JPH11108793A - レンズ偏心測定方法およびレンズ偏心測定装置 - Google Patents

レンズ偏心測定方法およびレンズ偏心測定装置

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JPH11108793A
JPH11108793A JP28260297A JP28260297A JPH11108793A JP H11108793 A JPH11108793 A JP H11108793A JP 28260297 A JP28260297 A JP 28260297A JP 28260297 A JP28260297 A JP 28260297A JP H11108793 A JPH11108793 A JP H11108793A
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lens
measured
outer diameter
projection
shake
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JP28260297A
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English (en)
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Yoshinori Murasugi
芳徳 村杉
Hitoshi Katsuyama
均 勝山
Toshiyuki Mizuno
利幸 水野
Yoshihiro Mizuno
義弘 水野
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Original Assignee
Canon Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レンズの偏心角を高精度で測定する。 【解決手段】 レーザ光源1から発生したレーザ光L1
をコリメータレンズ4によって平行化し、同心円チャー
ト5と被検レンズR1 を経て対物レンズ8の下へ結像さ
せ、画像処理カメラ9によってモニタテレビ10に投影
する。回転軸7aによって被検レンズR1 を回転させな
がら、その外径変位を測長装置13によって計測して外
径中心を検出し、モニタテレビ10上の同心円パターン
1 のずれ量(偏心量)を演算して偏心角を求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種の光学機器等
に搭載するレンズの光軸倒れ(偏心角)を測定するため
のレンズ偏心測定方法およびレンズ偏心測定装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】各種の光学機器等においては、レンズの
外径中心を組み立て基準としたときの光学系の光軸に対
して、レンズを透過してくる透過光の光軸倒れ(偏心
角)が光学機器等の光学性能を大きく左右する。従っ
て、レンズ加工後の品質検査等では、レンズの外径中心
や透過光の光軸の傾きを迅速かつ高精度で検出すること
が、極めて重要である。
【0003】図13は一従来例によるレンズ偏心測定装
置を示すもので、これは、光源ランプ101から発生さ
れた照明光L0 の光路に、投影チャート102、コリメ
ータレンズ103、被検レンズR0 、対物レンズ10
4、画像処理カメラ105等を配設し、投影チャート1
02を透過した照明光L0 をコリメータレンズ103に
よって平行化し、被検レンズR0 と対物レンズ104を
経て画像処理カメラ105に投影して、その投影パター
ンP0 をモニタテレビ106の画面で観察し、被検レン
ズR0 の回転に伴なうモニタテレビ106上の投影パタ
ーンP0 の変位を計測し、得られた計測値から偏心角を
算出する。
【0004】詳しく説明すると、投影チャート102
は、モニタテレビ106上の投影パターンP0 の1ピッ
チが例えば偏心角30秒に相当するように描画されたパ
ルス列を有し、モニタテレビ106の画面に映し出され
た投影パターンP0 は、予め画面の中央に設けられた測
定基準線106aとともに観察される。
【0005】被検レンズR0 を保持するレンズホルダ1
07は、図14に示すように、被検レンズR0 の外周部
を拘束するリング状の保持部材107aにそれぞれ幅a
を有する一対の円弧状の切欠部107bを設けたもので
あり、各切欠部107bは、レンズホルダ107上の被
検レンズR0 を保持部材107aの外側から作業者が把
持して回転させることができるように構成されている。
【0006】被検レンズR0 の偏心角の測定は以下のよ
うに行なわれる。まず、図13に示すハンドル108a
を操作して、対物レンズ104と画像処理カメラ105
を支持するテーブル108を矢印cで示すように上下動
させ、モニタテレビ106の画面に投影チャート102
の投影パターンP0 を映し出す。図15に示すように、
レンズホルダ107上の被検レンズR0 の外周縁をレン
ズホルダ107の保持部材107aの所定の部位に当接
してこれを回転基準dとし、作業者が指で被検レンズR
0 を矢印f,gで示す方向に押しながら、矢印eで示す
ように回転させる。
【0007】図16は、このようにして被検レンズR0
を回転させたときのモニタテレビ106の画面を示す。
回転開始前の投影パターンP0 の測定基準線106aの
中心n1に位置する部位Peに着目して、この部位Pe
が、被検レンズR0 が360度回転する間に破線で示す
円上をn1→n2→n3→n4→n1と移動するのを観
察する。被検レンズR0 が180度回転したときの投影
パターンP0 の部位Peの移動量を投影パターンP0
パルスのピッチ数として目測し、図16のように2ピッ
チであれば、前述のように1ピッチが偏心角30秒に相
当するように設定されているため、k(偏心角)=30
×2=60秒となる。
【0008】図17および図18は偏心角kと結像面Q
に結像する投影チャート102のパルス列の移動量rの
関係を説明するものである。図17に示すように、被検
レンズR0 の外周縁をレンズホルダ107の回転基準d
に当接した状態で、矢印eの方向に被検レンズR0 を1
80度回転させたとき、被検レンズR0 の光軸に傾きが
なければ、結像面Q上のパルス列は移動しない。
【0009】ところが、図18に示すように、被検レン
ズR0 の光軸が傾斜していると、被検レンズR0 の回転
に伴なって結像面Q上のパルス列は円nに沿って移動す
るため、被検レンズR0 を180度回転させたときのパ
ルス列の移動量rを計測すれば、投影チャート102か
ら結像面Qまでの光路の長さに基づいて、被検レンズR
0 の光軸の傾きすなわち偏心角kを求めることができ
る。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術によれば、被検レンズを指で回転させる作業が難
しいうえに、モニタテレビ上の投影パターンの移動量を
目測で計測するものであるために個人差が出やすい等の
未解決の課題がある。
【0011】詳しく説明すると、被検レンズが例えばφ
10以下の小径レンズであると、熟練した作業者でも指
で回すのが困難で、被検レンズの回転にムラが出るた
め、投影パターンの移動が不安定になり、測定誤差が大
きくなる。
【0012】また、被検レンズの寸法等が変わると、図
19に示すように投影パターン全体の大きさが変化する
ため、パルス数を読み違える等のトラブルが発生する。
加えて、投影パターンのパルス列の目盛幅が狭くなり過
ぎると、目測による誤差が大きくなって必要な精度を得
ることができない。
【0013】さらに、図20に示すように、モニタテレ
ビの画面で投影パターンがボケることによる測定誤差を
避けることができず、また、測定値に個人差が出やす
い。特に投影パターンが小さくなると、ボケによる精度
低下が著しく、個人差もより一層大きくなる。
【0014】本発明は上記従来の技術の有する未解決の
課題に鑑みてなされたものであり、測定精度が極めて高
く、測定値の個人差が少なくて、しかも、小径のレンズ
でも測定精度が著しく低下することなく、測定作業が簡
単で、特別な技能等を必要とすることもないレンズ偏心
測定方法およびレンズ偏心測定装置を提供することを目
的とするものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明のレンズ偏心測定方法は、回転手段によって
所定の軸のまわりに被検レンズを回転させ、前記軸に対
する前記被検レンズの外径中心の振れと前記被検レンズ
の透過光による投影パターンの振れをそれぞれ計測する
工程と、計測された外径中心の振れと投影パターンの振
れを演算処理することによって偏心角を検出する工程を
有することを特徴とする。
【0016】被検レンズを回転させながらその外径変位
を測長手段によって計測することで前記被検レンズの外
径中心を検出するとよい。
【0017】被検レンズの回転角度に基づいて投影パタ
ーンの変位を画像処理することで前記投影パターンの振
れを計測するとよい。
【0018】また、本発明のレンズ偏心測定装置は、所
定の軸のまわりに被検レンズを回転させる回転手段と、
該回転手段の回転角度を検出する位相検出手段と、前記
被検レンズの外径変位を計測する測長手段と、前記被検
レンズの透過光によって投影チャートの投影パターンを
得る投影光学系と、前記投影パターンの変位を画像処理
する画像処理手段と、前記位相検出手段の出力と前記測
長手段の出力に基づいて前記被検レンズの外径中心の振
れを計測するとともに、前記位相検出手段の出力と前記
画像処理手段の出力に基づいて前記投影パターンの振れ
を計測する演算処理手段を有することを特徴とする。
【0019】投影光学系が、コリメータレンズによって
平行化された照明光を投影チャートに照射し、被検レン
ズを透過させた透過光によって投影パターンを得るよう
に構成されているとよい。
【0020】投影チャートが同心円チャートであるとよ
い。
【0021】所定の軸に対して被検レンズを大まかに芯
出しするための移動手段が設けられているとよい。
【0022】
【作用】回転手段に被検レンズを保持させてこれを回転
させながら被検レンズの外径変位を計測し、外径中心を
検出して回転軸に対する振れを計測する一方で、レーザ
光等を同心円チャート等の投影チャートに照射し、被検
レンズを経て所定の結像面に結像させて得られる投影パ
ターンを画像処理することで、回転軸に対する投影パタ
ーンの振れを計測する。
【0023】このようにして計測された被検レンズの外
径中心の振れと投影パターンの振れを演算処理すること
で、被検レンズの外径中心に対する結像位置のずれを算
出し、被検レンズの透過光の光軸の倒れすなわち偏心角
を求める。
【0024】被検レンズを回転手段によって回転するも
のであるため、作業者が指で被検レンズを回転させた場
合のように被検レンズの回転が不安定になったり、ある
いは、被検レンズが小径であるときに特別な技能が必要
になったり、作業性が低下する等の心配はない。
【0025】また、測長手段によって被検レンズの外径
中心を極めて正確に検出し、外径中心の振れや投影パタ
ーンの振れも演算処理手段によって自動的に算出される
ため、極めて高精度の計測を行なうことができる。投影
パターンのパルス数等を目測で計測する場合に比べて誤
差が少なくて、計測値の個人差もない。
【0026】加えて、投影パターンを高感度のカメラに
よって画像処理することで、測定精度を大幅に向上でき
る。
【0027】また、コリメータレンズによって平行化さ
れたレーザ光等の照明光を同心円チャートに照射し、被
検レンズを透過させることによって投影パターンを得る
ように構成された高性能な投影光学系を用いるものであ
るため、投影パターンの鮮明度が高く、その結果、測定
精度がより一層向上する。
【0028】さらに、被検レンズの偏心角と外径中心を
同一計測工程において検出することができるという利点
もある。
【0029】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。
【0030】図1は一実施の形態によるレンズ偏心測定
装置を示すもので、これは、レーザ光源1から発生され
た照明光であるレーザ光L1 の光路に、投影光学系であ
るフイルタ2、エキスパンダ3、コリメータレンズ4、
投影チャートである同心円チャート5、位相検出手段で
ある位相センサ6、レンズホルダ7、対物レンズ8、画
像処理手段である画像処理カメラ9等を配設し、同心円
チャート5に描画された複数の同心円をレンズホルダ7
に保持された被検レンズR1 によって画像処理カメラ9
の対物レンズ8に投影し、投影パターンである同心円パ
ターンP1 をモニタテレビ10上に映し出す。
【0031】レンズホルダ7は図示しないモータによっ
て回転される回転手段である回転軸7aに保持されてこ
れと一体的に回転する。回転軸7aの回転中心(軸)は
レーザ光L1 の光軸Leと一致するように配設される。
回転軸7aの回転角度すなわち被検レンズR1 の回転角
度は位相センサ6によって計測され、演算処理手段であ
る演算処理装置11に導入される。
【0032】被検レンズR1 は、図2に示すように、レ
ンズホルダ7の上端に載置され、レンズホルダ7の中空
部H1 を排気することによって得られる真空吸着力によ
って固定され、レンズホルダ7とともに回転する。被検
レンズR1 が図2の(a)に示すように凸面レンズであ
っても、あるいは、同図の(b)に示すように凹面レン
ズR2 であっても、レンズホルダ7の中空部H1 の真空
吸着力によって同様に安定保持することができる。
【0033】レーザ光源1から発生されたレーザ光L1
は、図3に示すように、フイルタ2によって光量調節を
行ない、エキスパンダ3によって拡大し、コリメータレ
ンズ4によって平行化されて同心円チャート5を透過
し、同心円チャート5の複数の同心円を被検レンズR1
によって対物レンズ8の下に投影する。このような投影
光学系を用いることで、被検レンズR1 と対物レンズ8
の間の任意の結像面S1,S2において同様に鮮明な同
心円パターンを得ることができる。
【0034】対物レンズ8に結像する同心円パターンP
1 を画像処理カメラ9によって画像処理し、モニタテレ
ビ10の画面に映し出す。
【0035】回転軸7aの回転によって被検レンズR1
が回転すると、モニタテレビ10の画面の同心円パター
ンP1 は、図4に破線で示すように、レーザ光L1 の光
軸Leを中心とする円軌道に沿って移動する。後述する
ように、同心円パターンP1の位相角αと円軌道の半径
等によって、被検レンズR1 の透過光の結像位置を検出
できる(図11参照)。
【0036】レンズホルダ7に吸着された被検レンズR
1 がレーザ光L1 の光路から大きくはずれていると、同
心円パターンP1 をモニタテレビ10の画面の中心部1
0aに映し出すことができない(図5参照)。このよう
な場合には、レンズホルダ7の側傍に配設された移動手
段である移送テーブル12を駆動して被検レンズR1
位置を調節する大まかな芯出しを行なう。
【0037】移送テーブル12は、図6に示すように、
被検レンズR1 の外周縁に係合自在であるV型移送板1
2aと、該V型移送板12aをレーザ光L1 の光軸方向
(Z軸方向)に移動させる軸方向粗動移動用マイクロメ
ータ12bと、光軸Leに直交する2軸の方向(X軸方
向、Y軸方向)にそれぞれV型移送板12aを微動調節
する超微動移動用マイクロメータ12c,12dを有す
る。V型移送板12aによって被検レンズR1 の外周縁
を把持し、モニタテレビ10の画面を見ながら軸方向粗
動移動用マイクロメータ12bおよび超微動移動用マイ
クロメータ12c,12dをそれぞれ駆動して、被検レ
ンズR1 を移動させ、同心円パターンP1 がモニタテレ
ビ10の画面の中心部10aに入るように調節する。
【0038】被検レンズR1 を挟んで移送テーブル12
の反対側には、被検レンズR1 の外径中心を検出する測
長手段である測長装置13が配設される。測長装置13
は、被検レンズR1 の外周縁(外径部)にプローブ(測
長測定子)13aを接触させ、回転軸7aを駆動して被
検レンズR1 を回転させながらプローブ13aの変位を
メータ13bで読み取って演算処理装置11へ導入す
る。
【0039】プローブ13aを支持する調節台13c
は、図7の(c)に示すように、粗動送り13dと微動
送り13eを有し、微動送り13eに固定されたホルダ
13fにプローブ13aが保持される。図7の(a)に
示すように、プローブ13aを被検レンズR1 から離間
させた状態で被検レンズR1 をレンズホルダ7上に載置
し、レンズホルダ7に安定保持させた状態で、(b)に
示すように、粗動送り13dを駆動してプローブ13a
を被検レンズR1 に急接近させる。続いて、メータ13
bの指針を観測しながら、微動送り13eを駆動してプ
ローブ13aを被検レンズR1 の外周縁に接触させ、メ
ータ13bの指針を任意の振れ以内に合わせる。
【0040】このような大まかな芯出しを行なったうえ
で、回転軸7aを回転させて、メータ13bの出力と位
相センサ6の出力に基づいて外径中心を算出する。演算
処理装置11における演算は以下のように行なわれる。
【0041】位相センサ6によって被検レンズR1 の回
転角度を計測しながら、その回転中心すなわちレーザ光
1 の光軸Leに対する外径変位を計測し、図8に示す
グラフを得る。最大振れの位置を基準位置0度として、
このときの振れ幅Mを求めれば、図9および図10に示
すように、光軸Leに対する被検レンズR1 の外径中心
の振れは、位相角0度で振れ量M/2と算出される。
【0042】他方、前述のように、光軸Leに対する被
検レンズR1 の結像位置のずれは、モニタテレビ10上
の同心円パターンP1 の変位に基づいて検出される。す
なわち、図11に示すように、被検レンズR1 が基準位
置0度の回転位置(位相)にあるときの同心円パターン
1 の位相角αと同心円パターンP1 の軌道半径Tを求
める。
【0043】被検レンズR1 の基準位置(0度)におけ
る外径中心の振れ量M/2と、同心円パターンP1 の振
れの位相角α、光軸Leからの振れ量Tから、図12の
(a)に示すように、被検レンズR1 の外径中心Vに対
する同心円パターンP1 の偏心量Uを求める。詳しく説
明すると、基準位置0度において光軸LeからM/2だ
け偏心した位置が外径中心Vであるから、この位置から
同心円パターンP1 までの距離Uが偏心量となり、これ
は、以下のように算出される。
【0044】
【数1】 図12の(b)に示すように、同心円パターンP1 の結
像面Nと被検レンズR1 の離間距離Wとすれば偏心角≒
Zは以下のように算出される。
【0045】
【数2】 離間距離Wについては、一般的に50〜100mm程度
で計測を行なうため、±2mm程度の誤差があっても、
測定精度は大きな影響を受けることはない。
【0046】例えば、離間距離Wが50mmであると
き、測定誤差が±2mmであれば、その比率は2÷50
×100=4%であるから、偏心角Zの測定値が5秒で
あれば誤差の影響度は0.2秒以下、偏心角Zの測定範
囲が100秒であれば誤差の影響度は4.0秒以下であ
る。
【0047】本実施の形態によれば、回転軸によって被
検レンズを回転させながら外径変位を自動的に検出して
外径中心を算出するとともに、同心円チャートを被検レ
ンズによって投影した同心円パターンの変位(偏心量)
を求めて演算処理することによって偏心角を検出するも
のであるため、従来例のように、被検レンズを指で回転
させたり、目測で被検レンズの投影パターンの変位を読
み取る必要がない。すなわち、高精度の回転軸を使用す
ることによって被検レンズの回転を安定させ、外径中心
を極めて高精度で検出できるうえに、高精度の投影光学
系と画像処理カメラを用いて同心円パターンの位置を正
確に計測できる。
【0048】このように被検レンズの外径中心と結像位
置を極めて高精度で計測し、演算処理装置における演算
処理によって偏心角を算出するものであるから、偏心角
の測定精度は大幅に向上する。またすべて自動で行なわ
れるため、測定値の個人差はない。加えて、小径のレン
ズであっても、測定精度が低下することなく、測定作業
も極めて簡素化されるという特筆すべき長所がある。
【0049】図1の装置を用いて偏心角を測定した場合
と従来例による装置を用いた場合を比較したところ、表
1に示す通りであった。
【0050】
【表1】
【0051】
【発明の効果】本発明は上述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。
【0052】レンズの偏心角の計測を極めて高精度で行
なうことができるうえに、測定作業が簡単で特別な技能
を必要とすることなく、また、レンズが小径であっても
著しい測定誤差を生じるおそれもない。
【0053】加えて、レンズを回転させる作業や計測値
を読み取る作業を自動的に行ない、演算処理によって偏
心角を求めるものであるから、計測値の信頼性が大幅に
向上し、測定値に個人差が出ることはない。
【0054】さらに、レンズの偏心角と外径中心を同一
工程において検出できるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施の形態によるレンズ偏心測定装置を説明
する図である。
【図2】レンズホルダに吸着された被検レンズが凸面レ
ンズである場合と、凹面レンズである場合を示すもので
ある。
【図3】図1の装置の投影光学系を説明する図である。
【図4】モニタテレビ上の同心円パターンを説明する図
である。
【図5】モニタテレビ上に同心円パターンが映らない状
態を示す図である。
【図6】被検レンズの位置を調節する方法を説明する図
である。
【図7】被検レンズの外径変位を計測するプローブを調
節する方法を説明する図である。
【図8】被検レンズの外径の振れを示すグラフである。
【図9】被検レンズの外径変位から外径中心を得る方法
を説明する図である。
【図10】図9の被検レンズとプローブを示す立面図で
ある。
【図11】モニタテレビ上の同心円パターンの位置を説
明する図である。
【図12】被検レンズの外径中心とモニタテレビ上の同
心円パターンの位置から被検レンズの偏心角を算出する
方法を説明する図である。
【図13】一従来例を説明する図である。
【図14】図13の装置のレンズホルダを示す図であ
る。
【図15】図13の装置において被検レンズを回転させ
る方法を示す図である。
【図16】図13の装置のモニタテレビ上の投影パター
ンを説明する図である。
【図17】図13の光学系に対する被検レンズの位置を
説明する図である。
【図18】図13の光学系と被検レンズとその結像位置
を示す図である。
【図19】被検レンズの大きさが変わったときのモニタ
テレビの画面の変化を示す図である。
【図20】モニタテレビの画面で投影パターンがボケた
ときを説明する図である。
【符号の説明】
1 レーザ光源 4 コリメータレンズ 5 同心円チャート 6 位相センサ 7 レンズホルダ 7a 回転軸 9 画像処理カメラ 10 モニタテレビ 11 演算処理装置 12 移送テーブル 13 測長装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水野 義弘 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転手段によって所定の軸のまわりに被
    検レンズを回転させ、前記軸に対する前記被検レンズの
    外径中心の振れと前記被検レンズの透過光による投影パ
    ターンの振れをそれぞれ計測する工程と、計測された外
    径中心の振れと投影パターンの振れを演算処理すること
    によって偏心角を検出する工程を有するレンズ偏心測定
    方法。
  2. 【請求項2】 被検レンズを回転させながらその外径変
    位を測長手段によって計測することで前記被検レンズの
    外径中心を検出することを特徴とする請求項1記載のレ
    ンズ偏心測定方法。
  3. 【請求項3】 検出された被検レンズの外径中心と前記
    被検レンズの回転角度に基づいて、前記外径中心の振れ
    を計測することを特徴とする請求項2記載のレンズ偏心
    測定方法。
  4. 【請求項4】 被検レンズの回転角度に基づいて投影パ
    ターンの変位を画像処理することで前記投影パターンの
    振れを計測することを特徴とする請求項1ないし3いず
    れか1項記載のレンズ偏心測定方法。
  5. 【請求項5】 所定の軸のまわりに被検レンズを回転さ
    せる回転手段と、該回転手段の回転角度を検出する位相
    検出手段と、前記被検レンズの外径変位を計測する測長
    手段と、前記被検レンズの透過光によって投影チャート
    の投影パターンを得る投影光学系と、前記投影パターン
    の変位を画像処理する画像処理手段と、前記位相検出手
    段の出力と前記測長手段の出力に基づいて前記被検レン
    ズの外径中心の振れを計測するとともに、前記位相検出
    手段の出力と前記画像処理手段の出力に基づいて前記投
    影パターンの振れを計測する演算処理手段を有するレン
    ズ偏心測定装置。
  6. 【請求項6】 投影光学系が、コリメータレンズによっ
    て平行化された照明光を投影チャートに照射し、被検レ
    ンズを透過させた透過光によって投影パターンを得るよ
    うに構成されていることを特徴とする請求項5記載のレ
    ンズ偏心測定装置。
  7. 【請求項7】 投影チャートが、同心円チャートである
    ことを特徴とする請求項5または6記載のレンズ偏心測
    定装置。
  8. 【請求項8】 所定の軸に対して被検レンズを大まかに
    芯出しするための移動手段が設けられていることを特徴
    とする請求項5ないし7いずれか1項記載のレンズ偏心
    測定装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007519020A (ja) * 2003-07-09 2007-07-12 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 少なくとも1つのレンズセントレーションマークを有するレンズおよび同レンズの製造方法および使用方法
JP2016118492A (ja) * 2014-12-22 2016-06-30 有限会社福島技研 レンズの厚さ測定装置
CN109211525A (zh) * 2017-07-05 2019-01-15 日本电产株式会社 透镜偏心测定辅具和透镜偏心测定装置
CN109946046A (zh) * 2017-12-21 2019-06-28 宁波舜宇车载光学技术有限公司 偏心测试装置及方法

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