JP4282103B2 - レーザマーキング装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は被加工物上でレーザ光を走査してマーキングを行うレーザマーキング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
たとえば、半導体パッケージや金属板などの被加工物に商標や型番などのマークをマーキングする場合、消えることなく鮮明なマークを非接触でマーキングできる装置としてレーザマーキング装置が幅広く応用されている。
【0003】
レーザマーキング装置には、マスクのパターンをレンズで転写するマスク式のマーキング装置と、2枚のミラーの傾きを制御することにより一筆書きの要領でマーキングをするスキャニング式のマーキング装置とが知られている。被加工物が半導体パッケージの場合、半導体ウエハについての品質管理であるロットトレーザビリティの関係上、最近では上記ミラーの角度を電子制御してマーキングパターンを変更できる、スキャニング式のマーキング装置が多く用いられている。
【0004】
一方、マーキング工程は、ラインの合理化の点からT/F(トリム/フォーム)工程や検査工程などにおけるワークハンドリング装置であるハンドラに搭載する場合が多く、そのような場合には小型で組み込み性に優れたレーザマーキング装置が要求される。
【0005】
そのような要求に応じたマーキング装置としてレーザ発振器とスキャニングユニットを分離し、小型のスキャニングヘッドだけを加工点近傍に設置し、レーザ発振器で出力されたレーザ光を光ファイバによって上記スキャニングヘッドに導くということが行われている。
【0006】
上記スキャニングヘッドは、所定方向に揺動駆動されるとともに上記光ファイバから出射するレーザ光がコリメートレンズを通じて入射する第1のミラーと、この第1のミラーの揺動の軸線と交差する軸線を中心にして揺動駆動されるとともに上記第1のミラーから出射したレーザ光が入射する第2のミラーと、この第2のミラーから出射したレーザ光を集光して被加工物に照射させる集光レンズ (fθレンズ)とから構成されている。
【0007】
したがって、上記第1のミラーと第2のミラーとの揺動角度を制御することで、レーザ光を被加工物上で所定の軌跡で走査させ、マーキングできるようになっている。
【0008】
ところで、上記構成のレーザマーキング装置でマーキングを行った場合、光ファイバから出射して被加工物上で集光されるレーザ光L1 の強度分布は、図8(a)に示すように中心部分Bが高く、周縁部分Aが低くなっている。とくに、光ファイバがグレーデットインデックス型の光ファイバの場合にはとくにその傾向が強く、またステップインデックス型の光ファイバの場合にもその傾向がある。
【0009】
このような強度分布のレーザ光L1 で、図8(b)に示すように複数の直線状のマークを所定の間隔gでマーキングする場合には、最初にマークM1 をマーキングすると、そのマークM1 はレーザ光L1 の強度が高い中心部分Bによってマーキングされるものの、その周囲は上記レーザ光L1 の強度の低い周縁部分Aによって照射加熱される。
【0010】
つぎに、上記マークM1 の両側に鎖線で示すように間隔gでレーザ光L2 、L3 によってマークM2 とマークM3 をマーキングする場合、これらのマーキング個所は最初のマークM1 をマーキングした際に、レーザ光L1 の周辺部分Aによって照射加熱された部分を、つぎのレーザ光L2 、L3 の強度の高い中央部分Bによって再び照射加熱されることになる。また逆にマークM1 はL2 、L3 の強度の低いB部分で再加熱される。
このように、被加工物の同一個所がレーザ光の強度の異なる部分で複数回照射加熱されると、その照射個所が炭化や酸化してしまい、マーキング不良や外観の低下を招くということがあり、とくに被加工物が半導体パッケージなどのように合成樹脂で形成されている場合にはその影響が大きくなるということがある。
【0011】
したがって、このようなマーキング不良をなくすためには、被加工物の同一個所をレーザ光で複数回にわたって照射加熱しないようにしなければならない。それ故に、隣り合うマークの間隔を、最初にマーキングするときにレーザ光の強度の低い部分で照射された範囲から外れるようにしなければならないから、マーキングされるマークの間隔に制限を受けるということになる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
このように、光ファイバから出射するレーザ光は、強度の高い中心部分と、強度の低い周辺部分とを有する強度分布となっているので、マークを狭い間隔でマーキングする必要がある場合、レーザ光の強度の低い部分で照射された範囲に、つぎのマークがマーキングされることになるので、その部分が複数回にわたって照射加熱されることで、その部分に形成されるマークが炭化等をしてしまうということがあり、またマークの炭化等を防止しようとすると、マークの間隔を狭くできなくなるということがある。
【0013】
この発明は、被加工物を炭化等をせることなく、マーキングすることができ、しかもマークの間隔を狭くしてマーキングできるようにしたレーザマーキング装置を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、被加工物上でレーザ光を走査し、この被加工物にマーキングを行うレーザマーキング装置において、
レーザ発振器と、
このレーザ発振器から出力されたレーザ光が導入される光ファイバと、
この光ファイバから出射されるレーザ光を上記被加工物上で走査させる走査手段と、
この走査手段によって走査されるレーザ光を集光する集光手段と、
上記光ファイバの出射側に設けられ光ファイバから出射されるレーザ光のビーム断面における周縁部分が上記被加工物を照射するのを阻止し、中心部分を上記被加工物に照射させる照射ビーム成形手段を具備し、
上記光ファイバの出射端面は、この端面における上記光ファイバの中心部分を除く周縁部分がレーザ光を散乱させる散乱面に形成されてなることを特徴とする。
【0017】
請求項2の発明は、被加工物上でレーザ光を走査し、この被加工物にマーキングを行うレーザマーキング装置において、
レーザ発振器と、
このレーザ発振器から出力されたレーザ光が導入される光ファイバと、
この光ファイバから出射されるレーザ光を上記被加工物上で走査させる走査手段と、
この走査手段によって走査されるレーザ光を集光する集光手段と、
上記光ファイバの出射側に設けられ光ファイバから出射されるレーザ光のビーム断面における周縁部分が上記被加工物を照射するのを阻止し、中心部分を上記被加工物に照射させる照射ビーム成形手段を具備し、
上記光ファイバの出射側の端部は光ファイバコネクタに接続され、この光ファイバコネクタには上記光ファイバの出射端面に対向して上記照射ビーム成形手段が設けられていることを特徴とする。
【0018】
請求項3の発明は、被加工物上でレーザ光を走査し、この被加工物にマーキングを行うレーザマーキング装置において、
レーザ発振器と、
このレーザ発振器から出力されたレーザ光が導入される光ファイバと、
この光ファイバから出射されるレーザ光を上記被加工物上で走査させる走査手段と、
この走査手段によって走査されるレーザ光を集光する集光手段と、
上記光ファイバの出射側に設けられ光ファイバから出射されるレーザ光のビーム断面における周縁部分が上記被加工物を照射するのを阻止し、中心部分を上記被加工物に照射させる照射ビーム成形手段を具備し、
上記光ファイバの出射側の端部は光ファイバコネクタに接続され、このファイバコネクタは筒状部材に着脱自在に接続されるとともに、上記筒状部材には、上記光ファイバコネクタを接続したときに上記光ファイバの出射端面に対向する部位に上記照射ビーム成形手段が設けられていることを特徴とする。
【0021】
請求項1の発明によれば、光ファイバの出射側の端面の周辺部分を散乱面に形成したことで、レーザ光の強度が低い周辺部分を散乱させることができるから、その被加工物をレーザ光のビーム断面の強度が高い中心部分だけで照射することができ、しかもそのために専用の光学部品を必要とすることがない。
【0022】
請求項2の発明によれば、光ファイバの出射側の端部に設けられるファイバコネクタに照射ビーム成形手段を設けるようにしたことで、この照射ビーム成形手段を設けるために専用のスペースを確保しなくてすむ。
【0023】
請求項3の発明によれば、照射ビーム成形手段をファイバコネクタが接続されるレセプタクルに設けるようにしたことで、この照射ビーム成形手段を設けるために専用のスペースを確保しなくてすむ。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の第1の実施の形態を図1乃至図4を参照して説明する。
図3に示すこの発明のレーザマーキング装置はQスイッチYAGレーザなどのレーザ光Lをパルス状に出力するレーザ発振器11を備えている。このレーザ発振器11から出力されたレーザ光Lは集光レンズ12で集束され、たとえばグレーデッドインデックス型などの光ファイバ13の入射端面へ入射するようになっている。
【0025】
上記光ファイバ13は、図2に示すようにコア13aおよびこのコア13aを被覆したクラッド13bからなり、光ファイバ13へ入射したレーザ光Lは上記コア13aを通ってその出射端面13cから出射する。
【0026】
上記光ファイバ13の出射側の端部には図1に示すように光ファイバコネクタとしてのコネクタ14が取着されている。このコネクタ14には、レーザ光Lを透過させる材料、たとえば透明なガラスなどの材料からなる板状部材15が上記光ファイバ13の出射端面13cに対向して保持されている。この板状部材15は照射ビーム成形手段を形成している。
【0027】
上記板状部材15には、図2に示すように中心部分に上記コア13aの出射端面13cから出射するレーザ光Lのビーム断面の中心部分を通過させる通光部としてのピンホール16aが形成され、このピンホール16a以外の部分はビーム断面における周縁部分を散乱させる散乱面16bに形成されている。
【0028】
この実施の形態では上記板状部材15の両面を散乱面16bに形成したが、散乱面16bは一方の面だけであってもよく、また板状部材15がレーザ光Lを透過しない材料の場合には、コア13aの出射端面13cに対向する一方の板面を散乱面16bに形成すればよい。
【0029】
つまり、光ファイバ13から出射したレーザ光Lは、上記板状部材15によって図4(a)に鎖線で示す強度の低い周縁部分Aが上記散乱面16bで散乱させられて図2に示すように散乱光Sとなり、強度の高い中心部分Bだけがピンホール16aを通過することになる。
【0030】
上記ピンホール15を通過したレーザ光Lは、図3に示すようにコリメートレンズ17で平行光にされて走査手段を形成する第1のミラー18に入射する。この第1のミラー18は第1の駆動部19によって所定方向、たとえばX方向に所定の角度で揺動駆動されるようになっている。
【0031】
上記第1のミラー18から出射したレーザ光Lは第2のミラー21に入射する。この第2のミラー21は第2の駆動部22によって上記第1のミラーの揺動方向と交差する方向、たとえばY方向に所定の角度で揺動駆動されるようになっている。
【0032】
上記第2のミラー21から出射したレーザ光Lは集光レンズであるfθレンズ23で集光されて被加工物24を照射する。したがって、上記第1のミラー18と第2のミラー21とを揺動駆動することで、上記レーザ光Lを被加工物24上で任意の方向に走査できるようになっている。
【0033】
上記レーザ発振器11、上記第1の駆動部19および第2の駆動部22は制御装置25によって制御されるようになっている。たとえば、被加工物24の種類によってレーザ発振器11から出力されるレーザ光Lの強度を制御したり、被加工物24に形成するマークに応じて予め入力されたデータに基づいて上記第1のミラー18と第2のミラー21との揺動角度を制御できるようになっている。
【0034】
上記構成のレーザマーキング装置によれば、光ファイバ13のコア13aの出射端面13cから出射するレーザ光Lは、コネクタ14に保持された板状部材15に入射する。この板状部材15には、レーザ光Lのビーム断面の強度が高い中心部分Bだけを通過させるピンホール16aと、強度が低い周縁部分Aを散乱させる散乱面16bとが形成されている。
【0035】
そのため、上記板状部材15を通過したレーザ光Lは、強度が低い周縁部分Aが散乱されることで、強度が高い中心部分Bだけとなる。そして、コリメートレンズ17、第1のミラー18および第2のミラー21を経てfθレンズ23で集光され、被加工物24を照射するレーザ光Lの強度分布は、図4(a)に示すように周縁部分Aの強度の低い部分がなく、中心部分Bの強度が高い部分だけとなる。
【0036】
つまり、fθレンズ23によって集光されて被加工物24を照射するレーザ光Lはマーキングに有効に作用する強度の高い中心部分Bだけとなるから、強度の低い周縁部分Aが裾をひいたように分布するということがなくなる。そのため、図4(b)に示すように複数のマークMを狭い間隔でマーキングしても、強度の低い周縁部分Aで照射加熱された箇所を、強度の高い中心部分Bで照射加熱して炭化や酸化をさせるということをなくすことができる。
【0037】
この実施の形態では、図4(a)に示すように板状部材15に形成されるピンホール16aの径、つまりピンホール16aを通過するレーザ光Lの径Dを、マーキングに有効に作用するレーザ光Lの強度の高い部分Bの径dよりも大きくしているが、ピンホール16aの径をマークMの幅寸法Wに近づけることで、マーキング間隔をさらに狭くすることができる。
【0038】
また、板状部材15をレーザ光Lが透過する材料で形成し、強度が高い部分Bはピンホール16aを通過させ、レーザ光Lの強度が低い部分Aは散乱面16bで散乱させるようにした。そのため、板状部材15がレーザ光Lの熱を吸収することがほとんどないから、その板状部材Lが早期に熱損するのを防止することもできる。
【0039】
さらに、板状部材15をコネクタ14に設けるようにしたことで、板状部材15を設けるために専用のスペースや取付け用の部品などを確保しなくてすむ。そのため、板状部材15を設けることで、装置の大型化や部品点数の増大などを招くのを防止できる。
【0040】
図5はこの発明の第2の実施の形態を示す板状部材15Aの変形例で、この板状部材15Aはレーザ光Lを透過する材料、たとえばガラスなどによって形成されていて、光ファイバ13から出射するレーザ光Lの強度の高い中心部分B以外の、強度の低い周縁部分Aに対応する部分を散乱面16bに形成した。なお、散乱面16bは板状部材15Aの一方の面、この場合にはレーザ光Lが出射側の面にだけ形成されている。
【0041】
このような板状部材15Aによれば、第1の実施の形態の板状部材15のように、ピンホール16aを形成しなくてすむから、その製作の容易化を図ることができるばかりか、第1の実施の形態と同様、板状部材15Aがレーザ光Lの熱によって早期に損傷するのを防止できる。
【0042】
この実施の形態において、板状部材15Aの両面を散乱面16bに形成してもよいことは勿論である。
図6はこの発明の第3の実施の形態を示す。この実施の形態は第1の実施の形態あるいは第2の実施の形態に示された板状部材15、15Aを、コネクタ14に代わり、このコネクタ14が接続される筒状部材としてのレセプタクル31に設けるようにした。
【0043】
つまり、上記レセプタクル31は、コリメートレンズ17、反射ミラー18、21、fθレンズ23などの光学部品が収容された筐体32に設けられ、このレセプタクル31の接続孔31aに光ファイバ13のコネクタ14を接続することで、光ファイバ13から出射したレーザ光Lをコリメートレンズ17に入射させることができるようになっている。
【0044】
そこで、上記レセプタクル31の接続孔31aに上記コネクタ14を接続したときに、光ファイバ13の出射端に対向するよう、上記レセプタクル31に、板状部材15または15Aを設けるようにした。
【0045】
レセプタクル31に、板状部材15または15Aを設けるようにすれば、コネクタ14に設けた場合と同様、板状部材15または15Aを設けるために専用のスペースを確保したり、取付け用の部品を用いるなどのことが不要となるばかりか、コネクタ14に設けた場合のように、コネクタ14を取り外したときに外部に露出するということがないから、コネクタ14を着脱する際に板状部材15または15Aを損傷させることもない。
【0046】
図7はこの発明の第4の実施の形態で、この実施の形態は光ファイバ13のコア13aの出射端面13cの中心部分を平滑面41とし、周辺部分をエッチング加工などで凹凸状の散乱面42に形成するようにした。
【0047】
このような構成によれば、上記コア13aの平滑面41から出射するレーザ光L、つまり強度の高い部分はコリメートレンズ17に入射するが、強度の低い周辺部分は散乱面42から出射することで周囲に散乱してコリメートレンズ17に入射しない。そのため、この実施の形態によれば、上記各実施の形態に示された板状部材15または15Aを用いた場合と同様に、被加工物24を炭化させることなく、マーキングすることができる。
【0048】
この発明は上記各実施の形態に限定されず、種々変形可能である。たとえば、板状部材をピンホールを有するとともにレーザ光を反射する材料で形成し、レーザ光の強度の高い中心部分は上記ピンホールを通過させ、強度の低い周縁部分を反射せることで、その周縁部分が被加工物を照射しないようにしてもよい。
【0049】
また、本発明の第1の実施の形態と第2の実施の形態とを組み合わせて第2の実施の形態と同じく光ファイバの出射端に平滑面および散乱面を形成し、そして第1の実施の形態と同じく板状部材にピンホールや散乱面を形成してもよい。
【0050】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明は、光ファイバから出射したレーザ光のビーム断面のうち、強度の高い中心部分だけで被加工物を照射し、強度の低い周辺部分が被加工物を照射することがないようにした。
【0051】
そのため、被加工物にマーキングする際、マークの間隔を狭くしても、被加工物のレーザ光の強度の低い部分で照射された個所が強度の高い部分で照射されるということがないから、被加工物のマーキング個所が炭化等をするのを防止できるばかりか、被加工物にマーキングするマークの間隔を狭くすることができるなどの利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態を示すコネクタの一部の断面を表した側面図。
【図2】同じく光ファイバの出射側の端部の拡大断面図。
【図3】同じくレーザマーキング装置の概略的構成図。
【図4】(a)は同じく被加工物を照射するレーザ光の強度分布の説明図、(b)は同じく被加工物にマーキングされるマークの説明図。
【図5】この発明の第2の実施の形態を示す板状部材の側面図。
【図6】この発明の第3の実施の形態を示すレセプタクルの断面図。
【図7】この発明の第4の実施の形態を示す光ファイバの出射端面の拡大断面図。
【図8】(a)は従来の被加工物をマーキングするレーザ光の強度分布図、(b)は同じくそのレーザ光で複数の直線を所定の間隔でマーキングした場合の説明図。
【符号の説明】
11…レーザ発振器
13…光ファイバ
14…コネクタ
15、15A…板状部材(ビーム成形手段)
16a…ピンホール(通光部)
16b…散乱面(散乱部)
18…第1の反射ミラー(走査手段)
21…第2の反射ミラー(走査手段)
23…fθレンズ(集光手段)
31…レセプタクル
41…平滑面
42…散乱面
Claims (3)
- 被加工物上でレーザ光を走査し、この被加工物にマーキングを行うレーザマーキング装置において、
レーザ発振器と、
このレーザ発振器から出力されたレーザ光が導入される光ファイバと、
この光ファイバから出射されるレーザ光を上記被加工物上で走査させる走査手段と、
この走査手段によって走査されるレーザ光を集光する集光手段と、
上記光ファイバの出射側に設けられ光ファイバから出射されるレーザ光のビーム断面における周縁部分が上記被加工物を照射するのを阻止し、中心部分を上記被加工物に照射させる照射ビーム成形手段を具備し、
上記光ファイバの出射端面は、この端面における上記光ファイバの中心部分を除く周縁部分がレーザ光を散乱させる散乱面に形成されてなることを特徴とするレーザマーキング装置。 - 被加工物上でレーザ光を走査し、この被加工物にマーキングを行うレーザマーキング装置において、
レーザ発振器と、
このレーザ発振器から出力されたレーザ光が導入される光ファイバと、
この光ファイバから出射されるレーザ光を上記被加工物上で走査させる走査手段と、
この走査手段によって走査されるレーザ光を集光する集光手段と、
上記光ファイバの出射側に設けられ光ファイバから出射されるレーザ光のビーム断面における周縁部分が上記被加工物を照射するのを阻止し、中心部分を上記被加工物に照射させる照射ビーム成形手段を具備し、
上記光ファイバの出射側の端部は光ファイバコネクタに接続され、この光ファイバコネクタには上記光ファイバの出射端面に対向して上記照射ビーム成形手段が設けられていることを特徴とするレーザマーキング装置。 - 被加工物上でレーザ光を走査し、この被加工物にマーキングを行うレーザマーキング装置において、
レーザ発振器と、
このレーザ発振器から出力されたレーザ光が導入される光ファイバと、
この光ファイバから出射されるレーザ光を上記被加工物上で走査させる走査手段と、
この走査手段によって走査されるレーザ光を集光する集光手段と、
上記光ファイバの出射側に設けられ光ファイバから出射されるレーザ光のビーム断面における周縁部分が上記被加工物を照射するのを阻止し、中心部分を上記被加工物に照射させる照射ビーム成形手段を具備し、
上記光ファイバの出射側の端部は光ファイバコネクタに接続され、このファイバコネクタは筒状部材に着脱自在に接続されるとともに、上記筒状部材には、上記光ファイバコネクタを接続したときに上記光ファイバの出射端面に対向する部位に上記照射ビーム成形手段が設けられていることを特徴とするレーザマーキング装置。
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