JP3733226B2 - レンズ接合装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のレンズからなる複合レンズの製造に使用して好適なレンズ接合装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
複数のレンズを接合する装置としては、例えば、特開平7−1602に開示されている装置が知られている。図14は、この従来のレンズ接合装置の構成を示した図である。
【0003】
図14において、レンズ接合装置は、第1のレンズa13を支持するためのチャック機構と、第2のレンズa11の位置決めをするためのレンズ位置調整機構と、第2のレンズa11を第1のレンズa13の上に押し付けるレンズ押さえ機構と、光源からの光を第1及び第2の2つのレンズを経由させその焦点像を写すモニタ装置とを備えており、チャック機構は第1のレンズa13を支持するダイヤフラムチャックと、第1及び第2のレンズをその中心線周りに回転させる回転機構とを有していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の装置では、レンズをチャック機構で把持し第1のレンズをその中心線回りに精度良く回転させるためには、回転装置の回転中心とチャック機構でレンズを把持したときの中心位置を正確に一致させる必要があるだけでなく、図15及び図16に示すように、把持したレンズの姿勢、つまりチャック機構の回転面とレンズの回転面を正確に一致させなければならない。
【0005】
図15及び図16において、光源から発せられたレーザビームの光軸a200とチャック機構の回転面が正確に直角であるとして、チャック爪a31及びレンズ受け部a35によりレンズ(2枚のレンズが正確に光軸調整されて接合された状態のレンズであるとする)が把持されたときに、レンズが図15に示すように左側に僅かに傾いていたとすると、レーザビームはレンズで屈折してa201の光路となり、本来の光路a200とはa203だけずれることになる。この状態からチャック機構を180度回転させると図16に示す状態になるが、このときレンズは右側に僅かに傾いており、従って光路はa202となって、同様にa204だけずれることになる。
【0006】
すなわち、正確に光軸調整されて接合された状態のレンズであっても、チャック機構の回転面とレンズの回転面が一致していなければ精度不良と判断されてしまうこととなる。
【0007】
また、図15及び図16では、厚みのあるレンズをチャックする場合、レンズの傾きがレンズの外周面の光軸方向厚みで外周チャックにより規制され、かつレンズの曲面でもレンズ受け部で規制されるように示されているが、この様に1つのレンズの2個所を同時に規制すると、レンズの姿勢が不安定になる。
【0008】
またチャック機構の位置再現性を高めるためには把持力を強くする必要があるが、把持力を上げるとレンズの変形の原因となる。
【0009】
また従来例ではレンズだけでなく、レンズ位置調節装置やレンズ押さえ装置も回転させることになるので装置全体が非常に複雑になるとともに装置の光軸調整、姿勢調整等も煩雑になる。
【0010】
従って、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、下側のレンズを傾き無く支持して回転させることができるレンズ接合装置を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わるレンズ接合装置は、第1のレンズと第2のレンズとを接合するためのレンズ接合装置において、前記第1のレンズの外周面に接触して、該第1のレンズを支持しつつ回転させるための複数の回転体であって、前記第1のレンズの光軸に対して該第1のレンズの回転方向に傾きを持って配置された複数の回転体と、該複数の回転体のうちの少なくとも1つを回転駆動するための駆動手段と、前記第1のレンズに対して前記第2のレンズを位置決めするための位置決め手段と、前記第1のレンズと前記第2のレンズとを接合するための接合手段とを具備することを特徴としている。
【0012】
また、この発明に係わるレンズ接合装置において、前記複数の回転体の夫々は、前記第1のレンズの外周面に接触する第1の回転部と、前記第1のレンズの外周部を下方から支持する第2の回転部とを備えることを特徴としている。
【0013】
また、この発明に係わるレンズ接合装置において、前記第1の回転部と前記第2の回転部とは、夫々独立に回転可能に構成されていることを特徴としている。
【0014】
また、この発明に係わるレンズ接合装置において、前記駆動手段は、前記回転体の第1の回転部と第2の回転部のうち、前記第1の回転部のみを回転駆動することを特徴としている。
【0015】
また、この発明に係わるレンズ接合装置において、前記駆動手段は、モータと、該モータの回転軸に固定された第1のプーリと、前記回転体に固定された第2のプーリと、前記第1のプーリと前記第2のプーリとに掛け渡されたタイミングベルトとを備えることを特徴としている。
【0016】
また、この発明に係わるレンズ接合装置において、前記駆動手段により回転駆動される回転体の外周面には、ダイヤモンド粉が電着されていることを特徴としている。
【0017】
また、この発明に係わるレンズ接合装置において、前記複数の回転体を、前記第1のレンズに接触する位置と前記第1のレンズから離れた位置とに移動させるための移動手段を更に具備することを特徴としている。
【0018】
また、この発明に係わるレンズ接合装置において、前記位置決め手段は、前記第2のレンズの外周面を複数の方向から押すための複数の押し部材を備えることを特徴としている。
【0019】
また、この発明に係わるレンズ接合装置において、前記複数の押し部材のうちの少なくとも1つは、他の押し部材の押し動作に追従するようにバネにより支持されていることを特徴としている。
【0020】
また、この発明に係わるレンズ接合装置において、前記位置決め手段は、前記複数の押し部材を、前記第2のレンズに接触する位置と前記第2のレンズから離れた位置とに移動させるための移動手段を更に備えることを特徴としている。
【0021】
また、この発明に係わるレンズ接合装置において、前記第1及び第2のレンズにレーザ光を照射するためのレーザ光源を更に具備することを特徴としている。
【0022】
また、この発明に係わるレンズ接合装置において、前記レーザ光源から照射され、前記第1及び第2のレンズを透過した光を受光するためのテレビカメラを更に具備することを特徴としている。
【0023】
また、この発明に係わるレンズ接合装置において、前記テレビカメラからの画像信号に基づいて、前記第1のレンズと第2のレンズの中心軸のずれを検出するための、画像処理手段を更に具備することを特徴としている。
【0024】
また、この発明に係わるレンズ接合装置において、前記第1のレンズの表面と前記第2のレンズの表面との間には、紫外線硬化型接着剤が供給され、前記接合手段は、前記紫外線硬化型接着剤に紫外線を照射することを特徴としている。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【0026】
まず、レンズ接合装置の全体について説明する前に、本実施形態のレンズ接合装置の主要部分であるレンズの回転駆動部について図3乃至図8を参照して説明する。
【0027】
図3はレンズを回転させるためのレンズ回転駆動部を示した図である。本実施形態では、これと略同様の構造のものをレンズの外周面に3方向から押し付けてレンズを回転させる。
【0028】
図3において、4は回転ピンで、レンズ外周部との滑りを防止するため、このピンのみ外周部はダイヤモンド粉を電着してある。5はレンズ受け部で、この部分で下レンズ3の下面の曲面部を受ける。6は支持部、8は回転ピン4を回転させるためのタイミングベルトでモータ7(図1参照)により駆動される。50はベアリングで内径部に軸57が圧入され、外径部にはレンズ受け部5が取り付けられ、レンズ受け部5が回転ピン4とは独立して回転できるようになっている。51,52はベアリングで支持部6に位置決めされており、回転ピン4に取り付けられた軸57が回転できるようになされている。53,58はスペーサ、54,55はタイミングベルト8の抜け止め用のフランジである。56は固定用ナットである。
【0029】
図4は駆動部を持たないレンズ回転部を示した図である。この駆動部を持たないレンズ回転部は、タイミングベルト8により軸57が駆動される構成を持たない点と回転ピン41の外周部にダイヤモンド粉が電着されていない点以外は、図3に示した駆動部を有するレンズ回転部の構成と同様であり、38は支持部、41は回転ピン、42はレンズ受け部、59はワッシャ、60は軸である。
【0030】
次にレンズ回転部の動作について説明する。
【0031】
図5はレンズ回転部にレンズ1(下レンズ3の上面に紫外線硬化接着剤が塗布されその上に上レンズ2が装着され、下レンズ3と上レンズ2を密着させ紫外線硬化接着剤が均一に隙間を埋めるようにしたもの。)が装着された状態を示した平面図であり、図6はその側面図である。
【0032】
図5及び図6において、回転ピン4,41及びレンズ受け部5,42は下レンズ3の光軸に対してレンズの回転方向にΦだけ傾けて取り付けられている。本実施形態の装置ではΦはおよそ0.2°〜0.3°に設定されている。駆動部を有する回転ピン4が矢印k1の方向に回転すると、レンズ1が矢印k2の方向に回転する。回転ピン4の回転力F1はレンズ回転方向の力F2とレンズ1を下方に押し下げる力F3を発生させる。従って回転ピン4を矢印k1の方向に回転させると、レンズ1は矢印k2の方向に回転するとともに下方にも移動しようとする。また回転ピン4を傾けて取り付けているため、レンズ外周部と接する部分は点接触部100のみとなり、レンズの姿勢はレンズ受け部5,42の上面の3点で決まり安定する。もし回転ピン4が下レンズ3の光軸と平行であれば、レンズの外周面101と回転ピン4の外周部が線接触となり、レンズ受け部5,42だけでなく回転ピン4の外周でもレンズの姿勢を規制しようとするので結果的にレンズの姿勢は不安定になる。
【0033】
次に図7及び図8を参照して駆動部を持たない回転ピン41の作用について説明する。図7は、レンズ回転部にレンズ1(下レンズ3の上面に紫外線硬化接着剤が塗布されその上に上レンズ2が装着され、下レンズ3と上レンズ2を密着させ紫外線硬化接着剤が均一に隙間を埋めるようにしたもの。)が装着された状態を示した平面図であり、図8はその側面図である。
【0034】
図7及び図8において、回転ピン4によりレンズ1は矢印k2の方向に回転するため、回転ピン41は矢印k3の方向に回転する。レンズ1の回転による力F4は、回転ピン41を回転させる力F5と上方に押し上げようとする力F6に分力される。しかし回転ピン41は軸方向の動きが規制されているので、逆にレンズ1を下方向に押し下げる力が働くことになる。すなわち、回転ピン4,41及びレンズ受け部5,42を下レンズ3の光軸に対してレンズの回転方向にΦだけ傾けて取り付け、少なくとも1つの回転ピンを駆動することにより、レンズ1に回転方向及び下方向の力を発生させることができる。下レンズ3がレンズ受け部5に接していなければ、回転ピン4を回転させることにより下レンズ3をレンズ受け部5に確実に接触させることができる。これ以後、回転ピン4を回転させると、常に下レンズ3をレンズ受け部5に確実に接触させて回転させることができる。
【0035】
次に本実施形態のレンズ接合装置を使用してレンズを接合する工程を図1、図2及び図11のフローチャートを参照して説明する。
【0036】
図1及び図2は本実施形態のレンズ接合装置の構成を示す図である。
【0037】
図1及び図2において、下レンズの外周を支持し回転させるための回転装置70,70aは下レンズの外周を支持できる位置にあらかじめ移動している。ここで、回転装置70aは図3に示した駆動部を有するレンズ回転部を備えており、回転装置70は図4に示した駆動部を持たないレンズ回転部を備えている。
【0038】
またレンズ位置調整装置71,71aは、モータ25により昇降装置22を駆動し調整装置の先端ピン14,60が上レンズ2の外周部と同等の高さになるように移動が完了し、かつレンズ1を装着し易いように先端ピン14,60はレンズ外径より十分に広がった位置で待機している。測定光学系80も測定位置に待機している。
【0039】
なお、駆動部を持たない回転装置70の構成を図9に示し、レンズ位置調整装置71の構成を図10に示す。
【0040】
この状態で接合するためのレンズ1(下レンズ3の上面に紫外線硬化接着剤が塗布されその上に上レンズ2が装着され、下レンズ3と上レンズ2を密着させ紫外線硬化接着剤が均一に隙間を埋めるようにしたもの。この状態では紫外線硬化接着剤は未硬化である。)を回転装置の中央に、下レンズ3の下面がレンズ受け5,42に接するように装着する。装着する際には回転装置70aに取り付けられているエアーシリンダ72にエアーを供給し、レンズ回転駆動部をモータ1側に後退させ、レンズ1を装着後、エアーシリンダ72のエアーを排出してレンズ回転駆動部を前進させ、下レンズ3をクランプする(ステップS2)。
【0041】
下レンズ3は、ばね12により回転ピン4を介して回転ピン41側に押し付けられる。レンズ位置調整時に下レンズ3が動かないように、下レンズ3を押し付けるためのばね12は、レンズ調整装置71aのばね16より大きなばね力を得られるものが選定されている。
【0042】
レンズ1が装着されると、次にレンズ回転駆動部のモータ7を回転させタイミングベルト8を介して回転ピン4が回転し、レンズ1を2〜3回転させる(ステップS4)。こうすることにより上記で既に説明したように、もしレンズ装着時に下レンズ3の下面がレンズ受け5,42に接していない場合でも確実にレンズ3の下面をレンズ受け5,42に接しさせることができる。回転が終了したら、モータ11を駆動して、レンズ位置調整装置71,71aの稼動部17,39をモータ11と反対側に移動させ、先端ピン14,60により上レンズ2をあらかじめ決められた位置にクランプさせ(ステップS6)、上レンズ2を位置決めした後、再びモータ11を駆動して、先端ピン14,60を上レンズ2に触れない位置(およそ1mm程度離れた位置)までモータ11側に移動させて停止させる(ステップS8)。これにより上レンズ2を光学系の視野内に確実に入れることができる。
【0043】
次にレンズ1を一定角度ずつ回転させてその焦点像が描く軌跡により最小二乗法による円近似計算を行い回転中心を求める(ステップS10〜ステップS14)。詳しくは、レーザ光源26から発せられたレーザビームはビームエキスパンダ27を経てコリメータレンズ28で平行光になりフィルタ29を通過して2枚のレンズ2,3に入射し、その焦点像が対物レンズを有する鏡筒31を経てテレビカメラ30で撮像される。
【0044】
この状態では、図11に示すように通常は2枚のレンズ1,3の光軸は整合していないため、角Θ(カメラの撮像面では距離X、Θ=X/L)だけのずれが生じている。ここで回転装置70aのモータ7を回転させタイミングベルト8を駆動し、回転ピン4を回転させることでレンズ1を回転させると、半径Xで光軸を中心に焦点像は円を描くことになる。
【0045】
図13にモニタ35上の焦点像の2値化像を示す。一回転をほぼ当分割して一定角度ずつ回転させる。本実施形態では8等分し45°ずつ回転させている。当初、焦点像の位置がS1であったとする。レンズ1を45°ずつ回転させ、その時の2値化像の重心位置を画像処理装置34により求める。回転ピン4の外周部にはレンズ1の外周部との滑りを防止するために、ダイヤモンド粉を電着してある。
【0046】
夫々の重心位置座標がS1(x1,y1),S2(x2,y2),…,S8(x8,y8)であったとする。これによりパーソナルコンピュータ36で最小二乗法による円近似計算を行う。求める円の半径をr0、中心座標を(x0,y0)とすると、
(x−x0)^2+(y−y0)^2=r0^2 (1)
が求められる円方程式となる。ここで、(x,y)は上述したS1,S2,…,S8の座標である。また、a^bは、aのb乗を表わす。
【0047】
ここで(1)式は
x^2−2xx0+x0^2+y^2−2yy0+y0^2=r0^2
と変形され、さらに
x^2+y^2=2xx0+2yy0+(r0^2−x0^2−y0^2) (2)
と表現される。
【0048】
ここでx0=A、2x=X、y0=B、2y=Y、r0^2−x0^2−y0^2=C、x^2+y^2=Zと置き換えると式(2)は
Z=X・A+Y・B+C (3)
と一次関数としてあらわすことができる。この(3)式に対して(x,y)に上述の得られた座標(x1,y1),(x2,y2),…、(x8,y8)を順次代入して最小二乗法により、A,B,Cを夫々求める。このように、最小二乗法により求めたA,B,Cにより未知数であったx0,y0,r0が夫々算出される。求めた中心位置SSの座標が(x0,y0)である。この位置が上レンズ2の調整目標位置となる。
【0049】
次に、モータ11を駆動して、レンズ位置調整装置71,71aの可動部17,39をモータ11と反対側に移動させ、先端ピン14,60により上レンズ2を再びクランプさせる(ステップS16)。この状態で画像処理装置34によりクランプしたときの焦点像の2値化像の重心位置の座標を測定する。その座標が(xa,ya)であったとすると、目標位置までの移動量はX方向でx0−xa、Y方向はy0−yaとなる(ステップS20)。
【0050】
レンズ位置調整装置71のモータ11を回転させ、先端ピン60により上レンズ2を上記移動量分移動させて焦点像の位置を目標位置(x0,y0)に移動させる(ステップS22)。レンズ位置調整装置71aの先端ピン14は、ばね16で上レンズ2を押し付けている。再び画像処理装置34により焦点像の2値化像の重心位置の座標を測定する。測定した座標が目標位置に対して規格内であれば調整は終了する。規格外であれば再度同様に上レンズ2を移動させ規格内になるまで行う(ステップS18〜ステップS22)。
【0051】
上レンズ2は紫外線硬化接着剤の粘性により下レンズ3と十分に密着しているため横方向からの押し付けに対して、浮き上がることはなく上レンズ2は下レンズ3との密着面に沿って移動し、また斜め上方からの押し付けでは上レンズ2のR端面が欠ける虞があるため、上レンズ2の位置調整は先端ピン14,60で上レンズ2を横方向から押すようにしている。
【0052】
調整が終了したら、反射ミラー33及び紫外線照射用ファイバー32が光軸上に移動して、上レンズ2をクランプした状態で上レンズ2と下レンズ3の間にある紫外線硬化接着剤に紫外線を照射し硬化させる(ステップS24)。硬化が終了したらアンクランプし(ステップS26)、レンズ位置調整装置の先端ピン14,60をモータ11側に後退させる。
【0053】
後退が完了したら回転装置70aのモータ7を回転させタイミングベルト8を駆動し、回転ピン4を回転させることでレンズ1を回転させて、同様に最小二乗法による円近似法による円近似計算を行う。計算された半径が規格内であれば良品となる(ステップS28〜ステップS32)。
【0054】
次に回転装置70aに取り付けられているエアーシリンダ72にエアーを供給し、レンズ回転駆動部をモータ11側に後退させ、接合されたレンズ1を取外す(ステップS34)。これでレンズ接合は終了し、ステップS32で計算された中心位置のずれの大きさにより良品と不良品が選別される(ステップS36〜ステップS40)。
【0055】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、回転中にレンズの浮きを防止し安定した姿勢を保つことができ、これにより測定及び調整が高精度にできる。
【0056】
また、回転ピンとレンズ受け部を別体にしたことでレンズ外周部とレンズ受け部が接するレンズ下端R部との回転速度差によるレンズの摩耗及び傷を防止出来る。
【0057】
また、第1のレンズを回転させる回転ピンのうち、少なくとも1つの回転ピンのレンズに接する外周部にダイヤモンド粉を電着したことにより滑りを防止でき、確実にレンズを回転させることができる。
【0058】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のレンズ接合装置の例を示す図である。
【図2】レンズ接合装置のレンズ回転装置とレンズ位置調整装置の位置関係を示す図である。
【図3】レンズを回転させるためのレンズ回転駆動部を示した図である。
【図4】駆動部を持たないレンズ回転部の例を示す図である。
【図5】回転ピンが光軸と傾いて取り付けてあることによるレンズの動作を説明するための図である。
【図6】回転ピンが光軸と傾いて取付けてあることによるレンズの動作を説明するための図である。
【図7】回転ピンが光軸と傾いて取付けてあることによるレンズの動作を説明するための図である。
【図8】回転ピンが光軸と傾いて取付けてあることによるレンズの動作を説明するための図である。
【図9】レンズ回転駆動部を持たない回転装置の例を示す図である。
【図10】リジットの調整ピンを有するレンズ位置調整装置の例を示す図である。
【図11】レンズ接合の動作を説明するフローチャートである。
【図12】2枚のレンズの光軸のずれを示す図である。
【図13】光軸ずれの中心位置および半径を求めるための、最小二乗法による円近似計算を説明するための図である。
【図14】従来例を示す図である。
【図15】従来例のレンズクランプによる不具合を説明するための図である。
【図16】従来例のレンズクランプによる不具合を説明するための図である。
【符号の説明】
9 スライド部
10 ステージ
15 バネ止め
18 抜け止め
19 スライドピン
38 レンズ回転装置可動部
40 調整ピン
Claims (14)
- 第1のレンズと第2のレンズとを接合するためのレンズ接合装置において、
前記第1のレンズの外周面に接触して、該第1のレンズを支持しつつ回転させるための複数の回転体であって、前記第1のレンズの光軸に対して該第1のレンズの回転方向に傾きを持って配置された複数の回転体と、
該複数の回転体のうちの少なくとも1つを回転駆動するための駆動手段と、
前記第1のレンズに対して前記第2のレンズを位置決めするための位置決め手段と、
前記第1のレンズと前記第2のレンズとを接合するための接合手段とを具備することを特徴とするレンズ接合装置。 - 前記複数の回転体の夫々は、前記第1のレンズの外周面に接触する第1の回転部と、前記第1のレンズの外周部を下方から支持する第2の回転部とを備えることを特徴とする請求項1に記載のレンズ接合装置。
- 前記第1の回転部と前記第2の回転部とは、夫々独立に回転可能に構成されていることを特徴とする請求項2に記載のレンズ接合装置。
- 前記駆動手段は、前記回転体の第1の回転部と第2の回転部のうち、前記第1の回転部のみを回転駆動することを特徴とする請求項3に記載のレンズ接合装置。
- 前記駆動手段は、モータと、該モータの回転軸に固定された第1のプーリと、前記回転体に固定された第2のプーリと、前記第1のプーリと前記第2のプーリとに掛け渡されたタイミングベルトとを備えることを特徴とする請求項1に記載のレンズ接合装置。
- 前記駆動手段により回転駆動される回転体の外周面には、ダイヤモンド粉が電着されていることを特徴とする請求項1に記載のレンズ接合装置。
- 前記複数の回転体を、前記第1のレンズに接触する位置と前記第1のレンズから離れた位置とに移動させるための移動手段を更に具備することを特徴とする請求項1に記載のレンズ接合装置。
- 前記位置決め手段は、前記第2のレンズの外周面を複数の方向から押すための複数の押し部材を備えることを特徴とする請求項1に記載のレンズ接合装置。
- 前記複数の押し部材のうちの少なくとも1つは、他の押し部材の押し動作に追従するようにバネにより支持されていることを特徴とする請求項8に記載のレンズ接合装置。
- 前記位置決め手段は、前記複数の押し部材を、前記第2のレンズに接触する位置と前記第2のレンズから離れた位置とに移動させるための移動手段を更に備えることを特徴とする請求項8に記載のレンズ接合装置。
- 前記第1及び第2のレンズにレーザ光を照射するためのレーザ光源を更に具備することを特徴とする請求項1に記載のレンズ接合装置。
- 前記レーザ光源から照射され、前記第1及び第2のレンズを透過した光を受光するためのテレビカメラを更に具備することを特徴とする請求項11に記載のレンズ接合装置。
- 前記テレビカメラからの画像信号に基づいて、前記第1のレンズと第2のレンズの中心軸のずれを検出するための、画像処理手段を更に具備することを特徴とする請求項12に記載のレンズ接合装置。
- 前記第1のレンズの表面と前記第2のレンズの表面との間には、紫外線硬化型接着剤が供給され、前記接合手段は、前記紫外線硬化型接着剤に紫外線を照射することを特徴とする請求項1に記載のレンズ接合装置。
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