(57)【要約】【課題】短時間で検出出力が最大となるように正確に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、検出出力が小さいときは、移動部材を所定の微少量だけ前進させてから、微少量の２倍だけ後退させ、再度、所定の微少量だけ前進させ、最初に所定の微小量だけ前進させたときと後退させたときとの検出出力の差に比例して移動部材を移動させるウォブリング制御を行い、検出出力が大きいときは、移動部材を所定の調整量だけ一方向に移動させ、検出出力が増大した場合は、移動部材を同じ方向に所定の調整量だけ再度移動させる山登り制御を行う。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動装置によって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、
前記検出出力に応じて前記駆動装置を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記検出出力が小さいときは、前記移動部材を所定の微少量だけ前進させてから、前記微少量の２倍だけ後退させ、再度、前記所定の微少量だけ前進させ、最初に前記所定の微小量だけ前進させたときと後退させたときとの前記検出出力の差に比例して前記移動部材を移動させるウォブリング制御を行い、
前記検出出力が大きいときは、前記移動部材を所定の調整量だけ一方向に移動させ、前記検出出力が増大した場合は、前記移動部材を同じ方向に前記調整量だけ再度移動させる山登り制御を行うことを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記ウォブリングにおいて、前記移動部材を最初に所定の微少量移動させる前の前記検出出力をＡＤ１、前記移動部材を最初に所定の微少量だけ前進させたときの前記検出出力をＡＤ２、前記移動部材を所定の微少量の２倍だけ後退させたときの前記検出出力をＡＤ３、および、前記移動部材を、再度、前記所定の微少量だけ前進させたときの前記検出出力をＡＤ４として、ＡＤ１＜ＡＤ２、ＡＤ２＞ＡＤ３且つＡＤ３＜ＡＤ４、および、ＡＤ１＞ＡＤ２、ＡＤ２＜ＡＤ３且つＡＤ３＞ＡＤ４の２つの判定条件のいずれかを満たす場合には前記検出出力が小さいと判断し、前記判定条件のいずれも満たさない場合には前記検出出力が大きいと判断す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、前記ウォブリングにおいて、前記移動部材を最初に所定の微少量移動させる前の前記検出出力を記憶し、前記移動部材を前進および後退させてから再度前進させたときの前記検出出力が、前記移動部材を最初に所定の微少量移動させる前の前記検出出力より所定の限界値以上小さいときは前記検出出力が大きくなる方向に、前記移動部材を最初に所定の微少量移動させる前の前記検出出力より前記限界値以上大きいときは前記検出出力が小さくなる方向に、前記検出出力と記移動部材を最初に所定の微少量移動させる前の前記検出出力との差が前記限界値未満になるまで、前記移動部材を所定の補正量だけ移動させる補正を繰り返す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】
駆動装置によって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、
前記検出出力が小さいときは、前記移動部材を所定の微少量だけ前進させてから、前記微少量の２倍だけ後退させ、再度、前記所定の微少量だけ前進させ、最初に前記所定の微小量だけ前進させたときと後退させたときとの前記検出出力の差に比例して前記移動部材を移動させるウォブリング制御を行い、
前記検出出力が大きいときは、前記移動部材を所定の調整量だけ一方向に移動させ、前記検出出力が増大した場合は、前記移動部材を同じ方向に前記調整量だけ再度移動させる山登り制御を行う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（移動部材）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。特許文献１では、光学部材を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、レーザ光の芯ずれ量を検出し、光学部材をレーザ光の受光強度を最大にする位置に移動させるウォブリング（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。
【０００３】
移動部材を摩擦駆動方式のアクチュエータで駆動する場合、駆動方向によって移動部材の移動量に差が生じる場合がある。その場合、移動部材を前進させてから後退させ、再度最初の位置に戻すように駆動電圧を印加しても、実際の移動部材は最初の位置から僅かにずれた位置に移動している。この僅かな位置ずれは、ウォブリングの誤差となり、正確な調芯が達成されるまでに数多くのウォブリングを繰り返す必要を生じさせたり、ウォブリングのゲインによっては解消できないオフセットを生じさせたりする問題があった。
【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、連続して、受光強度が減少に転ずるまで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位置決めに要する時間が長いという問題がある。
【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】
【０００５】
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正確に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】
【０００６】
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、前記検出出力に応じて前記駆動装置を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記検出出力が小さいときは、前記移動部材を所定の微少量だけ前進させてから、前記微少量の２倍だけ後退させ、再度、前記所定の微少量だけ前進させ、最初に前記所定の微小量だけ前進させたときと後退させたときとの前記検出出力の差に比例して前記移動部材を移動させるウォブリング制御を行い、前記検出出力が大きいときは、前記移動部材を所定の調整量だけ一方向に移動させ、前記検出出力が増大した場合は、前記移動部材を同じ方向に前記調整量だけ再度移動させる山登り制御を行うものとする。
【０００７】
この構成によれば、ウォブリング制御によって、検出出力が最大となるピーク位置の近傍まで移動部材を迅速に移動させることができ、ピーク位置近傍で山登り制御に切り換えることで、オフセットを生じさせずに移動部材を正確にピーク位置に位置決めすることができる。
【０００８】
また、本発明の位置決め装置において、前記制御手段は、前記ウォブリングにおいて、前記移動部材を最初に所定の微少量移動させる前の前記検出出力をＡＤ１、前記移動部材を最初に所定の微少量だけ前進させたときの前記検出出力をＡＤ２、前記移動部材を所定の微少量の２倍だけ後退させたときの前記検出出力をＡＤ３、および、前記移動部材を、再度、前記所定の微少量だけ前進させたときの前記検出出力をＡＤ４として、ＡＤ１＜ＡＤ２、ＡＤ２＞ＡＤ３且つＡＤ３＜ＡＤ４、および、ＡＤ１＞ＡＤ２、ＡＤ２＜ＡＤ３且つＡＤ３＞ＡＤ４の２つの判定条件のいずれかを満たす場合には前記検出出力が小さいと判断し、前記判定条件のいずれも満たさない場合には前記検出出力が大きいと判断してもよい。
【０００９】
この構成によれば、ウォブリング制御における移動部材の前進／後退に伴う検出出力の変化が変位方向に単調増加または単調減少していないときに前記判定条件を満たさないので、移動部材が検出出力のピークの前後に亘って移動していると認めることができる。このように検出出力がピーク付近であることを確認することで、検出出力の変化率が小さい場合にも、検出出力が最大値に近いか否かを判別することができる。
【００１０】
また、本発明の位置決め装置において、前記制御手段は、前記ウォブリングにおいて、前記移動部材を最初に所定の微少量移動させる前の前記検出出力を記憶し、前記移動部材を前進および後退させてから再度前進させたときの前記検出出力が、前記移動部材を最初に所定の微少量移動させる前の前記検出出力より所定の限界値以上小さいときは前記検出出力が大きくなる方向に、前記移動部材を最初に所定の微少量移動させる前の前記検出出力より前記限界値以上大きいときは前記検出出力が小さくなる方向に、前記検出出力と記移動部材を最初に所定の微少量移動させる前の前記検出出力との差が前記限界値未満になるまで、前記移動部材を所定の補正量だけ移動させる補正を繰り返してもよい。
【００１１】
この構成によれば、ウォブリング制御の前進後退による位置ずれを補正して、ウォブリング制御による移動部材の移動の基点のずれを小さくし、位置決め精度の誤差を小さくできる。
【００１２】
また、本発明によれば、駆動装置によって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、前記検出出力が小さいときは、前記移動部材を所定の微少量だけ前進させてから、前記微少量の２倍だけ後退させ、再度、前記所定の微少量だけ前進させ、最初に前記所定の微小量だけ前進したときと後退したときとの前記検出出力の差に比例して前記移動部材を移動させるウォブリング制御を行い、前記検出出力が大きいときは、前記移動部材を所定の調整量だけ一方向に移動させ、前記検出出力が増大した場合は、前記移動部材を同じ方向に前記調整量だけ再度移動させる山登り制御を行う方法とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ウォブリングによって、検出出力のピーク位置の近傍まで移動部材を迅速に移動させ、ピーク位置の近くから、位置決め部材を山登り制御によって正確なピーク位置に位置決めするので、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】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
図３に、位置決め装置１の制御装置１０による駆動装置４の制御の流れを示す。先ず、制御装置１０は、ステップＳ１において、ウォブリング（woblling）制御を行う。
【００２０】
図４にウォブリング制御の例を示す。ウォブリング制御は、Ｘ軸およびＹ軸について、それぞれ繰り返されるが、図では、Ｘ軸のウォブリング制御について示す。移動レンズ５の初期位置がＰ１である場合、このときの検出出力の値をＡＤ１とする。制御装置１０は、移動レンズ５が初期位置Ｐ１にある時の検出出力ＡＤ１を記憶する。
【００２１】
ウォブリング制御では、制御装置１０は、先ず、Ｘ軸アクチュエータ１２に、移動レンズ５を前進方向に所定の微少量だけ移動させる駆動電圧（例えばデューティ比０．７のパルスを２パルス）を印加する。これにより移動した移動レンズ５の位置をＰ２、そこでの検出出力をＡＤ２として記憶する。そして、制御装置１０は、Ｘ軸アクチュエータ１２に、移動レンズ５を後退方向に所定の微少量の２倍だけ移動させる駆動電圧（例えばデューティ比０．３のパルスを４パルス）を印加し、移動した移動レンズ５の位置をＰ３、検出出力をＡＤ３として記憶する。さらに、制御装置１０は、Ｘ軸アクチュエータ１２に、再度、移動レンズ５を前進方向に所定の微少量だけ移動させる駆動電圧（例えばデューティ比０．７のパルスを２パルス）を印加し、移動した移動レンズ５の位置をＰ４、検出出力をＡＤ４として記憶する。
【００２２】
ウォブリング制御では、制御装置１０は、移動レンズ５が位置Ｐ２にあるときの検出出力ＡＤ２と位置Ｐ３にあるときの検出出力ＡＤ３との差分（ＡＤ２−ＡＤ３）に基づいて移動レンズ５の駆動量を算出するが、本実施形態では、これに先立ち、移動レンズ５の位置を補正する。
【００２３】
理論的には、Ｐ１とＰ４は一致するが、実際には、Ｘ軸アクチュエータ１２の前進方向の１パルス当たりの駆動量と後退方向の１パルス当たりの駆動量とが一致せず、Ｐ１とＰ４とが位置ずれし、検出出力ＡＤ１とＡＤ４とに差が生じる。本実施形態では、この検出出力ＡＤ１とＡＤ４との差が所定の限界値以上である場合には、この差を減少させる方向に、つまり、ＡＤ１が大きければ検出出力が大きくなる方向に、ＡＤ１が小さければ検出出力が小さくなる方向に移動レンズ５を駆動する最小駆動量（デューティ比０．３または０．７の１パルス）の駆動電圧を印加する。さらに移動した後の検出出力を確認し、ＡＤ１との差が前記限界値以上であれば、最小駆動量の駆動電圧の印加を繰り返す。
【００２４】
このようにして、移動レンズ５の位置を補正した後、検出出力ＡＤ２およびＡＤ３の差分（ＡＤ２−ＡＤ３）に所定の係数をかけた量だけ移動レンズを移動させる駆動電圧をＸ軸アクチュエータ１２に印加する。このとき、差分（ＡＤ２−ＡＤ３）が正の値であれば移動レンズ５を前進させる駆動電圧（デューティ比０．７のパルス）を、差分（ＡＤ２−ＡＤ３）が負の値であれば移動レンズ５を後退させる駆動電圧（デューティ比０．３のパルス）を印加する。
【００２５】
図５に、移動レンズ５の位置と、検出出力および検出出力ＡＤ２とＡＤ３との差分の関係を示す。Ｘ軸アクチュエータ１２の駆動量が前進方向と後退方向とで異なると、Ｐ１とＰ２との距離と、Ｐ３とＰ１との距離とが不一致になる。これにより、図示するように、検出出力の差分がゼロになるＰ１の位置は、Ｐ１における検出出力が最大となる位置からオフセットした位置になる。
【００２６】
そこで、本実施形態では、図３のステップＳ２において、検出出力が大きく、ピークの近傍に達していると判断される場合に、ステップＳ３に進んで、山登り制御によって、オフセットのないピーク位置に移動レンズ５を位置決めする。
【００２７】
ステップＳ２では、ＡＤ１＜ＡＤ２、ＡＤ２＞ＡＤ３且つＡＤ３＜ＡＤ４であれば、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４が検出出力が単調増加している範囲にあると判断し、ＡＤ２＜ＡＤ３且つＡＤ３＞ＡＤ４であれば、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４が検出出力が単調減少している範囲にあると判断する。もしも、この２つの判定条件のいずれも満たさない場合は、Ｐ２からＰ３の間に検出出力が最大となるピークが存在していると判断する。
【００２８】
ステップＳ２で、判定条件を満たさなくなったなら、制御装置１０は、ステップＳ３において、移動レンズ５を山登り制御によって検出出力が最大となる位置に位置決めする。
【００２９】
図６に、山登り制御の例を示す。山登り制御では、制御装置１０は、Ｘ軸アクチュエータ１２に、移動レンズ５を最小駆動量だけ移動させる駆動電圧（１パルス）を印加する。移動レンズ５を移動させる方向は、直前のウォブリングの検出出力の差分（ＡＤ２−ＡＤ３）が正であれば前進方向、検出出力の差分（ＡＤ２−ＡＤ３）が負であれば後退方向である。
【００３０】
移動レンズ５を最小駆動量だけ移動させた結果、検出出力が増加したならば同じ駆動電圧を印加し、検出出力が減少したならば逆方向の駆動電圧を印加する。これにより、図示するように、移動レンズ５は、検出出力が最大となるピーク位置に近付き、ピーク位置を通り過ぎたなら、向きを変えて再度ピーク位置に向かって移動する。
【００３１】
本実施形態では、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ことを保証するために、位置決め装置が動作している間中、この山登り制御を繰り返し行う。また、Ｙ軸方向についても同様の制御がなされる。
【００３２】
本発明は、図７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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、山登り制御において、検出出力が減少したときにピーク位置に到達し、アクチュエータが原点に復帰したものとして、山登り制御を終了してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【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の位置決め装置の制御の流れ図。
【図４】図１の位置決め装置におけるウォブリング制御による移動レンズの駆動例を示す図。
【図５】図１の位置決め装置における検出出力のプロファイルとウォブリング制御における差分との関係を示す図。
【図６】図１の位置決め装置における山登り制御による移動レンズの駆動例を示す図。
【図７】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】
【００３６】
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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