JP2004341021A - 微小部品貼り合せ装置及び微小部品貼り合せ方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】駆動部5を駆動させて第1の微小部品11と第2の微小部品12との相対位置を変化させると共に、間隔検出部61、62によって第1の微小部品11の上端部位置及び第2の微小部品12の下端部位置を検出し、これら間隔検出部61、62の検出結果に基づき、演算部7は、第1の微小部品11の上端部と第2の微小部品12の下端部との距離を演算し、この演算結果に基づいて駆動制御部8を制御して第1の微小部品11と第2の微小部品12とを貼り合せるように駆動部5を制御する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小部品の実装や組立等の工程において、微小部品同士の間隔を高精度に保って貼り合せることが可能な微小部品貼り合せ装置及び微小部品貼り合せ方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
光デバイス等の分野では、複数の微小部品の相対位置を高精度に決定して実装することが重要な場合がある。例えば、光デバイスにおいて、光損失をできるだけ少なくするためには、光源であるレーザダイオードの出射部位とその導波路素子の入射部位とを厳密に一致させる必要がある。
【0003】
このように複数の微小部品の相対位置を高精度に一致させる技術としては、例えば、特許文献1のような技術が提案されている。この特許文献1の提案において、微小部品の水平方向の位置決めはマーカを利用して行う。一方、垂直方向の位置決めは、基板上に形成された光導波路素子の上面位置を基準として、まず、光導波路とレーザダイオードとの当接位置をロードセルセンサによって測定する。または、光導波路の上面位置及びレーザダイオードの下面位置を双方向測長器によって測定する。そして、この測定した位置を基準として光導波路とレーザダイオードの垂直方向位置決めを行う。これらの手法では、水平方向はもとより、垂直方向についても高精度に位置決めを行うことが可能である。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−332803号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このような特許文献1の技術を応用して、2つの微小部品、例えば上記光導波路とレーザダイオードの垂直方向の位置決めを行って、これら2つの微小部品の間隔を作業者の所望する値に精度良く一致させて貼り合せる場合を考える。しかしながら、上述した2つの微小部品の当接位置を予め測定する手法或いは2つの微小部品の初期位置を測定する手法の何れも、2つの微小部品貼り合せを行う前に、2つの微小部品の貼り合せ位置の基準となる位置を測定しなければならないので作業工程数が多くなる。
【0006】
また、最初に設定した2つの微小部品の貼り合せの基準となる位置と2つの微小部品の実際の貼り合せ位置との相対位置が、2つの微小部品の貼り合せ時においても維持されているかどうかは定かではない。即ち、前述した何れの手法を用いても、貼り合せ動作中の2つの微小部品間の距離を知ることはできないので、2つの微小部品間の距離を作業者の所望する値に精度良く一致させて貼り合せることは困難である。
【0007】
また、この場合に、2つの微小部品の貼り合せの基準となる位置と2つの微小部品の貼り合せ位置との相対位置を2つの微小部品の貼り合せ時においても維持させるためには、2つの微小部品の移動方向などの多くの相対位置を事前に厳密に調整する必要があり、非常に手間がかかる。
【0008】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、光素子などの微小部品の実装や組立時において、微小部品間の距離を作業者の所望する値に精度良く一致させて、微小部品を貼り合せることが可能な微小部品貼り合せ装置及び微小部品貼り合せ方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の第1の態様の微小部品貼り合せ装置は、第1の微小部品を戴置する戴置部と、上記戴置部に対向して配置され、第2の微小部品を保持する保持部と、上記戴置部又は上記保持部の少なくとも一方を移動させて、上記第1の微小部品と上記第2の微小部品との貼り合せ方向に関する相対位置を変化させる駆動部と、上記駆動部により上記第1の微小部品と上記第2の微小部品の貼り合せ方向の相対位置を変化させているときに上記第1の微小部品の上端部位置及び上記第2の微小部品の下端部位置を検出する間隔検出部と、上記間隔検出部の検出結果に基づき、上記第1の微小部品の上端部と上記第2の微小部品の下端部との距離を演算する演算部と、上記演算部で演算した上記第1の微小部品の上端部と上記第2の微小部品の下端部との距離が所望の貼り合せ位置に相当する値となるように上記駆動部を制御する駆動制御部とを具備する。
ここで、第1の態様の駆動部は、第1〜第3の実施形態の移動部4又は駆動部5に該当する。また、間隔検出部は、第1の実施形態の間隔検出部61,62、第2の実施形態の撮像部611,621、及び第3の実施形態の投受光部612,622が該当する。
第1の態様において、間隔検出部は、貼り合せ動作中の第1の微小部品の上端部位置と第2の微小部品の下端部位置とを検出する。演算部は、間隔検出部で検出した位置から貼り合せ動作中の微小部品間の距離を演算する。駆動制御部は、微小部品間の距離が作業者の所望する値となるように、駆動部の移動量や移動速度の指令を変更して、微小部品の距離を作業者の所望する値に精度良く一致させて、複数の微小部品を貼り合せる。
即ち、駆動制御部が、貼り合せ動作中の微小部品の実際の距離の変化に応じて駆動部の駆動量や駆動速度などを指令するので、接合部材の硬化収縮や、熱などによる各部の変形があっても微小部品間の距離を作業者の所望する値に精度良く一致させて、複数の微小部品を貼り合せることができる。
【0010】
また、上記の目的を達成するために、本発明の第2の態様の微小部品貼り合せ装置は、第1の態様において、上記間隔検出部は、上記第1の微小部品と上記第2の微小部品の貼り合せ方向と略直交する複数の方向から上記第1の微小部品の上端部位置及び上記第2の微小部品の下端部位置を検出する。
第2の態様において、間隔検出部は、貼り合せ動作中の貼り合せ方向と略直交する複数の方向から第1の微小部品の上端部位置及び上記第2の微小部品の下端部位置を検出する。演算部は、間隔検出部で検出した位置から貼り合せ動作中の微小部品間の距離を演算する。駆動制御部は、微小部品間の距離が作業者の所望する値となるように、駆動部の移動量や移動速度の指令を変更して、微小部品の距離を作業者の所望する値に精度良く一致させて、複数の微小部品を貼り合せる。
即ち、貼り合せ方向と略直交する複数の方向から、微小部品の距離を間隔検出部で検出するので、微小部品間の距離が測定位置により異なる場合でも微小部品間の距離が演算でき、貼り合せ動作中の微小部品の実際の距離の変化に応じて駆動部の駆動量や駆動速度などを指令することができるので、接合部材の硬化収縮や、熱などによる各部の変形があっても微小部品間の距離を作業者の所望する値に精度良く一致させて、複数の微小部品を貼り合せることができる。
【0011】
また、上記の目的を達成するために、本発明の第3の態様の微小部品貼り合せ装置は、第1又は第2の態様において、上記間隔検出部は、上記貼り合せ方向に対して略直交する複数の方向から上記第1の微小部品の端部の画像及び上記第2の微小部品の端部の画像を撮像する撮像部を含み、上記演算部は、上記撮像部によって撮像した上記端部の画像に基づいて上記第1の微小部品の上端部と上記第2の微小部品の下端部との距離を演算する。
ここで、第3の態様の間隔検出部は、第2の実施形態の撮像部611,621が該当する。
第3の態様において、撮像部により撮像した第1及び第2の微小部品の端部の画像を用いて、演算部は、第1の微小部品の上端部位置と第2の微小部品の下端部位置を検出し、これら位置情報から第1の微小部品と第2の微小部品の距離を演算する。
即ち、第1の微小部品の上端部位置と第2の微小部品の下端部位置を画像から検出するための判定条件などは、第1と第2の微小部品に合わせて自在に設定できるので、多くの種類の第1と第2の微小部品について、撮像部を交換したり精密に調整したりすることなく、微小部品間の距離を作業者の所望する値に精度良く一致させて、複数の微小部品を貼り合せることができる。
【0012】
また、上記の目的を達成するために、本発明の第4の態様の微小部品貼り合せ装置は、第1又は第2の態様において、上記間隔検出部は、上記第1の微小部品及び上記第2の微小部品の端面に光を投光し、これら端面からの反射光を受光する投受光部を含み、上記演算部は、上記投受光部によって受光した上記第1の微小部品及び上記第2の微小部品の端面からの反射光に基づいて、上記第1の微小部品の上端部と上記第2の微小部品の下端部との距離を演算する。
ここで、第1の態様の間隔検出部は、第3の実施形態の投受光部612,622が該当する。
第4の態様において、第1と第2の微小部品の端面へ測定光を投光して第1と第2の微小部品の端面からの測定光の反射光を受光し、この受光した反射光に基づいて、第1の微小部品の上端部位置と第2の微小部品の下端部位置を検出し、第1の微小部品と第2の微小部品との距離を演算する。
即ち、第1と第2の微小部品端面からの反射光の光量や位置から第1の微小部品の上端部位置と第2の微小部品の下端部位置とを検出するための判定条件などは、第1及び第2の微小部品の種類に合わせて自在に設定できるので、多種の第1及び第2の微小部品について、微小部品の距離を作業者の所望する値に精度良く一致させて、複数の微小部品を貼り合せることができる。
【0013】
また、上記の目的を達成するために、本発明の第5の態様の微小部品貼り合せ装置は、第1〜第4の態様において、上記演算部は、上記第1の微小部品の上端部と上記第2の微小部品の下端部とがなす角度も演算する。
この第5の態様においては、貼り合せ動作中に、演算部は、距離を演算する他に上記第1の微小部品の上端部と上記第2の微小部品の下端部とのなす角度も演算する。
即ち、貼り合せ動作中の微小部品の実際の角度が作業者の所望する値であることを確認することができる。
【0014】
また、上記の目的を達成するために、本発明の第6の態様の微小部品貼り合せ装置は、第5の態様において、上記演算部によって演算された角度に基づいて、上記第1の微小部品の上端部と上記第2の微小部品の下端部とがなす角度を変更して、上記保持部と上記戴置部との相対位置を変化させる角度調整部を更に具備する。
ここで、第6の態様の角度調整部は、移動部4と、この移動部4に移動量や移動速度などの指令を送る駆動制御部8が該当する。
この第6の態様において、演算部は、貼り合せ動作中の微小部品間の距離及び微小部品同士のなす角度を演算する。駆動制御部は、作業者の所望する角度及び距離になるように駆動部の移動量や移動速度の指令を変更して、微小部品の距離と角度を作業者の所望する値に精度良く一致させて、複数の微小部品を貼り合せる。
即ち、貼り合せ動作中の微小部品の実際の微小部品の距離及び角度の変化に応じて駆動部の駆動量や駆動速度などを指令するので、接合部材の硬化収縮や、熱などによる各部の変形があっても微小部品の距離と角度を作業者の所望する値に精度良く一致させて、複数の微小部品を貼り合せることができる。
【0015】
また、上記の目的を達成するために、本発明の第7の態様の微小部品貼り合せ方法は、第1の微小部品又は第2の微小部品の少なくとも一方をその貼り合せ方向に移動させる移動工程と、上記移動工程において、上記第1の微小部品の上端部位置と上記第2の微小部品の下端部位置を検出して、これら検出した位置から上記第1の微小部品の上端部と上記第2の微小部品の下端部との距離を算出し、この算出した距離が所定値でない場合には、上記距離が上記所定値となるように上記第1の微小部品又は上記第2の微小部品との距離の調整を行う調整工程と、上記調整工程の後、上記第1の微小部品の上端部位置と第2の微小部品の下端部位置を検出し、上記第1の微小部品の上端部と第2の微小部品の下端部との距離を算出し、この算出した距離が上記所定値を保つように調整を行いつつ、上記第1の微小部品と上記第2の微小部品とを貼り合せ固定する調整貼り合せ工程とにより構成される。
第7の態様においては、貼り合せ動作中に、第1の微小部品の上端部位置と第2の微小部品の下端部位置とを検出し、この検出結果に基づいて貼り合せ動作中の微小部品間の距離を演算する。そして、微小部品間の距離が作業者の所望する値となるように調整を行い、微小部品の距離を作業者の所望する値に精度良く一致させて、複数の微小部品を貼り合せる。
即ち、貼り合せ動作中の微小部品の実際の距離の変化に応じて適宜調整を行うので、接合部材の硬化収縮や、熱などによる各部の変形があっても微小部品間の距離を所望する値に精度良く一致させて、複数の微小部品を貼り合せることができる。
【0016】
また、上記の目的を達成するために、本発明の第8の態様の微小部品貼り合せ方法は、第7の態様において、上記調整工程及び調整貼り合せ工程のうちの少なくとも何れか一方の工程は、上記第1の微小部品の上端部位置と上記第2の微小部品の下端部位置の検出を、上記第1の微小部品と上記第2の微小部品との貼り合せ方向と略直交する複数の方向から行う。
第8の態様において、第1の微小部品の上端部位置及び上記第2の微小部品の下端部位置の検出は、貼り合せの動作中の貼り合せ方向と略直交する複数の方向から行う。
即ち、貼り合せ方向と略直交する複数の方向から、微小部品の距離を検出するので、微小部品間の距離が測定位置により異なる場合でも微小部品間の距離を演算でき、それに応じて調整を行うので、接合部材の硬化収縮や、熱などによる各部の変形があっても微小部品間の距離を作業者の所望する値に精度良く一致させて、複数の微小部品を貼り合せることができる。
【0017】
また、上記の目的を達成するために、本発明の第9の態様の微小部品貼り合せ方法は、第7又は第8の態様において、上記調整工程及び調整貼り合せ工程のうちの少なくとも何れか一方の工程は、上記第1の微小部品の上端部付近で焦点位置を少しずつ変えながら撮像を行い、このとき撮像された画像についてエッジ抽出処理を施すことによって、上記第1の微小部品の上端部エッジ及び上記第2の微小部品の下端部エッジを検出し、この検出された第1の微小部品の上端部エッジ及び第2の微小部品の下端部エッジから、上記第1の微小部品の上端部と上記第2の微小部品の下端部との距離を演算する。
第9の態様において、撮像した第1及び第2の微小部品の端部の画像を用いて、第1の微小部品の上端部位置と第2の微小部品の下端部位置を検出し、これら位置情報から第1の微小部品と第2の微小部品の距離を演算する。
即ち、第1の微小部品の上端部位置と第2の微小部品の下端部位置を画像から検出するための判定条件などは、第1と第2の微小部品に合わせて自在に設定できるので、多くの種類の第1と第2の微小部品について、撮像用の撮像部を交換したり精密に調整したりすることなく、微小部品間の距離を作業者の所望する値に精度良く一致させて、複数の微小部品を貼り合せることができる。
【0018】
また、上記の目的を達成するために、本発明の第10の態様の微小部品貼り合せ方法は、第7又は第8の態様において、上記調整工程及び調整貼り合せ工程のうちの少なくとも何れか一方の工程は、上記第1の微小部品と上記第2の微小部品との貼り合せ方向に走査しながら、上記第1の微小部品及び第2の微小部品の端面に光を集光して投光し、上記第1及び第2の微小部品の端面からの反射光から、上記第1の微小部品の上端部位置及び上記第2の微小部品の下端部位置を検出し、この検出された上記第1の微小部品の上端部位置及び上記第2の微小部品の下端部位置に基づいて、上記第1の微小部品の上端部と上記第2の微小部品の下端部との距離を演算する。
第10の態様において、第1と第2の微小部品の端面へ測定光を投光して第1と第2の微小部品の端面からの測定光の反射光を受光し、この受光した反射光に基づいて、第1の微小部品の上端部位置と第2の微小部品の下端部位置を検出し、第1の微小部品と第2の微小部品との距離を演算する。
即ち、第1と第2の微小部品端面からの反射光の光量や位置から第1の微小部品の上端部位置と第2の微小部品の下端部位置とを検出するための判定条件などは、第1及び第2の微小部品の種類に合わせて自在に設定できるので、多種の第1及び第2の微小部品について、微小部品の距離を作業者の所望する値に精度良く一致させて、複数の微小部品を貼り合せることができる。
【0019】
また、上記の目的を達成するために、本発明の第11の態様の微小部品貼り合せ方法は、第7〜第10の態様において、上記調整工程及び調整貼り合せ工程のうちの少なくとも何れか一方の工程は、上記第1と第2の微小部品のなす角度も演算する。
この第11の態様においては、貼り合せ動作中に微小部品の距離を検出するとともに上記第1の微小部品の上端部と上記第2の微小部品の下端部とのなす角度も演算する。
即ち、貼り合せ動作中の微小部品の実際の角度が作業者の所望する値であることを確認することができる。
【0020】
また、上記の目的を達成するために、本発明の第12の態様の微小部品貼り合せ方法は、第11の態様において、上記角度を演算した後に、この演算した角度が所定値でない場合には、上記第1及び第2の微小部品のなす角度を調整する。
【0021】
この第12の態様において、貼り合せ動作中の微小部品間の距離及び微小部品同士のなす角度を演算し、これら距離及び角度に応じて調整を行い、微小部品の距離と角度を作業者の所望する値に精度良く一致させて、複数の微小部品を貼り合せる。
即ち、貼り合せ動作中の微小部品の実際の微小部品の距離及び角度の変化に応じて調整を行うので、接合部材の硬化収縮や、熱などによる各部の変形があっても微小部品の距離と角度を作業者の所望する値に精度良く一致させて、複数の微小部品を貼り合せることができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る微小部品貼り合せ装置の構成を示す外観斜視図である。この第1の実施形態の微小部品貼り合せ装置1は、次のように構成されている。即ち、図1において、戴置部2には第1の微小部品11が戴置される。この第1の微小部品11の貼り合せ対象である第2の微小部品12は、第1の微小部品11と対向するように配置されており、保持部3で保持される。
【0023】
また、戴置部2は移動部4に連結されている。移動部4は、戴置部2を水平直進方向に対して移動させることが可能に構成されている。また、移動部4は、戴置部2を水平回転方向に対して回転させることもできる。このように、戴置部2を水平方向に移動又は回転させることにより、第1の微小部品11と第2の微小部品12との水平直進方向及び水平回転方向の相対位置を変化させることが可能である。更に、移動部4は、戴置部2の傾きを変化させることも可能である。
【0024】
このような移動部4は、例えば、特開平9−288041号公報で開示されている、移動機構(水平方向移動)、スピンドル(回転)、及びあおり調整機構(傾き調整)を用いた機構や特公平4−26418号公報で開示されているような機構等、一般的な駆動機構を用いればよい。
【0025】
また、保持部3は、駆動部5に連結されている。この駆動部5は、保持部3を、第1の微小部品11との貼り合せ方向(図中上下方向)に移動させることが可能であり、これにより、第1の微小部品11と第2の微小部品12との距離を貼り合せ方向に対して変更可能である。
【0026】
間隔検出部61と間隔検出部62は、その測定軸が貼り合せ方向と略直交し、かつこれら2つの測定軸が互いに略直交するように、図示しない架台部に固定されている。これら間隔検出部61と間隔検出部62の出力は、演算部7に入力される。演算部7は、間隔検出部61と間隔検出部62の検出結果に基づいて第1の微小部品11と第2の微小部品12の距離及び両微小部品が互いになす角度(傾き)を演算する。
【0027】
移動部4、駆動部5、及び演算部7は、駆動制御部8に接続されており、この駆動制御部8は、演算部7によって演算された第1の微小部品11と第2の微小部品12の距離及び角度に基づいて、移動部4及び駆動部5による戴置部2及び保持部3の移動量や移動速度を制御する。
【0028】
第1の微小部品11の上端部、即ち、第2の微小部品12と対向する面には、半田バンプ等の接合部材9が設置されている。この接合部材9によって第1の微小部品11と第2の微小部品12とが接合される。
【0029】
次に、第1の実施形態の微小部品貼り合せ時の演算部7による制御について説明する。
【0030】
まず、貼り合せの準備として、作業者は、戴置部2に第1の微小部品11を戴置する。次に、第2の微小部品12を真空吸着などの手法で保持部3に保持させる。そして、演算部7に対し、部品貼り合せ時の距離や角度を所望の値に設定する。この設定は、同じ部品の貼り合せを行う場合には、最初の1回のみでよい。このような設定の後、微小部品貼り合せ装置の動作を開始させる。
【0031】
この動作開始操作を受けて、演算部7は、図2のような制御を行う。即ち、駆動制御部8を制御して、移動部4により戴置部2を移動させ、第1の微小部品11と第2の微小部品12の水平直進方向の位置と水平回転方向の相対位置を作業者が所望する値に合わせる(ステップS1)。
【0032】
次に、演算部7は、駆動制御部8を制御して、第1の微小部品11の上端部と第2の微小部品12の下端部とが、間隔検出部61と間隔検出部62の測定範囲に入るように駆動部5により保持部3を下降させる(ステップS2)。そして、間隔検出部61及び間隔検出部62によって、第1の微小部品11の上端部位置と第2の微小部品12の下端部位置を検出し、この検出結果から、演算部7で第1の微小部品11の上端部と第2の微小部品12の下端部との距離と第1の微小部品の上端部と第2の微小部品の下端部とのなす角度を演算する(ステップS3)。
【0033】
次に、演算部7は、演算した第1の微小部品11の上端部と第2の微小部品12との下端部とのなす角度が、作業者が所望する角度(例えば、平行)であるか否かを判定し(ステップS4)、この判定の結果、角度が所望する角度でないと判定した場合に駆動制御部8を制御する(ステップS5)。駆動制御部8は、演算部7に制御されて、傾き方向の移動量や移動速度の指令を移動部4に送り、移動部4は、その指令に従って戴置部2を移動させて、戴置部2と保持部3との相対位置を変更する。なお、この角度調整は、ステップS4において、所望の角度が得られたと判定されるまで繰り返し行う。このような制御により、第1の微小部品11の上端部と第2の微小部品12の下端部とのなす角度を作業者の所望する角度に調整する。なお、ステップS3の角度演算及びステップS5の角度調整は、一旦、保持部3を停止させてから行ってもよいし、保持部3を下降させながら行ってもよい。ここでは、停止させてから行うものとする。
【0034】
よって、ステップS4の判定において、演算した角度が、作業者が所望する角度であると判定した場合に、演算部7は、駆動制御部8を制御して、駆動部5により保持部3を下降駆動させる(ステップS6)。この下降駆動時においても、演算部7は、間隔検出部61と間隔検出部62によって常に第1の微小部品11の上端部位置と第2の微小部品12の下端部位置とを検出させて、これら検出させた位置から第1の微小部品11の上端部と第2の微小部品12の下端部との距離及び第1の微小部品11の上端部と第2の微小部品12の下端部とがなす角度を演算する(ステップS7)。そして、演算部7は、ステップS7の演算の結果から距離及び角度が作業者の所望する値となったか否かを判定し(ステップS8)、この判定の結果、距離又は角度の何れか一方でも作業者の所望する値となっていない場合には、駆動制御部8を制御して移動部4又は駆動部5に移動量や移動速度の指令を送り、距離又は角度の調整を行う(ステップS9)。
【0035】
一方、ステップS8の判定において、距離と角度の両方が作業者の所望する値となったと判定した場合には、演算部7は、駆動制御部8により駆動部5を制御して保持部3の下降を停止させ(ステップS10)、第1の微小部品11の上端部と第2の微小部品12の下端部との距離と角度を維持するように駆動制御部8により移動部4及び駆動部5を制御することによって、第1の微小部品11と第2の微小部品12とを接合部材9によって貼り合せ固定する(ステップS10)。即ち、この時も、間隔検出部61と間隔検出部62により、常に第1の微小部品11と第2の微小部品12の端部の位置を検出し、この検出結果に基づいて演算部7は、第1の微小部品11上端部と第2の微小部品12下端部との距離及び角度を演算し、必要に応じて駆動制御部8を制御して移動部4や駆動部5に移動量や移動速度の指令を送るので、第1の微小部品11と第2の微小部品12の距離と角度を精密に制御して貼り合せ固定することができる。
【0036】
なお、第1の実施形態では、戴置部2と保持部3の相対位置の変更は、戴置部2によって水平直進方向、水平回転方向、及び傾き方向の変更が可能であり、保持部3が貼り合せ方向に移動可能な例について記載したが、逆に保持部3が水平直進方向に移動する場合や、戴置部2と保持部3がそれぞれ互いに略直交する水平一方向にのみ移動する方法、更には戴置部2及び保持部3が共に貼り合せ方向に移動可能な方法など多くの方法が考えられるが、その何れかに特定するものではない。
【0037】
また、間隔検出部61及び62の測定軸の角度は、互いに略直交するように配置することが望ましいが、測定軸の角度はこれに限定されるものではない。更に、間隔検出部の数も2つに限定されるものではなく、測定軸が平行でない間隔検出部を複数設けても良い。
【0038】
また、第1の微小部品11と第2の微小部品12や接合部材9等の形状や大きさ等は第1の実施形態で説明したものに限るものではない。
【0039】
更に、戴置部2と保持部3の貼り合せ方向の相対位置や、保持部3と駆動部5の相対位置、保持部3に作用している荷重などを別途検出し、この荷重と演算部7による第1の微小部品11の上端部と第2の微小部品12の下端部との距離と角度の演算結果とを比較しながら、駆動制御部8を制御して駆動部5や移動部4への移動量や移動速度の指令を決定しても良い。
【0040】
[第2の実施形態]
次に、本発明の微小部品貼り合せ装置の第2の実施形態を説明する。この第2の実施形態は第1の実施形態の間隔検出部を、撮像部を用いて実現する例である。即ち、図3の微小部品貼り合せ装置1には、第1及び第2の微小部品の端面(ここでは、図面右側面及び前面)の画像が撮像可能なように、微小部品の貼り合せ方向に略直交させて撮像部611及び621が配置されている。
【0041】
図4は、撮像部611を拡大して示した斜視図である。ここで、もう一方の撮像部621もこの撮像部611と同様の構成を有するものである。なお、図4において、第1の微小部品11及び第2の微小部品12は、初期状態の相対位置関係がずれていることを誇張して図示してある。
【0042】
即ち、この撮像部611は、被写体である第1の微小部品11及び第2の微小部品12の像を内部の図示しない撮像素子に導く撮影レンズ6111と、この撮影レンズ6111の焦点調節を行う焦点調節部6112と、第1及び第2の微小部品を明るく照明するための照明6113とで構成されている。このような構成において、撮影レンズ6111を介して撮像素子に導かれた像は、画像信号に変換されて演算部7に出力される。演算部7は、この画像信号から第1の微小部品11の上端部位置と第2の微小部品12の下端部位置との距離を演算する。
【0043】
なお、第2の実施形態は、撮像部以外の構成については第1の実施形態と同様であるので同一符号を用いることで説明を省略する。
【0044】
ここで、第2の実施形態において、微小部品貼り合せ時の制御は、第1の実施形態で説明した図2のフローチャートで説明可能である。そこで、第1の実施形態で説明した部分の説明は省略し、撮像部で撮像された画像から第1の微小部品11の上端部位置と第2の微小部品12の下端部位置とを検出して、第1の微小部品11の上端部と第2の微小部品12の下端部の距離及び両微小部品がなす角度を演算する手法について図5及び図6を用いて説明する。
【0045】
即ち、撮像部611及び621の測定範囲(撮影視野)6114及び6214まで第2の微小部品を下降させた後、演算部7は、図2のステップS3、S7、及びS11において、まず、焦点調節部6112により撮像部611及び621の撮影レンズ6111の焦点を、第1の微小部品11の側面の上端部近傍部分がくると想定される予め決められた位置に合わせる。そして、撮像部611と撮像部621の焦点位置を、その付近で少しずつ変化させながら撮像を行い、その撮像した画像に対し演算部7でエッジ抽出処理を行う。このエッジ抽出処理は、撮像された画像の中からエッジ(輪郭部)を抽出する処理である。そして、このエッジ抽出処理によって上端部エッジが抽出されたならば、その上端部エッジとして抽出された部分111及び121の撮影視野6114及び6214内における上下方向位置を演算して演算部7の図示しない記憶部に記憶させておく。
【0046】
同様に、第2の微小部品12についてもエッジ抽出処理を行い、下端部エッジとして抽出された部分121及び122の撮影視野6114及び6214内における上下方向位置を演算して演算部7の図示しない記憶部に記憶させておく。
【0047】
これら記憶させた情報により、微小部品11及び12の端部と撮像部611及び621との距離が均一でない場合や微小部品11及び12の端部に凹凸がある場合等でも、撮像部611と撮像部621のそれぞれの撮影視野6114及び6214において、第1の微小部品11の上端部と第2の微小部品12の下端部とを線1111、1121、1211、及び1221として定義することができる。即ち、この線1111と1211、1121と1221間の距離及びこれらがなす角度を演算部7において演算することで、第1の微小部品11の上端部と第2の微小部品12の下端部の距離及び第1の微小部品11の上端部と第2の微小部品12の下端部のなす角度が演算できる。このため、第1の微小部品11の上端部と戴置部2との接する面が平行でない場合等でも、第1の微小部品の上端部と第2の微小部品の下端部との相対関係により貼り合せ時の調整を行うので、第1の微小部品の上端部と第2の微小部品の下端部の距離及び角度を精密に制御して貼り合せ固定できる。
【0048】
[第3の実施形態]
次に、本発明の微小部品貼り合せ装置の第3の実施形態について説明する。この第3の実施形態は、間隔検出部を投受光部(投受光部612及び投受光部622)及び走査部(走査部614及び走査部624)を用いて実現する例である。即ち、図7の微小部品貼り合せ装置1には、第1及び第2の微小部品の端面(図7では微小部品11及び12の前面と右側面)に測定光を投光して、これら端面からの反射光を受光可能なように投受光部612及び622が配置されている。また、これら投受光部612及び622は、互いに略直交して配置される。
【0049】
投受光部612及び622は、測定光を第1及び第2の微小部品の端面に集光して投光し、その反射光を受光することで微小部品端面の変位を検出する。また、走査部614及び624は、投受光部612及び622を第1の微小部品11と第2の微小部品12との貼り合せ方向に対して平行に移動させることが可能なように構成されている。演算部7は、投受光部612、622及び走査部614、624に接続されており、投受光部612、622で受光された第1の微小部品11及び第2の微小部品12の端面からの反射光と走査部614、624の走査位置に基づいて、第1の微小部品11の上端部位置と第2の微小部品12の下端部位置との距離を演算する。
【0050】
なお、第3の実施形態において投受光部及び走査部以外の構成については第1の実施形態と同様であるので同一符号を用いることで説明を省略する。
【0051】
ここで、第3の実施形態において、微小部品貼り合せ時の制御は、第1の実施形態で説明した図2のフローチャートで説明可能である。そこで、第1の実施形態で説明した部分の説明は省略し、投受光部で受光された第1の微小部品11及び第2の微小部品12の端面からの反射光及び走査部の走査位置から第1の微小部品11の上端部位置と第2の微小部品12の下端部位置とを検出して、第1の微小部品11の上端部と第2の微小部品12の下端部との距離及び両微小部品が互いになす角度を演算する手法について説明する。
【0052】
即ち、図2のステップS3、S7、及びS11において、演算部7は、まず、投受光部612及び622によって、第1の微小部品11の端面がくると予想される予め決められた位置に光を集光して投光する。そして、投受光部612及び622は、その投光方向に対して徐々に集光位置を変えながら、第1の微小部品11の端面からの反射光を検出する。演算部7は、反射光が得られたならば、そのときの集光位置を第1の微小部品の端面位置として検出し、図示しない記憶部に記憶させる。
【0053】
この後、走査部614及び624によって、投受光部612及び622を、第1の微小部品11と第2の微小部品12との貼り合せ方向と平行な方向、即ち、図7の上方向に移動させながら、上記第1の微小部品11の端面位置の検出及び記憶動作を繰り返す。
【0054】
この第1の微小部品11の端面位置の検出及び記憶動作において、反射光が検出されなかった場合には、第1の微小部品11と第2の微小部品12との間の空間に対して投光しているということであり、第1の微小部品11と第2の微小部品12の何れも存在しないと考えられる。この第1の微小部品11と第2の微小部品12の何れも存在しない空間位置も演算部7の図示しない記憶部に記憶させる。
【0055】
更に、走査部614及び624によって、投受光部612及び622を、第1の微小部品11と第2の微小部品12との貼り合せ方向と平行な方向に移動させてゆくと再び反射光が検出される。このときの端面位置も演算部7の図示しない記憶部に記憶させる。
【0056】
以上のような第1の微小部品11及び第2の微小部品12の端面位置の検出及び記憶動作により、図8に示すような第1の微小部品11及び第2の微小部品12の端面位置を示す分布図を、投受光部612と622とでそれぞれ得ることができる。ここで、図8の横軸は走査部614又は624の走査位置を示し、図8の縦軸は反射光の検出結果、即ち、第1の微小部品及び第2の微小部品の端面位置を示す。なお、この図8の例では、第1の微小部品11と第2の微小部品12との間に傾きが殆どない例を示しているが、これら微小部品に傾きがある場合でも、投受光部614、624では、微小部品との距離に応じた端面位置が検出されるので、第1の微小部品11及び第2の微小部品12の傾きについても検出できる。なお、この傾きについては、貼り合せ方向と平行な方向に複数箇所で図8のような分布図が得られるように投受光部を移動させる、或いは複数設けることで、より精密に検出できる。
【0057】
このように、集光して投光した光の反射光を利用して端面位置を測定する方式では、第1の微小部品11及び第2の微小部品12の端面の傾きや表面状態の影響を受けにくい。また、微小部品11及び12の端面と投受光部612及び622との距離が均一でない場合や第1の微小部品11の上端部及び第2の微小部品12の下端部に凹凸がある場合等でも第1の微小部品11及び第2の微小部品12端面位置を検出することができる。
【0058】
また、端面からの反射光の検出状態が異なる図4のような場合でも、反射光がほとんど存在しない部分との差、即ち、第1の微小部品11の端面位置と第2の微小部品12の端面位置との間隔dを検出することが容易であるので、演算部7は、投受光部612及び622のそれぞれで得られた図8のような分布図から、間隔dを演算することにより、第1の微小部品11の上端部と第2の微小部品12の下端部の距離及び両微小部品のなす角度を演算することができる。
【0059】
以上の説明したように第3の実施形態によれば、第1の実施の形態と同様に、第1の微小部品11の上端部と第2の微小部品12の下端部の距離と角度の演算と調整を繰返しながら貼り合せ固定を行うことで、第1の微小部品11と第2の微小部品12の距離及び角度を精密に制御して接続固定することができる。
【0060】
特に、図8の分布図からは、第1の微小部品11と第2の微小部品12との貼り合せ方向(図7の垂直方向)の位置だけでなく、貼り合せ方向と直交する方向(図7の水平方向)の位置も分かるので、両微小部品の貼り合せをより正確に、かつリアルタイムで行うことができる。
【0061】
ここで、集光光の反射光により変位を検出する方式は、共焦点の原理を用いる方法や、分割型受光素子を用いる方式などがあるが、何れかの方式に限るものではない。
【0062】
また、第1と微小部品11と第2の微小部品12の端面と投受光部612及び622の距離が均一である場合や、第1の微小部品の上端部及び第2の微小部品の上端部の面精度が良好である場合には、第1の微小部品11及び第2の微小部品12の端面に集光して投光した光の反射を用いなくてもよく、例えば、第1の微小部品11及び第2の微小部品12の端面に略平行な光を投光し、第1の微小部品11及び第2の微小部品12の端面での正反射光や拡散反射光を検出する方式を用いて第1の微小部品11の上端部位置及び第2の微小部品12の下端部位置を検出しても良い。
【0063】
更には、走査部の駆動方式は、回転式モータやリニアモータによって投受光部全体を移動させる方式や、反射鏡などの光学素子のみを移動させる方式など多数考えられるが、その何れかに限るものではない。
【0064】
以上実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は前述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
【0065】
さらに、上記した実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
【0066】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光素子などの微小部品の実装や組立時において、微小部品間の距離を作業者の所望する値に精度良く一致させて、微小部品を貼り合せることが可能な微小部品貼り合せ装置及び微小部品貼り合せ方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る微小部品貼り合せ装置の構成を示す外観斜視図である。
【図2】本発明の第1の実施形態に係る微小部品貼り合せ装置の微小部品貼り合せ時の制御手順を示すフローチャートである。
【図3】本発明の第2の実施形態に係る微小部品貼り合せ装置の構成を示す外観斜視図である。
【図4】撮像部を拡大して示した外観斜視図である。
【図5】撮像部によって撮像した第1の微小部品の端面の画像を示す図である。
【図6】撮像部によって撮像した第2の微小部品の端面の画像を示す図である。
【図7】本発明の第3の実施形態に係る微小部品貼り合せ装置の構成を示す外観斜視図である。
【図8】第1の微小部品及び第2の微小部品の端面位置を示す分布図である。
【符号の説明】1…微小部品貼り合せ装置、2…戴置部、3…保持部、4…移動部、5…駆動部、61,62…間隔検出部、7…演算部、8…駆動制御部、9…接合部材、11…第1の微小部品、12…第2の微小部品、611,621…撮像部、6111…撮影レンズ、6112…焦点調節部、6113…照明、612,622…投受光部、614,624…走査部
Claims (12)
- 第1の微小部品を戴置する戴置部と、
上記戴置部に対向して配置され、第2の微小部品を保持する保持部と、
上記戴置部又は上記保持部の少なくとも一方を移動させて、上記第1の微小部品と上記第2の微小部品との貼り合せ方向に関する相対位置を変化させる駆動部と、
上記駆動部により上記第1の微小部品と上記第2の微小部品の貼り合せ方向の相対位置を変化させているときに上記第1の微小部品の上端部位置及び上記第2の微小部品の下端部位置を検出する間隔検出部と、
上記間隔検出部の検出結果に基づき、上記第1の微小部品の上端部と上記第2の微小部品の下端部との距離を演算する演算部と、
上記演算部で演算した上記第1の微小部品の上端部と上記第2の微小部品の下端部との距離が所望の貼り合せ位置に相当する値となるように上記駆動部を制御する駆動制御部と、
を具備することを特徴とする微小部品貼り合せ装置。 - 上記間隔検出部は、上記第1の微小部品と上記第2の微小部品の貼り合せ方向に対して略直交する複数の方向から上記第1の微小部品の上端部位置及び上記第2の微小部品の下端部位置を検出することを特徴とする請求項1に記載の微小部品貼り合せ装置。
- 上記間隔検出部は、上記貼り合せ方向に対して略直交する複数の方向から上記第1の微小部品の端部の画像及び上記第2の微小部品の端部の画像を撮像する撮像部を含み、
上記演算部は、上記撮像部によって撮像した上記端部の画像に基づいて上記第1の微小部品の上端部と上記第2の微小部品の下端部との距離を演算することを特徴とする請求項1又は2に記載の微小部品貼り合せ装置。 - 上記間隔検出部は、上記第1の微小部品及び上記第2の微小部品の端面に光を投光し、これら端面からの反射光を受光する投受光部を含み、
上記演算部は、上記投受光部によって受光した上記第1の微小部品及び上記第2の微小部品の端面からの反射光に基づいて、上記第1の微小部品の上端部と上記第2の微小部品の下端部との距離を演算することを特徴とする請求項1又は2に記載の微小部品貼り合せ装置。 - 上記演算部は、上記第1の微小部品の上端部と上記第2の微小部品の下端部とがなす角度も演算することを特徴とする請求項1乃至4の何れか1つに記載の微小部品貼り合せ装置。
- 上記演算部によって演算された角度に基づいて、上記第1の微小部品の上端部と上記第2の微小部品の下端部とがなす角度を変更して、上記保持部と上記戴置部との相対位置を変化させる角度調整部を更に具備することを特徴とする請求項5に記載の微小部品貼り合せ装置。
- 第1の微小部品又は第2の微小部品の少なくとも一方をその貼り合せ方向に移動させる移動工程と、
上記移動工程において、上記第1の微小部品の上端部位置と上記第2の微小部品の下端部位置を検出して、これら検出した位置から上記第1の微小部品の上端部と上記第2の微小部品の下端部との距離を算出し、この算出した距離が所定値でない場合には、上記距離が上記所定値となるように上記第1の微小部品又は上記第2の微小部品との距離の調整を行う調整工程と、
上記調整工程の後、上記第1の微小部品の上端部位置と第2の微小部品の下端部位置を検出し、上記第1の微小部品の上端部と第2の微小部品の下端部との距離を算出し、この算出した距離が上記所定値を保つように調整を行いつつ、上記第1の微小部品と上記第2の微小部品とを貼り合せ固定する調整貼り合せ工程と、
により構成されることを特徴とする微小部品貼り合せ方法。 - 上記調整工程及び調整貼り合せ工程のうちの少なくとも何れか一方の工程は、上記第1の微小部品の上端部位置と上記第2の微小部品の下端部位置の検出を、上記第1の微小部品と上記第2の微小部品との貼り合せ方向と略直交する複数の方向から行うことを特徴とする請求項7に記載の微小部品貼り合せ方法。
- 上記調整工程及び調整貼り合せ工程のうちの少なくとも何れか一方の工程は、上記第1の微小部品の上端部付近で焦点位置を少しずつ変えながら撮像を行い、このとき撮像された画像についてエッジ抽出処理を施すことによって、上記第1の微小部品の上端部エッジ及び上記第2の微小部品の下端部エッジを検出し、この検出された第1の微小部品の上端部エッジ及び第2の微小部品の下端部エッジから、上記第1の微小部品の上端部と上記第2の微小部品の下端部との距離を演算することを特徴とする請求項7又は8に記載の微小部品貼り合せ方法。
- 上記調整工程及び調整貼り合せ工程のうちの少なくとも何れか一方の工程は、上記第1の微小部品と上記第2の微小部品との貼り合せ方向に走査しながら、上記第1の微小部品及び第2の微小部品の端面に光を集光して投光し、上記第1及び第2の微小部品の端面からの反射光から、上記第1の微小部品の上端部位置及び上記第2の微小部品の下端部位置を検出し、この検出された上記第1の微小部品の上端部位置及び上記第2の微小部品の下端部位置に基づいて、上記第1の微小部品の上端部と上記第2の微小部品の下端部との距離を演算することを特徴とする請求項7又は8に記載の微小部品貼り合せ方法。
- 上記調整工程及び調整貼り合せ工程のうちの少なくとも何れか一方の工程は、上記第1と第2の微小部品のなす角度も演算することを特徴とする請求項7乃至10の何れか1つに記載の微小部品貼り合せ方法。
- 上記角度を演算した後に、この演算した角度が所定値でない場合には、上記第1及び第2の微小部品のなす角度を調整することを特徴とする請求項11に記載の微小部品貼り合せ方法。
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