CN100474411C - 光学拾波设备的致动器 - Google Patents

Abstract

一种光学拾波设备的致动器，包括：两个固定框架；一个设置在固定框架之间并具有一个聚焦透镜，线圈和中心部分比线圈所在的其他部分薄的反射镜的透镜支架；支撑透镜支架的弹簧，弹簧将每个固定框架的两个点连接到透镜支架，每个弹簧具有一个或多个弯曲；一个朝向线圈设置以产生磁场的永磁铁；以及一个形成由永磁铁产生的磁场的路径的磁轭。

Description

光学拾波设备的致动器

技术领域

本发明涉及用于驱动光学拾波设备在光盘上或从光盘上进行写或读数据的致动器(actuator)。

背景技术

通常，光学拾波设备用于计算机，数字视频光盘(DVD)播放机等在或从诸如光盘(compact disk)，数字视频光盘，蓝光光盘等等光盘上进行写和读数据。

最近几年，由于诸如便携式电脑，便携式摄像机和数码相机等数字设备重量和尺寸的减小，已经开始要求数字存储媒介的尺寸的小型化。

尤其，已经对将光盘应用到譬如移动电话和个人数字助理(PDA)等移动设备中进行了持续的研究。为了将光盘应用到这种移动设备中，强烈要求光学拾波设备尺寸的小型化。

光学拾波设备尺寸的减小已经受到用于移动聚焦透镜以均匀地保持聚焦透镜和光盘之间的距离并用于追踪光盘上的轨迹以在或从光盘上写或读数据的致动器的牵制。

光学拾波设备将从激光二极管发出的激光束转变成光信号，并进一步将光信号转变成电信号，从而读取记录的数据。

光学拾波设备的致动器被设计成在聚焦和追踪方向上二维地(two-dimensionally)移动，即使在有外部冲击时也能安全地将激光束聚焦在光盘上。最近几年中，为了提供更精确的运动，既能在滚动和俯仰方向上移动又能在聚焦和追踪方向移动的致动器已经被开发。

图1至图4表示现有的光学写/读设备。

现有的光学写/读设备包括一个其上安装有聚焦透镜49的光学拾波设备50，用于将光学拾波设备50移动到一个合适的位置的光学拾波电动机60，一个连接到该光学拾波电动机60的旋转轴的导螺杆20，设计成与导螺杆20啮合的齿条30，连接到齿条30上的导向进给器(guide feeder)10，一个引导该导向进给器10往复运动的光学拾波移动轴21，以及一个安装在该光学拾波移动轴21的对侧以引导该光学拾波设备移动的主轴22。

当光学拾波电动机60工作时，导螺杆20旋转并且与导螺杆20啮合的齿条30移动，从而将光学拾波设备50移动到期望的位置。

如图2所示，光学拾波致动器40包括一个在聚焦和追踪方向移动聚焦透镜49的可移动部分，和一个用于支持可移动部分并产生磁场的固定部分。

可移动部分具有一个与设置在固定部分上的永磁铁合作将聚焦透镜49定位到期望位置上的线圈。

也就是，固定部分包括产生磁场的永磁铁43，形成磁场路径的磁轭(yoke)42，具有主板(未示出)的固定框架41，及金属丝形成的弹簧47，每个弹簧47具有一个固定在固定框架41上的第一末端47a，及一个固定在透镜支架44上以支撑透镜支架44并为透镜支架44提供电流的第二末端47b。

可移动部分包括：将激光二极管发出的激光束聚焦到光盘的记录层上的聚焦透镜49，安装聚焦透镜49的透镜支架44，安装在透镜支架44的两侧以在追踪方向上驱动透镜支架44的追踪线圈45，缠绕在透镜支架44上以在聚焦方向上驱动透镜支架44的聚焦线圈46，以及将弹簧组件47固定在透镜支架44上的弹簧固定单元48。

可移动部分应该被设计成通过由一个具有预定刚性和预定阻尼特性的支撑件固定而具有期望的频率特性。此外，可移动部分应该设计成避免不必要的振动，譬如旋转或扭曲，以在聚焦和追踪方向上有效地移动并减少光学信号误差。

也就是，当可移动部分在聚焦方向驱动时，透镜支架44应该垂直移动而在X轴方向上(图5中的俯仰方向)不旋转。因此，如图3所示，弹簧组件47包括安装在透镜支架44的两侧的两个下部弹簧和两个层叠在下部弹簧之上的上部弹簧，从固定框架41延伸。

如图4所示，为了通过减少致动器的厚度来消除设计光学拾波设备时的空间限制，已经开发出：弹簧97可以包括一个下部弹簧和一个层叠在下部弹簧上的上部弹簧。

然而，在这种情况下，当光学拾波设备在聚焦方向移动时，透镜支架44在X轴的方向上可能会旋转，产生不期望的倾斜。

即使弹簧组件47如图3所示形成时，在制造过程中弹簧被扭曲或拉伸时弹性系数仍可能发生改变。

光学读/写设备的尺寸的减小可能进一步受到支撑从/在光盘上读/写数据的光学拾波设备的支撑结构的限制。

图5表示用于对光学读/写设备的光学拾波设备进行支撑的现有的支撑结构。

参照图5，光学读/写设备包括一个基板70，一个形成在基板70上的橡胶阻尼器71，一个固定在橡胶阻尼器71上的滑动基板(sledbase)72。

基板支撑着光学拾波致动器40并提供一个用于安装光学拾波致动器40的空间。橡胶阻尼器71吸收由致动器40或外部产生的振动和冲击以使光学读/写设备平稳地工作。

滑动基板72设有一个主轴支架73，主轴22在主轴支架73上形成。

主轴22引导形成在光学拾波致动器40上的拾波器基板(pickupbase)51的运动。

主轴电机74形成在滑动基板72的侧部以驱动转盘75旋转光盘76。

上述支撑结构不满足降低诸如便携式电脑，便携式摄像机，数码相机等数字设备的尺寸减小的趋势。

也就是，这种支撑结构限制了光学读/写设备的尺寸和重量的减小。

发明内容

因此，本发明涉及一种光学拾波设备的致动器，其充分地消除了由于现有技术的局限性和缺点产生的一个或多个问题。

本发明的一个目的是提供一种光学拾波设备的致动器，能有效地驱动光学拾波设备并减小光学拾波设备的尺寸。

本发明其他的优点，目标和特征一部分将在随后的说明书中提出，一部分对于那些本领域的普通技术人员在对下文进行审查的基础上将会变得很清楚或可以从对本发明的实践中学会。本发明的目标和其他的优点可以通过说明书及其权利要求书以及附图中所特别指出的结构实现和获得。

为了实现这些目标和其他的优点以及根据本发明的目的，如这里所具体表达和广泛描述的，提供了一种光学拾波设备的致动器，包括：两个固定框架；一个设置在固定框架之间并提供有一个聚焦透镜、多个线圈的透镜支架，透镜支架中心部分比线圈位于的部分薄；支撑透镜支架的弹簧，该弹簧将每个固定框架的两个点连接到该透镜支架，每个弹簧具有一个或多个弯曲；面向线圈设置以产生磁场的永磁铁；及一个形成由永磁铁产生的磁场的路径的磁轭。

本发明的另一个方面，提供了一种光学拾波设备的致动器，包括：两个固定框架；一个设置在固定框架之间并提供有一个聚焦透镜和一个用于光路(optical path)的凹陷部分(depressed portion)的透镜支架，该凹陷部分形成在透镜支架的下部；支撑透镜支架的弹簧，弹簧将固定框架连接到透镜支架；以及一个在追踪和聚焦方向移动透镜支架的驱动力产生单元。

本发明的又一个方面，提供了一种光学拾波设备的致动器，包括：一个固定框架；一个设有聚焦透镜和凹陷部分的透镜支架，该用于光路的凹陷部分在追踪方向薄薄地形成在下部中心部分；支撑透镜支架的弹簧，弹簧将固定框架连接到透镜支架，每个弹簧具有一个或多个弯曲；一个用于在追踪和聚焦方向移动透镜支架的驱动力产生单元，该驱动力产生单元包括线圈、产生磁场的永磁铁及提供磁场路径的磁轭。

可以理解，本发明前面的一般描述和后面的详细描述是示例性和解释性的并且旨在提供对如所要求的本发明的进一步解释。

附图说明

附图，被包括用来提供对本发明的进一步理解并被包含在本申请中组成本申请的一部分，说明本发明的实施例并与说明书一起用于解释本发明的原理。图中：

图1是现有的光学写/读设备的平面图；

图2是现有的光学拾波设备的致动器的图；

图3和图4是表示现有光学拾波设备的致动器聚焦操作的图；

图5是表示支撑光学拾波设备的结构的图；

图6是表示旋转方向的图；

图7是表示洛伦兹力的图；

图8是表示根据本发明的一个实施例的透镜支架，固定框架和弹簧的图；

图9是根据本发明的一个实施例的透镜支架的背部透视图；

图10是表示根据本发明的一个实施例的透镜支架，磁轭和永磁铁的图；

图11是表示根据本发明的一个实施例当透镜支架在聚焦方向被驱动时弹簧的变化状态的图；

图12是表示根据本发明的一个实施例当透镜支架在追踪方向被驱动时弹簧的变化状态的图；

图13是根据本发明的改进的例子的致动器的弹簧组件的视图；

图14到图16表示根据改进的例子的各种弹簧的视图；

图17是根据本发明改进的例子的致动器的弹簧的视图；

图18是表示根据本发明的实施例当透镜支架在聚焦方向被驱动时弹簧的变化状态的视图；

图19到图21表示根据本发明的实施例附着阻尼材料的弹簧；及

图22到图23是表示根据本发明的实施例支撑光学读/写设备的光学拾波设备的结构的图。

具体实施方式

下面对本发明的优选实施例进行详细描述，其范例在附图中进行说明。附图中使用的相同的附图标记代表相同或近似的部件。

图6和7表示光学拾波设备的致动器的工作原理。图6表示旋转方向，而图7表示洛伦兹力。

绕X，Y和Z轴的旋转分别被称为俯仰(pitching)，滚动(rolling)和摆动(yawing)。

如图7所示，施加在致动器上的力是由永磁铁形成的磁场和沿着线圈流动的电流的结合产生的。

图8到10表示根据本发明的实施例的光学拾波设备的致动器。

图8表示根据本发明实施例的透镜支架，固定框架和弹簧，而图9表示根据本发明实施例的透镜支架的背面透视图。

图10表示根据本发明实施例的透镜支架，磁轭和永磁铁。

如图所示，本发明的光学拾波致动器包括一个配备有聚焦透镜的可移动部分以在聚焦和追踪方向移动，及一个支撑可移动单元并产生磁场的固定部分。

该固定部分包括：一对彼此相向的固定框架111，一对产生磁场的永磁铁113，一对由拾波器基板固定以产生磁场路径的磁轭112。片簧130支撑着可移动部分120，每个片簧具有分别固定在固定框架111和透镜支架122的弹簧固定部分143上的第一和第二末端。

特别地，每个弹簧130被设计为单级(single step)以克服由于将透镜支架122的厚度(在Z轴方向)最小化引起的空间限制。

透镜支架被设计成在四个点被支撑，以防止发生意外的旋转并在聚焦和追踪方向上进行有效地移动。

用于驱动透镜支架122调焦的聚焦线圈126形成矩形形状并插入在透镜支架122的两侧。

在图中，表示了聚焦线圈126的三个侧面被设置在透镜支架122内。

用于驱动透镜支架122追踪的追踪线圈125形成圆形。两个追踪线圈125设置在透镜支架122两侧中的每一侧处。

虽然图中没有表示，但是透镜支架122设有一个用于卷绕追踪线圈125和聚焦线圈126的导引件，使得追踪线圈125和聚焦线圈126能容易地缠绕在其周围。

透镜支架具有导孔124、平衡体(dummy mass)123和突起127。

聚焦透镜121安装在透镜支架122中心的偏心位置处，使得能够从光盘的最内的圆周读或写数据。

平衡体123被提供用来保持透镜支架122的重心，该重心与安装在透镜支架122中心的偏心位置处的聚焦透镜121偏离。因此，平衡体123被设置在聚焦透镜121的偏心位置的相对位置上。

导孔(guide hole)124在装配致动器的过程中具有将透镜支架122精确地设置在装配架(jig)上的作用。

突起(projections)127形成在透镜支架122的两侧。连接追踪线圈125和聚焦线圈126的线圈缠绕在突起127上，以接收来自弹簧130的电能。

透镜支架122在背面具有一个凹陷部分140。

凹陷部分140被提供用来使透镜支架122的厚度最小化。也就是，凹陷部分140使用透镜支架122的厚度的部分形成光路。

透镜支架122的中心部分设计成比其上形成有聚焦线圈126和追踪线圈125的两侧的部分薄。

由于透镜支架122的中心部分设计成比较薄，加强件(reinforcingmember)142提供用来补偿透镜支架122的刚性。

图11和12表示在光学拾波致动器中弹簧130的操作。

图11和12中描述的弹簧130在形状上可以不同于图8中描述的弹簧130。然而，应该注意到弹簧130是后面将要说明的多种改进的例子中的一种。

根据本发明，通过在弹簧130上形成多个弯曲部分131，132，133，134，135和136，透镜支架122的移动范围通过在弯曲部分131，132，133，134，135和136处的扭曲和弯折变化而扩大，不依赖于弹簧130的张紧变化。此外，由于根据将弹簧130固定到透镜支架122和固定框架111上的过程中可能引起的弹簧130的扭曲或弯曲，相对于弹簧130的弹性系数的变化较不敏感，所以致动器的驱动性能可以被提高。

此外，在保持固定框架111和透镜支架122之间的短距离的同时，通过减少弹簧130的刚性，在追踪、聚焦、滚动和俯仰方向上的倾角可以被控制。

简而言之，通过形成弯曲，即使在具有小质量的可移动单元被控制的时候，在弹簧的安装过程中引起的由弹簧的扭曲或弯曲导致的装配误差也可以被最小化。

此外，由于追踪或聚焦操作使用弹簧的弯曲实现，所以提供一个具有优良驱动性能的致动器成为可能。

优选地，弹簧130安装在相同的水平面上以有效地控制透镜支架122的移动并减少透镜支架122的厚度。

简而言之，弹簧固定部分143，即弹簧130的第一末端被结合到透镜支架122处，优选地形成在相同的水平面上。

此外，弹簧130的第二末端被固定的部分优选地形成在与形成弹簧固定部分143的相同的水平面上。

单级(one-step)弹簧130支撑着透镜支架122的两端，以防止透镜支架122在可移动部分120被驱动时意外地倾斜。

此外，由于每个方向上对抗透镜支架122驱动力的刚性被减少，所以控制透镜支架需要的电动力被减少。特别地，由于在俯仰方向的刚性显著降低，所以致动器可以被应用为多驱动致动器(multipledriving actuator)。

也就是，通过向聚焦和追踪线圈126和125适当地施加电流，根据洛伦兹力，倾斜角控制变得可能。

在上述致动器中，磁场通过永磁铁113形成在透镜支架122的周围。当设置在磁场内的聚焦线圈126上施加电流时，聚焦线圈126上产生电动力以在聚焦方向(在垂直方向)上驱动透镜支架122。同样地，对位于磁场内的追踪线圈125施加电流时，在追踪线圈125上产生电动力以在追踪方向上(在左和右方向上)驱动透镜支架122。

简而言之，致动器驱动透镜支架122以通过将形成在聚焦透镜121上的焦斑(focused spot)保持规定的尺寸而读取记录在光盘的记录层上的数据。

一个具有形成在透镜支架上的聚焦和追踪线圈使得聚焦和追踪线圈与透镜支架一起移动的致动器被称为移动线圈型致动器。一个具有形成在透镜支架122上的永磁铁使得永磁铁与透镜支架一起移动的致动器被称为移动磁铁型致动器。

然而，应该注意到通过将永磁铁113的位置与线圈125和126交换，本发明能够应用于移动磁铁型致动器。

应该进一步注意到，根据设计上的选择，聚焦和追踪线圈126和125的位置可以互换。

图11表示根据本发明的实施例，当透镜支架122在聚焦方向驱动时弹簧130的变化状态；图12表示根据本发明的实施例，当透镜支架122在追踪方向驱动时弹簧130的变化状态。

每个弹簧130具有弯曲131，132，133，134，135和136，使得透镜支架122通过弯曲131，132，133，134，135和136的扭曲和弯曲操作而有效地驱动。

图13表示根据本发明另一个实施例的光学拾波致动器的弹簧230。

弹簧230具有一个具有较宽宽度的阻尼面234。阻尼材料沉积在阻尼面234上。

弹簧230可具有以各种形状形成的弯曲。图12和14表示具有按照弯曲形成的不同阻尼面的弹簧的各种改进的例子。

阻尼材料，譬如凝胶型材料，沉积在阻尼面234上并通过紫外线硬化，从而为弹簧提供阻尼特性。因此，致动器的驱动特性可以大大提高。

图17表示弹簧的另一个改进的例子。

参照图17，这个例子的弹簧330具有透镜支架结合部分332，透镜支架结合部分332的宽度大于透镜支架结合部分332与第一弯曲336之间的部分。

这是用于减少弹簧330的固定变化(fixed variation)。即，通过使透镜支架结合部分332的宽度与透镜支架结合部分332和第一弯曲336之间部分的宽度不同，其间的刚性变得互不相同。

结果，弹簧330的有效面积限定在透镜支架结合部分332的前端。

弹性系数K通常在弹簧较小宽度部分确定。然而，在这个例子中，由于具有较大宽度的透镜支架结合部分332固定在透镜支架上，所以弹性系数K增大，从而减少了固定变化。

此外，本发明的致动器与现有的致动器相比具有较小尺寸和重量。此外，弹簧的质量大约为致动器的20-30％。因此，弹簧产生的振动不会显著地影响致动器的驱动特性。

为了在致动器驱动过程中有效地响应弹簧330的振动，固定部分331在弹簧330与固定框架结合处的部分上形成。

这里，固定部分331与固定框架结合，具有一个比其他部分宽的宽度。固定部分331不受透镜支架移动的影响，不起弹簧330的作用。即，如图18所示，当透镜支架移动时，弹簧330可以扭曲或拉伸。然而，固定部分331不受透镜支架移动的影响，固定在固定框架上。

也就是，通过形成透镜支架结合部分和固定部分331，具有低振动特性和精确驱动特性的致动器可以实现。

如结合图11所表示的，具有用阻尼材料沉积的阻尼面234的阻尼器可以更进一步形成以更有效地响应弹簧330的振动。

图19到21表示在弹簧的阻尼面上安置阻尼器的例子。

阻尼器333，334和335形成在至少两个包括固定部分331的阻尼面234的区域上。

在图19和20描述的例子中，阻尼器333和334形成在固定部分331的阻尼面234和弹簧330的阻尼面234上。在图21中，阻尼器335形成在固定部分311的阻尼面234和弹簧330的两个阻尼面234上。

通过在固定部分131的阻尼面234上形成阻尼器，弹簧330的不必要的振动可以最小化。

图22表示根据本发明的实施例的光学拾波装置的支撑结构。

提供了一种光学拾波致动器100并且形成拾波器基板179以支撑光学拾波致动器100。

拾波器基板179沿着主轴151移动。

主轴151由固定在基板170上的主轴支架173支撑。

同样，反射镜177固定在拾波器基板179上，以向聚焦透镜反射从光学系统156入射的光。

这里，基板170发挥着用于支撑光学拾波设备的箱体(case)的作用。

即，与现有技术的光学读/写设备不同，主轴支架173直接地固定在基板170上。

此外优选地，主轴电机174可以直接地或通过主轴电机固定构件178固定于基板170上。

转盘175可以设置在主轴电机174顶部，使得光盘176能由主轴电机174的旋转驱动的转盘所转动。

具有激光二极管或光电二极管的光学系统156与光学拾波致动器100分离并直接地固定在基板170上。

从光学系统156发出的光被设置在拾波器基板179处的反射镜177反射，然后通过聚焦透镜照射至光盘176。相反，从光盘176反射的光被反射镜177反射，然后照射至光学系统156。

因此，在基板170上以光学拾波致动器100和光学系统156彼此分离的状态安装它们成为可能。

如图22和23所示，根据光学读/写设备，主轴支架173直接地固定在基板170上。此外，光学系统156和主轴电机174分别形成在基板170的两侧。

因此，在现有的光学读/写设备中已经使用的橡胶阻尼器和滑动基板(sled base)可以省略，从而可能减小光学读/写设备的尺寸和重量。

滑动基板或与滑动基板类似的支撑构件可以设置在基板170和主轴支架173之间。

在这种情况下，由于光学拾波致动器100和基板170之间的间隙仍然按照固定在基板上主轴电机174和设置在主轴电机174之上的转盘175的高度确定，所以滑动基板或支撑构件的高度设计成小于现有技术中的滑动基板的高度。

很显然本领域的技术人员可以对本发明做出各种修改和改变。因此，本发明旨在覆盖落在所附权利要求和它们的等价范围内的对本发明的修改和变化。

Claims (12)

1、一种光学拾波设备的致动器，包括：

一对彼此相向的固定框架；

一个设置在固定框架之间并有一个聚焦透镜和一个用于光路的凹陷部分的透镜支架，该凹陷部分形成在该透镜支架的背面；

支撑透镜支架的片簧，所述片簧将固定框架连接到透镜支架；及

在追踪和聚焦方向移动透镜支架的驱动力产生单元。

2、如权利要求1所述的致动器，其中所述驱动力产生单元包括：

线圈；

一个朝向线圈设置以产生磁场的永磁铁；及

形成由永磁铁产生的磁场路径的磁轭。

3、如权利要求2所述的致动器，其中线圈包括在追踪和聚焦方向移动透镜支架的聚焦线圈和四个追踪线圈，追踪线圈设置在透镜支架的两侧，聚焦线圈至少部分地插入到透镜支架的两侧。

4、如权利要求3所述的致动器，其中片簧提供有一个或多个弯曲。

5、如权利要求1所述的致动器，其中所述凹陷部分沿追踪方向薄薄地形成在该透镜支架的背面，用于光路。

6、如权利要求1所述的致动器，其中透镜支架提供有固定片簧的片簧固定部分，并且片簧固定部分形成在相同的水平面上。

7、如权利要求1所述的致动器，其中聚焦透镜不设置在透镜支架的中心。

8、如权利要求1所述的致动器，其中透镜支架提供有一个用于在装配过程中在装配架上精确地导引致动器的导孔。

9、如权利要求1所述的致动器，其中透镜支架在两侧具有缠绕线圈的突起，以提供来自片簧的电力。

10、如权利要求1所述的致动器，其中透镜支架在底部具有加强件。

11、如权利要求1所述的致动器，其中片簧放置在超过两个部分处，包括在片簧固定于固定框架处的部分上形成的固定部分和与具有阻尼材料的弯曲相临近的部分。

12、如权利要求1所述的致动器，其中片簧具有透镜支架结合部分，透镜支架结合部分具有比透镜支架结合部分与弯曲之间的部分更宽的宽度。

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