JP5985810B2 - ロータリジョイントおよびその製造方法 - Google Patents
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(1)ねじを用いて、精密な調整をすることが困難である。
(2)偏心および出射角の調整は、それぞれ独立ではなく互いに関係しているので、調整に多大な時間を要する。
有蓋円筒形状のジョイント本体と、
該ジョイント本体の蓋部の中央部に設けられた固定側コリメータと、
前記ジョイント本体の内部に、軸受機構を介して回転可能に設けられた円筒ホルダと、
該円筒ホルダの内部に設けられた回転側コリメータと、を備え、
前記固定側コリメータは、第1光ファイバと、該光ファイバが内挿される第1フェルールと、該フェルールが内挿される第1フェルールホルダと、第1コリメータレンズとを含んで構成され、
前記回転側コリメータは、第2光ファイバと、該光ファイバが内挿される第2フェルールと、該フェルールが内挿される第2フェルールホルダと、第2コリメータレンズと、光軸シフト機構とを含んで構成され、
前記回転側コリメータの前記第2コリメータレンズから前記光軸シフト機構へ入射する第2コリメート光の光軸と前記円筒ホルダの回転軸とが平行になっており、
前記光軸シフト機構は、前記円筒ホルダにおける前記光軸シフト機構を保持する光軸シフト機構支持部に、帯状の部分球面を有する形状の平行板ホルダに取り付けられた平行透明板を設けて構成され、
前記光軸シフト機構支持部の先端部が前記平行板ホルダの帯状の部分球面の受け部となり、前記平行板ホルダの帯状の部分球面と前記光軸シフト機構支持部の先端部とが接して、光軸シフト機構の自在結合構造を構成しており、
前記回転側コリメータの前記光軸シフト機構から出射する第1コリメート光の光軸と前記円筒ホルダの回転軸とが光学的に一致していることを特徴とするロータリジョイントである。
ここで、帯状の部分球面を有する形状とは、球体を地球儀に見立てたとき、地球儀を北緯C度から南緯C度の範囲で輪切りにしたような形状、または、地球儀を南緯A度から南緯B度の範囲で輪切りにしたような形状とする。
前記円筒ホルダは、前記軸受機構に挿入する円筒ホルダ本体部と、前記光軸シフト機構支持部とを含み、その内部に段差部が設けられ、
前記第2フェルールホルダはその後部が帯状の第2部分半球面を有し、前記円筒ホルダ内部の段差部が前記第2部分半球面の受け部となり、前記第2部分半球面と前記段差部とが接して、回転側コリメートの自在結合構造を構成していることが好ましい。
ここで、帯状の部分半球面を有する形状とは、球体を地球儀に見立てたとき、地球儀を南緯A度から南緯B度の範囲で輪切りにしたような形状とする。なお、0度≦A度<B度<90度である。
前記蓋部の中央部が円環状凸部をなし、前記第1フェルールホルダはその前部が帯状の第1部分半球面を有し、前記円環状凸部が前記第1部分半球面の受け部となり、前記第1部分半球面と前記円環状凸部とが接して、固定側コリメートの自在結合構造を構成していることが好ましい。
前記固定側コリメータでは、該固定側コリメータがキャップで覆われており、前記第1光ファイバと前記キャップとの間に防滴用樹脂が充填され、
前記回転側コリメータでは、前記第2光ファイバと前記円筒ホルダとの間に防滴用樹脂が充填され、それぞれ水密シールされており、
前記ジョイント本体の第2ファイバ側の一端部は、前記円筒ホルダとの間にはオイルシールを用いた水密構造が構成され、
前記オイルシールは円環状部材により抜け止めされているロータリジョイントである。
前記円筒ホルダのジョイント本体部分と固定側コリメータのキャップとの接合部と、
前記円筒ホルダのジョイント本体部分と前記水密構造のオイルシール保持部との接合部とのそれぞれの外周部に、シーリング材が被覆されていることが好ましい。
前記円筒ホルダのジョイント本体部分が、第1本体部と第2本体部とに分かれており、
前記第1本体部と前記第2本体部との接合部の外周部に、シーリング材が被覆されていることが好ましい。
有蓋円筒形状のジョイント本体と、
該ジョイント本体の蓋部の中央部に設けられた固定側コリメータと、
前記ジョイント本体の内部に、軸受機構を介して回転可能に設けられた円筒ホルダと、
該円筒ホルダの内部に設けられた回転側コリメータと、を備えたロータリジョイントの製造方法であって、
前記固定側コリメータは、第1光ファイバと、該光ファイバが内挿される第1フェルールと、該フェルールが内挿される第1フェルールホルダと、第1コリメータレンズとを含んで構成され、
前記回転側コリメータは、第2光ファイバと、該光ファイバが内挿される第2フェルールと、該フェルールが内挿される第2フェルールホルダと、第2コリメータレンズと、光軸シフト機構とを含んで構成され、
該光軸シフト機構は、前記円筒ホルダにおける前記光軸シフト機構を保持する光軸シフト機構支持部に、帯状の部分球面を有する形状の平行板ホルダに取り付けられた平行透明板を設けて構成され、
前記回転側コリメータの前記第2コリメータレンズから前記光軸シフト機構へ入射する第2コリメート光の光軸と前記円筒ホルダの回転軸とが平行になるように調整し、前記第2フェルールホルダを前記円筒ホルダに固定する偏角調整工程と、
前記光軸シフト機構支持部の先端部が前記平行板ホルダの帯状の部分球面の受け部となり、前記平行板ホルダの帯状の部分球面と前記光軸シフト機構支持部の先端部とが接した状態で回転可能であり、前記平行板ホルダを回転させることにより前記平行透明板を傾けて、前記回転側コリメータの前記光軸シフト機構から出射する第1コリメート光の光軸および前記固定側コリメータからのコリメート光の光軸を光学的に一致させて、前記平行板ホルダを前記光軸シフト機構保持部の内面に固定する偏心調整工程と、
を有することを特徴とする。
ここで、帯状の部分球面を有する形状とは、球体を地球儀に見立てたとき、地球儀を北緯C度から南緯C度の範囲で輪切りにしたような形状、または、地球儀を南緯A度から南緯B度の範囲で輪切りにしたような形状とする。
本発明によるロータリジョイントのうち、通常の環境で使用されるロータリジョイントである実施形態1を、図面とともに説明する。図1は、通常の環境で使用されるロータリジョイントの断面図である。
φ’=sin-1(sinφ/n) (1)式
ここで、nは平行透明板の屈折率である。
δ=t・sinφ(1−cosφ/n・cosφ’) (2)式
ここで、tは平行透明板の板厚である。
例えば、φ=20度、n=1.5、t=2mmとしたとき、δは0.24mmとなる。
その手順の大きな流れは、以下のようである。
[1]回転側コリメータの組立て
[2]回転側コリメータの光軸の調整
[3]固定側コリメータの組立て
[4]固定側コリメータの光軸の調整
図1と図2に戻って、まずジョイント本体40の第1本体部41と、円筒ホルダ30と、軸受機構60の一例として2つのボールベアリングを、準備する。
始めに、ジョイント本体40の第1本体部41に2つのボールベアリング60,60を挿入し、例えばYAGレーザにて溶接し固定する。さらに、ボールベアリング60,60に円筒ホルダ30を挿入し、例えばYAGレーザにて溶接し固定する。
[2−1]偏角の調整
つぎに、回転側コリメータの偏角調整工程を行う。光学ベンチ上に、円筒ホルダ30が組み込まれたジョイント本体40の第1本体部41を配置する。円筒ホルダ30の内部において、段差部33に接した状態で回転側コリメータ20を仮配置する。このとき、第2フェルールホルダ23は、第1本体部41上に配置した微動台によって支持する。そして、第2光ファイバ21に光源から光を入射させて、回転側コリメータ20から第2コリメート光25を出射させ、離れて設置したスクリーン上に照射する。
続いて、偏心調整工程を以下のようにして行う。
回転軸と光軸との間に偏心(ずれ)がある場合に、回転側コリメータが回転すると、その光軸は、円筒ホルダの回転軸を中心として、円筒を描く。光軸の描く円筒の軌跡から、その中心位置を求めるとともに、当該円筒の半径、すなわちシフト量(δ)を求めておく。
続いて、固定側コリメータの組立てについて説明する。ここでは、図2に示した固定側コリメータ110について説明する。
まず、ジョイントの第2本体部42と本体蓋部43とを、ジョイント本体40の第1本体部41に仮組みしておく。さらに、光ファイバを内挿する第1フェルール12を、ファイバスタブ16を内挿し、第1フェルールホルダ130に装着された割スリーブ17に挿入し、固定側コリメータ110を仮組みする。そして、この固定側コリメータ110をリング部18を介して仮配置しておく。このとき、第1フェルールホルダ130は微動台によって支持しておく。
つぎに、光軸の調整について説明する。回転側コリメータの第2光ファイバ21に光源から光を入射させて、第2コリメート光25を出射させ、これを固定側コリメータ110で受光する。このとき、固定側コリメータ110で受光する光の感度が最大で一定になるように、第1フェルールホルダ130の取り付け位置と角度を、微動台によりリング部18の取り付け位置とともに調整する。このとき、回転側コリメータにおける種々の回転角度において、固定側コリメータ110で受光する光の感度が最大で一定になるように調整するとよい。
以上のようにして、回転側と固定側のコリメータを組立て、そしてそれらの光軸を調整することができる。
まず、図8における第2フェルール22の光軸25は、第1フェルール12の光軸15と平行な関係にあり、偏心している状態にある。ここで、実線で描かれた第2フェルール22は、回転側コリメータが回転した場合に最も右側に偏心した場合を表しており、一方、破線で描かれた第2フェルール22は、回転により最も左側に偏心した場合を表している。図8中の7は、円筒ホルダの回転軸であり、固定側コリメータの第1フェルール12の光軸でもある。なお図8は、作図上の関係から、偏心(ずれ)を大きく描いており、そのため、平行透明板52における屈折の様子を正確に表したものではない。
本発明のロータリジョイントは、以上の説明にようにして製造することができる。
このように、光軸シフト機構を装着したロータリジョイントでは、回転側コリメータの光軸位置が、円筒ホルダの回転中心の近傍に集まっているとともに、実用的な光結合が成立しており、光軸シフト機構の効果が確認された。
また、これらの結果は、ロータリジョイントにおいて、固定側コリメータの光軸と、回転側コリメータの光軸とが、光学的に一致している状態にあることを意味している。
本発明によるロータリジョイントにおいて、防滴機能を持たせた実施形態2について、図面とともに説明する。図11は防滴機能を持たせたロータリジョイントの断面図であり、図12は当該ロータリジョイントの固定側の拡大断面図である。
水密構造70において、オイルシール保持部71は、第1本体部41の一端に取り付けられ、その内側にオイルシールを保持するために、段差による空間を設け、オイルシール保持部を形成している。この保持部に,例えば2本のオイルシール72を嵌めて水密構造70を構成している。オイルシール72を嵌める際は、その表面にグリス塗布しておくとよい。さらに、オイルシール保持部71の一端には、オイルシール72が抜けるのを防ぐために、抜け止め部材73が設けられている。
オイルシールの具体例としては、NOK社の標準オイルシールで、SC型などを選択することができる。
(1)まず、水没試験前のロータリジョイントにおける、1回転当たりの平均挿入損失を測定する。
(2)水槽の深さ10cmのところにロータリジョイントを沈めて、0.7回転/秒(42rpm)の回転速度で30分間回転させる。
(3)ロータリジョイントを水槽から取り出して、0.7回転/秒の回転速度で4万回、回転させる。
(4)その後、(1)と同様に平均挿入損失を測定する。
その結果、平均挿入損失は、水没試験の前後とも0.34dBであった。これより、水没試験により、ロータリジョイントの性能に変化のないことを確認した。
10、110 固定側コリメータ
11 第1光ファイバ
12 第1フェルール
13、130 第1フェルールホルダ
131 帯状の部分半球面
14 第1コリメータレンズ
15 第1コリメート光
16 ファイバスタブ
17 割スリーブ
18 円環状凸部(リング部)
19 キャップ部
20 回転側コリメータ
21 第2光ファイバ
22 第2フェルール
23 第2フェルールホルダ
231 帯状の部分半球面
24 第2コリメータレンズ
25 第2コリメート光
30 円筒ホルダ
31 円筒ホルダ本体部
32 光軸シフト機構支持部
33 段差部
35 ホルダフランジ
36 回転体蓋部
37 防滴用樹脂
40 ジョイント本体
41 第1本体部
42 第2本体部
43 蓋部
50 光軸シフト機構
51 平行板ホルダ
511 帯状の部分球面
512 帯状の部分半球面
52 平行透明板
60 軸受機構(ボールベアリング)
7 光軸(回転軸)
70 水密構造
71 オイルシール保持部
72 オイルシール
721 Oリング
73 抜け止め部材
74 金属環
75 ゴム状弾性体
76 円環部
77 シールリップ部
78 ガータースプリング
80 防滴用樹脂
Claims (14)
- 有蓋円筒形状のジョイント本体と、
該ジョイント本体の蓋部の中央部に設けられた固定側コリメータと、
前記ジョイント本体の内部に、軸受機構を介して回転可能に設けられた円筒ホルダと、
該円筒ホルダの内部に設けられた回転側コリメータと、を備え、
前記固定側コリメータは、第1光ファイバと、該光ファイバが内挿される第1フェルールと、該フェルールが内挿される第1フェルールホルダと、第1コリメータレンズとを含んで構成され、
前記回転側コリメータは、第2光ファイバと、該光ファイバが内挿される第2フェルールと、該フェルールが内挿される第2フェルールホルダと、第2コリメータレンズと、光軸シフト機構とを含んで構成され、
前記回転側コリメータの前記第2コリメータレンズから前記光軸シフト機構へ入射する第2コリメート光の光軸と前記円筒ホルダの回転軸とが平行になっており、
前記光軸シフト機構は、前記円筒ホルダにおける前記光軸シフト機構を保持する光軸シフト機構支持部に、帯状の部分球面を有する形状の平行板ホルダに取り付けられた平行透明板を設けて構成され、
前記光軸シフト機構支持部の先端部が前記平行板ホルダの帯状の部分球面の受け部となり、前記平行板ホルダの帯状の部分球面と前記光軸シフト機構支持部の先端部とが接して、光軸シフト機構の自在結合構造を構成しており、
前記回転側コリメータの前記光軸シフト機構から出射する第1コリメート光の光軸と前記円筒ホルダの回転軸とが光学的に一致していることを特徴とするロータリジョイント。
ここで、帯状の部分球面を有する形状とは、球体を地球儀に見立てたとき、地球儀を北緯C度から南緯C度の範囲で輪切りにしたような形状、または、地球儀を南緯A度から南緯B度の範囲で輪切りにしたような形状とする。 - 請求項1に記載のロータリジョイントにおいて、
前記円筒ホルダは、前記軸受機構に挿入する円筒ホルダ本体部と、前記光軸シフト機構支持部とを含み、その内部に段差部が設けられ、
前記第2フェルールホルダはその後部が帯状の第2部分半球面を有し、前記円筒ホルダ内部の段差部が前記第2部分半球面の受け部となり、前記第2部分半球面と前記段差部とが接して、回転側コリメートの自在結合構造を構成しているロータリジョイント。
ここで、帯状の部分半球面を有する形状とは、球体を地球儀に見立てたとき、地球儀を南緯A度から南緯B度の範囲で輪切りにしたような形状とする。なお、0度≦A度<B度<90度である。 - 請求項1または2に記載のロータリジョイントにおいて、
前記蓋部の中央部が円環状凸部をなし、前記第1フェルールホルダはその前部が帯状の第1部分半球面を有し、前記円環状凸部が前記第1部分半球面の受け部となり、前記第1部分半球面と前記円環状凸部とが接して、固定側コリメートの自在結合構造を構成しているロータリジョイント。 - 請求項3に記載のロータリジョイントにおいて、
前記円環状凸部は、前記蓋部とは別部品であり、その取り付け位置が調整可能であるロータリジョイント。 - 請求項1に記載のロータリジョイントにおいて、
前記固定側コリメータでは、該固定側コリメータがキャップで覆われており、前記第1光ファイバと前記キャップとの間にシリコーン樹脂が充填され、
前記回転側コリメータでは、前記第2光ファイバと前記円筒ホルダとの間に防滴用樹脂が充填され、それぞれ水密シールされており、
前記ジョイント本体の第2ファイバ側の一端部は、前記円筒ホルダとの間にはオイルシールを用いた水密構造が構成され、
前記オイルシールは円環状部材により抜け止めされているロータリジョイント。 - 請求項5に記載のロータリジョイントにおいて、
前記円筒ホルダのジョイント本体部分と固定側コリメータのキャップとの接合部と、
前記円筒ホルダのジョイント本体部分と前記水密構造のオイルシール保持部との接合部とのそれぞれの外周部に、シーリング材が被覆されているロータリジョイント。 - 請求項5に記載の防滴用ロータリジョイントにおいて、
前記円筒ホルダのジョイント本体部分が、第1本体部と第2本体部とに分かれており、
前記第1本体部と前記第2本体部との接合部の外周部に、シーリング材が被覆されているロータリジョイント。 - 請求項1に記載のロータリジョイントにおいて、
前記軸受機構はボールベアリングであるロータリジョイント。 - 請求項2に記載のロータリジョイントにおいて、
前記円筒ホルダは、前記円筒ホルダ本体部と前記光軸シフト機構支持部とがそれぞれ別部品で構成されているロータリジョイント。 - 有蓋円筒形状のジョイント本体と、
該ジョイント本体の蓋部の中央部に設けられた固定側コリメータと、
前記ジョイント本体の内部に、軸受機構を介して回転可能に設けられた円筒ホルダと、
該円筒ホルダの内部に設けられた回転側コリメータと、を備えたロータリジョイントの製造方法であって、
前記固定側コリメータは、第1光ファイバと、該光ファイバが内挿される第1フェルールと、該フェルールが内挿される第1フェルールホルダと、第1コリメータレンズとを含んで構成され、
前記回転側コリメータは、第2光ファイバと、該光ファイバが内挿される第2フェルールと、該フェルールが内挿される第2フェルールホルダと、第2コリメータレンズと、光軸シフト機構とを含んで構成され、
該光軸シフト機構は、前記円筒ホルダにおける前記光軸シフト機構を保持する光軸シフト機構支持部に、帯状の部分球面を有する形状の平行板ホルダに取り付けられた平行透明板を設けて構成され、
前記回転側コリメータの前記第2コリメータレンズから前記光軸シフト機構へ入射する第2コリメート光の光軸と前記円筒ホルダの回転軸とが平行になるように調整し、前記第2フェルールホルダを前記円筒ホルダに固定する偏角調整工程と、
前記光軸シフト機構支持部の先端部が前記平行板ホルダの帯状の部分球面の受け部となり、前記平行板ホルダの帯状の部分球面と前記光軸シフト機構支持部の先端部とが接した状態で回転可能であり、前記平行板ホルダを回転させることにより前記平行透明板を傾けて、前記回転側コリメータの前記光軸シフト機構から出射する第1コリメート光の光軸および前記固定側コリメータからのコリメート光の光軸を光学的に一致させて、前記平行板ホルダを前記光軸シフト機構保持部の内面に固定する偏心調整工程と、
を有することを特徴とするロータリジョイントの製造方法。
ここで、帯状の部分球面を有する形状とは、球体を地球儀に見立てたとき、地球儀を北緯C度から南緯C度の範囲で輪切りにしたような形状、または、地球儀を南緯A度から南緯B度の範囲で輪切りにしたような形状とする。 - 請求項10に記載のロータリジョイントの製造方法において、
前記偏角調整工程に続いて、前記偏心調整工程を行うロータリジョイントの製造方法。 - 請求項10または11に記載のロータリジョイントの製造方法において、
前記円筒ホルダは、前記軸受機構に挿入する円筒ホルダ本体部と、前記光軸シフト機構支持部とを含み、その内部に段差部が設けられ、
前記第2フェルールホルダは、その後部が帯状の第2部分半球面を有し、前記円筒ホルダ内部の段差部が前記第2部分半球面の受け部となり、前記第2部分半球面と前記段差部とが接した状態で回転可能であり、
前記偏角調整工程は、前記第2フェルールホルダを回転させて、前記回転側コリメータのコリメート光の光軸と前記円筒ホルダの回転軸とを平行になるように調整し、前記第2フェルールホルダを前記円筒ホルダの段差部に固定する工程であるロータリジョイントの製造方法。
ここで、帯状の部分半球面を有する形状とは、球体を地球儀に見立てたとき、地球儀を南緯A度から南緯B度の範囲で輪切りにしたような形状とする。なお、0度≦A度<B度<90度である。 - 請求項10〜12のいずれか1項に記載のロータリジョイントの製造方法において、
前記蓋部の中央部が円環状凸部をなし、前記第1フェルールホルダはその前部が帯状の第1部分半球面を有し、前記円環状凸部が前記第1部分半球面の受け部となり、前記第1部分半球面と前記円環状凸部とが接した状態で回転可能であり、前記第1フェルールホルダを回転させて、前記固定側コリメータの光軸を調整する工程を含むロータリジョイントの製造方法。 - 請求項13に記載のロータリジョイントの製造方法において、
前記円環状凸部は、前記蓋部とは別部品であり、
前記固定側コリメータの光軸を調整する工程は、前記円環状凸部の取り付け位置の調整を含むロータリジョイントの製造方法。
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