草間企画 ジーフロイデ株式会社

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レンズ接合用電子制御式芯出し装置(型式:UPA)


1)開発の原点


レンズ接合は多くの光学系で用いられています。又その芯出し作業には透過芯の偏芯測定機が使われて来ました。作業は2枚の下側を回転させ、通称『浮き玉』と呼ばれる上側の玉を調芯し偏芯軌道円が規定の値より小さくなる位置でUV硬化して作ります。

所が最近偏芯規格が益々厳しくなり芯出し精度も手作業の限界に来ております。又生産数が少なければ製造可能でも大量生産は難しく、対処としては芯出し精度を下げるしかありませんでした。

この課題、解決出来ないか?
開発の原点はここです。

2)モータステージを使った芯出し方法

操作方法をご説明します。手順としては、

1)泡出しを行った未接合の組レンズを用意します
2)この組レンズをモーターステージ上のホルダー上に搭載します
3)モーターステージは下レンズのみを回転させます
4)一度回転させ、接合の中心点を決定します
5)この中心点に向かって上レンズを動かし芯出しを行います

具体的な動作は下記動画にその様子がありますのでご欄下さい。

3)手動操作での芯出し

操作原理としてはここまでの説明の通りですが、手動操作で芯出しを行うのは大変難しいです。何故なら偏芯測定機で画面上の像が拡大されており動きが非常に過敏で、とても手動で芯出し操作は出来ません。又この傾向は、

1)Rが小さい
2)径が小さい

この状態ではさらに芯出しが困難になります。手動操作の様子は下記動画をご欄下さい。

4)超音波モーターを使った解決方法

以上の過敏な芯出し操作を行うには手動に代わる微細な制御方法が必要です。

これを可能にするのが<超音波モータ>です。最小制御で0.1μmという細かな動きが可能です。このモーターを接合レンズに対し、左右と前後方向の4か所に配置し、組レンズの上側のレンズ(通称『浮き玉』)だけを動かし調芯します。又この超音波モータにはLMガイドとエンコーダーが搭載されていますので位置制御も可能です。



5)なぜ超音波モーターなのか?


超音波モータとは、コイルやマグネットなどによる磁力を用いることなく、圧電効果による振動を移動運動に変換する摩擦式のモータです。 電圧を掛ける事で圧電セラミックス振動体を変形させ、その細かな位置変化を利用して摩擦力を生み出し、それを回転運動や直線運動に変換しカメラのオートフォーカス等に用いられています。このモーターの主な利点は下記です。

1. 超小型・薄型・軽量
2. 高トルク、高推力
3. 機械応答性が高い
4. 無通電時に保持トルクを有する
5. ギアを使って減速する必要がないため、減速機が不要
9. 精密な位置決めに最適
これらの優れた点は正にレンズ接合用のアクチュエーター装置としては最適であり、手動では操作不可能な僅かな芯出し作業を可能としています

6)超音波モーターを使った芯出し方法

操作手順は下記です。

先ず<基本玉>と呼ばれるある程度精度の出ている硬化済の組玉を用意します。
一旦これを回転ステージ上に配置し、外径寸法をこの超音波モータにメモリさせます。

次に未接合玉に乗せ換え、基本玉でメモリした位置まで芯出しを行います(一次芯出し)。
ここで一旦超音波モータをリリースし回転測定を行い、真の中心位置を決定します。

最後に再度浮き玉を掴み精密調芯を行い(二次芯出し)、UV硬化します。
硬化時でも超音波モータで支持しているので硬化中のズレを抑える事も可能となります。

※詳細の動作フローは下記図の通りです。


7)一次芯出しについて

上記の⑤と⑥の動きを下記に動画で説明します。

8)二次芯出しについて

続いて⑦と⑧の動きを下記に動画で説明します。

9)実力検証

下記のφ7.2と12の芯出し実例を示します。各々1ケタ秒の芯出し精度となっています。


10)保持しながらUV硬化出来る利点


接着剤の種類にも依りますが、硬化前後で芯出し状態が変化する事があります。これはUV硬化前後に於ける接着剤の屈折率変化に伴う<接着層の体積収縮>に依るものです。通常の芯出しでは一度芯出しを行ったら手を離してUV硬化させますが、これでは硬化中に位置がズレるという厄介な問題が発生します。
特に車載用の組レンズでは耐熱性を考慮し、特殊な接着剤を使いますがこの種の接着剤で位置ズレが発生する傾向があります。
この装置は硬化中もレンズを保持しているのでこの位置ズレを僅少まで抑える事が大きな利点と言えます。

11)機種について

レンズ径に応じて3機種用意しております。

1)UPA-Ⅰ・・・Φ20mm以下
2)UPA-Ⅱ・・・Φ10mm~40mmまで
2)UPA-Ⅲ・・・Φ20mm~50mmまで





     
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