JP2005134951A - ２次元位置制御方法、及び２次元位置制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２次元の位置制御を、迅速且つ必要最低限のウォブリング周波数で行う。
【解決手段】 所定の２次元平面において実質的に有限範囲内に分布する空間伝搬エネルギーと、該エネルギーが入力されるエネルギー入力手段の少なくとも一方を、該２次元平面上でその相対的な移動の軌跡が楕円となるように振動させるステップと、該楕円の軌跡上で該楕円の中心を挟んで対となる、少なくとも二対の点上におけるエネルギーを検出するステップと、検出されたそれぞれの対の点間におけるエネルギー差を演算し、該２次元平面上における該エネルギーと該エネルギー入力手段との位置ずれを検出するステップとから２次元の位置制御を行う。
【選択図】 図２

Description

この発明は、出力されたエネルギーとそのエネルギーが入力されるエネルギー入力手段との位置ずれを検出して互いの位置を制御する位置制御方法及び位置制御装置であり、特に２次元の位置制御に関する。

従来より、目標位置と制御対象物体との位置ずれを検出する方法の１つにウォブリング法がある。この方法は、空間を伝播してエネルギーを伝達させる装置において、電磁波や音波などのエネルギー媒体またはこれらのエネルギーを検出する検出器の少なくとも一方の位置を制御可能周波数よりも高い周波数で振動（ウォブリング）させ、ウォブリング周期内の複数の特定タイミングで検出器の出力を検出し、複数タイミング間のエネルギーの出力差を演算して位置ずれ信号とし、これをフィートバックして位置決め制御を行なう方法である。エネルギー媒体である電磁波や音波の空間分布位置をウォブリングさせる手段としては、エネルギー媒体の発信源そのものをウォブリングさせたり、媒体の伝播経路中に配置した検出器の位置をウォブリングさせたりすること等が考えられる。

エネルギー媒体または検出器を機械的にウォブリングさせるウォブリング法の一例が、特許文献１に記載されている。特許文献１では、エネルギー媒体は半導体レーザから発射されたレーザ光であり、検出器は光ファイバであり、光ファイバに入射した光は光検出器で検出されている。ここでは、レーザ光または光ファイバのいずれかを光軸と直交する２方向にウォブリングさせることにより該２方向（すなわち２次元）に関する互い（レーザ光と光ファイバと）の位置ずれを検出している。
特開平７−１７４９４２号公報

また、特許文献１では、レーザ光が目標点から大きく離れてしまうことにより相対位置ずれが検出できなくなった場合、レーザ光または光ファイバの振幅を大きくする粗動制御系を用いてレーザ光が光ファイバに入射される位置を探索し、光ファイバへの入射光量が所定量以上且つ位置ずれ信号が所定値以下になったときにレーザ光と光ファイバとの相対位置制御を開始することが記載されている。

上記特許文献１では、光ファイバを２方向に関して交互にウォブリングさせることによりレーザ光と光ファイバとの２次元に関する相対位置制御を行っている。従って、２方向（第１の方向と第２の方向とする）の各々において正確な位置ずれ信号を取得する為に、第１の方向に対するウォブリングを終了させて第２の方向に対するウォブリングを開始させるとき、第１の方向に対するウォブリングがある程度減衰した後に第２の方向に対するウォブリングを開始させる必要がある。そのため位置ずれ検出に要する時間が長くなり、迅速な制御ができず、良好に位置制御を行うことができないという問題がある。

また、上記特許文献１の如き装置では、例えば外力によるレーザ光と光ファイバとのぶれに追従できるように必要最低限のウォブリング周波数で光ファイバをウォブリングさせることが一般的である。ところが特許文献１では、２方向各々のウォブリングを識別する為に、第１の方向及び第２の方向においてそれぞれ異なるウォブリング周波数により光ファイバをウォブリングさせている。従って、第１の方向または第２の方向の少なくとも一方において上記必要最低限のウォブリング周波数より高い周波数で光ファイバをウォブリングさせなければならない。その結果、消費電力量や発熱量が増加してしまうという問題がある。

また、上記特許文献１では、レーザ光と光ファイバとの相対位置ずれが大きくなってしまった場合、該位置ずれを小さくする為にウォブリングの振幅の大きい粗動制御手段を用いている。しかしながら特許文献１ではその具体的な内容について説明されていない為、その実現性が不明瞭である。

そこで、本発明は上記の事情に鑑み、２次元の位置制御を、迅速且つ必要最低限のウォブリング周波数で行うことができ、また、２つの対象物の相対位置ずれが大きい場合にこれを効率良く小さくすることができる２次元位置制御方法及び２次元位置制御装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決する本発明の一態様に係る２次元位置制御方法は、所定の２次元平面において実質的に有限範囲内に分布する空間伝搬エネルギーと、該エネルギーが入力されるエネルギー入力手段の少なくとも一方を、該２次元平面上でその相対的な移動の軌跡が楕円となるように振動させるステップと、該楕円の軌跡上で該楕円の中心を挟んで対となる、少なくとも二対の点上におけるエネルギーを検出するステップと、検出されたそれぞれの対の点間におけるエネルギー差を演算し、該２次元平面上における該エネルギーと該エネルギー入力手段との位置ずれを検出するステップとを含んでいる。また、検出されるそれぞれのエネルギー差が所定の値に達するまで上述の３つのステップを繰り返し実行する方法もある。

また、上記２次元位置制御方法において、対となる点は、互いに、楕円の中心を挟んで対称に位置する点であってもよい。またこのとき、対となる互いの点を結ぶ線と平行な方向に関する位置ずれを検出することができる。

また、上記２次元位置制御方法は、２次元平面上においてエネルギーまたはエネルギー入力手段のいずれかを所定の領域内で走査させるステップをさらに含んでおり、該走査させるステップで所定範囲内の値のエネルギー差が検出されたとき、該エネルギー差に相当する位置情報を取得することができる。

また、上記の課題を解決する本発明の一態様に係る２次元位置制御装置は、所定の２次元平面において実質的に有限範囲内に分布する空間伝搬エネルギーを出力するエネルギー出力手段と、該エネルギーが入力されるエネルギー入力手段と、該２次元平面上における該エネルギーと該エネルギー入力手段の少なくとも一方を、その相対的な移動の軌跡が楕円となるように振動させる振動手段と、該楕円の軌跡上で該楕円の中心を挟んで対となる、少なくとも二対の点上におけるエネルギーを検出するエネルギー検出手段と、検出されたそれぞれの対の点間におけるエネルギー差を演算し、該２次元平面上における該エネルギーと該エネルギー検出手段との位置ずれを検出する位置ずれ検出手段とを備えたものである。また、この２次元位置制御装置は、位置ずれ検出手段により検出されるエネルギー差が所定の値になるよう負帰還制御を行う制御手段をさらに備えたものであってもよい。

また、上記２次元位置制御装置では、エネルギー検出手段により楕円の中心を挟んで対称となる点を対となる点として検出され得る。

また、上記２次元位置制御装置において、振動手段は、エネルギー出力手段またはエネルギー入力手段のいずれかを、２次元平面上の方向であって、第１の方向、及び該第１の方向と直交する第２の方向に、その移動の軌跡が楕円となるように合成させて移動させることができる。

また、上記２次元位置制御装置において、位置ずれ検出手段は、対となる互いの点を結ぶ線と平行な方向に関する位置ずれを検出することができる。さらにこのとき、エネルギー検出手段は、少なくとも２本の線であって、対となる互いの点を結ぶ線が、２次元平面上の方向であって、第１の方向、及び該第１の方向と直交する第２の方向の少なくとも１方向と平行になるように各点を検出することができる。

また、上記２次元位置制御装置において、エネルギーはガウシアン分布を有した光束であり、少なくとも二対の点は、光束の中心位置を検出したものであってもよい。またこのとき、エネルギー入力手段は、コア径が光束の径と略等しい光ファイバであってもよい。さらにこのとき、２次元平面上は、光束が入射する光ファイバの入射端面であってもよい。

また、上記２次元位置制御装置は、２次元平面上においてエネルギーまたはエネルギー入力手段のいずれかを所定の領域内で走査させる走査手段と、該走査手段によるエネルギーまたはエネルギー入力手段のいずれかの走査時に検出されるエネルギーに基づいたエネルギー差が所定範囲内の値になるときに、当該エネルギー差に相当する位置情報を取得する位置情報取得手段とをさらに備えたものであってもよい。

本発明の２次元位置制御方法及び２次元位置制御装置によると、情報を含んだ信号と、該信号が入力される信号入力手段とを所定の２次元平面上でその相対的な移動の軌跡が楕円となるように振動させている。従って１周期のウォブリングによってＸ方向及びＹ方向の２方向に関する位置ずれを１度に検出することができる、その結果、位置ずれ検出を迅速に実行することができる。本発明の２次元位置制御方法及び２次元位置制御装置を採用すると、Ｘ方向とＹ方向の位置制御を従来の如く時系列に行う必要がない。

また、１種類の周波数でＸ方向及びＹ方向の位置制御を実行できる為、必要最低限の周波数で２方向の位置制御を行うことができる。従って、該装置から発せられる発熱量や消費電力量を効率良く抑えることができる。また、レーザ光を走査させる走査手段を採用している為、例えば各々異なる２段階の走査速度でレーザ光を走査させることにより位置制御を効率良く行うことができる。

以下、本発明の第１の実施形態の２次元位置制御装置について説明する。本発明の第１の実施形態の２次元位置制御装置は、ある発信源から発せられた空間を伝搬するエネルギー（以下、空間伝搬エネルギーと略記）を、その空間伝搬エネルギーが入力されるべき手段（以下、空間伝搬エネルギー入力手段と略記）に入力させ、その後得られる出力に基づいて所定の２次元平面内における空間伝搬エネルギーと空間伝搬エネルギー入力手段との位置合わせを行うものであり、例えば、光ケーブルを用いたデータの送受信を一般家庭などで行う為に必要な光通信用宅内接続装置のレーザ光入射部として採用されている。本発明において、この空間伝搬エネルギーは、空間伝搬エネルギー入力手段との相対位置のズレ量に応じてその検出されるエネルギーが変化する。本実施形態では空間伝搬エネルギーとしてレーザ光を採用しているが、別の実施形態では空間伝搬エネルギーとして音波や電磁波などを採用して２次元位置制御装置を構成してもよい。なお、本発明において、空間伝搬エネルギー（本実施形態ではレーザ光）を信号と呼ぶ。

図１は、本発明の第１の実施形態のレーザ光入射部２００の構成を模式的に示した図である。以下、図１を参照して、レーザ光入射部２００の構成及び作用について説明する。

レーザ光入射部２００は、光通信用宅内接続装置の送受信部において光ファイバにレーザ光を入力させる部分である。レーザ光入射部２００は、レーザ光１１を照射するレーザダイオード１と、レーザダイオード１の前方に配置された対物レンズ２と、対物レンズ２の前方に配置された光ファイバ３と、光ファイバ３に配置された分岐手段３１と、分岐手段３１での分岐路である分岐光ファイバ３２と、分岐光ファイバ３２の端部近傍に配置された光検出器４と、光検出器４に接続された光検出増幅器４１と、レーザ光入射部２００全体の制御を司る制御部５と、種々の制御を行う際のタイミングを生成する為のクロック５１と、各種情報を記憶する記憶装置５２と、該各種情報を一時的に保持するデータ保持手段５３と、アクチュエータ７を駆動する為のドライバであるアクチュエータ駆動増幅器６と、振動（ウォブリング）を制御するウォブリング手段６２と、対物レンズ２を移動させるアクチュエータ７と、アクチュエータ７の固定部に一端を固定された支持ばね７１と、支持ばね７１に固定されて対物レンズ２を保持しているレンズホルダ７２と、対物レンズ２の位置を検出する為の位置センサ７３と、レーザダイオード１を駆動する為のドライバであるレーザダイオード駆動装置８から構成されている。

なお、図１では、対物レンズ２の光軸方向をＺ方向とし、紙面と直交する方向をＸ方向とし、該紙面と平行な方向であって、Ｘ方向及びＺ方向のいずれに対しても直交する方向をＹ方向とする。

レーザダイオード駆動装置８によって駆動されたレーザダイオード１は、レーザ光１１を射出する。このとき射出されたレーザ光１１は、対物レンズ２を介して光ファイバ３の端面にあるコア３３に入射される。なお、対物レンズ２は、コア３３入射時におけるレーザ光１１の光量が所定量以上になるように、レーザ光１１を、上記端面上で合焦させている。

コア３３内を伝送されるレーザ光１１は、光ファイバ３に配置された分岐手段３１によって所定の割合で分岐され、分岐光ファイバ３２に入射する。分岐光ファイバ３２内を伝送されるレーザ光１１は、分岐光ファイバ３２から出射後、分岐光ファイバ３２の端部近傍に配置された光検出器４に入射される。

光検出器４は、入射されたレーザ光１１の光量（より詳しくは分岐手段３１によって所定の割合で分岐されたレーザ光１１の光量）を検出する。このとき検出された信号出力は光検出増幅器４１に送信され、ここで増幅される。

制御部５は、クロック５１が生成するタイミングに同期して各種信号の検出や出力などを行っている。検出増幅器４１から増幅された信号が出力されたとき、制御部５は、ウォブリング周期の中の所定のタイミングでこの出力を取り込む。そしてこの取り込んだ信号に基づいて、光ファイバ３の端面上におけるコア３３に対するレーザ光１１のずれ量を検出し、アクチュエータ駆動増幅器６を駆動させる信号をデータ保持手段５３に出力する機能を果たす。また、制御部５は、ウォブリング手段６２を制御する機能も果たす。

ウォブリング手段６２は、制御部５の制御により、所定の周波数ｆ及び振幅ａでアクチュエータ７を駆動させる為の信号を、アクチュエータ駆動増幅器６に出力する。

アクチュエータ駆動増幅器６は、データ保持手段５３から出力された信号及びウォブリング手段６２から出力される信号に基づいてアクチュエータ７を駆動させる。アクチュエータ７が駆動されると、アクチュエータ７に固定されている支持ばね７１の可動側の一端と、支持ばね７１に支持されているレンズホルダ７２と、レンズホルダ７２に保持されている対物レンズ２は一体に移動する。アクチュエータ７は、限られた所定の範囲のＸ−Ｙ面内で対物レンズ２を連続的に移動させる走査手段としての機能も果たす。

支持ばね７１は、Ｚ方向を長手方向とする４本の丸断面の平行な金属ばねにより構成されている。これら４本の金属ばねは、外力が加えられたとき、Ｘ方向及びＹ方向には比較的変位し易い特性を有し、Ｚ方向には変位し難い特性を有している。

また、レンズホルダ７２は、支持ばね７１により支持されている。従って、対物レンズ２及びレンズホルダ７２は、アクチュエータ７の駆動によるウォブリング時において２次遅れ系の振動特性でウォブリングされる。

また、レンズホルダ７２には位置センサ７３が近接して配置されている。位置センサ７３は、レンズホルダ７２のＸ方向の変位とＹ方向の変位の各々を検出する。ここで検出された各変位を示す信号は制御部５に出力され、制御部５は、この信号に基づいて対物レンズ２の位置情報を取得することができる。

図２は、本発明の第１の実施形態でレーザ光１１をウォブリングさせたときの、光ファイバ３の端面上におけるレーザ光１１の動きを示した図である。第１の実施形態では、対物レンズ２は、アクチュエータ７の駆動によりその軌跡が円となるようにウォブリングされる。従って、光ファイバ３の端面上におけるレーザ光１１は、円を描くようにウォブリングされる。以下、図２を参照して、光ファイバ３の端面上におけるレーザ光１１のウォブリングについて説明する。

図２のＸ軸は図１のＸ方向に相当するものであり、Ｙ軸は図１のＹ方向に相当するものである。Ｘ軸とＹ軸との交点はコア３３の中心（コア中心１００）であり、レーザ光１１は、回転中心１０５を中心とした半径Ｒの円を描きながら光ファイバ３の端面上をウォブリングされている。なお、回転中心１０５は、レーザ光１１がウォブリングしていないときのレーザ光１１の中心位置であり、コア中心１００からＸ方向にｄｘ離れＹ方向にｄｙ離れた点（コア中心１００を原点とした場合、座標（ｄｘ、ｄｙ））である。なお、円は楕円の２つの焦点が重なった際の形状である為、本明細書では、円は楕円の一形態であると考える。また、レーザ光１１は、本実施形態では円の軌跡を描いているが、別の実施形態では楕円の軌跡を描いてもよい。その場合、回転中心１０５は、当該楕円の２つの焦点の中点に相当するものとする。

また、点１０１、１０２、１０３、及び１０４は、ウォブリング中のレーザ光１１の中心位置をサンプリングしたものである。説明を加えると、点１０１は、回転中心１０５からＸ軸と平行に引かれた線と前記の円との交点であり、点１０３は、回転中心１０５を挟んで点１０１と対称に位置する前記の円上の点である。また、点１０２は、回転中心１０５からＹ軸と平行に引かれた線と前記の円との交点であり、点１０４は、回転中心１０５を挟んで点１０２と対称に位置する前記の円上の点である。

レーザ光１１の強度分布は略ガウシアン分布となっており、光ファイバ３の端面上におけるレーザ光１１の直径（光強度が中心部の１／ｅ^２になる直径）がコア３３の直径（約１０μｍ）と略等しくなるように各素子（レーザダイオード１、対物レンズ２、及び光ファイバ３）は配置されている。

コア３３に入射されるレーザ光１１の光量は、レーザ光１１の中心とコア３３の中心とが、一致しているときに最大となり、ずれるに従って低減していく。前記のずれ量が比較的小さい範囲では、コア３３に入射する光量の低減量は前記のずれ量の２乗に略比例する。なお、レーザ光１１のＸ−Ｙ平面内における断面形状は一般的に楕円形であるが、レーザダイオード１が面発光レーザである場合には略円形となる。本明細書中では、レーザ光１１のＸ−Ｙ平面内における断面形状は円形とあるとして説明を行っていく。

ここで、アクチュエータ７に電流を流していない状態でレーザ光１１の中心がコア３３の中心と略一致するように調整したときの、Ｘ方向及びＹ方向の駆動電流を次式の如く設定する。なお、アクチュエータ７のＸ方向とＹ方向の振動特性及び単位電流あたりの発生加速度（加速度感度）は等しいものとする。
Ｉ_ｘ＝Ｉ_０×sin（２×π×ｆ×ｔ）…（１）
Ｉ_ｙ＝Ｉ_０×sin（２×π×ｆ×ｔ＋π／２）…（２）

図３は、第１の実施形態においてウォブリングが実施された際の信号出力の時間的変化を示したグラフである。縦軸は信号出力を示し、横軸は位相（時間）を示している。図３では、レーザ光１１のＫ周目及びＫ＋１周目における信号出力の時間的変化を示している。点１０１、１０２、１０３、１０４において光検出器４で検出される信号出力をＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４としたとき、該信号出力は、図３に示すようにレーザ光１１が一周する間に変動する。なお、Ｔ_１ｋ、Ｔ_２ｋ、Ｔ_３ｋ、Ｔ_４ｋは、Ｋ周目にレーザ光１１が点１０１、１０２、１０３、１０４に位置した時刻を示している。また、Ｔ_１ｋ＋１、Ｔ_２ｋ＋１、Ｔ_３ｋ＋１は、Ｋ＋１周目にレーザ光１１が点１０１、１０２、１０３に位置した時刻を示している。また、Ｐ_１ｋ、Ｐ_２ｋ、Ｐ_３ｋ、Ｐ_４ｋは、Ｋ周目の点１０１、１０２、１０３、１０４におけるレーザ光１１の信号出力を示している。また、Ｐ_１ｋ＋１、Ｐ_２ｋ＋１、Ｐ_３ｋ＋１は、Ｋ＋１周目の点１０１、１０２、１０３におけるレーザ光１１の信号出力を示している。

前述のようにコア３３に入射されるレーザ光１１の低減量がレーザ光１１の中心とコア中心１００とのずれ量ｒの２乗に略比例する範囲内という条件付きでＰ１とＰ３との信号出力差Ｐを計算すると、
Ｐ＝Ｑ_０×（１−ｋ×ｒ^２）…（３）
（ただし、ｋは係数）
で表すことができる。また、回転中心１０５に座標原点をおいた場合の点１０１の座標を（ｘ_０１、ｙ_０１）とし、点１０３の座標を（ｘ_０３、ｙ_０３）としたとき、Ｘ−Ｙ平面内において点１０１と点１０３とが回転中心１０５を挟んで対称であり、位相が１８０度異なっていることを考慮すると、コア中心１００を原点とするＸ、Ｙ座標系において点１０１の座標（ｘ_１、ｙ_１）、及び点１０３の座標（ｘ_３、ｙ_３）は
ｘ_１＝ｘ_０１＋ｄｘ…（４）
ｙ_１＝ｙ_０１＋ｄｙ…（５）
ｘ_３＝−ｘ_０１＋ｄｘ…（６）
ｙ_３＝−ｙ_０１＋ｄｙ…（７）
となる。これらの式（４）〜（７）を式（３）に代入すると、ｒ^２＝ｘ^２＋ｙ^２を考慮して
Ｐ１−Ｐ３＝Ｑ_０×（−ｋ×（ｘ_１ ^２＋ｙ_１ ^２）＋ｋ×（ｘ_３ ^２＋ｙ_３ ^２））
＝−Ｑ_０×ｋ×（（ｘ_０１＋ｄｘ）^２＋（ｙ_０１＋ｄｙ）^２−（−ｘ_０１＋ｄｘ）^２−（−ｙ_０１＋ｄｙ）^２）
＝−Ｑ_０×ｋ×４×（ｘ_０１×ｄｘ＋ｙ_０１×ｄｙ）…（８）
となる。

式（８）から明らかなように、Ｘ方向のコア３３とレーザ光１１との位置ずれを検出する場合、ｙ_０１の絶対値が小さければ小さいほど、Ｘ方向の位置ずれを高精度に検出することができる。すなわち点１０１、回転中心１０５、及び点１０３を結ぶ線がＸ軸と平行な場合（例えばｙ_０１＝０の場合）、式（８）はＸ方向の位置ずれであるｄｘに比例した値を示す式となる。従ってこのときに算出される信号出力差（Ｐ１−Ｐ３）がＸ方向の位置ずれを最も高精度に検出することができる。なお、信号出力差（Ｐ１−Ｐ３）の絶対値が小さければ小さいほど、Ｘ方向に関して回転中心１０５がコア中心１００に接近し、該出力差の絶対値が大きければ大きいほど、Ｘ方向に関して回転中心１０５がコア中心１００から離れていることを示している。

なお、点１０１上にレーザ光１１が位置する瞬間に光検出器４の出力を制御部５が取り込む為に、制御部５は、自身が出力する信号であって、アクチュエータ７を駆動させる駆動信号に対する対物レンズ２の位置の時間的な遅れを、データテーブルとして保持している。制御部５は、このテーブルを用いることにより、前記の時間的な遅れ分補正して（前もって）光検出器４の出力を取り込んでいる。

また、上述と同様に、回転中心１０５に座標原点をおいた場合の点１０２の座標を（ｘ_０２、ｙ_０２）とし、点１０４の座標を（ｘ_０４、ｙ_０４）としたとき、Ｐ２とＰ４との信号出力差を計算すると、
Ｐ２−Ｐ４＝−Ｑ_０×ｋ×４×（ｘ_０２×ｄｘ＋ｙ_０２×ｄｙ）…（９）
となる。

式（９）から明らかなように、Ｘ方向のコア３３とレーザ光１１との位置ずれを検出する場合、ｘ_０２の絶対値が小さければ小さいほど、Ｙ方向の位置ずれを高精度に検出することができる。すなわち点１０２、回転中心１０５、及び点１０４を結ぶ線がＹ軸と平行な場合（例えばｘ_０２＝０の場合）、式（９）はＹ方向の位置ずれであるｄｙに比例した値を示す式となる。従ってこのときに算出される信号出力差（Ｐ２−Ｐ４）がＹ方向の位置ずれを最も高精度に検出することができる。なお、信号出力差（Ｐ２−Ｐ４）の絶対値が小さければ小さいほど、Ｙ方向に関して回転中心１０５がコア中心１００に接近し、該出力差の絶対値が大きければ大きいほど、Ｙ方向に関して回転中心１０５がコア中心１００から離れていることを示している。

ここで、上記ウォブリング手段６２を駆動するクロック数が１周期当たり４の倍数であり、且つ対物レンズ２が点１０１などの上記４点の位置に在るときに該クロックのタイミングとなるようクロックを設定すると、タイミングずれによる位置検出ずれを抑えることができる。なお、制御部５からウォブリング手段６２に出力される制御信号は一定の周波数ｆ及び振幅ａで対物レンズ２をウォブリングさせる信号であり、アクチュエータ駆動増幅器６や、アクチュエータ７、支持ばね７１などの特性も安定している為、回転中心１０５に対するレーザ光の位置（（ｘ_０１、ｙ_０１）、（ｘ_０２、ｙ_０２）、（ｘ_０３、ｙ_０３）、（ｘ_０４、ｙ_０４））のばらつきは十分小さい。

制御部５は、位置センサ７３から出力された信号を２方向の成分（Ｘ方向及びＹ方向）に分解し、各々を時間微分し、その結果を増幅してアクチュエータ駆動増幅器６の駆動信号に重畳させる。これによりアクチュエータ７の機械共振を効果的に減衰させることができる。なお、このとき時間微分された信号は、ウォブリング周波数では十分小さく高周波領域において減衰するようにフィルタがかけられている。従って該微分された信号が、対物レンズ２をウォブリングさせる信号に影響を及ぼすことはない。

次に、図４から図８を参照して、本発明の第１の実施形態における位置制御処理について説明する。図４は、本発明の第１の実施形態における位置制御処理の全体的な流れを示したフローチャートである。また、図５は、図４のサブルーチンであり、本発明の第１の実施形態における位置制御のサーボ処理を示したフローチャートである。また、図６及び図７は、図５のサブルーチンであり、本発明の第１の実施形態におけるウォブリングによる２次元位置制御のサーボ処理を示したフローチャートである。また、図８は、図５のサブルーチンであり、本発明の第１の実施形態におけるコア中心の探索処理を示したフローチャートである。

先ず、図４を参照して、本発明の第１の実施形態における位置制御処理の全体的な流れを説明する。レーザ光入射部２００を構成要素とする光通信用宅内接続装置の電源が投入されると（ステップ１、以下、ステップをＳと略記）、制御部５によりレーザ光入射部２００を動作させる為の各種条件が設定される（Ｓ２）。この設定がなされると、制御部５は、レーザ光入射部２００におけるコア３３とレーザ光１１との位置制御が実行できる状態にし、レーザ光１１を光ファイバ３に位置づけする。すなわちコア３３とレーザ光１１との位置合わせのサーボ処理を実行する（Ｓ３）。

Ｓ３のサーボ処理においてコア３３とレーザ光１１との位置合わせが完了すると、制御部５は、光通信が使用可能な状態になったことを図示しない表示手段により使用者などに報知すると共に、使用者または外部からの要求に応じて送受信を制御する（Ｓ４）。使用者が電源オフの操作を行うと、制御部５は、必要な情報を記憶装置５２に格納し、電源をオフする（Ｓ５）。

次に、図５を参照して、図４のＳ３におけるサーボ処理を説明する。制御部５は、先ず、レーザダイオード駆動装置８を駆動してレーザダイオード１からレーザ光１１を射出させる（Ｓ３０）。さらに制御部５は、レーザ光１１を光ファイバ３に位置づけたときに得られる位置情報（コア３３の中心位置情報であり、ここでは初期位置情報）が記憶装置５２に記憶されているか否かをチェックする（Ｓ３１）。

記憶装置５２に初期位置情報が記憶されている場合（Ｓ３１：ｙｅｓ）、制御部５は、Ｓ３６の処理に進む。また、記憶装置５２に初期位置情報が記憶されていない（例えばレーザ光入射部２００が製造された直後の）場合（Ｓ３１：ｎｏ）、制御部５は、仮の初期位置と仮の走査範囲を設定する（Ｓ３２）。ここでいう仮の初期位置とは、光ファイバ３の端面上の位置であって、後述するＳ３３の中心探索処理におけるレーザ光１１の走査開始位置である。また、仮の走査範囲とは、レーザ光１１の走査可能範囲の一部の範囲であり、例えば複数に分割された前記走査可能範囲の中の１つの範囲を示している。

制御部５は、上記仮の走査範囲内において上記仮の初期位置からレーザ光１１を順次走査させていき、コア３３の中心を探索する（Ｓ３３）。このときレーザ光１１の一部がコア３３に入射すると光検出器４の出力が変化する。

制御部５は、光検出器４の出力が所定値より大きいか否かを判定することにより、光ファイバ３の端面上におけるレーザ光１１の位置がコア３３近傍であるか否かを判断する（Ｓ３４）。上記仮の走査範囲内を走査した際に所定値より大きい出力が光検出器４で検出された場合（Ｓ３４：ｙｅｓ）、制御部５は、レーザ光１１の位置がコア３３近傍にあると判断する。そしてその位置における位置センサ７３の２方向の（Ｘ方向及びＹ方向）出力を対物レンズ２の位置情報に変換し、変換した位置情報を初期位置として記憶装置５２に記憶させる（Ｓ３５）。また、上記仮の走査範囲内を走査した際に所定値以下の出力しか光検出器４で検出されなかった場合（Ｓ３４：ｎｏ）、制御部５は、レーザ光１１の位置がコア３３近傍にないと判断し、Ｓ３２の処理に戻る。そして前回とは別の仮の初期位置及び仮の走査範囲を設定し、中心探索処理を続行させる。

Ｓ３６の処理では、制御部５は、記憶装置５２に記憶されている初期位置（すなわち以前取得された初期位置）及び走査範囲を設定する。なお、このとき設定される初期位置はコア３３近傍の位置である。コア３３近傍に初期位置が設定されていることを制御部５は把握している為、このとき設定される走査範囲は、比較的狭い範囲（例えばＳ３２の仮の走査範囲より狭い範囲）とすることができる。

初期位置及び走査範囲を設定すると、制御部５は、ウォブリングを開始させ、Ｘ方向及びＹ方向に関するコア３３とレーザ光１１との位置合わせのサーボ処理を実行する（Ｓ３７）。以下に、図６及び図７を参照して、図５のＳ３７におけるウォブリングによる２次元位置制御のサーボ処理を説明する。

制御部５は、クロック５１で生成される任意のクロックのタイミングがウォブリングによる位置制御のクロックのタイミングであるとき、当該クロックをカウントする（Ｓ３７−１）。そしてこのタイミングが光検出器４の出力を検出するタイミングであるか否かを判定する（Ｓ３７−２）。このときのタイミングが光検出器４の出力を検出しないタイミングである場合（Ｓ３７−２：ｎｏ）、制御部５は、Ｓ３７−７の処理に進む。また、このときのタイミングが光検出器４の出力を検出するタイミング（以下、ウォブリング検出タイミングと略記）である場合（Ｓ３７−２：ｙｅｓ）、制御部５は、Ｓ３７−３の処理に進む。

Ｓ３７−３の処理では、制御部５は、現在のタイミングが点１０１のウォブリング検出タイミングであるか否かを判定する。すなわちレーザ光１１が点１０１に位置しているときの光検出器４の出力を検出するタイミングであるか否かを判定する。

現在のタイミングが点１０１のウォブリング検出タイミングである場合（Ｓ３７−３：ｙｅｓ）、制御部５は、図７のＳ３７−３３の処理に進み、光検出器４の出力を検出する。そしてその検出結果を「Ｘ１」として記憶手段５２に格納する（Ｓ３７−３４）。制御部５は、さらに、後述する処理によって記憶手段５２に格納される「Ｘ２」（点１０３のウォブリング検出タイミングで検出される信号出力）と、今回の検出結果である「Ｘ１」との差を計算してＸ方向に関する位置ずれΔＸを算出し（Ｓ３７−３５）、次にΔＸが算出されるまで該ΔＸを記憶手段５２に保持させ（Ｓ３７−３６）、図６のＳ３７−７の処理に進む。なお、記憶手段５２に「Ｘ２」が格納されていない場合、制御部５は、Ｓ３７−３５及びＳ３７−３６で処理を実行せず、図６のＳ３７−７の処理に進む。

また、現在のタイミングが点１０１のウォブリング検出タイミングでない場合（Ｓ３７−３：ｎｏ）、制御部５は、Ｓ３７−４の処理に進み、当該タイミングが点１０３のウォブリング検出タイミングであるか否かを判定する。すなわちレーザ光１１が点１０３に位置しているときの光検出器４の出力を検出するタイミングであるか否かを判定する。

現在のタイミングが点１０３のウォブリング検出タイミングである場合（Ｓ３７−４：ｙｅｓ）、制御部５は、図７のＳ３７−２９の処理に進み、光検出器４の出力を検出する。そしてその検出結果を「Ｘ２」として記憶手段５２に格納する（Ｓ３７−３０）。制御部５は、さらに、記憶手段５２に格納された「Ｘ１」と、今回の検出結果である「Ｘ２」との差を計算してＸ方向に関する位置ずれΔＸを算出し（Ｓ３７−３１）、次にΔＸが算出されるまで該ΔＸを記憶手段５２に保持させ（Ｓ３７−３２）、図６のＳ３７−７の処理に進む。なお、記憶手段５２に「Ｘ１」が格納されていない場合、制御部５は、Ｓ３７−３１及びＳ３７−３２で処理を実行せず、図６のＳ３７−７の処理に進む。

このとき、Ｘ方向の目標位置（すなわちＸ方向に関するコア３３の中心位置）をＸ０とした場合、制御部５は、ΔＸ−Ｘ０を、Ｘ方向に関するコア３３の中心と光ビーム１１の中心（別の言い方をすると、コア中心１００と回転中心１０５）との位置ずれ信号としてフィードバックを行い、アクチュエータ駆動増幅器６を駆動させる。

また、現在のタイミングが点１０３のウォブリング検出タイミングでない場合（Ｓ３７−４：ｎｏ）、制御部５は、Ｓ３７−５の処理に進み、当該タイミングが点１０２のウォブリング検出タイミングであるか否かを判定する。すなわちレーザ光１１が点１０２に位置しているときの光検出器４の出力を検出するタイミングであるか否かを判定する。

現在のタイミングが点１０２のウォブリング検出タイミングである場合（Ｓ３７−５：ｙｅｓ）、制御部５は、図７のＳ３７−２５の処理に進み、光検出器４の出力を検出する。そしてその検出結果を「Ｙ１」として記憶手段５２に格納する（Ｓ３７−２６）。制御部５は、さらに、後述する処理によって記憶手段５２に格納される「Ｙ２」（点１０４のウォブリング検出タイミングで検出される信号出力）と、今回の検出結果である「Ｙ１」との差を計算してＹ方向に関する位置ずれΔＹを算出し（Ｓ３７−２７）、次にΔＹが算出されるまで該ΔＹを記憶手段５２に保持させ（Ｓ３７−２８）、図６のＳ３７−７の処理に進む。なお、記憶手段５２に「Ｙ２」が格納されていない場合、制御部５は、Ｓ３７−２７及びＳ３７−２８で処理を実行せず、図６のＳ３７−７の処理に進む。

また、現在のタイミングが点１０２のウォブリング検出タイミングでない場合（Ｓ３７−５：ｎｏ）、制御部５は、Ｓ３７−６の処理に進み、当該タイミングが点１０４のウォブリング検出タイミングであるか否かを判定する。すなわちレーザ光１１が点１０４に位置しているときの光検出器４の出力を検出するタイミングであるか否かを判定する。

現在のタイミングが点１０４のウォブリング検出タイミングである場合（Ｓ３７−６：ｙｅｓ）、制御部５は、図７のＳ３７−２１の処理に進み、光検出器４の出力を検出する。そしてその検出結果を「Ｙ２」として記憶手段５２に格納する（Ｓ３７−２２）。制御部５は、さらに、記憶手段５２に格納された「Ｙ１」と、今回の検出結果である「Ｙ２」との差を計算してＹ方向に関する位置ずれΔＹを算出し（Ｓ３７−２３）、次にΔＹが算出されるまで該ΔＹを記憶手段５２に保持させ（Ｓ３７−２４）、図６のＳ３７−７の処理に進む。なお、記憶手段５２に「Ｙ１」が格納されていない場合、制御部５は、Ｓ３７−２３及びＳ３７−２４で処理を実行せず、図６のＳ３７−７の処理に進む。

このとき、Ｙ方向の目標位置（すなわちＹ方向に関するコア３３の中心位置）をＹ０とした場合、制御部５は、ΔＹ−Ｙ０を、Ｙ方向に関するコア３３の中心と光ビーム１１の中心（別の言い方をすると、コア中心１００と回転中心１０５）との位置ずれ信号としてフィードバックを行い、アクチュエータ駆動増幅器６を駆動させる。

Ｓ３７−７では、アクチュエータ駆動増幅器６のウォブリング以外の出力指令値を保持するデータ保持手段５３あるいはウォブリング手段６２に制御部５がデータ（ＤＡデータ）を出力するタイミングか否かを判定する。ＤＡデータを出力するタイミングであった場合（Ｓ３７−７：ｙｅｓ）、制御部５は内部で計算されたアクチュエータ７の駆動電流に相当するＸ方向ＤＡ出力データをデータ保持手段５３あるいはウォブリング手段６２に設定し（Ｓ３７−８）、さらにＹ方向ＤＡ出力データをデータ保持手段５３あるいはウォブリング手段６２に設定し（Ｓ３７−９）、Ｓ３７−１０に進む。アクチュエータ駆動増幅器６はデータ保持手段５３あるいはウォブリング手段６２に設定されているデータに従った駆動電流でアクチュエータ７をＸ方向及びＹ方向に駆動する。当該タイミングがＤＡ出力を出力するタイミングでない場合（Ｓ３７−７：ｎｏ）、Ｓ３７−１０に進む。Ｓ３７−７ではサーボ処理が終了か否かを判定し、終了で無ければ（Ｓ３７−１０：ｎｏ）、次のクロックを待つためにＳ３７−１に戻る。終了の場合（Ｓ３７−１０：ｙｅｓ）、表示していない終了処理に向かう。

Ｓ３７においてサーボ処理が実行されると、制御部５は、次に、コア３３の中心の探索処理を実行する（Ｓ３８）。以下に、図８を参照して、図５のＳ３８におけるコア３３の中心の探索処理を説明する。

制御部５は、先ず、コア３３の中心の探索完了を示すフラグをクリアすると共に、図５のＳ３５の処理で記憶手段５２に記憶されたＸ方向及びＹ方向の初期位置情報を取得する（Ｓ３８−１）。そして、位置センサ７３の出力に基づいて対物レンズ２のＸ方向及びＹ方向の現在位置情報を検出し（Ｓ３８−２）、この現在位置情報と初期位置情報との差分情報を算出する（Ｓ３８−３）。制御部５は、このとき算出される差分情報に基づいて、位置センサ７３から出力される現在位置情報が初期位置情報に近づくようアクチュエータ駆動増幅器６を駆動させる。差分情報が所定値より大きい（すなわち対物レンズ２の現在位置と初期位置情報とが所定距離より離れている）場合（Ｓ３８−４：ｎｏ）、制御部５は、位置決め処理が完了していないと判断し、Ｓ３８−２の処理に戻る。また、差分情報が所定値以下、且つその状態が所定時間持続した場合（Ｓ３８−４：ｙｅｓ）、制御部５は、位置決め処理が完了したと判断し、Ｓ３８−５の処理に進む。

図８のフローチャートの処理であって、Ｓ３８−５以降の処理では、制御部５は、コア３３の中心を探索する処理を実行する。これ以降実行される中心探索処理では、制御部５は、対物レンズ２を所定の走査範囲内（Ｓ３６の処理で設定された範囲）でＸ方向及びＹ方向に走査させ、レーザ光１１がコア３３に入射される位置を探索する。図９は、このとき実行される中心探索処理を説明する図である。なお、第１の実施形態では、Ｘ方向の走査を主走査方向とし、Ｙ方向の走査を副走査方向として定義する。以下、図９を参照して、本発明の第１の実施形態における中心探索処理を説明する。

図９に示した中心探索処理では、Ｘ方向の走査範囲の端部であって、第１の端部（図９中左側の端部）から第２の端部（図９中右側の端部）に向けてレーザ光１１を所定の速度で主走査させる。そしてレーザ光１１が第２の端部に達したら、該レーザ光１１を、Ｙ方向へ所定距離副走査させ、その後、第２の端部から第１の端部に向けて所定の速度で主走査させる。この一連の走査処理を、光検出器４に出力変化が現れるまで繰り返し実行する。

前述のように、光ファイバ３の端面におけるレーザ光１１の直径及びコア３３の直径は１０（μｍ）程度である。しかしながら位置制御されていない状態においては、レーザ光１１とコア３３とのＸ−面内での距離は、１０（μｍ）程度を大きく越えている。従って、光検出器４の出力は略０である。レーザ光１１がコア３３に部分的に入射すると光検出器４の出力はコア３３とレーザ光１１の中心間距離に応じた有限の値となる。そのため、光検出器４が所定の値を越えていることは、レーザ光１１がコア３３の中心から近い位置にあることを意味している。従って、中心探索ができたか否かは、光検出器４の出力が所定の値を越えているか否かによって判定することができる。

Ｓ３８−５の処理において、制御部５は、上述した第１の端部から第２の端部までレーザ光１１を主走査させる為にＸ方向の目標位置を設定する。ここで設定されるＸ方向の目標位置は、レーザ光１１の現在位置が第１の端部にあるときには第２の端部であり、レーザ光１１の現在位置が第２の端部にあるときには第１の端部である。次いで制御部５は、光検出器４の出力が所定値を越しているか否かを検出する（Ｓ３８−６）。光検出器４の出力が所定値を越えている場合（Ｓ３８−６：ｙｅｓ）、制御部５は、中心探索が成功したことを示すフラグを立て（Ｓ３８−１２）、図９のＳ３９の処理に進む。また、光検出器４の出力が所定値を越え、レーザ光１１を前記目標位置に向けて所定の速度でＸ方向に走査する（Ｓ３８−７）。

制御部５は、次に、レーザ光１１の走査位置が前記目標位置である第１の端部または第２の端部のいずれかに達したか否かを判定する（Ｓ３８−８）。レーザ光１１が前記目標位置に達している場合（Ｓ３８−８：ｙｅｓ）、制御部５は、Ｓ３８−９に進む。また、レーザ光１１がいずれかの端部にも達していない場合（Ｓ３８−８：ｎｏ）、制御部５は、Ｓ３８−６の処理に戻る。

Ｓ３８−９の処理において、制御部５は、レーザ光１１を副走査させる為にＹ方向の目標位置を設定する。ここで設定されるＹ方向の目標位置は、レーザ光１１の現在位置から副走査方向に所定距離離れた位置である。制御部５は、レーザ光１１が副走査方向に関する走査範囲（Ｓ３６の処理で設定された、Ｙ方向に関する走査範囲）の終端を越えたか否かを判定する（Ｓ３８−１０）。Ｙ方向の終端を越えたと判定された場合（Ｓ３８−１０：ｙｅｓ）、制御部５は、Ｓ３８−１１に進む。Ｙ方向の終端に達していないと判定された場合（Ｓ３８−１０：ｎｏ）、制御部５は、Ｓ３８−５に戻る。

Ｓ３８−１１の処理において、制御部５は、Ｓ３８−１におけるＸ方向及びＹ方向の初期位置情報を取得する処理が所定回数以上実行されたか否かを判定する。初期位置情報取得処理が所定回数以上実行されている場合（Ｓ３８−１１：ｙｅｓ）、制御部５は、図８のフローチャートの処理を終了させる。この場合、制御部５は、中心検索処理が正常に実行できなかったとして図示しない表示手段に異常を表示し、レーザ光入射部２００を備えている光通信用宅内接続装置の動作を停止させる。また、初期位置情報取得処理が実施された回数が所定回数より少ない場合（Ｓ３８−１１：ｎｏ）、制御部５は、Ｓ３８−１の処理に戻り、新たな初期位置情報を取得して前回と別の走査範囲内でコア３３の中心の探索処理を実行する。

Ｓ３８においてコア３３の中心の探索処理が実行されると、制御部５は、次に、引き込みが完了したか否かを判定する（Ｓ３９）。なお、ここでいう引き込みとは、レーザ光１１がコア３３に掛かると、該レーザ光１１の中心を、コア３３の中心と一致させるようにサーボ系を制御する動作を示す。引き込み、すなわちレーザ光１１の中心とコア３３の中心との位置決めが完了したと判定された場合（Ｓ３９：ｙｅｓ）、制御部５は、図４のＳ４に進む。また、引き込みが完了していないと判定された場合（Ｓ３９：ｎｏ）、制御部５は、Ｓ３７に戻る。

図５のフローチャートに示したように、コア中心の探索処理を２段階に分けて実行する（ここではＳ３３及びＳ３８）と、広い範囲を探索するとき（例えば製造直後の中心探索処理であって、仮の初期位置や走査範囲により該処理を実行するとき）には、引き込みを考慮しない中心探索処理を実行すればよい。従って、少なくとも主走査方向に関しては高速に該処理を実行することができる。また、狭い範囲を探索するとき（例えば記憶手段５２に記憶された初期位置を用いて中心探索処理を実行するとき）には、探索開始時からウォブリング動作を行い、中心探索ができ次第引き込みを実行する。そのため、中心探索処理で必要とされる時間を短縮させることができる。

ここで、ウォブリングによる位置決め制御及び中心探索を実行する為に必要な各パラメータの数値条件の一例を説明する。例えばアクチュエータ７のＸ方向及びＹ方向の加速度の感度を１０×１０^６（ｍ／ｓ^２）とし、ウォブリングに必要なレーザ光１１の振幅を１（μｍ）とし、光学系の横倍率を１とすると、対物レンズ２の振幅は１／（１＋１）＝０．５（μｍ）必要となる。また、１方向当たりの許容できるウォブリング電流が１００（ｍＡ）であるとすると、ウォブリング周波数ｆｗとして可能な最大周波数は、１０×１０^６／（２×π×ｆｗ）^２＝５×１０^−４（ｍｍ）より、２．２５（ｋＨｚ）となる。第１の実施形態ではウォブリング一周期当たり２回の位置ずれ検出が可能である為、可能な最高サンプル周波数は４．５（ｋＨｚ）となる。位置決めサーボ系のカットオフ周波数は一般にサンプル周波数の１／１０程度である。従って、ここでのカットオフ周波数は最高で４５０（Ｈｚ）となる。また、ウォブリングによる位置ずれ検出の線形性は、レーザ光１１の中心がコア３３の範囲内に位置するときに実質的に保たれる。従って、上述したようにコア３３の径が１０（μｍ）であるとき、ウォブリングによる位置ずれ検出が線形性を保つ範囲は、コア３３の中心から５（μｍ）内の範囲となる。カットオフ周波数を４５０（Ｈｚ）としたとき、本実施形態のウォブリング位置決め系が引き込み可能な突入速度ｖｉｎは、位置ずれ検出の線形範囲と位置決め系のカットオフ周波数の積に略比例する。なお、突入速度とは位置決め制御を開始するときの初期速度である。従って、ここでは突入速度の許容最大値ｖｉｎは、ｖｉｎ＝０．００５×２×π×４５０≒１４（ｍｍ／ｓ）となる。

次に中心探索について説明する。図９の如く走査が行われる場合、上述したようにレーザ光１１及びコア３３の径は共に１０（μｍ）である為、副走査時におけるレーザ光１１とコア３３との間隔は１０（μｍ）以下でなければならない。なお、ここでは、レーザ光１１がコア３３に入射したことを検出する光量レベルや各種ばらつきを考慮して、レーザ光１１とコア３３との間隔を５（μｍ）以下に設定する。また、中心探索の時間を短縮する為には副走査方向に関する走査経路の間隔は大きい方が望ましい為、該間隔は、１０（μｍ）とする。

Ｘ方向に主走査しているときに外乱加速度が加わると、Ｘ方向には走査速度の変化、Ｙ方向にはＹ方向の位置ずれとして影響が現れる。走査速度の影響は、ウォブリングによる位置ずれ検出に切り替える際の突入速度の変動として現れる。

例えば、Ｙ方向に外乱加速度が２０００（ｍ／ｓ^２）加わり、このとき光検出器４が確実に検出できる光量をコア３３に入射させる為にレーザ光１１とコア３３との中心間の距離を７（μｍ）以下に設定すると、位置決めサーボ系で許容されるずれ量は、７−５＝２（μｍ）となる。また、位置決めサーボ系に要求されるカットオフ周波数ｆｃは、２０００／（２×π×ｆｃ）^２＝２×１０^−３（ｍｍ）より、１５９（Ｈｚ）以上となる。

ここで、主走査方向の走査速度を上述の許容突入速度の半分の７（ｍｍ／ｓ）とし、外乱加速度の影響による速度変動を２（ｍｍ／ｓ）以下に抑える必要があると仮定する。速度制御系において外乱加速度が加わったときに残る速度のずれは、速度制御系のカットオフ周波数に反比例する。従って、主走査方向の速度制御系のカットオフ周波数ｆｖは、２０００／（２×π×ｆｖ）＝２×１０^−３（ｍｍ）より、１５９（Ｈｚ）以上となる。

次に、本発明の第２の実施形態の２次元位置制御装置について説明する。図１０は、本発明の第２の実施形態のレーザ光入射部２００ａの構成を模式的に示した図である。また、図１１は、第１の実施形態の図８のフローチャートに相当するものであり、本発明の第２の実施形態におけるコア中心の探索処理を示したフローチャートである。なお、第２の実施形態のレーザ光入射部２００ａにおいて、図１から図９に示す第１の実施形態のレーザ光入射部２００と同一の構成には、同一の符号を付してここでの詳細な説明は省略する。以下、図１０及び図１１を参照して、レーザ光入射部２００ａの構成及び作用について説明する。

第１の実施形態のレーザ光入射部２００と異なり、第２の実施形態のレーザ光入射部２００ａには、対物レンズ２の位置を検出する為の位置センサ７３が備えられていない。従って、第１の実施形態のレーザ光入射部２００と比較して構造が簡略化し、且つ低コストとなる。第２の実施形態では、アクチュエータ駆動増幅器６の出力電圧の直流成分を検出することにより対物レンズ２の位置情報を取得している。以下に、この位置情報取得処理を採用したコア中心の探索処理について説明する。

図１１のフローチャートは、上述したように図８のフローチャート（すなわち図５のＳ３８の処理）に相当するものである。従って、図５のＳ３７の処理が終了すると同時に図１１のフローチャートの処理が開始され、図１１のフローチャートの処理が終了すると同時に図５のＳ３９の処理が開始される。

Ｓ３８−２１の処理において、レーザ光入射部２００ａ全体の制御を司る制御部５ａは、先ず、コア３３の中心の探索完了を示すフラグをクリアする。そしてアクチュエータ駆動増幅器６の出力電圧の直流成分を検出し、対物レンズ２の現在位置情報を取得する。ここでは、制御部５ａは、このとき検出された該直流成分と、アクチュエータ７の単位電流当たりの加速度（加速度感度）、共振周波数、及びコイル抵抗に基づいて、対物レンズ２の現在位置情報を取得することができる。

制御部５ａは、次に、図５のＳ３５の処理で記憶手段５２に記憶されたＸ方向及びＹ方向の初期位置情報を、アクチュエータ駆動増幅器６の出力電圧の直流成分に変換し、その変換された値を初期駆動電圧として取得する（Ｓ３８−２２）。

初期駆動電圧を取得すると、制御部５ａは、アクチュエータ駆動増幅器６の出力電圧の直流成分（すなわち対物レンズ２の位置）を、初期駆動電圧（すなわち初期位置）まで所定時間掛けて変化させる為のＸ方向及びＹ方向の駆動電圧の変化速度を演算する。そして駆動電圧と初期駆動電圧との差を、所定時間で滑らかに減少させるようにＸ方向及びＹ方向のアクチュエータ駆動増幅器６の駆動電圧を設定し（Ｓ３８−２３）、駆動電圧を変化させていく。検出された直流成分が初期駆動電圧に達した場合（Ｓ３８−２４：ｙｅｓ）、制御部５ａは、所定時間その状態を保持・安定させ（Ｓ３８−２５）、コア３３中心の探索処理を実行する。また、検出された直流成分が初期駆動電圧に達していない場合（Ｓ３８−２４：ｎｏ）、制御部５ａは、Ｓ３８−２３の処理に戻る。

図１１のフローチャートの処理であって、Ｓ３８−２６以降の処理では、制御部５ａは、コア３３の中心を探索する処理を実行する。第２の実施形態における中心探索処理は、第１の実施形態における中心探索処理と同様の制御により実行される。

Ｓ３８−２６の処理において、制御部５ａは、上述した第１の端部から第２の端部までレーザ光１１を主走査させる為にＸ方向の目標駆動電圧を設定する。ここで設定されるＸ方向の目標駆動電圧とは、レーザ光１１の現在位置が第１の端部にあるときには、レーザ光１１が第２の端部にあるときに出力され得る駆動電圧である。また、レーザ光１１の現在位置が第２の端部にあるときには、レーザ光１１が第１の端部にあるときに出力され得る駆動電圧である。

制御部５ａは、第１の端部から第２の端部（または第２の端部から第１の端部）に向けてレーザ光１１を主走査し、駆動電圧を変化させていき、第１の実施形態と同様に光検出器４の出力が所定の値を越したか否かを検出する（Ｓ３８−２７）。光検出器４の出力が所定値を越した場合（Ｓ３８−２７：ｙｅｓ）、制御部５ａは、中心探索が成功したことを示すフラグを立て（Ｓ３８−３３）、図９のＳ３９の処理に進む。また、光検出器４の出力が所定値を越さなかった場合（Ｓ３８−２７：ｎｏ）、制御部５ａは、レーザ光１１を一定速度でＸ方向に走査させる為に、Ｘ方向の駆動電圧が設定された変化割合となるようにＸ方向の目標駆動電圧を設定する（Ｓ３８−２８）。

制御部５ａは、次に、駆動電圧を検出しＸ方向の目標駆動電圧に達したか否か（レーザ光１１が第１の端部または第２の端部のいずれかに達したか否か）を判定する（Ｓ３８−２９）。Ｘ方向の目標駆動電圧に達している場合（Ｓ３８−２９：ｙｅｓ）、制御部５ａは、Ｓ３８−３０に進む。また、Ｘ方向の目標駆動電圧に達していない場合（Ｓ３８−２９：ｎｏ）、制御部５は、Ｓ３８−２７の処理に戻る。

Ｓ３８−３０の処理において、制御部５ａは、レーザ光１１を副走査させる為にＹ方向の目標駆動電圧を設定する。ここで設定されるＹ方向の目標駆動電圧とは、レーザ光１１の現在位置から副走査方向に所定距離離れた位置に該レーザ光があるときに出力され得る駆動電圧である。制御部５は、レーザ光１１が副走査方向に関して走査範囲（Ｓ３６の処理で設定された、Ｙ方向に関する走査範囲）の終端に達したか否かを判定する（Ｓ３８−３１）。Ｙ方向の終端に達したと判定された場合（Ｓ３８−３１：ｙｅｓ）、制御部５は、Ｓ３８−３２に進む。Ｙ方向の終端に達していないと判定された場合（Ｓ３８−３１：ｎｏ）、制御部５は、Ｓ３８−２６に戻る。

Ｓ３８−３２の処理において、制御部５ａは、Ｓ３８−２２におけるＸ方向及びＹ方向の初期駆動電圧を取得する処理が所定回数以上実行されたか否かを判定する。初期駆動電圧取得処理が所定回数以上実行されている場合（Ｓ３８−３２：ｙｅｓ）、制御部５ａは、図１１のフローチャートの処理を終了させる。この場合、制御部５ａは、中心検索処理が正常に実行できなかったとして図示しない表示手段に異常を表示し、レーザ光入射部２００ａを備えている光通信用宅内接続装置の動作を停止させる。また、初期駆動電圧取得処理が実施された回数が所定回数より少ない場合（Ｓ３８−３２：ｎｏ）、制御部５ａは、Ｓ３８−２１の処理に戻り、新たな初期位置情報を取得して前回と別の走査範囲内でコア３３の中心探索処理を実行する。

次に、本発明の第３の実施形態の２次元位置制御装置について説明する。図１２は、本発明の第３の実施形態のレーザ光入射部２００ｂの構成を模式的に示した図である。なお、第３の実施形態のレーザ光入射部２００ｂにおいて、図１から図９に示す第１の実施形態のレーザ光入射部２００と同一の構成には、同一の符号を付してここでの詳細な説明は省略する。

レーザ光入射部２００ｂは、アクチュエータ７、支持ばね７１、レンズホルダ７２、及び位置センサ７３の替わりにアクチュエータユニット９を備えており、対物レンズ２は、このアクチュエータユニット９の作用によりウォブリングされている。アクチュエータ駆動増幅器６ａは、アクチュエータユニット９に備えられているステッピングモータ９３及びステッピングモータ９４を駆動する機能を果たす。図１３は、本発明の第３の実施形態の構成要素であるアクチュエータユニット９の構成を示した模式図である。以下に、図１３を参照して、アクチュエータユニット９の構成及び作用について説明する。

アクチュエータユニット９は、対物レンズ２及び対物レンズ２を保持したレンズ枠２１を保持する第１の枠体９１と、第１の枠体９１を保持する第２の枠体９２と、第１の枠体９１をＸ方向に移動させるＸ方向ステッピングモータ９３と、レンズ枠２１をＹ方向に移動させるＹ方向ステッピングモータ９４から構成されている。

第１の枠体９１は、第２の枠体９２の開口部分に配置されており、Ｘ方向と平行な方向に伸長している第２の枠体９２の内壁に沿って移動できるように保持されている。アクチュエータ駆動増幅器６ａからＸ方向ステッピングモータ９３にパルスが与えられると、このとき与えられたパルス数に応じてＸ方向ステッピングモータ９３は回転し、第１の枠体９１は、第２の枠体９２内をＸ方向に移動する。制御部５ｂは、このときアクチュエータ駆動増幅器６ａから出力されたパルス数をカウントすることにより、第１の枠体９１（すなわち対物レンズ２）のＸ方向に関する位置を取得することができる。

また、レンズ枠２１は、第１の枠体９１の開口部分に配置されており、Ｙ方向と平行な方向に伸長している第１の枠体９１の内壁に沿って移動できるように保持されている。アクチュエータ駆動増幅器６ａからＹ方向ステッピングモータ９４にパルスが与えられると、このとき与えられたパルス数に応じてＹ方向ステッピングモータ９４は回転し、レンズ枠２１は、第１の枠体９１内をＹ方向に移動する。制御部５ｂは、アクチュエータ駆動増幅器６ａから出力されたパルス数をカウントすることにより、レンズ枠２１（すなわち対物レンズ２）のＹ方向に関する位置を取得することができる。

第３の実施形態では、Ｘ方向ステッピングモータ９３及びＹ方向ステッピングモータ９４を同時に駆動させ、その移動方向を合成させることにより、対物レンズ２を楕円振動させている。その結果、光ファイバ３の端面上においてレーザ光１１が楕円の軌跡を描くようにウォブリングされる。第３の実施形態ではステッピングモータを用いて対物レンズ２をウォブリングさせている為、２次遅れ系のウォブリングにならない。従ってウォブリングの制御を簡略化させることができる。

また、第１の枠体９１をＹ方向に関して２分した線を軸Ｘｘとし、第２の枠体９２をＸ方向に関して２分した線を軸Ｙｙとし、これらの軸の交点（すなわち図１３におけるアクチュエータユニット９の中心点）を中心点Ｏとする。また、アクチュエータユニット９内における対物レンズ２の初期位置は中心点Ｏと対物レンズ２の光軸とが一致する位置であり、対物レンズ２は、中心点Ｏを回転中心として楕円振動する。このときＸ方向の位置ずれを検出する為のウォブリング検出タイミングを、対物レンズ２が軸Ｘｘ上に位置する時の２点に設定すると、制御部５ｂは、Ｘ方向ステッピングモータ９３に与えられたパルス数をカウントするだけで対物レンズ２の位置ずれ検出を行うことができる。また、Ｙ方向の位置ずれを検出する為のウォブリング検出タイミングを、対物レンズ２が軸Ｙｙ上に位置する時の２点に設定すると、制御部５ｂは、Ｙ方向ステッピングモータ９４に与えられたパルス数をカウントするだけで対物レンズ２の位置ずれ検出を行うことができる。第３の実施形態では、このような観点からもウォブリングの制御を簡略化させることができる。従って、第３の実施形態では、演算処理などに費やされる時間を軽減させることができ、結果、迅速に位置制御を行うことができる。

次に、本発明の第４の実施形態の２次元位置制御装置について説明する。図１４は、本発明の第４の実施形態のレーザ光入射部２００ｃの構成を模式的に示した図である。なお、第４の実施形態のレーザ光入射部２００ｃにおいて、図１から図９に示す第１の実施形態のレーザ光入射部２００と同一の構成には、同一の符号を付してここでの詳細な説明は省略する。

第４の実施形態のレーザ光入射部２００ｃは、レーザダイオード１、レーザダイオード駆動装置８、及びアクチュエータ７を搭載してＸ方向及びＹ方向に移動する走査手段７４を備えている。この走査手段７４は、例えば、Ｘ方向及びＹ方向に延伸した案内機構と、該案内機構を移動させる為のステッピングモータから構成されている。走査手段７４は、該案内機構に含まれる送りねじをステッピングモータで回転させることによって、搭載したアクチュエータ７やレーザダイオード１をＸ方向及びＹ方向に移動させることができる。この走査手段７４を採用すると、レーザダイオード１は、制御部５ｃから送られたパルス数に応じてＸ方向及びＹ方向の広い範囲を移動することができる。従って、ファイバ３の位置が大きくばらついたり、レーザ光入射部が複数の光ファイバを備えたものであったりしても、所望の位置の光ファイバ３にレーザ光１１を入射させることができる。また、アクチュエータ７とは異なる駆動機構を採用できるため、走査の速度や範囲をより適切なものに設定することができる。

以上が本発明の実施形態である。本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく様々な範囲で変形が可能である。

本発明の第１の実施形態のレーザ光入射部の構成を模式的に示した図である。 本発明の第１の実施形態でレーザ光をウォブリングさせたときの、光ファイバの端面上におけるレーザ光の動きを示した図である。 本発明の第１の実施形態においてウォブリングが実施された際の信号出力の時間的変化を示したグラフである。 本発明の第１の実施形態における位置制御処理の全体的な流れを示したフローチャートである。 図４のサブルーチンであり、本発明の第１の実施形態における位置制御のサーボ処理を示したフローチャートである。 図５のサブルーチンであり、本発明の第１の実施形態におけるウォブリングによる２次元位置制御のサーボ処理を示したフローチャートである 図５のサブルーチンであり、本発明の第１の実施形態におけるウォブリングによる２次元位置制御のサーボ処理を示したフローチャートである。 図５のサブルーチンであり、本発明の第１の実施形態におけるコア中心の探索処理を示したフローチャートである。 図８のフローチャートで実行される中心探索処理を説明する図である。 本発明の第２の実施形態のレーザ光入射部の構成を模式的に示した図である。 本発明の第２の実施形態におけるコア中心の探索処理を示したフローチャートである。 本発明の第３の実施形態のレーザ光入射部の構成を模式的に示した図である。 本発明の第３の実施形態の構成要素であるアクチュエータユニットの構成を示した模式図である。 本発明の第４の実施形態のレーザ光入射部の構成を模式的に示した図である。

符号の説明

１ レーザダイオード
２ 対物レンズ
３ 光ファイバ
３３ コア
５ 制御部
６２ ウォブリング手段
７ アクチュエータ
７４ 走査手段
２００ レーザ光入射部

Claims (15)

1. 所定の２次元平面において実質的に有限範囲内に分布する空間伝搬エネルギーと、該エネルギーが入力されるエネルギー入力手段の少なくとも一方を、該２次元平面上でその相対的な移動の軌跡が楕円となるように振動させるステップと、
   該楕円の軌跡上で該楕円の中心を挟んで対となる、少なくとも二対の点上におけるエネルギーを検出するステップと、
   検出されたそれぞれの対の点間におけるエネルギー差を演算し、該２次元平面上における該エネルギーと該エネルギー入力手段との位置ずれを検出するステップと、を含むこと、を特徴とする２次元位置制御方法。
2. 検出されるそれぞれの前記エネルギー差が所定の値に達するまで請求項１に記載の３つのステップを繰り返し実行すること、を特徴とする２次元位置制御方法。
3. 前記対となる点は、互いに、前記楕円の中心を挟んで対称に位置すること、を特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の２次元位置制御方法。
4. 前記対となる互いの点を結ぶ線と平行な方向に関する位置ずれを検出すること、を特徴とする請求項３に記載の２次元位置制御方法。
5. 前記２次元平面上において前記エネルギーまたは前記エネルギー入力手段のいずれかを所定の領域内で走査させるステップをさらに含み、
   該走査させるステップで所定範囲内の値のエネルギー差が検出されたとき、該エネルギー差に相当する位置情報を取得すること、を特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の２次元位置制御方法。
6. 所定の２次元平面において実質的に有限範囲内に分布する空間伝搬エネルギーを出力するエネルギー出力手段と、
   該エネルギーが入力されるエネルギー入力手段と、
   該２次元平面上における該エネルギーと該エネルギー入力手段の少なくとも一方を、その相対的な移動の軌跡が楕円となるように振動させる振動手段と、
   該楕円の軌跡上で該楕円の中心を挟んで対となる、少なくとも二対の点上におけるエネルギーを検出するエネルギー検出手段と、
   検出されたそれぞれの対の点間におけるエネルギー差を演算し、該２次元平面上における該エネルギーと該エネルギー検出手段との位置ずれを検出する位置ずれ検出手段と、を備えたこと、を特徴とする２次元位置制御装置。
7. 前記位置ずれ検出手段により検出されるエネルギー差が所定の値になるよう負帰還制御を行う制御手段をさらに備えたこと、を特徴とする請求項６に記載の２次元位置制御装置。
8. 前記エネルギー検出手段は、前記楕円の中心を挟んで対称となる点を、対となる点として検出すること、を特徴とする請求項６または請求項７のいずれかに記載の２次元位置制御装置。
9. 前記振動手段は、前記エネルギー出力手段または前記エネルギー入力手段のいずれかを、前記２次元平面上の方向であって、第１の方向、及び該第１の方向と直交する第２の方向に、その移動の軌跡が楕円となるように合成させて移動させること、を特徴とする請求項６から請求項８のいずれかに記載の２次元位置制御装置。
10. 前記位置ずれ検出手段は、前記対となる互いの点を結ぶ線と平行な方向に関する位置ずれを検出すること、を特徴とする請求項６から請求項９のいずれかに記載の２次元位置制御装置。
11. 前記エネルギー検出手段は、少なくとも２本の線であって、前記対となる互いの点を結ぶ線が、前記２次元平面上の方向であって、前記第１の方向、及び該第１の方向と直交する第２の方向の少なくとも１方向と平行になるように各点を検出すること、を特徴とする請求項１０に記載の２次元位置制御装置。
12. 前記エネルギーはガウシアン分布を有した光束であり、
    前記少なくとも二対の点は、前記光束の中心位置を検出したものであること、を特徴とする請求項６から請求項１１のいずれかに記載の２次元位置制御装置。
13. 前記エネルギー入力手段は、コア径が前記光束の径と略等しい光ファイバであること、を特徴とする請求項１２に記載の２次元位置制御装置。
14. 前記２次元平面上は、前記光束が入射する前記光ファイバの入射端面であること、を特徴とする請求項１３に記載の２次元位置制御装置。
15. 前記２次元平面上において前記エネルギーまたは前記エネルギー入力手段のいずれかを所定の領域内で走査させる走査手段と、
    該走査手段による前記エネルギーまたは前記エネルギー入力手段のいずれかの走査時に検出される前記エネルギーに基づいた前記エネルギー差が所定範囲内の値になるときに、当該エネルギー差に相当する位置情報を取得する位置情報取得手段と、をさらに備えたこと、を特徴とする請求項６から請求項１４のいずれかに記載の２次元位置制御装置。

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