JP4253940B2 - 可動式照明装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブリッジ固定ステージ移動式の光学装置等の、観察部の移動に連動して観察領域を照明する可動式照明装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ブリッジ固定ステージ移動式の光学装置は、固定されたブリッジを持ち、ブリッジ上の左右方向をx軸として移動する観察部と、ブリッジの両側の支柱間で前後方向をy軸として移動するステージ部とを有する装置であり、ステージ部上に載せられた被測定物を測定する測定機等に主に使用される。
従来、このような光学装置は、ステージ部上の観察領域をステージ部の下方から照明する透過照明装置として、細長い円柱形状の線光源を観察部の移動方向(x方向)に沿って配置するものが使用されていた。しかし、このような線光源では、観察していない位置も照明しているので、照明効率が悪く、照度が不足する場合が多かった。
【0003】
この点を改善するために、観察部の動作に連動して移動する可動式照明装置が使用されてきた。図9は、従来の可動式照明装置の概略を説明する図である。線レール55は、x方向に平行に配置され、スライド部53をx方向に移動可能に保持している。スライド部53は、投光部54を保持すると共に、ケーブルベア51の一方の端部も保持する。光ファイバ52は、ケーブルベア51内を通ることによりガイドされ、投光部54に照明光を供給する。なお、スライド部53は、不図示の駆動機構(ベルトや送りネジによるもの等、方式は、任意)によって観察部と同方向(x方向)に駆動される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述した従来の装置は、光ファイバ52の曲げ半径を小さくすると、光ファイバ52が断線しやすくなり、また、作動抵抗も大きくなるという問題があった。そのため、ケーブルベア51の曲げ半径を大きくする必要があり、ステージガラスの下に機構が配置されるという透過照明光学系の性質上、ステージ部をコンパクトに構成することが困難になるという問題があった。
また、このような構造では、光ファイバ52は、x軸ストロークの約7割以上にわたって屈曲動作を受けるため、光ファイバ52が断線する頻度が高いという問題もあった。
【0005】
一方、特公平7−117369号公報に掲載のテーブル型測長装置は、ケーブルベア51を使用しない可動式照明装置として、揺動アーム内に光ファイバを通し、透過照明光学系を移動させる手法を開示している。
しかし、特公平7−117369号公報の手法は、揺動アームの関節に相当する部分において、光ファイバが小さい曲げ半径で曲げられるうえに、その関節部分の数も多く、光ファイバが断線する頻度が高く、信頼性が低かった。
また、光ファイバを小さい曲げ半径で多数同時に曲げる必要があるため、作動抵抗が大きく、透過照明光学系を滑らかに作動させることが難しかった。
【0006】
本発明の課題は、投光部が移動しても、光ファイバ又は電源ケーブルの屈曲による断線がなく、作動も滑らかで小型である可動式照明装置を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。すなわち、請求項1の発明は、ベース部(20)と、前記ベース部にあって、第1の方向(y)に移動するステージ部(43)と、前記ステージ部の移動方向と直交する第2の方向(x)に移動し、前記ステージ部の観察領域を観察する観察部(42)とを備える光学装置(40)に含まれ、前記観察部の移動に連動し前記観察領域を照明する可動式照明装置(10)であって、光源(21)と、前記観察部の移動に連動して前記第2の方向(x)へ直線移動し、前記観察領域を照明する投光部(31)と、前記投光部に一端を接続され、他端を前記光源に接続された光ファイバ(30)と、前記投光部の移動行程から引き出した垂線上の支点(11A)を回転中心として回転自在に前記ベース部に取り付けられ第1のアーム(11)と、前記投光部と前記支点とを結ぶ方向にスライド可能に取り付けられ前記投光部(31)を支持する第2のアーム(12)と、前記第1のアームと一体的に設けられ前記光ファイバ(30)を前記第2のアーム側及び前記第2のアームとは反対側に誘導し、前記スライドに伴う前記光ファイバの支持長変化を前記第1のアームの外側でたわむように誘導する誘導部とを有し前記光ファイバの移動方向を前記投光部及び前記回転中心を結ぶ方向に規制するガイド部(15)とを備える可動式照明装置である。
【0008】
請求項2の発明は、ベース部(20)と、前記ベース部にあって、第1の方向(y)に移動するステー一ジ部(43)と、前記ステージ部の移動方向と直交する第2の方向(x)に移動し、前記ステージ部の観察領域を観察する観察部(42)とを備える光学装置に含まれ、前記観察部の移動に連動し前記観察領域を照明する可動式照明装置であって、電源と、前記観察部の移動に連動して前記第2の方向へ直線移動し、前記観察領域を照明する光源を含む投光部と、前記投光部に一端を接続され、他端を前記電源に接続された電源ケーブルと、前記投光部の移動行程から引き出した垂線上の支点を回転中心として回転自在に前記ベース部に取り付けられた第1のアーム(11)と、前記投光部と前記支点とを結ぶ方向にスライド可能に取り付けられ前記投光部(31)を支持する第2のアームと、前記第1のアーム(11)と一体的に設けられ前記電源ケーブルを前記第2のアーム側及び前記第2のアーム(12)とは反対側に誘導し、前記スライドに伴う前記電源ケーブルの支持長変化を前記第1のアーム(11)の外側でたわむように誘導する誘導部とを有し前記電源ケーブルの移動方向を前記投光部及び前記回転中心を結ぶ方向に規制するガイド部と、を備える可動式照明装置である。
【0011】
請求項の発明は、請求項1または請求項2に記載の可動式照明装置において、前記支点(11A)は、前記ステージ部(43)のストローク終端の外側にあることを特徴とする可動式照明装置である。
【0012】
請求項の発明は、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の可動式照明装置において、前記第2の方向(x)に平行に配置された直線移動案内部(14)と、前記直線移動案内部に沿って移動自在に前記直線移動案内部に取り付けられた、スライド部(14B)とを備え、前記投光部(31)又はその投光部を設けられたガイド部(15)は、前記スライド部に回転可能に取り付けられていることを特徴とする可動式照明装置である。
【0013】
請求項5の発明は、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の可動式照明装置において、前記支点は、前記投光部の移動行程の中間付近から引き出した垂線上にあることを特徴とする可動式照明装置である。
請求項6の発明は、請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の可動式照明装置において、前記誘導部は、前記スライド可能な方向と直交する方向に回転軸を有する2つのローラを有することを特徴とする可動式照明装置である。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照して、本発明の実施の形態について、さらに詳しく説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明による可動式照明装置の第1実施形態の概要を示す図である。図2は、ブリッジ固定ステージ移動式の光学装置の概要を示す図である。図3は、可動式照明装置の上面図である。図4は、図3のEE断面を示す図である。図5は、図4の投光部付近(F部)を拡大した図である。図6は、図4の軸B付近(G部)を拡大した図である。
以下、図1を中心にし、各図を参照しながら、可動式照明装置10について説明する。
図1に示す可動式照明装置10は、ブリッジ固定ステージ移動式の光学装置40(図2参照)の下面にあって、下方から測定領域を照明する透過照明用の可動式照明装置である。光学装置40は、固定されたブリッジ41を持ち、ブリッジ41上の左右方向をx軸として移動する観察部42と、ブリッジ41の両側の支柱間で前後方向をy軸として移動するステージ部43とを有する光学装置であり、ステージ部43上に載せられた被測定物を測定する測定機等に主に使用される。
【0015】
可動式照明装置10は、第1のアーム11,第2のアーム12,誘導器15により本発明のガイド部をなしている。
【0016】
第1のアーム11は、軸Bを中心にベース部20に立てられた支柱11Aに備わるベアリング11Bを介して回転自在に取り付けられ(図6参照)、その内側には、第2のアーム12が挿入されている。軸Bは、投光部31のx方向ストロークのほぼ中間位置から引き出した垂線上にあって、ステージ部43のy方向ストローク終端の外側に配置されている(図3参照)。
【0017】
第2のアーム12は、その一端が軸A部分でベアリング13aを介して軸受け台13に回転自在に取り付けられるとともに、もう一端は、第1のアーム11に対して抜き差し方向(軸Aと軸Bを結ぶ方向)にスライド自在に挿入された状態で取り付けられている。また、第1のアーム11と第2のアーム12とは、図示しないベアリングを介して挿入されており、スライド動作が滑らかになるようになっている。
【0018】
誘導器15は、第1のアーム11上にあって、1対のローラ15a,15bを有し、光ファイバ30の移動方向を軸A及び軸Bを結ぶ方向に規制するとともに、その作動を滑らかにする部分である(図6参照)。図7は、誘導器15のD矢視図である。ローラ15a,15bは、糸巻き型(中央部がへこんだ円柱形状)をしており、この間を光ファイバ30が誘導されて移動する。
【0019】
投光部31は、その投光する光軸が軸Aと一致する位置、すなわちベアリング13aの回転中心と一致する位置となるように、投光部取り付け部12aを介して第2のアーム12に固定され、第2のアーム12と一体となって移動し、観察領域を照明する部分である。投光部31には、光ファイバ30の一端(30b)が接続され、透過照明レンズ31a〜31c及びミラー31dにより、光ファイバ30からの照明光を観察領域へ導く(図5参照)。
【0020】
光ファイバ30は、一端(30a)が光源21に接続され、もう一端(30b)が投光部31に接続されており、照明光を光源21から投光部31へ導く部材である。光ファイバ30は、投光部31から誘導器15までの間では、たるみを生じないように誘導器15により支えられ、誘導器15からファイバ支持部32までの間のたるみ部30cの部分において、緩やかに曲げられるとともに、投光部31の移動による軸Aから軸Bまでの距離の変化を吸収するように、たるまされている。
【0021】
ここで、投光部31を駆動するベルト駆動機構について説明する。
モータ16は、図示しない制御回路により制御され、プーリ18Aを駆動する駆動源である。モータ16の同軸上には、ロータリエンコーダ17が取り付けられ、モータ16の回転角度を図示しない制御部へと伝える。
プーリ18A,18Bは、対になって、タイミングベルト19が掛けられた歯付きベルト車である。
タイミングベルト19は、歯付きベルトであり、平行掛された一方には、ベルト締結部14Dが接続されている(図5参照)。
ベルト締結部14Dは、スライド部14Bをタイミングベルト19の動作に同期させて移動させるために、スライド部14Bとタイミングベルト19とを接続する部材であり、タイミングベルト19の動作に連動して、x方向に移動する。
スライド部14Bは、直線レール14にガイドされ、x方向にのみ滑らかに移動する部材である。
直線レール14は、観察部42の移動するx方向に平行に配置されたレールよりなる直線移動案内部である。
軸受け台13は、スライド部14Bに固定されており、スライド部14Bと一体となりx軸方向に移動する。軸受け台13には、軸Aの位置に回転中心を持つベアリング13aが設けられている(図5参照)。
【0022】
つぎに、投光部31の移動時の動作について説明する。観察部42の移動は、図示しないx軸エンコーダにより検出される。このx軸エンコーダの出力に応じてモータ16を回転させることにより、図示しない制御部は、投光部31を移動させる。このとき、ロータリエンコーダ17は、モータ16の回転角度に応じたパルスを制御部に伝えるので、モータ16の回転量から投光部31の移動量及び移動速度が分かるようになっている。なお、観察部42のx軸エンコーダとモータ16のロータリエンコーダ17は、同一の分解能である必要はない。
【0023】
ここで、制御部における駆動制御方法を以下に説明する。観察部42のx軸エンコーダが読み取った座標をX0、モータ16のロータリエンコーダ17から算出した座標をX1とする。制御部は、観察位置を変えるため観察部42の駆動機構に速度指令V0を与える。つぎに、制御部は、可動式照明装置の制御部における演算では、動作の遅れを防ぐため以下の処理をおこない速度指令V1を与える。ただし、次式において、α及びβは、係数である。
V1=αV0+β(X0−X1)
上記の制御により、制御部は、投光部31を観察部42の動作に正確に対応させて移動させる。
【0024】
投光部31が移動すると、軸Aの位置が移動するので、第2のアーム12も軸Aの移動に応じて回転しながら移動する。投光部31が図3の位置P1から位置P2(又はP3)へ移動するときには、第2のアーム12は、第1のアーム11から引き出されながら移動する。
【0025】
図4において、光ファイバ30のたるみ部30cの変形状態を、投光部31が位置P1にあるときを30−1、投光部31が位置P2及びP3にあるときを30−2により示した。
投光部31が図3の位置P1から位置P2(又はP3)へ移動するとき、光ファイバ30は、30−1の状態から30−2の状態へと変化することにより、軸Aから軸Bの距離の変化を吸収する。
逆に、投光部31が図3の位置P2(又はP3)から位置P1方向へ移動するときには、第2のアーム12は、第1のアーム11に挿入されながら移動する。このとき、光ファイバ30は、30−2の状態から30−1の状態へと変化することにより、軸Aから軸Bの距離の変化を吸収する。
【0026】
ここで、投光部31が図3の位置P1から位置P2へ移動する場合の、光ファイバ30の屈曲量を従来技術の場合と比較する。観察部42のx軸方向ストロークをx、ステージ部43のy軸方向ストロークをyとする。図3に示すように、投光部31がx軸方向ストロークの中央(位置P1)にあるときの、軸Aから軸Bまでの距離L1は、L1=y+α=1.1yとした。本実施形態では、軸Bの位置をステージ部43のy軸方向ストロークの外側に配置したため、+αを必要とした。また、今回は、x=yとした。投光部31が位置P2にあるときの、軸Aから軸Bまでの距離L2は、以下により与えられる。
【0027】
【数1】
Figure 0004253940
【0028】
よって、軸Aから軸Bまでの距離の変化量ΔLは、以下のようになる。
【0029】
【数2】
Figure 0004253940
【0030】
一方、ケーブルベア51を使用する従来技術(図9参照)の場合は、光ファイバ52は、x軸方向ストロークの7割以上の長さにわたり、屈曲されるので、その屈曲量を、上記ΔLと同様に表現すると、0.7xとなる。よって、本実施形態における、光ファイバ30の屈曲量は、従来技術と比較して1/7程度となる。
【0031】
このように、本実施形態によれば、光ファイバ30が受ける屈曲量は、低減され、断線事故等が発生することが無くなる。また、光ファイバ30を配線するスペースも少なくて済み、光学装置全体のサイズを小型化することができる。さらに、動作抵抗も低減されるので、駆動装置等も簡単にすることができ、より小型化が達成できる。さらにまた、光学装置全体のサイズが小型化することにより、光学装置自体の精度確保が容易となり、より小型で高精度な光学装置を低価格で提供することができる。
【0032】
(第2実施形態)
図8は、本発明による可動式照明装置の第2実施形態の概要を示す図である。
第2実施形態における可動式照明装置60は、第1実施形態における可動式照明装置10の第1のアーム11及び第2のアーム12の代わりに、アーム61を使用している他は、第1実施形態と同様な構成であるので、共通する部分の詳しい説明は、省略する。
【0033】
アーム61は、長孔61aにより、支柱11Aに回転自在かつ長手方向に移動自在に取り付けられている。アーム61のもう一端は、軸A部分でベアリング13aを介して軸受け台13に回転自在に取り付けられている。
【0034】
投光部31が移動すると、軸Aの位置が移動するので、アーム61も軸Aの移動に応じて回転しながら移動する。このとき、第1実施形態では、第2のアーム12は、第1のアーム11に対して抜き差しすることにより、軸A〜軸B間の距離変化を吸収していたが、第2実施形態では、長孔61aにより、アーム61が長手方向に移動することによって同様な作用をしている。
【0035】
このように、本実施形態によれば、1本のアーム61によって、軸A〜軸B間の距離変化を吸収するので、構造がさらに簡単になり、より低価格に可動式照明装置を提供できる。
【0036】
(変形形態)
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
【0037】
(1)各実施形態において、光源21の照明光を光ファイバ30により投光部31へ導く例を示したが、これに限らず、例えば、投光部31は、光源を備え、光ファイバ30に相当する部分は、その光源に電力を供給する電源ケーブルであるようにしてもよい。
【0038】
(2)各実施形態において、投光部31を駆動するための動力伝達機構としてベルト駆動を使用する例を示したが、これに限らず、例えば、送りネジを使用しても良いし、軸Aの位置にモータを取り付け回転させてもよい。
【0039】
(3)各実施形態において、観察部42との位置関係を常に一定に保つ方法として、ロータリエンコーダ17をモータ16と同軸に配置しているが、これに限らず、例えば、タイミングベルト19を回転するプーリ18bの軸上にロータリエンコーダを取り付けてもよいし、直線レール14と平行にリニアエンコーダを取り付けてもよい。さらに、軸Aの軸上にロータリエンコーダを取り付けて円弧角から算出してもよい。
【0040】
(4)各実施形態において、モータ16及びロータリエンコーダ17を使用し、フィードバック制御を行う例を示したが、これに限らず、例えば、ステッピングモータ等を使用してオープンループで制御してもよい。
【0041】
(5)各実施形態において、観察部42と投光部31との連動機構は、別々の駆動機構と制御機構を用いた例を示したが、これに限らず、例えば、ギヤ列又は巻掛機構等を用いて、機械的に連動させてもよい。
【0042】
(6)第2実施形態において、アーム61は、支点においてスライド可能に取り付けられた例を示したが、これに限らず、例えば、投光部の取り付け部において、スライド可能に取り付けられた1本のアームであってもよい。
【0043】
(7)各実施形態において、誘導器は、1対のローラ15a,15bを備えた例を示したが、これに限らず、例えば、光ファイバ30の表面素材との摩擦係数の小さな樹脂等を素材としたガイド部材でもよい。
【0044】
(8)各実施形態において、軸Bは、投光部31のx方向ストロークのほぼ中間位置から引き出した垂線上にある例を示したが、これに限らず、垂線が十分に長く確保できる場合には、中間位置になくてもよい。
【0045】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、請求項1の発明によれば、投光部の移動行程から引き出した垂線上の支点を中心として回転自在に取り付けられ、光ファイバの移動方向を規制するガイド部を備えたので、光ファイバの屈曲量を少なくすることができ、光ファイバが断線することがない。
【0046】
請求項2の発明によれば、投光部の移動行程から引き出した垂線上の支点を中心として回転自在に取り付けられ、電源ケーブルの移動方向を規制するガイド部を備えたので、電源ケーブルの屈曲量を少なくすることができ、電源ケーブルが断線することがない。
【0047】
請求項3の発明によれば、ガイド部は、第1のアームと第2のアームとを備え、第2のアームは、第1のアームの長手方向に伸縮可能に取り付けられているのでより確実に光ファイバ又は電源ケーブルをガイドすることができる。
【0048】
請求項4の発明によれば、ガイド部は、支点及び/又は投光部の取り付け部において、スライド可能に取り付けられた1本のアームであるので、構造が簡単になり、より低価格に製造することができる。
【0049】
請求項5の発明によれば、支点は、ステージ部のストローク終端の外側にあるので、簡単な構成であってもステージ部の移動による干渉などが生じない。
【0050】
請求項6の発明によれば、直線移動案内部と、スライド部とを備え、投光部又はその投光部を設けられたガイド部は、スライド部に回転可能に取り付けられているので、第2の方向の移動が滑らかになり、確実にすることができる。
【0051】
請求項7の発明によれば、支点は、前記投光部の移動行程の中間付近から引き出した垂線上にあるので、垂線が短い場合でも、光ファイバの屈曲量を少なくすることができ、光ファイバが断線することがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態を説明する図である。
【図2】ブリッジ固定ステージ移動式の光学装置の概要を示す図である
【図3】可動式照明装置の上面図である。
【図4】図3のEE断面を示す図である。
【図5】図4の投光部付近(F部)を拡大した図である。
【図6】図4の軸B付近(G部)を拡大した図である。
【図7】誘導器15のD矢視図である。
【図8】第2実施形態を説明する図である。
【図9】従来技術を示す図である。
【符号の説明】
10 可動式照明装置
11 第1のアーム
12 第2のアーム
14 直線レール
14B スライド部
15 誘導器
16 モータ
17 ロータリエンコーダ
18A,18B プーリ
19 タイミングベルト
21 光源
30 光ファイバ
31 投光部

Claims (6)

  1. ベース部と、
    前記ベース部にあって、第1の方向に移動するステージ部と、
    前記ステージ部の移動方向と直交する第2の方向に移動し、前記ステージ部の観察領域を観察する観察部と、
    を備える光学装置に含まれ、前記観察部の移動に連動し前記観察領域を照明する可動式照明装置であって、
    光源と、
    前記観察部の移動に連動して前記第2の方向へ直線移動し、前記観察領域を照明する投光部と、
    前記投光部に一端を接続され、他端を前記光源に接続された光ファイバと、
    前記投光部の移動行程から引き出した垂線上の支点を回転中心として回転自在に前記ベース部に取り付けられた第1のアームと、前記投光部と前記支点とを結ぶ方向にスライド可能に取り付けられ前記投光部を支持する第2のアームと、前記第1のアームと一体的に設けられ前記光ファイバを前記第2のアーム側及び前記第2のアームとは反対側に誘導し、前記スライドに伴う前記光ファイバの支持長変化を前記第1のアームの外側でたわむように誘導する誘導部とを有し前記光ファイバの移動方向を前記投光部及び前記回転中心を結ぶ方向に規制するガイド部と、
    を備える可動式照明装置。
  2. ベース部と、
    前記ベース部にあって、第1の方向に移動するステージ部と、
    前記ステージ部の移動方向と直交する第2の方向に移動し、前記ステージ部の観察領域を観察する観察部と、
    を備える光学装置に含まれ、前記観察部の移動に連動し前記観察領域を照明する可動式照明装置であって、
    電源と、
    前記観察部の移動に連動して前記第2の方向へ直線移動し、前記観察領域を照明する光源を含む投光部と、
    前記投光部に一端を接続され、他端を前記電源に接続された電源ケーブルと、
    前記投光部の移動行程から引き出した垂線上の支点を回転中心として回転自在に前記ベース部に取り付けられた第1のアームと、前記投光部と前記支点とを結ぶ方向にスライド可能に取り付けられ前記投光部を支持する第2のアームと、前記第1のアームと一体的に設けられ前記電源ケーブルを前記第2のアーム側及び前記第2のアームとは反対側に誘導し、前記スライドに伴う前記電源ケーブルの支持長変化を前記第1のアームの外側でたわむように誘導する誘導部とを有し前記電源ケーブルの移動方向を前記投光部及び前記回転中心を結ぶ方向に規制するガイド部と、
    を備える可動式照明装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載の可動式照明装置において、
    前記支点は、前記ステージ部のストローク終端の外側にあること、
    を特徴とする可動式照明装置。
  4. 請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の可動式照明装置において、
    前記第2の方向に平行に配置された直線移動案内部と、
    前記直線移動案内部に沿って移動自在に前記直線移動案内部に取り付けられた、スライド部とを備え、
    前記投光部又はその投光部を設けられたガイド部は、前記スライド部に回転可能に取り付けられていること、
    を特徴とする可動式照明装置。
  5. 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の可動式照明装置において、
    前記支点は、前記投光部の移動行程の中間付近から引き出した垂線上にあること、
    を特徴とする可動式照明装置。
  6. 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の可動式照明装置において、
    前記誘導部は、前記スライド可能な方向と直交する方向に回転軸を有する2つのローラを有すること、
    を特徴とする可動式照明装置。
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