(57)【要約】【課題】本発明は光パワーメータに関し、光量測定を速やかに行なうことができる光パワーメータを提供することを目的としている。【解決手段】光ファイバで入射された光を検出する光検出器１と、該光検出器１の出力を所定の電圧に変換する光／電圧変換手段２と、該光／電圧変換手段２の出力電圧信号をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器３と、モータのエンコーダパルスを検出するパルス検出手段４と、前記Ａ／Ｄ変換器３で変換されたディジタルデータと、前記パルス検出手段４で計測されたエンコーダパルスを蓄積するメモリ５と、前記光／電圧変換手段２とＡ／Ｄ変換器３とパルス検出手段４とメモリ５とを制御するコントローラ６と、外部機器と通信を行なう通信インターフェィス７と、を具備して構成する。【選択図】      図１
2004361109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバで入射されるレーザの光量を測定する光パワーメータであって、
光ファイバで入射された光を検出する光検出器と、
該光検出器の出力を所定の電圧に変換する光／電圧変換手段と、
該光／電圧変換手段の出力電圧信号をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器と、
モータのエンコーダパルスを検出するパルス検出手段と、
前記Ａ／Ｄ変換器で変換されたディジタルデータと、前記パルス検出手段で計測されたエンコーダパルスを蓄積するメモリと、
前記光／電圧変換手段とＡ／Ｄ変換器とパルス検出手段とメモリとを制御するコントローラと、
外部機器と通信を行なう通信インターフェィスと、
を具備し、該通信インターフェィスを通じて外部機器と通信し、前記メモリに蓄積したデータを外部機器に送信することを特徴とする光パワーメータ。
【請求項２】
前記光検出器は、ペルチェ素子を内蔵したフォトダイオードで構成することを特徴とする請求項１記載の光パワーメータ。
【請求項３】
前記光／電圧変換手段の増幅利得が段階的に設定でき、前記コントローラで増幅利得を選択することを特徴とする請求項１記載の光パワーメータ。
【請求項４】
前記Ａ／Ｄ変換器で変換された光測定値のディジタルデータを前記コントローラで読み取り、測定値の平均化を施したデータを前記メモリに格納することを特徴とする請求項１記載の光パワーメータ。
【請求項５】
前記メモリがＦＩＦＯで構成され、光量測定値とエンコーダパルスカウント値を順次蓄積し、測定された順序で蓄積されたデータを外部機器へ一括若しくは個々に伝送することを特徴とする請求項１記載の光パワーメータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光パワーメータに関し、更に詳しくは光デバイス（ＬＤモジュール）の自動組み立て工程等において用いられる光パワーメータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光デバイス（ＬＤモジュール）の自動組み立て設備では、ＬＤモジュールに光ファイバを接合する際、ＬＤ（レーザダイオード）光の出力低下が最小となるように、ＬＤモジュールと光ファイバの光軸を合致させて部品の組み付けを行なう。この光軸合わせの作業（調芯作業）は、光ファイバの位置を２次元平面内で移動させながらＬＤ光出力を測定し、得られた平面内の光量分布から光量がピークとなる位置を検出することで、部品の取り付け位置を決定するようになっている。
【０００３】
光量分布の測定は、ＸＹ移動ステージを走査しながら市販の測定器（光パワーメータ）でＬＤ光量の測定を行なう。測定は、ＸＹ移動ステージを所定の位置に移動させた後、光パワーメータで光量を測定し、光パワーメータからＰＣ（パソコン）へＧＰ−ＩＢ（インターフェィスの一種）通信で測定値を取得している。
【０００４】
この種の従来の技術としては、複数の測定モジュールからの測定値を高速通信手段で結んで、測定モジュールからの測定データをコンピュータで取り込んで処理する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
また、測定物からの放射光、反射光、透過光を測定し、その測定値をＡ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換してコンピュータに転送し、該コンピュータとインターフェィスを介して外部コンピュータと接続され、測定したデータを外部コンピュータに伝送する技術が知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−３１２６０１号公報（第３頁、図１）
【特許文献２】
特開２００１−５６２５１号公報（第６頁、第７頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来システムの光量測定システムでは、このピークサーチの測定は、光量測定の都度ステージの移動と停止を繰り返すため、測定動作に多大な時間を要する。また、測定値の取得を行なうＧＰ−ＩＢ通信プロトコルもさほど高速ではないため、測定時間に影響を与える要因となっている。組み立て時間の大半を占める調芯作業時間の短縮を図るためには、ピークサーチを行なうための光量分布測定時間を短縮することが課題であり、設備に特化した高速測定可能な光パワーメータの実現が要求されている。
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、光量測定を速やかに行なうことができる光パワーメータを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１記載の発明は、以下の通りである。図１は本発明の原理ブロック図である。図に示す装置は、光ファイバで入射されるレーザの光量を測定する光パワーメータである。図において、１は光ファイバで入射された光を検出する光検出器と、２は該光検出器１の出力を所定の電圧に変換する光／電圧変換手段、３は該光／電圧変換手段２の出力電圧信号をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器、４はモータのエンコーダパルスを検出するパルス検出手段、５は前記Ａ／Ｄ変換器３で変換されたディジタルデータと、前記パルス検出手段４で計測されたエンコーダパルスを蓄積するメモリ、６は前記光／電圧変換手段２とＡ／Ｄ変換器３とパルス検出手段４とメモリ５とを制御するコントローラ、７は外部機器と通信を行なう通信インターフェィスである。そして、通信インターフェィス７を通じて外部機器と通信し、前記メモリ５に蓄積したデータを外部機器に送信するようになっている。
【００１０】
先ずＡ／Ｄ変換器３でＬＤ表面の光量を所定周期でサンプリングしてディジタルデータを得て、このデータをメモリ５に順次格納する。一方、パルス検出手段４はＬＤモジュールの載置されたＸＹ移動ステージを２次元方向に移動する時に、エンコーダから出力される位置信号に対応した２次元の位置データを前記光量データと対にしてメモリ５に順次格納していく。
【００１１】
その後、コントローラ６はメモリ５に記憶されているデータを読み出して外部機器に転送する。該外部機器側では、最も光量の大きいＸ座標データとＹ座標データを認識し、ＸＹ移動ステージを当該Ｘ，Ｙの位置に戻してＬＤと光ファイバとの接合作業を行なう。
【００１２】
このように構成すれば、ＬＤモジュールを測定の都度停止させる必要がないので、最大光量を示すＸ，Ｙ座標位置を速やかに求めることができる。
（２）請求項２記載の発明は、前記光検出器は、ペルチェ素子を内蔵したフォトダイオードで構成されることを特徴とする。
【００１３】
このように構成すれば、ペルチェ素子を動作させることにより光検出器１自体を一定の温度に保つことができ、周囲温度の変化による測定値の変動を受けにくくすることができる。
（３）請求項３記載の発明は、前記光／電圧変換手段の増幅利得が段階的に設定でき、前記コントローラで増幅利得を選択することを特徴とする。
【００１４】
このように構成すれば、コントローラで前記光／電圧変換手段の増幅利得を選択することができるので、Ａ／Ｄ変換器３へ入力される電圧を最適な値に設定することができる。
（４）請求項４記載の発明は、前記Ａ／Ｄ変換器で変換された光測定値のディジタルデータを前記コントローラで読み取り、測定値の平均化を施したデータを前記メモリに格納することを特徴とする。
【００１５】
このように構成すれば、測定データを平均化するので、ノイズの影響を低減することができる。
（５）請求項５記載の発明は、前記メモリ５がＦＩＦＯで構成され、光量測定値とエンコーダパルスカウント値を順次蓄積し、測定された順序で蓄積されたデータを外部機器へ一括若しくは個々に伝送することを特徴とする。
【００１６】
このように構成すれば、メモリとしてＦＩＦＯで構成することで、アドレスの管理が不要となり、回路を簡略化することができる。
【００１７】
また、この発明において、前記メモリ５に光測定値と共にモータのエンコーダパルスカウント値を合わせて格納することを特徴とする。
【００１８】
このように構成すれば、光測定値とモータのエンコーダパルスカウント値を合わせて格納することで、光量が最大となるＸ，Ｙ位置データを速やかに見つけることができる。
【００１９】
また、前記外部機器とのデータ伝送にＵＳＢインターフェィスを用いることを特徴とする。
【００２０】
このように構成すれば、外部機器との接続を容易に行なうことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
【００２２】
図２は本発明の一実施の形態例を示すブロック図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、９は光ファイバと接続される光ファイバレセプタクル、１は該光ファイバレセプタクル９からのＬＤ（レーザ・ダイオード）光を受けて電流信号に変換する光検出器である。該光検出器１としては、例えばフォトダイオードやＣＣＤが用いられる。２ａは該光検出器１の出力電流信号を電圧信号に変換する電流−電圧変換器、２ｂは該電流−電圧変換器２ａの出力電圧を所定の電圧値まで増幅する電圧増幅器である。これら電流−電圧変換器２ａと電圧増幅器２ｂとで、図１の光／電圧変換手段２を構成している。
【００２３】
１１は電圧増幅器２ｂの出力をサンプルホールドするサンプルホールド回路である。該サンプルホールド回路１１は、図に示すように、スイッチＳＷと、コンデンサＣより構成されている。３は該サンプルホールド回路１１に保持された電圧をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器である。４ａはＸＹ移動ステージ（図示せず）を移動させるモータの出力するモータエンコーダパルス信号を検出するパルス検出器、４ｂは該パルス検出器４ａの出力をカウントするパルスカウンタである。これらパルス検出器４ａとパルスカウンタ４ｂとで図１のパルス検出手段４を構成している。
【００２４】
６は電流−電圧変換器２ａと、電圧増幅器２ｂと、サンプルホールド回路１１と、Ａ／Ｄ変換器３と、パルス検出器４ａと、パルスカウンタ４ｂを制御すると共に各種の演算制御を行なうコントローラとしてのマイクロコントローラである。該マイクロコントローラ６は、ハードウェア又はソフトウェアのプログラムで実現することができる。
【００２５】
５は測定データを格納する他、各種のデータを格納するメモリとしてのＦＩＦＯメモリである。ＦＩＦＯとは、Ｆｉｒｓｔ  Ｉｎ  Ｆｉｒｓｔ  Ｏｕｔの略であり、ＦＩＦＯメモリとは最初に格納されたデータから順次出力されるメモリのことである。７はマイクロコントローラ６と接続され、外部機器とのインターフェィスを行なう通信インターフェィスとしてのＵＳＢインターフェィスである。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００２６】
光デバイス調芯機（詳細後述）では、ステージ移動機構によりＸ，Ｙの２次元平面を所定のステップでスキャンしている。この結果、ＬＤの出射光は光ケーブルで受けられて光パワーメータに入射される。具体的には、図の光ファイバからの光が光ファイバレセプタクル９に入射される。光ファイバレセプタクル９からのＬＤ光光は続く光検出器１で電流信号に変換される。ここで、光検出器１はペルチェ素子を内蔵して光検出器１を温度が一定になるように制御しておくことが望ましい。このようにすれば、光検出器１自体を一定の温度に保つことができ、周囲温度の変化による測定値の変動を受けにくくすることができる。
【００２７】
光検出器１の電流信号は、続く電流−電圧変換器２ａに入り、電圧信号に変換される。該電流−電圧変換器２ａの電圧出力は、続く電圧増幅器２ｂに入り、所定の振幅まで増幅される。ここで、所定の振幅とは、続くＡ／Ｄ変換器３のフルスケール入力に近い振幅のことをいう。本発明によれば、マイクロコントローラ６がＡ／Ｄ変換器３の出力を受けて、Ａ／Ｄ変換器３の入力がフルスケールに近い値になるように、電圧増幅器２ｂの増幅利得を選択できるようになっている。このようにすれば、Ａ／Ｄ変換器３へ入力される電圧を最適な値に設定することができる。
【００２８】
電圧増幅器２ｂの出力は、サンプルホールド回路１１に入り、所定のサンプリング周期でサンプリングされる。このサンプリング周期の制御は、マイクロコントローラ６により行なわれる。光デバイス調芯機のＸＹ移動ステージは常時動いているので、電圧増幅器２ｂの出力も常時変化している。そこで、少なくともＡ／Ｄ変換器３でディジタルデータに変換している間だけは、入力電圧が一定となるように、サンプルホールド回路１１が設けられている。
【００２９】
サンプルホールド回路１１の出力は、続くＡ／Ｄ変換器３に入って、該Ａ／Ｄ変換器３でディジタルデータに変換される。マイクロコントローラ６は、Ａ／Ｄ変換器３の出力である光量測定値ＢをＦＩＦＯメモリ５に格納する。ここで、マイクロコントローラ６は、Ａ／Ｄ変換器３の出力データを読み取り、読み取ったデータの平均化処理を行ない、平均化処理したデータをＦＩＦＯメモリ５に格納するようにすることができる。このようにすれば、測定データを平均化するので、ノイズの影響を低減することができる。
【００３０】
一方、光デバイス調芯機のＸＹ移動ステージは、常時動いており、該ＸＹ移動ステージに取り付けられたモータエンコーダパルス信号をパルス検出器４ａで受けている。
【００３１】
パルスカウンタ４ｂは、パルス検出器４ａの出力であるパルスをカウントする。このモータエンコーダパルス信号は、ＸＹ移動ステージのＸ方向及びＹ方向の位置情報を含んでいる。そこで、パルスカウンタ４ｂから出力されるパルスカウント値は、ＬＤユニットのＸ，Ｙ方向の位置に対応した値となる。そこで、マイクロコントローラ６は前記Ａ／Ｄ変換器３の出力と合わせて、パルスカウンタ４ｂのパルスカウント値Ａを合わせてＦＩＦＯメモリ５に格納する。このように、光測定値Ｂとモータのエンコーダパルスカウント値ＡとをＦＩＦＯメモリ５に合わせて（対にして）格納することで、光量が最大値となるＸ，Ｙ位置データを速やかに見つけることができる。
【００３２】
図３は測定データの構造例を示す図である。図に示すように、（測定データ１，カウンタ値１）、（測定データ２，カウンタ値２）…という具合に測定データとカウンタ値の対（ペア）が順次ＦＩＦＯメモリ５に格納されていく。測定値は、格納した順序で読み出され、外部機器へ一括或いは個々に指示されたデータ数を伝送する。測定データには、モータの位置情報（エンコーダカウンタ値）が付随され、測定場所の光量を知ることができる。このようにすれば、メモリとしてＦＩＦＯ構成をとっているので、アドレスの管理が不要となり、回路を簡略化することができる。
【００３３】
ＦＩＦＯメモリ５に格納された測定データは、マイクロコントローラ６で読み出され、ＵＳＢインターフェィス７を介して外部機器（例えば装置制御ユニット）に転送される。ここで、インタフェースにＵＳＢを用いると、外部機器との接続を容易に行なうことができる。
【００３４】
図４は光デバイス調芯機の構成例を示す図である。図において、１０は光パワーメータであり、本願発明に係る部分である。図において、２１は部品１である。該部品１としては、例えば受光用光ファイバが用いられる。２２は部品１と接続される部品２である。該部品２としては、例えば発振用レーザダイオード（ＬＤ）が用いられる。
【００３５】
２３は複数設けられた、部品１と部品２の接合部３４を溶接するためのレーザ出射ユニットである。２４は部品１を保持する上部部品ホルダ、２５は該上部部品ホルダ２４と当接し、Ｚ軸方向への面合わせ与圧を与える面合わせ与圧軸である。２６は部品２が載置される下部部品ホルダ、２７は該下部部品ホルダ２６と接合される力覚センサである。
【００３６】
２８は力覚センサ２７と接合されるゴニオステージである。ここで、ゴニオステージとは、ステージの中央から法線上にある一点を中心として、弧を描くように移動するステージのことである。２９は部品位置調整機構である。該部品位置調整機構とは、部品２を２次元平面（ＸＹ平面）上に移動させるものである。
【００３７】
２０は装置全体の動作を制御する装置制御ユニットであり、例えばコンピュータが用いられる。該装置制御ユニット２０の機能としては、面合わせ制御機能、調芯制御機能、レーザ照射制御機能であり、またレーザ照射条件を記憶するデータベースとしても機能する。３１は前記レーザ出射ユニット２３を駆動するレーザ発振器、３２は力覚センサ２７のデータを収集するデータ収集部である。３３はＬＤにパワーを供給するＬＤ電源である。装置制御ユニット２０は、レーザ発振器３１を制御し、ＬＤ電源３３を制御し、光パワーメータ１０の出力を受信し、力覚センサデータ収集部３２の出力を受信する。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００３８】
光パワーメータ１０からは、前述した動作により、測定光量データと位置データとが対になったものが、順次送られてくる。送られてきた対データは、装置制御ユニット２０で受信される。このようにして、ＸＹ移動ステージを用いた１回のスキャンが終了すると、装置制御ユニット２０は受信した対のデータ（光量測定値とパルスカウント値）を読み出し、光量が最大となる対を見つける。光量が最大となる光量測定値とパルスカウント値の対を用いて、ＸＹ移動ステージを位置決めする。この状態では、ＬＤ２２と光ファイバ２１が最も効率よく接合された状態を示しているので、この状態でレーザ出射ユニット２３を用いてＬＤに受光用光ファイバを接合する。
【００３９】
このようにして、１つのＬＤユニットの接合が終了したら、今度は次のＬＤユニットを装置に装着して前述の動作を行ない、最大光量となるように位置決めして、ＬＤ（部品２）と受光用光ファイバ（部品１）との接合を行なう。以下、同様である。
【００４０】
本発明によれば、スキャンを止めることなく、ＬＤ２２と光ファイバ２１との接合処理を行なうことができるので、光量測定を速やかに行なうことができる。
【００４１】
図５は光パワーのランニングスキャンの説明図である。図に示すように、従来の装置では、移動→計測のシーケンスを繰り返す。即ち、ワーク移動→ワーク停止→計測→データ取り込み→データ処理のシーケンスをとる。これに対して、本発明はステージは常時移動しており、アナログ出力をハードウェアサンプリングを用いてサンプリングし、移動しながら光パワーをサンプリングするのが大きな違いである。ステージを止めることがないので、光量測定を高速で行なうことが可能となる。
【００４２】
図６は光パワーメータの外観構成例を示す図である。図において、１０ａは部品１からの光を伝送する光ファイバ、１０ｂは光ファイバから入射された光を検出する光検出器である。該光検出器１０ｂは、電気信号線１０ｃと接続される。１０ｄは電気信号線１０ｃからの電流信号を受けて電圧信号に変換する回路１である。該回路１は、電流−電圧変換部と、電気信号を増幅する増幅器とで構成されている。回路１は、電流−電圧変換器２ａと、電圧増幅器２ｂを含んでいる。
【００４３】
１０ｅはその先端がコネクタ１０ｆにより回路１と接続される電気信号線である。１０ｈはコネクタ１０ｇを介して電気信号線１０ｅからの光量信号を受けてディジタルデータに変換する回路２である。該回路２は、図２のＡ／Ｄ変換器３と、マイクロコントローラ６と、ＦＩＦＯメモリ５と、ＵＳＢインターフェィス７と、パルス検出器４ａと、パルスカウンタ１ｂを含んでいる。回路１と回路２とを電気信号線１０ｅで離したのは、光センサ部分をなるべく部品１の光ファイバに近づけたいためである。
（付記１）  光ファイバで入射されるレーザの光量を測定する光パワーメータであって、光ファイバで入射された光を検出する光検出器と、
該光検出器の出力を所定の電圧に変換する光／電圧変換手段と、
該光／電圧変換手段の出力電圧信号をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器と、
モータのエンコーダパルスを検出するパルス検出手段と、
前記Ａ／Ｄ変換器で変換されたディジタルデータと、前記パルス検出手段で計測されたエンコーダパルスを蓄積するメモリと、
前記光／電圧変換手段とＡ／Ｄ変換器とパルス検出手段とメモリとを制御するコントローラと、
外部機器と通信を行なう通信インターフェィスと、
を具備し、該通信インターフェィスを通じて外部機器と通信し、前記メモリに蓄積したデータを外部機器に送信することを特徴とする光パワーメータ。
（付記２）  前記光検出器は、ペルチェ素子を内蔵したフォトダイオードで構成することを特徴とする付記１記載の光パワーメータ。
（付記３）  前記光／電圧変換手段の増幅利得が段階的に設定でき、前記コントローラで増幅利得を選択することを特徴とする付記１記載の光パワーメータ。
（付記４）  前記Ａ／Ｄ変換器で変換された光測定値のディジタルデータを前記コントローラで読み取り、測定値の平均化を施したデータを前記メモリに格納することを特徴とする付記１記載の光パワーメータ。
（付記５）  前記メモリがＦＩＦＯで構成され、光量測定値とエンコーダパルスカウント値を順次蓄積し、測定された順序で蓄積されたデータを外部機器へ一括若しくは個々に伝送することを特徴とする付記１記載の光パワーメータ。
（付記６）  前記メモリに光測定値と共にモータのエンコーダパルスカウント値を合わせて格納することを特徴とする付記１記載の光パワーメータ。
（付記７）  前記外部機器とのデータ伝送にＵＳＢインターフェィスを用いることを特徴とする付記１記載の光パワーメータ。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、以下の効果が得られる。
（１）請求項１記載の発明によれば、ＬＤモジュールを測定の都度停止させる必要がないので、最大光量を示すＸＹ座標位置を速やかに求めることができる。
（２）請求項２記載の発明によれば、ペルチェ素子により光検出器１自体を一定の温度に保つことができ、周囲温度の変化による測定値の変動を受けにくくすることができる。
（３）請求項３記載の発明によれば、コントローラで前記光／電圧変換手段の増幅利得を選択することができるので、Ａ／Ｄ変換器へ入力される電圧を最適な値に設定することができる。
（４）請求項４記載の発明によれば、測定データを平均化するので、ノイズの影響を低減することができる。
（５）請求項５記載の発明によれば、メモリとしてＦＩＦＯで構成することで、アドレスの管理が不要となり、回路を簡略化することができる。
【００４５】
このように、本発明によれば、光量測定を速やかに行なうことができる光パワーメータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理ブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態例を示すブロック図である。
【図３】測定データの構造例を示す図である。
【図４】光デバイス調芯機の構成例を示す図である。
【図５】光パワーのランニングスキャンの説明図である。
【図６】光パワーメータの外観構成例を示す図である。
【符号の説明】
１  光検出器
２  光／電圧変換手段
３  Ａ／Ｄ変換器
４  パルス検出手段
５  メモリ
６  コントローラ
７  通信インターフェィス
【図１】
2004361109.tif 000003
【図２】
2004361109.tif 000004
【図３】
2004361109.tif 000005
【図４】
2004361109.tif 000006
【図５】
2004361109.tif 000007
【図６】
2004361109.tif 000008