草間企画 ジーフロイデ株式会社

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平成29年度 板橋製品技術大賞 審査委員賞 受賞!
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1)開発の背景



レンズの中心厚測定はかなり難しい測定対象です。理由は測定個所がレンズ上の<1点>でしかないからです。又光学性能に起因する要素でありながらその測定方法は確立しておらず、接触式測定は出来れば避けたいです。特に上画像の様な大口径レンズ(特に凹面)やホタル石などの軟硝材では傷が付きやすく、材料コストも高い事から正確な測定は出来ていません。

昨今光学系の性能は益々上がるばかりで特に高精度光学系では厳密な中心厚及び面間隔が規定されています。又最近のデジタル一眼にはカーブの大きな非球面レンズが多用されており、この玉の精度が結像性能を左右します。

※現在マイクロレンズ用肉厚測定機を開発中です。マイクロレンズはここ数年、車載カメラや内視鏡レンズ用として需要が高まっており、光学系のレンズ枚数も少ない事から肉厚精度が結像性能に大きく寄与する事が判っております。

2)肉厚測定上の課題

肉厚測定では概ね下記図の通り3つの課題が存在します。

1)肉厚は全て異なり、その厚みが測定対象ごとで変動する

2)頂点位置の検出方法(どこが肉厚位置か?)

3)測定面がR面である事(平面の厚み測定では無い)


3)解決方法

この課題に対し本装置では下記の手段を取りました。

1)Z軸にリニアエンコーダーと非接触式変位計をダブル併用。
  これで肉厚が大きく変化しても追従が可能です。

2)XYステージで指定された測定面積と測定数で全肉厚を測り
  その最大値若しくは最小値で算出します。

3)共焦点型白色ファイバー同軸変位計を採用。
  傾斜角度約20°までの追従が可能。
この方法に依り面倒なアライメント操作は不要です。スキャンエリアと測定点数の指定さえ行えばあとは自動で中心厚位置を探して出力します(特許申請済) ※サンプル測定は随時受け付けておりますのでご希望の方はこちらまでご連絡下さい。

4)基本原理について


レンズの上下に2本の非接触変位センサーを用いて測定します。変位センサーの間隔はリニアエンコーダーで測長されています。この様に変位センサーとリニアエンコーダーの性能を合体させた構造によりサンプルの厚みが変わってもセンサーは自動でサンプルと<WD位置>に配置されます。従って面倒なセンサーの間隔調整作業は不要です。言わばハイブリッドセンサー方式と言えます。

5)校正方法


本方式はいわゆる比較測定なので測定前には<装置校正>が必要です。これには予め校正されたブロックゲージを用います。左画像はブロックゲージと校正用の専用ホルダーです。以下はこの校正手順の動画ですので詳細はこちらをご覧ください。

6 )レンズ搭載ステージについて



最小φ数ミリから最大φ120まで搭載可能なレンズステージです。左の画像はメニスカスレンズを搭載した状態です。ステージの取り扱いとサンプル搭載の様子は下記動画をご覧ください。

7)測定その1(WD位置まで自動移動)

先ずは測定に入る前に変位計をWD(ワーキングディスタンス)位置まで近づける必要があります。本装置ではこの動作も自動で行います(詳細は下記動画です)。

8)測定その2(肉厚値自動検出)

これが非接触の肉厚測定です。ここではXYスキャンステージを用いて変位センサーの測定範囲内で全肉厚を測定し、測定値の最大最小値から肉厚値を検出します。スキャンエリアと測定点数はユーザー側での任意設定が可能です。
※特許出願済(特願 038472号)



下画像は電動スキャニングステージ(左)と実際の測定結果(右)です。



9)実測事例紹介

紹介する事例2つはサンプルセットの段階で正確な中心位置に置かなくてもステージスキャン
で正確な肉厚が測れている事を示しています。



10)本装置に於ける頂点検出方式の効果

下の3Dと2Dマップをご欄下さい。これは同一サンプルを搭載ステージに2回配置し、置き直し時に位置が僅かにズレた事を意味しています。2回目は頂点位置が僅かに右にズレた様子を表しています。


これに対し、下記の結果は各々の測定値差が僅か<1μm>しか出ていない事を意味します。これがこの装置の測定者誤差が少ない理由です。デジタルマイクロで接触しながら何度も肉厚点を探す事も不要となります。


11)仕様について

装置の基本性能は下記の通りです。

1)測定レンズ形状    :凹凸、メニスカス、非球面を問わず可能
2)厚み測定範囲       :1mm~21mm(範囲拡大も可能)
3)厚み測定精度       :校正されたブロックゲージに対し±2μm以下
4)測定可能Φ           :Φ2mm~120mm(標準仕様)
5)装置寸法    :W350xD590xH654(mm)
6)重量                     :約30kg




     
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