DE3529091A1 - Lichtoptische vorrichtung zur lenkung bzw. ausrichtung eines strahlenbuendels - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine lichtoptische Vorrich­ tung zur Lenkung bzw. Ausrichtung eines Strahlenbündels auf Spuren eines Informationsträgers mit einem Objektitv, dessen räumliche Stellung gegenüber dem Informationsträger ständig korrigierbar ist mittels einer Bewegungsvorrich­ tung, die aus einem verstellbaren Objektivträger und einer stationären Steuerspulenanordnung besteht, die durch elek­ trische Aussteuerung den Objektivträger verstellten, wobei der Objektivträger aus axial aufeinander gesetzten, dauer­ magnetischen Teilhülsen besteht, die unterschiedlich mag­ netisiert sind und deren Magnetpole im äußeren Rückschluß­ feld mit der Steuerspulenanordnung zusammenwirken, die sich koaxial zueinander um die Teilhülsen erstreckt.

Eine derartige lichtoptische Vorrichtung ist aus der deutschen Patentschrift 32 34 288 bekannt. Bei dieser Vor­ richtung besteht der Objektivträger aus einer dauermagne­ tischen Hülse, die in ihrem Inneren das Objektiv selbst trägt. Im Bereich der Hülsenenden sind jeweils in Radial­ ebenen ein Satz Segmentspulen angeordnet. Bei dieser lichtoptischen Vorrichtung mit einer bewegten, permanent magnetischen Hülse und sechs bzw. acht feststehenden Einzelspulen ist die simultane Erzeugung von drei Kräften in drei Koordinatenachsen und von zwei Drehmomenten um zwei dieser Achsen möglich. Die einzelnen Segmentspulen sind als Flachspulen ausgebildet, wobei sich jeweils koaxial zueinander Spulenabschnitte befinden, von denen die Abschnitte, die von der Hülse weiter abliegen, eine entgegengesetzte Stromrichtung zu den Abschnitten führen, die der Hülse näher liegen. Die gegenläufigen Ströme erzeugen im Magnetfeld der Hülse entgegengerichtete Kräfte, was dazu führt, daß sich die Kraftwirkungen der Spule auf die Hülse teilweise aufheben. Man kann diesen Nachteil dadurch vermindern, daß man die außen liegenden Spulenabschnitte weiter von den innenliegenden Spulen­ abschnitten entfernt und damit weiter aus dem Magnetfeld der Hülse herausführt. Dies ist aber technisch aufwendig und bei kleinbauenden optischen Ablenkeinheiten kaum zu verwirklichen. Ein weiterer Nachteil ist, daß die in den außenliegenden Spulenabschnitten fließende Energie für die Kraftwirkung verloren geht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine lichtoptische Vorrich­ tung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der die Spulen so aufgeteilt bzw. angeordnet sind, daß möglichst viele und lange Spulenabschnitte im Bereich mit hoher magnetischer Feldintensität liegen und dort zur Steuerung des Objektivträgers beitragen.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spulenanordnung Steuerspulensätze aufweist und jeder Steuerspulensatz aus mehreren Teilspulen besteht, die als Zylindermantelabschnitte ausgebildet und mit in Zylinderumfangs und Zylinderachsrichtung verlaufenden Spulenabschnitten versehen sind, die alle etwa im gleichen Abstand von der Vorrichtungsachse angeordnet sind, wobei die in Zylinderumfangsrichtung zusammengesetzten Teilspulen je Spulensatz sich zu einem Zylindermantel ergänzen und daß zwischen den Steuerspulensätzen bzw. Spulenabschnitten des Satzes koaxial zu diesen eine zusätzliche Ringspule vorgesehen ist.

Die zuvor außen gelegenen Spulenabschnitte, die jetzt im gleichen Abstand von der Vorrichtungsachse angeordnet sind wie die Spulenabschnitte, die zuvor allein innen lagen und aktiv waren, sind nun auch im Hinblick auf die Steuerung aktiv. Dies beruht darauf, daß bei einer mehrteiligen dauermagnetischen Hülse, bei der die Teilhülsen unter­ schiedlich magnetisiert sind, Magnetfeldbereiche vorhanden sind, in denen sowohl die bisher innen aktiven als auch die bisher äußeren nicht aktiven Spulenabschnitte wirksam sein können. Da die zuvor außen gelegenen Spulenabschnitte nun an den Objektivträger herangezogen sind, wird der Durchmesser der Vorrichtung kleiner und es wird Raum frei für andere Bauelemente.

Die Ringspule zwischen den Steuerspulensätzen erzeugt darüberhinaus im wesentlichen axiale Stellkräfte zur Fokuseinstellung der Hülse und damit des Objektivträgers. Die Spulensätze bewirken bevorzugt radiale Stellkräfte, die auf Hülse und Objektivträger einwirken. Durch diese Spulenaufteilung lassen sich beim Ansteuern der Spule die Stellkräfte gezielter einsetzen. Die Empfindlichkeit des Systems wird verbessert.

Eine so aufgebaute lichtoptische Vorrichtung wirkt wie ein Fünfachsaktuator mit drei senkrecht aufeinander stehenden Bewegungskomponenten und zwei Drehmomenten um zwei dieser Achsen. Ein Drehmoment um die Symetrieachse ist so lange nicht möglich, wie der Objektivträger auf diese Symetrie­ achse zentriert ist.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vor­ gesehen, daß jeder Steuerspulensatz aus wenigstens drei als Zylindermantelabschnitte ausgebildeten Teilspulen besteht. Ab drei Teilspulen läßt sich eine ausgewogene Ansteuerung des Objektivträgers herbeiführen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß nur ein Steuerspulensatz vorgesehen ist, von dem die in Zylinderumfangsrichtung verlaufenden Spulen­ abschnitte jeweils im Bereich der axialen Hülsen-Enden Spulenringe bilden, und daß die zusätzliche Ringspule koaxial zwischen diesen Spulenringen angeordnet ist. Auf diese Weise ist das Spulensystem stark vereinfacht bei Beibehaltung der bevorzugten Stellkräfte in radialer und axialer Richtung. Es wird dabei aber in Kauf genommen, daß das Spulensystem keine Drehmomente erzeugen kann, wenn sich der Spulenträger im Zentrum des Systems befindet.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vor­ gesehen, daß alle Teilspulen der Steuerspulensätze und die Ringspule aus flächenhaften Leitungszügen bestehen, die auf einem zylinderförmigen Träger vorgesehen sind, der den Objektivträger umschließt. Auf diese Weise lassen sich die Spulen sowohl außerordentlich flach ausbilden und auf einem Zylindermantel aufbauen. Die Herstellung der Spulensätze ist technisch einfach zu handhaben und eignet sich gut für eine Massenfertigung.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vor­ gesehen, daß zwischen den dauermagnetischen Teilhülsen eine Zwischenhülse angeordnet ist, die unmagnetisch, weichmagnetisch oder ebenfalls dauermagnetisch ausgebildet ist. Ist die Zwischenhülse unmagnetisch, dann lassen sich die Kraftwirkungen in axialer und radiale Richtung stärker voneinander trennen. Ist die Zwischenhülse weichmagne­ tisch, dann läßt sich vor allem die Radialkomponente der Kraft verstärken. Ist die Zwischenhülse dauermagnetisch, dann läßt sich die Radialkomponente noch mehr verstärken.

Insgesamt gilt, daß sich durch das Einführen der Zwischen­ hülse Eigenschaften des Systems (Magnet/Spulenkonfigura­ tion) erreichen lassen, die ohne Zwischenhülse nicht erreichbar sind.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß die Teilhülsen einander entgegengesetzt dauer­ magnetisch magnetisiert sind. Diese Art der Magnetisierung läßt sich technisch am einfachsten realisieren.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vor­ gesehen, daß die Nordpole der Teilhülsen in Richtung auf die Zwischenhülse und die Nordpole der Zwischenhülse zu ihrer Außenwand orientiert sind. Ebenso ist es umgekehrt möglich, die Nordpolorientierung derart umzukehren, daß die Nordpole der Teilhülsen zu den Hülsenenden und die Nordpole der Zwischenhülse zu ihrer Innenwand orientiert sind.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine lichtoptische Vorrichtung mit einer zweitei­ ligen dauermagnetischen Hülse, die als Objektivträger ein Fokusobjektiv trägt, mit außerhalb der dauermagnetischen Hülse angeordneten Steuerspulensätzen im Bereich der axialen Hülsenenden und einer Ringspule im Bereich der Hülsenmitte, die sich zwischen den Steuerspulensätzen befindet.

Fig. 2 eine vereinfachte schaubildliche Darstellung der Ausführungsformen nach Fig. 1.

Fig. 3 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, bei dem nur ein Steuerspulensatz zum Einsatz kommt, dessen in Umfangsrichtung verlaufenden Spulenab­ schnitte einerseits im Bereich des einen Hülsenendes und andererseits im Bereich des anderen Hülsenendes angeordnet sind, wobei sich die Ringspule wieder in der Hülsenmitte zwischen den an den Hülsenenden gelegenen Spulenab­ schnitten befindet.

Fig. 4 eine vereinfachte schaubildliche Darstellung der lichtoptischen Vorrichtung nach Fig. 3.

Fig. 5 eine dauermagnetische Hülse, die aus mehreren Teilhülsen besteht.

Fig. 6 die Darstellung einer Teilspule des Steuerspulen­ satzes nach Fig. 4 mit den von dieser Teilspule ausge­ henden Steuerkräften.

Die in den Figuren dargestellte lichtoptische Vorrichtung dient zu Einstellung eines Fokusobjektivs, das beispiels­ weise ein Lichtstrahlenbündel auf einen bewegten Infor­ mationsträger leitet, um darauf eingeschriebene Infor­ mationen auszulesen. Da die Informationen sehr klein sind und auch sehr dicht geschrieben sind, muß die Ausrichtung des Lichtstrahles mit großer Präzision erfolgen. Während des Auslesens wird ständig überwacht, ob der Lichtstrahl der auszulesenden Spur folgt und ob der Fokus richtig ein­ gestellt ist. Die Fokuseinstellung erfolgt durch ein Anheben und Absenken des Fokusobjektivs gegenüber dem Informationsträger, und die Spurfolgung wird durch eine Verschiebung des Fokusobjektivs parallel zum Informations­ träger herbeigeführt.

Bei der in Fig. 1 dargestellten lichtoptischen Vorrich­ tung ist ein Fokusobjektiv 1, schematisch angedeutet durch strichpunktierte Linien, in einer dauermagnetischen Hülse 3 angeordnet. Diese dauermagnetische Hülse 3 besteht aus zwei Teilhülsen 3 a und 3 b. Beide Teilhülsen 3 a und 3 b sind in entgegengesetzter Richtung axial magnetisiert, was durch die Pfeile 5 b und 5 a wiedergegeben wird. Auf Grund der durch die Pfeile 5 a und 5 b wiedergegebenen Magneti­ sierung ergibt sich außerhalb der Hülse 3 ein Magnetfeld, welches durch die Magnetfeldlinien 7 angedeutet ist.

Um die dauermagnetische Hülse 3 herum sind im Bereich ihrer axialen Hülsenenden 9, 11 Steuerspulensätze 13, 15 und im Bereich der Verbindungsfläche 17 zwischen den Hülsenteilen 3 a und 3 b eine Ringspule 19 angeordnet. Der Aufbau der Gesamtspulenanordnung ist in Fig. 2 schaubild­ lich dargestellt. Dabei ist zur Verdeutlichung der Spulen­ aufbau insgesamt stark in die Länge gezogen. In dem ausge­ führten Beispiel sind Spulenanordnung und axiale Hülsen­ länge nur wenige Millimeter hoch.

Um die in Fig. 2 nur schematisch angedeutete dauermag­ netische Hülse 3 erstrecken sich die Steuerspulensätze 13 und 15, zwischen denen die Ringspule 19 vorgesehen ist. die Steuerspulensätze 13 und 15 sind einander entsprechend ausgebildet.

Jeder der Steuerspulensätze 13, 15 besteht aus mehreren Teilspulen 15.1, 15.2, 15.3, 15.4 bzw. 13.1, 13.2, 13.3, 13.4. Die einzelnen Teilspulen sind als Zylindermantel­ abschnitte ausgebildet, die sich in Zylinderumfangsrich­ tung zu einem Zylindermantel ergänzen. Hierzu besteht jede einzelne Teilspule 13.1-15.4 aus zwei bogenförmigen Spulenabschnitten 13 a, 13 b bzw. 15 a, 15 b. Die jeweiligen Spulenabschnitte 13 a bzw. 15 a bilden dabei zusammen eine aus Teilen zusammengesetzte obere Ringspule, während alle Spulenabschnitte 13 b bzw. 15 b gemeinsam eine aus Teilen zusammengesetzte untere Ringspule ausbilden. Alle Spulenabschnitte 13 a, 13 b und 15 a, 15 b haben die gleiche Krümmung und liegen alle etwa gleich weit von der Vorrichtungsachse 21 entfernt. Bei jeder Teilspule 13.1 bis 15.4 sind die Spulenabschnitte 13 a und 13 b bzw. 15 a und 15 b über Verbindungsabschnitte 13 c und 13 d bzw. 15 c und 15 d miteinander verbunden. Diese Verbindungsabschnitte verlaufen in Richtung bzw. parallel zur Vorrichtungs­ achse 21. Die Verbindungsabschnitte 13 c, 13 d bzw. 15 c, 15 d sind für die Steuerung nahezu unbedeutend, während die Spulenabschnitte 13 a und 13 b bzw. 15 a und 15 b zur Steuerung der Stellung der dauermagnetischen Hülse 3 innerhalb der Spulenanordnung gemeinsam beitragen. Durch unterschiedliche Ansteuerung der einzelnen Teilspulen ist eine Verschiebung in den Koordinatenachsen x, y, z möglich, außerdem eine Drehung der Hülse 3 um zwei dieser Achsen.

Die Fig. 3 und 4 zeigen nun eine vereinfachte Vorrich­ tung, wobei nur ein Spulensatz 115 vorgesehen ist. Die dauermagnetische Hülse 3 besteht wieder aus zwei Teilhül­ sen 3 a und 3 b, die in Richtung der Pfeile 5 a und 5 b zu den axialen Hülsenenden 9 und 11 axial magnetisiert sind. Längs einer Fläche 17 sind beide Teilhülsen 3 a und 3 b miteinander verbunden. Im Inneren 23 der Hülse 3 ist wieder die Linse 1 angeordnet. Die Magnetfelder der dauer­ magnetischen Hülse 3 geben die Magnetfeldlinie 7 wieder.

Rings um die dauermagnetische Hülse 3 und koaxial zu ihr erstreckt sich ein Steuerspulensatz 115. Dieser Steuerspulensatz 115 besteht beispielsweise aus vier Teil­ spulen 115.1, 115.2, 115.3 und 115.4. Die einzelnen Teil­ spulen bilden Zylindermantelabschnitte und sind in Zylinderumfangsrichtung so zusammengesetzt, daß sie sich zu einem Zylindermantel ergänzen. Dieser Zylindermantel umschließt die dauermagnetische Hülse 3. Jede einzelne Teilspule 115.1 bis 115.4 weist zwei Spulenabschnitte 115 a und 115 b auf. Sowohl die Spulenabschnitte 115 a als auch die Spulenabschnitte 115 b ergänzen sich untereinander im Bereich des oberen Hülsenendes 11 bzw. des unteren Hülsen­ endes 9 zu Spulenringen, die diese Hülsenenden 11 bzw. 9 mit Abstand umschließen. Die Spulenabschnitte 115 a und 115 b haben alle die gleiche Krümmung und etwa den gleichen Abstand von der Vorrichtungsachse 21. Die Spulen­ abschnitte 115 a und 115 b der Teilspulen 115.1-115.4 sind an ihren Enden verbunden über Verbindungs­ abschnitte 115 c bzw. 115 d. Diese Verbindungs­ abschnitte 115 c und 115 d verlaufen parallel zur Vorrich­ tungsachse 21 und damit in axialer Richtung.

Zwischen den Spulenabschnitten 115 a und 115 b ist die Ring­ spule 19 vorgesehen.

Die Ringspule und die einzelnen Teilspulen sind getrennt ansteuerbar von einer elektronischen Regelvorrichtung. Während die Ringspule 19 nur eine Verstellung in axialer Richtung, d. h. in der Richtung Z bewirkt, bewirken die Spulenabschnitte 15 a und 115 b entsprechend ihrer Ansteuerung auch Verstellung in Richtung der Koordinaten­ achsen x und y.

Fig. 5 zeigt eine dauermagnetische Hülse 103, die aus drei Teilhülsen 103 a, 103 b und 103 c besteht. Die Teilhül­ sen 103 a und 103 b sind wieder in entgegengesetzten Rich­ tungen dauermagnetisch magnetisiert. Dies ist durch die Magnetisierungspfeile 5 a und 5 b wiedergegeben. Die dauer­ magnetische Zwischenhülse 103 c ist zur Innenwand 23 hin magnetisiert. Dies gibt der Pfeil 25 wieder. Entsprechend dieser Magnetisierung befinden sich die Nordpole der Teil­ hülsen 103 a und 103 b im Bereich der axialen Hülsenenden 9 und 11, während die Nordpole der Zwischenhülse 103 c zur Innenwand 23 hin gelegen sind. Bei dem Ausführungsbeispiel der Hülse 103 nach Fig. 5 kommt eine Spulenanordnung zum Einsatz, wie sie in Verbindung mit den Fig. 3 und 4 beschrieben wurde. Es gibt also nur einen Spulensatz 115, der aus Teilspulen 115.1 bis 115.4 besteht und wobei sich im Bereich der axialen Hülsen 9 und 11 die Spulenab­ schnitte 115 a und 115 b befinden. Fig. 6 zeigt anhand einer einzelnen Teilspule 15.1 bei einem Stromverlauf in Richtung eines Pfeiles 27 anhand mehrerer Pfeile 29 die Kraftwirkungen, die von den einzelnen Spulenabschnit­ ten 115 a und 115 b bzw. den Verbindungsabschnitten 15 c und 15 d ausgehen. Die Kraftwirkungen, die von den Verbindungs­ abschnitten 15 c und 15 d ausgehen, heben sich offensicht­ lich auf. Das bedeutet, daß die Kraftwirkungen von den parallel zu der Vorrichtungsachse 21 verlaufenden Verbin­ dungsabschnitten zur Steuerung der Hülsensteuerung weder positiv noch negativ beitragen. Anders ist es bei den Spulenabschnitten 15 a und 15 b. Die von diesen Spulen­ abschnitten ausgehenden Pfeile zeigen, daß bei einer Stromrichtung, die durch den Pfeil 27 angegeben ist, die Kraftwirkungen dieser Spulenabschnitte nach außen ver­ laufen. Würde der Strom in umgekehrter Richtung durch die Spule 15.1 fließen, dann wären die Kraftwirkungen nach innen gerichtet. Durch eine entsprechende Ansteuerung der einzelnen Spulenabschnitte läßt sich damit eine Verstel­ lung der Hülse innerhalb der Spulenanordnung erreichen. In Fig. 3 sind entsprechend der Darstellung nach Fig. 6 Kraftwirkungspfeile 31 und 33 eingetragen, welche die Kraftrichtung angeben, die von den einzelnen Spulen­ abschnitten ausgehen. Die Pfeile +b in Fig. 3 geben die Flußrichtung der Feldlinien an.

Die Spulen 13.1-15.4; 115.1-115.4 und 19 der lichtopti­ schen Vorrichtung können als flächenhafte Leitungszüge auf einem Isolierzylinder 35, beispielsweise aus Hartpapier oder dgl. aufgebaut und angebracht sein. Ein derartiger, in den Fig. 2 und 4 angedeuteter Aufbau ist einfach und für die Massenfertigung geeignet.

Claims (8)

1. Lichtoptische Vorrichtung zur Lenkung bzw. Ausrichtung eines Strahlenbündels auf Spuren eines Informationsträgers mit einem Objektiv 1, denen räumliche Stellung gegenüber dem Informationsträger ständig korrigierbar ist mittels einer Bewegungsvorrichtung, die aus einem verstellbaren Objektivträger und einer stationären Steuerspulenanordnung besteht, die durch elektrische Ansteuerung den Objektiv­ träger verstellt, wobei der Objektivträger aus axial auf­ einander gesetzten, dauermagnetischen Teilhülsen besteht, die unterschiedlich magnetisiert sind und deren Magnetpole im äußeren Rückschlußfeld mit der Steuerspulenanordnung zusammenwirken, die sich koaxial zueinander um die Teil­ hülsen erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer­ spulenanordnung Steuerspuleneinsätze (13, 15; 115) aufweist und jeder Steuerspulensatz (13, 15, 115) aus mehreren Teilspulen (13.1-15.1; 115.1-115.4) besteht, die als Zylindermantelabschnitte ausgebildet und mit in Zylinderumfangsrichtung und mit in Zylinderachsrichtung alle etwa im gleichen Abstand von der Vorrichtungsachse verlaufenden Spulenabschnitten (13 a, 13 b; 15 a, 15 b) versehen sind, wobei die in Zylinderumfangsrichtung zusammengesetzten Teilspulen (13.1-13.4, 15.1-15.4; 115.1-115.4) sich zu einem Zylindermatel ergänzen und daß zwischen den Steuerspulensätzen (13, 15) bzw. Spulenabschnitten (115 a, 115 b) koaxial zu diesen eine zusätzliche Ringspule (19) vorgesehen ist.

2. Lichtoptische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Steuerspulensatz (13, 15, 115) aus wenigstens drei als Zylindermantelabschnitte aus­ gebildeten Teilspulen (13.1-15.4, 115.1-115.4) besteht.

3. Lichtoptische Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Steuerspulensatz (115) vorgesehen ist, von dem die in Zylinderumfangsrichtung verlaufenden Spulenabschnitte (115 a, 115 b) jeweils im Bereich der axialen Enden (9, 11) der aus den Teilhülsen (3 a, 3 b, 103 a, 103 b , 103 c) gebildeten dauermagnetischen Hülse (3, 103) Spulenringe bilden und daß die zusätzliche Ringspule (19) koaxial zwischen diesen Spulenringen (115, 115 b) angeordnet ist.

4. Lichtoptische Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle Teilspulen (13.1-15.4, 115.1-115.4) der Steuerspulensätze (13, 15, 115) und die Ringspule (19) aus flächenhaften Leitungszügen bestehen, die auf einen zylinderförmigen Träger (35) vorgesehen sind der den Objektivträger (3) umschließt.

5. Lichtoptische Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den dauermagnetischen Teilhülsen (103 a, 103 b) eine Zwischenhülse (103 c) angeordnet ist, die unmagnetisch, weichmagnetisch oder ebenfalls dauermagnetisch ausgebildet ist.

6. Lichtoptische Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilhülsen (3 a, 3 b, 103 a, 103 b) einander entgegengesetzt dauermagnetisch magnetisiert sind.

7. Lichtoptische Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nordpole der der Teilhülsen in Richtung auf die Zwischenhülse und die Nordpole der Zwischenhülse zu ihrer Außenwand orientiert sind.

8. Lichtoptische Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nordpole der Teilhülsen (103 a, 103 b) zu den Hülsenenden und die Nordpole der Zwischenhülse zu ihrer Innenwand orientiert sind.