DE102006026315A1

DE102006026315A1 - Schwingarm-Aktuator für eine Abtasteinrichtung

Info

Publication number: DE102006026315A1
Application number: DE102006026315A
Authority: DE
Inventors: Michael Bammert; Tsuneo Suzuki; Rolf Dupper
Original assignee: Deutsche Thomson OHG
Current assignee: Deutsche Thomson OHG
Priority date: 2006-06-02
Filing date: 2006-06-02
Publication date: 2007-12-06
Also published as: CN101454831A; KR20090015083A; BRPI0711730A2; JP2009539197A; WO2007141130A1; US20090249380A1; EP2024969A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schwingarm-Aktuator für eine optische Abtasteinrichtung, der einen als zweiarmiger Hebel ausgeführten Schwingarm aufweist, der zwischen den Hebelarmen um eine senkrecht zu diesem verlaufende Achse schwenkbar gelagert ist. Ein Hebelarm trägt endseitig einen Abtastkopf und weist einen Gelenkbereich, vorzugsweise einen elastisch biegbaren Bereich, für eine Bewegung des Abtastkopfes in Fokussierungsrichtung senkrecht zur Schwenkebene des Schwingarmes auf. Der andere Hebelarm ist mit einer Komponente eines Magnetantriebes für eine Schwenkbewegung um die Achse versehen. Zudem weist der Schwingarm-Aktuator einen Magnetantrieb für die Bewegung des optischen Kopfes in der Fokussierungsrichtung auf. Hierdurch ist der Schwingarm so gestaltet, dass dessen den Abtastkopf tragender Hebelarm einfach ohne weitere Funktionselemente und daher gewichtsreduziert ausgeführt ist. Dazu ist der Magnetantrieb für die Bewegung des optischen Kopfes (3) in der Fokussierungsrichtung dem Hebelarm (II) zugeordnet, der eine Komponente (4) des Magnetantriebes für die Schwenkbewegung um die Achse (SA) aufweist. Die Spulen für die Magnetantriebe sind insbesondere als gedruckte Spulen (4 bzw. 5) ausgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingarm-Aktuator für eine Abtasteinrichtung mit einem Abtastkopf, vorzugsweise einem eine Fokuslinse aufweisenden optischen Kopf, zur Anordnung in einem Gerät zur Aufzeichnung und/oder Wiedergabe von Informationen.
Ein in einer optischen Abtasteinrichtung angeordneter Aktuator mit einem eine Fokuslinse aufweisenden optischen Kopf dient der Emission eines Lichtstrahls (Laserstrahls) auf eine als Informationsträger ausgebildete optische Platte und dem Empfang des von dieser Platte reflektierten Strahls. Die optische Platte wird dabei von einer Trägervorrichtung gehalten und zu einer Rotationsbewegung angetrieben. Der Aktuator kann als zweiarmiger Schwingarm-Aktuator ausgebildet sein, bei dem der optische Kopf an einem freien Ende angeordnet ist. Der Schwingarm ist um eine Achse schwenkbar und bewegt das Ende mit dem optischen Kopf in Form eines Bogens in einer zur Aufzeichnungsoberfläche der optischen Platte parallelen Ebene (Tracking) und ist mit seinem Kopf senkrecht zu dieser Ebene fokussierbar (Fokusing). Mit einem Schwingarm-Aktuator sind kurze Zugriffszeiten auf unterschiedliche Orte des Aufzeichnungsträgers zu erreichen.
Derartige Schwingarm-Aktuatoren sind beispielsweise in der EP-A-0 400 570, den JP-A-5128580 und JP-A-2004227760 und der US 2004/0148619 A1 beschrieben.
Der in der JP-A-5128580 beschriebene Schwingarm-Aktuator wird durch einen diesem auf der dem optischen Kopf abgewandten Seite der Schwenkachse zugeordneten Magnetantrieb zu einer Schwenkbewegung um diese Achse angetrieben, um mit dem Kopf bogenförmig eine optischen Platte in paralleler Ebene zu dieser zu überstreichen. Eine Feineinstellung dazu ist durch eine weitere Elektrodenanordnung vorgesehen. Ein Bereich des Schwingarmes zwischen dessen Schwenkachse und dem optischen Kopf ist durch eine elektrostriktive Konverterplatte ausgebildet und ermöglicht eine senkrechte Bewegung des Kopfes in Bezug auf die bogenförmige Bewegungsbahn und damit senkrecht zu einer optischen Platte. Bei diesem Schwingarm-Aktuator wird es als nachteilig angesehen, dass dessen Aufbau ebenfalls kompliziert und aufwändig ist und überdies hohe Betriebsspannungen benötigt.
Der in der JP-A-200422760 offenbarte, drehbar gelagerte und mit einem Antrieb versehene Schwingarm-Aktuator ist mit einer einerends mit diesem fest verbundenen Blattfederanordnung versehen, die am freien Ende den optischen Kopf trägt und durch einen weiteren Antrieb senkrecht zur optischen Platte elastisch biegbar ist. Als nachteilig ist anzusehen, dass dieser Schwingarm-Aktuator nicht stoßfest ist.
Der Schwingarm-Aktuator nach der US 2004/0148619 A1 ist ebenfalls schwenkbar um eine Achse an einem Träger angeordnet und weist dazu an seinem dem optischen Kopf gegenüberliegenden Endbereich einen Magnetantrieb auf, der aus einer fest am Träger angeordneten Magnetanordnung und einer auf dem Schwingarm angeordneten Spule gebildet ist, deren Betriebsstrom gesteuert wird. Der Schwingarm weist auf der dem Magnetantrieb abgewandten Seite der Schwenkachse, also fokuslinsenseitig, ebenfalls einen elastischen Bereich (Blattfederanordnung) auf, der an seinem freien Ende den optischen Kopf trägt. Diesem elastischen Bereich, der vom übrigen Schwingarm teilumschlossen ist, ist kopfseitig ein zweiter, mit dem Schwingarm ausgebildeter Magnetantrieb zugeordnet, der das freie Ende und damit den Kopf in Fokusierungsrichtung bewegen kann. Als nachteilig kann angesehen werden, dass der kopfseitige Teil (Hebelarm) des Schwingarmes gewichtsintensiv ist, so dass eine Schwenkbewegung des Schwingarmes um die Achse mit einer erhöhten Trägheit desselben einhergeht.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Schwingarm-Aktuator für eine Abtasteinrichtung der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass dessen den Abtastkopf tragender Hebelarm gewichtsreduziert und einfach gestaltet ist.
Diese Aufgabe wird für einen Schwingarm-Aktuator durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale des gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Die Erfindung besteht in einem Aktuator-Schwingarm, der in bekannter Weise an einem Träger abgestützt und in der Art eines zweiarmigen Hebels ausgeführt ist, wobei die Abstützung zugleich eine Schwenkachse für den Schwingarm senkrecht zu diesem bildet. Ein Hebelarm trägt dabei endseitig einen Abtastkopf, vorzugsweise einen optischen Kopf mit einer Fokuslinse, und weist einen Gelenkbereich, vorzugsweise einen elastisch biegbaren Bereich, für eine Bewegung des Abtastkopfes senkrecht zur Schwenkebene des Schwingarmes auf (Fokusierungsrichtung). Der andere Hebelarm ist mit einer Komponente eines Magnetantriebes für eine Schwenkbewegung um die Achse (Trackingrichtung) versehen. Der Magnetantrieb für die Bewegung des Abtastkopfes senkrecht zur Schwenkebene ist dem Hebelarm zugeordnet, dem der Magnetantrieb für die Bewegung des Abtastkopfes in der Trackingrichtung zugeordnet ist. Die auf dem Hebelarm angeordneten Spulen für den Magnetantrieb in der Fokusierungsrichtung sind vorteilhafterweise als gedruckte Spulen ausgeführt, sowie auch die Spulen für den Magnetantrieb in der Trackingrichtung. Damit ist ein Schwingarm-Aktuator mit einem vereinfachten Aufbau geschaffen, der, und vor allem dessen den Abtastkopf tragender Hebelarm, gewichtsreduziert ist, wodurch die Trägheit des Schwingarmes verringert ist, was mit kürzeren Zugriffszeiten auf unterschiedliche Orte eines Aufzeichnungsträgers einhergeht. Vorteilhaft ist auch, dass die Bauteilevielfalt verringert ist, was zu einer Aufwandsreduzierung, insbesondere zu einer Kostenminimierung, führt.
Bevorzugt ist der torsionssteife Schwingarm so ausgeführt, dass der den Abtastkopf tragende und einen elastisch biegbaren Bereich aufweisende Hebelarm mit einem Lagerelement, vorzugsweise einer Lagerbuchse, drehfest verbunden ist, wobei dieses Lagerelement im Eingriff mit einem am Träger für den Schwingarm fest angeordneten Gegenlagerelement steht und eine Schwenkbewegung um die (Lager- bzw. Schwenk-) Achse ermöglicht, und dass der andere Hebelarm im Bereich zwischen dem Abtastkopf und dem elastisch biegbaren Bereich fest mit diesem Hebelarm verbunden und auf der dem Abtastkopf abgewandten Seite des biegbaren Bereiches freischwebend ausgebildet ist. Die beiden Magnetantriebe des Schwingarm-Aktuators sind an dem freischwebenden Hebelarm angeordnet.
Dabei sind diese aus jeweils einem fest mit dem Träger verbundenen Permanentmagneten und diesen jeweils zugeordneten und am freischwebenden Hebelarm angeordneten gedruckten Spulen gebildet, wobei dem jeweiligen Magneten jeweils mindestens eine Spule zugeordnet ist, von denen eine auf der Ober- und die andere auf der Unterseite des Hebelarmes integriert sind, die bei Stromdurchgang jeweils eine Schwenkbewegung in eine vorbestimmte Schwenkrichtung (Trackingrichtung) bzw. eine Bewegung des mit dem Abtastkopf versehenen Hebelarmbereiches (Fokusierungsrichtung) um den elastisch biegbaren Bereich veranlassen. Gedruckte Spulen lassen sich präzise positionieren und verbessern wegen ihres höheren Elastizitätsmoduls und geringerer Eigenfrequenzen gegenüber herkömmlichen Spulen, die zudem in höheren Frequenzbereichen liegen, das Resonanzverhalten. Durch die Anordnung von gedruckten Spulen kann auch die Bauhöhe des Schwingarm-Aktuators verringert werden.
Der elastisch biegbare Bereich in dem den Abtastkopf tragenden Hebelarm ist vorteilhaft durch eine Dickenreduzierung desselben gegeben, die so getroffen ist, dass der Hebelarm trotz der festen Verbindung mit dem freischwebenden anderen Hebelarm ohne elektromagnetische Krafteinwirkung biegesteif ist. Der dickenreduzierte Bereich besteht hierbei insbesondere aus dem gleichen Material des Hebelarmes.
Bevorzugt ist der Schwingarm in seinem Schwerpunkt schwenkgelagert. Diese Lagerung macht den biege- und torsionssteif ausgeführten Schwingarm stoßfest.
Der freischwebende Hebelarm ist auf seiner dem Abtastkopf abgewandten Seite vorteilhaft kreisbogenförmig gestaltet, wobei der Kreismittelpunkt die Schwenkachse ist. Diese optimierte Ausbildung ist mit einer Material- und Gewichtsersparnis verbunden und trägt zur Trägheitsreduzierung des Schwingarmes bei Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
1: eine perspektivische Draufsicht eines Schwingarm-Aktuators mit Spulen- und Magnetanordnung,
2: eine perspektivische Unteransicht des Schwingarm-Aktuators,
3: eine Längsschnitt-Darstellung des Schwingarm-Aktuators, perspektivisch, und
4: den längsgeschnittenen Schwingarm-Aktuator in Anordnung auf einem Träger.
Der in den 1 und 2 gezeigte Schwingarm-Aktuator für eine nicht dargestellte optische Abtasteinrichtung weist einen torsionssteifen Schwingarm 1 auf, der in der Art eines zweiarmigen Hebels gestaltet und in seinem Schwerpunkt S zwischen den Hebelarmen I und II an einem Träger (2, 4) um eine senkrecht zum Schwingarm verlaufende Schwenkachse SA schwenklagerbar ist. Der Hebelarm I trägt endseitig einen optischen Kopf 3 mit einer Fokuslinse. An dem anderen Hebelarm II sind zwei gedruckte Spulenanordnungen 4 und 5 angeordnet, die mit diesen zugeordneten trägerfesten Magneten 6 und 7 in Wirkverbindung stehen und mit diesen (6, 7) Magnetantriebe für den Schwingarm 1 ausbilden. Mit OP ist eine optische Platte angedeutet, der der optische Kopf 3 zugeordnet ist.
Dieser Hebelarm II weist einen bezüglich der Schwenkachse koaxial verlaufenden Randbereich 8 mit einer im Abstand von diesem koaxial gestalteten Ausnehmung 9 auf, die an der Ober- und der Unterseite jeweils von einer gedruckten Spule 5 umgeben ist. In die Ausnehmung 9 greift ein Schenkel eines U-förmigen und mit dem Magneten 7 verbundenen Jochs 10 berührungslos ein, wobei der Magnet 7 selbst den Randbereich 8 an dessen Außenseite mit Spiel SP koaxial umschließt. Der auf diese Weise gebildete Magnetantrieb bewirkt eine Bewegung des Schwingarmes 1 senkrecht zur Schwenkebene in Fokusierungsrichtung (f). Im Bereich zwischen diesem ersten Magnetantrieb und der Schwenkachse SA ist der ringabschnittförmige trägerfeste Magnet 6 koaxial zur Schwenkachse SA und im Abstand zum Schwingarm 1 angeordnet. Diesem Magneten 6 sind ebenfalls zwei an dessen koaxial gekrümmte Gestalt angepaßte und mit diesem korrespondierende Spulen 4 zugeordnet, von denen eine auf der Unter- und eine auf der Oberseite des Schwingarmes 1 angeordnet ist. Der mit diesen Spulen 4 und dem Magneten 6 gebildete zweite Magnetantrieb dient der Erzeugung einer Schwenkbewegung des Schwingarmes 1 um die Schwenkachse SA (Trackingrichtung, radial zu einer optischen Platte).
Der den optischen Kopf 3 tragende Hebelarm I ist mit einer Lagerbuchse 11 drehfest verbunden und weist für eine Bewegung dieses Kopfes 3 in der Fokusierungsrichtung f senkrecht zur Schwenkebene einen elastisch biegbaren Bereich 12 auf. Mit diesem Hebelarm I ist der Hebelarm II im Bereich zwischen dem optischen Kopf 3 und dem Bereich 12 fest verbunden, ausschließlich in diesem Bereich gehaltert und somit auf der dem optischen Kopf 3 abgewandten Seite des biegbaren Bereiches 12 bis zu seinem Randbereich 8 freischwebend. Der Bereich 12 ist durch eine an der Unterseite und der Oberseite des Hebelarmes I eingebrachte Nut 13 gegenüber der Dicke dieses Hebelarmes I erheblich reduziert und dabei in seiner Dicke derart ausgelegt, dass der kopfseitige Teil des ansonsten biegesteifen Hebelarmes I bei einer Beaufschlagung des Hebelarmes II durch den ersten, mit dem Magneten 7 gebildeten Magnetantrieb in Fokusierungsrichtung (f) bewegt wird. Über die feste Verbindung der beiden Hebelarme I und II wird auch die Schwenkbewegung des Hebelarmes I um die Schwenkachse SA infolge einer Schwenkbewegung des Hebelarmes II durch den zweiten, mit dem Magneten 6 gebildeten Magnetantrieb und damit also eine Schwenkbewegung des gesamten Schwingarmes 1 bewirkt.
3 zeigt insbesondere die Ausbildung und Anordnung des Magneten 6 und die freischwebende Anordnung des Hebelarmes II, die durch ein Spiel SP gegenüber der Lagerbuchse 11 gekennzeichnet ist.
In 4 ist die Anordnung und Lagerung des Schwingarmes 1 an einem Träger 2 dargestellt. An diesem ist ein Lagerzapfen 14 fest angeordnet, an dem der Schwingarm 1 mit der Lagerbuchse 11 drehbar gelagert ist. Die dem Schwingarm 1 und dessen optischen Kopf 3 zugeordnete optische Platte OP befindet sich in Parallelanordnung zu diesem. Durch eine Schwenkbewegung des Schwingarmes 1 um die Schwenkachse SA wird der optische Kopf 3 radial zu Platte OP bewegt (1, Trackingrichtung t). Die Fokusierung eines bestimmten Punktes auf der Platte OP wird durch eine Bewegung des Hebelarmes II und damit des optischen Kopfes 5 in Fokusierungsrichtung f senkrecht zur Trackingrichtung t ermöglicht.

1: Schwingarm
2: Träger
3: optischer Kopf
4: Spule
5: Spule
6: Magnet
7: Magnet
8: Randbereich
9: Ausnehmung
10: Joch
11: Lagerbuchse
12: biegbarer Bereich
13: Nut
14: Lagerzapfen
I: Hebelarm
II: Hebelarm
f: Fokusierungsrichtung
t: Trackingrichtung
OP: optische Platte
S: Schwerpunkt
SA: Schwenkachse
SP: Spiel

Claims

Schwingarm-Aktuator für eine Abtasteinrichtung, mit einem als zweiarmiger Hebel ausgeführten Schwingarm, der zwischen den Hebelarmen um eine senkrecht zu diesem verlaufenden Achse schwenkbar gelagert ist, wobei ein Hebelarm endseitig einen Abtastkopf, insbesondere einen optischen Kopf mit einer Fokuslinse, trägt und einen Gelenkbereich für eine Bewegung des Abtastkopfes senkrecht zur Schwenkebene aufweist, und wobei der andere Hebelarm mit einem ersten Magnetantrieb für die Bewegung des Abtastkopfes senkrecht zur Schwenkebene sowie mit einer Komponente eines zweiten Magnetantriebes für eine Schwenkbewegung um die Achse versehen ist, wobei der erste Magnetantrieb dem Hebelarm (II) zugeordnet ist, der die Komponente (4) des Magnetantriebes für die Schwenkbewegung um die Achse (SA) aufweist.
Schwingarm-Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der den Abtastkopf (3) tragende Hebelarm (I) mit einem Lagerelement (11) drehfest verbunden ist, das eine Schwenkbewegung um die Achse (SA) ermöglicht, und dass der Hebelarm (II) im Bereich zwischen dem optischen Kopf (3) und dem Gelenkbereich (12) des Hebelarmes (I) fest mit diesem Hebelarm (I) verbunden und auf der dem Abtastkopf (3) abgewandten Seite des Bereiches (12) freischwebend ist.
Schwingarm-Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkbereich (12) ein elastisch biegbarer, im Längsschnitt des Hebelarmes (I) dickenreduzierter Bereich ist und insbesondere aus dem gleichen Material des Hebelarmes (I) besteht.
Schwingarm-Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingarm (1) in seinem Schwerpunkt (S) gelagert ist.
Schwingarm-Aktuator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der freischwebende Hebelarm (II) auf seiner dem Abtastkopf (3) abgewandten Seite einen kreisbogenförmigen Randbereich (8) aufweist, dessen Krümmungsmittelpunkt die Schwenkachse (SA) ist.
Schwingarm-Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement eine Lagerbuchse (11) ist, die mit einem am Träger (2) fest angeordneten Lagerzapfen (14) drehbar im Eingriff steht.
Schwingarm-Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen für die beiden Magnetantriebe als gedruckte Spulen (4 bzw. 5) ausgeführt sind.
Schwingarm-Aktuator nach einem oder mehreren der vorhergehenden Anspüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Magnetantrieb für eine Fokusbewegegung im Endbereich des freischwebenden Hebelarmes (II) mit einer kreisbogenförmigen Ausnehmung (9) versehen ist, in die ein Schenkel eines im Querschnitt U-förmigen Joches (10) eingreift, in dem ein Magnet (8) angeordnet und mit dessen äußerem Schenkel verbunden ist, und die auf der Ober- und auf der Unterseite jeweils von einer gedruckten Spule (5) als Fokusspulen umgeben ist.
Schwingarm-Aktuator nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Magnetantrieb für die Schwenkbewegung des Schwingarmes (1) aus einem fest am Träger (2) und im Abstand zur Achse (SA) des Schwingarmes (1) angeordneten Magneten (6) und jeweils einer auf der Ober- und auf der Unterseite des freischwebenden Hebelarmes (II) angeordneten und diesem zugeordneten gedruckten Spule (4) als Trackingspulen gebildet ist, und dass der zweite Magnetantrieb insbesondere zwischen dem ersten Magnetantrieb und der Schwenkachse (SA) angeordnet ist.
Schwingarm-Aktuator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das in die Ausnehmung (9) eingreifende Joch (10) zugleich die maximale Schwenkbewegung des Schwingarmes (1) bestimmt.
Schwingarm-Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser und eine mit diesem gebildete optische Abtasteinrichtung in einem Gerät zum Lesen und/oder Schreiben optischer Speichermedien verwendet wird.