(57)【要約】【課題】位置ずれが大きく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を提供する。【解決手段】駆動装置４によって可動範囲内を移動させられる移動部材と、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９と、検出出力が最大となるように駆動装置を制御する制御装置１０とを有し、制御装置１０は、検出出力を増幅する第１のアンプ２２と、少なくとも検出出力が小さいときに第１のアンプ２２よりも増幅率が高くなる第２のアンプ２３とを備え、第２のアンプ２３の出力が所定の切替閾値以下であるときは、第２のアンプ２３の出力に応じて駆動装置４を制御し、第２のアンプ２３の出力が所定の切替閾値より大きいときは、第１のアンプ２２の出力に応じて駆動装置４を制御する。【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、前記検出出力が最大となるように前記駆動装置を制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、前記検出出力を増幅する第１のアンプと、少なくとも前記検出出力が小さいときに前記第１のアンプよりも増幅率が高くなる第２のアンプとを備え、
前記第２のアンプの出力が所定の切替閾値以下であるときは、前記第２のアンプの出力に応じて前記駆動装置を制御し、
前記第２のアンプの出力が所定の切替閾値より大きいときは、前記第１のアンプの出力に応じて前記駆動装置を制御する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、前記第２のアンプの出力が所定の微調整開始閾値以下であるときは、前記移動部材を原点復帰してから、前記第２のアンプの出力が所定の微調整開始閾値より大きくなるまで、前記移動部材を所定のピッチで前記可動範囲内を端から順に移動させる走査制御を行い、
前記第２のアンプの出力が所定の微調整開始閾値より大きく前記切替閾値以下であるときは、前記第２のアンプの出力の変化に応じて前記移動部材の移動量を定める微調整制御を行う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】
前記第１のアンプは線形アンプであり、前記第２のアンプはログアンプであ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】
前記第２のアンプは、前記移動部材が前記所定位置の近傍にあるとき、出力がレンジオーバー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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は位置決め装置に関する。
【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。このようなレーザ装置の出力は、レーザ光の芯ずれに対してガウシアン分布となることが知られている。
【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。
【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。
【０００５】
このようなレーザ装置の調芯制御において、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の変化が、Ａ／Ｄ変換の分解能や誤差によるバラツキに比して小さくなり、光学部材の移動量を適切に算出することができないという問題があった。
【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、位置ずれが大きく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、前記検出出力が最大となるように前記駆動装置を制御する制御装置とを有し、前記制御装置は、前記検出出力を増幅する第１のアンプと、少なくとも前記検出出力が小さいときに前記第１のアンプよりも増幅率が高くなる第２のアンプとを備え、前記第２のアンプの出力が所定の切替閾値以下であるときは、前記第２のアンプの出力に応じて前記駆動装置を制御し、前記第２のアンプの出力が所定の切替閾値より大きいときは、前記第１のアンプの出力に応じて前記駆動装置を制御するものとする。
【０００８】
この構成によれば、移動部材の位置に対して検出出力がガウシアン分布のような出力特性を有する場合、検出出力が小さく変化率が小さいときにも、第２のアンプにより検出出力変化を拡大して移動部材の位置決めを行うことを可能にし、検出出力が大きいときは、第２のアンプの出力がレンジオーバーしたり、変化率が小さくなって位置決め制御不能になるので、第１のアンプに切り換えることで適切な制御をすることができる。
【０００９】
前記制御手段は、前記第２のアンプの出力が所定の微調整開始閾値以下であるときは、前記移動部材を原点復帰してから、前記第２のアンプの出力が所定の微調整開始閾値より大きくなるまで、前記移動部材を所定のピッチで前記可動範囲内を端から順に移動させる走査制御を行い、前記第２のアンプの出力が所定の微調整開始閾値より大きく前記切替閾値以下であるときは、前記第２のアンプの出力の変化に応じて前記移動部材の移動量を定める微調整制御を行ってもよい。
【００１０】
この構成によれば、移動部材の可動範囲が大きく、移動部材の位置ずれが大きいときに検出出力がゼロになる場合でも、最初に走査制御を行うことで検出出力が得られる位置まで移動部材を移動させ、先ず、検出出力が小さくても位置決めが可能な第２のアンプを用いて微調整を行い、続いて、第１のアンプを用いて微調整を行うことで、正確な位置決めが可能となる。また、第２のアンプにより、微調整可能な範囲が大きいので、走査制御において、移動部材の移動ピッチを大きくしても、検出出力のピーク位置を飛び越えない。
【００１１】
前記第１のアンプを線形アンプとし、前記第２のアンプをログアンプとすれば、検出出力の出力変化率の小さいときには、ログアンプによって大きな変化率を有する出力を得ることができ、ログアンプの変化率が小さくなるときには、線形アンプによって大きな変化率を有する出力を得ることができる。
【００１２】
前記第２のアンプを、前記移動部材が前記所定位置の近傍にあるとき、出力がレンジオーバーするアンプにすれば、第１および第２のアンプを通常の線形アンプを用いて構成することができる。さらに、１つのアンプのゲインを切り換えるようにすれば、１つのアンプを第１のアンプおよび第２アンプとして兼用することもできる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、検出出力の変化率が小さく第１のアンプでは正確な位置決めができない範囲において、前記第１のアンプよりも増幅率が高くなる第２のアンプを用いて位置決めをするので、位置決め可能な範囲が大きい。
【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、制御装置１０の構成を示す。制御装置１０は、パワーモニタ９の検出出力が入力される線形アンプ（第１のアンプ）２２とログアンプ（第２のアンプ）２３とを有している。線形アンプ２２は、検出出力を所定の増幅率で増幅するリニアアンプであり、ログアンプ２３は、検出出力を対数変換して出力するアンプである。
【００２０】
また、制御装置１０は、ログアンプ２３の出力がそれぞれ入力される走査制御部２４、閾値判別部２５およびスイッチ２６を有し、スイッチ２６を閉じるとログアンプ２３の出力が入力される微調整制御部２７を有している。また、微調整制御部２７には、スイッチ２６と逆動作するスイッチ２８を介して線形アンプ２２の出力が入力されるようになっている。走査制御部２４の出力はスイッチ２９を閉じたときにレンズ駆動装置４に入力され、微調整制御部２７の出力は、スイッチ２９と逆動作するスイッチ３０を閉じたときにレンズ駆動装置４に入力される。
【００２１】
図４に、本発明の制御装置１０における駆動装置４の制御の流れを示す。先ず、位置決め装置１による移動レンズ５の調芯を開始すると、ステップＳ１において、閾値判別部２５は、ログアンプ２３の出力が所定の微調整開始閾値Ｔｄより大きいかどうか確認する。ログアンプ２３の出力が微調整開始閾値Ｔｄ以下であれば、ステップＳ２に進んで、走査制御部２４によりログアンプ２３の出力を監視しながら移動レンズ５をＸ−Ｙ方向にピッチ送りする走査制御を行う。
【００２２】
ステップＳ２に進むということは、閾値判別部２５の動作として、スイッチ２９を閉じ（スイッチ３０を開き）、走査制御部２４の出力を駆動装置４に入力するということである。
【００２３】
ステップＳ３でログアンプ３の出力が微調整開始閾値Ｔｄより大きくなったことが確認されればステップＳ４に進むが、ステップＳ３でログアンプ３の出力が微調整開始閾値Ｔｄ以下であれば、ステップＳ２で移動レンズ５をピッチ送りする走査制御を繰り返す。
【００２４】
走査制御部２４による走査制御は、図５に示すように、先ず、移動レンズ５を可動範囲の端部の原点に復帰させてから、所定の経路で所定ピッチずつ移動させる。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。閾値判別部２５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でログアンプ２３の出力を確認するようになっている。
【００２５】
図６に、移動レンズ５の位置と、線形アンプ２２およびログアンプ２３の出力との関係を示す。ログアンプ２３の出力は、入力電圧が所定値以下の場合、ゼロ（Ｖ）になるように設計されている。ログアンプ２３の有効レンジは、線形アンプ２２の出力がゼロではないと認識可能な範囲をカバーするように設定されている。
【００２６】
微調整開始閾値Ｔｄは、走査制御部２４および微調整制御部２７で演算するためのＡ／Ｄ変換の分解能や検出出力やパワーモニタ９の出力の誤差などを考慮して、移動レンズ５を微少量だけ移動したときにログアンプ２３の出力変化が安定して検出でき、移動レンズ５の現在位置におけるログアンプ２３の出力の変化率を正確に確認できるような値に定められる。
【００２７】
図４において、ステップＳ１またはステップＳ３でログアンプ２３の出力が微調整開始閾値Ｔｄ以上であれば、移動レンズ５は、図６におけるログアンプ出力によって微調整（ウォブリング）が可能な範囲内に位置しているので（Ｐ１）、ステップＳ４に進んで、閾値判別部２５は、ログアンプ２３の出力が、所定のアンプ切替閾値Ｔｐより大きいか否かを確認する。ログアンプ２３の出力がアンプ切替閾値Ｔｐ以下であれば、ステップＳ５に進んで、走査制御部２４によりログアンプ２３の出力変化を基に移動レンズ５の移動量を定めるウォブリングを行う微調整制御を行う。
【００２８】
ステップＳ５に進むということは、閾値判別部２５の動作として、スイッチ２９を開いてスイッチ３０を閉じ、微調整制御部２７の出力を駆動装置４に入力するということである。
【００２９】
ステップＳ６でログアンプ２３の出力がアンプ切替閾値Ｔｐより大きくなったことが確認されればステップＳ７に進むが、ステップＳ６でログアンプ３の出力がアンプ切替閾値Ｔｐ以下であれば、ステップＳ５でログアンプ２３の出力に基づいて移動レンズ５をウォブリングする微調整制御を繰り返す。
【００３０】
ウォブリングは、移動レンズ５を所定の微少量だけ前後に移動させ、検出出力の変化を検出し、検出出力の変化に所定の係数を乗じた量だけ移動レンズ５を駆動する。移動レンズ５が調芯位置にあるとき、検出出力の変化率はゼロになるので、ウォブリングによって移動レンズ５を調芯位置に収斂させることができる。
【００３１】
ログアンプ２３の出力は移動レンズ５が調芯位置の近傍にあるとき、線形アンプ２２の出力に比してその変化率が小さくなる。そこで、本実施形態では、ステップＳ６でログアンプ２３の出力がアンプ切替閾値Ｔｐより大きくなると、ステップＳ７に進んで、線形アンプ２２の出力変化を基に同様の微調整（ウォブリング）制御を行う。
【００３２】
ステップＳ７に進むということは、閾値判別部２５の動作として、スイッチ２７を開いてスイッチ２８を閉じ、線形アンプ２２の出力を微調整制御部２７に入力するということである。
【００３３】
アンプ切替閾値Ｔｐは、ログアンプ２３の（図６のＰ２における）出力変化率より、線形アンプ２２の（図６のＰ３における）出力変化率が大きくなり、且つ、微小駆動によって線形アンプ２２の（図６のＰ３における）出力変化率を正確に検出できるような移動レンズ５の位置におけるログアンプ２３の出力値に設定されている。
【００３４】
これにより、移動レンズ５が調芯位置の近傍に位置し、ウォブリングにおける微小移動によるログアンプ２３の出力変化がＡ／Ｄ変換の最小ビットに対応する電位差より小さくなる場合も、変化率の大きな線形アンプ２２の出力を用いて微調整することで、移動レンズ５を検出出力が最大となる調芯位置により近づけるように移動させられる。
【００３５】
位置決め装置１は、その動作を停止するまで、ステップＳ７において、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。
【００３６】
位置決め装置１は、最初に、ログアンプ２３の出力に基づいて走査制御および微調整制御を行うので、微調整可能な範囲が広く、走査制御において、移動レンズ５を微調整可能な範囲に到達させるまでの時間が短くなる。さらに、走査制御における１ピッチの送り量を大きくすると、１ピッチで調芯位置近傍の調芯可能な範囲を飛び越えてしまい、調芯位置を発見できなくなる畏れがあるが、ログアンプ２３の出力を用いるために微調整可能な範囲が大きいので、走査制御における１ピッチの送り量を大きくして、より短時間に微調整可能範囲を見つけ出すことができる。
【００３７】
本発明では、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。
【００３８】
また、本実施形態では、図８に示すように、第１実施形態のログアンプ２３に代えて、ゲインが線形アンプ２２の５倍のリニア特性を有する第２アンプ３１を有し、線形アンプ２２および第２アンプ３１は、図９に示すような出力特性を有する。
【００３９】
第２アンプ３１は、移動レンズ５が調芯位置の近傍にあるとき、レンジオーバー（アンプの出力範囲またはＡ／Ｄ変換のレンジを超過）して、ピークカットされた出力をする。しかし、第２アンプ３１の出力がアンプ切替閾値Ｔｐを超えると、線形アンプ２２の出力を用いて制御するので、レンジオーバーした第２アンプ３１の出力は制御上使用されず、問題を生じない。逆に言うと、第２アンプ２３の出力がレンジオーバーするということは、線形アンプ２２の出力が、走査制御部２４や微調整制御部２７の有効レンジを広く使用するように設定されていることを意味している。
【００４０】
本実施形態においても、ゲインの大きな第２アンプ３１を用いることで、微調整制御可能な範囲を、線形アンプ２２を用いる場合よりも大きく広げることが可能である。
【００４１】
また、閾値判別部２５により、ゲインを切替可能に構成した線形アンプを使用すれば、１つのアンプで線形アンプ２２および第２アンプ３１の２つのアンプの機能を果たすことができる。つまり、本発明における第１のアンプ２２と第２アンプ２３とは、物理的に異なるものでなくてもよい。
【００４２】
また、本発明において、移動レンズ５が調芯位置から遠くに位置するときに、第２アンプ２３よりもさらに増幅率が高くなる第３のアンプを設け、最初に第３のアンプの出力を基に走査制御および微調整制御を行うようにしてもよい。
【００４３】
また、以上の実施形態に限らず、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。
【００４４】
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。
【００４５】
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を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】
【００４６】
【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の制御装置の構成を示すブロック図。
【図４】図３の制御装置の制御の流れ図。
【図５】図１の位置決め装置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】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７】本発明の第２実施形態の位置決め装置の概略図。
【図８】図７の制御装置の構成を示すブロック図。
【図９】図７の位置決め装置の検出出力の出力特性を示す図。
【符号の説明】
【００４７】
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）
２２  線形アンプ（第１のアンプ）
２３  ログアンプ（第２のアンプ）
２４  走査制御部
２５  閾値判別部
２７  微調整制御部
３１  第２アンプ
【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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