JP3935312B2 - 対物レンズアクチュエータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクなどの光学的情報記録媒体に対する記録／再生を行う光学的情報記録／再生装置に搭載されるディスク・ドライバに設置される対物レンズアクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光学的情報記録／再生装置において、アクティブ制御に使用するアクチュエータは非線形性などによるロストモーションを可能な限り低減する可動機構を採用する必要がある。このために高精度の制御を要するレンズアクチュエータにおける支持構造として、例えば特許第２８５６１７６号公報に記載されているようなばね支持構造が採用されている。
【０００３】
また、光学的情報記録／再生装置において、記録密度増加に伴い高ＮＡの対物レンズを搭載する必要性から、フォーカシングとトラッキングの並進駆動時における寄生回転運動による光軸傾きを低減する必要がある。ところが、前記ばね支持構造ではフォーカシング方向およびトラッキング方向の変位感度を高めるために、支持ばねにおける両方向のコンプライアンスを低く設定する必要があり、かつ小型，軽量化の面から外形寸法が制約を受けるため、各ばね要素の配置寸法が制限され、原理上、必然的にラジアル方向の捩り剛性が低くなるという問題がある。
【０００４】
このため、組立誤差、あるいはフォーカシング，トラッキング並進シフト時における駆動推力の寄生モーメント、あるいは支持ばね組立誤差の非対称の僅かな存在などにより、並進駆動時のラジアル方向に寄生回転運動が発生し、特性上の問題を生むと共に、生産上の歩留まり、あるいはコストに負担を与えることが多い。
【０００５】
これまで前記寄生回転運動による光軸傾きは、ラジアル軸とタンジェンシャル軸の傾きが共に、主としてアクチュエータのＤＣ（direct current）シフトに対する問題として議論されてきた。これは第１には、前記のようにＤＣシフト量が直交する方向の推力の作用半径として寄生モーメントを発生させる要因であること、第２には、従来のディスク・ドライバの仕様ではタンジェンシャル軸廻りの共振（以下、ロールモード、またはロール共振と称する）の周波数を、ディスク駆動装置の仕様のスピンドル最大回転周波数よりも高く設定することが可能であったことによる。
【０００６】
ところが近年のさらなる高速化の要求により、再生時は勿論のこと記録時のスピンドル回転周波数も従来のアクチュエータのロールモード周波数を上回る傾向になりつつある。万一、この両周波数が一致した場合には後述するような現象が発生する。
【０００７】
すなわち、ディスクの面振れあるいは偏心成分のスペクトルは、一般自然原理に従い低周波成分が大きい傾向にあり、ディスク規格からも一次成分、すなわちスピンドル回転周波数成分の大きいものが存在し得る。つまり、このディスクの回転周波数成分を持つ面振れ，偏心成分がそれぞれフォーカシング，トラッキングの際のアクチュエータに対する強制フィードバック時の加振力として作用する。この加振力が理論上の純粋な並進推力として作用する限り、特に問題は生じない。ところが前記並進推力がそれぞれフォーカシング，トラッキングに対して発生するとき、それぞれの直交方向、すなわちトラッキング，フォーカシング方向にＤＣシフトが発生している状況が回避し得ない。
【０００８】
この結果、前記シフト量が作用半径として機能して前記並進推力が推力寄生モーメントを発生し、しかも、このモーメントが前記周波数一致によってロール共振周波数と同一周波数成分になり、同期信号加振による文字通りの回転共振が発生することになる。この可動部の回転共振によって発生するＡＣ（alternating current）的なラジアル方向傾き量は、従来のＤＣシフトにより発生するラジアル傾き量をピーク値で大幅に上回り、トラックエラー信号あるいはＲＦ信号の振幅を変調させ、安定した記録／再生性能を妨げると共に、時としてサーボ外れを発生させる可能性がある。
【０００９】
これらの問題に対する対策としては、発生源が共振であるため、ＤＣシフトのみを想定した寄生傾き対策に使用されるようなフォーカシング，トラッキングの寄生モーメント相殺手段は効果がない。
【００１０】
上述した内容をまとめると、ロール共振周波数における同期信号加振は、ロール、すなわちラジアル傾きの感度が最大となる加振条件である。よって、不可避のフォーカシング方向における累積偏差、あるいはトラッキング方向におけるキャリッジ追従誤差などのＤＣ的なシフト時に、直交する方向にディスクの面振れ、あるいは偏芯追従のためのＡＣ加振が加わることにより、ラジアル傾きが急増することになる。この結果、ＲＦ信号の振幅に変調が発生して、エラーレートの増加あるいはサーボエラーが発生する可能性が増加し、高速化への著しい妨げとなる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アクチュエータを使用する以上、いずれかの部位においてロール共振は存在するため、その共振周波数における前記問題を回避することができない。上述した説明では、便宜上、ばね支持構造を前提に説明してきたが、他の構造、例えば弾性ヒンジあるいは軸受による支持構造であっても同様な問題は残る。したがって、スピンドル回転周波数を避けて、その共振周波数を設定する必要がある。最も望ましいのは最大使用回転数に対して十分高いロール共振周波数を設定することである。
【００１２】
ただし、既述した高速化の要求により，ピックアップ・アクチュエータのライフタイム内にドライバに要求される回転速度が常に同一条件とは限らず、また、ＣＤ（compact disc）またはＤＶＤ（digital versatile disk）の再生／記録に対応して、異なる回転数に基づく制御が行われるために、これに対処する必要も生じる。
【００１３】
仮に、複数の異なる周波数を使用するドライバに使用されるアクチュエータにおけるロール共振周波数を何らかの理由により十分に避けて設定し得ない場合は、ＡＣチルト感度そのものを十分に低下させる必要性がある。既述した通り、ここで説明しているＡＣチルトは、ロール共振領域におけるラジアルチルト感度、すなわちラジアルＤＣチルト成分とロール共振倍率成分との和であるから、これを低減するには、ラジアルＤＣチルト成分を低減するか、または、これを除く成分、すなわちロール共振における共振倍率を低減するか、またはその両者を低減する必要がある。
【００１４】
ところが低周波におけるチルト感度を低くすることができても、従来のアクチュエータではアクティブ固有振動周波数における共振倍率が１０（ｄＢ）程度乃至それ以上あり、これは振幅が低周波成分の約３倍以上であることを意味する。しかも、この一次固有振動周波数に最適化されてアクチュエータに用いられるダンパ材料は、これより高い周波数すなわちロール周波数において、その減衰能が低下するために、ＡＣチルト感度は低周波の場合におけるＡＣチルト感度の３倍以上より大きくなることが避けられない。
【００１５】
従来技術では、共振全般の共振倍率を低減させるためにダンパ材料とその形状を選定して使用している。寄生共振がアクティブ共振より高い周波数に存在する実状では、寄生共振倍率を一定レベル以下に止めるために、アクティブ共振倍率をかなり低めに抑える必要がある。
【００１６】
最近では寄生共振の中でもディスク回転周波数に近接し傾き量が大きいために、ロール共振の抑制が重要な課題となり、これに対処するためにアクティブ固有振動周波数における共振倍率を６（ｄＢ）以下とするように、ダンパ材料を充填したものもある。
【００１７】
一般的には粘性の高いダンパ材料を使用するか、またはダンパ材料の充填部の面積を増すか、またはその両者を採用している。ただし、この場合にはダンパ材料の持つ等価ばね定数成分が急増して、アクティブのＤＣ感度を低下させてしまう問題、あるいはアクティブモードの過減衰により低周波領域においても位相が遅れているために、ばね支持構造の場合でさえ、不所望のヒステリシス特性を発生させてしまうことになる。
【００１８】
本発明の目的は、前記従来の課題を解決し、ダンパ材を用いてアクティブ共振周波数における過減衰を伴うことなく、ロール共振成分の影響を抑制することができ、高速化を可能にする対物レンズアクチュエータを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、使用回転速度を可変に設定できる光ディスク記録／再生装置に搭載され、対物レンズを保持するホルダと、ベース体に設けられた固定磁気回路と、この固定磁気回路とにより電流値に応じてフォーカシング推力およびトラッキング推力を発生するソレノイドコイルおよび前記ホルダが設けられた可動部と、この可動部を、推力発生量に応じて変位可能に固定ブロック部に連結する弾性支持部材とを備えた対物レンズアクチュエータにおいて、前記弾性支持部材に共振減衰用のダンパ材を設け、このダンパ材として光ディスク記録／再生装置の使用最大回転周波数近傍および／またはタンジェンシャル軸廻り共振周波数近傍において最大減衰または最大損失が得られる特性のものを用いたことを特徴とし、この構成によって、アクティブ共振倍率で最大減衰を得るダンパ材を採用せずに、高速化に悪影響を与えるタンジェンシャル軸廻りの寄生傾きが最大となるロール共振周波数近傍、および／または、このロール共振モードにおける最大の強制加振源となるディスク最大回転周波数近傍、すなわち光ディスク記録／再生装置の使用最大回転周波数近傍にて最大減衰または最大損失が得られるダンパ材を使用することにより、過減衰による低域の位相遅れを防ぐことができ、よって、アクティブ共振倍率を適度に保った状態で、かつ従来例より良好な寄生傾き感度の低下を得ることができる。
【００２２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の対物レンズアクチュエータにおいて、ダンパ材として１００〜２００Ｈｚの帯域において最大減衰または最大損失が得られる特性のものを用いたことを特徴とし、この構成によって、実際の一般的なアクチュエータにおける周波数帯域において最大減衰または最大損失が得られる最適の特性のダンパ材を使用することにより、アクティブ共振周波数における過減衰を伴うことなく、高速化に有害なロール共振成分の影響を具体的かつ効果的に抑制することができる。
【００２３】
請求項３〜５記載の発明は、請求項１記載の対物レンズアクチュエータにおいて、ダンパ材が、高分子材料または高分子材料を主材料としたもの、またはゴム材料またはゴム材料を主材料としたもの、またはシリコーン系のゲル材料またはシリコーン系のゲル材料を主材料としたものであることを特徴とし、これらの構成のように、光ディスク記録／再生装置あるいは対物レンズアクチュエータの仕様，特性に応じて最適なダンパ材が使用される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は本発明における実施形態のレンズアクチュエータアセンブリを示す斜視図、図２は図１のレンズアクチュエータアセンブリを分解した固定磁気回路を含むステータ部を示す斜視図、図３は図１のレンズアクチュエータアセンブリを分解した可動部と支持構造を含むアクチュエータ部を示す斜視図である。図１において、Ｘ軸方向は光ディスクにおけるタンジェンシャル方向（トラック方向）であり、Ｙ軸方向はフォーカシング方向であり、Ｚ軸方向はトラッキング方向（ラジアル方向）である。
【００２６】
図１，図２において、１はステータ部、２は支持部材であるベース，３ａ，３ｂはボス、５ａ，５ｂはマグネットであり、ベース２におけるマグネット５ａ，５ｂを固定する立壁２ａが固定磁気回路の背面ヨークを兼ねる。
【００２７】
また、図１，図３において、６はアクチュエータ部、７はホルダ、８は対物レンズ、９はフォーカシング用コイル、１０はトラッキング用コイル、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、ホルダの両側にそれぞれ複数本（本例では合計４本）設置された弾性支持部材としての線状ばね、１２は線状ばね１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの一端を固定する線状ばね固定用兼コイル給電用プリント基板、１３は固定ブロックである。固定ブロック１３には、ボス３ａ，３ｂが挿入される長孔と円孔からなる位置決め孔１４ａ，１４ｂと、図示しない位置決め用ボスが挿入される位置決め溝１５とが設けられている。
【００２８】
図３に示したようにアクチュエータ部６の可動部は、ホルダ７に対物レンズ８，フォーカシング用コイル９，トラッキング用コイル１０，線状ばね固定用兼コイル給電用プリント基板１２を設置して構成される。この可動部の支持構造として、線状ばね１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの他端は、固定ブロック１３を貫通し、かつ内部にシリコーン系のゲル材からなるダンパ材１７が充填されている通孔１８ａ，１８ｂを通して、固定ブロック１３に設けられたフレキシブルプリント基板１６に接続固定される。
【００２９】
なお、線状ばね１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの他端を、フレキシブルプリント基板１６でなく、樹脂製の固定ブロック１３にメッキ法により直接形成された金属パターンに接続固定するようにしてもよい。
【００３０】
線状ばね１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは金属製の線ばねであって、固定方法として給電接続を兼ねた半田付けの例を挙げているが、任意の材質，任意の断面形状の線状ばねを使用することができ、さらにその固定方法としては接着あるいはインサート成型の方法などを用いることが考えられる。
【００３１】
図４，図５は従来のダンパ材料を使用したときの前記構成の対物レンズアクチュエータにおける周波数応答特性例を示す図、図６は本実施形態における周波数応答特性を示す図である。
【００３２】
図４〜図６の特性図において共通に応答振幅比３種と応答位相１種を示しており、応答振幅比において、▲１▼はアクティブ応答、すなわちアクティブ入力電圧当りの変位応答特性例を示す。▲２▼，▲３▼は不所望のパッシブ応答でアクティブ入力の際に、タンジェンシャル軸廻り、すなわちロール方向に発生する寄生傾き量を示しており、▲２▼はアクティブ電圧当り寄生傾きを示し、▲３▼はアクティブ変位当り寄生傾き感度を示している。因みに、▲３▼の応答は▲２▼の応答を▲１▼の応答で除算したもので表される。ここで応答振幅比とは、便宜上、それぞれの周波数における感度のＤＣ領域の感度に対する振幅比をゲイン（ｄＢ）で示すものである。また応答位相はアクティブ応答のみを示す。
【００３３】
前記▲３▼のアクティブ変位当りの寄生傾き感度とは、▲２▼のアクティブ電圧当りの寄生傾きを、実動作の状態に最も表しやすい特性に変換したものである。アクティブ方向の駆動はアクチュエータのフォーカシングまたはトラッキングのエラー信号をフィードバックして対物レンズの位置制御を行うため、それぞれディスクの面振れあるいは偏心成分などの累積の結果により与えられる変位量を振幅とする変位強制加振を受けることになる。基本的に、ロール周波数近傍でのＡＣチルトを低減するには、共振倍率を低下させる必要があることは変わらない。
【００３４】
図４に示す例は、アクティブ周波数に最適化された従来のダンパ材料を使用し、アクティブ周波数が６０（Ｈｚ）における減衰係数がζ＝０．２である場合を示しており、アクティブ応答特性そのものは良好であるが、連成したロール寄生傾きの感度が高すぎて問題となる。このうち、ロール寄生傾き発生量の実動条件における挙動を最も分かりやすく表しているのが既述した▲３▼の応答感度である。
【００３５】
この寄生傾きは一般に推力に連成して生ずるモーメントに依存する。この特性はロールの周波数応答特性といってもよく、一般にロール共振周波数付近が感度最大となる。この原理により実際にロール共振が発生する場合はアクティブ共振周波数でもピークが発生することもあるが、これは便宜上無視する。また、それぞれの減衰係数に対する場合の共振倍率は等しいわけではない。この理由は２つある。第１に、両周波数における減衰係数が等しい場合でも、共振周波数が高い場合には原理上共振倍率は増加する。第２に、全周波数帯域において一定の減衰係数を保つことができるダンパ材料は現実には存在し得ないため、従来においてはアクティブ共振周波数近傍で最大の減衰係数を得る材料を使用しており、このため、それより高い周波数では減衰係数そのものも低下する。寄生傾き量が大きいと特性上有害であるから、いずれにしても当該共振倍率は低い方がよい。
【００３６】
一方、図５に示す例は、図４の例と同様にアクティブ周波数に最適化されたダンパ材料を用い、アクティブ周波数が６０（Ｈｚ）における減衰係数がζ＝０．４である場合の例を示す。この例では、連成したロール寄生傾きの感度を低減させることができるが、アクティブ応答が過減衰となり、低周波における不所望のヒステリシス特性が発生してしまう。
【００３７】
そこで本実施形態では、アクティブ共振倍率で最大減衰を得るダンパ材料を採用せずに、高速化に悪影響を与えるタンジェンシャル軸廻りの寄生傾きが最大となるロール共振周波数近傍、および／または、このロール共振モードにおける最大の強制加振源となるディスク最大回転周波数近傍、すなわち光ディスク記録／再生装置の使用最大回転周波数近傍にて最大減衰または最大損失が得られるダンパ材料を使用する。このことによって、過減衰による低域の位相遅れを防ぐことができるため、図６に示すように、アクティブ共振倍率を適度に保った状態で、かつ従来例より良好な寄生傾き感度の低下を得ることができた。
【００３８】
また、ダンパ材料として、光ディスク記録／再生装置の使用最大回転周波数近傍からタンジェンシャル軸廻り共振周波数近傍において最大減衰または最大損失が得られる特性のものを用いることによって、アクティブ共振周波数における過減衰を伴うことなく、高速化に有害なロール共振成分の影響を効果的に抑制することができる。
【００３９】
なお、図４〜図６から分かるように、一般的な対物レンズアクチュエータに適用されるなダンパ材料として１００〜２００Ｈｚの帯域において最大減衰または最大損失が得られる特性のものを用いることが望ましい。
【００４０】
またダンパ材料が、高分子材料または高分子材料を主材料としたもの、またはゴム材料またはゴム材料を主材料としたもの、またはシリコーン系のゲル材料またはシリコーン系のゲル材料を主材料としたものなどを採用することができ、これらを光ディスク記録／再生装置あるいは対物レンズアクチュエータの仕様，特性に応じて適宜選択して使用する。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、アクチュエータの可動部を支持する弾性支持部材に共振減衰用のダンパ材を設け、このダンパ材として、アクティブ共振倍率で最大減衰を得る材料を採用せずに、タンジェンシャル軸廻り共振周波数近傍，光ディスク記録／再生装置の使用最大回転周波数近傍において、最大減衰または最大損失が得られる特性のものを用いたことによって、アクティブ共振周波数における過減衰を伴うことなく、高速化に有害なロール共振成分の影響を効果的に抑制することができることになり、よって、高速化に対応することが可能な対物レンズアクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における実施形態のレンズアクチュエータアセンブリを示す斜視図
【図２】図１のレンズアクチュエータアセンブリを分解した固定磁気回路を含むステータ部を示す斜視図
【図３】図１のレンズアクチュエータアセンブリを分解した可動部と支持構造を含むアクチュエータ部を示す斜視図
【図４】従来のダンパ材料を使用したときの対物レンズアクチュエータにおける周波数応答特性例を示す図
【図５】従来のダンパ材料を使用したときの対物レンズアクチュエータにおける周波数応答特性例を示す図
【図６】本実施形態における周波数応答特性を示す図
【符号の説明】
１ ステータ部
２ ベース
５ａ，５ｂ マグネット
６ アクチュエータ部
７ ホルダ
８ 対物レンズ
９ フォーカシング用コイル
１０ トラッキング用コイル
１１ａ〜１１ｄ 線状ばね
１３ 固定ブロック
１７ ダンパ材

Claims (5)

1. 使用回転速度を可変に設定できる光ディスク記録／再生装置に搭載され、対物レンズを保持するホルダと、ベース体に設けられた固定磁気回路と、この固定磁気回路とにより電流値に応じてフォーカシング推力およびトラッキング推力を発生するソレノイドコイルおよび前記ホルダが設けられた可動部と、この可動部を、推力発生量に応じて変位可能に固定ブロック部に連結する弾性支持部材とを備えた対物レンズアクチュエータにおいて、
   前記弾性支持部材に共振減衰用のダンパ材を設け、このダンパ材として光ディスク記録／再生装置の使用最大回転周波数近傍および／またはタンジェンシャル軸廻り共振周波数近傍において最大減衰または最大損失が得られる特性のものを用いたことを特徴とする対物レンズアクチュエータ。
2. 前記ダンパ材として１００〜２００Ｈｚの帯域において最大減衰または最大損失が得られる特性のものを用いたことを特徴とする請求項１記載の対物レンズアクチュエータ。
3. 前記ダンパ材が、高分子材料または高分子材料を主材料としたものであることを特徴とする請求項１記載の対物レンズアクチュエータ。
4. 前記ダンパ材が、ゴム材料またはゴム材料を主材料としたものであることを特徴とする請求項１記載の対物レンズアクチュエータ。
5. 前記ダンパ材が、シリコーン系のゲル材料またはシリコーン系のゲル材料を主材料としたものであることを特徴とする請求項１記載の対物レンズアクチュエータ。

Images