JPS61105398A - 多重自由度の台架 - Google Patents

多重自由度の台架

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JPS61105398A
JPS61105398A JP60234674A JP23467485A JPS61105398A JP S61105398 A JPS61105398 A JP S61105398A JP 60234674 A JP60234674 A JP 60234674A JP 23467485 A JP23467485 A JP 23467485A JP S61105398 A JPS61105398 A JP S61105398A
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carrier
optical
axis
rotation
hemispherical support
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/003Alignment of optical elements
    • G02B7/005Motorised alignment

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mounting And Adjusting Of Optical Elements (AREA)
  • Credit Cards Or The Like (AREA)
  • Diaphragms For Electromechanical Transducers (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は6つの自由度をもち且つ光学コリレータ、定歪
テレとカメラ、ロボットの目、または光字ベンチ系(鏡
を含む)のような光字装置、またはレーザーのような光
源、まfcはその他の光学要素に使用することを意図す
る台架に関する。
光学要素を支持し中心番こおくため(こ使用する従来技
術の装置は一般に、ZsWおよび露軸にそって光学要素
を移動させる次めの且つ光学要素をzおよびν軸のまわ
坦こ旋回させるための別々の部材を備えている。これら
の装et、は空間が特別の位置に存在しない光字ペンチ
系において使用するにけ好適であるけれども、多数の光
学要素が密接に形成された関係で一緒に密接に結合され
なければならない軍事用または工業用の用途には一般壷
こ不適切である。
たとえば、” Devi43e for the Ss
pportisgand Canta’rtng of
 Cotnpmnta”と題する米国特許第3,511
,462号には枢軸旋回運動を与える丸めの1セツトの
ジンバルおよびzlyおよび露軸番こそっての移動を与
えるための3個の別々の台架が記載されている。この装
置は5つの運動自由度、すなわ′r03つの移動および
2つの角旋回を与える。
米国特許第4,099,852号には同様に3つの移動
と2つの角回転を与える「5つの自由度をもつレンズ配
置装置」が記載されている。この装ff11は5ミクロ
ンのヘッド−itはモータ電化すニア作動装置ヲ使用し
てレンズf:3つの軸2よび2つの角回転のまわりに移
動させている。
米国特許第4・088・396号には半球台架および一
対のスクリュー(この半球台架を基板に対して枢軸旋回
させる)によって2つの回転自由度を与える「独立に直
角に調節可能を要素」が記載されている。この米国特許
にはスクリューねじおよび半球台架内の内部光学通路も
記載されている。
この特許には震軸にそって移動する次めの3個のスクリ
ューねじの使用は記載されていない。
” Vinkalindstillmlig 0bja
htiv fatning”と題するデンマーク特許に
も半球台架(複数〕および直角配置調節スクリューを使
用して半球台架の1つを他の半球台架に旋回させて光学
軸のまわりの回転旋回を与えることが記載されている。
このデンマーク特許にはまた雄ねじスクリューを使用し
てこれらの半球台架間の張力ヲヒ4節することが記載さ
れているが2@にそって光学要素全位置決めするための
スクリューねじの使用は記載されていない。
” AdjsztabLg La5s Mount ”
と題する米国特許第3.588.230号および” M
ug t i −Dirt c t io%alTra
nalator Mechanism”と題する米国特
許第4.408,830号には、鏡、レンズ、プリズム
などのような光字要素をzおよびy軸にそって移動させ
る機構が記載されている。米国特許第4.408.83
13号にも調節スクリューによって予め定められた位置
に弾性的に偏倚する台架が記載されている。
” AsgLa Adjsatisg Mgchani
stn For 0pti −caj Elgmast
a”と題する米国特許第3,204,471号。
および” Pracison Adjsatablm 
AsaetnbLy Foran 0ptical E
atsah M8rk ”と題する米国特許第3.58
8.232号には調節可能なスタドスクリューによって
軸のまわりを旋回運動するよう固定して配置しうるジン
バル装置が記載されている。米国特許第3.204.4
71号に記載のものはねじれバネと調節可能なスクリュ
ーとの組合せによって予め定められた位置に弾性的に偏
倚せしめられる。
米国特許第3.642.353号には半球支持面によっ
て配置され波バネによって所足位置に保持される光字鏡
組立体が記載されている。この蜆は鏡組立体を旋回させ
る1セツトの調節スクリューによって2およびy軸のま
わ)に旋回せしめうる。
上記の装置のどれ1つとして3つの軸中での移動とそれ
ぞれの軸のまわりの回転を与えて台架中に6つの自由度
または運動金与えうるものはない。
伝統的に、2.ν2よび膠軸のそれぞれに移動しうる装
Rは最低2個の移動部材、および2軸の1わ9の2つの
旋回もしくは回転の自由度を与えるジンバルもしくは類
似装aを必要とし、また3個の移動部材を必要とする。
本発明は3つの構成要素5こより4つの運動自由度を与
え、そして4個の移動部材により6つの運動自由!’に
与えるものである。
本発明は相互の間の回転運動(こ遇する第1&よび第2
の半球支持体を備え、第1の半球支持体がその中に2回
転軸および枢軸旋回点を形成し更に該回転軸と該枢軸旋
回点を包むねじ付き開口を形成している回転および移動
の自由な光学台架を提供するものである。この光学台架
はまた雄ねじをもつ第1の担体を備え、この雄ねじが上
記のねじ付き開口番こ係合し且つ第1の半球支持体の回
転基こ応答してz軸にそって該担体を移動させ、セして
該担体がその中に光学開口を形成している。取付は用部
材が上記の第1の担体の中に取付けてあって光学部材用
の上記の光学開口内■つの支持体を形成している。この
光学台架はまた上記の枢軸旋回点のまわりに上記の第1
の担体を旋回させる調節可能な部材を備えている。
1つの具体側番こおいて、本発明は3つの直交軸z1ν
および2に七った移動、2よびそれぞれの軸のまわりの
回転から成る6つの自由産金もつ光学用の精密台架であ
る。基礎台架には球形の受入れ面が備えてあり、この面
にこの受入れ面内を回転する嵌合駆動部材が取付けられ
ている。この駆動部材は光学通路を囲む雌ねじスクリュ
ー全形成している。雄ねじスクリューをもつ第1の担体
が球形輪郭の駆動部材の雌ねじと係合し、球形駆動部材
ま7’(はその他の部材の回転に応答して元学軸もしく
は4軸にそって移動して露軸にそった移動を果す。第2
の担体は第1の担体内に取付けられて第1の担体内の2
およびy軸にそつ7’C移動を与える。それぞれの軸の
1わジの回転運動は、第1の担体と半球駆動部材との間
で与えられ、あるいは別法において2およびy軸のまわ
りの回転は半球受入れ面内の半球駆動部材を旋回させる
ことによって与えられる。いづれの場合にも、2軸のま
わりの回転運動は第1の担体を半球駆動部材に対して回
転させること憂こよって与えられる。
光学部材は第2の担体上に取付けられる。所望ならば、
光学部材は枢軸旋回点または半球面の半径への元学通路
内を前号ζこのひることもできる。この場所に2いて、
光学部材#′j:IIi状移動なしで3つの軸のそれぞ
れのまわりに回転させることもできる。光学部材の光線
は台架の中心を通過ぎしめられるからである。任意の光
学要素をこれζこよって3つの光学軸のそれぞれの回転
中心に取付けることができる。
所望ならば1光学要素を次いで所望のようにZ、Yま次
はg@4こそって移動させることができる。
この装置の構成様式のために、本発明は調節を必要とし
最小量の壁間を占める光学要素用の多重自由度の台架を
提供する。本発明は活性光学要素たとえばロボットの目
、目標探索ミサイル、走査テレビカメラ、および移動反
射器に脣に有用である。本発明の装置はまた多重自由度
の調節を必要とする任意の光学系にも適用可能である。
これはプリズム、レンズ、鏡または光源(友とえはレー
ザー元服)を使用する光学ペンチ装置も包含する。本発
明の装置はまたパターン認識系に使用する1つ以上のコ
リレータtこ使用するのにも特ζこ有用である。
まfc、いくつかの駆動モータを加えることによって、
本発明の装置は部品、形状、構造、地形、および目標に
一致させてこれを同定するの憂こ使用する活性光学系に
使用す′ることができる。
本発明の装置はねじ付き球形駆動および台架を使用する
台架の三要素が最小の壁間を使用しながら3つの運動目
出度をもたらしうるという点で独特でおる。台架は走査
の目的で薯およびy軸のそれぞれのまわりに光学部材全
旋回もしくは傾斜させることができ、然も同時に光学要
素′kf軸にそって移動させて活性光学系の焦点龍全与
えることができる。本発明の装置はまた回転中1口が球
状輪郭面の曲率半径を変えることによって任意に選択も
しくは変化されるという独特の特徴をもつ。
第2の具体例において、第1および第2の球状輪郭の支
持体はそれらの間の回転運動に適している。第1の支持
体はま友内部にねじ付き開口を形成しており、この開口
は【。
回転軸および枢軸旋回点を囲んでいる。ねじ付きの第1
の担体はねじ付き開口と保合して該担体を第1の球状輪
郭の支持体の回転に応答して1回転軸番こそって移動さ
せる。この第1の担体は内部に光学開口を形成している
。第2の担体は第1の担体中番こ取付けてもよい。第2
の担体も光学部材用の光学開口内■つの支持体を形成し
ている。第2の担体を第1の担体に対してぎおよびV軸
にそって移動させるための第2よび1移動部材も備えで
ある。また、第1の担体を枢軸旋回点のまわりに旋回さ
せて第1および第2の担体をz′J?よびV軸のそれぞ
れのまわりに回転させるために調節可能な部材も備えで
ある。g軸のまわりの回転は第1の担体を第1の半球支
持体に対して回転させること(こよって与えられる。前
述の如く、2お工ひν軸のまわりの回転を与える調節可
能な部材は第1の球状輪郭支持体全第2のそれに対して
枢軸旋回させることによって、あるいは第1の担体を第
1の球状輪郭支持体に対して傾斜させることによって、
この結果を達成さぜうる。
本発明の一具体例1こおいて、第1および第2の担体は
調節スクリューによって偏倚した又は予め定めた位1f
瘉こ弾性的に取付けられる。不発明の別の具体例におい
て、調節スクリューはサーボモータによって回転せしめ
られる。このサーボモータはその回転に応答してそれぞ
れ構成要素の正の配置を与える。また、リニア・ステッ
ピング・モータを備えてこれらの構成要素の相対的位置
づけを行なうこともできる。この装置は感光性光学装置
たとえばテレビ・カメラまたは荷電カップル装fkを位
置ぎめするの(こ特に有用でめる。またこの装置は鏡、
レンズ、まfcは所望によりレーザー光線を相互配置も
しくは位置ぎめするのにも使用することができ、あるい
はまた2個以上の装置を使用してホログラフ・フーリエ
変換レンズおよび適合したフィルタ系列にコリレータf
t整列させるのに使用することもできる。
添付図面全参照して、第1図はZsJおよび2の直交軸
、ならびにそれぞれの軸のまわりの偏揺れ、ピッチおよ
びロール運動を示すスケッチ図であり、本発明の台架の
操作全説明するためのものである。
第2図はνおよびπ軸にそってとつ九本発明の台架の断
面を示す本発明の一具体例の部分横断面図である。
第3図は本発明の第2の具体例の等測概略図でろって、
各軸にそった移動、ならび番こピンチ、偏揺れ、および
ロールの調節スクリューを示すものである。
第4図は本発明の更に別の具体例の後部平面図であって
、Xおよびyの移動調節、ロール11節、ならひにピッ
チおよび偏揺れの調節スクリューを示すものである。
第5図は第4図憂こ示す装置の部分横断面図であって、
2軸にそった移動ならびにピッチおよび偏揺れの調節ス
クリューを示すものでおる。
第1図に示すよう■本発明はz、ykよσπ軸のそれぞ
れにそった移動、ならびEここれらの軸のそれぞれのま
わりの回転を与えてピッチ、偏揺れおよび調節を行なう
ものである。s、yおよびz軸のそれぞれは相互にほぼ
直交しており、そしてこの台架装置iiは通常3つの回
転運動自由度を与える。移動の調節および回転の自由度
は構成袂素の相対寸法と間隔によって支配され、以下に
述べるよう(こ、広範囲の間隔調節を用いて達成される
第2図憂こ示すように、本発明の一具体例がVおよびz
軸で形成される面にそった横断区分立面側面において示
され第2図に示すように、基礎部材(11)が固定面に
台架を取付けるために与えられる。基礎部材(11)は
球形輪郭の受入れ面(llc)を形成しており、この面
がその中に取付ける球形輪郭駆動部材(12)を受入れ
る。球形輪郭駆動部材は雌スクリユーねじ(125)を
形成している。雄スクリユーねじ(18b)をもつ第1
の担体(13)は半球駆動部材(12)とねじ込み係合
して第2図に示すように第1の担体(13)を2軸にそ
って移動させる。球状輪郭駆動部材(12)は2軸サー
ボ(段によって回転させることができ、このサーボは球
状輪郭の駆動部材の外側駆動7ランジ(12c) と係
合する駆動ロー気9)を回転させる。V軸サーボの回転
はねじ(12b、 18b)によって第1の担体(13
)をに軸にそって前進させる。第2の担体(14)が第
1の担体内に取付けてあって、後に第8図および第4図
について更に詳しく述べるように、2およびV軸にそっ
た移動を行なう。第2の担体は7う/ジ(15)および
波バネ(16)によって第1の担体内に保持される。第
1の駆動部材も7ランジ(15)および波バネ(16)
によって弾性的に取付けられ、調節スクリュー(2人2
5%27)によって所定位置に偏倚される。調節スクリ
ュー(21)は駆動ギア(20)およびロール・サーボ
(19)によって回転して下方に駆動され符号(22)
で示すように第1の担体に係合する。同様に、駆動スク
リュー(24)はピッチ・サーボ(24)によって駆動
されて符号(25)で示すように基礎部材(izC)と
係合する。同様に、駆動スクリュー(27)は偏揺サー
ボ(26)によって駆動されて12B中の孔を介して基
礎部材(11)と(12c)との間(図示していない)
に嵌合する。
台架は中心枢軸旋回点(ro)および半球の半径(rh
)〔台架の中心点を形成する〕をもつ光学通路(′I′
)と光学軸(7cL)を形成する。光学通路(′7)の
中に光学装置(28)が取付けられスクリュー(29,
80)によって第2の担体(14)K締着される。光学
装置は一般に任意の感光装置を表わし、通常のビデイコ
ムまたは電荷カップル装置でありうる。光学要素(31
)は通常はr。において取付けられてZ、!および2軸
のそれぞれのまわりの回転に応答して光学要素のゼロ線
状移動を与える。
第3図に示すように、2およびVの移動調節は第2の担
体(14)を第1の担体(18)に対して移動させる調
節スクリュー(Q as)によって達成される。第2の
担体はまた光学装置を取付けるための取付は用部材を与
える。第2の担体(14)はバネ(34%85)によっ
て所定位置に弾性的に偏倚さねう リードスクリュー(
82,88)によって予め定めた位置に保持される。あ
るいはまた、第2図の符号(16)および第5図の符号
(16,25)において示すような波バネを使用しても
よい。リードスクリュー(32)の回転は第2の担体の
Z−Z’軸にそった移動をもたらす。同様に、リードス
クリュー(33)の回転は第2の担体のy−y′軸にそ
った移動をもたらす。第2図に関連して既に述べたよう
■半球駆動部材(12)の回転は第1のぜ体の及びその
結果としての第2の担体の2軸にそった移動をもたらす
各軸のまわりの回転は第3図に示す具体例において梢1
の担体(13)を基礎部材(11)に対して移動させる
ことによって達成される。2軸(ロール)のまわりの回
転はリードスクリュー(21α)を下方に前進させて符
号(22α)において示すように第1の担体く13)と
係合させることによって達成される。第1の担体(13
)はバネ(17G)によって中心の反対側に下方に弾性
的に偏倚せしめられる。第3図において使用する用語と
しての「中心」とはスクリューねじ(126,18b)
の回転中心をいう(第2図参照)。+7−ドスクリユー
(21cL)が前進するにつれて、それは第1の担体(
13)を2軸のまわりを矢印C〔ロール〕によって示す
方向に回転させる。
同様に、リードスクリュー(27I0L)は内側に前進
して符号(25α)において示すように基礎部材(11
)と係合してy+iのまわりの偏揺れを与える。第4図
に示すバネ(17b)と同様のバネ(37)あるいは(
第5図に示すバネ(25)のような)波バネを使用して
第1の担体(13)およびリードスクリュー(27α)
を弾性的に偏倚させて基礎部材(11)と係合させるこ
ともできる。
同様に、リードスクリュー(24α) も第3図に示す
ように基礎部材(11) (図示していない〕と係合し
てX軸のまわりのピッチ調節を与える。
本発明の別の具体例が第4図および第5図に示しである
この具体例において、偏揺れおよびピッチの調節は半球
駆動部材(12)を基礎部材(11)c対してQiりさ
せることによって達成される。リードスクリュー(24
α)は符号(l1g)において示すようにねじ込み式に
基礎部材と係合して半球駆動部材(12)を下カに偏倚
させ、それKよってx軸(ピッチ)のまわりの回転を達
成する。同様に、リードスクリュー(27c)[第4図
にのみ示しである〕はねじ込み式に基礎部材(11) 
(図示して、いない〕と係合してピッチ調節スクリュー
(24α)から90度の点で半球駆動部材と係合する。
リードスクリュー(24へ27a)の調節によって、偏
揺れおよびピッチの調節は生球面(12aS12b)の
まわりで行なうことができる。第1の担体(13)がリ
ードスクリュー(216)によって回転中心(t’o)
のまわりを回転する限り、細長いスロッ) (18d、
 18g)が与えられてピッチスクリ五−(24α)お
よび偏揺れスクリュー(27α)に近づきうる。
ロール調節は第4図に示すように基礎部材(11)とね
じ込み式に係合するバネ荷重部材(176)によって偏
倚せしめられる。一般に、符号(lid、 13d、 
l’1g)で示すように斜め切取りを与えて必要な場合
に調節スクリュー忙接近しうるようにする。
第4図および第5図に示す具体例において、光学ペンチ
装置に台架が使用しうる方法の説明として、光学通路(
7)の中にレーザーダイオードが取付けである。レーザ
ーダイオード(36)はスクリュー(29,80)によ
って第2の担体(14)中に取付けられる。
第4図および第5図かられかるように、台架は最小量の
空間を占める配置において光学要素中に6つの自由度を
与える。図示の如く、この装置は一般にゼロ線状運動を
もつ”N Vおよび2軸のそれぞれのまわりに3つの回
転自由度を与えるが、当業者にとって明らかなように、
利用しうる回転運動量は与えられる空隙空間によって決
定される。第4図に示すよ5に、空隙空間(21)の寸
法は利用しうる2およびVの移動量を決定する。空隙空
間(22)はロール調節量を有効に限定するが、第1の
担体(13b)の胴体もしくはねじ付き部分の長さは2
移動量を有効に限定する。第5図に示すように、空隙空
間(23および/または24)はXおよびy軸のまわり
の偏揺れおよびピッチの調節量を有効に限定する。第5
図に示すように、波バネ(lへ25)はねじ付き結合に
よる第1の担体(13)と半球駆動部材(12)との間
の強固な結合によって回転運動のための弾性偏倚を与え
る。リードスクリュー(24α)の作用は基礎部材(1
1)と第1の担体く13)との間に作用する波バネ(2
5)によって反作用を受ける。
光学台架についての以上の記述は当業者が本発明を実施
および使用しうるに十分な程度に本発明を説明するだめ
のものである。特定の技術環境に本発明の台架を適用し
うるよう種々の変形と変化が行ないうろことは当業者に
とって明らかである。種々の具体例についての前記の記
述は本発明を論じ尽くすことを決して意図したものでは
なく、本発明は特許請求の範囲によってのみ制限される
ものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はzlyおよび2の直交軸ならびにそれぞれの軸
の偏揺れ、ピッチおよびロール運動を示すスケッチ図で
あり、本発明の詳細な説明するためのものである。 第2図はVおよびz軸にそってとった本発明の台架を示
す本発明の一具体例の部分断面図である。 第3図は本発明の第2の具体例の等測概略図であって、
各軸にそった移動、ならびにピッチ、偏揺れ、およびロ
ールの調節スクリューを示すものである。 第4図は本発明の更に別の具体例の後部平面図であって
、Xおよびyの移動調節、ロール調節、ならびにピッチ
および偏揺れの調節スクリューを示すものである。 第5図は第4図に示す装置の部分横断面図であって、2
軸にそった移動ならびにピッチおよび偏揺れの調節スク
リューを示すものである。 図中において; 7・・・光学通路: 8・・・2軸サーボ; 9・・駆
動ローラ;11・・・基礎部材;  1lcc・・・受
入れ面;12・・球形輪郭駆動部材;  12cL・・
・雌スクリユーねじ;18・・・第1の担体; 13b
・・・雄スクリユーねじ;14・9.第2の担体;15
・・・7ランジ;16・・・波バネ;19・・・ロール
サーボ;20・・・駆動ギア; 21.25.27.2
9.80.32.33・・・調節スクリュー;28・・
・光学装置;31・1.光学要素。 FIG、2 FIG、4             FIG、5手続
補正書(方式) %式% 1、事件の表示 昭和60年特許願第234674号 2、発明の名称 多重自由度の台架 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 名称クラマン エアロスペース コーポレーション4、
代理人 5、補正の対象 願書に添付の手書き明細書の浄書 6、補正の内容 別紙のとおり、?:r!シ内容の補正はない。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、次の(a)〜(d)の構成要素から成ることを特徴
    とする回転および移動の自由な光学台架: (a)相互の間の回転運動に適する第1および第2の半
    球支持体(12、11);ただし第1の半球支持体はそ
    の中■回転軸および枢軸旋回点を形成し、更に該回転軸
    と該枢軸旋回点を囲むねじ付き開口を形成するものとす
    る;(b)雄ねじをもつ第1の担体;ただし該雄ねじは
    上記のねじ付き開口に係合し且つ第1の半球支持体(1
    2)の回転に応答してZ回転軸にそって該担体(13)
    を移動させ、そして該担体(13)はその中に光学開口
    を形成するものとする; (c)上記の第1の担体(13)の中に取付けてあって
    光学部材用の上記の光学開口内に1つの支持体を形成す
    る取付け用部材(14)、および (d)上記の枢軸旋回点のまわりに上記の第1の担体を
    旋回させる調節可能な部材。 2、台架が更にxおよびyの移動部材たとえばxおよび
    yの駆動スクリューを備えて取付け用部材(14)をx
    およびy軸にそって第1の担体(13)に対して移動さ
    せる特許請求の範囲第1項に記載の光学台架。 3、調節可能な部材が第1の担体(13)を第2の半球
    支持体(11)に対して旋回もしくは傾斜させて第1の
    担体(13)をxおよびy軸のまわりに回転させる特許
    請求の範囲第1項または第2項に記載の光学台架。 4、調節可能な部材が第1の半球支持体(12)を第2
    の半球支持体(11)に対して旋回させる特許請求の範
    囲第1項〜第3項のいづれか1項に記載の光学台架。 5、調節可能な部材と移動部材と第1の半球支持体がサ
    ーボモータによって駆動される特許請求の範囲第1項〜
    第4項のいづれか1項に記載の光学台架。 6、第1の担体(13)と取付け用部材(14)が弾性
    的に取付けられ調節スクリューによって予め定めた位置
    にまで偏倚される特許請求の範囲第1項〜第5項のいづ
    れか1項に記載の光学台架。 7、光学部材がたとえば感光装置、鏡、ハロゲン写真レ
    ンズ、光源、またはレンズである特許請求の範囲第1項
    〜第6項のいづれか1項に記載の光学台架。 8、感光装置がテレビカメラ、または電荷カップル装置
    である特許請求の範囲第7項記載の光学台架。 9、光源がレーザーである特許請求の範囲第7項記載の
    光学台架。
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