KR20050040791A - 2차원 위치 제어 방법 및 2차원 위치 제어 장치 - Google Patents

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KR20050040791A
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이치카와아츠시
츠카모토신지
후지타도모히로
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펜탁스 가부시키가이샤
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Abstract

최소의 워블링 주파수에서 신속하게 2차원 위치 제어를 실행하는 2차원 위치 제어 방법이 제공된다. 이 방법은, 소정의 2차원 평면상에서 실질적으로 유한 범위내에 분포되는 공간 전파 에너지 또는 공간 전파 에너지가 입력되는 에너지 입력 시스템의 적어도 어느 하나를, 이들의 상대 운동 궤적이 2차원 평면상에서 타원을 형성하도록 진동시키는 단계, 타원의 중심의 양측에서 타원 궤적상의 적어도 2쌍의 점에서의 에너지를 검출하는 단계; 및 각각의 쌍으로 된 점에서 검출된 에너지 차이를 연산하여, 2차원 평면상에서의 공간 전파 에너지와 에너지 입력 수단 사이의 위치어긋남을 검출하는 단계를 포함한다.

Description

2차원 위치 제어 방법 및 2차원 위치 제어 장치{TWO-DIMENSIONAL POSITION CONTROL METHOD AND TWO-DIMENSIONAL POSITION CONTROL APPARATUS}
본 발명은, 출력된 에너지와 출력된 에너지가 입력되는 에너지 입력 장치 사이의 위치어긋남에 기초하여 그들 상호간의 위치를 제어하는 위치 제어 방법 및 위치 제어 장치에 관한 것으로서, 특히 2차원 위치 제어에 관한 것이다.
종래부터, 목표 위치와 그 위치를 바꾸도록 제어되는 대상 물체 사이의 위치어긋남을 검출하는 종래의 방법중의 하나로서 워블링법(wobbling method)이 있다. 이 방법은 공간을 통하여 에너지를 전파하는 장치에서 위치 제어를 실행한다.
이 방법은:
(1) 전자파, 음파 등과 같은 에너지 매체의 위치, 또는 (2) 제어가능 주파수보다도 높은 주파수에서 에너지 매체에 의해 전달되는 에너지를 검출하는 검출기의 위치중의 적어도 하나를 진동(워블링)시키는 단계;
워블링 사이클내의 복수의 특정 타이밍에서 검출기의 출력을 검출하는 단계;
복수의 타이밍 사이의 출력 차이에 기초하여 위치어긋남을 나타내는 위치어긋남 신호를 발생시키는 단계; 및
위치어긋남 신호를 피드백하여 위치결정 제어를 실행하는 단계를 포함한다.
전자파 또는 음파와 같은 에너지 매체의 공간 분포 위치를 워블링시키기 위하여, 에너지 매체원 또는 매체의 전파 경로에 배치된 검출기의 위치가 워블링될 수 있다.
일본국 특개평09-174942호는 에너지 매체 또는 검출기를 기계적으로 워블링 시키는 워블링법의 일례를 기재하고 있다. 상기 공보에 따르면, 에너지 매체는 반도체 레이저 요소에 의해 발사된 레이저빔이고, 검출기는 광섬유이고, 광섬유에 입사된 레이저빔은 광검출기에 의해 검출된다. 이 구성에 있어서, 레이저빔 또는 광섬유중의 어느 하나는 광축에 대하여 직교하는 2방향으로 워블링되고, 따라서 이들 2방향(즉 2차원)에 관한 (레이저빔과 광섬유 사이의) 상호간의 위치어긋남이 검출된다.
또한, 상기 공보에 따르면, 레이저빔과 목표점 사이의 위치어긋남이 아주 크게 되어 상대적인 위치어긋남이 검출될 수 없을 경우, 레이저빔 또는 광섬유의 워블링의 진동 진폭을 증가시키는 조동(粗動:rough movement) 제어 시스템을 이용하여 레이저빔이 광섬유에 입사되는 위치를 탐색하고, 입사된 빔의 양이 소정량 이상이고 위치어긋남이 소정량 이하일 때 레이저빔과 광섬유 사이의 상대 위치 제어가 개시된다.
상기 공보에 따르면, 광섬유를 2방향으로 교대로 워블링시킴으로써 레이저빔과 광섬유에 대한 2차원 상대 위치 제어가 실행된다. 따라서, 2방향(제 1 방향 및 제 2 방향)의 각각에서의 정확한 위치어긋남을 취득하기 위하여, 제 1 방향에 대한 워블링이 종료되고 제 2 방향에 대한 워블링이 개시될 때, 제 1 방향에 대한 워블링이 어느 정도 감쇠된 후에 제 2 방향에 대한 워블링을 개시할 필요가 있다. 따라서, 위치어긋남 검출에 비교적 긴 시간이 필요하여, 신속한 제어를 할 수 없고, 그 결과 위치가 양호하게 제어될 수 없다고 하는 문제가 있다.
추가적으로, 상기 공보에서와 같은 장치에서는, 외력에 의한 레이저빔과 광섬유의 위치어긋남을 추종할 수 있도록 필요 최저한의 워블링 주파수에서 광섬유를 워블링시키는 것이 일반적이다. 그러나, 상기 공보에 따르면, 2방향에 대한 워블링을 식별하기 위하여, 제 1 방향 및 제 2 방향에서 각각 상이한 워블링 주파수에서 광섬유가 워블링된다. 따라서, 제 1 방향 및 제 2 방향중의 적어도 한 방향에서 필요 최저한의 워블링 주파수보다 높은 주파수에서 광섬유를 워블링시킬 필요가 있다. 따라서, 소비 전력량이나 발열량이 증가할 수 있다.
게다가, 상기 공보에 따르면, 레이저빔과 광섬유 사이의 상대 위치어긋남이 크게 될 경우, 큰 워블링 진폭을 제공하는 조동 제어 기구가 채용된다. 그러나, 상기 공보는 조동 제어 기구의 구체적인 설명을 제공하고 있지 않기 때문에, 그 실현성이 불명료하다.
본 발명은, 필요 최저한의 워블링 주파수에서 신속한 2차원 위치 제어를 할 수 있고, 2개의 제어 대상물 사이의 큰 상대 위치어긋남을 효율적으로 감소시킬 수 있는 2차원 위치 제어 방법 및 2차원 위치 제어 장치가 제공된다는 점에서 유리하다.
본 발명의 한 측면에 따르면, 소정의 2차원 평면상에서 실질적으로 유한 범위내에 분포되는 공간 전파 에너지 또는 공간 전파 에너지가 입력되는 에너지 입력 시스템중의 적어도 하나를, 2차원 평면상에서 공간 전파 에너지 및 에너지 입력 시스템의 상대적인 이동의 궤적이 타원을 형성하도록 진동시키는 단계, 타원의 중심의 양측에서 타원 궤적상에서 적어도 2쌍의 점에서 에너지를 검출하는 단계, 및 각각의 쌍의 점에서 검출된 에너지 차이를 연산하여, 2차원 평면상에서의 공간 전파 에너지와 에너지 입력 시스템 사이의 위치어긋남을 검출하는 단계를 포함하는 2차원 위치 제어 방법이 제공된다. 또한, 각각의 검출된 에너지 차이가 소정의 값이 될 때까지 상기 세 단계가 반복되는 2차원 위치 제어 방법이 제공된다.
선택적으로, 상기 2차원 위치 제어 방법에 있어서, 쌍으로 된 점은 타원의 중심에 대하여 대칭으로 위치될 수 있다. 이 구성에 있어서, 쌍으로 된 점을 서로 연결하는 선에 대하여 평행한 방향에 대한 위치어긋남을 검출할 수 있다.
추가적으로, 상기 2차원 위치 제어 방법은 2차원 평면상에서 공간 전파 에너지 또는 에너지 입력 시스템중의 어느 하나를 소정의 영역내에서 주사시키는 단계를 더 포함하고 있고, 소정 범위내에서의 에너지 차이가 주사 단계에서 검출되면, 에너지 차이에 상당하는 위치 정보가 취득된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 소정의 2차원 평면상에서 실질적으로 유한 범위내에 분포되는 공간 전파 에너지를 출력하는 에너지 출력 시스템, 공간 전파 에너지가 입력되는 에너지 입력 시스템, 2차원 평면상에서 공간 전파 에너지 또는 에너지 입력 시스템중의 적어도 어느 하나를, 공간 전파 에너지 및 상기 에너지 입력 시스템의 상대 이동의 궤적이 타원을 형성하도록 진동시키는 진동 시스템, 타원의 중심의 양측에서 타원 궤적상에서 적어도 2쌍의 점에서 에너지를 검출하는 에너지 검출 시스템, 각각의 쌍으로 된 점에서 검출된 에너지 차이를 연산하여, 2차원 평면상에서 공간 전파 에너지와 에너지 검출 시스템 사이의 위치어긋남을 검출하는 위치어긋남 검출 수단을 포함하는 2차원 위치 제어 장치가 제공된다. 추가적으로, 상기의 2차원 위치 제어 장치는 위치어긋남 검출 시스템에 의해 검출된 에너지 차이가 소정의 값에 도달하도록 네거티브 피드백 제어를 실행하는 제어 시스템을 더 포함한다.
추가적으로, 상기의 2차원 위치 제어 장치에 있어서, 에너지 검출 시스템은 타원의 중심에 대하여 대칭인 점을, 쌍으로 된 점으로서 검출할 수 있다.
게다가, 상기의 2차원 위치 제어 장치에 있어서, 진동 시스템은, 에너지 출력 시스템 또는 에너지 입력 시스템중의 어느 하나를, 2차원 평면상에서, 제 1 방향 및 제 1 방향에 대하여 직교하는 제 2 방향으로, 2방향으로의 합성된 이동 궤적이 타원을 형성하도록 이동시킬 수 있다.
선택적으로, 상기의 2차원 위치 제어 장치에 있어서, 위치어긋남 검출 시스템은, 쌍으로 된 점을 서로 연결하는 선에 대하여 평행한 방향에 대한 위치어긋남을 검출할 수 있다. 게다가, 이 구성에 있어서, 에너지 검출 시스템은, 2차원 평면상에서, 쌍으로 된 점을 서로 연결하는 적어도 2개의 선이 제 1 방향 또는 제 1 방향에 대하여 직교하는 제 2 방향중의 적어도 어느 하나에 대하여 평행하도록 각각의 점을 검출할 수 있다.
게다가, 상기의 2차원 위치 제어 장치에 있어서, 공간 전파 에너지는 가우시안 분포를 나타내는 광속일 수 있고, 적어도 2쌍의 점은, 광속의 중심 위치를 검출하기 위하여 취득될 수 있다. 이 구성에 있어서, 에너지 입력 시스템은 코어 직경이 광속의 직경과 대략 동일한 광섬유일 수 있다. 게다가, 이 구성에 있어서, 2차원 평면은 광속이 입사하는 광섬유의 입사단부면일 수 있다.
추가적으로, 상기의 2차원 위치 제어 장치는, 2차원 평면에서 소정의 영역내에서 공간 전파 에너지 또는 에너지 입력 시스템중의 어느 하나를 주사시키는 주사 시스템, 및 공간 전파 에너지 또는 에너지 입력 시스템의 주사시에 주사 시스템에 의한 검출된 에너지에 근거하여 에너지 차이가 소정의 범위내의 값이 될 경우, 에너지 차이에 상당하는 위치 정보를 취득하는 위치 정보 취득 시스템을 더 포함한다.
(실시예)
이하, 본 발명의 제 1 실시예의 2차원 위치 제어 장치에 관하여 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
제 1 실시예
본 발명의 제 1 실시예의 2차원 위치 제어 장치는, 임의의 출력원으로부터 출력되고 공간에서 전파하는 에너지(이하, 공간 전파 에너지라 함)가, 임의의 장치(이하, 공간 전파 에너지 입력 시스템이라 함)에 입력되도록 구성된다. 그 후, 2차원 위치 제어 장치는, 공간 전파 에너지 입력 시스템으로부터 취득된 출력에 기초하여, 공간 전파 에너지 및 공간 전파 에너지 입력 시스템을 서로에 대하여 위치맞춤한다. 2차원 위치 제어 장치는, 예를 들면, 일반 가정 등에서 광케이블을 통한 데이터의 송수신에 사용되는 광통신용 택내 접속 장치(Customer Premises Equipment:CPE)의 레이저빔 입력 모듈로서 채용된다.
본 발명에 있어서, 공간 전파 에너지의 검출량은, 공간 전파 에너지의 위치와 공간 전파 에너지 입력 시스템 사이의 위치어긋남에 따라 변한다. 본 실시예에서는 공간 전파 에너지로서 레이저빔을 채용하고 있지만, 다른 실시예에서는 공간 전파 에너지로서 음파 또는 전자파가 채용될 수 있도록 2차원 위치 제어 장치를 구성할 수 있다. 본 발명에 있어서, 공간 전파 에너지(본 실시예에서는 레이저빔)를 신호라고 부른다.
도 1은, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 레이저빔 입력 모듈(200)의 구성을 나타내는 개략도이다. 도 1을 참조하여, 레이저빔 입력 모듈(2O0)의 구성 및 작용에 관하여 설명한다.
레이저빔 입력 모듈(200)은, 광통신용 택내 접속 장치(CPE)의 송수신부의 광섬유(3)에 레이저빔(11)이 입력되도록 구성된다. 레이저빔 입력 모듈(200)은, 레이저빔(11)을 조사(照射)하는 레이저 다이오드(1), 레이저 다이오드(1)의 전방에 배치된 대물 렌즈(2), 대물 렌즈(2)의 전방에 배치된 광섬유(3), 광섬유(3)(의 광로내)에 구비된 빔 분기수단(31), 빔 분기수단(31)의 분기로인 분기 광섬유(32), 분기 광섬유(32)의 단부 근방에 배치된 광검출기(4), 광검출기(4)에 접속되어 광검출기(4)의 출력을 증폭하는 증폭기(41), 레이저빔 입력 모듈(200) 전체의 제어를 담당하는 제어 유닛(5), 각종의 제어를 위한 타이밍 신호를 생성하는 클럭(51), 각종 정보를 저장하는 메모리(52), 각종 정보를 일시적으로 유지하는 데이터 유지 장치(53)(예를 들면, RAM : Random Access Memory), 액추에이터(7)를 구동하기 위한 드라이버로서 작용하는 액추에이터 구동 증폭기(6), 대물 렌즈(2)를 이동시키는 액추에이터(7)에 의해 실행되는 진동(워블링) 작용을 제어하는 워블링 모듈(62), 액추에이터(7)의 고정부에 일단부가 고정된 지지 스프링(71), 지지 스프링(71)에 고정되어 대물 렌즈(2)를 유지하는 렌즈 홀더(72), 대물 렌즈(2)의 위치를 검출하는 위치 센서(73), 및 레이저 다이오드(1)를 구동하기 위한 드라이버로서 작용하는 레이저 다이오드 구동 장치(8)를 포함한다.
대물 렌즈(2)의 광축에 대하여 평행한 방향을 Z 방향이라 하고, Z축에 대하여 직교하고 도 1의 평면에 대하여 평행한 방향을 Y 방향이라 하고, 도 1에서 Y 방향 및 Z 방향의 양방향에 대하여 직교하는 방향을 X 방향이라 한다.
레이저 다이오드 구동 장치(8)에 의해 구동되는 레이저 다이오드(1)는, 레이저빔(11)을 사출(射出)한다. 사출된 레이저빔(11)은, 대물 렌즈(2)를 통하여 광섬유(3)의 단부면에 있는 코어(33)에 입사된다. 대물 렌즈(2)는, 코어(33)에 입사되는 레이저빔(11)의 광량이 소정량 이상이 되도록, 레이저빔(11)을 광섬유(3)의 단부면상에서 초점맞춤한다.
코어(33)를 통하여 전송되는 레이저빔(11)은, 소정의 비율로, 분기수단(31)에 의해, 분기 광섬유(32)에 분기된다. 분기 광섬유(32)를 통하여 전송되는 레이저빔(11)은, 분기 광섬유(32)로부터 출사(出謝)하고, 그 후 광검출기(4)에 입사된다.
광검출기(4)는, 입사된 레이저빔(11)(보다 자세하게는, 빔 분기수단(31)에 의해 소정의 비율로 분기된 레이저빔(11)의 광량)을 수신하고 (레이저빔(11)의 광량에 상당하는) 수신된 광량을 나타내는 신호를 출력한다. 광검출기(4)로부터 출력된 신호는 검출광 증폭기(41)에 송신되고, 여기에서 증폭된다.
제어 유닛(5)은 클럭(51)에 의해 생성된 타이밍 신호에 동기하여 각종 신호를 검출하고 출력한다. 증폭기(41)가 증폭된 신호를 출력할 때, 제어 유닛(5)은, 워블링 사이클내의 소정의 타이밍으로 출력 신호를 취입한다. 제어 유닛(5)은, 취입된 신호에 기초하여, 광섬유(3)의 단부면상에서의 코어(33)에 대한 레이저빔(11)의 위치어긋남을 검출하고, 액추에이터 구동 증폭기(6)를 구동시키는 신호를 데이터 유지 장치(53)에 출력한다. 추가적으로, 제어 유닛(5)은 워블링 모듈(62)을 제어하는 작용도 한다.
워블링 모듈(62)은, 제어 유닛(5)의 제어하에서, 소정의 주파수 "f" 및 소정의 진폭 "a"로 액추에이터(7)를 구동시키는 신호를 액추에이터 구동 증폭기(6)에 출력한다.
액추에이터 구동 증폭기(6)는, 데이터 유지 장치(53)에 의해 출력된 신호 및 워블링 모듈(62)에 의해 출력된 신호에 기초하여 액추에이터(7)를 구동시킨다. 액추에이터(7)가 구동될 때, 액추에이터(7)에 고정되어 있는 지지 스프링(71)의 가동 단부(즉, 도 1에서 좌측 단부)와, 지지 스프링(71)에 지지되어 있는 렌즈 홀더(72)와, 렌즈 홀더(72)에 의해 유지되어 있는 대물 렌즈(2)는 일체로 이동한다. 또한, 액추에이터(7)는, X-Y 평면내의 소정의 유한 범위내에서 대물 렌즈(2)를 연속적으로 이동시키는 주사 시스템으로서 작용한다.
지지 스프링(71)은, 중립 상태에서의 길이방향이 Z 방향과 일치하는 4개의 평행한 원형 단면의 금속 스프링을 포함한다. 이들 4개의 금속 스프링은, 외력이 가해질 때, X 방향 및 Y 방향으로는 비교적 쉽게 변위되고, Z 방향으로는 변위되기 어려운 특성을 갖고 있다.
렌즈 홀더(72)는, 지지 스프링(71)에 의해 지지된다. 따라서, 대물 렌즈(2) 및 렌즈 홀더(72)는 액추에이터(7)의 구동에 의해 워블링되고, 이는 2차 지연 시스템의 진동 특성을 나타낸다.
렌즈 홀더(72)에는 위치 센서(73)가 근접하여 배치되어 있다. 위치 센서(73)는, 렌즈 홀더(72)의 X 방향 및 Y 방향의 변위를 각각 검출한다. 위치 센서(73)에 의해 검출된 각각의 변위를 나타내는 신호는 제어 유닛(5)에 전송된다. 따라서, 제어 유닛(5)은, 위치 센서(73)로부터 전송된 신호에 기초하여 대물 렌즈(2)의 위치 정보를 취득한다.
도 2는, 본 발명의 제 1 실시예에 따라, 레이저빔(11)이 워블링될 때의 광섬유(3)의 단부면상에서의 레이저빔(11)의 운동을 나타내는 차트이다. 제 1 실시예에 따르면, 대물 렌즈(2)는, 액추에이터(7)에 의해, 대물 렌즈(2)의 궤적이 원을 형성하도록 워블링되고, 레이저빔(11)은 광섬유(3)의 단부면상에서 원을 형성하도록 워블링된다.
도 2의 X 축 및 Y 축은 도 1의 X 방향 및 Y 방향에 각각 상당한다. 도 2에서 X 축과 Y 축과의 교점은 코어(33)의 중심(코어 중심(100))과 일치하고, 레이저빔(11)은, 회전 중심(105)를 중심으로 한 반경 R의 원을 형성하면서 광섬유(3)의 단부면상에서 워블링된다. 이 실시예에 따르면, 회전 중심(105)은, 레이저빔(11)이 워블링하고 있지 않을 때의 레이저빔(11)의 중심이고, 코어 중심(100)으로부터 X 방향으로 dx 만큼 떨어지고 Y 방향으로 dy 만큼 어긋난 점(코어 중심(100)을 원점으로 한 경우의 좌표(dx, dy))이다. 원은 타원의 2개의 초점이 서로 일치할 때의 타원의 특수한 형상이기 때문에, 본 명세서에서는, 원은 타원의 하나로 간주된다. 추가적으로, 레이저빔(11)은, 이 실시예에서는 원의 궤적을 형성하지만, 다른 실시예에서는 레이저빔(11)이 타원의 궤적을 형성하도록 대물 렌즈(2)가 워블링될 수 있다. 그 경우, 회전 중심(105)은, 타원의 2개의 초점의 중점으로 정의된다.
점(101, 102, 1O3, 및 1O4)은, 워블링 중의 레이저빔(11)의 중심의 궤적의 샘플링된 점을 나타낸다. 특히, 점(101)은, 회전 중심(105)으로부터 X 축에 대하여 평행하게 그은 선과 상기의 원과의 교점 근방의 점이고, 점(1O3)은, 회전 중심(105)에 대하여 점(101)과 대칭인 원상의 점이다. 점(102)은, 회전 중심(105)으로부터 Y 축에 대하여 평행하게 그은 선과 상기의 원과의 교점 근방의 점이고, 점(1O4)은, 회전 중심(105)에 대하여 점(102)과 대칭인 원상의 점이다.
레이저빔(11)의 강도 분포는 대체로 가우시안 분포를 나타낸다. 각각의 소자(레이저 다이오드(1), 대물 렌즈(2) 및 광섬유(3))는, 단부면상에서의 레이저빔(11)의 직경(광 강도가 중심부의 1/e2인 곳의 직경)이 코어(33)의 직경(약 10㎛)과 대략 동일하도록 배치되어 있다.
코어(33)에 입사되는 레이저빔(11)의 광량은, 레이저빔(11)의 중심이 코어(33)의 중심과 일치할 때 최대로 되고, 이들 사이의 어긋남량이 증가함에 따라 감소된다. 어긋남량이 비교적 작은 범위에서는, 코어(33)에 입사되는 광량은 어긋남량의 2승에 대체로 비례한다. 레이저빔(11)의 단면 형상은 X-Y 평면상에서 대체로 타원이다. 레이저 다이오드(1)가 면 발광 다이오드일 경우에는 단면 형상은 원형이다. 본 명세서에서는, 레이저빔(11)의 X-Y 평면상에 있어서의 단면 형상이 원형이라고 가정하여 설명한다.
이하의 식은, 액추에이터(7)에 전류가 흐르지 않는 상태에서 레이저빔(11)의 중심이 코어(33)의 중심과 대략 일치하도록 조정했을 때의, X 방향 및 Y 방향에서의 구동 전류를 나타낸다. 진동 특성 및 단위 전류당 발생된 가속도(가속도 감도)는 액추에이터(7)의 X 방향 및 Y 방향에서 동일하다.
Ix=I0×sin(2×π×f×t) …(1)
Iy=I0×sin(2×π×f×t+π/2) …(2)
도 3은, 제 1 실시예에 따라 워블링이 실행될 때의 신호 출력의 시간적 변화를 나타내는 차트이다. 세로축은 신호 출력량을 나타내고, 가로축은 위상(시간)을 나타낸다. 도 3은, 레이저빔(11)의 k-번째 및 (k+1)-번째 사이클에서의 신호 출력의 시간적 변화를 나타낸다. 점(101, 1O2, 103, 1O4)에서 광검출기(4)에 의해 검출되는 신호 출력을 P1, P2, P3, P4로 나타내고, 이들 신호 출력은, 도 3에 도시된 바와 같이 레이저빔(11)이 한 사이클을 진행함에 따라 변동한다. T1k, T2k, T3k , 및 T4k는, k-번째 사이클에서 레이저빔(11)이 점(101, 102, 103 및 104)을 각각 통과하는 시각을 나타낸다. 이와 유사하게, T1(k+1), T2(k+1), T3(k+1), 및 T4(k+1)은, (K+1)-번째 사이클에서 레이저빔(11)이 점(101, 102, 103 및 104)을 각각 통과하는 시각을 나타낸다. P1k, P2k, P3k, 및 P4k는, k-번째 사이클에서 점(101, 1O2, 103, 및 104)에서의 레이저빔(11)의 신호 출력을 나타낸다. 이와 유사하게, P1(k+1), P2(k+1), P3(k+1), 및 P4(k+1)은, (k+1)-번째 사이클에서의 점(101, 102, 103, 및 104)에서의 레이저빔(11)의 신호 출력을 나타낸다.
코어(33)에 입사되는 레이저빔(11)의 양이 코어 중심(10O)에 대한 레이저빔(11)의 중심의 어긋남량 "r"의 2승에 비례하여 대략 감소되는 상기의 조건하에서, P1과 P3 사이의 신호 출력차 P를 나타내면:
P=Q0×(1-k×r2) …(3)
로 되고, 단, k는 계수이다.
좌표계의 원점이 회전 중심(105)에 설정되고, 점(101) 및 점(103)의 좌표를(x01, y01) 및 (x03, y03)로 나타낼 때, 점(101) 및 점(103)은 X-Y 평면상에서 회전 중심(105)에 대하여 대칭이고 위상이 서로 180도 다르기 때문에, 코어 중심(100)을 원점으로 하는 좌표계에서의 점(101)의 좌표(x1, y1) 및 점(103)의 좌표(x3, y3)를 나타내면:
x1=x01+dx …(4)
y1=y01+dy …(5)
x3=-x01+dx …(6)
y3=-y01+dy …(7)로 된다.
이들 식(4) 내지 (7)을 식 r2=x2+y2를 고려하여 식(3)에 대입하면, 출력차 P1-P3를 계산하면:
P1-P3 = Q0×(-k×(x1 2+y1 2)+k×(x3 2+y32))
= -Q0×k×((x01+dx)2+(y01+dy)2-(-x01+dx) 2-(-y01+dy)2)
= -Q0×k×4×(x01×dx+y01×dy) …(8)로 된다.
식(8)로부터 명확한 바와 같이, 코어(33)와 레이저빔(11) 사이의 X 방향에서의 위치어긋남의 검출시, y01의 절대값이 작으면 작을수록, X 방향에서의 위치어긋남이 고정밀도로 검출된다. 즉, 점(101), 회전 중심(105), 및 점(103)을 연결하는 선이 X 축에 대하여 평행한 경우(예를 들면, y01=0), 식(8)은 X 방향에서의 위치어긋남(dx)에 비례하는 값을 나타낸다. 따라서, X 방향에서의 위치어긋남은 이 경우에 취득된 신호 출력차(P1-P3)에 따라 가장 고정밀도로 취득된다. 신호 출력차(P1-P3)의 절대값이 작으면 작을수록, 회전 중심(105)은 X 방향으로 코어 중심(10O)에 보다 가까이 접근하는 한편, 절대값이 크면 클수록, 회전 중심(105)은 X 방향으로 코어 중심(100)으로부터 보다 멀리 멀어진다.
레이저빔(11)이 점(101)상에 위치하는 순간에 제어 유닛(5)이 광검출기(4)의 출력을 취득하기 위하여, 제어 유닛(5)은, 액추에이터(7)를 구동시키는, 제어 유닛(5)으로부터 출력된 구동 신호에 대한 대물 렌즈(2)의 시간 지연을 데이터 테이블로서 유지하고 있다. 제어 유닛(5)은, 이 테이블을 이용하여 (사전에) 시간 지연을 보정하고, 광검출기(4)의 출력을 취득한다.
상기와 유사하게, 좌표계의 원점이 회전 중심(105)에 있고 점(102) 및 점(104)의 좌표가 (x02, y02) 및 (x04, y04)일 때, P2와 P4 사이의 신호 출력차를 계산하면:
P2-P4 = -Q0×k×4×(x02×dx＋y02×dy) ……(9)로 된다.
식(9)로부터 명확한 바와 같이, 코어(33)와 레이저빔(11) 사이의 X 방향에서의 위치어긋남을 검출할 경우, x02의 절대값이 작으면 작을수록, Y 방향에서의 위치어긋남이 고정밀도로 검출된다. 즉, 점(102), 회전 중심(105), 및 점(104)를 연결하는 선이 Y 축에 대하여 평행한 경우(예를 들면 x02=0), 식(9)는 Y 방향에서의 위치어긋남(dy)에 비례하는 값을 나타낸다. 따라서, Y 방향에서의 위치어긋남은 이 경우에 취득된 신호 출력차(P2-P4)에 따라 가장 고정밀도로 검출된다. 신호 출력차(P2-P4)의 절대값이 작으면 작을수록, 회전 중심(105)은 Y 방향으로 코어 중심(100)에 보다 가까이 접근하는 한편, 절대값이 크면 클수록, 회전 중심(105)은 Y 방향으로 코어 중심(100)으로부터 보다 멀리 멀어진다.
상기의 상황에서, 워블링 모듈(62)을 구동하는 클럭수가 1사이클에서 4의 정배수로 설정되고, 레이저빔(11)이 대물 렌즈(2)에 의해 점(1O1)과 같은 4점중의 어느 한 점에 위치될 때의 타이밍과 이 클럭수가 일치하면, 타이밍의 어긋남에 의해 야기되는 위치 검출에서의 위치어긋남을 억제할 수 있다. 제어 유닛(5)으로부터 워블링 모듈(62)에 출력되는 제어 신호는 주파수 "f" 및 진폭 "a"로 워블링하도록 대물 렌즈(2)를 제어하기 위한 신호이고, 액추에이터 구동 증폭기(6), 액추에이터(7) 및 지지 스프링(71)의 특성이 안정적이다. 그 결과, 회전 중심(1O5)에 대한 레이저빔(11)의 위치((x01, y01), (x02, y02), (x03, y03) 및 (x04, y04))의 변동은 충분히 작다.
제어 유닛(5)은, 위치 센서(73)로부터 출력된 신호를 2방향의 성분(X 방향 및 Y 방향)으로 분해하여, 각각의 성분을 시간에 대하여 미분하고, 미분된 결과를 증폭하여, 액추에이터 구동 증폭기(6)의 구동 신호에 증폭된 결과를 중첩시킨다. 이것에 의해 액추에이터(7)의 기계 공진을 효과적으로 감쇠시킬 수 있다. 이 경우에, 시간에 대하여 미분된 신호는, 워블링 주파수에서 충분히 작아서 고주파 영역에서 감쇠되도록 필터링된다. 따라서, 미분된 신호는, 대물 렌즈(2)를 워블링시키는 신호에 영향을 미치지 않는다.
다음에, 도 4 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 위치 제어 처리에 대하여 설명한다.
도 4는, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 위치 제어 처리의 전체적인 흐름을 나타내는 플로차트이다. 도 5는, 도 4의 서브루틴이고, 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 "서보 처리"를 나타내는 플로차트이다. 도 6 및 도 7은, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 워블링에 의한 "2차원 위치 제어 처리"의 서브루틴을 나타내는 플로차트이다. 도 8은, 본 발명의 제 1 실시예에 따른, 코어 중심의 탐색 처리를 나타내는 도 5에서의 서브루틴을 나타내는 플로차트이다.
우선, 도 4를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 위치 제어 처리의 전체적인 흐름을 설명한다.
레이저빔 입력 모듈(200)의 전원이 투입되면 위치 제어 절차가 개시된다. 레이저빔 입력 모듈(200)을 그 구성 요소로서 포함하는 광통신용 택내 접속 장치(CPE)의 전원이 투입되면(단계 1, 이하, 단계를 S로 약기), 제어 유닛(5)은 레이저 입력 모듈(200)를 동작시키기 위한 동작 파라미터/조건을 설정한다(S2). 이 설정이 이루어지면, 제어 유닛(5)은, 레이저빔 입력 모듈(200)에 있어서의 코어(33)와 레이저빔(11)의 위치 제어를 실행할 수 있는 상태로 되고, 레이저빔(11)을 광섬유(3)에 대하여 위치맞춤시킨다. 즉, 제어부는 코어(33)와 레이저빔(11) 사이의 상대 위치를 조정하기 위한 서보 처리를 실행한다(S3).
S3의 서보 처리에 있어서 코어(33)와 레이저빔(11) 사이의 위치맞춤이 완료되면, 제어 유닛(5)은, 광통신이 사용가능한 상태로 된 것을 디스플레이(도시 생략)를 사용하여 사용자에게 알리는 동시에, 사용자 및/또는 외부로부터의 요구에 따라 송수신을 제어한다(S4). 사용자가 전원 오프의 조작을 실행하면, 제어 유닛(5)은, 필요한 정보를 메모리(52)에 기억하고, 레이저빔 입력 모듈(200)을 오프한다(S5).
도 5는, 도 4의 S3에서의 서보 처리의 상세한 작동을 나타낸다. 제어 유닛(5)은, 우선, 레이저 다이오드 구동 장치(8)을 구동시켜 레이저 다이오드(1)으로부터 레이저빔(11)을 사출시킨다(S30). 또한 제어 유닛(5)은, 광섬유(3)에 대한 레이저빔(11)의 위치가 조정될 때 취득된 위치 정보(즉, 코어(33)의 중심 위치 정보이고, 즉, 이 경우에는 초기 위치 정보)가 메모리(52)에 기억되어 있는지 여부를 체크한다(S31).
메모리(52)에 초기 위치 정보가 기억되어 있는 경우(S31:YES), 제어 유닛(5)은, S36으로 진행한다. 메모리(52)에 초기 위치 정보가 기억되어 있지 않은 경우(예를 들면, 레이저빔 입력 모듈(200)이 제조된 후 아직 작동되지 않은 경우)(S31:NO), 제어 유닛(5)은, 임시의 초기 위치와 임시의 주사 범위를 설정한다(S32). 여기에서 임시의 초기 위치란, 광섬유(3)1I의 단부면상의 위치이고, 후술하는 S33에서의 중심 탐색 처리시 레이저빔(11)의 주사가 개시되는 위치이다. 임시의 주사 범위란, 레이저빔(11)의 주사 가능 범위의 일부의 범위이고, 예를 들면, 분할된 주사 가능 범위 중의 하나의 범위이다.
제어 유닛(5)은, 임시의 주사 범위내에서 임시의 초기 위치에서 개시하여 레이저빔(11)을 주사하여, 코어(33)의 중심을 탐색한다(S33). 이 경우에, 레이저빔(11)의 일부가 코어(33)에 입사되면, 광검출기(4)의 출력이 변한다.
제어 유닛(5)은, 광검출기(4)의 출력이 소정치보다 큰지 여부에 기초하여, 광섬유(3)의 단부면상에서의 레이저빔(11)의 위치가 코어(33) 근방인지 여부를 판정한다(S34). 임시의 주사 범위내를 주사할 때에 광검출기(4)의 출력이 소정치보다 큰 경우(S34:YES), 제어 유닛(5)은, 레이저빔(11)의 위치가 코어(33) 근방에 있다고 판정한다. 그리고 제어 유닛(5)은, 검출된 위치에서의 위치 센서(73)의 2 방향(X 방향 및 Y 방향)에서의 출력을 대물 렌즈(2)의 위치 정보로 변환하고, 변환된 위치 정보를 초기 위치로서 메모리(52)에 기억시킨다(S35). 임시의 주사 범위내를 주사할 때에 소정치 이하의 출력이 검출된 경우(S34:NO), 제어 유닛(5)은, 레이저빔(11)의 위치가 코어(33) 근방에 없다고 판정하고, S32로 복귀한다. 그리고 앞의 설정과는 다른 임시의 초기 위치 및 임시의 주사 범위를 설정하고, 중심 탐색 처리를 속행한다.
S36의 처리에서, 제어 유닛(5)은, 메모리(52)에 기억되어 있는 초기 위치(즉, 이전에 취득된 초기 위치) 및 주사 범위를 작동 파라미터로서 설정한다. 이 때 설정된 초기 위치는 코어(33) 근방의 위치이다. 코어(33) 근방에 초기 위치가 설정되어 있는 것을 제어 유닛(5)은 파악하고 있기 때문에, 이 때 설정된 주사 범위는, 비교적 좁은 범위(예를 들면 S32의 임시의 주사 범위보다 좁은 범위)라고 할 수 있다.
초기 위치 및 주사 범위를 설정한 후, 제어 유닛(5)은, 워블링을 개시하여, X 방향 및 Y 방향에서의 코어(33)와 레이저빔(11) 사이의 상대 위치 조정을 위한 서보 처리를 실행한다(S37). 이하에서, 도 6 및 도 7을 참조하여, S37(도 5 참조)에서의 워블링에 의한 2차원 위치 제어의 서보 처리를 설명한다.
제어 유닛(5)은, 클럭(51)에 의해 생성된 소정의 클럭의 타이밍이 워블링에 의한 위치 제어의 타이밍으로 사용될 때, 이 클럭을 카운트한다(S3701). 그리고, 이 타이밍이 광검출기(4)의 출력이 검출되는 타이밍인지 여부를 카운트에 기초하여 판정한다(S3702). 이 타이밍이 광검출기(4)의 출력을 검출하는 타이밍이 아닐 경우(S3702:NO), 제어 유닛(5)은, S3707로 진행한다. 이 타이밍이 광검출기(4)의 출력을 검출하는 타이밍(이하, 워블링 검출 타이밍으로 약기)일 경우(S3702:YES), 제어 유닛(5)은, S3703로 진행한다.
S3703에서는, 제어 유닛(5)은, 현재의 타이밍이 점(101)의 워블링 검출 타이밍인지 여부를 판정한다. 즉, 레이저빔(11)이 점(101)에 위치하고 있을 때의 광검출기(4)의 출력이 검출되는 타이밍인지 여부를 판정한다.
현재의 타이밍이 점(101)의 워블링 검출 타이밍인 경우(S3703:YES), 제어 유닛(5)은, 도 7의 S3733으로 진행하고, 광검출기(4)의 출력을 검출한다. 그리고, 제어 유닛(5)은, 검출 결과를 "X1"으로 메모리(52)에 기억한다(S3734). 제어 유닛(5)은, 또한, 후술하는 처리에 의해 메모리(52)에 기억되는 "X2"(점(103)의 워블링 검출 타이밍에 검출된 신호 출력)와, 이번의 검출 결과인 "X1" 사이의 차이를 계산하여, X 방향에 관한 위치어긋남 △X를 산출하고(S3735), 다음 △X가 산출될 때까지 △X를 메모리(52)에 유지하고(S3736), 도 6의 S3707로 진행한다. 메모리(52)에 "X2"가 기억되어 있지 않는 경우, 제어 유닛(5)은, S3735 및 S3736을 실행하지 않고, 도 6의 S3707로 진행한다.
또, 현재의 타이밍이 점(101)의 워블링 검출 타이밍이 아닌 경우(S37l3:NO), 제어 유닛(5)은, S3704로 진행하고, 이 타이밍이 점(103)의 워블링 검출 타이밍인지 여부를 판정한다. 즉, 제어 유닛(5)은, 레이저빔(11)이 점(103)에 위치하고 있는 때의 광검출기(4)의 출력이 검출되는 타이밍인지 여부를 판정한다.
현재의 타이밍이 점(103)의 워블링 검출 타이밍인 경우(S37-4:YES), 제어 유닛(5)은, 도 7의 S3729로 진행하고, 광검출기(4)의 출력을 검출한다. 그리고, 검출 결과를 "X2"으로서 메모리(52)에 기억한다(S3730). 또한, 제어 유닛(5)은, 메모리(52)에 기억된 "X1"과, 이번의 검출 결과인 "X2" 사이의 차이를 계산하여, X 방향에서의 위치어긋남 △X를 산출하고(S3731), 다음에 △X가 산출될 때까지 △X를 메모리(52)에 유지하고(S3732), 도 6의 S3707로 진행한다. 메모리(52)에 "X1"가 기억되고 있지 않은 경우, 제어 유닛(5)은, S3731 및 S3732를 실행하지 않고, 도 6의 S3707로 진행한다.
상기의 경우에서, X 방향에서의 목표 위치(즉, X 방향에서의 코어(33)의 중심)를 X0로 한 경우, 제어 유닛(5)은, △X-XO를, 코어(33)의 중심과 레이저빔(11)의 중심(즉, 코어 중심(100)과 회전 중심(105)) 사이의 X 방향에서의 위치어긋남 신호로서 채택하는 피드백을 하고, 액추에이터 구동 증폭기(6)를 구동시킨다.
대안으로서, 현재의 타이밍이 점(1O3)의 워블링 검출 타이밍이 아닌 경우(S3704:NO), 제어 유닛(5)은, S3705의 처리로 진행하고, 당해 타이밍이 점(102)의 워블링 검출 타이밍인지 여부를 판정한다. 즉, 제어 유닛(5)은, 레이저빔(11)이 점(102)에 위치하고 있을 때의 광검출기(4)의 출력이 검출되는 타이밍인지 여부를 판정한다.
현재의 타이밍이 점(102)의 워블링 검출 타이밍인 경우(S3705:YES), 제어 유닛(5)은, 도 7의 S3725의 처리로 진행하고, 광검출기(4)가 출력을 검출한다. 그리고, 제어 유닛(5)은, 검출 결과를 "Y1"으로서 메모리(52)에 기억한다(S3726). 또한, 제어 유닛(5)은, 후술하는 처리에 의해 메모리(52)에 기억되는 "Y2"(점(1O4)의 워블링 검출 타이밍에 검출된 신호 출력)와, 이번의 검출 결과인 "Y1" 사이의 차이를 계산하여 Y 방향에 관한 위치어긋남 △Y를 산출하고(S3727), 다음에 △Y가 산출될 때까지 당해 △Y를 메모리(52)에 유지하고(S3728), 도 6의 S3707의 처리로 진행한다. 메모리(52)에 "Y2"가 기억되어 있지 않은 경우, 제어 유닛(5)은, S3727 및 S3728를 실행하지 않고, 도 6의 S3707의 처리로 진행한다.
현재의 타이밍이 점(102)의 워블링 검출 타이밍이 아닌 경우(S3705:NO), 제어 유닛(5)은, S3706의 처리로 진행하고, 당해 타이밍이 점(104)의 워블링 검출 타이밍인지 여부를 판정한다. 즉, 레이저빔(11)이 점(104)에 위치하고 있을 때의 광검출기(4)의 출력이 검출되는 타이밍인지 여부를 판정한다.
현재의 타이밍이 점(1O4)의 워블링 검출 타이밍인 경우(S3706:YES), 제어 유닛(5)은, 도 7의 S3721의 처리로 진행하고, 광검출기(4)의 출력을 검출한다. 그리고, 그 검출 결과를 "Y2"으로서 메모리(52)에 기억한다(S3722). 또한, 제어 유닛(5)은, 메모리(52)에 기억되는 "Y1"과, 이번의 검출 결과인 "Y2" 사이의 차이를 계산하여 Y방향에 관한 위치어긋남 △Y를 산출하고(S3723), 다음에 △Y가 산출될 때까지 당해 △Y를 메모리(52)에 유지하고(S3724), 도 6의 S3707의 처리로 진행한다. 메모리(52)에 "Y1"가 기억되어 있지 않은 경우, 제어 유닛(5)은, S3723 및 S3724를 실행하지 않고, 도 6의 S3707의 처리로 진행한다.
이 경우에, Y 방향의 목표 위치(즉, Y 방향에 관한 코어(33)의 중심)를 Y0로 한 경우, 제어 유닛(5)은, △Y-Y0을, Y 방향에 관한 코어(33)의 중심과 광빔(11)의 중심(즉, 코어 중심(100)과 회전 중심(105))과의 위치어긋남 신호로서 피드백을 하고, 액추에이터 구동 증폭기(6)를 구동시킨다.
S3707에 있어서, 제어 유닛(5)은, 당해 타이밍이 워블링 이외의 출력 지령치를 유지하는 데이터 유지 장치(53) 또는 워블링 수단(62)에 데이터(DA 데이터)를 출력하는 타이밍인지 여부를 판정한다. 당해 타이밍이 DA 데이터의 출력 타이밍인 경우(S3707:YES), 제어 유닛(5)은 내부에서 계산된 액추에이터(7)의 구동 전류에 상당하는 X 방향 DA 출력 데이터를 데이터 유지 장치(53) 또는 워블링 수단(62)에 설정하고(S3708), 또한 Y 방향 DA 출력 데이터를 데이터 유지 장치(53) 또는 워블링 수단(62)에 설정하고(S3709), S3710으로 진행한다. 액추에이터 구동 증폭기(6)는 데이터 유지 장치(53) 또는 워블링 수단(62)에 설정되어 있는 데이터에 따른 구동 전류에 의해 액추에이터(7)를 X 방향 및 Y 방향으로 구동시킨다. 당해 타이밍이 제어 유닛(5)이 DA 출력을 출력하는 타이밍이 아닌 경우(S3707:NO), 제어부는 S3710으로 진행한다. S3710에서는 서보 처리가 종료되었는지 여부를 판정한다. 서보 처리가 종료되지 않은 경우(S3710:NO), 제어 유닛(5)은 다음의 클럭을 기다리기 위하여 S3701로 복귀한다. 대안으로서, 서보 처리가 종료된 경우(S3710:YES), 제어 유닛(5)은 표시하고 있지 않은 종료 처리로 진행한다.
S37에서 서보 처리가 완료되면, 제어 유닛(5)은 코어(33)의 중심의 탐색 처리를 실행한다(S38). 이하에, 도 8을 참조하여, 도 5의 S38에서의 코어(33)의 중심의 탐색 처리를 설명한다.
제어 유닛(5)은, 우선, 코어(33)의 중심의 탐색 완료를 나타내는 플래그를 클리어함과 동시에, 도 5의 S35에서 메모리(52)에 기억된 X 방향 및 Y방향의 초기 위치 정보를 취득한다(S3801). 그리고, 제어부는 위치 센서(73)의 출력에 기초하여 대물 렌즈(2)의 X 방향 및 Y방향의 현재 위치 정보를 검출하고(S3802), 이 현재 위치 정보와 초기 위치 정보와의 차분 정보를 산출한다(S3803). 제어 유닛(5)은, 이 때 산출된 차분 정보에 기초하여, 위치 센서(73)로부터 출력된 현재 위치 정보에 의해 나타내어지는 값이 초기 위치 정보에 의내 나타내어지는 값에 가까워지도록 액추에이터 구동 증폭기(6)를 구동시킨다. 차분 정보에 의해 나타내어지는 값이 소정치보다 큰 경우(즉, 대물 렌즈(2)의 현재 위치와 초기 위치 정보가 소정 거리보다 멀어져 있는)(S3804:NO), 제어 유닛(5)은, 위치 결정 처리가 완료되지 않았다고 판정하고, S3802로 복귀한다. 대안으로서, 차분 정보에 의해 나타내어지는 값이 소정치 이하인 동시에 그 상태가 소정 시간 지속할 경우(S3804:YES), 제어 유닛(5)은, 위치 결정 처리가 완료되었다고 판정하고, S3805로 진행한다.
도 8의 플로차트에서, S3805 이후의 처리에서, 제어 유닛(5)은, 코어(33)의 중심을 탐색하는 처리를 실행한다. 이후 실행된 중심 탐색 처리에서는, 제어 유닛(5)은, 대물 렌즈(2)를 소정의 주사 범위내(S36의 처리에 의해 설정된 범위)에서 X 방향 및 Y 방향으로 주사시켜서, 레이저빔(11)이 코어(33)에 입사되는 위치를 탐색한다. 도 9는, 이 때 실행된 중심 탐색 처리를 설명하는 도면이다. 제 1 실시예에서는, X 방향의 주사를 주 주사 방향으로 하고, Y 방향의 주사를 부 주사 방향으로서 정의한다. 이하, 도 9를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 중심 탐색 처리를 설명한다.
도 9에 도시된 중심 탐색 처리에서, 레이저빔(11)의 메인 주사는 제 1 단부(도 9에서의 좌측 단부)로부터 제 2 단부(도 9에서의 우측 단부)까지 소정의 속도로 실행되는데, 여기에서 제 1 및 제 2 단부는 X 방향에서의 주사 범위에서의 단부이다. 레이저빔(11)이 제 2 단부에 도달하면, 레이저빔(11)의 서브 주사가, Y 방향으로 소정 거리 실행되고, 그 후, 레이저빔(11)의 메인 주사가, 제 2 단부로부터 제 1 단부까지 소정의 속도로 실행된다. 이 일련의 주사는, 광검출기(4)의 출력이 변할 때까지 반복된다.
상기한 바와 같이, 광섬유(3)의 단부면상에서의 레이저빔(11)의 직경 및 코어(33)의 직경은 대략 10㎛이다. 그렇지만, 위치 제어가 실행되고 있지 않은 상태에서는, 레이저빔(11)과 코어(33) 사이의 거리가 X-Y평면상에서 10㎛를 크게 초과한다. 이 경우에, 광검출기(4)의 출력은 대략 0이다. 레이저빔(11)이 코어(33)에 부분적으로 입사하면, 광검출기(4)의 출력은 코어(33)와 레이저빔(11) 사이의 중심 거리에 따른 유한의 값을 갖는다. 따라서, 광검출기(4)의 출력이 소정의 값을 초과하면, 레이저빔(11)은 코어(33)의 중심에 근접한다. 따라서, 광검출기(4)의 출력이 소정의 값을 초과하는지 여부에 기초하여, 중심 탐색이 성공적인지 여부를 판정할 수 있다.
S3805에 있어서, 제어 유닛(5)은, 상술한 바와 같이 제 1 단부로부터 제 2 단부까지 레이저빔(11)의 메인 주사를 위하여 X 방향에서의 목표 위치를 설정한다. X 방향에서의 목표 위치는, 레이저빔(11)의 현재 위치가 제 1 단부에 있을 때에는 제 2 단부이고, 레이저빔(11)의 현재 위치가 제 2 단부에 있을 때에는 제 1 단부이다. 그리고, 제어 유닛(5)은, 광검출기(4)의 출력이 소정치를 초과하는지 여부를 판정한다(S3806). 광검출기(4)의 출력이 소정치를 초과할 경우(S3806:YES), 제어 유닛(5)은, 중심 탐색이 성공적인 것을 나타내는 플래그를 설정하고(S3812), 도 5에서의 S39로 진행한다. 광검출기(4)의 출력이 소정치를 초과하지 않을 경우(S3806:NO), 제어 유닛(5)은, X 방향에서 소정의 속도로 목표 위치를 향하여 레이저빔(11)을 주사한다(S3807).
그리고, 제어 유닛(5)은, 레이저빔(11)의 주사가 목표 위치인 제 1 단부 또는 제 2 단부에 도달했는지 여부를 판정한다(S3808). 레이저빔(11)이 목표 위치에 도달한 경우(S3808:YES), 제어 유닛(5)은 S3809로 진행한다. 대안으로서, 레이저빔(11)이 어떠한 단부에도 도달하지 않은 경우(S3808:NO), 제어 유닛(5)은, S3806으로 복귀한다.
S3809에 있어서, 제어 유닛(5)은, 레이저빔(11)의 서브 주사를 위하여 Y 방향에서의 목표 위치를 설정한다. 여기에서 설정된 Y 방향에서의 목표 위치는, 레이저빔(11)의 현재 위치로부터 소정 거리 떨어진 서브 주사 방향에서의 위치이다. 제어 유닛(5)은, 레이저빔(11)이 서브 주사 방향에서의 주사 범위(S36에서 설정된 Y 방향에서의 주사 범위)의 종단을 초과했는지 여부를 판정한다(S3810). 레이저빔(11)이 Y 방향에서의 종단을 초과했다고 제어 유닛(5)이 판정한 경우(S3810:YES), 제어 유닛(5)은 S3811로 진행한다. 레이저빔(11)이 Y 방향의 종단을 초과하지 않았다고 제어 유닛(5)이 판정한 경우(S3810:NO), 제어 유닛(5)은, S3805로 복귀한다.
S3811에 있어서, 제어 유닛(5)은, S3801에서 X 방향 및 Y 방향에서의 초기 위치 정보를 취득하는 처리가 소정 회수 이상 반복되었는지 여부를 판정한다. 초기 위치 정보 취득 처리가 소정 회수 이상 반복된 경우(S3811:YES), 제어 유닛(5)은 도 8에서의 플로차트의 처리를 종료시킨다. 이 경우, 제어 유닛(5)은, 중심 탐색 처리가 성공적으로 종료되지 않았다고 판정하여, 도시하지 않은 디스플레이 수단에 오류를 나타내고, 입사된 레이저빔 출력부(200)를 갖추고 있는 광통신용 택내접속 장치(CPE)의 동작을 정지시킨다. 초기 위치 정보 취득 처리가 소정 회수 이하 반복된 경우(S3811:NO), 제어 유닛(5)은 S3801로 복귀하여, 새로운 초기 위치 정보를 취득하고, 전회와 다른 탐색 범위에서 코어(33)의 중심의 탐색 처리를 실행한다.
S38에서 코어(33)의 중심의 탐색 처리가 종료되면, 제어 유닛(5)은, 인입이 완료되었는지 여부를 판정한다(S39). 여기에서, 인입은, 레이저빔(11)이 코어(33)와 중첩하면 레이저빔(11)의 중심이 코어(33)의 중심과 일치하도록 서보 시스템을 제어하는 동작을 나타낸다. 인입, 즉 레이저빔(11)의 중심과 코어(33)의 중심 사이의 위치 결정(즉, 조정)이 완료됐다고 제어 유닛(5)이 판정한 경우(S39:YES), 제어 유닛(5)은 도 4에서의 S4로 진행한다. 인입이 완료되지 않았다고 제어 유닛(5)이 판정한 경우(S39:NO), 제어 유닛(5)은 S37로 복귀한다.
도 5의 플로차트에 도시된 바와 같이, 코어 중심의 탐색 처리가 2단계에서 실행(여기에서 S33 및 S38)되면, 넓은 범위에서의 탐색(예를 들면, 제조 직후에, 임시의 초기 위치 및 주사 범위를 사용하는 중심 탐색 처리)에, 인입을 고려하지 않은 중심 탐색 처리를 실행하면 좋다. 따라서 이 처리는 적어도 메인 주사 방향에서 고속으로 실행될 수 있다. 이어서, 탐색 처리가 좁은 범위에서 실행될 때(예를 들면 메모리(52)에 기억된 초기 위치를 이용하는 중심 탐색)에는, 워블링은 탐색 개시시부터 실행될 수 있고, 중심 탐색이 완료되자마자 인입이 실행될 수 있다. 따라서, 중심 탐색 처리에 필요한 시간을 단축시킬 수 있다.
여기에서부터는, 워블링에 의한 위치 결정 제어 및 중심 탐색을 실행하기 위하여 필요한 각각의 파라미터의 수치 조건의 일례를 설명한다. 예를 들면, 액추에이터(7)의 X 방향 및 Y 방향에서의 가속도 감도가 10×106(m/s2)이면, 워블링에 필요한 레이저빔(11)의 진폭은 1(㎛)이고, 광학 시스템의 횡 배율이 1이면, 대물 렌즈(2)의 진폭은 1/(1+1)=0.5(㎛)이다. 한쪽 방향에 대하여 허용될 수 있는 워블링 전류가 100(mA)이면, 워블링 주파수를 fw로 나타낼 경우, 10×106/(2×π×fw)2=5×10-4(mm)이기 때문에, 최대 주파수는 2.25(kHz)이다. 제 1 실시예에서, 위치어긋남 은 워블링의 한 사이클당 2번 검출될 수 있기 때문에, 최고 샘플링 주파수는 4.5(kHz)이다. 위치 결정 서보 시스템에서의 절단 주파수는 일반적으로 샘플링 주파수의 대략 1/10이다. 따라서 제 1 실시예에서의 절단 주파수는 최대 450(Hz)이다. 워블링에 의한 위치어긋남 검출의 선형성은, 레이저빔(11)의 중심이 코어(33)의 범위내에 위치할 때에 실질적으로 유지된다. 따라서, 상기한 바와 같이, 코어(33)의 직경이 10(㎛)이면, 워블링에 의한 위치어긋남 검출의 선형성이 유지되는 범위는, 코어(33)의 중심으로부터 5(㎛)내의 범위이다. 절단 주파수가 450(Hz)이면, 본 실시예에 따른 워블링에 기초한 위치결정 시스템이 인입을 실행할 수 있는 돌입 속도(Vin)는, 위치어긋남 검출의 선형성이 유지되는 범위와 위치결정 시스템의 절단 주파수의 적(積(product))에 대략 비례한다. 여기에서, 돌입 속도란 위치결정 제어를 개시할 때의 초기 속도이다. 따라서, 돌입 속도의 허용 최대치(Vin)는, Vin=0.005×2×π×450≒14(mm/s)이다.
다음으로 중심 탐색에 관하여 설명한다. 도 9에서와 같이 주사가 행해지는 경우, 레이저빔(11) 및 코어(33)의 직경은 둘다 1O(㎛)이기 때문에, 서브 주사시에 레이저빔(11)과 코어(33) 사이의 간격은 10(㎛)이하가 아니면 안된다. 레이저빔(11)이 코어(33)에 입사된 것을 검출하는 광량 레벨이나 각종 변동을 고려하여, 레이저빔(11)과 코어(33) 사이의 간격은 5(㎛)이하로 설정된다. 중심 탐색에 필요한 시간을 단축하기 위해서는 서브 주사 방향에서의 주사 경로의 간격이 큰 쪽이 바람직하기 때문에, 이 간격은 10㎛로 설정된다.
X 방향에서의 메인 주사시 외난 가속도가 가해지면, X 방향에서의 주사 속도의 변화, Y방향에서의 위치어긋남과 같은 영향이 나타난다. 주사 속도에 대한 영향은, 작동이 워블링에 의한 위치어긋남 검출로 바뀔 때의 돌입 속도에서의 변동을 야기한다.
예를 들면, Y 방향에서 2000(m/s2)의 외난 가속도가 가해지고, 광검출기(4)에 의해 확실하게 검출될 수 있는 충분한 광량을 갖는 빛이 코어(33)에 입사되도록 하기 위하여 레이저빔(11)과 코어(33) 사이의 중심 거리가 7(㎛)이하로 설정되면, 위치결정 서보 시스템에서 허용가능한 어긋남량은, 7-5=2(㎛)로 된다. 위치결정 서보 시스템에 요구되는 절단 주파수(fc)는, 2000/(2×π×fc)2=2×10-3(mm)이기 때문에, 159(Hz)이상이다.
여기에서, 메인 주사 방향에서의 주사 속도를 허용가능한 최대 돌입 속도의 절반인 7(mm/s)으로 하고, 외난 가속도의 영향에 의한 속도 변동을 2(mm/s)이하로 억제할 필요가 있다고 가정한다. 외난 가속도가 가해진 후에 남는 속도의 차이는, 속도 제어 시스템의 절단 주파수에 반비례한다. 따라서, 메인 주사 방향에서의 속도 제어 시스템의 절단 주파수(fv)는, 2000/(2×π×fv)2=2×1O-3(mm)이기 때문에, 159(Hz)이상이다.
제 2 실시예
여기에서부터는, 본 발명의 제 2 실시예의 2차원 위치 제어 장치에 관하여 설명한다. 도 10은 본 발명의 제 2 실시예의 레이저빔 입력 모듈(200a)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 11은 제 1 실시예의 도 8에서의 플로차트에 상당하는 플로차트이고, 본 발명의 제 2 실시예에서의 코어 중심의 탐색 처리를 나타내는 플로차트이다. 제 2 실시예의 레이저빔 입력 모듈(200a)에서, 도 1 내지 도 9에 도시된 제 1 실시예의 레이저빔 입력 모듈(200)과 동일한 구성에는, 동일한 부호를 붙이고 여기에서는 상세한 설명은 생략한다. 이하, 도 10 및 도 11을 참조하여, 레이저빔 입력 모듈(200a)의 구성 및 작용에 관하여 설명한다.
제 2 실시예에 따른 레이저빔 입력 모듈(200a)에는 대물 렌즈(2)의 위치를 검출하는 위치 센서(73)가 구비되어 있지 않고, 이는 제 1 실시예에 따른 레이저빔 입력 모듈(200)과 상이하다. 따라서, 제 1 실시예의 구성과 비교하여 제 2 실시예의 구성은 구조가 간단하고 저비용으로 된다. 제 2 실시예에서, 액추에이터 구동 증폭기(6)의 출력 전압의 DC 성분을 검출함으로써 대물 렌즈(2)의 위치 정보가 취득된다.
이하, 제 2 실시예에 따른 코어 중심의 탐색 처리에 관하여 설명한다.
도 11에서의 플로차트는 상술한 바와 같이 도 8에서의 플로차트(즉, 도 5에서의 S38)에 상당한다. 따라서, 도 5에서의 S37이 완료된 직후에 도 11에서의 플로차트의 처리가 개시되고, 도 11에서의 플로차트의 처리가 완료된 직후에 도 5에서의 S39가 개시된다.
전체 레이저빔 입력 모듈(200a)에서의 제어를 담당하는 제어 유닛(5a)은, S3821에서 코어(33)의 중심에 대한 탐색의 완료를 나타내는 플래그를 우선 클리어한다. 그리고 나서, 제어 유닛(5a)은, 액추에이터 구동 증폭기(6)의 각각의 출력 전압의 DC 성분을 검출함으로써, 대물 렌즈(2)의 현재 위치 정보를 취득한다. 제어 유닛(5a)은, 액추에이터(7)의 현재 검출된 DC 성분, 단위 전류당 가속도(가속도 감도), 공진 주파수 및 코일 저항에 기초하여, 대물 렌즈(2)의 현재 위치 정보를 취득할 수 있다.
그리고 나서, 제어 유닛(5a)은, 도 5의 S35에서 메모리(52)에 기억된 X 방향 및 Y 방향에서의 초기 위치 정보를, 액추에이터 구동 증폭기(6)의 각각의 출력 전압의 DC 성분으로 변환하고, 그리고 나서 그 변환된 값을 초기 구동 전압으로서 취득한다(S3822).
제어 유닛(5a)이 초기 구동 전압을 취득하면, 제어 유닛(5a)은, 액추에이터 구동 증폭기(6)의 출력 전압의 DC 성분(즉 대물 렌즈(2)의 위치)을, 초기 구동 전압(즉 초기 위치)까지 소정 시간에 걸쳐서 변화시키는 X 방향 및 Y 방향에서의 구동 전압의 각각의 변화 속도를 연산한다. 그리고 나서, 구동 전압과 초기 구동 전압 사이의 차이를 소정 시간에 걸쳐서 부드럽게 감소시키도록 X 방향 및 Y 방향에서의 액추에이터 구동 증폭기(6)의 구동 전압을 설정하고(S3823), 이어서 구동 전압을 변화시킨다. 검출된 DC 성분이 각각의 초기 구동 전압에 도달한 경우(S3824:YES), 제어 유닛(5a)은, 소정 시간 그 상태를 유지/안정시키고(S3825), 코어(33)의 중심에 대한 탐색 처리를 실행한다. 검출된 DC 성분이 각각의 초기 구동 전압에 도달하지 않은 경우(S3824:NO), 제어 유닛(5a)은, S3823으로 복귀한다.
제어 유닛(5a)은, S3826 및 이후의 처리에서, 코어(33)의 중심에 대한 탐색 처리를 실행한다. 제 2 실시예에 따른 중심 탐색 처리는, 제 1 실시예에 따른 중심 탐색 처리와 유사하게 실행된다.
S3826에서, 제어 유닛(5a)은, 상기한 바와 같이 제 1 단부로부터 제 2 단부까지 레이저빔(11)의 메인 주사를 위하여 X 방향에서의 목표 구동 전압을 설정한다. 여기에서 설정된 X 방향에서의 목표 구동 전압은 레이저빔(11)의 현재 위치가 제 1 단부에 있을 경우에 레이저빔(11)이 제 2 단부에 있을 때에 출력될 수 있는 구동 전압이다. X 방향에서의 목표 구동 전압은 레이저빔(11)의 현재 위치가 제 2 단부에 있을 때에는, 레이저빔(11)이 제 1 단부에 있을 때에 출력될 수 있는 구동 전압이다.
제어 유닛(5a)은, 제 1 단부로부터 제 2 단부(또는 제 2 단부로부터 제 1 단부)까지 레이저빔(11)의 메인 주사를 실행하는 동안, 구동 전압을 변화시켜 가고, 제 1 실시예에서와 같이 광검출기(4)의 출력이 소정치를 초과하는지 여부를 검출한다(S3827). 광검출기(4)의 출력이 소정치를 넘은 경우(S3827:YES), 제어 유닛(5)은, 중심 탐색이 성공적인 것을 나타내는 플래그를 설정하고(S3833), 도 5에서의 S39로 진행한다. 광검출기(4)의 출력이 소정치를 넘지 않은 경우(S3827:NO), 제어 유닛(5a)은, 레이저빔(11)을 일정 속도로 X 방향으로 주사하기 위하여, X 방향에서의 구동 전압이 설정된 변화율로 변하도록 X 방향에서의 목표 구동 전압을 설정한다(S3828).
그리고 나서, 제어 유닛(5a)은, 구동 전압을 검출하여, 구동 전압이 X 방향에서의 목표 구동 전압에 도달했는지 여부(레이저빔(11)이 제 1 단부 또는 제 2 단부에 도달했는지 여부)를 판정한다(S3829). 구동 전압이 X 방향에서의 목표 구동 전압에 도달한 경우(S3829:YES), 제어 유닛(5a)은 S3830으로 진행한다. 구동 전압이 X 방향에서의 목표 구동 전압에 도달하지 않은 경우(S3829:NO), 제어 유닛(5)은 S3827로 복귀한다.
S3830에서, 제어 유닛(5a)은, 레이저빔(11)의 서브 주사를 위하여 Y 방향에서의 목표 구동 전압을 설정한다. 여기에서 설정된 Y 방향에서의 목표 구동 전압은, 서브 주사 방향에서 현재 위치로부터 소정 거리 떨어진 위치에 레이저빔이 있을 때에 출력될 수 있는 구동 전압이다. 제어 유닛(5)은, 레이저빔(11)의 위치가 서브 주사 방향에서의 주사 범위(S36에서 설정된 Y 방향에서의 주사 범위)의 종단에 도달했는지 여부를 판정한다(S3831). 레이저빔(11)이 Y 방향에서의 종단에 도달한 것으로 제어 유닛(5)이 판정한 경우(S3831:YES), 제어 유닛(5)은, S3832로 진행한다. Y 방향에서의 종단에 도달하지 않은 것으로 제어 유닛(5)이 판정한 경우(S3831:NO), 제어 유닛(5)은 S3826으로 복귀한다.
S3832에서, 제어 유닛(5a)은, S3822에서 X 방향 및 Y 방향에서의 초기 구동 전압을 취득하는 처리가 소정 회수 이상 반복되었는지 여부를 판정한다. 초기 구동 전압 취득 처리가 소정 회수 이상 반복된 경우(S3832:YES), 제어 유닛(5a)은, 도 11에 도시된 처리를 종료한다. 이 경우에, 제어 유닛(5a)은, 중심 검색 처리가 성공적으로 종료되지 않았다고 판정하고, 도시하지 않은 디스플레이상에 오류 메시지를 표시하고, 입사된 레이저빔 출력부(200a)를 갖추고 있는 광통신용 택내접속 장치(CPE)의 동작을 정지시킨다. 초기 구동 전압 취득 처리가 소정 회수 이하 반복된 경우(S3832:NO), 제어 유닛(5a)은, S3821로 복귀하고, 새로운 초기 위치 정보를 취득하고, 전회와 다른 주사 범위내에서 코어(33)의 중심에 대한 탐색 처리를 실행한다.
제 3 실시예
여기에서부터는, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 2차원 위치 제어 장치에 관하여 설명한다.
도 12는, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 레이저빔 입력 모듈(200b)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 제 3 실시예에 따른 레이저빔 입력 모듈(200b)에 서, 도 1 내지 도 9에 도시된 제 1 실시예에 따른 레이저빔 입력 모듈(200)과 동일한 구성에는, 동일한 부호를 붙이고 여기에서는 상세한 설명은 생략한다.
레이저빔 입력 모듈(200b)은, 액추에이터(7), 지지 스프링(71), 렌즈 홀더(72), 및 위치 센서(73)의 대신에 액추에이터 유닛(9)을 갖추고 있고, 대물 렌즈(2)는 이 액추에이터 유닛(9)의 작용에 의해 워블링된다. 액추에이터 구동 증폭기(6a)는, 액추에이터 유닛(9)에 갖춰져 있는 스테핑 모터(93 및 94)를 구동시킨다.
도 13은, 본 발명의 제 3 실시예의 구성 요소로서 작용하는 액추에이터 유닛(9)의 구성을 나타내는 개략도이다. 이하에서, 도 13을 참조하여, 액추에이터 유닛(9)의 구성 및 작용에 관하여 설명한다.
액추에이터 유닛(9)은, 대물 렌즈(2) 및 대물 렌즈(2)를 유지하는 렌즈 프레임(21)을 유지하는 제 1 프레임 보디(91), 제 1 프레임 보디(91)를 유지하는 제 2 프레임 보디(92), 제 1 프레임 보디(91)를 X 방향으로 이동시키는 X 방향 스테핑 모터(93), 렌즈 프레임(21)을 Y 방향으로 이동시키는 Y 방향 스테핑 모터(94)를 포함한다.
제 1 프레임 보디(91)는, 제 2 프레임 보디(92)의 개구부내에 배치되어 있고, X 방향에 대하여 평행하게 뻗어 있는 제 2 프레임 보디(92)의 내벽을 따라 이동할 수 있도록 유지되어 있다. 액추에이터 구동 증폭기(6a)가 X 방향 스테핑 모터(93)에 펄스를 제공하면, 제공받은 펄스 수에 따라 X 방향 스테핑 모터(93)가 회전하고, 따라서, 제 1 프레임 보디(91)는, 제 2 프레임 보디(92) 내에서 X 방향으로 이동한다. 이 경우에, 제어 유닛(5b)은, 액추에이터 구동 증폭기(6a)로부터 출력된 펄스 수를 카운트하여, 제 1 프레임 보디(91)(즉 대물 렌즈(2))의 X 방향에서의 위치를 판정한다.
렌즈 프레임(21)은, 제 1 프레임 보디(91)의 개구부 내에 배치되어 있고, Y 방향에 대하여 평행한 방향으로 뻗어 있는 제 1 프레임 보디(91)의 내벽을 따라 이동할 수 있도록 유지되어 있다. 액추에이터 구동 증폭기(6a)가 Y 방향 스테핑 모터(94)에 펄스를 제공하면, 제공받은 펄스 수에 따라 Y 방향 스테핑 모터(94)가 회전하고, 따라서, 렌즈 프레임(21)은, 제 1 프레임 보디(91) 내에서 Y 방향으로 이동한다. 이 경우에, 제어 유닛(5b)은, 액추에이터 구동 증폭기(6a)로부터 출력된 펄스 수를 카운트하여, 렌즈 프레임(21)(즉 대물 렌즈(2))의 Y 방향에서의 위치를 판정한다.
제 3 실시예에서, X 방향 스테핑 모터(93) 및 Y 방향 스테핑 모터(94)를 동시에 구동시키고, 스테핑 모터(93 및 94)의 이동을 합성시켜, 대물 렌즈(2)를 타원 궤적을 따라 진동시킨다. 따라서, 광섬유(3)의 단부면상에서 레이저빔(11)은 타원의 궤적을 따라 워블링된다. 제 3 실시예에서는 스테핑 모터를 이용하여 대물 렌즈(2)가 워블링되기 때문에, 2차 지연 시스템의 워블링이 되지 않는다. 따라서 워블링의 제어를 간략화시키는 것이 가능하다.
제 1 프레임 보디(91)를 Y 방향에 관하여 2분하는 선을 축(Xx)으로 설정하고, 제 2 프레임 보디(92)를 X 방향에 관하여 2분하는 선을 축(Yy)으로 설정하고, 이들 축의 교점(즉 도 13에 있어서 액추에이터 유닛(9)의 중심 점)을 중심점(O)으로 설정한다. 게다가, 액추에이터 유닛(9) 내에서 대물 렌즈(2)의 초기 위치에서 중심점(O)과 대물 렌즈(2)의 광축이 서로 일치하고, 대물 렌즈(2)는, 중심점(0)을 중심으로 하여 타원식으로 진동한다. X 방향에서의 위치어긋남의 검출을 위한 워블링 검출 타이밍이, 대물 렌즈(2)가 축(Xx) 위에 위치할 때의 2점에 설정되면, 제어 유닛(5b)은, X 방향 스테핑 모터(93)에 제동된 펄스 수를 카운트하는 것만으로 대물 렌즈(2)의 위치어긋남을 검출할 수 있다. 이와 유사하게, Y 방향에서의 위치어긋남의 검출을 위한 워블링 검출 타이밍이, 대물 렌즈(2)가 축(Yy) 위에 위치할 때의 2점에 설정되면, 제어 유닛(5b)은, Y 방향 스테핑 모터(94)에 제공된 펄스 수를 카운트하는 것만으로 대물 렌즈(2)의 위치어긋남을 검출할 수 있다. 제 3 실시예에서는, 이와 같은 관점으로부터도 워블링의 제어를 간략화시키는 것이 가능하다. 따라서 제 3 실시예에서는, 연산 처리등에 소비되는 시간을 경감시키는 것이 가능하고, 그 결과, 신속하게 위치 제어를 실행할 수 있다.
제 4 실시예
여기에서부터는, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 2차원 위치 제어 장치에 관하여 설명한다.
도 14는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 레이저빔 입력 모듈(200c)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 제 4 실시예에 따른 레이저빔 입력 모듈(2O0c)에서, 도 1 내지 도 9에 나타내는 제 1 실시예에 따른 레이저빔 입력 모듈(200)과 동일한 구성에는, 동일한 부호를 붙이고 여기에서는 상세한 설명은 생략한다.
제 4 실시예에 따른 레이저빔 입력 모듈(200c)은, 레이저 다이오드(1), 레이저 다이오드 구동 장치(8), 및 액추에이터(7)를 탑재하고 X 방향 및 Y 방향으로 이동하는 주사 시스템(74)을 갖추고 있다. 주사 시스템(74)은, 예를 들면, X 방향 및 Y 방향으로 뻗어 있는 안내 기구와, 이 안내 기구를 이동시키는 스테핑 모터로 구성되어 있다. 주사 시스템(74)은, 안내 기구에 포함된 이송나사를 스테핑 모터로 회전시킴으로써, 탑재된 액추에이터(7) 및 레이저 다이오드(1)를 X 방향 및 Y 방향으로 이동시키는 것이 가능하다. 주사 시스템(74)을 채용하면, 레이저 다이오드(1)는, 제어 유닛(5c)에 의해 제공된 펄스 수에 따라 X 방향 및 Y 방향의 넓은 범위를 이동하는 것이 가능하다. 따라서, 광섬유(31)의 위치가 크게 변하거나, 복수의 광섬유를 갖춘, 입사된 레이저빔 출력부가 채용되어도, 소망한 위치의 광섬유(3)에 레이저빔(11)을 입사시키는 것이 가능하다. 게다가, 액추에이터(7)와는 다른 구동 기구가 채용될 수 있고, 따라서 주사의 속도나 범위를 보다 적절하게 설정할 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었다. 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능하다.
상기의 2차원 위치 제어 방법 및 2차원 위치 제어 장치에 따르면, 정보를 포함하는 신호 및 이 신호가 입력되는 신호 입력 시스템은 그들의 상대적인 운동의 궤적이 소정의 2차원 평면상에서 타원을 형성하도록 진동된다. 따라서, 한 사이클에서 워블링 시스템에 의해 동시에 X 방향 및 Y 방향에서의 위치어긋남을 검출할 수 있고, 이에 따라 이 위치어긋남이 신속하게 검출될 수 있다. 본 발명에 따른 2차원 위치 제어 방법 및 2차원 위치 제어 장치를 채용함으로써, X 방향 및 Y 방향으로 순차적으로 실행되는 종래의 위치 제어를 제거할 수 있다.
추가적으로, 이 위치 제어는 동일 주파수를 이용하여 X 방향 및 Y 방향으로 실행될 수 있기 때문에, 양 방향에서의 위치 제어에 최소의 주파수가 이용될 수 있다. 따라서, 장치의 발열량 및 전력 소비량을 효과적으로 억제할 수 있다. 추가적으로, 주사 시스템은 레이저빔을 주사하기 위하여 채용되기 때문에, 예를 들면, 서로 상이한 주사 속도의 2가지 레벨로 레이저빔의 주사 시스템에 의해 위치 제어가 효과적으로 실행될 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 빔 위치 제어 유닛의 구성을 나타내는 개략도.
도 2는, 본 발명의 제 1 실시예에 따라, 레이저빔이 워블링될 때의 광섬유의 단부면상에서의 레이저빔의 운동을 나타내는 차트.
도 3은, 본 발명의 제 1 실시예에 따라, 워블링이 실행될 때의 신호 출력의 시간적 변화를 나타내는 차트.
도 4는, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 2차원 위치 제어의 전체적인 처리를 나타내는 플로차트.
도 5는, 도 4의 서브루틴으로서, 서보 처리를 실행하는 서브루틴을 나타내는 플로차트.
도 6 및 도 7은, 도 5의 서브루틴으로서, 위치 처리의 서브루틴을 나타내는 플로차트.
도 8은, 도 5의 서브루틴으로서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 코어 중심 검출 처리의 서브루틴을 나타내는 플로차트.
도 9는, 코어 중심 검출 처리를 나타내는 차트.
도 1O은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 빔 위치 제어 유닛의 구성을 나타내는 개략도.
도 11은, 도 5의 서브루틴으로서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 코어 중심 검출 처리의 서브루틴을 나타내는 플로차트.
도 12는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 빔 위치 제어 유닛의 구성을 나타내는 개략도.
도 13은 본 발명의 제 3 실시예의 구성 요소로 작용하는 액추에이터 유닛의 구성을 나타내는 개략도.
도 14는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 빔 위치 제어 유닛의 구성을 나타내는 개략도.

Claims (15)

  1. 소정의 2차원 평면상에서 실질적으로 유한 범위내에 분포되는 공간 전파 에너지 및 상기 공간 전파 에너지가 입력되는 에너지 입력 시스템 중의 적어도 어느 하나를, 상기 2차원 평면상에서 상기 공간 전파 에너지 및 상기 에너지 입력 시스템의 상대 이동에 의해 형성되는 궤적이 타원이 되도록, 진동시키는 단계;
    상기 타원의 중심에 대하여 양쪽에 각각 배치된, 상기 타원 궤적상의 적어도 2쌍의 점에서 에너지를 검출하는 단계;
    쌍으로 된 각각의 점에서 검출된 에너지 차이를 연산하는 단계; 및
    상기 검출된 에너지 차이에 기초하여 상기 2차원 평면상에서의 상기 공간 전파 에너지와 상기 에너지 입력 시스템 사이의 위치어긋남을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원 위치 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 진동시키는 단계, 에너지를 검출하는 단계, 연산하는 단계 및 위치어긋남을 검출하는 단계는, 상기 검출된 각각의 에너지 차이가 소정의 값에 이를 때까지 반복되는 것을 특징으로 하는 2차원 위치 제어 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 쌍으로 된 점은, 상기 타원의 중심에 대하여 대칭인 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 2차원 위치 제어 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 위치어긋남은, 상기 쌍으로 된 점을 연결하는 선에 대하여 평행한 방향에서 검출되는 것을 특징으로 하는 2차원 위치 제어 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 2차원 평면상에서 상기 공간 전파 에너지 및 상기 에너지 입력 시스템 중의 어느 하나를 소정의 영역내에서 주사시키는 단계를 더 포함하고 있고,
    소정 범위내에서의 상기 에너지 차이가 상기 주사시키는 단계에서 검출되면, 상기 에너지 차이에 상당하는 위치 정보가 취득되는 것을 특징으로 하는 2차원 위치 제어 방법.
  6. 소정의 2차원 평면상에서 실질적으로 유한 범위내에 분포되는 공간 전파 에너지를 출력하는 에너지 출력 시스템;
    상기 공간 전파 에너지가 입력되는 에너지 입력 시스템;
    상기 공간 전파 에너지 및 상기 에너지 입력 시스템 중의 적어도 어느 하나를, 상기 2차원 평면상에서 상기 공간 전파 에너지 및 상기 에너지 입력 시스템의 상대 이동에 의해 형성되는 궤적이 타원이 되도록, 진동시키는 진동 시스템;
    상기 타원의 중심의 양쪽에서 상기 타원 궤적상의 적어도 2쌍의 점에서 에너지를 검출하는 에너지 검출 시스템; 및
    상기 쌍으로 된 각각의 점에서 검출된 에너지 차이를 연산하고, 상기 2차원 평면상에서의 상기 공간 전파 에너지와 상기 에너지 입력 시스템 사이의 위치어긋남을 검출하는 위치어긋남 검출 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원 위치 제어 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 위치어긋남 검출 시스템에 의해 검출되는 에너지 차이가 소정의 값에 도달하도록 네거티브 피드백 제어를 실행하는 제어 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원 위치 제어 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 에너지 검출 시스템은, 상기 타원의 중심에 대하여 대칭인 점을, 쌍으로 된 점으로서 검출하는 것을 특징으로 하는 2차원 위치 제어 장치.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 진동 시스템은, 상기 에너지 출력 시스템 및 상기 에너지 입력 시스템 중의 어느 하나를, 제 1 방향 및 상기 제 1 방향에 대하여 직교하는 제 2 방향으로, 상기 2차원 평면상에서, 상기 2방향에서의 합성된 이동의 궤적이 타원을 형성하도록, 이동시키는 것을 특징으로 하는 2차원 위치 제어 장치.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 위치어긋남 검출 시스템은, 상기 쌍으로 된 점을 서로 연결하는 선에 대하여 평행한 방향에서의 위치어긋남을 검출하는 것을 특징으로 하는 2차원 위치 제어 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 에너지 검출 시스템은, 상기 쌍으로 된 점을 서로 연결하는 선이 상기 제 1 방향 및 상기 제 1 방향에 대하여 직교하는 상기 제 2 방향 중의 적어도 어느 한 방향에 대하여 평행하게 되도록, 상기 2차원 평면상에서, 상기 각각의 점을 검출하는 것을 특징으로 하는 2차원 위치 제어 장치.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 에너지는 가우시안 분포를 나타내는 광속이고;
    상기 적어도 2쌍의 점은, 상기 광속의 중심 위치를 검출하기 위하여 취득되는 것을 특징으로 하는 2차원 위치 제어 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 에너지 입력 시스템은, 상기 광속의 직경과 대략 동일한 코어 직경을 가지는 광섬유인 것을 특징으로 하는 2차원 위치 제어 장치.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 2차원 평면은, 상기 광속이 입사하는 상기 광섬유의 입사 단부면인 것을 특징으로 하는 2차원 위치 제어 장치.
  15. 제 6 항에 있어서,
    상기 2차원 평면상에서 상기 공간 전파 에너지 또는 상기 에너지 입력 시스템 중의 어느 하나를 소정의 영역내에서 주사시키는 주사 시스템; 및
    상기 주사 시스템에 의해 상기 에너지 또는 상기 에너지 입력 시스템의 주사시에 검출되는 에너지에 기초하여, 상기 에너지 차이가 소정 범위내이면, 에너지 차이에 상당하는 위치 정보를 취득하는 위치 정보 취득 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원 위치 제어 장치.
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