CN1612507A - 两维定位控制方法和两维定位控制设备 - Google Patents

两维定位控制方法和两维定位控制设备 Download PDF

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CN1612507A CNA2004100868294A CN200410086829A CN1612507A CN 1612507 A CN1612507 A CN 1612507A CN A2004100868294 A CNA2004100868294 A CN A2004100868294A CN 200410086829 A CN200410086829 A CN 200410086829A CN 1612507 A CN1612507 A CN 1612507A
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市川厚司
塚本伸治
藤田共弘
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Abstract

提供一种以最小的振动频率快速执行两维定位控制的两维定位控制方法。该方法包括振动分布于在预定的两维平面上基本限定范围中的至少或是分布于预定两维平面上的基本范围种的空间传播能量，或者能量输入的能量输入系统，从而使在其中的两维平面上相对运动形成的轨迹是椭圆的步骤；检测在椭圆轨迹上的至少两对点处的能量的步骤，以及计算各自对点处的检测到的能量之间的差；以及计算依据检测到的能量之间的步骤，从而检测能量和在两维平面上的能量输入装置之间的位移。

Description

两维定位控制方法和两维定位控制设备
技术领域
本发明涉及一种控制方法和两维定位控制设备，其基于输出能量和能量接收装置位置之间的位移控制输出能量和能量接收装置的相互位置，所述输出能量输入到能量接收装置。更具体的，涉及其中的两维定位控制。
背景技术
振动方法是用于检测目标和受控的物体之间的位移以改变受控的物体的位置的传统方法的一种。该方法在经空间传播传播能量的能量的设备中执行定位控制。
该方法包括：
振荡(振动)至少一个(1)比如电磁波、声波等的能量介质的位置，或者振荡(2)检测器的位置，该检测器检测通过能量介质以高于可控制频率的频率传送的能量；
在振动周期内的多个计时点处检测检测器的输出；
基于多个计时点之间的输出差别，产生表示位移的位移信号；以及
反馈位移信号以执行定位控制。
对于振动比如电磁波或声波的能量介质的空间分布位置，可以振动能量介质的源和设置于介质的传播路径中的检测器的位置。
日本临时专利申请公开说明书No.HEI07-174942给出了振动方法的一个举例，其机械振动能量介质或检测器。依据上面提到的公开内容，能量介质是通过半导体激光器元件发射的激光束，并且检测器是光纤，激光束入射至通过光电检测器检测的光纤之上。在这种构造中，在垂直于其中的光轴的两个方向上振动激光束或光纤，并且根据这两个方向(也就是二维)检测相互位移(激光束和光纤之间)。
也依据上面提到的公开内容，如果当激光束和目标点之间的位移变得太大而不能检测相对位移时，增大了激光束或者光纤的震动的振动振幅的初步运动控制系统(rough movement control system)用于搜索激光束入射至光纤上的位置，并且当入射光束的数量等于或大于预定数量，并且位移等于或小于预定数量时，然后开始激光束和光纤之间的相对位置控制。
依据上面提到的公开内容，对于激光束和光纤，通过在两个方向上交替振动光纤，执行两维相对位置控制。这样，为了在两个各自方向(第一和第二方向)上获得精确的位移信号，如果完成第一方向上的振动并然后开始第二方向上的振动，必须在第一方向上的振动已经衰减至一定程度之后开始第二方向上的振动。因此，这样就存在这样一个问题：对于检测位移需要相对长的时间周期，这样，不能获得快速控制，并且结果不能很好控制位置。
此外，在如上面提到的公开内容的设备中，由于外力，通常以最小需要的振动频率振动光纤以跟踪激光束和光纤的位移。然而，依据上面提到的公开内容，为了区别在两个方向上的振动，在第一和第二方向上分别以不同的频率振动光纤。结果，在第一和第二方向的至少一个方向上必须以高于最小需要的振动频率的频率振动光纤。因此，会增加能量消耗和产生热量的数量。
进一步的，依据上面提到的公开内容，如果激光束和光纤之间的相对位移变大，使用提供大振动振幅的初步运动控制机构。然而，上面提到的公开内容没有提供初步运动控制机构的具体描述，并且这样不清楚其中的可行性。
发明内容
本发明具有优点是因为提供两维定位控制方法和两维定位控制设备，其能以最小需要的振动频率实施快速的两维定位控制，并且有效的减小了受控的两个目标之间大的相对位移。
依据本发明的一个方面，提供了一种两维定位控制方法，其包括至少振动分布于在预定两维平面上基本限定范围中的空间传播能量或振动输入能量的能量输入系统，以使在其中相对运动形成的轨迹在两维平面上形成椭圆的步骤；检测在椭圆中心的两侧的椭圆轨迹上至少两对点处的能量的步骤，以及计算各自一对点处检测的能量之间的差别，从而检测两维平面上能量和能量输入系统之间的位移。本发明也提供了一种两维定位控制方法，其中重复上面的三个步骤直至检测能量之间的各自差别达到预定值。
任选的，在上面提到的两维定位控制方法中，可以关于椭圆的中心对称的点设置该一对点。在该构造中，可能检测平行于连接该一对点的线的方向上的位移。
此外，上面提到的两维定位控制方法进一步包括在两维平面上的预定区域中扫描能量或能量输入系统的步骤，其中，如果在扫描步骤中检测在预定范围中能量之间的差别，获得对应于能量之间差别的位置上的信息。
依据本发明的另一方面，提供一种两维定位控制设备，其包括能量输出系统，其输出分布于预定两维平面上基本限定范围中的空间传播能量；能量输入的能量输入系统；振荡系统，其至少振荡能量或能量输入系统，从而使其中的相对运动的轨迹形成在两维平面上的椭圆；能量检测系统，其检测在椭圆中心的两侧上的椭圆轨迹上的至少两对点处的能量；以及位移检测系统，计算各自一对点处检测的能量之间的差别；从而检测能量和能量输入系统之间两维平面上的位移。此外，两维定位控制设备可以进一步包括执行负反馈控制的控制系统，从而使通过位移检测系统检测的能量之间的差别达到预定值。
此外，在上面提到的两维定位控制设备中，能量检测系统可以检测该一对点关于椭圆的中心对称的点。
进一步的，在上面提到的两维定位控制设备中，振荡系统可以在第一方向以及在两维平面上垂直于第一方向的第二方向上移动能量输出系统或能量输入系统，从而使在两个方向上组合运动的轨迹形成椭圆。
任选的，在上面提到的两维定位控制设备中，位移检测系统可以检测在彼此平行于连接该一对点的线的方向上的位移。此外，具有了这种构造，能量检测系统可以检测各自的点，从而使连接该一对点的至少两条线彼此平行于第一方向和两维平面上垂直于第一方向的第二方向的至少一个方向。
此外，在上面提到的两维定位控制设备中，能量可以是表示高斯分布的光通量；并且可以获得至少两对点以检测光通量的中心位置。具有了这种结构，能量输入系统可以是具有的核心直径大约等于光通量直径的光纤。此外，具有了这种构造，两维平面可以是光通量落入的光纤的入射端表面。
此外，上面提到的两维定位控制设备可以进一步包括扫描系统，扫描系统扫描能量，或扫描在两维平面上预定区域中的系统能量输入系统；以及位置信息获得系统，其基于通过扫描系统在扫描能量或扫描能量输入系统过程中检测的能量，如果能量之间的差别在预定范围中，获得对应于能量之间差别的位置上的信息。
附图说明
图1示意性给出了依据本发明的第一实施例光束定位控制单元的结构。
图2是描述了依据本发明的第一实施例，振动激光束时光纤的端表面上的激光束的运动。
图3是示出了当依据第一实施例执行振动时信号输出的实时变化图。
图4是示出了依据第一实施例定位控制程序的全部程序的流程图。
图5是示出了在图4中称为实施伺服程序的子程序的流程图。
图6和图7示出了描述了在图5中称为定位程序的子程序的流程图。
图8是示出了描述了依据本发明的第一实施例，在图5中称为核心中心检测程序的子程序的流程图。
图9是描述了中心检测程序的图。
图10示意性示出了依据第二实施例的光束定位单元的构造。
图11示出了描述了依据本发明的第二实施例，在图5中称为核心中心检测程序的子程序的流程图。
图12示意性示出了依据第三实施例的光束定位单元的构造。
图13示意性示出了用作本发明的第三实施例的结构的调节器单元的构造。
图14示意性示出了依据第四实施例的光束定位单元的构造。
具体实施方式
下面，参照附图，描述依据本发明的第一实施例的两维定位控制设备。
第一实施例
构造依据本发明的第一实施例的两维定位控制设备以使从输出源输出和在空间中传播的能量(下文中简便的将其称为空间传播能量)输入至装置(下文中简便的将其称为空间传播能量接收系统)。然后，基于从空间传播能量接收系统获得的输出，两维定位控制设备彼此相对地定位空间传播能量和空间传播能量接收系统。使用两维定位控制设备作为例如用于用于基于在通常家庭等处的光导电缆的数据的传送/接收的光通信的CPE(客户终端设备)的激光束输入模块。
在本发明中，空间传播能量的检测数量依据空间传播能量的位置和空间传播能量接收系统的位置而变化。尽管本实施例使用激光束作为空间传播能量，依据替代实施例，可以构造两维定位控制设备以使可以使用声波或电磁波作为空间传播能量。需要指出，将空间传播能量(在该实施例中的激光束)称作在本发明中的信号。
图1示意性给出了依据本发明的第一实施例的激光束输入模块200的结构。现在参照附图1给出激光束输入模块200的结构和操作描述。
构造激光束输入模块200以使激光束11输入至用于光通信的CPE(客户终端设备)的传送/接收部分的光纤3。激光束输入模块200包括发射激光束11的激光二极管1，设置于激光二极管1之前的物镜2，设置于物镜2之前的光纤3，提供(在光路内部)至光纤3的光束分离器31，是光束分离器31的分离路径的分离光纤32，临近分离光纤32的末端设置的光电探测器4，放大器41连接至光电探测器4以放大光电探测器4的输出，管理激光束输入模块200的全部控制的控制单元5，时钟51，其产生用于各种控制的计时信号，存储各种信息存储器52，临时保持各种信息的数据保持装置53(例如，RAM：随机存取存储器)，调节器驱动放大器6，其作为用于驱动调节器7的驱动器，振动模块62，其控制通过移动物镜2的调节器7执行的振荡(振动)操作，支撑弹簧71，其一端固定至调节器7的固定部分，透镜支持器72，其支持固定至支撑弹簧71的物镜2，位置传感器73，其检测物镜2的位置，以及激光二极管驱动装置8，其作为用于驱动激光二极管1的驱动器。
需要指出，限定直角坐标系统以使Z方向表示平行于物镜2的光轴的方向，Y方向表示垂直于Z轴并平行于图1的平面的方向，以及X方向表示既垂直于Y又垂直于图1中的Z方向的方向。
通过激光二极管驱动装置8驱动激光二极管1发射激光束11。发射的激光束11通过物镜2入射至光纤3的端表面上的核心33之上。需要指出，物镜2聚焦激光束11于光纤3的端表面之上，从而入射至核心33之上的激光束11的光数量等于或大于预先确定的数量。
通过分离器31以预先确定的比率，将通过核心33传送的激光束11部分地直射至分离光纤32。通过分离光纤32传送的激光束11从分离光纤32射出，并在然后到达光电检测器4。
光电检测器4接收入射激光束11(更具体的，通过分离器31以预先确定的比率分离激光束11的光数量)并输出表示接受的光数量的信号(其对应于激光束11的光数量)。将来自光电检测器4的信号输出传送至检测光放大器41，并通过检测光放大器41将其放大。
控制单元5与通过时钟51产生的计时信号同步地检测和输出各种信号。当放大器41输出放大信号时，控制单元5获得在振动周期中预先确定的计时点处的输出信号。基于获得信号，控制单元5检测来自光纤3的端表面上的核心33的激光束11的位移，并且输出用于驱动调节器驱动放大器6的信号至数据保持装置53。此外，控制单元5也用于控制振动模块62。
在控制单元5的控制下，振动模块62以预先确定的频率“f”和预先确定的振幅“a”输出用于驱动调节器7的信号至调节器驱动放大器6。
基于通过数据保持装置53输出的信号和通过振动模块62输出的信号，调节器驱动放大器6驱动调节器7。当驱动调节器7时，整体的移动固定至调节器7的支撑弹簧71的可移动端(也就是在图1中的左手侧)、通过支撑弹簧71支撑的透镜支持器72、以及通过透镜支持器72支持的物镜2。调节器7也作为在X-Y平面中预先确定的限制范围中连续移动物镜2的扫描系统。
支撑弹簧7包括四个具有圆形截面的平行金属弹簧，该园形截面在中性状态中的径向方向与Z方向相符。四个金属弹簧具有这种特征以使并当施加外部压力时它们可以相对容易的在X和Y方向上进行移动，困难的在Z方向上移动。
通过支撑弹簧71支撑透镜支持器72。这样，通过调节器7的驱动振动透镜支持器72，其显示了第二次序延迟系统的振荡特性。
临近透镜支持器72设置位置传感器73。传感器73检测分别在X和Y方向上透镜支持器72的位移。将通过传感器73检测的代表每个位移的信号传送至控制单元5。因此，基于从传感器73传送的信号，控制单元5获得物镜2的定位信息。
图2是描述了依据本发明的第一实施例振动激光束11时，光纤3的端表面上的激光束11的运动。依据第一实施例，通过调节器7振动物镜2，从而使物镜2的轨迹形成圆形，并且振动激光束11以在光纤3的端表面之上形成圆形。
在图2中的X轴和Y轴分别对应于在图1中的X方向和Y方向。在图2中的X轴和Y轴的交点与核心33的中心(核心中心100)相符，并在光纤3的端表面上振动激光束11以形成在旋转中心105周围具有R半径的圆形。需要指出，依据该实施例，当不振动激光束11时，旋转中心105是激光束11的中心，并且在X方向上与核心中心100具有dx距离和在Y方向上具有dy距离的位移点处定位该旋转中心105(在坐标(dx，dy)处，其中核心中心100在原点)。需要指出，由于圆形是其中的两个焦点彼此一致的椭圆形的特别形状，认为在这里的圆形是椭圆形状的一个形状。
此外，尽管在该实施例中的激光束11形成了圆形轨迹，在另一个实施例中可以振动物镜2以使激光束11形成椭圆形轨迹。在这种情况下，限定旋转中心105作为椭圆的两个焦点之间的中间点。
当振动时，点101、102、103和104表示激光束11的中心的轨迹的采样点。具体的，点101是邻近起始于旋转中心105与X轴平行的的直线和上面所述的圆形之间的交点的点，并且点103是与相对于旋转中心105在圆形之上的与点101对称的点。点102是邻近起始于旋转中心105与Y轴平行的直线和上面所述的圆形之间的交点的点，并且点104是与相对于旋转中心105在圆形之上的与点102对称的点。
激光束11的强度分布通常显示出经过其直径的高斯分布。设置各自的元件(激光二极管1、物镜2和光纤3)以使在端表面上激光束11的直径(在该直径处光强度是中心的光强度的1/e2径)近似等于核心33的直径(大约为10μm)。
当激光束11的中心与核心33的中心一致时，入射至核心33的激光束11的光数量是最大的，并且当其之间的位移增加时光强度减小。在位移相对较小的范围中，入射至核心33的光数量通常成比例于位移平方的减小。激光束11的横截面形状通常是在X-Y平面上的椭圆。需要指出，如果激光二极管1是表面发射二极管，横截面形状是圆形的。在这里给出的描述假设激光束11的横截面形状是在X-Y平面上的圆形。
当不对调节器7提供电流时，调节激光束11的中心使其与核心33的中心大致一致，下面的方程表示在X和Y上的各自的驱动电流。需要注意，用于单元电流(加速度灵敏度)的振荡特性和形成的加速度在调节器7中的X和Y方向上都是相同的。
Ix＝I0sin(2×π×f×t)        (1)
Iy＝I0sin(2×π×f×t+π/2)   (2)
图3是示出了当依据第一实施例执行振动时信号输出的实时变化图。垂直轴表示信号输出的数量，而水平轴表示相位(时间)。图3示出了在激光束11的k-th和(k+1)-th周期中信号输出的实时变化。通过光电检测器4在点101、102、103、104处分别检测的信号输出分别表示为P1、P2、P3、P4，并且当激光束11经历其中的如图3所示的一个周期时信号输出变化。T1k、T2k、T3k、T4k分别表示在kth周期中激光束11经过点101、102、103、104处的时间点。类似的T1(k+1)、T2(k+1)、T3(k+1)、T4(k+1)分别表示在(k+1)-th周期中激光束11经过点101、102、103、104处的时间点。p1k、p2k、p3k、p4k分别表示在k-th周期中在点101、102、103、104处激光束11的信号输出。类似的，p1(k+1)、p2(k+1)、p3(k+1)、p4(k+1)分别表示在(k+1)-th周期中在点101、102、103、104处激光束11的信号输出。
在入射至核心33上的激光束11的数量大约成比例于关于核心中心100的激光束11的中心的位移“r”的平方减小的上面描述的环境下，信号输出P和P1和P3之间的差别表示为：
P＝Q0×(1-k×r2)                     (3)
其中，k是系数。
当在旋转中心105处设定坐标系统的原点，并将点101和103的坐标表示为(x01，y01)和(x03，y03)时，由于点101和103关于X-Y平面上的旋转中心105对称，并在相位上彼此相差180度，在将核心中心100作为原点的的坐标系统中的点101(x1，y1)的坐标和点103(x3，y3)的坐标表示为：
x1＝x01+dx                            (4)
y1＝y01+dy                            (5)
x3＝-x01+dx                           (6)
y3＝-y01+dy                           (7)
考虑关系r2＝x2+y2将这些方程(4)-(7)分配入方程(3)中，如下计算P1-P3差别。
P1-P3＝Q0×(-k×(x1 2+y1 2)+k×(x3 2+y3 2))
     ＝-Q0×k×((x01+dx)2+(y01+dy)2)-(-x01+dx)2-(-y01+dy)2))
     ＝-Q0×k×4×(x01×dx+y01×dy)
如方程(8)清楚示出的，在核心33和激光束11之间的X方向上的位移方向上，y01的绝对值变得较小，在X方向处检测更高精度的位移。同样，如果连接点101、旋转中心105、以及点103的线平行于X轴(例如，y01＝0)，方程(8)将表示与在X方向上的位移dx成比例的值。这样，依据在这种情况下获得的信号输出(P1-P3)差别可以以最高的精度获得在X方向上的位移。需要指出，信号输出(P1-P3)差别的的绝对值变得越小，就在X方向上更接近于核心中心100的旋转中心105，同时，绝对值变得越大，就在X方向上更远离核心中心100的旋转中心105。
为了在激光束11出现于点101上时，使控制单元5获得在此时的光电检测器4的输出，控制单元5保持相对于来自控制单元5的驱动信号输出的物镜2的时间延迟作为数据表格以驱动调节器7。控制单元5使用该表格校正时间延迟(预先)，并且获得光电检测器4的输出。
与前面的描述类似，当坐标系统的原点位于旋转中心105处，并且点102和104的坐标表示为(x02，y02)和(x04，y04)时，将P2和P4之间的信号输出差别计算为：
P2-P4＝-Q0×k×4×(x02×dx+y02×dy)    (9)
如方程(9)清楚示出的，当检测核心33和激光束11之间的Y方向上的位移时，x02的绝对值越小，在Y方向处检测的位移的精度越高。也就是，如果连接点102、旋转中心105的线、以及点104的线平行于Y轴(例如，x02＝0)，方程(9)将表示与在Y方向上的位移dy成比例的值。这样，依据在这种情况下获得的信号输出(P2-P4)的差别可以以最高的精度获得在Y方向上的位移。需要指出，信号输出(P2-P4)之差的绝对值越小，旋转中心105在Y方向上更接近于核心中心100，同时，绝对值变得越大，旋转中心105在Y方向上更远离核心中心100。
在上面描述的情形中，如果设置时钟，使用于驱动振动模块62的时钟计数设置为在一个周期中四的整数倍，并且当在四个点的任何一点比如点101处通过物镜2定位激光束11时，计数与计时相符，就可能保持通过计时移位引起的位置检测中的位移。从控制单元5至振动模块62的控制信号输出是用于控制物镜2的信号以在频率“f”和振幅“a”进行振动，并且调节器驱动放大器6的特性、调节器7和支撑弹簧71是稳定的。结果，相对于旋转中心105的激光束11的位置((x01，y01)、(x02，y02)、(x03，y04)、(x04，y04))变化十分小。
控制单元5驱动来自位置传感器73的信号输出在两个方向(X和Y方向)上划分进入元件，相对于时间差分每个元件，放大差分结果，并且覆盖用于调节器驱动放大器6的驱动信号上的放大结果。这可以充分衰减调节器7的机械响应。在这种情况下，过滤相对于时间的差分信号从而使信号在振动频率处十分小，并且在高频区域中衰减。因此，差分信号不会影响用于振动物镜2的信号。
现在给出参照附图4至8描述的依据本发明的第一实施例的定位控制处理。
图4是示出了依据第一实施例的定位控制程序的全部流程的流程图。图5是示出了在图4中称为“伺服程序”的子程序的流程图。图6和图7示出了描述依据本发明的第一实施例通过振动的“两维定位控制程序”的子程序的流程。图8是示出了描述用于依据本发明的第一实施例的核心中心的搜索程序的在图5中的子程序的流程图。
首先，参照附图4，给出依据本发明的第一实施例的定位控制程序的全部流程的描述。
当接通激光输入模块200电源时，开始定位控制程序。如果开启包括激光输入模块200作为其元件的的光通信的CPE(客户终端设备)时，(步骤1，下文中将“步骤”简便的称为“S”)，控制单元5设置用于操作激光输入模块200(S2)的操作参数/环境。在设置之后，控制单元5预备用于核心33和在激光输入模块200中的激光束11的定位控制，并且相对于光纤3定位激光束11。也就是，控制部分执行伺服程序以用于调节核心33和激光束11之间的相对位置(S3)。
在S3中的伺服程序中完成核心33和激光束11之间的定位之后，使用显示器(未示出)，控制单元5提供给用户一个提示：光通信现在是可用的，并且同时的，依据来自用户和/或外部的请求控制传送/接收(S4)。如果用户执行能量关闭操作，控制单元5在存储器52中存储必需的信息，并且然后，关闭激光束输入模块200(S5)。
图5示出了在图4的S3中所谓的伺服处理的详细操作。控制单元5首先驱动激光二极管驱动装置8以引起激光二极管1发射激光束11(S30)。控制单元5进一步检查是否将在调节相对于光纤3定位激光束11时获得的定位信息(也就是在核心33的中心位置上的信息，即在这种情况下的初始定位信息)存储进存储器52(S31)。
如果初始定位信息存储进存储器52(S31：是)，控制单元5进入S36。如果初始定位信息没有存储进存储器52(例如，在加工之后还没有操作激光束输入模块200的情况下)(S31：否)，控制单元5设置暂定的初始位置和暂定的扫描范围(S32)。在这里的暂定的初始位置意味着来自在下面描述的S33中的中心搜索程序过程中开始激光束11的扫描的光纤3的端表面上的位置。暂定的扫描范围意味着激光束11的可能的扫描范围的一部分，例如，其是可能的扫描范围的分开范围的一个。
控制单元5引起激光束11从在暂定的扫描范围中的暂定初始位置开始扫描，从而搜索核心33的中心(S33)。在这种情况下，如果激光束的一部分入射至核心33，光电检测器44的输出变化。
基于光电检测器4的输出是否大于预定值(S34)，控制单元5确定在光纤3的端表面上的激光束11的位置是否接近核心33。在暂定扫描范围中的扫描过程中，如果光电检测器4的输出大于预定值(S34：是)，控制单元5确定激光束11的位置接近核心33。控制单元5然后将检测位置处在两个方向(X和Y方向)上的位置传感器73的输出转换成物镜2的定位信息，并且将转换的定位信息作为初始位置存储进存储器52(S35)。如果在暂定扫描范围中的扫描过程中检测到等于或小于预定值的输出(S34：不)，控制单元5确定激光束11的位置不接近于核心33，并且控制单元5回到S32。在S32中，控制单元5设置不同于先前的位置和范围的新暂定初始位置和暂定扫描范围以继续中心搜索程序。
在步骤S36中，控制单元设置存储进存储器52初始位置(也就是先前获得的初始位置)和扫描范围作为操作参数的。需要指出，在该阶段处设置的初始位置是接近于核心33的。由于控制单元5已经认识到初始位置是接近于核心33的，在该步骤中设置的扫描范围可以是相对狭窄的(例如，比在S32中的暂定扫描范围狭窄)。
在设置初始位置和扫描范围之后，控制单元开始振动以执行用于调节在X和Y方向上核心33和激光束11之间的相对位置(S37)的伺服程序。现在参照附图6和7，给出通过在S37(图5)中的振动用于两维定位控制的伺服程序的描述。
如果通过时钟51产生的时钟的预定计时用作用于通过振动的定位控制的计时，控制单元5计数时钟(S3701)。然后，基于计数，控制单元5决定计时是否时在光电检测器4的输出将被检测处的计时(S3702：否)。如果该计时不是以检测光电检测器4的输出的计时(S3702：不)，控制单元5进入S3707。如果如果该计时是以检测光电检测器4的输出(下文中简便的将其称作振动检测计时)的计时(S3702：是)。控制单元5进入步骤S3703。
控制单元5确定目前的计时是否是用于在S3703中的点101的振动检测计时。也就是，控制单元5确定目前的计时是否是在点101处定位激光束11处的计时，并且这样将检测光电检测器4的输出。
如果目前的计时是用于点101的振动检测计时(S3703：是)，控制单元5进入图7中的S3733，并且然后检测光电检测器4的输出。然后，控制单元5将检测结果作为“X1”存储进入存储器(S3734)。控制单元5进一步计算“X2”(用于点103的在振动检测计时处检测的输出信号)和“X1”之差，X2通过随后描述的处理存储进存储器52中，X1是用于目前时间的检测结果，从而确定在X方向上的位移ΔX(S3735)，控制单元5使存储器52保持ΔX直至计算下一个ΔX(S3736)，并进入在图6中的S3707。如果“X2”不存储于存储器52中，控制单元5进入在图6中的S3707，而不用执行步骤S3735和S3736。
如果目前的计时不是用于点101的振动检测计时(S3703：不)，控制单元进入S3704，并且确定目前的计时是否是用于点103的振动检测计时。也就是，控制单元5确定目前的时间是否是在点103上定位激光束11处的计时，并且这样检测光电检测器4的输出。
如果目前的计时是用于点103的振动检测计时(S3704：是)，控制单元5进入图7中的S3729，并且然后检测光电检测器4的输出。然后，控制单元5存储检测结果作为“X2”进入存储器(S3730)。控制单元5进一步计算“X1”和“X2”之差，“X1”存储进存储器52中，“X2”是用于目前时间的检测结果，从而确定在X方向上的位移ΔX(S3731)，控制单元5使存储器52保持ΔX直至计算下一个ΔX(S3732)，并进入在图6中的S3707。如果“X1”不存储于存储器52中，控制单元5进入在图6中的S3707，而不用执行步骤S3731和S3732。
在上面的情况中，如果在X方向上的目标位置(也就是，在X方向上核心33的中心)是X0，控制单元使用ΔX-X0作为表示在X方向上核心33和激光束11的中心(换句话，核心中心100和旋转中心105)之间的位移的信号执行反馈以驱动调节器驱动放大器6。
可替代的，如果目前的计时不是用于点103的振动检测计时(S3704：不)，控制单元进入S3705，并且确定目前的计时是否是用于点102的振动检测计时。也就是，控制单元5确定当在点102上定位激光束11时目前的时间是否是检测光电检测器4的输出处的计时。
如果目前的计时是用于点102的振动检测计时(S3705：是)，控制单元5进入图7中的S3725，并且然后检测光电检测器4的输出。然后，控制单元5存储检测结果作为“Y1”进入存储器(S3726)。控制单元5进一步计算“Y2”(用于点104的在振动检测计时处检测的输出信号)和“Y1”之差，通过随后描述的处理将“Y2”存储进存储器52中，“Y1”是用于目前时间的检测结果，从而确定在Y方向上的位移ΔY(S3727)，控制单元5使存储器52保持ΔY直至计算下一个ΔY(S3728)，并进入在图6中的S3707。如果“Y2”不存储于存储器52中，控制单元5进入在图6中的S3707，而不用执行步骤S3727和S3728。
如果目前的计时不是用于点102的振动检测计时(S3705中“不”)，控制单元进入S3706，并且确定目前的计时是否是用于点104的振动检测计时。也就是，控制单元5确定目前的时间是否是在点104上定位激光束11处的计时，并且这样检测光电检测器4的输出。
如果目前的计时是用于点104的振动检测计时(S3706：是)，控制单元5进入图7中的S3721，并且然后检测光电检测器4的输出。然后，控制单元5存储检测结果作为“Y2”进入存储器52(S3722)。控制单元5进一步计算“Y1”和“Y2”之差，Y1存储进存储器52中，Y2是用于目前时间的检测结果，从而确定在Y方向上的位移ΔY(S3723)，控制单元5使存储器52保持ΔY直至计算下一个ΔY(S3724)，并进入在图6中的S3707。如果“Y1”不存储于存储器52中，控制单元5进入在图6中的S3707，而不用执行步骤S3723和S3724。
在上面的情况中，如果在Y方向上的目标位置(也就是，在Y方向上核心33的中心)是Y0，控制单元5使用ΔY-Y0作为表示在Y方向上表示核心33和激光束11的中心(换句话，核心中心100和旋转中心105)之间的位移的信号执行反馈以驱动调节器驱动放大器6。
在步骤S3727中，控制单元5确定目前的计数是否是在控制单元5输出数据(DA数据)至数据保持装置53处的计时，控制单元的该输出数据是保持输出指令而不是用于振动或至振动装置62的指令。如果目前的计时是DA数据的输出的计时(S3707：是)，控制单元5设置在内部计算的至数据保持装置53或振动装置62(S3708)对应于用于调节器7的驱动电流的在X方向上的DA输出数据，进一步设置至数据保持装置53或振动装置62(S3709)在Y方向上的DA输出数据，并且进入S3710。通过依据在数据保持装置53或振动装置62上设置的数据，调节器驱动放大器6在X和Y方向上驱动调节器7。如果目前的计时不是在控制单元5输出DA数据时的计时(S3707；不)，控制部分进入S3710。在S3710中，控制单元5确定是否已完成伺服程序或反之。如果没有完成伺服程序(S3710；不)，控制单元5回到S3701以等待下一个时钟输入。可替代的，如果已完成伺服程序(S3710；是)，控制单元5进入用于完成的程序(未示出)。
如果在S37中已完成伺服程序，控制单元5然后执行用于核心33的中心的搜索程序(S38)。参照附图8，现在给出用于在图5中的S38中的核心33的中心的搜索程序的描述。
控制单元5首先清除表示用于核心33的中心的完成的标记，并且同时获得存储进在图5中的S35中的存储器52上的在X和Y方向上的初始定位信息(S3801)。然后，基于位置传感器73的输出，控制部分检测物镜2的在X和Y方向上的目前定位信息(S3802)，并且计算目前的定位信息和初始的定位信息之间的差别(S3803)。控制单元5引起调节器驱动放大器6驱动调节器7，从而使通过来自位置传感器73的目前的定位信息输出表示的值变得更接近于基于先前计算的信息之差通过初始定位信息表示的值。如果通过差分信息表示的值大于各自的预定值(也就是通过预定的距离分离物镜2的目前位置和通过初始定位信息表示的位置)(S3804：不)，控制单元5确定还没有完成定位程序，并且这样回到S3802。可替代的，通过差分信息表示的值等于或小于各自的预定值，并且同时，继续该状态以用于预定的周期(S3804：是)，控制单元5确定已经完成定位程序，并且这样进入S3805。
控制单元5执行用于接着在图8中的流程中的S3805的程序中的核心33的中心的搜索步骤。在随后执行的中心搜索程序中，控制单元5在X和Y方向上的预定扫描范围(通过在S36中的程序设置的范围)中扫描物镜2以搜索激光束落在核心33的位置。图9描述了在这种情况下执行的中心搜索程序。需要指出，分别限定用于扫描的X和Y方向作为主扫描方向，和在第一实施例中的次扫描方向。参照附图9，现在给出依据本发明的第一实施例的中心搜索程序的描述。
在图9中示出的中心搜索程序中，从第一端(在图9中的左侧上的一端)到第二端(在图9中的右侧上的一端)以预定速度执行激光束11的主扫描，其中第一和第二端是在X方向上的扫描范围的端部。如果激光束11到达第二端，通过预定的距离在Y方向上执行激光束11的次扫描，并且然后，从第二端到第一端以预定速度执行激光束11的主扫描。重复该连续的扫描直至光电检测器4的输出改变。
如上面所述，光纤3的端表面之上的激光束11的直径和核心33的直径大约为10μm。然而，如果不执行定位控制，激光束11和核心33之间在X-Y平面上的距离大大超过10μm。在这种情况下，光电检测器4的输出大约为0(零)。如果激光束11的一部分入射至核心33之上，光电检测器4的输出依据核心33和激光束11之间的中心距离具有限定的值。因此，如果光电检测器4的输出超过预定值，激光束11接近于核心33的中心。这样，基于光电检测器4的输出是否超过预定值，就可能确定中心搜索是成功的或是不成功的。
在S3805中，控制单元5设置用于如上面所述从第一端到第二端的激光束11的主扫描的在X方向上的目标位置。如果激光束11的目前的位置是第一端，在X方向上的目标位置是第二端，并且如果激光束11的目前的位置是第二端，目标位置是第一端。控制单元5然后确定光电检测器4的输出是否超过预定值(S3806)。如果光电检测器4的输出超过预定值(S3806：是)，控制单元5设置指示中心搜索是成功的的标记(S3812)，并且进入图5中的S39。如果光电检测器4的输出没有超过预定值(S3806：不)，控制单元以在X方向上的预定速度朝向目标位置扫描激光束11(S3807)。
控制单元5然后确定激光束11的扫描是否已经到达为目标位置的第一或第二端(S3808)。如果激光束11的扫描是已经到达目标位置(S3808：是)。控制单元5进入S3809。可替代的，如果激光束11还没有到达任何一端的目标位置(S3808：不)。控制单元5回到S3806。
在S3809中，控制单元5设置用于激光束11的次扫描的在Y方向上的目标位置。在这种情况下设置的在Y方向上的目标位置是通过从激光束11的目前的位置的预定距离分开的在次扫描方向上的位置。控制单元5确定激光束11是否已经超过在次扫描方向上扫描范围的终端(在S36中设置的在Y方向上的扫描范围)(S3810)。如果控制单元5确定激光束11已经超过在Y方向上的终端(S3810：是)，控制单元5进入S3811。如果控制单元5确定激光束11还没有超过在Y方向上的终端(S3810：不)，控制单元5回到S3805。
在S3811中，控制单元5确定在S3801中在X和Y方向上获得初始定位信息的程序是否已经重复预定数量的次数或更多次。如果获得初始定位信息的程序已经重复预定数量的次数或更多次(S3811：是)，控制单元5完成在图8中的流程中的程序。在这种情况下，控制单元5确定是否已经成功完成中心搜索程序，并且在显示装置上示出错误(未示出)并且暂停用于具有入射激光束输出部分200的光通信的CPE(客户终端设备)的操作。如果获得初始定位信息的程序已经重复小于预定数量的次数(S3811：不)，控制单元5回到S3801，获得新的初始定位信息，并且在搜索范围中执行用于与先前的程序不同的的核心33的中心的搜索程序。
在已经完成用于在S38中的核心的中心的搜索程序之后，控制单元5然后确定是否已经完成导引入内(lead-in)(S39)。在这里的导引入内意味着一操作，该操作控制伺服系统以便一旦激光束11覆盖核心33，激光束11的中心与核心33的中心相符。如果控制单元5确定已经完成导引入内(S39：是)，即激光束11的中心和核心33的中心之间的定位(也就是调节)，控制单元5进入在图4中的S4。如果控制单元5确定还没有完成导引入内(S39：不)，控制单元5回到S37。
如在图5中的流程图示出的，如果在两个阶段上执行核心中心的搜索程序(在这里的S33和S38)，对于宽范围中搜索，可以执行没有预定导引入内的(例如，在使用初步初始位置和扫描范围的加工之后即时的中心搜索程序)的中心搜索程序。因此，至少在主扫描方向上可以迅速的执行程序。当随后在狭窄区域内不执行搜索程序时，可以从搜索开始执行振动，并且然后当已经完成中心搜索就可以执行导引入内(例如，使用存储于存储器52上的初始定位的中心搜索程序)。因此，可以减少用于中心搜索程序需要的时间。
现在给出通过振动和中心搜索用于执行定位控制需要的各自参数的数字环境的举例。例如，如果调节器7在X和Y方向上的加速度灵敏度是10×106(m/s2)，需要用于振动的激光束11的振幅是1(μm)，并且光学系统的侧面放大率是1，物镜2的振幅是1/(1+1)＝0.5(μm)。如果在一个方向上容许的振动电流是100(mA)，由于10×106/(2×π×fw)2＝5×10-4(mm)，其中，fw表示振动频率，最大频率是2.25(kHz)。在第一实施例中，由于在振动的一个周期中可以两次检测位移，最大采样频率是4.5(kHz)。在用于定位的伺服系统中的切断频率通常大约为采样频率的1/10。这样在第一实施例中最大的切断频率是450(Hz)。如果激光束11的中心存在于核心33的范围中，实际上维持由于振动产生的位移检测的线性。这样，如果如上面所述的核心33的直径是10(μm)，将由于振动产生的位移的检测线性的范围保持在距离核心33的中心5(μm)内。如果切断频率是450(Hz)，以大约成比例于其中保持位移的检测的线性的范围的产物和定位系统的切断频率，基于依据本实施例的振动的定位系统的涌入速度Vin(inrush speed)可以执行引导入内。当定位控制开始时，在这里的涌入速度意味着初始速度。这样，涌入速度Vin的最大允许值是Vin＝0.005×2×π×450≈14(mm/s)。
现在给出中心搜索的描述。如果如图9所述执行扫描，由于激光束11的直径和核心33的直径都是10(μm)，在次扫描过程中激光束11和核心33之间的缝隙必定为10(μm)或者更小。考虑到用于检测入射至核心33上的激光束11和在这种情况下的各种变化的光强度水平，将激光束11和核心33之间的缝隙设置为5(μm)或更小。期望增大在次扫描方向上扫描路径之间的缝隙从而减少需要用于中心搜索的时间，并且这样，缝隙设置为10(μm)。
如果在X方向上的主扫描过程中施加干扰加速度，就显现出作为在X方向上的扫描速度上的变化和在Y方向上的位移的这种影响。对扫描速度的影响引起涌入速度的变化，其在切换操作至通过振动的位移检测时显现。
例如，如果在Y方向上施加2000(m/s2)干扰加速度，并将激光束11和核心33之间的中心距离设置为7(μm)或更小以使具有通过光电检测器4确切检测到的充分数量的光到达核心33，将在定位伺服系统中允许的位移表示为：7-5＝2(μm)。由于2000/(2×π×fc)2＝2×10-3(mm)，用于定位伺服系统需要的切断频率fc是159(Hz)或更大。
假设在主扫描方向上的扫描速度是7(mm/s)，其是最大容许涌入速度的一半，并且它是必需的，以保持由于干扰加速度的影响的速度变化至2(mm/s)或更小。在施加干扰加速度之后的剩余速度位移反比于速度控制系统的切断频率。这样，由于2000/(2×π×fv)2＝2×10-3(mm)，在主扫描方向上速度控制系统的切断速度fv是159(Hz)或更大。
第二实施例
现在给出依据本发明的第二实施例的两维定位控制设备的描述。
图10示意性示出了依据第二实施例的激光束输入模块200a的构造。图11示出了对应于依据第一实施例的在图8中的流程图的流程图，并且描述了用于依据第二实施例的核心中心的搜索程序。需要指出，通过如依据在图1至9中示出的第一实施例的激光束输入模块200的类似的数字表示在依据第二实施例激光束输入模块200a中类似的结构，并且在这里不再给出详细的描述。参照附图10和11，现在给出激光束输入模块200a的结构和操作。
依据第二实施例的激光束输入模块200a不具有检测物镜2的位置的位置传感器73，其不同于依据第一实施例的激光束输入模块200。因此，构造第二实施例以相比于第一实施例简化结构和降低成本。在第二实施例中，通过检测调节器驱动放大器6的输出电压的DC元件获得测物镜2的位置信息。
现在给出依据第二实施例的核心中心搜索程序的描述。
在图11中的流程图对应于如上面所述的图8中的流程图(也就是在图5中的步骤S38中)。这样，在已经完成在图5中的步骤S37之后立即开始在图11中的流程的程序，并且在已经完成在图11中的流程图的程序之后立即开始在图5中的步骤S39。
在S3821，管理在整个激光束输入模块200a中的控制的控制单元5a首先清除表示完成用于核心33的中心的搜索的标记。然后，控制单元5检测调节器驱动放大器6的各自的输出电压的DC部分，从而获得物镜2的目前的位置信息。基于目前检测到的DC部分，控制单元5a能够获得物镜2的目前的位置信息、每电流加速度(加速度灵敏度)、谐振频率和调节器7的线圈阻抗。
控制单元5a然后将图5的S35中存储于存储器52的在X和Y方向上的初始位置信息转换成调节器驱动放大器6的各自输出电压的DC部分，并且然后获得作为初始驱动电压的转换值(S3822)。
如果控制单元5a获得初始驱动电压，控制单元5a计算在X和Y方向上驱动电压的各自输出电压的变化速度，其用于将调节器驱动放大器6的输出电压的DC部分(也就是物镜2的位置)改变成在预定周期之上的初始驱动电压(也就是初始位置)。控制单元5a然后设置调节器驱动放大器6的X和Y方向上的驱动电压以平滑的减小驱动电压和在预定周期之上的初始驱动电压之间的各自的差(S3823)，从而随后改变驱动电压。如果检测的DC部分已经达到各自的初始驱动电压(S3824：是)，控制单元5a保持/稳定的该状态一预定周期以执行用于核心33的中心的搜索程序。如果检测的DC部分还没有达到各自的初始驱动电压(S3824：不)，控制单元5a回到S3823。
在S3826和随后的步骤中控制单元5a执行用于核心33的中心的搜索程序。与依据第一实施例的中心搜索步骤类似的执行依据第二实施例的中心搜索步骤。
在步骤S3826中，控制单元5a设置用于如上面所述的从第一端到第二端的激光束11的主扫描的在X方向上的目标驱动电压。如果激光束11的目前的位置是第一端，在这种情况下设置的在X方向上的目标驱动电压是在激光束11存在于第二端时能够输出的驱动电压。如果激光束11的目前的位置是第二端，在这种情况下设置的在Y方向上的目标驱动电压是在激光束11存在于第一端时能够输出的驱动电压。
控制单元5a执行从第一端至第二端的激光束11的主扫描(或从第二端至第一端)，同时改变驱动电压，并且如在第一实施例(S3827)中的，确定光电检测器4的输出是否超过预定值。如果光电检测器4的输出超过预定值(S3827：是)，控制单元5a设置表示中心搜索是成功的的标记(S3833)，并且进入在图5中的S39。如果光电检测器4的输出没有超过预定值(S3827：不)，控制单元5a设置在X方向上的目标驱动电压，从而使在X方向上的驱动电压以设置的比率改变，从而以恒定的速度在X方向上扫描激光束11(S3828)。
控制单元5a然后检测驱动电压以确定驱动电压是否达到在X方向上的目标驱动电压(激光器1是否到达第一或第二端)(S3829)。如果驱动电压已经达到在X方向上的目标驱动电压(S3829：是)，控制单元进入S3830。如果驱动电压还没有达到在X方向上的目标驱动电压(S3829：不)，控制单元5回到S3827。
在步骤S3830中，控制单元5a设置用于激光束11的次扫描的在Y方向上的目标驱动电压。在这种情况下设置的在Y方向上的目标驱动电压是在激光束11能存在于通过距离在次扫描方向上目前的位置的预定距离分离的位置处能够输出的驱动电压。控制单元5a确定激光束11的位置是否到达在次扫描方向上的扫描范围的终端(在S36中在Y方向上设置的扫描范围)(S3831)。如果控制单元5a确定激光束11的位置到达在Y方向上(S3831：是)的终端，控制单元5a进入S3832。如果控制单元5a确定激光束11的位置还没有到达在Y方向上的终端(S3831：不)，控制单元5回到S3827。
在S3832中，控制单元5a确定在S3822中在X和Y方向上获得的初始定位信息的程序是否已经重复预定数量的次数或更多次。如果获得初始定位信息的程序已经重复预定数量的次数或更多次(S3832：是)，控制单元5a完成在图11中示出的程序。在这种情况下，控制单元5a确定中心搜索程序没有成功完成，并且在显示装置上示出错误(未示出)并且暂停用于具有入射激光束输出部分200a的光通信的CPE(客户终端设备)的操作。如果获得初始定位信息的程序已经重复小于预定数量的次数(S3832：不)，控制单元5a回到S3821，获得新的初始定位信息，并且执行用于与先前的程序不同的在搜索范围中的核心33的中心的搜索程序。
第三实施例
现在给出依据本发明的第三实施例的两维定位控制设备的描述。
图12示意性示出了依据第三实施例的激光束输入模块200b的构造。需要指出，通过如依据在图1至9中示出的第一实施例的激光束输入模块200的类似的数字表示在依据第三实施例激光束输入模块200b中类似的结构，并且在这里不再给出详细的描述。
激光束输入模块200b具有取代了调节器7的调节器单元9、支撑弹簧71、透镜支持器72和位置传感器73，并且通过调节器单元9的作用振动的物镜2。调节器驱动放大器6a驱动用于调节器单元9的步进电动机93和94。
图13示意性示出了称作本发明的第三实施例的结构的调节器单元9的构造。参照附图13，现在给出调节器单元9的结构和操作。
调节器单元9包括支撑物镜2和支撑物镜2的透镜构架21的第一构架主体91，支撑第一构架主体91的第二构架主体92、用于X方向的步进电动机93，其在X方向上移动第一构架主体91，以及用于Y方向的步进电动机94，其在Y方向上移动透镜构架21。
支撑设置于第二构架主体92的开口内部的第一构架主体91，从而沿着平行于X方向上延伸的第二构架主体92的内壁移动。如果调节器驱动放大器6a以脉冲供给X方向步进电动机93，X方向步进电动机93依据供给的脉冲的数量旋转，并因此第一构架主体91在第二构架主体92内部的X方向上移动。在这种情况下，控制单元5b计数来自调节器驱动放大器6a的脉冲输出的数量以确定在X方向上第一构架主体91的位置(也就是物镜2)。
透镜构架21设置于第一构架主体91的开口内，并且被支撑从而沿着平行于Y方向上延伸的第一构架主体91的内壁移动。如果调节器驱动放大器6a以脉冲供给Y方向步进电动机94，Y方向步进电动机94依据供给的脉冲的数量旋转，并因此透镜构架21在第一构架主体91内部的Y方向上移动。在这种情况下，控制单元5b计数来自调节器驱动放大器6a的脉冲输出的数量以确定在Y方向上透镜构架21的位置(也就是物镜2)。
在第三实施例中，同时驱动在X方向步进电动机93和Y方向步进电动机94，并且组合步进电动机93和94的运动以沿着椭圆形轨迹振动物镜2。因此，沿着在光纤3的端表面上的椭圆形轨迹振动激光束11。由于通过在第三实施例中的步进电动机振动物镜2，振动不会作用于第二次序延迟系统。因此，可以简化振动控制。
设置在Y方向上二等分第一构架主体91的线作为轴Xx，设置在X方向上二等分第二构架主体92的线作为轴Yy，并且设置这些轴的交点(也就是在图13中的调节器单元9的中心点)作为中心点O。此外，中心点O和物镜2的光轴在调节器单元9内部的物镜2的初始位置处彼此一致，并且在中心点O的周围沿椭圆轨迹的振动。如果用于在X方向上位移的检测的振动检测计时设置为物镜2位于轴Xx上的两个点，仅仅通过计数供给至X方向步进电动机93的脉冲的数量，控制单元5b能够检测物镜2的位移。同样，如果用于在Y方向上位移的检测的振动检测计时设置为物镜2位于轴Yy上的两个点，仅通过计数供给至Y方向步进电动机94的脉冲的数量，控制单元5b能够检测物镜2的位移。第三实施例也能够简化在三种情形的振动控制。因此，第三实施例能够减少用于数字操作等消耗的时间，从而以高速度执行定位控制。
第四实施例
现在给出依据本发明的第四实施例的两维定位控制设备的描述。
图14示意性示出了依据第四实施例的激光束输入模块200c的构造。需要指出，通过如依据在图1至9中示出的第一实施例的激光束输入模块200的类似的数字表示在依据第四实施例激光束输入模块200c中类似的结构，并且在这里不再给出详细的描述。
依据第四实施例的激光束输入模块200c配备了安装激光二极管1、激光二极管驱动装置8和调节器7的扫描系统74，激光束输入模块200c并且在X和Y方向上移动安装的元件。例如，使用在X和Y方向上延伸的导引机构和移动导引机构的步进电动机构建扫描系统74。通过使步进电动机旋转包括在导引机构中的螺杆，扫描系统74能够在X和Y方向上移动安装的调节器7和激光二极管1。使用扫描装置74允许在依据通过控制单元5c供给的脉冲的数量的宽范围中在X和Y方向上移动激光二极管1。这样，即使光纤3的位置很大程度的变化，或者使用配备有多个光纤的入射激光束输出部分，也可能使激光束11落入设置于期望位置设置的光纤3。此外，可以使用驱动机构而不是调节器7，并且这样可能设置更好的速度和扫描范围。
依据如上面所述的两维定位控制方法和两维定位控制设备，振动包含信息的信号和信号输入的信号输入系统，从而使其中的相对运动的轨迹在预定的两维平面上形成椭圆。因此，可能检测通过在一个周期中振动的系统在相同的时间处在X和Y两个方向上的位移，并且因此，可以迅速的检测位移。使用依据本发明的两维定位控制方法和两维定位控制设备消除随后在X和Y方向上执行的传统的定位控制。
此外，由于使用相同的频率可以在X和Y两个方向上执行定位控制，可以使用最小频率以用于在两个方向上的定位控制。因此，可以有效限制设备的热量产生和能量消耗。此外，由于使用扫描系统用于扫描激光束，通过在例如彼此不同的扫描速度的两个水平处的激光束的扫描的系统可以有效执行定位控制。
结合优选实施例已经描述了本发明。本发明不受上面描述的实施例的限制，并且可能进行各种变形，只要其不脱离本发明的范围。

Claims (15)

1、两维定位控制方法，包括：
振动空间传播能量和能量输入系统的至少之一，所述空间传播能量分布于在预定的两维平面上基本限定范围中，所述空间传播能量输入到所述能量输入系统，从而使通过所述空间传播能量和所述能量输入系统在两维平面上的的相对运动形成的轨迹是椭圆；
检测在所述椭圆轨迹上的至少两对点处的能量，设置于每对点相对于所述椭圆的中心的相对两侧上；
计算在所述各对点处检测的能量之间的差别；以及
依据所检测的能量之间的差别检测所述能量和所述能量输入系统之间的位移。
2、依据权利要求1的两维定位控制方法，其中重复所述振荡、能量检测、计算和检测，直至位移检测的能量之间的差别达到预定值。
3、依据权利要求1的两维定位控制方法，其中在所述一对点所述设置在椭圆的中心周围的对称的点处。
4、依据权利要求3的两维定位控制方法，其中在平行于连接该一对点的线的方向上检测所述位移。
5、依据权利要求1的两维定位控制方法，
进一步包括在两维平面上的预定区域中扫描所述能量和所述能量输入系统之一，
其中，如果在所述扫描中检测在预定范围中的所述能量之间的差别，获得对应于所述能量之间的所述差别的位置的信息。
6、两维定位控制设备，包括：
能量输入系统，其输出分布于在预定的两维平面上基本限定范围中的空间传播能量；
输入能量的能量输入系统；
振荡系统，其振荡至少所述能量和所述能量输入系统的至少其中一个，从而使通过所述空间传播能量和所述能量输入系统在两维平面上的的相对运动形成的轨迹是椭圆；
能量检测系统，其检测在所述椭圆的中心的两侧上的所述椭圆轨迹上的至少两对点处的能量；以及
位移检测系统，其计算在各一对点处所检测的能量之间的差别；从而检测所述能量和所述能量输入装置之间在两维平面上的的位移。
7、依据权利要求6所述的两维定位控制设备，进一步包括执行负反馈控制的控制系统，从而使通过位移检测系统检测到的能量之间的差别达到预定值。
8、依据权利要求6所述的两维定位控制设备，其中所述能量检测系统检测作为一对关于所述椭圆的中心对称点。
9、依据权利要求6所述的两维定位控制设备，其中振荡系统在第一方向和在两维平面上垂直于第一方向的第二方向上移动所述能量输出系统和所述能量输入系统其中之一，从而使在两个方向上组合运动的轨迹形成椭圆。
10、依据权利要求6所述的两维定位控制设备，其中位移检测系统检测在与连接该一对点的线彼此平行的方向上的位移。
11、依据权利要求10的两维定位控制设备，其中能量检测系统检测各点，从而使所述各对彼此连接的点的至少两条线平行于第一方向和两维平面上的垂直于第一方向的第二方向中的至少之一。
12、依据权利要求6的两维定位控制设备，其中所述能量是表示高斯分布的光通量；以及
其中获得至少两对点以检测光通量的中心点。
13、依据权利要求12的两维定位控制设备，其中能量输入系统是具有的核心直径大约等于所述光通量的直径的光纤。
14、依据权利要求12的两维定位控制设备，其中所述两维平面是所述光通量落入的所述光纤的入射端表面。
15、依据权利要求6的两维定位控制设备，进一步包括：
扫描系统，其在两维平面上预定区域中扫描所述能量或扫描所述能量输入系统；以及
位置信息获得系统，其基于通过所述系统扫描系统在所述能量或所述能量输入系统的所述扫描过程中检测到的能量，如果能量之间的差别在预定范围中，所述位置信息获得系统获得在对应于能量之间差别的位置的信息。
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