From#Q12-T06-007 v2.1
實驗報告主題：
雷射設備防塵專利檢索與設計
Prepared by：Frank
Date：12/22/22’
專案名稱/代碼：
實驗期間：n/
內容
一、研究動機與目的
二、TYPE A防塵框架: 以由田設計為
案例作防塵改善的提案
三、TYPE B防塵框架: 以由田設計為
案例作防塵改善的提案
四、TYPE C防塵框架:市場(雷射)主流
產品的防塵技術剖析
五、技術檢索與歸納
六、技術導入的可行性探討
七、實驗設計與驗證
.....…….…………..……..3
……..…………..5
……………..….13
…………………14
……………………………15
……………………………32
……………………………N/
一、研究動機與目的
研究動機:由田鏡組BOX的氣密性與組裝性優化.
由田LASER HEAD的防塵現況分析:
現況1:因為O-ring組裝到溝槽後有高度定位與槽內定位的不平整,所以客製化O-ring+定位柱可以
改善溝槽內位。
現況2:因為鐵框無凸緣,oring與配合件的過餘配合量無法確保.故在鐵架上安裝凸緣條使與oring
的過渡配合變形量得以確保。
現況3:公差分析:客製化oring+定位柱控制槽內左右偏移量; 凸緣條控制oring的過渡配合的變形量。
現況4.:採用防水防塵RS-232 Connector(有灌膠)與Waterproof Cable Gland [1]。
現況5.氣密性驗證:水下幾公尺測試>防水等級定義。
研究目的：探討防塵設計與應用。
模擬與預期結果:N/
Reference:
1. ODS. URL: https://www.ods-tech.com/zh-tw/?gclid=EAIaIQobChMI7qbX6o74-gIVI9WWCh2CdAjzEAAYASAAEgIWc_D_BwE
以由田設計為案例作防塵改善的提案.(製作變更設計的提案…等.)
(以骨架方式設計，6面獨立鎖固) (11/04完成)。
二、TYPE A防塵框架
- 技術項目展開 (10/24前)
(1)O-ring選擇 (10/28)
(2)O-ring 固定方式 (10/28)
(3)骨架設計方式 (10/28)
(4)螺絲孔防塵方式 (10/28)
(5)光纜防塵方式 (11/2)
(6)電子接頭防塵方式 (11/2)
(7)Others
二.一、TYPE A防塵框架/O-ring選擇
現況分析1.:TYPE A 外觀鋁皮O-Ring定位與安裝。
在O-Ring槽加料1mm凸點,
使O-Ring能置中與快速安裝.
二.一、TYPE A防塵框架/ O-ring 固定方式
現況分析1.:TYPE A鈑金結構在角落有多處縫隙,角落縫隙可以用點焊將孔洞填補
再打磨整平。
現況分析2.:TYPE A鈑金結構有多處止裂槽, 可以用點焊將孔洞填補再打磨整平,並
且組裝縫隙可以填補矽膠,提高氣密性。
角落與止裂槽填補焊料
再打磨使平整
止裂槽填補焊料
再打磨使平整
支架安裝後在縫隙
填補矽膠
支架安裝後在縫隙
填補矽膠
二.一、TYPE A防塵框架/ O-ring 固定方式
現況分析3.:TYPE A支架安裝後,在組裝縫隙塗上矽膠,使外觀鋁皮O-Ring覆蓋在縫
隙,降低縫隙破壞其氣密性。
接縫填
補矽膠
接縫填
補矽膠
接縫填
補矽膠
接縫填
補矽膠
二.一、TYPE A防塵框架/骨架設計方式
Laser Head 市場調查調發現本體一體成形,再上下蓋密封的設計為主流.優點是零
件數少因此易於安裝。
Item
Company
Product
PIC
datasheet
結構歸類
說明
1
hubner
-
photonics
link
2
www.rpmcla
sers.com
320 NX
link
本體一體成形
,
上下蓋密封
2.1
DIODE
PUMPED
AIR
-
COOLED
Q
-
SWITCHED
LASER
link
本體一體成形
,
上下蓋密封
,
前
output
銘板
3
www.sintec.
sg
Pico
-
second
Lasers
link
本體一體成形
,
上下蓋密封
4
en.jptoe.co
m
SEAL 532
link
本體一體成形
,
上下蓋密封
5
https://www.
spectra
-
physics.com
/
Explorer®
One™
Compact UV
and Green
Lasers
link
本體一體成形
,
上下蓋密封
A
B
TYPE A組裝流程支架與鋁皮安裝共需要13個步驟,螺絲上鎖94根螺絲.如果參閱市調
多數以本體一體成形,上下蓋密封的框架,將可以減少組裝步驟76%,螺絲上鎖步驟
61% 。滿足DFA[1]之減少零件數與容易生產,與DFM[2]簡化與降低加工成本。
二.一、TYPE A防塵框架/骨架設計方式
Step 1.
螺絲上鎖*3
STP 3.
Screw*3
STP 2.
Screw*4
STP 4.
Screw*4
STP 5.
Screw*4
STP 7.
Screw*4
STP 6.
Screw*4
鋁皮安裝步驟:
STP 9.~13.
Screw*64
介面銘板上鎖
Screw*8
高度上鎖
Screw*14
上蓋上鎖
Screw*14
References:
1.Design for Assembly.ScienceDirect.URL:
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/design-for-
assembly#:~:text=Design%20for%20assembly%20(DFA)%20seeks,production%20equipment%20and%20part%20inventory.
2. What is Design for Manufacturing or DFM? (n.d.). Retrieved November 7, 2022, from https://news.ewmfg.com/blog/manufacturing/dfm-design-for-manufacturing
以由田設計為案例作防塵改善的提案方向:
根據Explorer™ One™ 紧凑型轻量级的紫外和绿光纳秒激光器為範例,並且透
過專利分析,案例: 中华人民共和国国家知识产权局第202022793371 .3號,中
华人民共和国国家知识产权局第202021323418 .3號,顯示防水防塵的機殼主
流是”本體一體成形,上下蓋密封”。
三、TYPE B防塵框架:
圖一,Explorer One
圖二,專利號：
第202022793371 .3號
圖三,專利號：
第202021323418 .3號
市場(雷射)主流產品的防塵技術剖析:表一, 歸納出市售機殼的分件狀
態。
四、TYPE C防塵框架:
Item
Company
Product
PIC
datasheet
結構歸類
說明
1
hubner
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photonics
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2
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320 NX
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本體一體成形
,
上下蓋密封
2.1
DIODE
PUMPED
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本體一體成形
,
上下蓋密封
,
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本體一體成形
,
上下蓋密封
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本體一體成形
,
上下蓋密封
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spectra
-
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/
Explorer®
One™
Compact UV
and Green
Lasers
link
本體一體成形
,
上下蓋密封
表一,市場調查
市場(雷射) 防塵技術專利剖析:
主要專利局入口網站執行專利檢索與分析
美國局
https://www.uspto.gov/patents-application-process/search-patents
歐洲局
https://worldwide.espacenet.com/
日本局
https://www.j-platpat.inpit.go.jp/web/all/top/BTmTopEnglishPage
中國局
http://www.pss-system.gov.cn/sipopublicsearch/portal/uiIndex.shtml
韓國局
http://kpa.kipris.or.kr/kpa/search/search_kpa.do
我國智慧局
https://twpat.tipo.gov.tw/
Google Patents
https://patents.google.com/advanced
五、技術檢索與歸納:
使用Google patents初步檢索,再下載專利局閱讀專利公報為輔,歸納效率分析與技術分析表。
Google patents檢索式:(laser system hermetic) assignee:(IPG Photonics Corporation)
檢索結果與參考如下表:
五.一、技術檢索與歸納:
專利號
效率分
析
技術分
析
202022793371 .3
一種可以防水防塵的超大功率激光燈
在底板設有安裝槽
(16),
內部設有密封膠條
(17)
202021323418 .3
一種透過
O
型圈的半導體防水激光設備。
加裝密封
O
型圈
,
半導體激光器底部安裝有矽膠墊
,
下防水罩安裝在上防水罩底部。出光窗口透過石
英玻璃出光。
KR20190092587A
一種有熱束收集器類型的可加熱元件
500
的替代配置
,
可以將廢光朝向朝向中空環的
內壁偏轉。
可加熱元件被配置成將足夠的能量密度施加到可
密封外殼中的內部環境空氣的污染物
,
以引發反應
以使污染物失活。
KR20210107824A
一種管狀防水激光設備。
一種激光設備安裝在金屬管內壁達到防水防塵
.
並
且能透過金屬管達到散熱。
CN
201017288Y
一種激光軌跡球設備能轉動運作並且達到
腔體內防塵。
一種中空
V
型斷面的膠環
,
在積分球與支架間
,
使積
分球能轉動並密合。
分析文件說明
⚫ 專利名稱：High Temperature Optical Molecular Contamination Getter System
⚫ 權利人：다몬 휠러토마스 마이어스마크 바이어제프리 크메텍브라이언 랭킨코리
보우만
⚫ 申請日期：2017.12.21
⚫ 公告日期：2019.08.07
⚫ 功能技術:
⚫ Contaminated surfaces disposed in the radiation path during
operation of a high power optical system may absorb large
amounts of energy and subsequently experience material
changes due to absorption of laser light. For this reason, it is
important that the optical components in the
optical system remain clean and free of all contaminants.
Contaminated critical optical surfaces of the optical system will
degrade the performance of the system.
⚫ Embodiments of the invention relate to removing contaminants
from an optical component housing during operation of an
optical system.
專利號： KR20190092587A
⚫ Modern lasers operate in hermetically sealed hermetic housings to maintain
contaminant free optical systems. This housing ensures that dust and other contaminants
in the air surrounding the optical system during operation do not affect the internal
components of the laser. Nevertheless, even in sealed housings, laser systems may
experience degradation due to contamination of components in the system from dust
and contaminants in the air during manufacture.
⚫ 連結:
https://patents.google.com/patent/KR20210107824A/en?q
=laser+system+hermetic&assignee=IPG+Photonics+Corp
oration
分析文件說明
專利號： KR20190092587A
⚫ 專利名稱：Fiber pump laser system and method for
underwater optical repeaters
⚫ 權利人：Alexey AvdokhinAndreas VaupelTetsuo OharaKriti
CHARANJhih-An Yang
⚫ 申請日期：2021.08.23
⚫ 公告日期：2022.02.24
⚫ 功能技術: Bulkhead 1092 also serves to provide a watertight
supply (hermetic seal) to the optical fiber and power supplied from
the external cable into the interior of the pressure vessel (and vice
versa).
⚫ 連結:
https://patents.google.com/patent/KR20210107824A/en?q=laser+system+hermetic&assignee=IPG+P
hotonics+Corporation
分析文件說明
專利號： WO2022040620A1
⚫ 專利名稱：Fiber pump laser system and method for underwater optical repeaters
⚫ 權利人：에카타리나 고로브첸코,크리스티아노 모나타,스티븐 지. 주니어 에반게리데즈,세지오 왈터 그라시
⚫ 申請日期：2019.12.20
⚫ 公告日期：2021.09.01
⚫ 功能技術:An optical communication system is disclosed. The optical
communication system includes a first fiber pump laser system having a
first single mode (SM) fiber output configured to output a first pump laser
radiation, a second fiber pump having a second SM fiber output configured
to output a second pump laser radiation a laser system, at least one
combiner-splitter element configured to combine the first pump laser
radiation and the second pump laser radiation and transmit an N portion of
the pump laser radiation, and N doped fiber amplifiers, wherein N is at least
4 , each doped fiber amplifier is configured to receive an input optical signal
to be amplified with a portion of one of the N portions of the pump laser
radiation, amplify the input optical signal into an amplified optical signal, and
transmit the amplified optical signal .
⚫ 連結:
https://patents.google.com/patent/KR20210107824A/en?q=laser+system+hermetic&assi
gnee=IPG+Photonics+Corporation
專利號： KR20210107824A
分析文件說明
⚫ 專利名稱：一种半导体激光脱毛仪里面半导体激光器的防水保护装置
⚫ 權利人：李強,彭國紅,王曉沛
⚫ 申請日期：2020.07.08
⚫ 公告日期：2021.05.11
⚫ 功能技術:
本实用新型涉及一种半导体激光脱毛仪里面半导体激光器的防水保护装置，
包括半导体激光器，上防水罩，下防水罩，硅胶垫，密封O型圈，透明石英玻
璃，所述半导体激光器用上防水罩，下防水罩包裹封闭起来，其中，所述半
导体激光器顶部是用2个十字平头螺钉固定在上防水罩顶部，所述半导体激光
器底部的进水端和出水端加装密封O型圈，半导体激光器底部安装有硅胶垫，
下防水罩安装在上防水罩底部，在上防水罩出光窗口嵌入透明石英玻璃传导
激光脉冲光斑。本实用新型既不影响光源导光又起到防止半导体激光器进水
以及防灰尘的作用；能够很好的降低半导体激光器由于漏水、进水引起短路
烧坏。
⚫ 連結:
https://patentimages.storage.googleapis.com/a4/ae/36/4b027953b05e15/CN
213156400U.pdf
專利號： 202021323418 .3
分析文件說明
⚫ 專利名稱：一种可以防水防尘的超大功率激光灯
⚫ 權利人：周太平
⚫ 申請日期：2020.11.26
⚫ 公告日期：2021.06.01
⚫ 功能技術:
本实用新型公开了一种可以防水防尘的超大功率激光灯，包括壳体，壳体底端、正面
及背面分别安装有底板、面板及背板，壳体两侧均设置有侧板，面板、背板及两个侧
板顶端安装有上盖，壳体内部横向设置有隔板，壳体顶端设置有激光发射装置，壳体
内顶端与隔板顶端均设置有散热
板，侧板内侧设置有与散热板相配合的散热风机，侧板底部中间位置开设有转轴孔，
转轴孔靠
近壳体的一侧通过转轴、轴承及固定法兰连接有底座。有益效果：通过密封性的结构
设计及各连接处的密封胶条，使得激光发射装置在机箱内部实现高强度的防水防尘等
级，从而使该激光灯能够应用于各种复杂环境，进而提高该激光灯的实用性。
⚫ 連結:
https://patentimages.storage.googleapis.com/a4/ae/36/4b027953b05e15/CN213156
400U.pdf
專利號： 202022793371 .3
分析文件說明
⚫ 專利名稱： Wafer carrier
⚫ 權利人：Entegris, Inc., Billerica, MA(US)
⚫ 申請日期：2016.03.01
⚫ 公告日期：2018.12.04
⚫ 功能技術:
⚫ The containers provide hermetic or close to hermetic isolation of
wafers when the containers are closed. Simply stated, such
containers need to keep the wafers clean, uncontaminated, and
undamaged. Additionally, carriers need to maintain their
capabilities under the rigors of robotic handling which includes
lifting the carrier by the robotic flange positioned at the top of the
container as well as transporting such carriers by way of conveyor
systems that engage conveyor flanges on outside surface of side
walls of the containers.
⚫ 連結:
https://patents.google.com/patent/US10147624B2/en?q=hermetic
&assignee=Entegris
專利號： US10147624B2
分析文件說明
⚫ 專利名稱：Environmental control in a reticle SMIF pod
⚫ 權利人：Entegris, Inc., Billerica, MA(US)
⚫ 申請日期：2016.03.01
⚫ 公告日期：2018.12.04
⚫ 功能技術:The present invention provides a standardized
mechanical interface (SMIF) reticle pod that is configured to
provide a controlled environment for supporting a reticle
wherein the controlled environment is maintained substantially
free of crystal growth causing contaminants.
⚫ Accordingly, there is provided a layered filter with filter elements
capable of filtering particulates and adsorbing gaseous
contaminants.
⚫ The SMIF pod is also provided with a purge system configured to
inject a very dry gas within the controlled environment to flush
the controlled environment of contaminants as well as to
regenerate the filter.
⚫ 連結:
https://patents.google.com/patent/US7400383B2/en?q=hermetic&
assignee=Entegris
專利號： US7400383B2
分析文件說明
(19)中华人民共和国国家知识产权局第202022793371 .3號概要說明：
效率分析：
一種可以防水防塵的超大功率激光燈。
技術分析：
在底板設有安裝槽(16),內部設有密封膠條(17)。
[0024] 1、壳体；2、底板；3、面板；4、背板；5、侧板；6、上盖；7、隔板；8、激光发射装置；9、
散热板；10、散热风机；11、转轴孔；12、转轴；13、轴承；14、固定法兰；15、底座；16、安装槽；
17、密封胶条；18、安装孔；19、第一限位孔；20、第二限位孔；21、限位杆；22、通线孔；23、硅
胶胶塞；24、把手；25、透射镜片。
五.二、功率/ 效率分析表:
(19)中华人民共和国国家知识产权局第202021323418 .3號概要說明：
效率分析：
一種透過O型圈的半導體防水激光設備。
技術分析：
加裝密封O型圈,半導體激光器底部安裝有矽膠墊,下防水罩安裝在上防水罩底部。出光窗口透過石英玻璃
出光。
[0017] 图中：1、上防水罩；2、半导体激光器；3、下防水罩；4、硅胶密封垫；5、硅胶密封O型圈；
6、透明k9石英玻璃；7、十字平头螺钉；8、限位立筋；9、激光器防水装置；10、导光蓝宝石玻璃；
11、半导体激光脱毛仪治疗仪手柄；12、水泵循环水进水口；13、水泵循环水出水口；14、激光器内
部冷却进水端；15、激光器内部冷却出水端。
(19) KIPRIS第KR20190092587A號概要說明：
效率分析：
一種有熱束收集器類型的可加熱元件500的替代配置,可以將廢光朝向朝向中空環的內壁偏轉。
技術分析：
可加熱元件被配置成將足夠的能量密度施加到可密封外殼中的內部環境空氣的污染物,以引發反應以使污
染物失活。
5A illustrates an alternative configuration for a heatable element 500 of the hot beam dump type in
accordance with aspects of the present disclosure. In this embodiment, the heatable element is
formed into an annular shape with a hollow wall 501 and a central conical protrusion 502. Conical
protrusion 502 is inclined to deflect incoming waste light 503 towards the inner wall of the hollow
annulus. Center hole 504 is aligned with the desired wavelength beam of laser 505.
(19) KIPRIS第KR20210107824A號概要說明：
效率分析：
一種管狀防水激光設備。
技術分析：
一種激光設備安裝在金屬管內壁達到防水防塵.並且能透過金屬管達到散熱。
Housing 1097 may be constructed of one or more metals, including, but not limited to, aluminum
and/or aluminum-containing compounds, stainless steel, beryllium and/or beryllium-containing
compounds, titanium and/or titanium-containing compounds, and similar materials. includes In an
embodiment, the housing 1097 may have the same or greater thermal conductivity as the ceramic
member 1088 .
(19) KIPRIS第KR20210107824A號概要說明：
效率分析：
一種激光軌跡球設備能轉動運作並且達到腔體內防塵。
技術分析：
一種中空V型斷面的膠環,在積分球與支架間,使積分球能轉動並密合。
圖2.說明:零件4,矽膠圈,會有一向下的作用力,將零件5,除塵環與零件1.滾動球迫緊,使縮小縫隙達到防水
防塵.並且零件1.能夠轉動.
• 根據專利檢索與市調,項目技術展開:
⚫ 說明與討論:
⚫ 矽膠O環的配合機構設計可行性高,成本低。
• 粉塵排出腔體以光罩傳送盒(EUV pod)為案例,使用氮氣充填、真空除
塵。國內供應商:家登;國外供應商:美商英特格（Entegris）。成本高。
• 腔體內雷射燒結粉塵,專利所有權人,例如:ASML Netherlands。成本高。
五.三、項目技術展開:
被動式防塵 主動式除塵
技術種類
技術來源
矽膠
O
環
粉塵排出腔體外
腔體
內
(
高溫或
EUV)
除粉塵
國內供應商
暘正迫緊
家登精密
海外供應商
Entegris
ASML Netherlands
BV
Cymer Inc
(7)
Patent Citations
202022793371 .3
US 7400,383 B2
US7355191B2
WO2022040620A1
TWI634383B
202021323418 .3
以被動式防塵機構設計為主要項目技術,因為價格低,可行性高。
設計方向建議採用”本體一體成形,上下蓋密封”及”本體一體成形,
上下蓋密封”,方便開上蓋維修與底座光路與電路走線。
六、技術導入的可行性探討
Item Company Product PIC datasheet
結構歸類 說明
2
www.rpmcla
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320 NX
link
本體一體成形
,
上下蓋密封
2.1
DIODE
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COOLED
Q
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SWITCHED
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本體一體成形
,
上下蓋密封
,
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銘板
3
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-second
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本體一體成形
,
上下蓋密封
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本體一體成形
,
上下蓋密封
5
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-
physics.com
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One™
Compact UV
and Green
Lasers
link
本體一體成形
,
上下蓋密封
六.一 、技術導入的可行性探討
1.設計與供應商價格評估試做。
• 設計方向1:數量大:適合壓鑄造。
• 設計方向2:數量少:適合銑製。
鋁鎂合金,鋅合金
壓鑄
鈑金沖壓,焊接後製
鋁板材
鏡組連接板
(鋁板材)
鏡組連接板
(鋁板材)
六.一 、技術導入的可行性探討
1.設計與供應商價格評估試做。
• 設計方向3:數量大:鏡組連接板雙面鑲崁
silicon O-ring 兼具走線與氣密。
光纖與電路走線槽安裝
Adaptor plate鑲崁
防水防塵灌膠Connector
與鏡組socket連接。例如
下圖:
NELON LOCK screw
FC/PC/APC
Adaptor plate
Silicon O-ring
七、實驗設計與驗證.
試做與驗證: 試做機構CNC零件,使用IP65檢驗規範驗證。
Q&A
APPENDIX:專利檢索與應用
目標如下:
APPENDIX:防水防塵Cable gland參考結構
