JPH0652488B2 - 光ファイバの光軸探索方法 - Google Patents

光ファイバの光軸探索方法

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JPH0652488B2
JPH0652488B2 JP60129806A JP12980685A JPH0652488B2 JP H0652488 B2 JPH0652488 B2 JP H0652488B2 JP 60129806 A JP60129806 A JP 60129806A JP 12980685 A JP12980685 A JP 12980685A JP H0652488 B2 JPH0652488 B2 JP H0652488B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は調整作業自動化のための多自由度機構の制御に
係り、特にレーザダイオード光軸合せに好適な探索制御
方式に関する。
〔発明の背景〕
従来の装置としては、特開昭57−84412 号、特開昭56−
50584 号に記載のようにファイバーを一軸方向(1自由
度)に変化させ、そのときの出力が最大となる点で固定
していた。しかしこれでは部品精度等によりファイバー
の1自由度の運動で真の出力最大点に到達することはな
く、正確な光軸合せ等の作業を行うことがむずかしかっ
た。
〔発明の目的〕
本発明の目的は多自由度機構を用い、ファイバーを3次
元空間内で移動させ、ファイバーからの光量が最大とな
る点を効率良く探索し、その点にファイバーを位置決め
するための光ファイバの光軸探索方法を提供することに
ある。
〔発明の概要〕
光ファイバの光軸を、複数の自由度をもつ多自由度機構
を駆動するアクチュエータを各自由度ずつ所定の順序で
駆動して探索する光ファイバの光軸探索方法において、
前記各アクチュエータを一定の順序で順次駆動して与え
られる各自由度に対応した変位(Δx,Δy,Δθ)に
基づく光ファイバの出力(q0,q1,q2,q3)を順次検出
し、前記光ファイバに与えた各自由度に対応した変位量
(Δx1,Δy1,Δθ1)に対する前記検出される各自由
度についての変位(Δx1,Δy1,Δθ1)を与える前の
光ファイバの出力(q0,q1,q2)と変位を与えた後の光
ファイバの出力(q1,q2,q3)との差((q0−q1),
(q1−q2),(q2−q3))の比((q0−q1)/Δx1
(q1−q2)/Δy1,(q2−q3)/Δθ1)であるベクト
ル変化率(∂q/∂x,∂q/∂y,∂q/∂θ)を順
次算出し、該順次算出される各自由度のベクトル変化率
(∂q/∂x,∂q/∂y,∂q/∂θ)を要素として
複数の自由度についての総合勾配を示すベクトルの絶対
値の大きさ を算出し、該算出されたベクトルの絶対値の大きさ に応じて前記各自由度に対応して順位算出されたベクト
ル変化率(∂q/∂x,∂q/∂y,∂q/∂θ)を比
例させて次の各自由度の変位量 を決定して光ファイバに各自由度に対応した次の変位を
与えることを繰り返して行うことを特徴とする光ファイ
バの光軸探索方法である。
〔発明の実施例〕
第2図はレーザダイオードの構造の1例を示す。1はレ
ーザダイオードチップでありサブマウント2に固定さ
れ、それが枠部3に固定されている。一方光ファイバ4
は一方を枠部3に固定させられた支柱5の中央部にあけ
られた穴を貫通するように固定され、出力端は枠部3に
設けられた穴を通り、外部に出ている。レーザダイオー
ドチップ1の発光部はチップの加工精度、サブマウント
への位置決め精度が充分でないため、枠部3に対して一
定の位置にはなく、ばらついている。また光ファイバ4
も同様にその先端の位置はばらついている。レーザダイ
オードから所定の出力を得るためにはレーザダイオード
チップ1と光ファイバ4との光軸を1μm程度の精度で
正確に位置合せをする必要がある。そこで支柱5の先端
をつかみ支柱5を第3図に示すようにX,Yあるいは
X,Y,θ方向に移動させることにより光ファイバ4の
先端の位置を移動させ支柱を塑性変形させ、光ファイバ
からの出力を観察しながら、その値が所定の値より大き
くなる位置を探索し、光ファイバ4とレーザダイオード
チップ1との位置合せを行っていた。
このような作業の自動化を行うためには多自由機構6で
もて支柱5の先端をつかみ、レーザダイオードの出力を
もとに多自由度機構を制御して支柱を変形させる必要が
ある。なお上記実施例は支柱5の先端をつかみ微動させ
るように構成しているが、チップ又はファイバを相対的
に微動させる方式をとってもよいことは明らかである。
多自由度機構の例として第4図に3自由度微動機構を示
す。微動機構は外枠7、中枠8、中枠9、先端枠10より
構成されている。外枠7と中枠8および中枠8と中枠9
は平行板ばね機構で結合されておりそれぞれピエゾアク
チュエータ等の微動駆動源11および12によりX,Y方向
に変位する。
なお微動駆動源がピエゾアクチュエータの場合このピエ
ゾアクチュエータに印加された電圧に比例して変位す
る。中枠9と先端枠10は中心点で交るように構成された
ばね機構で結合され、微動駆動源13により駆動され、中
心点回りに微動回軸運動(θ方向)を行う。先端枠には
支柱グリッパが固定されており支柱5をつかみ、これを
移動させて支柱5をX,Y,θの3方向に変形させるこ
とができる。外枠7は静止部材に固定されている。
本発明の全体構成は第1図に示す。レーザダイオードの
出力はディテクタ14により検出され、制御装置15に送ら
れる。制御装置は以下に示す方法により3個のピエゾア
クチュエータ等の微動駆動源の駆動量を計算し、それに
対応した電圧をピエゾアクチュエータの微動駆動源に印
加する。
制御装置でのピエゾアクチュエータ等の微動駆動源の駆
動量の計算方法を示す。まずグリッパが支柱5をつかん
だときのグリッパの位置をx0,y0,θ0、そのときのレ
ーザダイオードの出力をq0とする。まず1回目はx0がx0
+Δx1(Δx1は設定値)になるようにピエゾアクチュエ
ータを駆動しそのときの出力q1を測定する。この結果か
とする。ついでグリッパの位置がx0+Δx1,y0+Δy
1(Δy1は設定値)θ0となるようにし、そのときの出力
q2を測定し、 とする。つぎにクリッパの位置がx0+Δx1,y0+Δy1
θ0+Δθ1となるようにし、そのときの出力q3を測定し とする。この後は以上のデータをもとに繰り返し動作を
行う。
このとき、ベクトル(∂q/∂x、∂q/∂y、∂q/
∂θ)は各軸の光ファイバ出力変化に対する出力の大き
さと方向とを表わすベクトルとなる。そこで、まず次の
(5)式に示すGを算出する。(5)式の右辺の平方根
は上記ベクトルの絶対値の大きさである。mは、該ベク
トルの絶対値のm乗の関係する任意の定数であるが、m
が1より大きく(例えば、1.2、1.5…)なれば、
m乗の関係で、光ファイバが光軸に近付いてベクトルの
絶対値が小さくなっても、mが1の場合に比べてm乗の
値は大きくなり、3つの軸について一ステップの送り込
み変位が粗くなり高速での光軸への探索が可能となり、
逆にmが1より小さく(例えば、0.8、0.5…)な
れば、m乗の関係で、光ファイバが光軸に近付いてベク
トルの絶対値が小さくなればなるほど、mが1の場合に
比べてm乗の値は小さくなり、3つの軸について一ステ
ップの送り込み変位が細かくなり、低速で、且つ高精度
の光軸への探索が可能となる。即ち、後述されているよ
うにmの値により応答の速度が変化することになる。な
お、後述するようにm=0とすれば、m乗の項は常に1
となり、各軸についての変化率で次回の変化量が決定さ
れ、応答の速度は勾配に関係なく非常に低速度で一定と
なる。このように光軸合わせ精度に応じて適切なmの値
を設定すれば良いことは明らかである。
このようにGが算出されたので、あず3n+1回目(n
=1,2,3,…)のx方向の次なる変化量Δxとして
次に示す(4)式に基づいて決定される。即ち、次なる
変化量Δxとして A,m:任意の定数 とし、決定された次なる変位量Δxに基づいてグリッパ
の位置を現在位置からΔxを変位させる。
ここで、(5)式のGは、3n−2,3n−1,3n回
目の各軸に対応するベクトル変化率(∂q/∂x),
(∂q/∂y),(∂q/∂θ)を要素とする3つの軸
方向についての総合勾配を示すベクトルの絶対値の大き
即ち前回検出された光ファイバからの総合出力の勾配の
大きさを示す3つの軸方向(ベクトル)についてのベク
トル変化率の絶対値に定数A(ゲイン)を掛け算して得
られる比例する値である。また(4)式の右辺は、
(5)式で算出されたベクトルの絶対値の大きさに比例
した値GにX方向の前回のベルトル成分(変化率)を掛
けたものであり、これを次回のX方向の正負の変化量Δ
xとして決定するようにしている。これにより、前回検
出されるX方向の変化率(∂q/∂x)が正であるか負
であるかに応じて次回与えられるX方向の変位について
正方向か負方向が決まり、また前回算出されるベクトル
の絶対値の大きさにX方向の変化率(∂q/∂x)を掛
け算した値として次回のX方向の変化量が与えられるこ
とになる。従って、最初にX軸、Y軸またはθ軸につい
て正、または負の何方方向に変位をさせようとも、光フ
ァイバは光軸方向に向かって変位が与えられることにな
ると共に光軸に近付くに従って変化率が小さくなってス
テップする変位量も小さくなって高速で、しかも光軸を
精度良く検索することができる。
そして、Δxを変位させたときの出力q3n+1を測定し とする。
ついで3n+2回目とし とする。ここでGは式(6)により の値が前回とは変化しているため、新たに計算を行う
(以下同様)。グリッパを3n+11回目の位置からΔy変
位させそのときの出力q3n+2 を測定し、 とする。
ついで3n+3回目とし とし、グリッパを3n+2回目の位置からΔθ変位させ、そ
のときの出力q3n+3 を測定し、 とする。この後nに1を加えて前に戻る。
この動作を出力qが所定の値以上になるか、あるいはq
の変化率が小さくなるまで繰り返すことにより光ファイ
バとレーザダイオードチップの光軸合せを行う。ここで
Aおよびmは応答の速さを決める定数であり、実験調整
により決定する。Aが正ならばqが大きくなる方向に移
動し、Aが負ならばqが減少する方向に移動する。以上
の制御の流れ図を第5図に示す。
第5図(a)は出力qをxとyの関係として とし、θを省略した2自由度の機構に対して本制御方式
を適用した結果を示す。図中の数字は回数を示す。x=
0,y=0でqは最v値1をとる。この例ではA=0.
5,m=0,x0=y0=1Δx1=0.1,Δy1=-0.1 とし
た。この結果から分かるようにグリッパの位置はqが最
大値をとる位置に移動している。そのときの出力の値を
第5図(6)に示す。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば駆動軸数よりも少い
数の信号をもとにその信号が極値をとるように構成を駆
動することが可能となる。またサンプリング時間を短か
くし、単位時間当りの回数を多くすることにより、応答
がなだらかとなり、連続的な応答が得られる。さらに駆
動指令を前回の駆動結果から決定するため、試行回数を
少く押えることができ微動部の疲労破損の防止に有効で
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2図は本発
明が用いられる一実施例を示すレーザダイオードの構造
を示す図、第3図は第2図に示す支柱の構造を示す図、
第4図は本発明に係る微動機構の一実施例を示す図、第
5図(a),(b)は制御結果を示す図である。 1:レーザダイオードチップ 2:サブマウント 3:枠部 4:光ファイバ 5:支柱 6:多自由度(微動)機構 7:外枠 8,9:中枠 10:先端部 11,12,13:微動駆動源 14:ディテクタ 15:制御装置

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光ファイバの光軸を、複数の自由度を持つ
    多自由度機構を駆動するアクチュエータを各自由度ずつ
    一定の順序で駆動して探索する光ファイバの光軸探索方
    法において、前記各アクチュエータを一定の順序で順次
    駆動して与えられる各自由度に対応した変位に基づく光
    ファイバの出力を順次検出し、前記光ファイバに与えた
    各自由度に対応した変位量に対する前記検出される各自
    由度についての変位を与える前の光ファイバの出力と変
    位を与えた後の光ファイバの出力との差の比であるベク
    トル変化率を順次算出し、該順次算出される各自由度の
    ベクトル変化率を要素として複数の自由度についての総
    合勾配を示すベクトルの絶対値の大きさを算出し、該算
    出されたベクトルの絶対値の大きさに応じて前記各自由
    度に対応して順次算出されたベクトル変化率を比例させ
    て次の各自由度の変位量を決定して光ファイバに各自由
    度に対応した次の変位を与えることを繰り返して行うこ
    とを特徴とする光ファイバの光軸探索方法。
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EP86108198A EP0207352B1 (en) 1985-06-17 1986-06-16 Probing control method and apparatus for mechanism with multiple degree of freedom
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