(57)【要約】【課題】短時間で検出出力が最大となるように移動部材を位置決めできる位置決め装置および位置決め方法を提供する。【解決手段】駆動装置によって可動範囲内を移動させられる移動部材を、移動部材の位置に応じて検出出力が変化する位置検出手段の検出出力が最大となるように移動部材を位置決めする位置決め方法は、移動部材を可動範囲の端部に原点復帰させ、移動部材を所定の移動量ずつピッチ送りする毎に検出出力を確認し、検出出力が所定の閾値以上であればピッチ送りを停止するスキャンを実行し、移動部材をスキャンにより停止した位置から所定の微少量だけ移動させて、検出出力を確認し、移動部材を検出出力が増加すると予想される方向に移動させる微調整を実行する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動装置によって可動範囲内を移動させられる移動部材と、前記移動部材が所定位置にあるときに検出出力が最大となる位置検出手段と、
前記移動部材を前記可動範囲の端部に原点復帰させ、
前記移動部材を所定の移動量ずつピッチ送りする毎に前記検出出力を確認し、前記検出出力が所定の閾値以上であれば前記ピッチ送りを停止するスキャンを実行し、
前記移動部材を前記スキャンにより停止した位置から所定の微少量だけ移動させて、前記検出出力を確認し、前記移動部材を前記検出出力が増加すると予想される方向に移動させる微調整を実行する制御手段とを備えることを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
前記移動部材の前記ピッチ送りの移動量は、前記検出出力が前記閾値以上となる前記移動部材の位置の幅の１／２以下であることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記スキャンによって前記移動部材を前記ピッチ送りした移動回数を記憶し、後に前記スキャンを行う際は、前記原点復帰した前記移動部材を、記憶した前記移動回数以下のスキップ回数だけピッチ送りした位置から前記検出出力の確認を開始することを特徴とする請求項１または２に記載の位置決め装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記移動回数の記憶を、前記スキャンを行う毎に更新することを特徴とする請求項３に記載の位置決め装置。
【請求項５】
前記スキップ回数は、前記移動回数から所定のマージン回数を減じた回数であることを特徴とする請求項３または４に記載の位置決め装置。
【請求項６】
前記原点復帰は、前記移動部材を上方の移動端に移動させることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項７】
駆動装置によって可動範囲内を移動させられる移動部材を、前記移動部材の位置に応じて検出出力が変化する位置検出手段の前記検出出力が最大となるように前記移動部材を位置決めする位置決め方法であって、
前記移動部材を前記可動範囲の端部に原点復帰させ、
前記移動部材を所定の移動量ずつピッチ送りする毎に前記検出出力を確認し、前記検出出力が所定の閾値以上であれば前記ピッチ送りを停止するスキャンを実行し、
前記移動部材を前記スキャンにより停止した位置から所定の微少量だけ移動させて、前記検出出力を確認し、前記移動部材を前記検出出力が増加すると予想される方向に移動させる微調整を実行することを特徴とする位置決め方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は位置決め装置および位置決め方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に、レーザ発振器などの投光部から発せられたレーザ光をレンズなどの光学部材によって、光ファイバのような受光部材に芯合わせして導くレーザ装置が記載されている。
【０００３】
特許文献１では、光学部材を一定周期、一定振幅で微小振動させ、光ファイバにおけるレーザ光の強度の変化を測定して、レーザ光の受光強度を最大にするための光学部材の移動方向と移動量とを算出するウォブリング（wobbling）と呼ばれる手法により、レーザ光を光ファイバに対して位置決めしている。しかしながら、レーザ光の芯ずれが大きい場合、このウォブリングを繰り返し行う必要があり、光学部材を正確に位置決めするためには相当の時間を要するという問題がある。
【０００４】
また、このようなレーザ装置において、光学部材を所定量移動させ、受光強度が増加するか否かを確認し、受光強度が増加する方向に、受光強度が減少に転ずるまで連続して所定量ずつ移動させる、山登り制御と呼ばれる制御方法も知られている。この山登り制御は、ウォブリングよりも高精度な調芯が可能であるが、ウォブリングよりもさらに位置決めに要する時間が長いという問題がある。
【０００５】
特に、光学部材の可動範囲が広い場合、レーザ光が受光部材から大きく外れてしまうと受光強度がゼロになり、ウォブリングによって受光強度の最大点を見つけ出すことができなくなる可能性もあった。
【特許文献１】特開２００３−３３８７９５号公報
【特許文献２】特開平６−２６５７５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記問題点に鑑みて、短時間で検出出力が最大となるように移動部材を位置決めでき、且つ、検出出力が得られないほどに位置ずれしていても検出出力が最大となるように移動部材を位置決めできる位置決め装置および位置決め方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明による位置決め装置は、駆動装置によって可動範囲内を移動させられる移動部材と、前記移動部材が所定位置にあるときに検出出力が最大となる位置検出手段と、前記移動部材を前記可動範囲の端部に原点復帰させ、前記移動部材を所定の移動量ずつピッチ送りする毎に前記検出出力を確認し、前記検出出力が所定の閾値以上であれば前記ピッチ送りを停止するスキャンを実行し、前記移動部材を前記スキャンにより停止した位置から所定の微少量だけ移動させて、前記検出出力を確認し、前記移動部材を前記検出出力が増加すると予想される方向に移動させる微調整を実行する制御手段とを備えるものとする。
【０００８】
この構成によれば、スキャンによって、検出出力のピーク位置の近傍まで移動部材をピッチ送りによって迅速に移動させ、ピーク位置の近くから、ウォブリングや山登り制御などの微調整によって正確なピーク位置に位置決めする。これにより、位置決め部材を検出出力が最大となる位置に短時間で正確に位置決めできる。
【０００９】
また、本発明の位置決め装置において、前記移動部材の前記ピッチ送りの移動量を、前記検出出力が前記閾値以上となる前記移動部材の位置の幅の１／２以下とすれば、前記スキャンにおいて、１回の前記ピッチ送りにより、前記検出主力のピークを飛び越えてしまい、前記移動部材の停止位置を発見できなくなることを防止できる。
【００１０】
また、本発明の位置決め装置において、前記スキャンによって前記移動部材を前記ピッチ送りした移動回数を記憶し、後に前記スキャンを行う際は、前記原点復帰した前記移動部材を、記憶した前記移動回数以下のスキップ回数だけピッチ送りした位置から前記検出出力の確認を開始すれば、２回目以降の前記スキャンに要する時間を短縮できる。
【００１１】
また、本発明の位置決め装置において、前記移動回数の記憶を、前記スキャンを行う毎に更新すれば、経時変化によって、駆動装置の駆動量が変化しても、短時間で且つ適切に検出出力が最大となる位置を発見することができる。
【００１２】
また、本発明の位置決め装置において、前記スキップ回数を、前記移動回数から所定のマージン回数を減じた回数とすれば、環境変化などにより駆動装置の駆動量が急に変化しても、検出出力が最大となる位置をスキップによって飛び越えずに発見することができる。
【００１３】
また、本発明の位置決め装置において、前記原点復帰は、前記移動部材を上方の移動端に移動させれば、重力による位置ずれを矯正できる。
【００１４】
また、本発明によれば、駆動装置によって可動範囲内を移動させられる移動部材を、前記移動部材の位置に応じて検出出力が変化する位置検出手段の前記検出出力が最大となるように前記移動部材を位置決めする位置決め方法は、前記移動部材を前記可動範囲の端部に原点復帰させ、前記移動部材を所定の移動量ずつピッチ送りする毎に前記検出出力を確認し、前記検出出力が所定の閾値以上であれば前記ピッチ送りを停止するスキャンを実行し、前記移動部材を前記スキャンにより停止した位置から所定の微少量だけ移動させて、前記検出出力を確認し、前記移動部材を前記検出出力が増加すると予想される方向に移動させる微調整を実行する方法とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、スキャンによって、検出出力のピーク位置の近傍まで移動部材をピッチ送りして迅速に移動させ、ピーク位置の近くから、ウォブリングや山登り制御などの微調整によって正確なピーク位置に移動部材を位置決めするので、短時間で正確な位置決めができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明の第１実施形態の位置決め装置１を示す。位置決め装置１は、レーザ光を発生するレーザダイオード２と、固定された投光レンズ３と、駆動装置４によってレーザ光に直交するＸ−Ｙの２方向に移動可能な移動レンズ（移動部材）５と、レーザ光が投光レンズ３および移動レンズ５を介して入射する第二高調波発生素子（Second Harmonic Generation）６と、第二高調波発生素子６の出力を射出する射出レンズ７と、第二高調波発生素子６の出力を分光するハーフミラー８と、分光した第二高調波発生素子６の出力レベルを電圧信号（検出出力）に変換するパワーモニタ（位置検出手段）９と、パワーモニタ９の検出出力に応じて、移動レンズ５をＹ−Ｙ方向に移動させる制御装置（制御手段）１０とを有している。
【００１７】
第二高調波発生素子６は、受光部の口径が１〜３μｍ程度である。移動レンズ５は、レーザ光を第二高調波発生素子６の受光部と同程度の径になるように集光するとともに、第二高調波発生素子６の受光部の中心にレーザ光の光軸を芯合わせする。
【００１８】
移動レンズ５によってレーザ光の光軸が第二高調波発生素子６の中心に一致している場合、レーザ光のエネルギーが全て第二高調波発生素子６に入力されるので、第二高調波発生素子６の出力が最大になり、パワーモニタ９の検出出力も最大になる。
【００１９】
図２に、移動レンズ５を移動させる駆動装置４の構成を示す。駆動装置４は、筐体１１に固定されたＸ軸アクチュエータ１２と、Ｘ軸アクチュエータ１２によってＸ軸方向に移動させられ、Ｙ軸方向に移動レンズ５を移動させるＹ軸アクチュエータ１３とからなっている。
【００２０】
Ｘ軸アクチュエータ１２は、筐体１１に一端が固定され、電圧が印加されるとＸ軸方向に伸縮するＸ軸圧電素子１４と、Ｘ軸圧電素子１４の伸縮によってＸ軸方向に往復移動するＸ軸駆動軸１５と、Ｘ軸駆動軸１５に摩擦係合するＸ軸摩擦係合部材１６と、Ｘ軸駆動軸１５の先端に設けられたＸ軸ストッパ１７とからなる。Ｙ軸アクチュエータ１３は、Ｘ軸摩擦係合部材１６に一端が固定され、電圧が印加されるとＹ軸方向に伸縮するＹ軸圧電素子１８と、Ｙ軸圧電素子１８の伸縮によってＹ軸方向に往復移動するＹ軸駆動軸１９と、Ｙ軸駆動軸１９に摩擦係合するＹ軸摩擦係合部材２０と、Ｙ軸駆動軸１９の先端に設けられたＹ軸ストッパ２１とからなり、Ｙ軸摩擦係合部材２０が移動レンズ５を保持している。Ｘ軸摩擦係合部材１６は、Ｘ軸圧電素子１４とＸ軸ストッパ１７との間を可動範囲として移動可能であり、Ｙ軸摩擦係合部材２０は、Ｙ軸圧電素子１８とＹ軸ストッパ２１との間を可動範囲として移動可能である。
【００２１】
図３に示すように、移動レンズ５の位置は、Ｘ−Ｙ座標上に表すことができ、駆動装置４により、図示する調芯位置に位置決めすることで、第二高調波発生素子６の出力およびパワーモニタ９の検出出力を最大（例えば３Ｖ）にできる。しかし、製造上のバラツキなどにより、個々の位置決め装置１において、正確な調芯位置は不明である。
【００２２】
図４に、本実施形態の制御装置１０による駆動装置４の制御の流れを示す。位置決め装置１が起動されたなら、制御装置１０は、先ず、ステップＳ１で、移動レンズ５を原点に復帰させる（図５参照）。原点復帰には、Ｘ軸アクチュエータ１２およびＹ軸アクチュエータ１３を、Ｘ軸摩擦係合部材１６およびＹ軸摩擦係合部材２０がそれぞれの可動範囲の端から端まで移動するよりも十分に多い逆動作のパルスを印加することで、Ｘ軸摩擦係合部材１６およびＹ軸摩擦係合部材２０を可動範囲の移動端に機械的に突き当たらせることで行う。
【００２３】
仮に、Ｘ軸アクチュエータ１２において、Ｘ軸ストッパ１７に当接しているＸ軸摩擦係合部材１６をＸ軸圧電素子１４に当接させるまでに要する、設計上の駆動パルスの数が１０００回であるなら、ステップＳ１で原点復帰のためにＸ軸アクチュエータ１２に入力されるがパルス数を設計上のパルス数よりも多い、例えば１２００回に設定しておくことで、Ｘ軸アクチュエータ１２を確実に原点復帰させることができる。
【００２４】
また、Ｙ軸アクチュエータ１３の原点は、Ｙ軸摩擦係合部材２０が上方のＹ軸ストッパ２１に当接する位置に設定される。これは、不使用時に、Ｙ軸摩擦係合部材２０が移動している場合、重力によって下方に落下していることが多いので、原点復帰において、上方に移動させることで、Ｙ軸摩擦係合部材２０の固着解消などの作用が期待できるからである。
【００２５】
続いて、制御装置１０は、ステップＳ２で、Ｘ軸アクチュエータ１２を駆動して、記憶しているスキップ量だけ移動レンズ５をＸ軸方向にさせるが、スキップ量の初期値はゼロであるので、最初に、ステップＳ２の処理がないものとして説明する。
【００２６】
ステップＳ３において、制御装置１０は、パワーモニタ９の検出出力を確認する。検出出力が所定の閾値（例えば１Ｖ）未満であれば、ステップＳ４に進んで、図５に示すように、移動レンズ５をＸ−Ｙ方向に所定ピッチで走査移動させるスキャンを行う。本実施形態では、Ｙ軸を主走査方向として、Ｘ軸を副走査方向としている。つまり、移動レンズ５は、原点からＹ軸方向に所定ピッチずつ移動して、可動範囲の反対側に到達したなら、Ｘ軸方向に１ピッチだけピッチ送りされ、今度はＹ軸方向に１ピッチずつ逆送りされる。再びＹ軸方向に移動端に達したなら、さらに、Ｘ軸方向に１ピッチ移動させられ、Ｙ軸方向に再度向きを変えてピッチ送りされる。制御装置１０は、駆動装置４によって移動レンズ５をＸ軸方向またはＹ軸方向に１ピッチ移動させる毎にステップＳ３で検出出力の値を確認するようになっている。
【００２７】
ステップＳ３で、検出出力が閾値以上になったなら、スキャンを終了して、ステップＳ５に進んで、移動レンズ５をＸ軸方向にピッチ送りした回数（図５では７回）を制御装置１０のメモリに記憶する。
【００２８】
図３に示すように、移動レンズ５が調芯位置から一定の距離の範囲内に達すると、検出出力が閾値以上になる。ただし、レーザ光が歪んでいる場合、スキャンを停止する範囲は楕円状に歪んだものになる。
【００２９】
ここで、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の各ピッチ送りは、検出出力が閾値以上になる移動レンズ５の位置の幅、図３のスキャン停止範囲のＸ軸方向およびＹ軸方向の直径（例えば４０パルス相当）の１／２（例えば２０パルス）以下にすることで、移動レンズ５が１回のピッチ送りによってスキャン停止範囲を飛び越えてしまい、調芯位置を発見できなくなることを防止できる。
【００３０】
続いて、制御装置１０は、図３のステップＳ６において、Ｘ軸およびＹ軸のウォブリングを順番に繰り返し、移動レンズ５を調芯位置に近づける動作を継続して行う。
【００３１】
図６に、ウォブリングの概略を示す。ウォブリングは、Ｘ軸およびＹ軸について、順番に１つずつ行われるが、ここでは、Ｘ軸について説明する。最初に移動レンズ５がＰ０に位置しており、このときの検出出力がＶ０であったとする。先ず、Ｘ軸アクチュエータ１２に、所定の微少量だけＸ軸摩擦係合部材１６を順送りするパルス（例えば２パルス）を入力する。こうして移動した後の移動レンズ５の位置をＰ１、検出出力をＶ１とする。さらに、Ｘ軸アクチュエータ１２に、所定の微少量の２倍、Ｘ軸摩擦係合部材１６を逆送りするパルス（例えば４パルス）を入力し、このときの移動レンズ５の位置をＰ２、検出出力をＶ２とする。さらに、Ｘ軸アクチュエータ１２に、所定の微少量だけＸ軸摩擦係合部材１６を順送りするパルス（例えば２パルス）を入力すると、移動レンズ５は、最初の位置Ｐ０に戻る。
【００３２】
このように移動レンズ５を前後に微小量移動させ、Ｖ１とＶ２とを（実際的には一定時間の積分値を）測定し、その差分を算出する。図示するように、Ｖ１＞Ｖ２であれば、差分は正の値となり、Ｖ１＜Ｖ２であれば、差分は負の値となる。Ｖ１＞Ｖ２である場合、検出出力が最大となる位置は、Ｐ０よりもさらに順送りした位置にあり、Ｖ１＜Ｖ２である場合、検出出力が最大となる位置は、Ｐ０から逆送りした位置にあることが分かる。Ｐ０が検出出力が最大になる位置であれば、Ｖ１とＶ２の差はなくなる。そこで、制御装置１０は、Ｘ軸アクチュエータ１２に、検出出力の差分（Ｖ１−Ｖ２）に係数（パワーモニタ９のゲインとＸ軸アクチュエータ１２のゲインとの比）をかけた数のパルスを入力することで、移動レンズ５を、検出出力が最大になる調芯位置に近い位置Ｐ３に移動させられる。
【００３３】
同様に、Ｙ軸方向についても、Ｙ軸アクチュエータ１３を順方向および逆方向に微小送りして、Ｙ軸アクチュエータ１３に検出出力の差分に比例した駆動パルスを入力する。
【００３４】
検出出力が最大になる調芯位置の近傍では、調芯位置からの距離と、検出出力の差分（Ｖ１−Ｖ２）との間に比例関係が見られるが、移動レンズ５が調芯位置から遠くなると、検出出力の差分が小さくなり、１度のウォブリングでは調芯位置に移動レンズ５を移動させることができないので、ステップＳ６では、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のウォブリングを繰り返して行う必要がある。また、ウォブリングを繰り返して行うことで、移動レンズ５を調芯位置に向かって移動させ続け、検出出力を最大に維持することを保証する。
【００３５】
このようにして、位置決め装置１では、移動レンズ５を調芯位置に位置決めするが、電源をオフにしたときなどは、Ｘ軸摩擦係合部材１６やＹ軸摩擦係合部材２０が位置ずれする可能性がある。そこで、位置決め装置１を再起動したときには、再度、図４の制御を行って、つまり、一旦、移動レンズ５を原点に復帰させてから、スキャンおよびウォブリングによって移動レンズ５を調芯位置に位置決めする。
【００３６】
このとき、制御装置１０は、前回移動レンズ５を調芯位置に位置決めするために行ったピッチ送りの回数を記憶している。よって、ステップＳ２において、記憶しているスキップ回数と等しいスキップ回数だけ移動レンズ５をＸ方向にピッチ送りしてから、ステップＳ３およびＳ４のスキャンを行うことで、図７に示すように、Ｙ軸方向のピッチ送りの回数を大幅に削減することができる。
【００３７】
ステップＳ２において、スキップ回数だけ移動レンズ５をピッチ送りした場合にも、温度変化などにより、Ｘ軸アクチュエータのパルス当たりの駆動量が減少した場合には、スキャン時に、さらに、移動レンズ５をＸ軸方向にピッチ送りする必要が生じることがある。そのような場合には、スキップ回数を含めた移動レンズ５のＸ軸方向のピッチ送りの回数を、改めて制御装置１０に記憶する。つまり、ピッチ送り回数は、スキャンの度に更新される。
【００３８】
また、ステップＳ２においてＸ軸方向にピッチ送りするスキップ回数を、記憶している移動レンズ５をＸ方向にピッチ送りした回数から所定のマージン回数を差し引いた回数とすれば、図８に示すように、ステップＳ３およびＳ４のスキャンにおいて、移動レンズ５がマージン回数（図では２回）だけＹ方向に往復してから、検出出力が閾値以上になり、ウォブリングを開始するようになる。
【００３９】
これにより、位置決め装置１を起動したときの温度の違いなどにより、駆動装置４の駆動量が増加していても、ステップＳ２でスキップ回数だけピッチ送りしたときに、検出出力が閾値以上になる範囲を行き過ぎてしまうことがない。
【００４０】
本発明では、図８に示す第２実施形態のように、投光レンズ３を第１の移動部材としてＹ軸方向に駆動可能とし、移動レンズ５を第２の移動部材としてＸ軸方向にのみ移動可能としてもよい。このように、移動部材が複数に分散されていても、その制御方法やその効果に違いはない。
【００４１】
さらに、本発明は、１軸にのみ移動可能な位置決め装置や、３軸以上に位置決めできる位置決め装置にも適用可能である。
【００４２】
また、レーザ光の調芯だけでなく、例えばホール素子の出力に基づいてアクチュエータを原点復帰させる場合などにも適用可能である。この場合、ウォブリングにおいて、微小送りしたときの検出出力の差が所定の閾値以下になったときに原点に復帰したものとして、ウォブリングを終了してもよい。
【００４３】
また、本発明では、ウォブリングに代えて、例えば、山登り制御のような、検出出力を最大にするように移動部材駆動する公知の制御を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１実施形態の位置決め装置の概略図。
【図２】図１の位置決め装置の駆動装置の概略図。
【図３】図１の位置決め装置の移動レンズの可動範囲と検出出力の関係を示す図。
【図４】図１の位置決め装置の制御の流れ図。
【図５】図１の位置決め装置の最初の位置決めにおける移動レンズの軌跡を例示する図。
【図６】ウォブリングの原理を示す図。
【図７】図１の位置決め装置の２度目以降の位置決めにおける移動レンズの軌跡を例示する図。
【図８】図１の位置決め装置の２度目以降の位置決めにおいて、マージン回数を設定した場合の移動レンズの軌跡を例示する図。
【図９】本発明の第２実施形態の位置決め装置の概略図。
【符号の説明】
【００４５】
１  位置決め装置
２  レーザダイオード
４  駆動装置
５  移動レンズ（移動部材）
６  第二高調波発生素子
９  パワーモニタ（位置検出手段）
１０  制御装置（制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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