JP2719109B2 - 静電動作型ピックアップ - Google Patents
静電動作型ピックアップInfo
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Description
に、光ディスク及び類似の光学式情報記録媒体の光記録
及び再生装置のピックアップ装置に関し、詳細には、光
感度を有する記録媒体に情報を記録したり、媒体に予め
記録された情報を再生するために、光感度を有する記録
媒体の正確に制御可能な位置に光エネルギを照射する改
良された耐衝撃性を有するピックアップ装置に関する。
分野に普及している。バイナリーエンコードデータと同
様にオーディオ、ビデオ、文字情報を含むパルス幅変調
(PWM)及びパルスコード変調(PCM)信号を用い
たビデオディスクが汎用されている。ビデオディスクシ
ステムは、ディスクの情報を含む領域にフォーカス及び
トラッキングを行うためのエレクトロオプティカル装
置、いわゆるピックアップを用いている。ディスクにお
いて、情報ビットはディスクの光特性を変化させて記録
されている。双方向情報の各ビットは、最大寸法が1μ
mよりも小さい領域に記録されている。これら領域は、
連続したスパイラルトラックやビット列を含む同心円の
トラックの形に配列されている。トラックを選択し、選
択されたトラックをピックアップの光学的視野内に保持
するために、正確なトラッキングが必要になる。トラッ
クに含まれ記録された情報ビットを正確に再生するため
に正確なフォーカシングが必要となる。
グとが、光学式ピックアップ装置の対物レンズを動かす
サーボ機構によって通常行われる。回転するディスクの
情報担持面に対するピックアップは、フォーカシングを
行い、さらにピックアップの半径方向の動作はトラッキ
ングを行う。ビデオディスクの情報担持面へのフォーカ
シングに要する動作は、ほぼ同一平面上のリングの中に
レンズを包み込むことによって行われる。リングには電
気コイルが巻回されて同心円の円形磁石の内部に可撓性
を有するように装着されている。コイルと磁石との組み
合わせは、通常のオーディオラウドスピーカ内で見られ
るボイスコイルと磁石との構造に類似している。レンズ
によって光検出器へと集束された光エネルギによって、
レンズとディスクとの間の相対距離の閉ループサーボ制
御を行うことができる。
トラッキングの多くは、ピックアップの長軸と垂直に且
つ半径方向に離れて位置するボイスコイルリングに1つ
以上の電気的トラッキングコイルを取付ることによって
行われる。励磁されると、トラッキングコイルは、ボイ
スコイルを包囲する同軸中心の永久磁石内に設けられた
磁極に対してピックアップの軸を中心に角度をなして吸
着される。対物レンズの光軸は、ピックアップの長軸と
平行に偏心して固定されている。故に、ボイスコイルリ
ングがピックアップの軸を中心に双方向に回転した場
合、レンズの光軸は、ディスクの情報担持面と平行な平
面内にある円弧内で双方向に移動する。短い円弧に対し
て、この双方向動作はほぼディスクの直径に沿ったもの
となる。
は、ディスクに対して所望の適切な位置にピックアップ
を配置するために用いられる。ピックアップは、サーボ
機構によって再生中に回転するビデオディスクを横切っ
て半径方向に保持されて移動する。なお、このサーボ機
構は、例えば蓄音器を起源とする半径方向ガイドレール
タイプやスイングアームタイプなどの搬送機構を制御す
る。
ップに敏感である。同様に、ビデオディスクプレーヤ
も、光情報トラックのスキップターンやデフォーカシン
グによる衝撃や振動に反応する。現在のエレクトロオプ
ティカルピックアップのダイナミックトラッキングレン
ジは光トラックの比較的少ない回転数に対する現在の設
計によって制限されるので、ビデオディスクプレーヤの
トラックスキップやデフォーカシングが生じる。搬送機
構は、ダイナミックレンジの中央近傍にピックアップの
位置を保持するサーボ機構によって制御されるが、振動
や衝撃が生じている間に組み合わせられたピックアップ
及び搬送機構の慣性は、システムの能力を越えたトラッ
キングメンテナンス力を必要とする。
デオディスクトラックスキップの影響を最小にするため
に用いられている。このような条件下でのフォーカシン
グの損失は、現在のたいていのシステムでは補償されて
いない。自動車などへの装着や携帯を意図するとともに
様々な直径のディスクに適したビデオディスクシステム
において、衝撃緩衝策が衝撃や振動の影響を最小限にす
るために用いられている。しかしながら、このような衝
撃緩衝策では、システムを非常に大きな加速度から十分
に隔離できない。スタジオや家庭などの静的に設置され
て用いられるビデオディスクシステムは、振動の影響を
減らすために、装置の重量のある構成と緩衝装置とを組
み合わせて用いることがある。
光トラックスキップを低減する他のシステムは、クロッ
クド・ファースト・イン・ファースト・アウト(FIF
O)タイプの電子メモリ装置の制限された回転数のディ
スクから情報を遅延させて連続して保存する電子回路を
使用している。スキップを生じる加速の間、情報はクロ
ックレートでFIFOから中断されることなく出力さ
れ、ピックアップはスキップが生じた光トラックの地点
に戻される。この戻りが生じている間の期間は、ディス
ク回転速度の瞬間の加速によって補償される。
カシング及びトラッキング用巻回物、対物レンズと関連
のあるピックアップの部品、及びビデオディスクプレー
ヤの搬送機構を考慮して、ピックアップ及び搬送機構の
質量を低減する試みがなされ、その結果、振動や衝撃に
対する感度を若干低減させることができた。比較的小さ
いサイズの単一の固体装置内での光学部品とレーザとの
一体化は、所望の質量低減を行うために用いられる1つ
のアプローチである。このアプローチは、1992年の
国際オプトエンジニア学会(SPIE)の光学データス
トレージ、巻1663、第26頁のニシハラらによる
「一体化した光ディスクのピックアップ」に記載されて
いる。
ータの軸の位置的誤差、ピックアップの搬送手段、及び
ピックアップの光軸の全ては、構成部品の生産、及び完
成品の組立やテストにおいて高い精度を必要とする。こ
のような位置的誤差を緩め、精度の要求を減らし、さら
にビデオディスク装置の組立及びテストを簡単にするた
めに本発明によって手段が設けられている。
示す米国特許を把握している。 特許番号 発明者 特許日 2,113,184 スパーティ(Sperti) 04/04/1938 3,530,258 グレッグ(Gregg) 09/22/1968 4,092,529 アイハラら(Aihara, et al.) 05/30/1978 4,252,412 カメリック(Camerik) 02/24/1981 4,269,486 シンタニ(Shintani) 05/26/1981 4,302,830 ハマオカら(Hamaoka, et al.) 12/24/1981 4,322,837 ミクレソンら(Mickleson, et al.) 03/30/1982 4,337,531 ウイレムセン(Willemsen) 06/29/1982 4,342,935 カリメーヤら(Kallmeyer, et al.) 08/03/1982 4,367,543 アラキら(Araki, et al.) 01/04/1983 4,488,789 ケニー(Kenney) 12/18/1984 4,672,594 カトーら(Kato, et al.) 06/09/1987 4,794,581 アンドレセン(Andresen) 12/27/1988 4,807,213 チュンら(Chung, et al.) 02/21/1989 4,822,139 ヨシズミ(Yoshizumi) 04/18/1989 4,857,719 アンドウ(Ando) 08/15/1989 4,927,235 ナルミ(Narumi) 05/22/1990 4,939,711 ヨダ(Yoda) 07/03/1990 4,942,562 スズキ(Suzuki) 07/17/1990 4,945,526 ジャンセンら(Jansen, et al.) 07/31/1990 4,945,527 スナガワ(Sunagawa) 07/31/1990 4,945,529 オノら(Ono, et al.) 07/31/1990 4,948,230 カサハラら(Kasahara, et al.) 08/14/1990 本発明者が把握している全ての先行技術は、光記録媒体
への光ビームのフォーカシング及びトラッキングに影響
を与える従来の電磁的またはピエゾ電気装置の使用を開
示している。このようなタイプの装置は、制限された周
波数応答性、制限された偏向範囲、過剰重量またはクロ
ス軸結合(cross−axis coupling)などの欠点を有す
る。
も、光記録に用いられるピックアップヘッドのトラッキ
ング及びフォーカスを正確に制御する問題に十分に満足
できるほどの解を与えていない。本発明は、静電力を用
い且つ従来のピックアップ装置の特定の制限を克服する
光記録の改良されたピックアップ装置を提供するもので
ある。
に入射する光ビームの位置を制御する装置を提供するこ
とである。本発明の第2の目的は、記録面に対して光フ
ォーカス手段の位置を制御する静電偏倚変換器を提供す
ることである。
録面に対して光フォーカス手段の位置を制御し、且つ媒
体と離れた光変換器との間で光エネルギを伝達する静電
偏倚装置を提供することである。本発明の第4の目的
は、フォーカス手段の光軸、すなわち情報記録媒体の記
録面に垂直なZ軸に沿って正確に制御可能な位置に光フ
ォーカス手段を偏倚させる静電偏倚装置を提供すること
である。
グ面内で情報記録媒体の記録面と平行にフォーカス手段
の光軸を移動させる光記録・読み取りピックアップヘッ
ドの静電偏倚装置を提供することである。本発明の様々
な目的、特徴及び効果は、当業者においては明細書、図
面及び特許請求の範囲を通読することによって明らかに
される。
記載された効果を奉ずるものではあるが、記載された発
明の特徴は好ましい実施例の単なる例示である。従っ
て、発明の独占権及び特権は記載された発明の詳細に限
定されるものではない。記載の内容から示唆される適用
例及び応用例は、従属の請求項によって定義されるよう
に本発明の請求項に含まれる。
用いられる改良されたピックアップ装置を含む。本発明
により改良されたピックアップ装置は、様々な制御搬送
手段とともに用いられる。これらの搬送手段は、ビデオ
ディスクとともに使用されるスイングアームタイプや半
径方向ガイドタイプを含む。
固定されるようになっている。ピックアップは新規なア
クチュエータ機構を有する。このアクチュエータ機構
は、光ディスクの情報記録面の正確に決められた位置に
光エネルギを運んだり、この位置から反射エネルギを受
け取る光システムを有する光学モジュールやカプセルに
機械的に結合している。
つ、好ましくは2つのアクチュエータを有する。本発明
の各アクチュエータは、誘電性流体で充填されるととも
に円筒形の容量性セルの長手方向に配置されたスタック
を含む細長く弾性を有する円筒形チューブを有する。各
容量性セルの電極となっており孔が穿設されて対をなす
導電性円形ウエハの間に電位差が与えられると、各容量
性セルは軸方向の厚み寸法、すなわちチューブの長さを
減らすようになっている。容量性セルの動作は、ウエハ
の中心の同軸の孔及びスタックの一端部から突出するア
クチュエータロッドによって、光学モジュール等の動か
されるべき外部の物体に結合される。双方向またはプッ
シュプル作動力を備えるように、別々の電圧源によって
動作される2つのスタックは、互いに端部にて連結され
る。好ましい実施例において、互いに垂直に配向され且
つ垂直面内にある2つの双方向アクチュエータアセンブ
リは、光学モジュールの垂直配向軸に対して45度の角
度で連結され、故に、モジュールの垂直方向フォーカシ
ング動作及び水平方向のトラッキング動作を備える。
はプラスチックにてモールド成形された球面または非球
面の対物レンズ、または1つ以上の光ファイバを含む。
替わりに、光特性が等価である回折格子が用いられこと
もある。いずれの場合においても、光学システムの光軸
は、新規なアクチュエータの動作によって、光ディスク
の光情報担持面に対して垂直に且つ動的にフォーカス状
態に連続して保持される。ディスクにて反射された情報
含有信号は、好ましくは光ファイバによってリモート光
電子プロセス手段に運ばれる。
報担持面までの光路上にあり、さらにリモート光電子プ
ロセス手段に反射エネルギを運ぶビームスプリッタを有
する。本発明の一実施例において、情報含有光信号は、
2つ以上の光ファイバによってピックアップ装置の光学
カプセルに対して送受信される。カプセルから離れてい
る光ファイバの端部は、従来のビデオディスク記録再生
装置にて用いられるタイプの4分の1波長板、回折格
子、ビームスプリッタ、クアドラチュア検出フォトダイ
オード、コリメータ、コヒーレント光源、及び導電体等
の光電子素子の組み合わせに接続されている。
量化、すなわち低質量によって、トラッキング及びフォ
ーカシングを損なうことなく、ピックアップの速い応答
性、及び衝撃や振動に対する耐性が与えられる。ピック
アップ装置の軽量化によって、ピックアップを保持する
搬送機構の軽量化が可能となる。故に、本発明によるピ
ックアップの新規な特徴によって、最良の磁気ピックア
ップよりもビデオディスクの所望の地点に対するかなり
速いアクセスを行うことができる。
は、ピックアップ装置の動作の解析とともに、ピックア
ップ装置の製造時に用いられる組立工程に関する記載を
読むことによって容易に理解される。A. 設計条件 本発明のピックアップ装置は、ピックアップを支持する
サーボ制御搬送機構とともに用いられる。トラッキング
及びフォーカシングの一瞬の喪失を生じる衝撃や振動
は、本発明の軽量且つ高速応答ピックアップ装置によっ
て補償される。本発明による新規なピックアップ装置
は、ビデオディスクシステムのピックアップやディス
ク、または部品を保持する搬送装置よりもかなり速い加
速度で閉ループエラー修正命令に応答することができ
る。
ュエータ機構では、高価で重い永久磁石や巻回コイルが
排除される。替わりに、新規な容量性力生成装置の部品
の間に生じる静電吸着力が用いられる。材料は非常に安
価で大量生産に適している。電子サーボ制御回路は本発
明には開示していないが、当業者は、ピックアップの高
速容量性アクチュエータは誘導性磁気ピックアップより
も簡単に励起しやすいことを理解している。さらに、軽
量且つ高速応答ピックアップは線形回路よりもむしろパ
ルス回路によって駆動される。
は、1.6μmピッチで900回転以上と同等のトラッ
キング時の1.5mmの範囲を補償する。この範囲に亘
って、ピックアップの設計は衝撃や衝突の間のフォーカ
シングを同時に維持する。フォーカス制御は、カプセル
の光学素子とビデオディスクとの再生中における有害な
接触を回避するのに十分なダイナミックレンジを有して
いる。以下に示す本発明の実施例のピックアップの理解
は、組立時に用いられる組立工程を参照することによっ
て容易になる。組立工程は次に示す工程を含む。
をスタックに付ける工程。スタックを2つのアクチュエ
ータに連結する工程。2つのアクチュエータをピックア
ップに組み立てる工程。光学モジュール(以下、カプセ
ルと称す)をピックアップに付ける工程。ピックアップ
を軽量搬送機構に取付る工程。
ス回路に接続する工程。なお、これらの工程の順番は説
明を意図したものであって、実際の製造方法に必ずしも
則したものではない。1. スタック 本発明のピックアップ装置にて用いられる新規なアクチ
ュエータは、薄くて孔が開けられ互いに平行な導電性を
有する小径のディスクまたはウエハが長手方向に配置さ
れたスタックを有する。ディスクは長手方向に等間隔で
配置され、誘電性流体に浸されている。1つおきにディ
スクが可変電圧源に電気的に接続されてディスク間の電
位差を制御している。本実施例において、各スタックに
は31枚のウエハが同一直線上にあり、30対の活動ま
たは容量性セルを構成している。双方向性またはプッシ
ュプル力を作用させるために、同一直線上の2つのスタ
ックが各アクチュエータ内で端部と端部とにて連結され
ている。好ましい実施例において、互いに独立しており
斜めに配置された2つのアクチュエータが各ピックアッ
プにて用いられて2軸偏倚を行うようになっている。
に、静電吸引力がスタックの各セルの隣接して対をなす
ウエハの間に発現する。スタックにより生成される張力
は、隣接するディスクの1対によって生成される力の解
析によって決められる。セルの追加は単にアクチュエー
タのストローク長に関係するのみである。2. 力の算出 図1を参照すると、電位差を有する1対の円形ディスク
50の間に生じる吸引力は次のように示される。
10-12 F/m)、Kは比誘電率(単位無し)、Aは面
積(m2 )、Vは電位差(V)、及びSはディスクの間
隔(m)である。ウエハ50の間の誘電性流体51の比
誘電率は以下に説明するように50である。本実施例に
おける各ウエハの半径は6.35mm(1/4インチ)
であり、その面積Aは6.352 πcm2 、すなわち
1.267cm2 である。隣接するウエハの間隔が50
μmの場合、1.0Nの最大吸引力を生成するために要
する電圧はおよそ300Vである。隣接するウエハ間隔
が25μm及び75μmの場合、電圧はそれぞれ150
V及び450Vとなる。これらの電圧は、ピックアップ
が大きな外乱に反応したときにのみ発生するものであ
り、ミリ秒のオーダーで継続する。
静止電圧またはバイアス電圧は10から20Vのオーダ
ーである。ビデオディスクプレーヤを操作する際の通常
の動作電圧は100Vを越えない。上述のように、本実
施例において、セルのウエハ50間の見かけのディスク
間隔は、それぞれ300V,150V,450Vの瞬時
電圧を必要とする50μm、25μm及び75μmであ
る。スタックの30の活動ウエハ対によって、(30)
×(75−25μm)=1.5 mmの作動範囲または
ストロークが形成される。この作動範囲の任意の位置に
おいて、衝撃や衝突状態における閉ループ光路トラッキ
ングをなすために最大1Nの力を利用できる。
完成したアクチュエータの動作の記載においてさらに議
論される。単一のスタックは、吸引動作またはスタック
短絡動作を行うのみである。故に、双方向動作またはプ
ッシュプル動作に対して、対向する2つのスタックが各
アクチュエータ内で用いられる。3. 加速 本実施例のスタックにて用いられる62枚のウエハの質
量は、ディスクがアルミニウム製であればおよそ0.2
gであり、ディスクが導電性プラスチック材製であれば
それ以下である。アクチュエータの他の部品が1gに増
えた場合、アクチュエータ出力の最大加速度を次に示
す。
g−1,000m/s2 この加速度は重力加速度の数100倍である。上記計算
は簡単な仮定に基づくものであり、古典的な面ではおそ
らく間違っている。実際に、スタックでは、スタックの
近位端部が搬送機構に固定され、スタックの第1ウエハ
は静止状態のままであり、反対側の最外端部のウエハは
最大1.5mm移動する。例えば、移動端から2番目の
ウエハは(30/31)・(1.5)mm移動し、その
次のウエハは(29/31)・(1.5)mm移動し、
徐々に移動量は減少して最後はゼロとなる。
通過する誘電性流体の流体インピーダンスに比例して減
少する。しかし、このインピーダンスの弾性成分によっ
て所望の粘性衝撃をもたらす。アクチュエータが結合さ
れたピックアップの光学素子の質量も加速度を減少させ
る。以下に説明するように、光学素子の質量の減少に注
意が払われる。4. 容量 本発明の容量性アクチュエータの長所は、磁気的にフォ
ーカシング及びトラッキングが動作されるピックアップ
に固有の誘導性ディレイが無いことである。
0μmのウエハ間隔であれば、30対のウエハのスタッ
クの容量は次式で表される。 C = Nε0 KA/S 但し、Cは容量(F)、Nは活動ウエハ間隙またはセル
の数、ε0 は真空の誘電率(F/m)、Kは比誘電率
(単位無し)、Aは有効ウエハ面積(m2 )、及びSは
ウエハの間隔(m)である。
し、 C=30(8.85×10-12)・50(1.267×10
-4)/(50×10-6)=33.6 nF となる。同様に、セル間隔25μm及び150Vに対
し、Cは67.2nFとなり、セル間隔75μm及び4
50Vに対し、Cは22.4nFとなる。5. コンデンサ電荷移動 上記に掲載された対をなすウエハ間隔の3つの値のいず
れに対して、さらに全てのウエハ間隔において、電荷Q
=CVがアクチュエータの活動スタックに発現される。
先の設計例において、容量と電圧との積は同一であり、
電荷は1.18×10-5Cとなる。
るサーボ制御回路は、示された電荷を供給したり受け入
れたりできなければならない。6. 誘電体 他の数値が一定に保持された場合、アクチュエータによ
って発現された力は比誘電率Kに正比例するので、他の
条件が利用できるならば、Kが最大となる誘電性流体を
使用すべきである。
ある。(1)高い比誘電率 K、(2)かなり低い粘
性、(3)十分に高い誘電強度(破壊電圧)、(4)他
の部品との化学的融和性(chemical compatibility)、
(5)高い抵抗値、及び(6)ガス発生の無いこと(fr
eedom from gaseous generation )7. 誘電強度 選択された誘電体の破壊電圧はスタック設計時の条件に
入っている。ウエハの間隔25, 50及び75μmに対
し、公称の最大電圧はそれぞれ150,300及び45
0Vとなり、蓄積電荷、すなわち保存エネルギが小さい
ミリ秒のオーダーの期間に対して約70kV/cmの同
じ電場を生成する。このエネルギはスタックウエハの加
速で消費される。
端、すなわち−0.75mmの位置にある時にのみ45
0Vの瞬間電圧450Vが生じて、直ちに他方の最外端
である+0.75mmの位置に向けて1Nの力で最大変
位のために偏倚しなければならないことを理解すべきで
ある。8. 誘電性流体の流れ 図2を参照すると、本発明のアクチュエータにて用いら
れるウエハ52の閉塞性のために、各ウエハには複数の
円形の孔53が貫通形成され、間隔が変化した場合はい
つでもウエハ面に対して垂直方向に誘電性流体が容易に
流れることができるようになっている。貫通孔の面積及
び数は、誘電性流体の粘性及び所望の粘性アクチュエー
タのダンピングの程度に応じて決められる。
53の面積による損失を補償するために僅かに増やされ
る。このように、計算のためにウエハの有効面積は1.
27cm2 のままである。9. ウエハ設計 ウエハ52は導電性が小さく化学的活性の低いものであ
る。本実施例にて選択された材料は、マサチューセッツ
州 01835 ワードヒル(Ward Hill )のアエサル
・ジョンソンマッテイ(Aesar/Johnson Matthey )社製
の純度99.997%及び膜厚0.1mmのアルミニウ
ムホイルである。プラスチックは剛性に関しては優れて
いるが、例えば薄い導電性コーティングに続いてエッチ
ングではなくてパンチングによって形成される。動作
中、ウエハ52は互いに決して接触することはない。
ハ52の平面図である。図3に示すように、ウエハ52
の直径と平行でかつ長さの等しい側部55を有するクリ
アランススロット54の第1対が、ウエハの周縁部56
の直径方向に対向する端部から内方に延在している。各
スロット54は、好ましくは凹状の形状をしている内壁
57を有する。
対向するピンチスロット58の第2対が形成されてい
る。このピンチスロット58はウエハの周囲56から内
側に延在し、スロット54から90度回転した直径の上
に中心が位置している。スロット58も、ウエハ52の
直径と平行で長さの等しい側壁59を有する。ピンチス
ロット58の幅は、クリアランススロット54の幅より
も狭い。また、各スロット58の内壁端部は弓形をして
おり、スロットの幅よりも大きな直径を有し且つ一端が
欠けた円形開口を形成している。各ウエハ52は、その
中心に厚み方向に伸長し穿設孔53よりも直径が大きい
同軸穿設孔または孔61を有する。スロット54,58
及び中心孔61の目的を以下に記載する。
トックを打ち抜いて作製される。この製造方法によって
バリが残るが、このバリは好ましくは反転プレーティン
グによって除去される。大きなウエハを生産する際、ウ
エハ52はフォトレジストやエッチングによりアルミニ
ウムホイルから連続して製造される。いずれの場合にお
いても、ウエハ52は好ましくは僅かに水中にて陽極酸
化及び煮沸されてその表面がシールされる。10. ウエハ対及びスタッキング 図4に対をなすウエハ52A,52Bを示す。ウエハの
一方が他方に対して90度回転されて容量性セル63を
形成している。アクチュエータを組み立てるために、2
9枚のウエハ52が足されて全体では31枚になる。こ
の構造によって、図6に示すように、スタック64の一
端から多端までに30個のセル63が配置される。
スタック64の長さは(31枚のウエハ)・(厚さ0.
1mm)+(30間隔)・(間隔0.75mm)、すな
わち5.35mmとなる。スタック64の公称の長さは
4.6mmであり、最小の長さは3.85mmである。
アクチュエータのワーキングストロークは(5.35−
3.85、すなわち1.5mmとなる。
くは図5に示すようにスリップ・嵌合手段、ウエハ52
の中心孔61を挿通する絶縁性センタリング・アクチュ
エータロッド65によって保持される。後述するが、ロ
ッド65もスタック64によって生成される力を外部の
物体に伝える手段として機能する。スタック64でのウ
エハ52の回転方向の配列は、好ましくは図5に示すよ
うに90度毎に配置された導電性のスペーサロッド66
によって保持される。
ク64が各アクチュエータ85にて用いられ、ブライン
ドスタック64Aと呼ばれる一方のスタックと、カップ
リングスタック64Bと呼ばれる第2のスタックが、後
述するが、光学モジュールまたはカプセルに接続されて
いる。11. スタックのウエハ間隔 a. センタリングロッド 図5を参照すると、絶縁されたセンタリング・アクチュ
エータロッド65が、等間隔に交互に配置された奇数番
号ウエハ52A及び偶数番号ウエハ52Bの中心孔61
に挿通されている。各スタック64において、全部で1
6枚の奇数番号ウエハ52Aと15枚の偶数番号ウエハ
52Bがそれぞれある。ロッド65は、好ましくは突き
出した部分から切断されている。
は、断面形状が十字形をしており、この十字形の断面に
よってウエハ52の中心貫通孔61の内側環形壁近傍に
空間が形成されて、スタック64全体に誘電性流体が容
易に流れるようにしている。長手方向に伸長する孔67
が、以下に詳細を説明するが、ロッド65の動作を光学
カプセルに連結するワイヤを受け入れるために、センタ
リング・アクチュエータロッド65に形成されている。
の長さは光学カプセルへの取付方法によって決定され
る。好ましい実施例において、図11に示すように、ロ
ッド65は、ブランイドウエハスタック64Aの端部キ
ャップに固定されて、スタック、電気的接続及び装着手
段、さらにカップリングスタック64Bから突出する。b. スペーサロッド 図5に、長手方向に配置された16段のウエハ52のピ
ンチスロット58へと挿通する工程における長手方向に
配置されたスペーサロッド66−4を示す。ロッド66
−1,66−2及び66−3は既に装着されて図示され
ている。
クが含まれた軟性及び高いコンプライアンスを有する
(highly compliant)エラストマやシリコンゴム、また
は他の電気的導電性材料などの導電性エラストマにて作
製される。ロッド66が作製される材料は、ウエハ52
が互いに静電的に吸引されたときに、簡単に圧縮される
ように長手方向に対して十分なコンプライアンスを有す
る必要がある。奇数番号が付されたウエハ52Aは、1
6枚全部に対してスペーシングロッド66−1及び66
−3によって機械的及び電気的に接続されている。同様
に、偶数番号が付されたウエハ52Bも、15枚全部に
対してスペーサロッド66−2及び66−4に機械的及
び電気的に接続されている。
2の半径方向のピンチスロット58の内端部壁60の半
径よりも僅かに大きい。スロット58へのロッド66の
嵌合によってゴム製のロッドは軽く締め付けられるの
で、ウエハは組み立て後のロッドに対していずれの方向
に対してもシフトすることはない。c. 犠牲ワッシャ 図7(A)に、31枚の奇数番号が付されたウエハ52
A−1からウエハ52A−31及び偶数番号が付された
ウエハ52B−2からウエハ52B−30からなるスタ
ック64の破断側面図を示す。隣接して対をなすウエハ
52の間に犠牲スペーサワッシャ68が配置される。全
部で30枚のワッシャ68が必要となる。スペーサワッ
シャ68は、低いコンプライアンスを有し、オープンセ
ルで薄くてシート状のスポンジ材から打ち抜き形成され
る。シリコンスペーサロッドが用いられる場合、オープ
ンセルでアクリルのような泡沫材料が用いられる。
よそ200μmである。d. 端部キャップ 図7(A)において、2つの端部キャップ69の各々
(1つのみ図示)は、厚みが公称1.5mmであり、ス
タックの両端で端部のウエハに固着されている。端部キ
ャップ69の接合面は、ウエハ52の孔パターンと同一
の孔パターンを有しているので、端部キャップを介して
誘電性流体が流れるようになっている。端部キャップ6
9は、図7(B)に示すように、アクチュエータハウジ
ング71のカラー端部と容易に係合して固着するため
に、周縁部に環状溝70を有する。
ロット58へと押し込まれて組み立てられるために、端
部キャップ69は、この組立工程の前に導電性スペーサ
ロッド66に沿って並べられる。次に、導電性スペーサ
ロッド66は、スタック64の一端にて端部キャップ6
9に固着される。この際、シリコン接着剤などの接着剤
が用いられる。
チスロット58への単なる押し込みは、ウエハ52の組
立後の間隔を正確に開けての配置や、アクチュエータの
収縮中における間隔の変化を制御信号に比例させて正確
に小さくすることを保証するものではない。間隔の採り
方を改善する方法を次に示す。
はウエハの面の間で75μmであり、犠牲スペーサ68
(図6)の厚みは50μmよりも厚く作製され、例えば
200μmとなっている。この場合、スタックは、作動
範囲の最大値4.6mmから人為的に (31)(0.1)+(30)(0.2)=9.1mm まで延長される。スタック64は堅く圧縮されてプロセ
スツールに保持され、導電性スペーサロッド66は押し
込まれてスタックの端部キャップ69に固着され、4つ
のスペーサロッドは係合されてその直径が減少するよう
に引っ張られてウエハのスロット58に収まる。そこ
で、スタックの長さが9.1mmとなるまでの長さのと
ころでロッド66は緩められる。すなわち、ロッドが端
部キャップ69に固着されて締結される。
にウエハスタック64全体に分布させることを確実に行
うために役立っている。スペーサロッド66は、ウエハ
52のスロット58にピンチされるので、ウエハに対し
て正確に配置される。f. 最終のスタック長の発現 スタック64は、好ましくは一部が真空の超音波洗浄タ
ンクに沈められるが、プロセスツールに保持されたまま
であり、センタリング・アクチュエータロッド65が除
去される。タンク内の溶媒はケトンやモノアルコール、
多価アルコール等である。本実施例のために材料の場
合、この溶媒は、多孔性のアクリル犠牲ワッシャ68を
溶かしながらも、ウエハ52、シリコンスペーサロッド
66、スタックハウジング71及び接着剤はそのままの
状態に残す。清浄水を含む超音波タンクでのリンスは、
清浄空気での乾燥に続き、残留溶媒を除去するために用
いられる。ブラインドスタック64Aは、スタック内に
取り付けられたセンタリング・アクチュエータロッド6
5を有し、その端部キャップ69に固着されている。カ
ップリングスタック64Bは、この工程の間に取り付け
られたセンタリング・アクチュエータロッド65を持た
ない。
とき、ウエハ52は見かけで50μm離れている。12. アクチュエータハウジング 図8(一端部のみを図示)を参照すると、スタック64
のハウジング71は、長手方向に環形の突起部73Aと
溝部73Bとがそれぞれ交互に配置されてなる環形の複
数の波状部73とカラー部72とを有する薄肉のプラス
チックチューブの部分を有してなる。図8において、ハ
ウジング71はウエハスタックの最小の作動長に相当す
る弛緩された長さを有する。
64及びアクチュエータスタックの端部キャップ69に
固着されたハウジングのカラー部72に亘って摺動され
る。端部キャップ69の周縁部の溝部70によって接着
工程が容易になる。13. スタックへの電気的接続 a. コネクタの細部 図9(A)及び9(B)を参照すると、スタック64
は、スタック列及びセンタリング・アクチュエータロッ
ド65と緩く係合する中心孔77が形成されたコネクタ
ベース74を含む。ベース74は、ほぼ一様な厚みを有
し、ディスク状領域75と放射状に外方に突出するアー
ム部または装着タブ76とを有し、ベースの平面図はバ
ンジョーの形をしている。ベース74は、好ましくは打
ち抜き形成されたプリント回路基板のように2組の孔に
よって組み立てられる。ベース74を貫通する1組の孔
78によって、誘電性流体がベース74を通過すること
ができる。
ルーホール79がディスク75の周縁部近傍に90度毎
にディスクを挿通して形成されている。4つの孔79の
各々には針80が係合されるようになっており、この針
はロッド66と導通するように接触する。直径方向にて
互いに対向する針80は、ベースの下面側のセパレート
導電ストリップ81を介して装着タブ76の下面83の
セパレート金属アイレット82に接続される。アイレッ
ト81は、ウエハスタックをフレキシブルリード線によ
ってリモートサーボ制御回路に電気的に接続するように
なっている。
に似た頭部を有し、他端部が尖っている。針80は、コ
ネクタベース74のメッキスルーホール79へと押し込
まれる。14. スタックへのコネクタの装着 図10に、ブラインドウエハスタック64Aの端部キャ
ップ69と回転可能に直線状に配列されるスタックコネ
クタベース74を示す。スタックコネクタベース74と
端部キャップ69とが接着や係合などの適切な手段を介
してともに圧縮されて接着された場合に、溝付きのセン
タリングロッド65はスタックのウエハ52を挿通し、
4つの針80は、スタックの対応する導電性エラストマ
ロッド66の端部を突き刺す。
スタック64Bへの電気的接続がなされる。15. 1つのアクチュエータとするための2つのスタ
ックの連結 図11を参照すると、底部からセンタリング・アクチュ
エータロッド65が突出しているブラインドスタック6
4Aが、カップリングスタック64Bのスタックコネク
タベース74などの迫持部に連結されている。薄い絶縁
シート84がコネクタベース74の下面83の間に配置
されてベースに固着されている。
・アクチュエータロッド65は、アクチュエータ85の
両スタック64A及び64Bから突出している。上述の
ように組み立てられた2つのスタック64A及び64B
はアクチュエータ85を構成する。16. アクチュエータへの誘電体の充填 a. 充填の準備 図12に、アクチュエータ85と、長手方向に18.2
mm離れてクランプ保持されている端部キャップ69A
及び69Bと、を示す。エラストマカラー部86,87
は、それぞれブラインドスタック64Aの端部キャップ
69A及びカップリングスタック64Bの端部キャップ
69Bと係合してシーリングを形成している。同時に、
下方カラーシール87は、チューブ88によって誘電性
流体のコンテナに接続されている。上方カラーシール8
6は、透明真空チューブ89と嵌合して真空源に接続さ
れる。誘電性流体は真空源の動作によって引き出されて
両スタック64A及び64Bの内部容量を充填し、透明
真空チューブ89へと上昇する。この間、振動手段がス
タックを揺動するために用いられてスタックの内部にト
ラップされる気泡を解放している。17. アクチュエータ端部のシーリング 気泡が消滅すると、上方カラーシール86が除去され
る。ブラインド端部キャップ69Aの空洞は誘電性流体
で充填され、図13(A)に示すように、同心円状に波
形が付されたエラストマ製の蓋90にて覆われて封止さ
れる(気泡フリー)。
カラーシール87が除去され、未だ端部キャップ69A
及び69Bが長手方向に18.2mmの間隔を介して保
持される。センタリング・アクチュエータロッド65
は、図12に示すように、符号91にて示される場所に
て端部キャップ69Bに固着される。カップリング端部
キャップ69Bの空洞は誘電性流体で充填され、図13
(A)に示すように、端部キャップ92にて封止され
る。好ましくは、同心円状に波形が付されたエラストマ
製の蓋またはダイアフラム92が、センタリング・アク
チュエーティングロッド65及び端部キャップ69Bを
囲んで封止する(気泡フリー)ために用いられる。図1
3(B)に示すように、ダイアフラム92の波形部92
Aによって、蓋92の中心部が蓋のリムに対して軸方向
に移動できながらも、センタリングロッド65と係合す
るために形成された中心同軸孔92Bの環形内壁92C
との液封結合が保持される。18. アクチュエータの完成 次に、アクチュエータ85を保持するために用いられた
クランプ(図示せず)が解除されて、さらなる組立及び
テスト工程に対してアクチュエータを備える。
の完成したアクチュエータ85を示す。センタリング・
アクチュエータロッド65の設計及び寸法は、アクチュ
エータが用いられるピックアップの形態によって決めら
れる。例えば、ピックアップの設計によっては、十字形
のアクチュエータロッド65は短く切断され、細いカッ
プリングワイヤ93が、ロッドを介して同軸方向に延在
する孔67に固定される。19. アクチュエータの動作の概要 図5及び図6において、アクチュエータ85を励起する
ために、電圧源の一端子が、例えばスペーサロッド66
−1及び66−3等の直径方向に対向して対をなす導電
性スペーサロッドに接続される。電圧源の他端子は、も
う一対の直径方向に対向する導電性スペーサロッド、本
実施例ではスペーサロッド66−2及び66−4に接続
される。この構成によって、ウエハ52A及び52Bな
どの隣接して対をなすウエハ間に電位差が生じる。電位
差によって生じた吸引力によって、偶数番号が付された
ウエハ52Bが奇数番号の付されたウエハ52Aに向け
て相対的に軸方向に移動し、ウエハに取り付けられた弾
性スペーサロッド66が圧縮される。この動作によっ
て、スタック64のハウジング71の収縮が生じ、アク
チュエータロッド65のハウジングから外方に向かって
軸方向へ伸長される。このように、再び図13(A)を
参照すると、ブラインドスタック64Aが電気的に励磁
された場合、アクチュエータロッド65は外方に移動
し、押力を作用させるために用いられる。カップリング
スタック64Bが作動した場合、スタックは短縮されて
アクチュエータロッド65を引き込ませて引力を作用さ
せることができる。
タ85が装着タブ76A及び76Bによって堅く保持さ
れているとき、アクチュエータロッド65は自由に長手
方向に±0.75 mmに許容マージンが加算された距
離だけ移動できる。さらに説明するように、アクチュエ
ータは、作動範囲において動的に中心に配置される。
チュエータの適用が必要となり、この場合、図13に示
すアクチュエータ85のプッシュプルよりもむしろ押し
込み力のみの作動能力を有する簡単な構成を採ることが
ある。このように、図10を参照すると、図13(A)
に示す同心円状に波形が付された蓋またはダイアフラム
92が、液封固定手段によってスタックコネクタベース
74の下面側83及びセンタリング・アクチュエータロ
ッド65に同軸中心に取り付けられて、一方向に力を作
用させるアクチュエータ85−Cを形成する。次に、静
電電位差がブラインドウエハスタック64Aの容量性セ
ル63に印加されると、アクチュエータハウジング71
は短くなる。故に、センタリング・アクチュエータロッ
ド65の内側端部は上方端部キャップ69Aに封止され
た上部蓋92に固定されているので、ハウジング71の
収縮によって、センタリング・アクチュエータロッド6
5のスタックコネクタベース74から外方に向けての伸
長が生じる。
よって、センタリング・アクチュエータロッド65はコ
ネクタベース74に対して軸方向に移動することができ
るが、外方のリム及び蓋の内側中心孔壁はそれぞれベー
ス及びセンタリングロッドと液封による接続状態を保持
している。必要に応じて、静電吸引力が上方アクチュエ
ータ85−Cから除去されたときに、スプリングバイア
ス手段がセンタリングアクチュエータロッド65を引き
込ませるために用いられる。20. 光学カプセルの設計 図14に示すように、本実施例の光学モジュールまたは
カプセル94は、対物レンズ95または対物レンズと同
等な部材と、リモートオプトエレクトロニクスサーボ回
路97に接続された2つまたは2つ以上の単一モード光
ファイバ96と、からなる。
A)がおよそ0.5から0.6までのモールド成形され
た非球面レンズである。対物レンズ95の光軸は、ビデ
オディスク99の外面98と垂直であり、ディスクの情
報担持面100に焦点を結ぶようになっている。21. ピックアップの設計 図15(A)に本発明のピックアップ装置101の一実
施例を示す。このピックアップ装置101は、2つの軽
量且つ速応答性アクチュエータ85を用い、ビデオディ
スク99、その外面98及び情報担持面100に対して
配置されている。
(A)に示すように、対をなすプッシュプルアクチュエ
ータ85−1及び85−2の長軸は、みかけ上動線が一
緒であり、情報担持面100の法線方向に対しそれぞれ
同一の角度をなして傾斜し、さらにディスク99の情報
担持トラックに垂直な垂直面内に位置している。次に詳
細が明らかにされるが、この構造によって、ピックアッ
プ装置101に対して2軸偏倚、すなわち垂直方向であ
るフォーカス方向と半径方向のトラッキング方向との偏
倚を行うことができる。
にディスクのスパイラル情報トラック102の接線方向
から見たディスクの断面図である。光学担持カプセル9
4は、アクチュエータ85のセンタリング・アクチュエ
ータロッド65から突出するカップリングワイヤ93に
連結された接着手段によって、面100に対して垂直に
且つ所定距離を介して吊設されてその側部が保持されて
いる。フレキシブルカップリングワイヤ93の軸の突出
部は光学カプセル94の質量中心100と一致する。前
述したように、カップリングワイヤ93は、センタリン
グ・アクチュエータロッド65の孔67を介してアクチ
ュエータ85に同軸上で連結される。アクチュエータ8
5は情報担持面100に対して45度の角度で外部から
の手段によって保持されている。カップリングワイヤ9
3は、好ましくは長手方向に堅いながらも折曲に対する
コンプライアントを有する、細いピアノ線の短いセグメ
ントからなる。カップリングワイヤ93は、スポット溶
接や適切な手段によって光学カプセル94のハウジング
チューブ103に取り付けられている。
1の端面図を示す。この図16は半径方向からビデオデ
ィスクの断面を見たものである。2つのアクチュエータ
のうち遠位のアクチュエータ85−2は隠れて見えない
が、近位のアクチュエータ85−1の装着タブ76は、
図示せぬ搬送手段によって支持されている。2対の電気
ワイヤ104−1がアクチュエータ85−1をリモート
制御電子回路97に接続している。同一の対をなすワイ
ヤ104−2が図示せぬ遠位のアクチュエータをエレク
トロニクスアセンブリ97に接続している。好ましい実
施例は、プリント回路基板の縁部に設けられたタブを有
し、このタブは単一のコネクタによってピックアップ装
着手段に接続されている。
学カプセル94から電子回路97に伸長している。光フ
ァイバは、図示せぬ牽引リンクによって直線状に保持さ
れている。詳細を以下に示す。22. 牽引リンクシステム 図17(A)及び図17(B)に示すように、牽引リン
クアセンブリ105が次に説明する機能を備えるために
用いられる。
オディスクの情報担持面と平行な面内に、さらにディス
クの光路やトラックの接線方向への安定化、(B) 光
学カプセルの質量中心を中心とする軸でのねじり動作の
低減、(C) 光学カプセルからリモートオプトエレク
トロニクスまで光カップリングファイバ96の直線的且
つ平坦な保持、及び(D) ビデオディスクシステムの
重力方向の影響の低減である。
固着され、さらに図示せぬ搬送機構の適切な部材106
に蝶着されている。この適切な部材は、好ましくはねじ
れワイヤ108である。23. 牽引リンクの設計 牽引リンク105は、好ましくは構造上閉じたセル発泡
材(structural, closed cell foam)にて形成され、平
衡手段109によってヒンジワイヤ108にトルクが作
用すること無く光学カプセル94の質量と正確に平衡を
保つように構成されている。アクチュエータ85によっ
て生じて光学カプセル94に作用する力は他の手段によ
って補償される。24. 牽引リンクの寸法 ねじりヒンジ108と光学カプセル94との間の牽引リ
ンク105の長さは、許容される垂直方向からのカプセ
ルの光軸の傾斜角によって決められる。
(最大アクチュエータ移動距離)、
分されたエラー平均ベースに亘って本発明の軽量且つ速
答性のピックアップを搬送することである。
によって、外乱を受けている搬送機構に作用する応力が
低減される。故に、搬送機構は従来のものに比較すると
小さくさらに軽量となる。例えば、重い部材の替わりに
発泡部材によって形成された搬送機構が本発明のピック
アップ装置に用いられる。25. ピックアップの動作特性 a. 45度でのピックアップの長手方向の移動距離 図15(A)及び図18を参照すると、ピックアップ装
置101の各アクチュエータ85は、最大振幅1.5m
mの光学カプセル94の質量中心110に可撓性を有す
るワイヤ93によってリンクされたセンタリング・アク
チュエータロッド65によって連続的に制御される作動
範囲を有する。
は、光学カプセル94の質量中心110にカップリング
ワイヤ93−2が連結されたアクチュエータ85−2の
動作の影響を受ける。例えばアクチュエータ85−2
が、限界、すなわち
中心線は反時計回りに等しい長さの円弧に沿って引っ張
られる。また、アクチュエータ85−1も限界まで縮ん
だ場合、センタリング・アクチュエータロッドの軸は次
に示す角度だけシフトする。
へのセンタリング・アクチュエータロッド65の緩嵌に
よって得られる。c. ピックアップの再生範囲 図20(A)を参照すると、ピックアップの両アクチュ
エータが完全に収縮されるとA点が確定する。同様に、
両アクチュエータが完全に伸長したとき、B点が確定す
る。AB軸、すなわち1.5√2=2.1mmは、トラ
ッキング修正を行うことなく、ピックアップによって行
われるフォーカス修正の限界を表す。
つ他方のアクチュエータが完全に伸長されたとき、さら
にその逆でも良いが、CD軸はピックアップ装置101
によって行われるトラッキング修正の限界を表してい
る。CD軸の長さも1.5√2=2.1mmである。
1.6μmのトラックピッチでは、この値は1,300
本のトラックに相当する。図20(A)において、直径
D=1.5 mmの円111は、900本以上トラック
に相当し、本実施例やピックアップ装置101によって
行われるフォーカス及びトラッキング修正の任意の組み
合わせによる限界を画定する。
900トラックのトラッキングメンテナンス範囲は再生
時間の1/2分を表し、80RPMの回転速度に対して
はメンテナンス時間はおよそ11分となる。d. ピックアップ再生の最悪事態 図20(B)において、直径1.5mmの円形再生範囲
111の中心112はビデオディスク99の情報担持面
100上にある。閉ループサーボ手段によって、中心1
12は、フォーカシング及びトラッキングのために情報
担持面100の正しい位置に保持される。ビデオディス
クシステムの振動や外乱に対し、加速度が比較的小さい
ために、ピックアップ装置101のアクチュエータ85
に印加される低制御電圧がトラッキングポイント112
の所望の位置を保持するために必要となる。
厳しいケースでは、数百G(重力の100倍)のショッ
クがビデオディスクシステムに作用すると、ピックアッ
プ搬送機構(図示せず)がビデオディスクに対する初期
の静止位置112から同じ速度で、例えば図示した45
゜角度に移される。ピックアップの急速な応答が無けれ
ば、またはピックアップが閉ループ制御状態に無けれ
ば、ピックアップの焦点は仮想円111−1の中心、す
なわちポイント112−1に移され、フォーカシング及
びトラッキングが両方とも消失する。
度までで
1は越えることはない。次に、ピックアップがかなり軽
量であるために、サーボ制御されたピックアップによっ
て決められる焦点は、ビデオディスクの情報担持トラッ
クの連続したフォーカシング及びトラッキングを保つ。26. 3軸ピックアップ ピックアップ装置101は、フォーカシング及びトラッ
キングにそれぞれ対応する半径方向すなわちX軸、及び
垂直方向すなわちZ軸の衝撃を補償する。さらに接線方
向すなわちY軸の衝撃補償がピックアップに組み込まれ
た場合、図17(B)に示すように、牽引リンクの長軸
と平行な動線を有する第3のアクチュエータを牽引リン
ク105内に配置する方法がある。好ましくは、図21
乃至図23に示す本発明の他の実施例121は、3軸偏
倚を行うために用いられる。図21に示すように、3軸
ピックアップ装置121は、3つの変換器122−A,
122−B及び122−Cを有する。これらの変換器
は、図示せぬ搬送機構によって120度毎に保持され、
頑丈なワイヤ124A, 124B及び124C手段によ
って光学カプセル122に一緒に接続されている。図2
3に示すように、各変換器122は装着タブ76によっ
て保持され、ビデオディスク119の情報担持面に対し
て45度の角度で搬送機構(図示せず)のアーム125
に固着されている。
な位置関係は図22によって明らかにされる。2軸、す
なわち2つの変換器ピックアップのX−Yの連結によっ
て、ビデオディスクの情報担持層に垂直でその中心に位
置する円形の面として図20(C)に示された衝撃補償
は、同様に配置された球によって記載された衝撃補償範
囲に変換される。
た時間ベースエラーは、3軸ピックアップによる通常の
再生の間にY軸に沿って修正される。上述のピックアッ
プ装置101及びピックアップ装置121にて用いられ
る新規なアクチュエータは、他のタイプの電気歪や磁気
歪による線形アクチュエータを用いることもできる。
た1対のディスクまたはウエハの構成図である。
セルの斜視図である。
る。
90度回転されたウエハの上面図である。
ーサロッド及びセンタリングロッドを示す図4と同様な
ウエハの上面図である。
を示す図6と同様な一部切り欠き立面図であり、(B)
は(A)に示す端部キャップの拡大立面図である。
正面図である。
て用いられるコネクタベースの底面図であり、(B)は
(A)のコネクタベースの側面図である。
に結合されるブラインドウエハスタックの側面図であ
る。
造で反転された第2ブラインドウエハスタックに連結さ
れて形成されたアクチュエータの側面図である。
ータの側面図である。
タの完成した状態での側面図であり、(B)は(A)に
示すアクチュエータの底面図である。
モジュール及び関連する光学素子の側面図である。
及び図14に示す光学モジュール及び関連する光学素子
を用いた本発明のピックアップ装置の正面図であり、
(B)は(A)に示す構造の上面図である。
る。
ジュールを支持するために用いられる牽引リンクビーム
装置の側面図を示し、(B)は(A)に示す装置の上面
図である。
方向の動線を示す図である。
作を示す図である。
囲を示す図であり、(B)はビデオディスクのトラッキ
ングポイントの中心に配置された移動範囲を示し、
(C)はトラッキングポイントから偏倚した移動範囲を
示す。
3つのアクチュエータが用いられる本発明のピックアッ
プ装置の他の構成を示す上面図である。
る。
示すとともに図21に示すピックアップ装置を示す正面
図である。
Claims (29)
- 【請求項1】 電気信号に反応して線形の力を生成する
線形アクチュエータであって、 誘電性部材を含み細長く可撓性を有するハウジングと、互 いに平行に横方向に配置されて対をなし間に誘電性流
体が介在する薄い電極と、前記電極を互いに平行に保持
しつつ前記電極間の軸方向の運動を可能とする保持手段
と、を各々が有し、前記ハウジング内で長手方向に間隔
を開けた位置に配置され且つ積層された(stacke
d)複数の容量性アクチュエータセルと、 前記電極に電荷(electrical charg
e)を誘導して前記電極間に軸方向の静電気力を生成す
る静電気力生成手段と、 前記電極の軸方向の運動を外力作用部材に連結する連結
手段と、 を有し、前記容量性アクチュエータセルの前記電極には
厚み方向に貫通孔が形成され、故に前記電極を横切って
流れる前記誘電性流体のパスを形成することを特徴とす
る線形アクチュエータ。 - 【請求項2】 前記容量性アクチュエータセルは、前記
アクチュエータの長軸に対して同心円上に配置されるこ
とを特徴とする請求項1記載のアクチュエータ。 - 【請求項3】 前記セルの前記電極は、中央部に同軸の
貫通孔を有し平面図が正多角形であることを特徴とする
請求項2記載のアクチュエータ。 - 【請求項4】 前記電極は円形のディスクであることを
特徴とする請求項1記載のアクチュエータ。 - 【請求項5】 前記連結手段は、 前記ハウジングの第1横方向端部を封止するシールド液
封端部キャップと、 前記シールド端部キャップに取り付けられるとともに前
記電極の中心同軸貫通孔内に摺動自在に挿通され且つ前
記ハウジングを貫通して延在する細長いアクチュエータ
ロッドと、前 記アクチュエータロッドを挿通せしめながらも前記ロ
ッドとの液封接合を保持する中心同軸貫通孔と、前記ロ
ッドの軸方向の運動を許容する手段と、を有し、前記ハ
ウジングの第2横方向端部を封止する孔開き端部キャッ
プと、 からなることを特徴とする請求項1記載のアクチュエー
タ。 - 【請求項6】 前記端部キャップは、周縁部と中心部と
の間で軸方向の変位を許容する可撓性部材からなること
を特徴とする請求項5記載のアクチュエータ。 - 【請求項7】 前記端部キャップは、周縁部に対する中
心部の軸方向の変位の容易さを増大せしめるように同心
円上に配置された環形の波形を有することを特徴とする
請求項6記載のアクチュエータ。 - 【請求項8】 前記保持手段は、奇数番号が付されて長手方向に配置され、且つ奇数番号
が付されたディスク状電極の各々に連結される細長いス
ペーサロッドの少なくとも1つと 、偶数番号が付されて長年方向に配置され、且つ偶数番号
が付されたディスク状電極の各々に連結される細長いス
ペーサロッドの少なくとも1つと 、 電気的非接触状態にて前記奇数番号が付されたスペーサ
ロッドを摺動自在に収容し且つ偶数番号が付されたディ
スク状電極の各々を貫通する第1開口手段と、 電気的非接触状態にて前記偶数番号が付されたスペーサ
ロッドを摺動自在に収容し且つ奇数番号が付されたディ
スク状電極の各々を貫通する第2開口手段とからなるこ
とを特徴とする請求項5記載のアクチュエータ。 - 【請求項9】 前記スペーサロッドは、長手方向に変形
可能であることを特徴とする請求項8記載のアクチュエ
ータ。 - 【請求項10】 前記スペーサロッドは、長手方向に弾
発的に(resiliently)変形可能であること
を特徴とする請求項8記載のアクチュエータ。 - 【請求項11】 前記スペーサロッドは、長手方向にゴ
ム状に(elastically)変形可能であること
を特徴とする請求項8記載のアクチュエータ。 - 【請求項12】 前記スペーサロッドは、エラストマ材
料(elastomeric material)から
なることを特徴とする請求項8記載のアクチュエータ。 - 【請求項13】 前記保持手段は、長手方向に配置されるとともに直径方向に対向する位置
にて前記奇数番号が付されたディスク状電極の各々に連
結され、少なくとも一方が導電性を有して前記奇数番号
が付された電極の各々と電気的接触状態にある第1の細
長い スペーサロッド対と、長手方向に配置されるとともに直径方向に対向する位置
にて前記偶数番号が付されたディスク状電極の各々に連
結され、前記第1のロッド対の周囲に配置され、少なく
とも一方が導電性を有して前記偶数番号が付された電極
の各々と電気的接触状態にあるが前記奇数番号が付され
た電極とは電気的に絶縁されている第2の スペーサロッ
ド対と、 をさらに有することを特徴とする請求項1記載のアクチ
ュエータ。 - 【請求項14】 前記静電気力生成手段は、前記導電性
スペーサロッドと、前記導電性スペーサロッドと接触し
て外部の電圧源に電気的に接続される電気端子と、から
なることを特徴とする請求項1記載の線形アクチュエー
タ。 - 【請求項15】 前記ハウジングは、ほぼ円筒形状を有
することを特徴とする請求項1記載の線形アクチュエー
タ。 - 【請求項16】 前記ハウジングの外側円筒壁面は、長
手方向に波形が付された構造を有し、前記構造は、半径
方向内側に突出する窪み部と交互に長手方向に間隔を開
けて配置され且つ半径方向外側に突出する環形のフラン
ジの複数からなることを特徴とする請求項15記載の線
形アクチュエータ。 - 【請求項17】 電気信号に反応して軸方向の双方向に
対して力を作用させる線形アクチュエータであって、第1プッシュアクチュエータスタックアセンブリと、 第2プルアクチュエータスタックアセンブリとからな
り、 前記第1プッシュアクチュエータスタックアセンブリ
は、 流体を含むように形成され且つ一端部を封止する第1横
方向端部キャップを有する可撓性を有する細長い液封ハ
ウジングと、互 いに平行に横方向に配置されて間に誘電性流体が介在
するとともに各々には厚み方向に貫通する貫通孔が形成
されて誘電性流体が流れるようになっている薄い導電性
ウエハ対と、前記ウエハを軸方向に直線的に配列された
状態に保持するとともに前記ウエハ間での軸方向の運動
を許容する保持手段と、を各々が有し、前記ハウジング
内で長手方向に間隔を開けた位置にてスタックされる複
数の容量性アクチュエータセルと、 前記ウエハに電荷(electrical charg
e)を誘導して隣接するウエハ間に軸方向の吸着静電気
力を生成する静電気力生成手段と、 前記スタックアセンブリを長手方向に挿通して配置さ
れ、前記スタックアセンブリの第1端部にて前記第1横
方向端部キャップに連結されて前記ハウジングの第2横
方向端部及び前記プッシュスタックアセンブリを貫通し
て長手方向に突き出す細長いアクチュエータロッドと、 前記ハウジングの第2横方向端部に気密に接続されると
ともに前記第2横方向端部を突き出る前記アクチュエー
タロッドに気密に結合され、前記ハウジングに対する前
記アクチュエータロッドの軸方向の運動を許容する第2
横方向端部キャップと、 からなり 、 前記第2プルアクチュエータスタックアセンブリは、前
記第1プッシュアクチュエータスタックアセンブリと鏡
面対称であるとともに前記第1プッシュアクチュエータ
スタックアセンブリと背中合わせで長手方向にアライメ
ントされ、さらに前記箪1アクチュエータスタックの前
記第1横方向端部キャップに接合される第2横方向端部
キャップを有し、 前記アクチュエータロッドは前記第2アクチュエータス
タックアセンブリ及び前記第2アクチュエータスタック
の前記第1端部キャップを貫通して長手方向に突出する
とともに前記第2アクチュエータスタックアセンブリに
気密に接合され、 前記第1プッシュアクチュエータスタックの隣接するウ
エハ間に電圧が印加されると、前記第1アクチュエータ
スタックは長手方向に収縮されるとともに前記アクチュ
エータロッドが前記第1及び第2アクチュエータの間の
接合部に対して外側に向けて伸長され、 前記第2プルアクチュエータスタックの隣接するウエハ
間に電圧が印加されると、前記第2アクチュエータスタ
ックが長手方向に収縮されるとともに前記アクチュエー
タロッドの端部が前記第1及び第2アクチュエータスタ
ックの間の前記接合部に向けて内側に引き入れられるこ
とを特徴とする線形アクチュエータ。 - 【請求項18】 前記第1及び第2アクチュエータスタ
ックアセンブリにおいて、前記保持手段は、 前記ウエハの各々の円周部の直径方向に対向する位置か
ら内側に向けて半径方向に延在して直径方向に対向する
第1のピンチスロット対と、円周方向において前記第1のピンチスロット対とは90
度離れた位置で前記ウエハの各々の円周部の直径方向に
対向する位置から半径方向内側に延在して直径方向に対
向するほぼ矩形形状の第2の クリアランススロット対
と、 奇 数番号が付されたウエハの前記ピンチスロットに嵌合
され且つ長手方向に配 置された細長い第1の弾性スペーサロッド対と、 偶数番号が付されたウエハの前記ピンチスロットに嵌合
され且つ長手方向に配置された細長い第2のスペーサロ
ッド対と、 からなり、 前記クリアランススロットは前記ピンチスロットよりも
大なる幅を有し、 各容量性アクチュエータセルは互いに90度ずれて向き
が決められた前記スロットウエハの対からなり、 奇数番号が付されたウエハの前記ピンチスロット対は偶
数審号が付されたウエハの前記クリアランススロットと
軸方向にアライメントされ 、前記第1のスペーサロッド対の少なくとも一方は導電性
を有して前記奇数番号が付されたウエハの各々と電気的
接触状態にあり、 前記第1のスペーサロッド対は、前記偶数番号が付され
たウエハとは電気的非接触状態にて前記偶数番号が付さ
れたウエハの前記クリアランススロット内を軸方向に可
動であり 、前記第2のスペーサロッド対の少なくとも一方は、導電
性を有して前記偶数番号が付されたウエハの各々と電気
的接触状態にあり、 前記第2のスペーサロッド対は前記第1のスペーサロッ
ド対とは円周方向にて90度離れた位置に配置されて、
前記奇数番号が付されたウエハとは電気的非接触状態に
て前記奇数番号が付されたウエハの前記クリアランスス
ロット内を軸方向に可動である ことを特徴とする請求項
17記載の線形アクチュエータ。 - 【請求項19】 前記第1及び第2アクチュエータスタ
ックアセンブリの前記導電性スペーサロッドは、導電性
エラストマからなることを特徴とする請求項18記載の
線形アクチュエータ。 - 【請求項20】 前記第1及び第2アクチュエータスタ
ックアセンブリの前記ハウジングの各々は、可撓性部材
からなる円筒形状の細長いチューブであることを特徴と
する請求項19記載の線形アクチュエータ。 - 【請求項21】 前記ハウジングの外側円筒壁面は、長
手方向に波形が付された構造を有し、前記構造は、半径
方向内側に突出する環形の複数のくびれの間に交互に配
置されるとともに長手方向に間隔を開けて半径方向外側
に突出する環形の複数のフランジを有することを特徴と
する請求項20記載の線形2アクチュエータ。 - 【請求項22】 光学モジュールを面に対して垂直にま
たは前記面と平行に選択的に移動せしめる2軸アクチュ
エータであって、 前記光学モジュールに連結され、動線が前記面に対して
傾斜した方向を向いている第1双方向線形アクチュエー
タと、 前記光学モジュールに連結され、動線が前記面の法線と
前記第1双方向線形アクチュエータの前記動線との両方
に対して角度をもって前記第1双方向線形アクチュエー
タの前記動線と交差する第2線形アクチュエータと、からなり、 前記第1及び第2双方向線形アクチュエータの各々は、 可撓性を有し細長い筒状の第1ハウジングと、前記ハウ
ジングに固着された前記ハウジングの第1横方向端部壁
と、前記ハウジングの中を長手方向に伸長して前記筒状
ハウジングの第2横方向端部壁及び前記筒状ハウジング
の第2横方向端部壁に取り付けられた装着ベース部材を
貫通して突出する細長いアクチュエータロッドと、前記
筒状ハウジングの長さを矩縮する時に第1外部指令信号
に応答して前記第1横方向端部壁を前記第2横方向端部
壁及び前記装着ベースに近接するように移動せしめると
ともに前記アクチュエータロッドを前記装着ベースから
さらに外側に向けて伸長せしめる第1応答手段と、を有
する第1単方向線形アクチュエータと、 前記第1線形アクチュエータと構成及び動作がほぼ同様
であって前記第1単方 向線形アクチュエータと長手方向
に直線状に配列され、装着ベースに取り付けられた第2
横方向壁と、可撓性を有する第1横方向単部壁と、を有
し、前記アクチュエータロッドが前記第1横方向端部壁
を貫通して外側に突出する自由端部を有するとともに前
記第1横方向端部壁に連結され、筒状ハウジングの長さ
を短縮する際に第2外部指令信号に応答して前記第2単
方向線形アクチュエータの前記第1横方向端部壁を前記
装着ベースに近接するように移動せしめるとともに前記
アクチュエータロッドを前記ベースに向けて内方に引き
入れせしめる第2応答手段をさらに有する第2単方向線
形アクチュエータと、 からなり、 前記双方向アクチュエータに第1及び第2指令信号を交
互に与えると、前記アクチュエータの前記自由端部は前
記アクチュエータロッドの前記自由端部に機械的に連結
された物体に押力と引力とを交互に作用させる ことを特
徴とする2軸アクチュエータ。 - 【請求項23】 前記応答手段の少なくとも1つは、長
手方向を向く圧縮力を生成する際に電極間の電位差に反
応する容量性力変換器であることを特徴とする請求項2
2記載のアクチュエータ。 - 【請求項24】 前記容量性力生成器は、前記ハウジン
グに連結されるとともに平行で長手方向に離間した位置
に保持され且つ各々が隣接するものとは電気的に絶縁さ
れている複数の薄い導電性ウエハと、前記ウエハの隣接
するもの同士に電圧を印加する電圧印加手段と、からな
り、前記ウエハ上の静電電荷(electrostat
ic charge)によって前記筒状ハウジングを短
縮させる静電吸着力が生じることを特徴とする請求項2
3記載のアクチュエータ。 - 【請求項25】 前記導電性ウエハ間の間隙は誘電性流
体にて充填されることを特徴とする請求項24記載のア
クチュエータ。 - 【請求項26】 前記ウエハには厚み方向に貫通する貫
通孔が形成されて前記誘電性流体が軸方向に流れること
ができるようにしていることを特徴とする請求項25記
載のアクチュエータ。 - 【請求項27】 前記ウエハは、長手方向に配置され且
つ弾性を有する細長いスペーサロッドによって長手方向
に間隔を開けた位置に保持されることを特徴とする請求
項24記載のアクチュエータ。 - 【請求項28】 光学モジュールを面の法線方向にまた
は前記面内の2つの直交する方向に選択的に移動せしめ
る3軸アクチュエータであって、 前記光学モジュールに連結され、第1動線は前記光学モ
ジュールを経て前記面まで達する法線に対して第1傾斜
角度に傾斜され、前記第1動線及び前記法線が前記面に
対する第1垂直面を画定する第1線形アクチュエータ
と、 前記光学モジュールに連結され、第2動線が前記法線に
対して第2傾斜角度に傾斜され、前記第2動線及び前記
法線が前記面に対する第2垂直面を画定する第2線形ア
クチュエータと、 前記光学モジュールに連結され、第3動線は前記法線に
対して第3傾斜角度に傾斜され、前記第3動線及び前記
法線が前記面に対する第3垂直面を画定する第3線形ア
クチュエータと、からなり、 前記線形アクチュエータの少なくとも1つは双方向線形
アクチュエータからなり、前記双方向線形アクチュエー
タは背中合わせに連結された2つの長手方向に直練状に
配置された単方向線形アクチュエータからなり、 前記双方向線形アクチュエータは、さらに、 細長く可撓性を有し筒状の第1ハウジングと、前記ハウ
ジングに取り付けられた前記ハウジングの第1横方向端
部壁と、前記ハウジング内を長手方向に伸長するととも
に前記筒状ハウジングの第2横方向端部壁を経て前記筒
状ハウジン グの前記第2横方向端部壁に取り付けられた
装着ベース部材を貫通して突出する細長いアクチュエー
タロッドと、前記筒状ハウジングの長さを短縮する時に
第1外部指令信号に応答して前記第1横方向端部壁を前
記第2横方向端部壁及び前記装着ベースに近接するよう
に移動せしめるとともに前記アクチュエータロッドを前
記装着ベースからさらに外側に向けて伸長せしめる第1
応答手段と、を有する第1単方向線形アクチュエータ
と、 前記第1線形アクチュエータと構成及び動作がほぼ同様
であって前記第1単方向線形アクチュエータと長手方向
に直線状に配列され、前記装着ベースに装着される第2
横方向壁と、可撓性を有する第1横方向端部壁とを有
し、前記アクチ ュエータロッドが前記第1横方向端部壁
から外側に突出する自由端部を有するとともに前記第1
横方向端部壁に連結され、筒状ハウジングの長さを短縮
する時に第2外部指令信号に応答して前記第2単方向線
形アクチュエータの前記第1横方向端部壁を前記装着ベ
ースに近接するように移動せしめるとともに前記アクチ
ュエータロッドを前記ベースに向けて内方に引っ込めせ
しめる第2応答手段をさらに有する第2単方向線形アク
チュエータと 、を有し、 前記双方向アクチュエータに第1及び第2指令信号を交
互に与えると、前記アクチュエータロッドの前記自由端
部は、前記アクチュエータロッドの前記自由端部に機械
的に連結された物体に押力及び引力を交互に作用せしめ
る ことを特徴とする3軸アクチュエータ。 - 【請求項29】 前記第1、第2及び第3垂直面は円周
上に等しい角度で間隔を開けて配置されることを特徴と
する請求項28記載の3軸アクチュエータ。
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