α는 열 감지 신호의 증가율을 나타내며 dv/dt를 표시한다.The thermal infrared energy sensing signal emitted from a moving human body or animal changes with the α value shown in Figure 1 depending on the speed of the moving organism. α represents the rate of increase of the thermal sensed signal and represents dv / dt.
즉 빨리 움직이는 생물체로부터 감지된 열 감지 신호는 빠른 신호 증가율을 표시하게 될 것이다.
That is, the heat sensed signal detected from a fast moving organism will display a fast signal increase rate.
그림 3.Figure 3.
상기 그림 3에서 α는 빨리 움직이는 생물체의 신호 기울기이며 α'는 느리게 움직이는 생물체의 신호 기울기이다.In Figure 3, α is the signal slope of a fast moving organism and α 'is the signal slope of a slow moving organism.
또한 차단 전압에 의하여 도출된 시간(Time)인 Tt의 값에 의하여 속도를 차별 할 수 있다.Also, the speed can be differentiated by the value of Tt, which is the time derived from the cut-off voltage.
즉 그림 3에서 Tt는 빨리 움직이는 생물체로부터 VT에 의하여 계산된 시간이며 T't는 느리게 움직이는 물체의 열 적외선 에너지 감지신호가 미리 설정된 차단 전압 VT에 의하여 계산된 시간이다. Tt는 T't보다 작으므로 움직이는 물체의 속도를 구분 할 수 있다.In Figure 3, Tt is the time calculated by V T from the fast-moving organism and T t is the time calculated by the preset cut-off voltage V T for the infrared infrared energy sensing signal of the slow moving object. Since Tt is smaller than Tt, it is possible to distinguish the speed of a moving object.
이와 같이 감지구역에 침입한 생물체의 사람과 동물 구별은 검출된 열 적외선 에너지 신호의 파형을 분석하여 상기한 Vpp, α, Tt의 값 등에 의해서 구별 할수 있다.The distinction between the human and the animal of the organism that enters the detection zone can be distinguished by the values of Vpp, alpha, and Tt by analyzing the waveform of the detected infrared infrared energy signal.
즉 일반적으로 동물의 움직임은 사람보다 빠르다고 가정 할 수 있으며 열 적외선 감지 신호는 인체의 것보다 작다고 가정 할 수 있다.In other words, it can be assumed that the movement of an animal is generally faster than that of a person, and that a thermal infrared detection signal is smaller than that of the human body.
낙엽 등, 기타 주변 잡물의 자연이동에 의한 오보는 상기한 동물에 의한 오보방지에 의해 모두 처리된다.Misbranding due to natural movement of leaves, such as fallen leaves and other surrounding objects, is all prevented by preventing misuse by the above-mentioned animals.
1:집광렌즈
2:적외선 파장 필터
3:도플러센서
4:로우패스필터(LPF;Low Pass Filter)
5:증폭기
6:샘플링홀드회로
7:변환기
8:마이콤
9:미분기
10:TTL 변환회로1: condenser lens 2: infrared wavelength filter
3: Doppler sensor 4: Low pass filter (LPF)
5: Amplifier 6: Sampling and holding circuit
7: Converter 8: Microcomputer
9: differentiator 10: TTL conversion circuit
Claims (1)
사람이나 동물의 열 적외선을 집광하는 집광렌즈(1);
집광된 열 적외선의 파장을 걸러주는 필터(2);
적외선 에너지에 의해 신호를 발생하는 도플러센서(3);
검출신호의 고주파 잡음을 제거하는 로우패스필터(4);
신호를 증폭하는 증폭기(5);
상기 증폭기(5)를 통한 신호를 샘플링홀드(Sampling/Hold)하도록 샘플링 시간을 설정하고 주변온도에 따라 달라지는 열 에너지 분포 량의 변화량에 의한 한계범위(Threshold)를 설정을 하도록 하며 TTL 신호가 정해진 계수를 초과하면 출력신호를 발생토록 하는 마이콤(8);
아날로그 신호를 디지털화 하는 변환기(7);
입력되는 아날로그 신호 값이 설정된 값을 초과하면 양(+)의 파형(positive pulse)를 발생하는 미분기(9); 및
상기 미분기(9)에 의한 양의 파형을 TTL 신호로 변환하는 TTL 변환회로(10)를 구비하여,
감시구역 내에 침입한 움직이는 물체의 열 적외선을 감지하여 사람과 동물을 판별하고 사람일 때만 출력 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 도플러센서를 이용한 사람과 동물 구별하는 인체감지 제어장치.A human body detection and control device for detecting thermal infrared rays of a moving object and detecting thermal infrared rays sensed through a light collecting device to distinguish between a person and an animal through a detector,
A condenser lens (1) for condensing thermal infrared rays of a person or an animal;
A filter (2) for filtering the wavelength of the condensed thermal infrared rays;
A Doppler sensor 3 for generating a signal by infrared energy;
A low-pass filter (4) for removing high-frequency noise of a detection signal;
An amplifier 5 for amplifying the signal;
A sampling time is set so as to sample / hold a signal through the amplifier 5, a threshold is set by a variation amount of thermal energy distribution amount depending on the ambient temperature, and a TTL signal is set to a predetermined coefficient A microcomputer 8 for generating an output signal when the output signal exceeds a predetermined value;
A converter 7 for digitizing the analog signal;
A differentiator 9 for generating positive pulses when an input analog signal value exceeds a set value; And
And a TTL conversion circuit 10 for converting a positive waveform generated by the differentiator 9 into a TTL signal,
Wherein a human body and an animal are distinguished by detecting thermal infrared rays of a moving object intruding into a monitoring area, and an output signal is generated only when the person is a human.
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KR (1) | KR20160139607A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102039569B1 (en) * | 2019-06-04 | 2019-11-01 | 김성식 | Method Of Identifying Human Being And Animal Using Microwave Motion Sensor |
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2015
- 2015-05-28 KR KR1020150074796A patent/KR20160139607A/en unknown
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102039569B1 (en) * | 2019-06-04 | 2019-11-01 | 김성식 | Method Of Identifying Human Being And Animal Using Microwave Motion Sensor |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20150528 |
|
PG1501 | Laying open of application | ||
PC1203 | Withdrawal of no request for examination |