JP2003222585A - 光学部材の位置調整機構 - Google Patents

光学部材の位置調整機構

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JP2003222585A JP2002022418A JP2002022418A JP2003222585A JP 2003222585 A JP2003222585 A JP 2003222585A JP 2002022418 A JP2002022418 A JP 2002022418A JP 2002022418 A JP2002022418 A JP 2002022418A JP 2003222585 A JP2003222585 A JP 2003222585A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成でありながらも高精度に光学部材
の位置調整を行うことのできる光学部材の位置調整機構
を提供すること。 【解決手段】 光学部材8を保持するための二軸ステー
ジ18を基準となるベースステージ17に平行になるよ
うに、ベースステージ17の平面内において変形かつ変
位する3つの板ばね19,20,21で支持し、そのう
ちの第1および第2の板ばね19,20の一端部を互い
に直交する二軸方向において前記二軸ステージ18に結
合し、これら第1および第2の板ばね19,20を前記
ベースステージ17の平面内において変位させることに
より、前記二軸ステージ18を前記平面内において変位
できるようにし、もって光学部材8の位置を調整できる
ようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、粒径分
布測定装置に組み込まれる光検出器など各種の光学部材
の位置を調整する機構に関する。
【0002】
【従来の技術】粒径分布測定装置は、例えば粉粒や粒体
など粉粒体の粒子径の分布を測定するものであり、基本
的には、分散媒など適宜の液体中に粉粒体を分散させた
試料が流通的に供給されるセルの一側にレーザ光を発す
る光源を設け、他側に前記レーザ光の照射により生ずる
散乱光や回折光を検出する光検出器を設けてなるもので
ある。
【0003】上記粒径分布測定装置においては、光源と
光検出器との光軸が互いに厳密に一致していなければな
らず、例えば、透過光受光素子と、この受光素子を中心
にして適宜の間隔をおいて設けられる複数の円弧状の散
乱光受光素子(リングディテクタ)とからなる光検出器
の場合、光源を発したレーザ光の光軸と透過光受光素子
の中心位置とが一致している必要があるが、光源が熱歪
みを起こしたり、光源と光検出器との間に設けられるセ
ルやレンズをそれぞれ設けたベンチが熱で歪んだり、ま
た、セルを交換したりする場合、その取付け位置が変化
するなどして、前記光軸にずれが生ずることがあった。
【0004】そこで、従来の粒径分布測定装置において
は、前記光検出器を、例えば図4に示すように保持し、
その位置調整を行えるようにしていた。すなわち、図4
において、60はレーザ光源(図示していない)から発
せられるレーザ光Lの光軸と垂直な平面X−Y平面にお
いて設けられる光検出器位置調整機構で、第1ステージ
61と第2ステージ62とからなる。第1ステージ61
には、第2ステージ62とこれをX軸方向に移動させる
X軸アクチュエータ63が設けられている。また、第2
ステージ62には、ディテクタステージ64とこれを前
記X軸と直交するY軸方向に移動させるY軸アクチュエ
ータ65が設けられている。そして、ディテクタステー
ジ64には、透過光受光素子66aとこの受光素子66
aを中心にして適宜の間隔をおいて設けられる複数の円
弧状の散乱光受光素子66bとからなる光検出器66が
設けられている。
【0005】前記光検出器位置調整機構60において
は、X軸アクチュエータ63およびY軸アクチュエータ
65を動作させて、ディテクタステージ64をX軸およ
び/またはY軸方向に移動させることにより、光検出器
60の透過光受光素子66aをレーザ光Lの光軸と一致
するように調整することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の光検出器位置調整機構60においては、その構成が
2つのステージ61,62の2層構造であるとともに、
第2ステージ62に設けられるアクチュエータ65とし
ては、ディテクタステージ64を移動させるに十分な力
を出力するものであればよいが、第1ステージ61に設
けられるアクチュエータ63としては、第2ステージ6
2、ディテクタステージ64およびアクチュエータ65
を十分移動させる力を有するアクチュエータが必要にな
り、それだけ、装置全体の構成が大型化し、重量も大き
くなる。そして、装置全体の重量が大きいため、外部か
らの振動や衝撃による影響を受けやすく、また、それに
耐える堅牢な構造が必要となる。また、第1ステージ6
1および第2ステージ62にそれぞれ設けられているア
クチュエータ63,65が発生する熱がディテクタステ
ージ64に伝わり、光検出器66を構成する受光素子6
6a,66bに悪影響が及ぼされるおそれがある。
【0007】上述のような課題は、粒径分布測定装置に
おける光検出器66のみならず、ガス分析計など各種の
分析装置や測定装置などに設けられるレンズ、光源、光
学フィルタ、ミラー、ピンホール、回折格子などの光学
部材の位置調整機構において共通して生じているところ
である。
【0008】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、その目的は、簡単な構成でありながらも高精
度に光学部材の位置調整を行うことのできる光学部材の
位置調整機構を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の光学部材の位置調整機構は、光学部材を
保持するための二軸ステージを基準となるベースステー
ジに平行になるように、ベースステージの平面内におい
て変形かつ変位する3つの板ばねで支持し、そのうちの
第1および第2の板ばねの一端部を互いに直交する二軸
方向において前記二軸ステージに結合し、これら第1お
よび第2の板ばねを前記ベースステージの平面内におい
て変位させることにより、前記二軸ステージを前記平面
内において変位できるようにし、もって光学部材の位置
を調整できるようにしたことを特徴としている(請求項
1)。
【0010】請求項1に記載の光学部材の位置調整機構
において、第1および第2の板ばねがいずれもL字状に
形成されており、前記各板ばねの一端部が二軸ステージ
に結合され、各板ばねの他端部が同じ平面内において固
定され、各板ばねを前記平面内において変位させるよう
にしてあってもよい(請求項2)。
【0011】請求項2に記載の光学部材の位置調整機構
において、第1および第2の板ばねのそれぞれにてこ機
構を介して各板ばねを変位させる力を印加するようにし
てあってもよい(請求項3)。
【0012】請求項2または3に記載の光学部材の位置
調整機構において、二軸ステージの第1および第2の板
ばねの結合された点を越えた位置に、第1および第2の
板ばねの延設方向に沿うようにしてばねを設けてあって
もよい(請求項4)。
【0013】上記光学部材の位置調整機構によれば、全
体の構成が簡単であり、軽量であるので、外部からの振
動や衝撃の影響を受けにくく、光学部材を保持するため
の二軸ステージを、それほど強固ではない簡単な構造で
支持することができる。そして、アクチュエータ部を二
軸ステージとは別の位置に配置することができるので、
任意の構造および大きさのアクチュエータ部を用いるこ
とができる。また、アクチュエータ部を二軸ステージか
ら離れた位置に配置することができるので、アクチュエ
ータ部から発生する熱が二軸ステージやこれに保持され
る光学部材に直接伝わることがない。さらに、二軸ステ
ージが一つの平面的な部材である場合、機構全体の構成
を簡単かつ小型化することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、この発明の詳細を、図を参
照しながら説明する。図1〜図3は、この発明の一つの
実施の形態を示すものである。まず、図1は、この発明
の光学部材の位置調整機構(以下、単に位置調整機構と
いう)を組み込んだ粒径分布測定装置の全体構成を概略
的に示すものである。この図において、1はレーザ光2
を発する光源、3はレーザ光2を適宜拡大するビームエ
クスパンダ、4は試料5が図中の矢印6で示すように供
給される流通型のセル、7はセル4の後方に設けられる
集光レンズである。8は集光レンズ7からの散乱光や透
過光を検出する光検出器で、例えば薄いディテクタステ
ージ9の表面に、透過光受光素子10を中心にして複数
の円弧状の散乱光受光素子11が適宜の間隔をおいて設
けられてなるもので、各受光素子10,11はフォトダ
イオードよりなる。12は光検出器8からの信号を取り
込むマルチプレクサ、13はマルチプレクサ12からの
信号が入力され、散乱光強度パターンに基づいて演算を
行って粒子径分布を求めるCPU、14は装置全体を制
御するパソコンで、演算結果などを表示するカラーディ
スプレイなどの表示装置15を備えている。ここまでの
構成は、従来の粒径分布測定装置のそれと変わるところ
はない。
【0015】前記図1に示した粒径分布測定装置におい
ては、前記光検出器8の透過光受光素子10の中心を、
レーザ光2の光軸中心と合致させるための位置調整機構
16として、図2および図3に示すように構成されるも
のを用いている。
【0016】すなわち、図1〜図3において、17は例
えば平板状のベースステージで、レーザ光2の光軸2と
直交するように立設されるものである。このベースステ
ージ17の一方の平面側に、光学部材としての光検出器
8を着脱自在に保持する平板状の二軸ステージ18がベ
ースステージ17の平面に沿うように変形かつ変位する
3つの適宜の幅を有する板ばね19,20,21で支持
される。この実施の形態における二軸ステージ18は、
その平面視形状がほぼ正方形で、その一つの対角線が上
下方向に、他の対角線が水平方向になるように、つま
り、4辺18a,18b,18c,18dが45°の状
態で傾いた状態で設けられる。そして、この二軸ステー
ジ18の一つの角部(辺18aと辺18bが挟む部分)
には平面視左右対称形の膨出部18Aが形成される一
方、これと対角線の角部(辺18cと辺18dが挟む部
分)には、平面視矩形状の膨出部18Bが形成されてい
る。そして、光検出器8は、前記平板状の二軸ステージ
18の一方の面側に設けられ、板ばね19〜21は、二
軸ステージ18の他方の面側、ベースステージ17と二
軸ステージ18との間に設けられる。なお、以下、辺1
8aと平行な方向をX方向、辺18bと平行な方向をY
方向といい、二軸とは、X方向、Y方向のことをいう。
【0017】前記板ばね19〜21のうちの第1の板ば
ね19および第2の板ばね20は、それらの板厚方向か
ら見てL字形を呈して、それぞれ、互いに直交した面部
19a,19b、20a,20bよりなる。また、第3
の板ばね21は、一つのフラットな面部を有する板ばね
よりなる。
【0018】そして、第1の板ばね19は、その一つの
面部19aがX方向と平行になり、面部19aの端部が
二軸ステージ18の膨出部18Aの縁に固定され、他の
面部19bの端部がベースステージ17の平面17aに
突設された固定部材22に固定され、その幅面が前記平
面17aと垂直となっている。また、第2の板ばね20
は、その一つの面部20aがY方向と平行になり、面部
20aの端部が前記平面17aに突設された固定部材2
3に固定され、その幅面が前記平面17aと垂直になっ
ている。さらに、第3の板ばね21、その一端が前記膨
出部18Aとは対角線上の反対側に位置する膨出部18
Bの水平な縁に固定され、他端が前記平面17aに突設
された固定部材24に固定され、その幅面が前記平面1
7aと垂直かつX方向、Y方向と45°の状態(水平状
態)になるように設けられている。
【0019】上述のように構成された板ばね19〜21
は、ベースステージ17の平面17aに沿った方向、す
なわち、第1の板ばね19はX方向に、第2の板ばね2
0は前記X方向と直交するY方向に、第3のばね21は
A方向(ベースステージ17の上下方向)にのみ変形お
よび/または移動することができ、その結果、二軸ステ
ージ18は、ベースステージ17の平面17aに沿っ
て、X方向およびY方においてのみ移動することができ
る。特に、二軸ステージ18は、その上端側が第3のば
ね21によって支持されているので、平面17aに平行
かつ上下方向以外の無用な動きを行うことはない。
【0020】そして、前記二軸ステージ18は、以下に
述べるような機構の働きにより、x 1 方向(X方向にお
いて上向きの方向)、x2 方向(X方向において下向き
の方向)、y1 方向(Y方向において上向きの方向)、
2 方向(Y方向において下向きの方向)に移動できる
ように構成されている。
【0021】すなわち、第1の板ばね19および第2の
板ばね20のそれぞれ屈曲部の内側には、ベースステー
ジ17に設けられるアクチュエータ部30X,30Y
(後述する)の押圧力を受けて、二軸ステージ18をx
1 方向およびy1 方向に移動させる駆動部材25,26
が設けられている。また、前記膨出部18Aにおける点
(第1の板ばね19の面部19aを延長した線と第2の
板ばね20の面部20aを延長した線との交点)27に
それぞれ一端が結合され、それぞれの他端がベースステ
ージ17上の固定点28,29にそれぞれ結合され、X
方向およびY方向にそれぞれ沿うように引きばね30,
31が張設されている。
【0022】前記駆動部材25,26に所定の押圧力を
印加するアクチュエータ部32X,32Yの構成を説明
する。アクチュエータ部32Xは、駆動部材25をX方
向に押圧するものであり、アクチュエータ部32Yは駆
動部材26をY方向に押圧するものである。そして、両
アクチュエータ部32X,32Yは互いに同じ構成であ
るので、一方のX方向アクチュエータ部32Xの構成を
説明し、図2および図3において、Y方向アクチュエー
タ部32Y側の対応する部材には同一符号を付してその
説明は省略する。
【0023】すなわち、図2および図3において、33
はモータで、例えば正、逆いずれの方向にも回転するこ
とのできるステップモータ(パルスモータともいう)
で、ベースステージ17の平面17aにブラケットを介
して取り付けられている。このモータ33の出力軸33
aは、上下方向の変位を吸収するカップリング34を介
して、押圧部材としてのボールねじ35と結合されてい
る。そして、前記平面17aのモータ33の下方位置に
は、ブラケットを介してボールナット36が取り付けら
れており、ボールねじ35は、ボールナット36と螺合
し、その先端(下端)部35aは球面または適宜の曲面
に形成されており、この先端部側がボールナット36か
ら適宜長さだけ下方に突出している。したがって、前記
ボールねじ35は、モータ33の正方向の回転または逆
方向の回転により、それぞれ、図2中の符号U方向また
はV方向に下降または上昇し、後述するレバー37を駆
動する。
【0024】37は前記ボールねじ35の下方向の移動
量または上方向の移動量および押圧力を適宜変倍して伝
達する機構で、この実施の形態においては、レバー(梃
子)よりなる。このレバー37は、ボールねじ35の下
端部35aの押圧力が作用する水平な第1レバー部37
Aと、第1の板ばね19の面部19b(第2の板ばね2
0の面部20b)と平行になるように第1レバー部37
Aから45°の角度で斜め方向に立ち上がる第2レバー
部37Bとからなり、ベースステージ17に立設される
支点37Cによって回転自在にに枢支されている。そし
て、前記レバー37は、ボールねじ35の押圧力が作用
する第1レバー部37Aの力点部には平座金38がボー
ルねじ35および第1レバー部35aのいずれによって
も拘束されない状態で介装されている。また、前記レバ
ー37の第2レバー部37Bの出力側には、駆動部材2
5(26)を押圧する押圧部37bが形成されている。
【0025】上記構成の位置調整機構16においては、
光検出器8は、その透過光受光素子10が第1の板ばね
19の面部19aを延長した線と第2の板ばね20の面
部20aを延長した線との交点27に一致するようにし
て、二軸ステージ18に取り付けられる。この状態で、
アクチュエータ部32X,32Yのモータ33を正転さ
せると、このモータ33の出力軸33aと上下方向の変
位を吸収するカップリング34を介して接続されたボー
ルねじ35が下方向(U方向)に動き、その押圧力が平
座金38を介してレバー37の第1レバー部37AをU
方向に変位させる。この第1レバー部37Aの下方向へ
の変位に伴って第2レバー部37Bが図2および図3に
おいて符号w1 で示す方向に回転し、この回転による押
圧力が駆動部材25,26に印加される。その結果、第
1の板ばね19は引きばね30の引っ張り力に抗して、
また、第2の板ばね20は引きばね31の引っ張り力に
抗して、それぞれ、符号x1 ,y1 で示す方向に移動
し、この移動に伴って、二軸ステージ18が同様に移動
し、二軸ステージ18に保持されている光検出器8が同
様に移動する。したがって、前記モータ33に対してそ
れぞれ最適の回転量を得るための指令を与えることによ
り、光検出器8を保持した二軸ステージ18を移動させ
ることができ、光検出器8の中心である透過光受光素子
10の位置をレーザ光2の光軸に合致させることができ
るのである。
【0026】なお、前記モータ33を逆転させたときに
は、二軸ステージ18を符号x2 ,y2 で示す方向に移
動させることができることはいうまでもない。
【0027】上述した位置調整機構16においては、ア
クチュエータ部32X,32Yおよびこのアクチュエー
タ部32X,32Yによる駆動力をX方向、Y方向への
駆動部材25,26に伝達する機構37を、二軸ステー
ジ18ととともにベースステージ17に組み込むように
しているので、光検出器8の位置調整機構16として小
型・コンパクトなものが得られる。
【0028】そして、前記アクチュエータ部32X,3
2Yには、モータ33を用い、その出力軸33aを上下
方向の変位を吸収することができるカップリング34を
用いてボールねじ35に伝達するとともに、ボールねじ
35による駆動力をレバー37を介して第1の板ばね1
9および第2の板ばね20にそれぞれ設けた駆動部材2
5,26に伝えるようにしているので、アクチュエータ
部32X,32Yを光検出器8を光検出器持する二軸ス
テージ18とは離れた位置に設けることができ、モータ
33の熱が板ばね19,20に伝えられるといった不都
合を生ずることがない。
【0029】また、上記位置調整機構16においては、
摺動部がなく、こじれやこすれがないので、動きがスム
ーズである。さらに、レバー37におけるレバー比を適
宜調整することにより、二軸ステージ18の動きの大小
を設定することができ、光検出器8の位置をよりきめ細
かく微調整することができる。
【0030】この発明は、種々の変形して実施すること
ができ、第1の板ばね19および第2の板ばね20は、
それぞれ、必ずしも一体物でなくてもよく、例えば、第
1の板ばね19を構成するのに、2枚の独立したフラッ
トな板ばねを、駆動部材25に対して、面部19a,1
9bと同じように取り付けるようにしてもよい。第2の
板ばね20についても同様である。さらに、第1の板ば
ね19および第2の板ばね20として、面部19a,2
0aからのみなるものを用い、この面部19a,20a
の長手方向(X方向、Y方向)に変位させる駆動力を印
加するようにしてもよい。
【0031】そして、駆動部材25,26に対しては、
押圧力に代えて、引っ張り力を印加するようにしてもよ
い。すなわち、アクチュエータ部32X,32Yとして
引っ張り力を発生させるように構成したものを用いても
よい。
【0032】また、引きばね30,31に代えて押しば
ねを用いてもよく、そして、第3の板ばね21が十分に
強いものであれば、ばね30,31は必ずしも設ける必
要はない。さらに、二つのばね30,31を設けるのに
代えて、点27から下方に真っ直ぐに(鉛直方向)一つ
のばねを、点27とベースステージ17上の固定点(図
示していない)との間に張設してもよい。
【0033】さらに、光検出器8は、その透過光受光素
子10が二軸ステージ18上の点27に一致するように
して二軸ステージ18に取り付ける必要はなく、前記透
過光受光素子10と前記点27が多少ずれていてもよ
い。
【0034】そして、上述の実施の形態においては、二
軸ステージ18に保持される光学部材が光検出器8であ
ったが、この発明はこれに限られるものではなく、光学
部材がガス分析計など各種の分析装置や測定装置などに
設けられるレンズ、光源、光学フィルタ、ミラー、ピン
ホール、回折格子などであっても、同様に位置調整を行
うことができる。この場合、レンズ、光学フィルタ、ピ
ンホールなど、光を通過させるものにおいては、ベース
ステージ17に光通過用孔など光通過部を開設したり、
ベースステージ17の形状を適宜工夫する必要がある。
【0035】
【発明の効果】以上のように、この発明の光学部材の位
置調整機構は、光学部材を保持するための二軸ステージ
を基準となるベースステージに平行になるように、ベー
スステージの平面内において変形かつ変位する3つの板
ばねで支持し、そのうちの第1および第2の板ばねの一
端部を互いに直交する二軸方向において前記二軸ステー
ジに結合し、これら第1および第2の板ばねを前記ベー
スステージの平面内において変位させることにより、前
記二軸ステージを前記平面内において変位できるように
し、もって光学部材の位置を調整できるようにしている
ので、全体の構成が簡単であり、軽量であり、したがっ
て、外部からの振動や衝撃の影響を受けにくく、光学部
材を保持するための二軸ステージを、それほど強固では
ない簡単な構造で支持することができる。
【0036】そして、アクチュエータ部を二軸ステージ
とは別の位置に配置することができるので、任意の構造
および大きさのアクチュエータ部を用いることができ
る。また、アクチュエータ部を二軸ステージから離れた
位置に配置することができるので、アクチュエータ部か
ら発生する熱が二軸ステージやこれに保持される光学部
材に直接伝わることがない。さらに、二軸ステージが一
つの平面的な部材である場合、機構全体の構成を簡単か
つ小型化することができ、二軸ステージを一つの平面内
に形成することができ、二軸ステージの小型・コンパク
ト化が図れ、特に、厚み方向のサイズを小さくすること
ができるので、光路長の短い小型・コンパクトな光学装
置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の光学部材の位置調整機構を組み込ん
だ粒径分布測定装置の全体構成を概略的に示す図であ
る。
【図2】この発明の光学部材の位置調整機構の平面構成
を概略的に示す図である。
【図3】前記位置調整機構の要部を拡大して示す図であ
る。
【図4】従来技術を説明するための図である。
【符号の説明】
8…光学部材、16…位置調整機構、17…ベースステ
ージ、18…二軸ステージ、19,20,21…板ば
ね、30,31…ばね、37…変倍機構。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光学部材を保持するための二軸ステージ
    を基準となるベースステージに平行になるように、ベー
    スステージの平面内において変形かつ変位する3つの板
    ばねで支持し、そのうちの第1および第2の板ばねの一
    端部を互いに直交する二軸方向において前記二軸ステー
    ジに結合し、これら第1および第2の板ばねを前記ベー
    スステージの平面内において変位させることにより、前
    記二軸ステージを前記平面内において変位できるように
    し、もって光学部材の位置を調整できるようにしたこと
    を特徴とする光学部材の位置調整機構。
  2. 【請求項2】 第1および第2の板ばねがいずれもL字
    状に形成されており、前記各板ばねの一端部が二軸ステ
    ージに結合され、各板ばねの他端部が同じ平面内におい
    て固定され、各板ばねを前記平面内において変位させる
    ようにしてある請求項1に記載の光学部材の位置調整機
    構。
  3. 【請求項3】 第1および第2の板ばねのそれぞれに変
    倍機構を介して各板ばねを変位させる力を印加するよう
    にしてある請求項2に記載の光学部材の位置調整機構。
  4. 【請求項4】 二軸ステージの第1および第2の板ばね
    の結合された点を超えた位置に、第1および第2の板ば
    ねの延設方向に沿うようにしてばねを設けてなる請求項
    2または3に記載の光学部材の位置調整機構。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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