JPS63103932A - 複合レンズの芯出し方法及び装置 - Google Patents

複合レンズの芯出し方法及び装置

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JPS63103932A
JPS63103932A JP24919986A JP24919986A JPS63103932A JP S63103932 A JPS63103932 A JP S63103932A JP 24919986 A JP24919986 A JP 24919986A JP 24919986 A JP24919986 A JP 24919986A JP S63103932 A JPS63103932 A JP S63103932A
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halo
light beam
centering
optical axis
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Yoshihiro Ide
井出 吉洋
Kazue Uchiyama
一栄 内山
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Shin Etsu Engineering Co Ltd
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は複数個のレンズによって構成された複合レンズ
の中の、少なくとも一個のレンズについて芯出しするた
めの方法及び装置に関するものである。
〔従来の技術〕
写真レンズに限らず、−gのレンズ系は複数個のレンズ
を組み合わせた複合レンズによって構成されている。複
合レンズを組み立ててゆく場合には、各々のレンズの光
軸を全て合致させる芯出し作業が必要になる。
従来におけるこの芯出し作業は、目視を主としている。
すなわち、複合レンズに点光源からの光を入射させてレ
チクルやスクリーンに点像として結像させ、その結像位
置のずれを目視観察しながら適宜のレンズを移動させて
点像のずれをなくすようにしたり、あるいは点像を目視
観察するときに複合レンズを光軸を中心として回転させ
、点像の振れがなくなるように適宜のレンズグ移動調節
したりしている。ところが、こうした目視的観察による
芯出し作業では、個人差、あるいは作業の繰り返しによ
って蓄積される疲労などの影響によって、芯出しの精度
を一定に維持しにくいという欠点がある。
このような欠点を解決するために、複合レンズの焦点面
に、光軸を中心として例えば扇型に4分割された光電素
子を配置し、これらの光電素子からの出力を比較するこ
とによって、光軸からの点像のずれを光電的、定量的に
評価する方法も行われている。これによれば、分割され
た各々の光電素子からの出力が均等になるように、すな
わち点像の中心が光電素子の分割中心にくるように所定
のレンズを移動調節することによって、芯出し調節を行
うことができるようになる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところが、このような手法によって芯出し調節を行おう
とするときには、複合レンズの中で基準となるレンズ系
の光軸を、光電素子の分割中心に正確に合致させておか
なくてはならない。例えば、前群レンズに対する後群レ
ンズの芯ずれを検査したり、あるいは芯出し調節する場
合には、前群レンズの光軸を予め光電素子の分割中心に
合致させる作業が不可欠となる。したがって、写真レン
ズのように量産を対象としたものでは、各々のレンズご
とに光軸合わせしなくてはならず、その作業は非常に煩
わしいものになっている。
本発明はこのような従来技術に鑑みてなされたもので、
複合レンズの芯出し作業を自動化してその作業効率を大
幅に向上させ、芯出しの精度も一定に維持できるように
するための芯出し方法及び装置を提供することを目的と
する。
もちろん、本発明において芯出しの対象となる複合レン
ズは、写真レンズだけでなく種々の光学系にも同様にし
て用いることができる。また、芯出しのために移動調節
されるレンズとしても、予め芯出し調節して結合した2
個以上のレンズユニットであってもよい。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は上記目的を達成するために、芯出しのために移
動調節されるレンズを含む複合レンズに光ビームを通し
、この光ビームの光軸上で、しかも光ビームの結像位置
から外れた位置に物点がくるように配置された検出光学
系に入射させるようにしている。これにより検出光学系
の焦点面上には、前記光ビームは低輝度のハロー部分及
び高輝度の核部分とからなるボケ像として結像されるこ
とになる。このボケ像は撮像装置によって撮像され、前
記ハロー部分及び核部分について各々の画像信号が得ら
れる。こうして得られた画像信号に基づき、ハロー部分
及び核部分の各々の輪郭を求め、さらにこれらの中心位
置が求められる。こうして求められたハロー部分及び核
部分の中心位置は、複合レンズの芯出しが不十分のとき
には合致することがない。そこで本発明では、これらの
中心位置を合致させるように、あるいは前記中心位置相
互間のずれ量を所定の管理値幅内に収めるよウニ、所定
のレンズすなわ・ち芯出しの対象トサしているレンズを
、その光軸と垂直な面内で移動調節して芯出しを行うよ
うにしたものである。
このような芯出しを行うための本発明装置は、複合レン
ズのうちの基準となるレンズを保持するテーブルと、芯
出しの対象となるレンズをその光軸と垂直な面内に移動
自在に保持する移動テーブルと、前記テーブル及び移動
テーブルに開設された光通路を介して複合レンズに光ビ
ームを入射させる光ビーム発生手段と、複合レンズによ
って結像された光ビームの光軸上で、その結像点から外
れた位置に物点がくるように位置決めされた検出光学系
と、この検出光学系によって形成されたノ10一部分及
び核部分からなる像を撮像する撮像装置と、この撮像装
置からの出力信号に基いてハロー部分及び核部分の輪郭
を決定するとともに、これらの輪郭からハロー部分及び
核部分の中心位置を求める画像演算部と、前記各々の中
心位置を所定の管理値幅内に収めるように前記移動テー
ブルを移動させるテーブル駆動装置とを備えているもの
である。
以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。
〔実施例〕 本発明装置の一例を概略的に示す第1図において、ベー
ス1内にはランプ2.ランプ2からの光を一定の径の光
ビームにするための光学系3、そして光学系3の光軸3
aに沿う光ビームを真上に向けるためのミラー4が設け
られている。ベース1の上面には、X軸方向(紙面と平
行な左右方向)にスライドするXテーブル5が取り付け
られ、さらにこのXテーブル5の上面にはY軸方向(X
軸と直交する方向)にスライドするYテーブル6が取り
付けられている。また、前記Yテーブル6の上には、前
記X軸方向にスライドするXテーブル7が設けられ、さ
らにこのXテーブル7の上には前記Y軸方向にスライド
するXテーブル8が設けられている。
前記Xテーブル5.Yテーブル6のそれぞれの中央部に
は、後述するように光学系3からの光ビームを上方へと
通過させるための光通路が形成され、またXテーブル7
及びXテーブル8は光ビームが上方に通過するのを妨げ
ないように配設されている。そして、上方へと通過した
光ビームを受、けるように、支柱10を介して顕微鏡1
2が設けられている。支柱10と顕微鏡」2との間には
昇降機構13が介装されており、これにより顕微鏡13
はX軸方向(紙面と平行な上下方向)に移動自在となっ
ている。
顕微鏡12のアイピースを所定の位置に調節し、あるい
はアダプターレンズ等を付加することによって顕微鏡1
2は実像を形成し、この像はビデオカメラ14によって
撮像される。ビデオカメラ14から得られるビデオ信号
は画像処理部15に供給され、詳しくは後述するように
種々の信号変換や演算処理が行われ、その結果はモニタ
ー16で映像表示されたり、ブI鬼ンタ17でハードコ
ピーされたり、あるいはフロッピーディスク18に情報
記録されたりする。
画像処理部15にはマイクロコンピュータによって構成
されたコントローラ20が接続されており、画像処理部
15との間で信号の授受が行われる。コントローラ20
はステージ移動機構21の作動を制御するための信号も
出力するようになっており、この信号によってXテーブ
ル5.Yテーブル6、Xテーブル7、Xテーブル8は、
それぞれ設けられたステッピングモータを介して個別に
スライドされる。また、同様にして昇降機構13も作動
され、顕微鏡12も上下に移動される。
上記装置の要部を図示した第2図にも示したように、写
真レンズ24の前群レンズ24aは、Yステージ6に形
成されたスリーブ6aを介して、所定の位置に保持され
る。また後群レンズ24bは、前群レンズ24aの上面
に載置されるとともに、yステージ8に設けられたクラ
ンプレバ−8aによって、X軸、Y軸いずれの方向にも
移動しないように位置決めされる。なお、これらの前群
レンズ24aと後群レンズ24bとをビス25によって
緊締することによって、写真レンズ24として一体化さ
れることになる。また、後群レンズ24bの取り付は用
のフレーム26にはビス25の外径よりも内径の大きい
取り付は孔26aが形成されているから、後群レンズ2
4bをX軸及びY軸方向に位置調節した後にも、ビス2
5によって前群レンズ24aと後群レンズ24bとを一
体に結合することができるようになっている。
ランプ2からの光は、集光レンズ27.50μmのピン
ホールが形成されたピンホール板28゜コリメータレン
ズ29によって、15mmの径の光ビーム30となって
ミラー4に入射する。ミラー4によって上方に向けられ
た光ビーム30は、前群レンズ24a及び後群レンズ2
4bを通過する。光ビーム30は平行光であるから、前
群レンズ24aと後群レンズ24bとが偏芯なく正しく
整列されている場合には、光ビーム30は写真レンズ2
4の焦点P6に点像として結像される。
顕微鏡12の光軸は、光ビーム30の光軸3aと一致し
て配設されるとともに、その物点P、は写真レンズ24
の焦点P0からlだけ外されている。したがって、顕微
鏡12の結像面にビデオカメラ14のCCD32を設け
てこれを撮像したときには、モニター16には第6図に
示したような映像が表示される。すなわち、写真レンズ
24の点像が焦点外し量lに応じて広がった高輝度の核
部分35と、円形の淡い輝度をもったハロー部分36と
が観察される。
次に、上記装置の機能ブロックを示す第3図にしたがっ
て、後群レンズ24bに対する自動芯出し作用について
説明する。  − まず、Yテーブル6のスリーブ6aに前群レンズ24a
をセットし、その上に後群レンズ24bを載置してこれ
をクランプレバ−8aによって水平に保持する。しかる
後にキーボード40からマイクロプロセッサユニット4
1(以下、MPU41という)にスタート信号が入力さ
れると、”第2図にも示した昇降駆動部43.Xテーブ
ル駆動部44、Yテーブル駆動部45.Xテーブル駆動
部46、Xテーブル駆動部47のそれぞれに駆動信号が
供給される。そして、これらの駆動部43〜47によっ
てステッピングモータ49,50,51.52.53が
一定量回転され、各々予め設定された測定開始位置にセ
ットされる。また、顕微鏡12の物点P、は、写真レン
ズ24の焦点距離に対応して、一定の焦点外し51Nに
くるように位置決めされる。なお、この測定開始位置の
設定のために必要なデータ及び各駆動部の作動プログラ
ムは、ROM55に記憶されている。
こうして各部が測定開始位置にセットされ、このセット
完了信号がMPU41にフィードバックされると、顕微
鏡12によってCCD32上に形成された画像が電気信
号として読み取られる。CCD32によって読み取られ
た画像信号は、A/Dコンバータ57によって、ドツト
ごとに輝度を表すデジタル信号として画像演算部58に
入力される。こうして得られたデジタル信号は、VRA
M59にドツト座標と対応づけられた画像データとして
格納される。そして、MPU41はこのVRAM59に
格納された画像データを、まず第1スレツシユホールド
レベル信号によって所定の輝度レベルを境にして2値化
し、この2値化された情報をドツト座標と対応し′てB
RAM60に格納する。なお、前記第1スレツシユホー
ルドレベル信号は、より高H度レベルの第2スレツシユ
ホールド信号とともに、キーボード4oがらの入力によ
ってRAM61にメモリされている。また、VRAM5
9にデジタル信号として格納された画像信号は、信号処
理部62によって映像表示のための信号処理を受け、こ
れによりモニター16には第4図に示すような映像が表
示される。この映像は、後群レンズ24bの偏芯に対応
して、いびつな形状をもつ高輝度の核部分35と、その
回りにコマ状に方向性をもって広がった低輝度のハロー
部分36とからなるボケ像として映出される。
ところで前述したように、前記BRAM60には第1ス
レツシユホールドレベル信号によって2値化された2値
化データが格納されている。この第1スレツシユホール
ド信号の輝度レベルは、前記ハロー部分36の輝度に対
応して決められている。そして、MPU41はBRAM
60の2値化データを参照してその中心位置をX軸方向
、Y軸方向の座標位置として算出する。この中心位置を
算出するための演算プログラムはROM55にメモリさ
れており、例えば第4図のハロー部分36の輪郭からそ
の重心を求めたり、ハロー部分36の輪郭から円を近似
してその中心を求めればよい。
こうしてハロー部分36の中心位置が決定されると、そ
の座標データはRAM61の所定番地に格納される。な
お、前述した輪郭は必ずしも輪郭線のみを意味するもの
ではなく、ハロー部分36の形状が特定できるものであ
ればよい。
こうしてハロー部分36の中心位置がRAM61にメモ
リされた後、MPU41は第2スレツシユホールドレベ
ル信号に基づいて、VRAM59に格納されている画像
データを再び2値化処理する。こうして新たに2値化さ
れたデータによってBRAM60の画像データが書き換
えられる。この第2スレツシユホールドレベル信号の輝
度レベルは、核部分35の輝度に対応して決められてい
るから、この時点でBRAM60は核部分35の形状を
表すデータを格納していることになる。引続きMPU4
1は、このBRAM60の2値化データを参照して前述
と同様の処理を繰り返し、核部分35の中心位置を求め
、これを座標データとしてRAM610所定番地にメモ
リする。
以上の処理によってハロー部分36と核部分35のそれ
ぞれの中心位置を求めた後、MPU41はRAM61に
メモリされているそれぞれの中心位置を比較する。すで
に述べたように、前群レンズ24aと後群レンズ24b
との間に芯ずれがあるときには、第4図に示したように
、ハロー部分36の中心位置36aと、核部分35の中
心位置35aとは一致せず、Δx、Δyのずれがでてく
る。こうしてΔx、Δyのずれが検出されると、これを
各々所定の管理値幅内の値(理想的には各々「0」)に
するようにMPU41がXテーブル駆動部46及びXテ
ーブル駆動部47に駆動信号を供出する。この結果、後
群レンズ24bは、Xテーブル8とともに前群レンズ2
4aに対して偏心が減少するようにX軸方向及びY軸方
向に移動調節される。この移動調節の過程では、例えば
第5図に示したように、ハロー部分36の中心位置36
aと核部分35の中心位置35aとは接近してくる。な
お、顕微鏡12の倍率を適当に調節しておき、各々の中
心位置35a、36aとの間のずれ量Δx、Δyに対し
、Xテーブル7、  Xテーブル8の補正移動量を、例
えばに=1.4としてそれぞれΔx×k、ΔyXkのよ
うに拡大して調節できるようにしておくことによって、
芯出し精度を向上させることができる。もちろん、前記
にの値は、芯出し処理の対象となる光学系の構成に応じ
て適宜設定することになる。
以上の移動調節を行い、Δx、Δyの各々の値が所定の
管理値幅内の値になると、第6図に示したように、ハロ
ー部分36及び核部分35の11郭が円になるとともに
、これらの中心位置36a。
35aが一致する。かかる状態においては、前群レンズ
24a、後群レンズ24bの各々が偏芯なく整列された
状態、すなわち、芯出しが完了した状態であるから、ビ
ス25を緊締してこれらを一体に結合することによって
、写真レンズ24の組立が終了する。そして、キーボー
ド40から終f信号が入力されると、Xテーブル5ある
いはYテーブル6が移動され、写真レンズ24が顕微鏡
12の下から退避した位置に移動されるから、調節済み
の写真レンズ24を取り出し、次の調節のために新たな
前群レンズ24a、後群レンズ24bをセットすること
になる。
なお、第6図に示した例においては、各々の中心位置3
5a、36aが画面の中心位置、すなわち光ビーム30
の光軸3aとも合致している。しかしながら、核部分3
5.ハロー部分36のそれぞれの中心位置35a、36
aは、前記光軸3aとは無関係に求められるものである
から、これらの中心位置35a、36aを合致させてゆ
く際には、画面の中心位置については考慮する必要がな
い、したがって、画面内であればその中心位置を外れた
他の位置でも、前記中心位135a、36aを合致させ
ることができるものである。。
ところで、前群レンズ24aをスリーブ6aにセットす
るとき、そのセット状態は必ずしも一定ではない。した
がって、Xテーブル5.Yテーブル6を予め設定されて
いる測定開始位置に移動させたときに、前群レンズ24
aの光軸中心が光ビーム30の光軸3aからずれている
場合もある。
そして、このずれが大きすぎる場合には、核部分35は
もとより、ハロー部分36についてもCCD32によっ
て捕捉できないことがある。こうした場合には、ROM
55にメモリされている測定開始位置補正用のプログラ
ムが起動され、CCD32がハロー部分36を捕捉でき
る位置までXテーブル5及びYテーブル6が移動調節さ
れることになる。
さらに、クランプレバ−8aによって仮クランプされた
後群レンズ24bの位置が前群レンズ24aに対して大
きく偏芯している場合には、ハロー部分36が撮像画面
いっばいに広がり、その輪郭及び中心位置を特定するこ
とができず、しかも核部分35を識別することもできな
くなる。このようなときには、やはりROM55にメモ
リされているZ軸補正プログラムが起動し、昇降駆動部
43を介して顕微鏡12をZ軸方向に移動させ、焦点外
し世lを小さくする。焦点外し量lを小さくしてゆくに
つれ、ハロー部分360面積は減少し核部分35も現れ
てくるようになるものである。
なお、このZ軸補正プログラムを実行するときには、V
RAM59にメモリされた画像データを参照しながら、
まず核部分35が検出される位置まで顕微鏡12の位置
が調節される。しかる後に、ハロー部分36の輪郭が得
られるような位置に顕微鏡12が位置決めされることに
なる。
ハロー部分36の輪郭が得られるか否かは、ハロー部分
36の面積に基づいてこれを判別することができる。す
なわち、VRAM59にメモリされている画像データか
らハロー部分36の面積を算出することができるから、
こうして算出される面積値が所定範囲に収まるまでZ軸
補正プログラムを繰り返すようにすればよい。また、ハ
ロー部分36の面積値が小さすぎるときにも、この面積
値が前記所定範囲内に収まるようにZ軸補正プログラム
が実行される。これにより、ハロー部分36及び核部分
35が適当な大きさになるから、各々の中心位置間のず
れ量Δx、Δyも、調節しやすい適当な値に設定するこ
とができる。
このような芯出し方法では、前群レンズ24aの光軸を
、光ビーム30の光軸3aと必ずしも合致させなくても
よいという利点がある。すなわち、芯出し調節を行うた
めのデータとしては、ハロー部分36及び核部分35の
中心位置であり、これは光ビーム30の光軸3aや、基
準となっている前群レンズ24aの光軸の位置とは無関
係である。
すなわち、ハロー部分36及び核部分35のそれぞれが
CCD32の撮像面内に捕捉されればよいから、測定開
始位置のセツティングも簡便になり、上述のように完全
に自動化する二七が可能となるものである。
以上、図示した実施例にしたがって本発明について説明
してきたが、写真レンズ24から一定の物体距離位置に
点光源を配置しても、光軸3a上には焦点P0の位置よ
りも上方の所定位置に点像が形成されるようになる。し
たがって、この結像位置から外れた位置に顕微鏡12の
物点を設定してもほぼ同様の処理で芯出しができること
になるが、汎用性や処理の簡便さを考慮するときには、
やはりコリメータレンズ29を利用して平行光束となる
光ビーム30を利用するのがよい。
〔発明の効果〕
以上に説明したように、本発明によれば複合レンズの中
の少なくとも一個のレンズの芯出しを行うにあたり、複
合レンズの焦点面から光軸方向にずれた位置に形成され
るハロー部分及び核部分の像を撮像し、これを画像処理
することによって各々の画像中心を求め、これらの中心
位置間のずれを所定の管理値幅内に収めるようにするこ
とによって芯出しを行うようにしている。したがって、
測定用の光ビームの光軸に対し、複合レンズの基準とな
る光軸を精密に一致させなくてもハロー部分及び核部分
の像を得ることができるから、従来の芯出し作業の前処
理として不可欠であった焦点合わせや光軸合わせなどを
省略し、あるいは完全に自動化することが可能となり、
効率的でしかも精度的にも満足し得る芯出しを行うこと
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明装置の一例を示す概略構成図である。 第2図は第1図の装置の要部断面図である。 第3図は第1図の装置に用いられる回路構成の概略を示
す機能ブロック図である。 第4図乃至第6図は、芯出し過程におけるハロー部分及
び核部分の変化を示す説明図である。 l・・・ベース    2・・・ランプ5・・°Xテー
ブル  6・・・Yテーブル7・・・Xテーブル  8
・・・Yテーブル12・・顕微鏡    13・・昇降
機構14・・ビデオカメラ 24・・写真レンズ24a
・・前群レンズ 24b・・後群レンズ35・・核部分
    36・・ハロー部分。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)正パワーをもった複合レンズを構成する複数個の
    レンズの中の少なくとも一個を、その光軸が複合レンズ
    の光軸と一致するように芯出しする複合レンズの芯出し
    方法において、 前記複合レンズに光ビームを通した後、これを前記光ビ
    ームの光軸上に配置された検出光学系に入射させること
    によって、前記検出光学系の結像面に低輝度のハロー部
    分及び高輝度の核部分とからなる像を形成し、この像を
    撮像装置によって撮像して前記ハロー部分及び核部分の
    中心位置をそれぞれ測定し、これらの中心位置相互間の
    ずれ量が所定の管理値幅内に収まるように前記少なくと
    も一個のレンズを光軸と垂直な面内に移動させるように
    したことを特徴とする複合レンズの芯出し方法。
  2. (2)前記撮像装置によって撮像されたハロー部分から
    所定レベル以上の輝度をもった領域を抽出するとともに
    この領域からハロー部分の輪郭を特定し、こうして得ら
    れた輪郭からハロー部分の中心位置を求めるようにした
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の複合レン
    ズの芯出し方法。
  3. (3)前記各々の中心位置相互間のずれ量をそれぞれΔ
    x、Δyとしたとき、前記少なくとも一個のレンズをΔ
    x×k、Δy×k(但し、kは正の数)移動させること
    によって、各々の中心位置相互間のずれ量を所定の管理
    値幅内に収めるようにしたことを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の複合レンズの芯出し方法。
  4. (4)前記ハロー部分の中心位置を測定する前にハロー
    部分の面積を算出し、この面積値が所定範囲外の値であ
    るときには、前記検出光学系を光ビームの光軸に沿って
    移動させるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の複合レンズの芯出し方法。
  5. (5)全体として正パワーとなる複合レンズのうちの基
    準となるレンズを保持する第1テーブルと、前記複合レ
    ンズのうちの他の少なくとも一個のレンズをその光軸と
    垂直な面内に移動自在に保持する第2テーブルと、前記
    第1テーブル及び第2テーブルに開設された光通路を介
    して前記複合レンズに光ビームを入射させるための光ビ
    ーム発生手段と、光ビームの光軸に沿って配置され、前
    記複合レンズによる光ビームの結像点から光ビームの光
    軸方向に外れた位置に物点がくるように位置決めされた
    検出光学系と、この検出光学系によって形成されたハロ
    ー部分及び核部分からなる像を撮像する撮像装置と、こ
    の撮像装置からの出力信号に基いてハロー部分及び核部
    分の輪郭を決定するとともに、このハロー部分及び核部
    分の輪郭からそれぞれの中心位置を求める画像演算部と
    、この画像演算部によって求められた前記各々の中心位
    置を一致させるように前記第2テーブルを移動させるた
    めのテーブル駆動装置とを備えたことを特徴とする複合
    レンズの芯出し装置。
  6. (6)前記第1テーブルを前記光軸と垂直な面内で移動
    自在とし、撮像装置によってハロー部分が撮像されない
    ときには、前記撮像装置によってハロー部分が捕捉され
    るように前記第1テーブルを移動させるようにしたこと
    を特徴とする特許請求の範囲第5項記載の複合レンズの
    芯出し装置。
  7. (7)前記光ビーム発生手段は、光源及び光源からの光
    を平行光ビームにするコリメータレンズとからなり、複
    合レンズにはこの平行光ビームが入射されることを特徴
    とする特許請求の範囲第5項記載の複合レンズの芯出し
    装置。
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US5453606A (en) * 1993-03-11 1995-09-26 Minolta Co. Ltd. Apparatus for adjusting the optical axis of an optical system
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