JP2005532649A - 光学読取及び／又は書込システム用レンズ駆動装置並びに光学読取／書込システム - Google Patents

Abstract

レンズ駆動装置（１）又は光学読取及び／又は書込システムは、対物レンズ（２）を持つ機械構造物（３）と、レンズ位置を制御するアクチュエータ（４，４’，６）とを有する。前記レンズ駆動装置は、前記機械構造物上に又は近くに更に他のアクチュエータ（５，５ａ，５ｂ，５’）を有し、初めに述べられたアクチュエータ（４，６）により生成された動きを少なくとも部分的に補償する。

Description

本発明は、対物レンズを持つ機械構造物と前記機械構造物に作用することによりレンズ位置を制御するアクチュエータとを有する、光学読取及び／又は書込システム用レンズ駆動装置に関する。

本発明は、対物レンズを持つ機械構造物と前記機械構造物に作用することによりレンズ位置を制御するアクチュエータとを有するレンズ駆動装置を有する光学読取及び／又は書込システムにも関し、前記システムは、更に前記アクチュエータに対する制御信号を生成するコントローラ手段を有し、前記アクチュエータは前記制御信号に応答して動作する。

レンズ駆動装置並びにレンズ駆動装置を有する光学読取及び／又は書込システムが既知である。光学読取及び／又は書込システムは、光学的に信号を読み取る／書き込むためにレーザ光を使用して光学媒体上、例えばディスク上に記録された情報を読み取り、及び／又は前記光学媒体上に情報を書き込む。このような光学読取及び／又は書込システム用のレンズ駆動装置は前記対物レンズを駆動し、レンズの位置制御、例えばフォーカス制御及びトラッキング制御は、駆動アクチュエータ、例えば対物レンズを備えたホルダに巻かれたフォーカスコイル及びトラッキングコイルからなるコイルに供給される駆動信号に従って実行される。前記レンズ駆動装置は、通常は一般的にはサスペンション手段により吊るされているホルダ上に対物レンズを持つ機械構造物を有する。例えば固定部分における磁石と協働するレンズホルダのような前記機械構造物上の又は近くの例えばトラッキングコイル及びフォーカシングコイルのようなアクチュエータは、前記レンズの位置が制御されることを可能にし、例えば前記レンズホルダが半径方向（トラッキング）及び垂直方向（フォーカシング）に移動されることができる。代替的に、前記装置は固定部分及び磁石機械構造物、例えば前記レンズホルダ上にコイルを持つことができる。前記レンズ駆動装置は一般的に前記フォーカス制御及びトラッキング運動において対応する共振周波数を持ち、各共振は特定のモード形状（共振周波数における前記構造の特徴的な運動）を持つ。これらの固有共振周波数（固有周波数）は、とりわけ前記機械構造物の物理的形状に依存する。この形状は反共振、例えば前記レンズの位置における前記機械構造物の運動が異なるモード形状の相殺効果のため非常に小さい場合の周波数をも決定する。このような固有共振周波数及び反共振周波数は、典型的にはおよそ１乃至１０ｋＨｚに又はこれよりわずかに上に位置する。

可能な限り正確に前記光学媒体上のトラックをたどるために、始動された機械システム及びフィードバックコントローラを有するトータルシステムの帯域幅は、可能な限り大きくなくてはならない。しかしながら、上で述べたように共振及び反共振の組み合わせはこの帯域幅に対する制限である。これらの共振及び反共振の組み合わせの場合に、位相が−１８０°である周波数に対して前記トータルシステムが１より小さいループゲインを持ち、同時にこのシステムの帯域幅が共振／反共振ピークの領域であるような単純な（ＰＩＤ又はＰＩリード／ラグ）フィードバックコントローラを実際に設計することは可能ではない。即ち、もし前記ループゲインが−１に近くなると、前記システムは不安定且つ制御不可能になる。

この問題を避ける１つの仕方は、前記コントローラの帯域幅が指定の範囲に達することができるように、固有共振周波数が非常に高い周波数に位置するような様式で前記機械構造物を設計することである。前記レンズ駆動装置は、各より高いモードの共振が各サーボ帯域の外になるように設計される。特に実際のサーボ制御に必要なサーボ帯域を例えば２ｋＨｚ〜５ｋＨｚの上限値で設計することにより、制御システムは前記固有共振周波数の近傍における位相シフトにより影響を受けない。ＥＰ１０７９３７７は、前記固有共振周波数の増加を達成することを目的とした設計を開示する。近年は、しかしながら、ディスク読取及び／又は書込システムは、普及している標準的なディスク回転速度の数倍高いディスク回転速度で動作している。これはディスクプレーヤ用の前記レンズ駆動装置により信号が読み取られる及び／又は書き込まれる速度を増加し、前記駆動装置の駆動速度及びこれにより駆動周波数をも増加する。従って前記制御システムの前記サーボ帯域の上限が増加し、前記機械構造物の固有共振周波数を増加する必要を生じる傾向がある。これは、前記機械構造物によりとられることができる空間の制限のため、しばしば非常に高い共振周波数に到達することを難しくするか、又は前記固有共振周波数の増加にもかかわらず、読取／書込速度の増加は、前記サーボ制御の（周波数の）上限を固有共振周波数に近い周波数まで増加する。

本発明の目的は、冒頭の段落で述べられたタイプのレンズ駆動装置と、１つ又は複数の指摘された問題を減少するために改良された高周波特性を持つレンズ駆動装置を有する光学読取及び／又は書込システムとを提供することである。

この目的のために、前記レンズ駆動装置は、前記機械構造物に作用する更に他のアクチュエータを有し、これによりある周波数範囲において前記機械構造物の動き又は前記機械構造物内の動きを生成し、初めに述べられたアクチュエータにより生成された動きを少なくとも部分的に補償する。

この目的のために、前記光学読取及び／又は書込システムは、前記機械構造物に作用する更に他のアクチュエータを有するレンズ駆動システムを有し、これによりある周波数範囲において前記機械構造物の動き又は前記機械構造物内の動きを生成して、初めに述べられたアクチュエータにより生成された動きを少なくとも部分的に補償し、前記コントローラは前記他のアクチュエータに対して補償信号を生成する手段を有する。

前記他のアクチュエータは、前記初めに述べられたアクチュエータにより生じた動きを補償するために前記初めに述べられたアクチュエータと同じ共振で前記機械構造物を励振する。このように前記共振は能動的に相殺され、有害な振動は避けられる。前記レンズ駆動システムは高周波まで動作されることができる。

好適な実施例において、前記他のアクチュエータは圧電素子を有する。本発明の最も広い概念において、前記アクチュエータは、例えば磁気システムと組み合わせたコイル又は例えば圧電素子であってもよい。前記他のアクチュエータは、圧電素子が適切である比較的高い周波数（より高い共振周波数）で使用され、一般に前記他のアクチュエータにより生じた付加的な重さは好ましくは小さく、前記圧電素子の重さは一般的にはコイル及び磁石システムの組み合わされた重さより小さいので、圧電素子の使用は好ましい。更に、圧電素子は一般的にはコイル及び磁石システムを有する電磁アクチュエータより小さい。

本発明のこれら及び他の態様は、後に記述される実施例を参照して明らかになり、説明されるであろう。

図は正しい縮尺比で描かれてはいない。一般に、同一の構成要素は、前記図において同じ参照符号により示される。

図１は、本発明によるシステムの幾つかの要素を概略的に記述する。機械構造物１においてレンズはレンズホルダ（スキームには図示されていない、例として後の図を参照）に取り付けられる。前記機械構造物に又はこれの近くに取り付けられるのは、コントローラ（本例においては制御回路ＣＣの形式）から制御信号ＣＳを受信するアクチュエータ４である。前記コントローラに対する入力は、本例においてはフィードバックコントローラ（ＦＣ）にフィードされるセンサ出力ＳＯである。これらの要素は基本要素を形成し、前記基本要素により前記機械構造物における前記レンズの位置が制御される。しかしながら機械構造物１は固有共振周波数（固有周波数）を持つ。

光学媒体上のトラックを可能な限り正確にたどるために、作動された機械システム及びフィードバックコントローラを有するトータルシステムの帯域幅は可能な限り大きくなければならない。しかしながら、上で述べられたように共振及び反共振の組み合わせはこの帯域幅の制限である。これらの共振及び反共振の組み合わせの場合、前記トータルシステムが、位相が−１８０°である周波数に対して１より小さいループゲインを持ち、このシステムの帯域幅が共振／反共振ピークの領域にあるような単純な（ＰＩＤ又はＰＩリード／ラグ）フィードバックコントローラを実際に設計することは可能ではない。即ち、もし前記ループゲインが−１に近くなるならば、前記システムは不安定及び制御不能になる。

これらの問題を避ける１つの仕方は、前記コントローラの帯域幅が指定の範囲に達することができるように、固有共振周波数が非常に高い周波数に位置するような様式で前記機械構造物を設計することである。しかしながら、特に読取／書込速度が更に高くなるという事実及び設計に与えられる制約を考慮すると、前記固有周波数をより高くするのには限界がある。

本発明は、異なる仕方で上述の問題を解決することを目的とする。この目的のために、前記レンズ駆動装置は、前記機械構造物上に又は近くに前記機械構造物に作用する更に他のアクチュエータを有し、これによりある周波数範囲において前記機械構造物の動き又は前記機械構造物内の動きを生成して、初めに述べられたアクチュエータにより生成された動きを少なくとも部分的に補償する。

他のアクチュエータ５，５ａ，５’，５ｂは、前記機械構造物上に又は前記機械構造物の近くに配置される。これ（これら）はアクチュエータ４と同じ共振周波数で前記機械構造物を励振する。図１に示されるように前記他のアクチュエータに対して周波数範囲（この目的のためにフィルタＦが設けられてもよい）で前記他のアクチュエータに補償コントローラ信号ＣＯＭＰＳをフィードすることにより、不所望な共振は補償されることができる。調整可能なゲインであることができるゲインＧは、前記補償信号に対して前記ゲインを設定するために供給されることができる。前記ゲインは異なる補償アクチュエータに対して異なってもよい。これはゲインＧ’により図１に概略的に示される。好ましくは、前記他のアクチュエータは、主に相殺されるべき共振周波数を励振するような様式で設計される。

アクチュエータ４の動きを補償することにより、前記システムの帯域幅が前記機械システムの共振周波数に近くなるような様式でコントローラが設計される場合にも、前記システムは安定且つ制御可能なままである。前記制御回路においてノッチフィルタ（特定の周波数を止めるように特別に調整されたフィルタ）を使用することにより前記問題を電子的に除去することでも、前記システムが不安定になることを避けることができることが知られている。しかしながら、このようなノッチフィルタは各装置に対して調整されなければならず、更に時効効果及び温度効果は、時間が経つと前記固有周波数と前記ノッチフィルタの周波数との間の不整合を生じる可能性がある。本発明において、このような問題は小さい。

前記コントローラにおいて使用される前記フィルタは、単純な高域フィルタ又は帯域通過フィルタであってもよい。

図２は本発明によるレンズ駆動装置１を斜視図で概略的に示す。レンズ２は機械構造物３、本実施例においてはスイングアーム３上に配置される。コイル４によりフォーカス方向に、及びコイル６により半径方向に力が生成される。機械構造物３の不所望な共振を抑制（補償）するために、アクチュエータ、本実施例においては薄い圧電素子５は、機械構造物３に取り付けられる。前記力を生成する際に前記コイルと協働する永久磁石は、ここでは図示されない。前記コイルは移動可能な機械構造物に配置されることができ、この場合永久磁石システムは前記装置の固定された部分に配置されるか、又は代替的に前記永久磁石システムが前記機械構造物に取り付けられ、この場合前記コイルが前記装置の固定された部分に配置される。しかしながら、前記コイルは機械構造物３に取り付けられ、固定され、又は機械構造物３の一部を形成するのが好ましい。前記機械構造物は比較的小さい重さを持ち、これは電力損失を減少し、前記共振周波数を増加する。

図３は第２実施例を示す。本実施例は、圧電素子５が２つの別個の領域５ａ及び５ｂに分割されることを除き、図２に示されるものと同じ機械構造物を有する。異なるフィルタを介し、即ち異なる周波数範囲で（図１を参照）これら別個の領域５ａ及び５ｂをフィードすることにより及び／又はより多くの共振が励振されるような様式で設計することにより、１より多い共振が補償されることができる。

図４は、フォーカス運動がコイル４により生成されるのではなく、例えば機械構造物２の底部に接着された薄い圧電素子４’により生成されることを除き、図２に示される実施例と同様である第３実施例を示す。圧電素子５及び４’の組み合わせは、前記機械構造をより薄く、より小さくし、これ自体が利点である。本発明は共振に関する問題を減らす手段を提供すると理解されるべきであることに注意する。本発明は、共振に関する問題を減らす他の対策と組み合わされることができないものとして限定的に解釈されるべきではない。例えば、前記機械構造物をより薄く且つより軽くすることは（図４の例のように）、重さを減らし、これにより電力消費を減らす。これは前記共振周波数の増加をも引き起こすことができ、これは利点である。

図５は本発明によるレンズ駆動装置の更に他の実施例を示す。前記実施例は、図２に示された実施例のものと同じアクチュエータを有するが、ここで補償アクチュエータ５’は、機械構造物３の上部に配置されたコイルを有する電磁アクチュエータである。アクチュエータ５’と協働する永久磁石システム（ここでは図示されない）は、前記スイングアームに対する固定されたハウジングに取り付けられる。

第５実施例は図６に示される。前記第５実施例は、レンズホルダ３ａとヒンジ３ｂとベース３ｃとを有する機械構造物上にレンズ２を有する。フォーカシング運動及び半径方向運動は電磁アクチュエータにより生成され、前記電磁アクチュエータの中の永久磁石システム７及びラジアルコイル８のみが示される。前記フォーカシング運動中の前記ヒンジの共振は、前記ヒンジの上の圧電素子９により減少（補償）され、前記半径方向運動中の共振は、圧電素子１０により抑制される。

最後に図７Ａ及び７Ｂは本発明の効果をグラフ形式で図示する。このグラフにおいて、図２に概略的に示されるような実施例に対する実験結果が示されている。水平軸は周波数を示すのに対し、縦方向にはゲイン（ｄＢでのＳＯ／ＣＳの比）が与えられ（図７Ａ）、位相差が与えられる。２本の線が引かれ、一方（実線）は補償アクチュエータを使用しないものであり、他方（点線）は補償アクチュエータを使用するものである。位相遅れが−１８０°より下に減少する２つの共振周波数は１.４ｋＨｚ付近のピーク７１ａ及び５ｋＨｚ付近のピーク７１ｂにより示される。前記位相におけるこれら負のピークは単純なＰＩＤ（比例積分微分）コントローラ又はＰＩリード／ラグ・コントローラにより補償されることができず、従って前記トータルシステムの帯域幅を制限する。これらのピーク７１ａ及び７１ｂ付近の帯域幅を持つシステムは不安定である。前記点線は、前記他のアクチュエータの使用がこれらのピークを除去し、これにより不安定性を除去することを示す。事実上、初めの不安定性の両方が、単一のアクチュエータを用いて除去されることが知られている。発明者は、電子ノッチフィルタを使用する場合と比較して、前記共振抑制効果がより安定であることを発見した。温度効果又は時効効果はより小さい。実験は、過補償が大きな問題を引き起こさないことをも示している。過補償は第２ピークｂに対して図７Ａ及び７Ｂに示されるような効果を持つ。位相遅れ（負の位相差）は正の位相差に変えられ、これは、負のピーク（−１８０°より下）が正のピーク（−１８０°の線より上）に変えられるという事実により見られることができる。事実上、追加された安全マージンが不安定性に対して組み入れられるので、前記他のアクチュエータに過補償信号を供給することは有利でありうる。これは本発明の利点であり、補償効果は、特に小さな過補償が使用される場合に強力（robust）である。熱効果及び時効効果はほとんど影響を与えない。前記フィルタは広帯域フィルタ又は高域フィルタ（これらは単純な廉価なフィルタ）であってもよく、ゲインｇは比較的広いマージンの間で変化することができ、依然として良い結果が達成される。

前記機械構造物に対する前記他のアクチュエータの追加は、これ自体で前記機械構造物の共振周波数に影響を与える。従って、（複数の）フィルタＦは、前記（複数の）ゲインのように、前記機械構造物を前記他のアクチュエータと整合するように選択又は設定される。

本発明は好適な実施例に関して記載されているが、上記の原理内での変更例が当業者に明白であり、従って本発明は１つ又は複数の記載された実施例に制限されず、このような変更例を含むと意図されることは理解されるであろう。

１つのこのような修正は、例えば（複数の）ゲインｇが調整可能であり（即ち前記他のアクチュエータに対して前記信号のゲインを設定する手段を持ち）、前記システムが、例えば周波数範囲内の位相遅れを一時的に測定する手段と、前記測定された位相遅れに応答して前記ゲインを返す手段とを持つような実施例である。

本発明は、各新しい特徴的フィーチャで及び特徴的フィーチャの各組み合わせで実施される。何れの参照符号も請求の範囲を制限しない。動詞“有する”及びこの活用形の使用は、請求項に記載された要素以外の要素の存在を除外しない。要素に先行する不定冠詞“１つの”の使用は、複数のこのような要素の存在を除外しない。

本発明の概念内で、‘コントローラ手段’は広く理解されるべきであり、記載された実施例に制限されずに、例えばハードウェアの何れの要素（例えばコントローラ、コントローラ回路）、制御機能を実行するように設計された何れの回路又はサブ回路及び本発明による制御動作を実行するように設計又はプログラムされたソフトウェアの何れの要素（コンピュータプログラム、サブプログラム、コンピュータプログラムのセット、又はプログラムコード）並びにこのようなものとして単独で又は組み合わせで動作するハードウェア及びソフトウェアの要素の何れの組み合わせをも有する。

要約すると、本発明は以下のように記載されることができる。

レンズ駆動装置（１）又は光学読取及び／又は書込システムは、対物レンズ（２）を持つ機械構造物（３）と、レンズ位置を制御するアクチュエータ（４，４’，６）とを有する。前記レンズ駆動装置は、前記機械構造物上に又は近くに更に他のアクチュエータ（５，５ａ，５ｂ，５’）を有し、これにより初めに述べられたアクチュエータ（４，６）により生成された動きを少なくとも部分的に補償する。

本発明による光学読取及び／又は書込システム用のスキームを図示する。 本発明によるレンズ駆動装置の実施例を斜視図で示す。 本発明によるレンズ駆動装置の他の実施例を斜視図で示す。 本発明によるレンズ駆動装置の更に他の実施例を斜視図で示す。 本発明によるレンズ駆動装置の更にもう一つの実施例を斜視図で示す。 本発明によるレンズ駆動装置を示す。 本発明の効果をグラフ形式で示す。 本発明の効果をグラフ形式で示す。

Claims (8)

1. 対物レンズを持つ機械構造物と、前記機械構造物に作用することによりレンズ位置を制御するアクチュエータとを有する光学読取及び／又は書込システム用のレンズ駆動装置において、前記レンズ駆動装置が、前記機械構造物上に又は前記機械構造物の近くに前記機械構造物に作用する更に他のアクチュエータを有し、これによりある周波数範囲において前記機械構造物の動き又は前記機械構造物内の動きを生成して、初めに述べられた前記アクチュエータにより生成された動きを少なくとも部分的に補償することを特徴とするレンズ駆動装置。
2. 前記他のアクチュエータが、主に相殺されるべき共振周波数を励振するような様式で設計されることを特徴とする、請求項１に記載のレンズ駆動装置。
3. 前記アクチュエータが圧電素子を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載のレンズ駆動装置。
4. 前記他のアクチュエータが圧電素子を含むことを特徴とする、請求項１に記載のレンズ駆動装置。
5. 対物レンズを持つ機械構造物と、前記機械構造物に作用することによりレンズ位置を制御するアクチュエータとを有するレンズ駆動装置を有する光学読取及び／又は書込システムであって、前記システムが更に前記アクチュエータに対する制御信号を生成するコントローラ手段を有し、前記アクチュエータが前記制御信号に応答して動作する当該光学読取及び／又は書込システムにおいて、前記レンズ駆動装置が、前記機械構造物上に又は前記機械構造物の近くに前記機械構造物に作用する更に他のアクチュエータを有し、これによりある周波数範囲において前記機械構造物の動き又は前記機械構造物内の動きを生成して、初めに述べられた前記アクチュエータにより生成された動きを少なくとも部分的に補償し、前記コントローラ手段が前記他のアクチュエータに対する補償信号を生成する手段を有することを特徴とする光学読取及び／又は書込システム。
6. 前記他のアクチュエータが、主に相殺されるべき共振周波数を励振するような様式で設計されることを特徴とする、請求項５に記載の光学読取及び／又は書込システム。
7. 前記アクチュエータが圧電素子を含むことを特徴とする、請求項５又は６に記載の光学読取及び／又は書込システム。
8. 前記他のアクチュエータが圧電素子を含むことを特徴とする、請求項５に記載の光学読取及び／又は書込システム。

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