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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft einen optischen Abtastaktuator, der einen durch
Aufhängungsmittel
aufgehängten
Linsenhalter umfasst und Spurhaltungs- und Fokussierspulen, Magnete
zum Zusammenwirken mit den Spurhaltungs- und Fokussierspulen, eine
Objektivlinse und Mittel zum Neigen des Halters der optischen Linse aufweist,
wobei der Aktuator ein Spulensystem an einer Seite des Linsenhalters
umfasst, das Spulensystem ein Fokussierspulensystem, das sich im
Wesentlichen in einer ersten Ebene erstreckt, und ein Spurhaltungsspulensystem,
das sich im Wesentlichen in einer zweiten Ebene parallel zur ersten
Ebene erstreckt, umfasst, der Aktuator ein Magnetsystem aufweist,
das vom Linsenhalter getrennt ist und sich, vom Linsenhalter aus
gesehen, im Wesentlichen über
die erste und die zweite Ebene hinaus erstreckt, das Magnetsystem
mit den Spurhaltungs- und Fokussierspulen zusammenwirkt und die
Fokussier- und/oder Spurhaltungsspulensysteme so eingerichtet sind,
dass sie durch Zusammenwirken mit dem Magnetsystem ein Neigen bewirken.
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Die
Erfindung betrifft außerdem
ein optisches Lese- und/oder Schreibsystem, das einen optischen
Abtastaktuator umfasst.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Optische
Abtastaktuatoren sowie optische Lese- und/oder Schreibsysteme, die
einen optischen Abtastaktuator umfassen, sind bekannt. Der Aktuator
umfasst einen Linsenhalter, der durch Aufhängungsmittel aufgehängt ist.
Spurhaltungs- und Fokussierspulen an dem Linsenhalter ermöglichen
im Zusammenwirken mit an einem feststehenden Teil befindlichen Magneten,
dass der Linsenhalter in einer radialen Richtung (Spurhaltung) und
einer vertikalen Richtung (Fokussierung) bewegt werden kann. Im
Vergleich zu Abtastaktuatoren, die an einem feststehenden Teil Spulen
und an dem Spulenhalter Magnete aufweisen, hat diese Art von Aktuatoren
ein geringeres Gewicht und ist besser in der Lage, eine Spurhaltung
auszuführen
und zu fokussieren. Ein derartiger Aktuator und ein derartiges System
sind in US 2001/0030815 offenbart. Bei diesem Aktuator ist außerdem ein
Mittel zum Neigen des Linsenhalters vorgesehen. Eine Welle ist vorgesehen,
um die der Lin senhalter geneigt werden kann. Das Neigen, d. h. das
Drehen um eine Achse, ermöglicht
eine bessere Steuerung der Bewegungen des Linsenhalters und demzufolge
eine bessere Entsprechung zwischen der optischen Achse der in dem
Linsenhalter befindlichen Linse und dem optischen Medium, das beschrieben
oder gelesen werden soll. Die aus US 2001/0030815 bekannten Mittel
zum Neigen des Linsenhalters sind jedoch verhältnismäßig kompliziert und somit teuer.
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Die
Patentschrift US-A 5,986,983, die für eine Abgrenzung in zweiteiliger
Form verwendet wird, offenbart einen Aktuator, der zwei Paar Spulen
an jeder Seite des Linsenhalters umfasst. Die zwei identischen Paare
von Spulen funktionieren als Fokussierspulen sowie als Spurhaltungsspulen
und bewirken das Neigen. Die Ströme,
die an die beiden Spulenpaare anzulegen sind, werden von Sensoren
unter Verwendung einer komplexen Matrix festgelegt.
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Die
Patentschrift US-A-2002/0006090 offenbart einen Aktuator, der einen
Linsenhalter mit einer Spuleneinheit umfasst, die gedruckte Leiterplatten
mit einem System aus Spurhaltungs- und Fokussierspulen umfasst,
wobei sich die Spurhaltungsspule in der Mitte der Leiterplatte befindet
und vier Fokussierspulen um die mittig platzierte Spurhaltungsspule
angeordnet sind.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Aktuator des eingangs beschriebenen
Typs zu schaffen, der verhältnismäßig einfache
und wirkungsvolle Mittel zum Neigen des Linsenhalters aufweist.
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Der
Aktuator ist daher dadurch gekennzeichnet, dass die Systeme der
Fokussier- und Spurhaltungsspulen getrennte Spulensysteme sind und
sich der Schwerpunkt des Spurhaltungsspulensystems im Wesentlichen
in der gleichen Ebene wie der Schwerpunkt des Linsenhalters befindet
und sich der Schwerpunkt des Fokussierspulensystems weiter entfernt
von dem Schwerpunkt des Linsenhalters befindet, sodass der Schwerpunkt
des Fokussierspulensystems, in einer Richtung längs der Fokussierrichtung betrachtet,
unter dem Schwerpunkt des Spurhaltungsspulensystems liegt.
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Gegenwärtige und
zukünftige
Konstruktionen machen eine gute Genauigkeit der Fokussierpositionierung
und/oder der radialen Positionierung sogar noch wichtiger, jedoch
ist insbesondere die Verlustleistung von großer Wichtigkeit. Je größer die
Speicherdichte von Informationen ist, desto wichtiger wird insbesondere bei
Schreibsystemen eine aktive Neigungssteuerung. Eine zu große Verlustleistung
führt zu
strukturellen Schäden
oder zur Notwendigkeit, die Drehzahl zu verringern, um Schäden zu vermeiden.
Dieses Problem wird noch wichtiger, wenn die Lese-/Schreib-Geschwindigkeiten
größer werden
und die Informationsdichte auf den Speicherplatten zunimmt. Bei
ansteigenden Geschwindigkeiten wird die Verlustleistung in dem Aktuator
noch bedeutender. Eine zu große
Verlustleistung kann zu überhitzten
Spulen und einer Verschlechterung der Linsengüte (strukturelle Schäden) führen. Eine
zu große
Verlustleistung wird ferner die Systemtemperatur erhöhen, wodurch
die Lebensdauer des Lasers (der Laser) begrenzt wird. Um die Verlustleistung
zu minimieren, sollte die Aktuator-Wirksamkeit optimiert werden.
Die vorliegende Erfindung bietet eine Lösung für ein oder mehrere der oben
genannten Probleme. Durch Minimierung der Gesamtmasse des Linsenhalters
wird die Wirksamkeit verbessert. Dies wird erreicht, indem die Spulenmasse
durch das Kombinieren der Fokussierungs-, Spurhaltungs- und Neigungsfunktionalität in dem
Spulensystem auf ein Minimum reduziert wird. Ein separates Neigespulensystem
wird damit vermieden, wodurch sich die Masse des Linsenhalters und
die Komplexität
der Konstruktion verringern. Eine Neigungsfunktionalität wird erreicht,
indem Fokussierungs- und Neigungsfunktionalität oder Spurhaltungs- und Neigungsfunktionalität kombiniert
werden oder durch eine Kombination aus Fokussierungs-, Spurhaltungs-
und Neigungsfunktionalität.
Das Magnetsystem ist separat vom Linsenhalter angeordnet (d. h.
es ist nicht daran angebracht), erstreckt sich, vom Linsenhalter
aus gesehen, im Wesentlichen über
die erste und die zweite Ebene hinaus und wirkt mit den Spurhaltungs-
und Fokussierspulen zusammen, die kombiniert sind, um die Spurhaltung,
das Neigen und das Fokussieren zu bewirken. Dadurch wird die Masse
des Linsenhalters im Vergleich mit Linsenhaltern, die (einen Teil
vom) Magnetsystem umfassen, weiter verringert. Der Vorteil, dass
das Spulensystem einen Fokussieraktuator, einen Radialaktuator und
einen Neigungsaktuator in einer Ebene (oder in Ebenen, die nahe
beieinander liegen, ohne dass sich Eisen oder Magnete zwischen den
Spulen befinden) kombiniert, besteht im Allgemeinen darin, dass
Folgendes kombiniert werden kann:
- 1. ein konstanter
Luftspalt zwischen Magneten und Spulen, unabhängig vom Fokussierhub, Radialhub
und Neigungshub; mit:
- 2. einem sehr kompakten Aufbau des Linsenhalters (mit kleinem
Volumen und geringer Masse und demzufolge mit hoher Wirksamkeit
und hohen Resonanzfrequenzen); mit:
- 3. einem kombinierten Magnetsystem, das einen verhältnismäßig einfachen
Aufbau haben kann, z. B. ein einzelner Mehrpol-Magnet oder eine
begrenzte Anordnung, z. B. eine Anordnung von Zweipol-Magneten für jede Gruppe
von Fokussier-, Radialbewegungs- und Neigungsspulen. Ein kleines
Magnetvolumen hilft, die Aktuatorabmessungen klein zu halten und
die Kosten zu minimieren. Dadurch, dass kein (Teil vom) Magnetsystem
in dem Linsenhalter vorhanden ist, wird Gewicht des Linsenhalters
eingespart, wodurch sich die Wirksamkeit erhöht.
- 4. Verwendung von separaten Fokussier- und Spurhaltungsspulen,
wobei sich die Schwerpunkte der separaten Spulensysteme in einem
bestimmten Abstand voneinander befinden, was Nebensignaleffekte
verringert.
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Der
Linsenhalter kann bei einfachen und verhältnismäßig kostengünstigen Ausführungsformen
ein einziges Spulensystem an einer Seite des Linsenhalters aufweisen,
vorzugsweise umfasst der Linsenhalter jedoch an gegenüberliegenden
Seiten des Linsenhalters ein Magnetsystem, das von dem Linsenhalter
getrennt ist und das ein Fokussierspulensystem (5f, 5f1, 5f2),
welches sich im Wesentlichen in einer ersten Ebene (Pcoilf) erstreckt,
sowie ein Spurhaltungsspulensystem (5r), welches sich im
Wesentlichen in einer zweiten Ebene (Pcoilr), die zur ersten Ebene
parallel verläuft
und jedem dieser Spulensysteme zugeordnet ist, über die erste und zweite Ebene
hinaus erstreckt, umfasst. Eine derartige symmetrische Anordnung
ermöglicht
eine größere Genauigkeit
und der Strom durch jedes Spulensystem wird im Mittel kleiner, sodass
die Verlustleistung im Vergleich zu asymmetrischen Ausführungsformen
(bei denen sich das Spulensystem lediglich an einer Seite des Linsenhalters
befindet) gleichmäßiger über den
Linsenhalter verteilt ist.
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Die
erste und die zweite Ebene fallen vorzugsweise zusammen, d. h. das
Spulensystem erstreckt sich im Wesentlichen in einer ebenen Anordnung.
Eine ebene Anordnung des Spulensystems, d. h. eine Anordnung, bei
der sich die Fokussier- und die Spurhaltungsspulen im Wesentlichen
in einer Ebene erstrecken, bietet die Möglichkeit eines verhältnismäßig einfachen
Aufbaus des Linsenhalters und eine hohe Wirksamkeit im Vergleich
zu Konstruktionen, bei denen die Spulen hintereinander angeordnet
sind.
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Das
kombinierte Magnetsystem umfasst vorzugsweise eine Anordnung von
Teilmagneten, wobei die magnetischen Achsen von mindestens einigen
der Teilmagneten eine nicht rechtwinklige Ausrichtung in Bezug auf
die erste und/oder zweite Ebene der Spulen haben. Ein derartig ausgerichtetes
Magnetsystem, bei dem die magnetischen Achsen von mindestens einigen
der erzeugten Magnetfelder nicht rechtwinklig zu den Ebenen der Spulen
ausgerichtet sind, ermöglicht
eine Formung der dem Magnetsystem zugehörigen Magnetfelder derart,
dass eine höhere
Wirksamkeit erreicht wird. Bei einer derartigen bevorzugten Ausführungsform
ist die Verlustleistung weiter verringert, womit eine wirksamere
Verwendung der Spulen ermöglicht
wird, was außerdem
dazu dienen könnte,
die Anzahl der Spulenwindungen und/oder die Längenausdehnung der Spulen zu verringern,
um dadurch das Gewicht des Linsenhalters zu verringern. Die Ausrichtung
von einigen der Teilmagneten liegt vorzugsweise in einer diagonalen
Richtung bezogen auf die Ebenen der Spulen. Dies führt zu einem
einfachen Aufbau. Die Verwendung von Teilmagneten mit nicht rechtwinkliger
Ausrichtung sorgt außerdem
für eine
Verringerung der Restneigung während
der Spurhaltung und dem Fokussieren. Die Restneigung ist eine unerwünschte Neigung
während
einer Spurhaltungs- oder Fokussierungsbewegung.
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Mindestens
eines der Fokussierspulen- und/oder Spurhaltungssysteme umfasst
vorzugsweise an jeder gegenüberliegenden
Seite ein oder mehrere Paare von Spulen, wobei das bzw. die Spulenpaare
Mittel zum Neigen des Linsenhalters bildet bzw. bilden. Die Unterteilung
von mindestens einer der Fokussier- und/oder Spurhaltungsspule(n)
in ein oder mehrere Spulenpaare schafft einen einfachen Aufbau zum
Neigen des Linsenhalters (indem den Spulen eines Paars ein geringfügig unterschiedlicher
Strom zugeführt
wird). Dennoch bietet die ebene Anordnung des Spulensystems die
Möglichkeit
einer guten Fokussierungswirksamkeit sowie Wirksamkeit der Radialbewegung,
während
die für
eine maximale Neigung erforderliche Verlustleistung klein ist, wie
später
erläutert
wird.
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Das
Spulenpaar, das die Mittel zum Neigen des Linsenhalters bildet,
ist vorzugsweise im Wesentlichen spiegelsymmetrisch in Bezug auf
eine Spiegelebene angeordnet, die durch eine optische Achse des
Linsenhalters und parallel zu dieser sowie im Wesentlichen senkrecht
zu den Ebenen der ebenen Spulenanordnungen verläuft. Dies ermöglicht eine
einfache und genaue Steuerung der Neigung. Bei derartigen Anordnungen sind
vorzugsweise sowohl das Fokussier- als auch das Spurhaltungsspulensystem
in Bezug auf diese Spiegelebene spiegelsymmetrisch angeordnet, wobei
das System, das die Mittel zum Neigen bildet, an gegenüberliegenden
Seiten dieser Ebene in einem bestimmten Abstand von der Spiegelebene
angeordnet ist und das andere Spulensystem nahe der Spiegelebene
angeordnet ist. Die Nebensignaleffekte zwischen Neigen und Spurhaltung
und/oder Fokussieren werden dadurch gering gemacht.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
verwenden die Fokussier- und Spurhaltungsspulensysteme eine elektrische
Leitung gemeinsam. Dies reduziert die Anzahl von elektrischen Leitungen
zu den Spulensystemen, womit sich die Komplexität des Aufbaus verringert.
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Die
Spulensysteme können
aus gewickelten Spulen gebildet sein, bestimmte Ausführungsformen
können
jedoch durch Spulen, die auf eine Folie gedruckt sind, hergestellt
werden. Letzteres hat eine weitere Verringerung des Gewichts des
Linsenhalters zur Folge.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein optisches Lese-/Schreibsystem
bereitzustellen, das einen optischen Abtastaktuator umfasst. Zu
diesem Zweck umfasst ein optisches Lesesystem einen optischen Abtastaktuator
gemäß der Erfindung.
Die Vorteile der optischen Abtastung verbessern die optische Abtastung
an sich, sie schaffen jedoch eine Verbesserung der Funktionsweise
des optischen Lesesystems insgesamt. Die Möglichkeit einer Verringerung
der Verlustleistung hat eine positive Auswirkung auf das gesamte optische
Lesesystem, da die Leistung, die in dem optischen Abtastaktuator
oder nahe bei diesem abgeleitet wird, zu anderen Teilen des optischen
Lesesystems abgeleitet wird, wodurch die richtige Funktionsweise
dieser Teile ebenfalls beeinflusst wird.
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Diese
sowie weitere Aspekte der Erfindung werden anhand der nachfolgend
beschriebenen Ausführungsformen
erläutert
und verständlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 in
einer perspektivischen schematischen Darstellung einen erfindungsgemäßen Abtastaktuator;
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2 in
einer perspektivischen Darstellung ein Detail eines erfindungsgemäßen Abtastaktuators;
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3 in
einer perspektivischen Darstellung einen Linsenhalter für einen
erfindungsgemäßen Abtastaktuator;
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die 4a und 4b elektrische
Schaltungen für
ein optisches Lesesystem, das einen erfindungsgemäßen Abtastaktuator
enthält;
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die 5a, 5b und 5d Abtastaktuatoren
gemäß Ausführungsformen
der Erfindung in der Seitenansicht, wobei 5d einen
Aktuator darstellt, der nicht im Rahmen der vorliegenden Erfindung
liegt;
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5c eine
Längsschnittansicht
eines Magnetsystems für
einen Aktuator;
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die 6a und 6b einen
Aktuator (die H-Variante), der nicht im Rahmen der Erfindung liegt;
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7 eine
Ausführungsform
der Erfindung, bei der sich die Fokussier- und Spurhaltungsspulen
hintereinander, d. h. in parallelen getrennten Ebenen erstrecken;
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8 in
grafischer Form die Wirksamkeit von Aktuatoren gemäß mehreren
Ausführungsformen
der Erfindung;
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9 Ausführungsformen
der Erfindung, die Joche aufweisen;
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die 10a bis 10c eine
spezielle Anordnung für
das Magnetsystem gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
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11 einen
Aktuator, bei dem die in 10 dargestellten
Magnetsysteme verwendet werden; und
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die 12 bis 14 ein
weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung.
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Die
Figuren sind nicht maßstabsgerecht
gezeichnet. Allgemein werden in den Figuren identische Komponenten
mit den gleichen Bezugszeichen angegeben.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt
schematisch einen erfindungsgemäßen Abtastaktuator.
Der Aktuator 1 umfasst einen Linsenhalter 2 mit
einer Linse 3, der durch Aufhängungsmittel 4 aufgehängt ist.
Der Linsenhalter 2 umfasst ein Linsensystem, wobei ein
Teil von dessen Radialspurhaltungsspule 5r in 1 gezeigt
ist. Er umfasst des Weiteren einen feststehenden Teil 6,
der ein Magnetsystem 7 zum Zusammenwirken mit dem Spulensystem
an dem Linsenhalter umfasst. Das Spulensystem und das Magnetsystem,
die über
den Spalt zwischen dem Linsenhalter und dem feststehenden Teil einander
zugewandt sind, wirken in der Weise zusammen, dass sie eine radiale
Steuerung, eine Fokussiersteuerung sowie eine Neigungssteuerung
bewirken. Dies schränkt
den Leistungsverbrauch im Vergleich zu Konstruktionen ein, bei denen
ein System zur getrennten Neigungssteuerung verwendet wird oder
Linsenhalter, bei denen sich Magnete zwischen Spulensystemen (und
somit an dem Spulenhalter) vorhanden sind, verwendet werden.
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2 zeigt
in einer perspektivischen Ansicht ein Detail des Abtastaktuators
von 1. An gegenüberliegenden
Seiten 2a und 2b des Spulenhalters ist ein Spulensystem 5,
das eine Radialspule 5r (d. h. eine Spule zur Korrektur
der Position des Linsenhalters in radialer Richtung) sowie ein Fokussierspulensystem 5f das
ein Paar Spulen 5f1 und 5f2 umfasst, vorgesehen.
Das Spulensystem erstreckt sich im Wesentlichen in der Ebene Pcoils. Die Spulen 5r, 5f1 und 5f2 besitzen
natürlich
eine Breite, sodass die Tatsache, dass sich die Spulen im Wesentlichen
in dieser Ebene Pcoils erstrecken, in praktischem
Sinne zu verstehen ist und nicht unzulässig auf eine mathematische
Interpretation dieses Zustands eingeschränkt werden soll. Bei dieser
bevorzugten Ausführungsform
erstrecken sich die Spurhaltungs- und Fokussierspulen in einer einzigen
Ebene. Im Rahmen der Erfindung im weitesten Sinn können sich
die Spulensysteme in zwei parallelen Ebenen erstrecken, wobei sich
ein System hinter dem anderen befindet. Derartige Systeme könnten verwendet
werden, wenn eine verhältnismäßig große Längenausdehnung
der Spulen erforderlich ist.
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Der
Vorteil, wenn das Spulensystem einen Fokussieraktuator, einen Radialaktuator
und einen Neigungsaktuator in einer Ebene (oder in Ebenen, die nahe
beieinander liegen, ohne dass sich Eisen oder Magnete zwischen den
Spulen befinden) kombiniert, besteht darin, dass Folgendes kombiniert
werden kann:
- 1. ein konstanter Luftspalt zwischen
Magneten und Spulen, unabhängig
vom Fokussierhub, Radialhub und Neigungshub; mit:
- 2. einem sehr kompakten Aufbau des Linsenhalters (mit kleinem
Volumen und geringer Masse und demzufolge mit hoher Wirksamkeit
und hohen Resonanzfrequenzen); mit:
- 3. einem verhältnismäßig einfachen
kombinierten Magnetsystem, z. B. ein einzelner Mehrpol-Magnet oder eine
begrenzte Anordnung, z. B. eine Anordnung von Zweipol-Magneten für jede Gruppe
aus Fokussier-, Radialbewegungs- und Neigungsspulen. Ein kleines
Magnetvolumen hilft, die Aktuatorabmessungen klein zu halten und
die Kosten zu minimieren. Dadurch, dass sich kein (Teil vom) Magnetsystem
in dem Linsenhalter befindet, wird Gewicht des Linsenhalters eingespart,
wodurch sich die Wirksamkeit erhöht.
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3 zeigt
schematisch einen Linsenhalter für
einen erfindungsgemäßen Aktuator.
Der Schwerpunkt des Linsenhalters ist durch den Stern schematisch
angegeben und liegt in einem geringen Abstand unter der Linse. Das
Fokussierspulensystem (5f1, 5f2) liegt, in einer
Richtung längs
der Fokussierungsrichtung betrachtet, unter diesem Schwerpunkt,
wohingegen das Radialspulensystem (oder Spurhaltungsspulensystem,
wie es gelegentlich bezeichnet wird) im Wesentlichen auf der gleichen
Ebene wie der Schwerpunkt liegt. In bevorzugten Ausführungsformen
fällt der
Schwerpunkt mit dem Steifigkeitszentrum der 2D-Aufhängung (Fokussier-Spurhaltungs-Ebene)
zusammen. Sowohl die Fokussierspulen (5f1, 5f2)
als auch die Radialspulen (5r) sind so positioniert, dass
die resultieren den Radial- und Fokussierungskräfte durch den Schwerpunkt und
das 2D-Steifigkeitszentrum
hindurch (bzw. nahe an diesen) wirken.
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Diese
Figur zeigt mehrere Merkmale der bevorzugten Ausführungsformen.
Sie zeigt z. B. eine Ebene, die durch eine optische Achse der Linse
(eine Achse durch ein Zentrum der Linse, die im Wesentlichen senkrecht
zur Linse verläuft)
und eine Richtung im Wesentlichen senkrecht zu den Seiten 2a, 2b des
Linsenhalters definiert ist. Das Radialspulensystem (5r)
und das Fokussierspulensystem (5f1, 5f2) sind
im Wesentlichen spiegelsymmetrisch in Bezug auf diese Ebene angeordnet.
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4 veranschaulicht eine elektrische Schaltung
für ein
optisches Lesesystem, das einen erfindungsgemäßen Abtastaktuator umfasst.
Das Lese/Schreibsystem umfasst eine Neigungssteuerung 41,
eine Fokussiersteuerung 42 und eine Steuerung 45 der
radialen Verschiebung, die bekannte Elemente von Lese/Schreibsystemen
darstellen. Diese Detektoren erzeugen Steuersignale Utilt, Ufoc
bzw. Urad. Ufoc und Utilt werden gemeinsam über Addierer 43 und 44 an
die Spulen 5f1 und 5f2 gesendet, die Ifoc1 und
Ifoc2 erzeugen. Die Differenz zwischen Ifoc1 und Ifoc2 ist gleich
dem (wirksamen) Neigungsstrom, der ein Neigen des Linsenhalters
bewirkt. Die Summe aus Ifoc1 und Ifoc2 ist gleich dem (gesamten
wirksamen) Fokussierungsstrom zur Fokussiersteuerung. Urad wird
an die Radialspule angelegt, um Irad zur radialen Steuerung zu erzeugen.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform
verwenden das Fokussier- und das Spurhaltungsspulensystem eine gemeinsame
elektrische Leitung 46. Die Gesamtzahl an elektrischen
Leitungen ist somit 4, d. h. die gemeinsame Leitung 46,
eine Leitung für
die Radialspule und zwei Leitungen für die Fokussierspulen 5f1, 5f2.
Dadurch, dass lediglich vier elektrische Leitungen für die Korrektur
der radialen Position, der Fokussierung und der Neigung benötigt werden,
wird ermöglicht,
die Gelenke einer einfachen, gewöhnlich
verwendeten 4-Gelenk-Aufhängung
zu verwenden, und die elektrischen Verbinder ermöglichen ebenfalls eine einfache
elektrische Anordnung.
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4b zeigt
eine elektrische Schaltung, die 6 Verbinder benötigt, sodass die Spulen (5f1, 5f2, 5r) elektrisch
getrennt werden können,
wodurch elektrische Nebensignaleffekte verhindert werden. Diese
Anordnung ermöglicht
des Weiteren, einfache unkomplizierte elektronische Treiber zu verwenden.
Diese Anordnung ist jedoch mechanisch komplexer und teurer.
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5a ist
eine Längsschnittansicht
eines Linsenhalters mit einer Radialspule 5r und den Fokussierspulen 5f1 und 5f2.
Außerdem
sind die Magnete 7 dargestellt. Durch das Leiten eines
Stroms durch die Spule 5r wird der Linsenhalter in der
radialen Richtung rad verschoben, wohingegen eine Summe der Ströme durch die
Spulen 5f1 und 5f2 den Linsenhalter entlang der
Fokussierrichtung foc verschiebt und eine Differenz der Ströme zwischen
den Spulen 5f1 und 5f2 ein Neigen des Linsenhalters
bewirkt, wie durch den Pfeil „Neigen" in 5a angegeben
ist.
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5b ist
eine Längsschnittansicht
eines Linsenhalters mit Radialspulen 5r1 und 5r2 sowie
Fokussierspulen 5f1 und 5f2. Außerdem sind
die Magnete 7 dargestellt. Durch das Leiten eines Stroms
durch die Spulen 5r1 und 5r2 wird der Linsenhalter
in der radialen Richtung rad verschoben, wohingegen eine Summe der
Ströme
durch die Spulen 5f1 und 5f2 den Linsenhalter
entlang der Fokussierrichtung foc verschiebt und eine Differenz
der Ströme
zwischen den Spulen 5f1 und 5f2 ein Neigen des
Linsenhalters längs
einer vertikalen Achse bewirkt, wie durch den Pfeil „Neigen" in 5a angegeben
ist. Bei dieser Anordnung ist außerdem ein Neigen möglich (indem
geringfügig
unterschiedliche Ströme
durch die Spulen 5r1 und 5r2 geschickt werden),
um ein „Neigen" entlang einer horizontalen
Achse zu bewirken. Diese Anordnung, bei der die Schwerpunkte des
Fokussier- und des Spurhaltungsspulensystems zusammenfallen, liegt
außerhalb
des Rahmens der Erfindung.
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5c zeigt
ein Magnetsystem 7 mit einem Joch 5j an der Rückseite
des Magnetsystems in Vorderansicht (F) und in Längsschnittansicht (S). Derartige
Joche ermöglichen,
das Magnetfeld zu verstärken
und zu modifizieren (in bestimmte Richtungen gerichtet).
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5d zeigt
eine Anordnung, die tatsächlich
eine Variation der in 5a gezeigten Anordnung ist. Die
Spulen 5f1 und 5f2 sind unter der Spule 5r etwas
verlängert.
Eine derartige Anordnung ermöglicht,
dass die Spulen 5f1 und 5f2 einen größeren Bereich überdecken,
wodurch die Wirksamkeit verbessert wird (da sie geringfügig größer sind)
und der Strombedarf und der Leistungsverbrauch verringert werden
oder bei gleichem Leistungsverbrauch eine größere maximale Verschiebung
oder Neigung möglich
ist.
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Die 6a und 6b zeigen
ebenfalls eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Aktuators.
In diesem Fall sind die Radialspulen (5r1, 5r2, 5r3, 5r4)
unterteilt, wobei sie sowohl für
die radiale Steuerung als auch die Neigungssteuerung sorgen. Die
einzelne Fokussierspule (5f) dient lediglich zur Fokussiersteuerung. In
diesem Beispiel sind die Radialspulen 5r1 und 5r3 wie
auch die Spulen 5r2 und 5r4 in Reihe geschaltet. Diese
Anordnung, bei der die Schwerpunkte des Fokussier- und des Spurhaltungsspulensystems
zusammenfallen, liegt außerhalb
des Rahmens der Erfindung.
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In
den Ausführungsformen,
die in den 1 bis 5a und 5b gezeigt
sind, kann die Anordnung des Spulensystems so betrachtet werden,
dass sie eine Anordnung in Form eines „T" bildet, wobei die Spulen 5f1 und 5f2 den
einen Teil des „T" bilden und die Spule 5r den
anderen Teil bildet. Die Anordnung der 6a und 6b sieht
eher wie ein H aus, wobei die Spulen 5r1 und 5r4 die
beiden Schenkel des H bilden und die Spule 5f den Querbalken
bildet. Bei dieser Anordnung ist die Fokussierspule nicht unterteilt,
wohingegen die Spurhaltungsspule oder die Radialspule 5r in
zwei Paare von Spulen unterteilt ist. Bei diesem Beispiel sind die Spulen 5r1 und 5r3 wie
auch die Spulen 5r2 und 5r4 in Reihe geschaltet.
Ein gemeinsamer Strom durch alle Spulen 5r1 bis 5r4 bewirkt
eine radiale Verschiebung und ein Unterschied der Ströme zwischen 5r1–5r3 und 5r2–5r4 bewirkt
einen Unterschied in der radialen Verschiebung zwischen dem oberen
Teil und dem unteren Teil des Linsenhalters, was eine Neigung zur
Folge hat.
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Eine
weitere Ausführungsform
wird gebildet, indem die Spule 5f nach unten versetzt wird;
in diesem Fall bilden die Spulen ein U (wobei die Spulen 5r1 bis 5r2 zwei
Schenkel des „U" bilden und die Spule 5f den Boden
des „U" bildet.)
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In
den obigen Ausführungsformen
sind alle Spulen (System 5r und 5f) in einer ebenen
Anordnung angeordnet, d. h. die Spulen erstrecken sich in einer
Ebene Pcoils. Im Umfang der Erfindung im
weitesten Sinne können
sich die Spulensysteme in zwei parallelen Ebenen erstrecken, wobei
sich ein System hinter dem anderen befindet. Derartige Systeme könnten verwendet
werden, wenn eine verhältnismäßig große Längenausdehnung
der Spulen erforderlich ist. Um die Wirkung des Merkmals der ebenen
Anordnung zu untersuchen, haben die Erfinder Konstruktionen geschaffen,
bei denen ein Spulensystem (vom Linsenhalter aus gesehen) hinter
dem anderen System positioniert ist und entweder die Fokussierspulen
oder die Radialspulen unterteilt wurden, um eine Neigung zu bewirken.
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7 zeigt
ein derartiges System (für
die U-Form), bei dem sich die Fokussierspulen näher am Halter befinden als
die Radialspulen oder mit anderen Worten die Radialspulen dem Magneten
am nächsten
sind. Das Radialspulensystem (Spurhaltungsspulensystem) erstreckt
sich in einer ersten Ebene Pcoilr und das Fokussierspulensystem
erstreckt sich in einer zweiten parallelen Ebene Pcoilf. In den
Ausführungsformen
der 1 bis 6 fallen die
parallelen Ebenen Pcoilr und Pcoilf im Wesentlichen zusammen. Die
Anordnung einer Gruppe von Spulen weiter entfernt von den Magneten
hat einen kleineren K-Faktor (lineare Motorkonstante [N/A]) zur
Folge, diese Ausführungsform
ermöglicht
jedoch, den Linsenhalter kompakter zu bauen (und möglicherweise
auch sein Gewicht zu verringern).
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Die
Wirksamkeit von verschiedenen Ausführungsformen, die alle innerhalb
der gleichen speziellen räumlichen
Begrenzungen konstruiert sind, ist in 8 dargestellt.
Die vertikale Achse bezeichnet die Fokussierungswirksamkeit, die
horizontale Achse bezeichnet die radiale Wirksamkeit und die Angabe
in mW neben den Punkten gibt die Verlustleistung in Milliwatt für eine Neigung
um 8 mrad an. Die Punkte bedeuten jeweils:
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- 71
- U-Form,
Fokussierspule unterteilt, Fokussierspule dem Magneten am nächsten
- 72
- U-Form,
Fokussierspule unterteilt, Radialspule dem Magneten am nächsten (wie
in 7)
- 73
- U-Form,
Radialspule unterteilt, Radialspule dem Magneten am nächsten
- 74
- U-Form,
Radialspule unterteilt, Fokussierspule dem Magneten am nächsten
- 75
- U-Form,
Radialspule unterteilt, alle Spulen in ebener Anordnung
- 76
- H-Form,
Radialspule dem Magneten am nächsten
- 77
- H-Form,
alle Spulen in ebener Anordnung (wie in 6a, 6b)
- 78
- wie 77,
jedoch mit innerem Joch (wird später
genauer erläutert)
- 79
- T-Form,
alle Spulen in ebener Anordnung (wie in 1 bis 5)
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Ein
niedriger Wert für
die Neigungs-Verlustleistung ist bevorzugt (vorzugsweise kleiner
als 100 mW, noch bevorzugter unter 200 mW), kombiniert mit großen Werten
sowohl für
die Fokussierungswirksamkeit als auch die radiale Wirksamkeit. Die
Konstruktionen, die derartige Werte liefern, sind 75, 76 und 77 bis 79 und insbesondere 77 bis 79,
wobei sich das beste Ergebnis für
die Konstruktion 79 ergibt. Daraus ergibt sich, dass:
- 1. Konstruktionen, bei denen alle Spulen in
einer ebenen Anordnung positioniert sind (Pcoilf fällt im Wesentlichen
mit Pcoilr zusammen), liefern im Allgemeinen bessere Ergebnisse
in Bezug auf die Wirksamkeit als Konstruktionen, bei denen die Spulen
hintereinander angeordnet sind, vorausgesetzt der restliche Teil
der Konstruktion bleibt unverändert;
- 2. die H- und die T-Form sind gegenüber der U-Form bevorzugt;
- 3. die T-Form liefert die besten Ergebnisse.
-
Obwohl
die Erfindung in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde,
ist klar, dass Modifikationen dieser Ausführungsformen, welche die oben
dargelegten Prinzipien einhalten, für einen Fachmann offensichtlich
sind, und deshalb die Erfindung nicht auf eine einzige oder alle
bevorzugten Ausführungsformen
beschränkt
ist, sondern derartige Modifikationen umfassen soll.
-
Eine
derartige Modifikation ist z. B. in 9 gezeigt.
Der dargestellte Aktuator ist dem Aktuator ähnlich, der das in den 6a und 6b gezeigte
Spulensystem in H-Form aufweist, mit Ausnahme der Tatsache, dass
ein Joch (ein Stück
Metall mit einer hohen magnetischen Permeabilität μ) hinter den Spulen, die sich in
einem Schlitz in dem Halter erstrecken, angeordnet ist, wobei das
Joch selbst an einem feststehenden Teil, d. h. nicht am Linsenhalter
angebracht ist. Dies vergrößert und
lenkt die Magnetfelder, die durch die Fokussier- und Spurhaltungsspulen
erzeugt werden, wodurch sich die benötigten Ströme und somit die Verlustleistung verringern;
dies wird deutlich, wenn die Verlustleistungen der Punkte 77 (H-Form
ohne Joch) und 78 (H-Form mit Joch) verglichen werden.
Das Joch erfordert einen größeren und
komplexeren Linsenhalter, z. B. da der Schlitz vorgesehen sein muss,
und kann dadurch das Gewicht des Linsenhalters vergrößern, es
vergrößert andererseits
auch die Wirksamkeit und ermöglicht
eine Verringerung des Gewichts und/oder der Längenausdehnung der Spulen.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst das kombinierte Magnetsystem 7 eine Anordnung von Teilmagneten,
wobei die magnetischen Achsen von mindestens einigen der Teilmagneten
eine nicht rechtwinklige Ausrichtung in Bezug auf die erste und/oder
zweite Ebene haben. Ein derartig ausgerichtetes Magnetsystem, bei
dem die magnetischen Achsen der Magnetfelder nicht rechtwinklig
zu den Ebenen der Spulen ausgerichtet sind, ermöglicht eine Formung der dem
Magnetsystem zugehörigen
Magnetfelder derart, dass eine höhere
Wirksamkeit erreicht wird. Dies verringert die Verlustleistung und
ermöglicht
eine wirkungsvollere Verwendung der Spulen und könnte außerdem verwendet werden, um
die Anzahl von Wicklungen der Spulen und/oder die Längenausdehnung
der Spulen zu verringern, wodurch das Gewicht des Linsenhalters
verringert wird.
-
Die 10a bis 10c veranschaulichen
eine derartige Magnetanordnung.
-
Kleine
elektromagnetische Aktuatoren umfassen herkömmlich, wie in 10a schematisch gezeigt, zwei Permanentmagnete 7,
die entgegengesetzt und senkrecht zu der oberen Oberfläche, die
der Spule 5r, 5f zugewandt ist, magnetisiert sind,
gemeinsam mit einem optionalen Joch 92. Die Magnete und
das Joch bilden gemeinsam einen Stator. Der Rotor wird durch die
Spule 5r, 5f (durch die gestrichelte Linie angegeben)
gebildet, durch die ein Strom fließt, der mit dem Magnetfeld
in der y-Richtung (By) zusammenwirkt, um
eine Lorentz-Kraft in der x-Richtung zu erzeugen. Das durch ein
derartiges Paar von Magneten erzeugte Feld ist jedoch nicht optimal.
Es besteht die Notwendigkeit, die Wirksamkeit des Aktuators zu erhöhen. Um
die Wirksamkeit in Ausführungsformen
der Erfindung zu erhöhen,
umfasst das Magnetsystem Teilmagnete mit einer Ausrichtung, die
nicht rechtwinklig ist.
-
10b stellt eine mögliche Anordnung dar. Bei dieser
Anordnung sind zwei Teilmagnete 7b und 7d mit
einer rechtwinkligen Magnetfeldausrichtung durch einen Magneten 7c mit
einer parallelen Ausrichtung getrennt und an beiden Seiten durch
Magnete 7a und 7e flankiert. Das Magnetfeld ist
perfekt symmetrisch und besser optimiert als das durch die in 10a gezeigte Anordnung erzeugte Feld. Das Konzept
erfordert, obwohl es im Rahmen der bevorzugten Ausführungsformen
liegt, 5 Magnete und dadurch einen verhältnismäßig großen Raum.
-
10c stellt eine stärker bevorzugte Anordnung dar,
bei der lediglich 4 Magnete verwendet werden. Dies ist eine einfachere
Konstruktion, die weniger Raum benötigt, und Berechnungen haben
ergeben, dass das Magnetfeld noch besser ist als das der in 10b gezeigten Anordnung.
- – Die Anordnung
von 10c kann in verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden.
- – Die
Magnetanordnung 7a bis 7d kann doppelseitig sein.
- – Die
Magnetanordnung kann mit einem Joch kombiniert sein, analog zu dem
in 10a gezeigten Joch.
- – Die
Magnete 7a bis 7d können in (geringfügig) unterschiedlichen
Größen hergestellt
sein. Kleinere innere Magnete 7b und 7d ergeben
die Möglichkeit
der Verwendung einer kleineren Spule und dadurch einer kleineren
bewegten Masse, was zu einer größeren Wirksamkeit
führt.
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11 zeigt
das Konzept der in 10c schematisch gezeigten Anordnung
zur Erhöhung
der Wirksamkeit des Aktuators. Die obere Hälfte der Magnetanordnung umfasst
vier Magnete, die wie in der Draufsicht gezeigt diagonal magnetisiert
sind. Die beiden unteren Magnete sind rechtwinklig magnetisiert.
Der Vergleich einer derartigen Konstruktion mit einer Konstruktion,
bei der zwei rechtwinklig magnetisierte obere Magnete vorhanden
sind (anstelle der in 11 gezeigten vier diagonal magnetisierten
Magnete), zeigt einen bedeutenden Anstieg der Wirksamkeit: Die Motorkonstante
(das Verhältnis
von Kraft zu Strom) ist um 50 % größer, während die Beschleunigungseffizienz
(das Verhältnis
von Beschleunigung zu Quadratwurzel der elektrischen Leistung) um
25 % gestiegen ist.
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Des
Weiteren ist die Restneigung (d. h. eine kleine Restneigung während der
Spurhaltungs- und/oder Fokussierungsbewegung) verringert und die
Linearität
der Bewegungen (d. h. die Beziehung zwischen dem Strom und der Bewegung)
verbessert. Diese beiden Effekte machen die Steuerung der Bewegungen
einfacher.
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Die
Erfindung wird bei allen neuen Charakteristiken und allen Kombinationen
von Charakteristiken verkörpert.
Bezugszeichen begrenzen nicht den Umfang der Ansprüche. Das
Wort „umfassend" schließt das Vorhandensein
von anderen als in einem Anspruch erwähnten Elementen nicht aus.
Die Verwendung des Wortes „ein" vor einem Element
schließt
das Vorhandensein mehrerer derartiger Elemente nicht aus. Die Figuren
und Ausführungsformen
werden beispielhaft gezeigt und schränken den Geltungsbereich der
Ansprüche
nicht ein. Wenn z. B. in den Figuren die Spulen auf den Halter gewickelt
sind, kann die Spule in Ausführungsformen
auf eine Folie gedruckt oder auf andere Weise darauf vorgesehen
sein.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
sind z. B. jene, bei denen das Magnetsystem (die Anordnung von Teilmagneten),
wie in den 10a bis 10c gezeigt,
in Kombination mit einer asymmetrischen Spulenanordnung verwendet
wird (d. h. ein Spulensystem, das lediglich an einer Seite des Linsenhalters
angeordnet ist). Die erhöhte
Wirksamkeit, die durch die Anordnung von Teilmagneten geschaffen
wird, ergibt die Möglichkeit
der Verwendung von kleineren Spulen und/oder geringeren Strömen, wodurch
die Verlustleistung und ein eventuell ungleichmäßig verteiltes Gewicht verringert
werden.
-
Es
ist außerdem
vorteilhaft, das Magnetsystem, wie in den 10a bis 10c gezeigt, in Kombination mit Ausführungsformen
zu verwenden, bei denen die erste und die zweite Ebene nicht übereinstimmen
(d. h. die Fokussier- und Spurhaltungsspulen sind (teilweise) hintereinander
positioniert). Die Magnetfelder, die durch die Anordnung der Teilmagnete
erzeugt werden, werden besser auf die Spulen gerichtet und haben
im Mittel eine größere Längenausdehnung
in der Richtung der Spulen. Das ist von Vorteil, wenn eine der Spulen von
dem Magnetsystem weiter entfernt ist als die andere.
-
Die 12 und 14 veranschaulichen
ein weiteres Beispiel, bei dem der Halter 2 mit der Linse 3 an
beiden Seiten Spulen 5r und 5f aufweist. Keine
dieser Spulen ist unterteilt, die Konfiguration der Spulen (die
mehr oder weniger ein L bilden, wobei eine der Spulen den Abschnitt
I des L und die andere das _ des L darstellt) bildet jedoch ein
L an einer Seite des Halters und ein ⌋| an der anderen
Seite, wodurch die Spulen 5r und 5f beim Zusammenwirken
eine Neigung bewirken können.
Das Fokussier- und das Spurhaltungs spulensystem sind daher in diesem
Beispiel gemeinsam in der Weise angeordnet, dass sie durch Zusammenwirken mit
dem Magnetsystem eine Neigung bewirken.
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Die
Erfindung kann wie folgt kurz beschrieben werden:
Ein optischer
Abtastaktuator besitzt einen Linsenhalter. Der Linsenhalter weist
Spurhaltungs- und Fokussierspulen auf, die sich im Wesentlichen
in zwei parallelen Ebenen an einer Seite des Linsenhalters erstrecken. Ein
Magnetsystem ist getrennt von dem Linsenhalter angeordnet und erstreckt
sich über
diese Ebenen hinaus, wobei das Magnetsystem mit den Spurhaltungs-
und Fokussierspulen zusammenwirkt, und wobei das Spulensystem so
beschaffen ist, dass es durch das Zusammenwirken mit dem Magnetsystem
eine Neigung bewirkt.
-
Es
ist vorzugsweise ein Spulensystem an jeder von zwei gegenüberliegenden
Seiten des Linsenhalters vorgesehen. Figurentext Fig.
5a, Fig. 5b, Fig. 5d
Fig.
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