JP4114732B2 - 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、光学的情報記録および／または再生装置に搭載される光ディスクドライバなどに適用され、対物レンズに対してフォーカシング制御およびトラッキング制御を行う駆動系である対物レンズアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクドライバのアクティブ制御に使用されるアクチュエータとしては、製品の高速化に伴い高周波領域まで制御可能な特性を持つことを要求される。このため、直接の改善が必要とされる特性として、高感度化と共に、可動部構造における弾性変形共振、所謂、高次共振に対する制御系におけるゲインの余裕が挙げられる。この特性の意味するところは、使用条件下においてサーボのゲインクロスオーバ周波数におけるアクチュエータ自体のゲインと、アクチュエータの高次共振のピークゲインとのゲイン差がどれだけあるかである。
【０００３】
これを改善する必要性は、サーボシステムの原理上の理由によるものである。サーボ剛性は、オープンループ特性：一巡伝達関数のループゲインまたはゲインクロスオーバ周波数をどれだけ上げられるかによって決定する。これらが高ければ、メディアである光ディスクが高速回転する際の高い振動加速度あるいは外乱加速度に追従可能となる。
【０００４】
ところが一般に振動制御は、ゲインだけでなく位相を考慮しなければならない。通常、アクチュエータの変位応答は入力信号に対して２次遅れ系であり、支持構造剛性と可動質量とにより決定する固有振動周波数より十分高い周波数領域では、変位応答位相が−１８０度以上遅れを持つことになる。ところが位相が−１８０度ということは、いわば逆相の応答であって、これではサーボをかけることはできず、発振してしまうことになる。
【０００５】
このため、サーボ機構では電気的に位相補償をかけることにより、前述のゲインクロスオーバ周波数付近において、位相を−１８０度より進ませて使用することになる。ところが補償回路により位相を進ませることは、ゲインクロスオーバ周波数より高い周波数領域において、必然的にゲインの上昇を招くことになるため、オープンループ特性上ではアクチュエータ単体で示されるゲイン余裕が目減りすることになる。
【０００６】
しかも、前述した通りゲインクロスオーバ周波数自体が高く設定されることを要求されるために、高速化する分だけ高いゲイン余裕が必要になることになる。もし、これが不足する場合は、オープンループ特性における高次共振のピークゲインが０（ｄＢ）を超えることになる。このとき、その領域では位相が−１８０度以上遅れているため、前述したような発振が起きてしまうことになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述したような発振が起きるような状態にならないためのアクチュエータ側における特性向上の余地が十分あるかと言うと、これも実際上では非常に厳しい。ほとんどの技術開発がそうであるように、ある程度の改善までは改善度合いが努力あるいは施策に応じて向上していくが、ある所からは向上度合いが飽和していく。近年では特にその傾向が強くなり、従来の技術では構造あるいは材料面において、かなりのコストアップを招くか、組み立て作業性を悪化させる等のトレードオフの発生が避けられなくなりつつある。
【０００８】
例えば、一般にゲイン余裕確保のためには、高次共振周波数を上げるか、または構造の振動損失を上げる方向性で対応することが多い。ところで共振周波数を上げるためには、構造剛性を高めるか分布質量を減らす必要がある。構造剛性を高めるためには弾性係数の高い材料を使用するか、形状の断面二次モーメントを高める必要がある。しかしながら、弾性係数の高い材料は一般に振動損失が低いか質量密度が高い傾向にあり、形状の断面二次モーメントを高めようとすると、肉厚増加により分布質量の増加を招くため、やはり効果的な改善は望み難い。
【０００９】
本発明の目的は、前記従来の課題を解決し、可動部におけるフレーム構造の弾性変形による共振成分の振幅を、対物レンズの設置位置において低下させ、アクチュエータ制御動作における高次共振のゲイン余裕を多く確保することができる対物レンズアクチュエータを提供することにある。
【００１０】
【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に記載の発明は、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レンズホルダと、このレンズホルダ外周に一体成形されたフレーム体と、このフレーム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レンズホルダが設けられた略矩形状の可動部と、この可動部を推力発生量に応じて変位可能に支持する弾性支持部材とを備え、前記対物レンズの光軸を前記可動部の作動中心に配し、前記可動部における対向する側面がそれぞれ略対称形状に形成されている構成の対物レンズアクチュエータにおいて、前記弾性支持部材を前記可動部の両横側部に光ディスクのタンジェンシャル方向に設置された複数本の線状ばねとし、前記対物レンズの光軸を通るタンジェンシャル軸線上で、かつ前記フレーム体の相対向する側面のそれぞれに、該フレーム体の剛性よりも低い剛性の部材を介して質量密度の高い金属材料からなるウエイト体を設けたことを特徴とし、この構成によって、可動部における弾性変形による共振成分の振幅を、対物レンズの設置位置において低下させ、制御動作における高次共振のゲイン余裕を多く確保することが可能になり、しかも、支持構造の剛体モード共振の一つであるロール共振周波数を低下させる危険性のあるタンジェンシャル軸廻りの慣性モーメントの増加を抑えたままで、弾性変形共振の振幅を減衰させることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の対物レンズアクチュエータにおいて。フレーム構造の剛性よりも低い剛性の部材としてシリコーン系接着材料を用いて、ウエイト体を固着することを特徴とし、この構成によって、耐振性，耐熱性に優れた固着手段を使用されることになり、耐久性が向上し、コイルの発熱による温度変化などに対して安定してダンパ効果が維持される。
【００１２】
【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。
【００１３】
図１は本発明の参考例１である対物レンズアクチュエータの全体構成を示す斜視図であり、Ｔ軸方向は光ディスクにおけるタンジェンシャル方向であり、Ｆ軸方向はフォーカシング方向であり、Ｒ軸方向はラジアル方向（トラッキング方向）である。
【００１４】
図１において、１はステータ部、２は支持部材であるベース体、３ａ，３ｂはマグネットであり、ベース体２におけるマグネット３ａ，３ｂを固定する立壁２ａ，２ｄと、これらの立壁２ａ，２ｄに対向する立壁２ｂ，２ｃとが固定磁気回路のヨークとなり、マグネット３ａ，３ｂを介して相対向するヨークとしての立壁２ａと立壁２ｂ間、および立壁２ｃと立壁２ｄ間に磁気回路ギャップＧが形成される。
【００１５】
また、４は可動部、５はレンズホルダ、６はレンズホルダ５の上部に固定される対物レンズ、７はフォーカシング用コイル、８ａ，８ｂは環状をなすトラッキング用コイル、９は、レンズホルダ５の両横側部にそれぞれ複数本（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、１０は各線状ばね９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、１１は固定ブロックである。
【００１６】
可動部４は、作動中心と対物レンズ６の光軸とが一致するように構成され、レンズホルダ５と、レンズホルダ５外周に一体形成されたフレーム体１２に巻回されたフォーカシング用コイル７および該フォーカシング用コイル７の対向側部にそれぞれ一対ずつ設置されたトラッキング用コイル８ａ，８ｂと、線状ばね固定用兼コイル給電用プリント基板１０とにより構成されている。可動部４全体として略矩形状をなし、ラジアル方向両側にフォーカス軸Ｆ，タンジェンシャル軸Ｔで形成される平面に関して略対称であり、かつタンジェンシャル方向両側にフォーカス軸Ｆ，ラジアル軸Ｒで形成される平面に関して略対称であり、かつフォーカス方向両側にラジアル軸Ｒ，タンジェンシャル軸Ｔで形成される平面に略対称であるように構成されている。
【００１７】
また可動部４の支持構造として、線状ばね９の他端を、固定ブロック１１の通孔１１ａ，１１ｂを貫通して、固定ブロック１１に設けられたフレキシブルプリント基板１３に半田付けによって接続固定している。
【００１８】
なお、参考例１では、線状ばね９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。
【００１９】
図２（ａ），（ｂ）は参考例１における可動部のみを示す斜視図であり、図２（ａ）は図１に示す状態と同じ側面を示し、図２（ｂ）は逆側の側面を示しており、可動部４におけるフレーム体１２に設けられた各トラッキング用コイル８ａ，８ｂにおけるタンジェンシャル方向Ｔに位置する外側面のそれぞれに、比較的質量密度の高い金属材料などからなるウエイト体１５を、図示しない剛性の低い固着手段、例えば比較的軟質の接着剤で取り付けている。
【００２０】
ウエイト体１５を固着する手段が、力学的にトラッキング用コイル８ａ，８ｂと一体部品として扱えるほどの強固な固着手段の場合には、固着手段によるダンパ効果が期待できないため、参考例１では、ウエイト体１５を低い剛性体（接着剤）を介して固着して、この剛性体をダイナミックダンパとして機能させるようにしている。このため加振源でもあるコイルの振動振幅を低下させて、結果的に対物レンズ６のラジアル方向（トラッキング方向）Ｒにおける位置応答の共振感度を低下させることができる。
【００２１】
図３は本発明の実施形態を説明するための対物レンズアクチュエータの可動部の構成を示す斜視図であり、図３（ａ）は図１に示す状態と同じ側面を示し、図３（ｂ）は逆側の側面を示しており、フレーム体１２に設けられたフォーカシング用コイル７におけるタンジェンシャル方向Ｔに位置する相対向する側面のそれぞれに、比較的質量密度の高い金属材料などからなるウエイト体１６を、図示しない剛性の低い固着手段、例えば比較的軟質の接着剤で取り付けている。
【００２２】
本実施形態においても、ウエイト体１６を低い剛性体（接着剤）を介して取り付けているため、この剛性体をダイナミックダンパとして機能させることが可能であり、加振源でもあるコイルの振動振幅を低下させて、結果的に対物レンズ６のフォーカシング方向Ｆにおける位置応答の共振感度を低下させることができる。
【００２３】
なお、本実施形態において、可動部４におけるタンジェンシャル方向Ｔの外側に位置する要素としては、フォーカシング用コイル７とトラッキング用コイル８ａ，８ｂであり、トラッキング用コイル８ａ，８ｂは、フォーカシング用コイル７を介してフレーム体１２およびレンズホルダ５に結合されていることになるため、フォーカシング用コイル７にウエイト体１６を付設した場合でも、トラッキング方向Ｒの制御動作のゲイン余裕の改善を期待することができる。
【００２４】
さらに、本実施形態では、図３に示すように、対物レンズ６の光軸Ｌを通るタンジェンシャル軸線Ｔ上にウエイト体１６を付設したため、可動部４における支持構造の剛体モード共振の一つであるロール共振周波数を低下させる危険性のあるタンジェンシャル軸線Ｔ廻り慣性モーメントの増加を抑えたままで弾性変形共振の振幅を減衰させる効果を期待することができる。
【００２５】
図４は本発明の参考例２である対物レンズアクチュエータの可動部の構成を示す斜視図であり、図４（ａ）は図１に示す状態と同じ側面を示し、図４（ｂ）は逆側の側面を示しており、フレーム体１２におけるタンジェンシャル方向Ｔにて相対向する側面のそれぞれに設けられた各トラッキング用コイル８ａ，８ｂの空芯部１７内に、比較的質量密度の高い金属材料などからなるウエイト体１８を、図示しない剛性の低い固着手段、例えば比較的軟質の接着剤により外部に突出しないように埋設している。
【００２６】
このように参考例２では、ウエイト体１８を外部に突出しないように埋設して固着することにより、上述した参考例１における効果に加えて、外部構成部材との当接などによる取り付け作業中の破損、あるいは固着耐久性などの信頼性を高め、かつ空芯部１７の内枠部によってウエイト体１８の位置決めが容易に行われ、組立が確実かつ簡単になるという効果が得られる。
【００２７】
なお、本実施形態において、ウエイト体１５，１６，１８を各コイルに固着する固着手段として使用される接着剤としては、繰り返し振動に対する疲労強度を考慮し、さらにコイルが発熱源であるため接着剤の温度依存性によりダンパ効果が変化してしまうことを考慮すると、シリコーン系接着剤の使用が望ましく、シリコーン系接着剤の使用により、適度の低い剛性を介してウエイト体１５，１６，１８を固着することができるとともに，コイルの発熱による温度変化に対しても安定な固着手段となり、熱伝達あるいは放熱にも優れたゲイン余裕改善手段とすることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、可動部における弾性変形による共振成分の振幅を、対物レンズの設置位置において低下させ、制御動作における高次共振のゲイン余裕を多く確保することが可能になり、しかも、支持構造の剛体モード共振の一つであるロール共振周波数を低下させる危険性のあるタンジェンシャル軸廻りの慣性モーメントの増加を抑えたままで、弾性変形共振の振幅を減衰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の参考例１である対物レンズアクチュエータの全体構成を示す斜視図
【図２】 参考例１における可動部のみを示す斜視図
【図３】 本発明の実施形態を説明するための対物レンズアクチュエータにおける可動部の構成を示す斜視図
【図４】 本発明の参考例２である対物レンズアクチュエータにおける可動部の構成を示す斜視図
【符号の説明】
１ ステータ部
２ ベース体
３ａ，３ｂ マグネット
４ 可動部
５ レンズホルダ
６ 対物レンズ
７ フォーカシング用コイル
８ａ，８ｂ トラッキング用コイル
９ 線状ばね
１２ フレーム体
１５，１６，１８ ウエイト体
１７ トラッキング用コイルの空芯部

Claims (2)

1. 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レンズホルダと、このレンズホルダ外周に一体成形されたフレーム体と、このフレーム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レンズホルダが設けられた略矩形状の可動部と、この可動部を推力発生量に応じて変位可能に支持する弾性支持部材とを備え、前記対物レンズの光軸を前記可動部の作動中心に配し、前記可動部における対向する側面がそれぞれ略対称形状に形成されている構成の対物レンズアクチュエータにおいて、
   前記弾性支持部材を前記可動部の両横側部に光ディスクのタンジェンシャル方向に設置された複数本の線状ばねとし、前記対物レンズの光軸を通るタンジェンシャル軸線上で、かつ前記フレーム体の相対向する側面のそれぞれに、該フレーム体の剛性よりも低い剛性の部材を介して質量密度の高い金属材料からなるウエイト体を設けたことを特徴とする対物レンズアクチュエータ。
2. 前記フレーム構造の剛性よりも低い剛性の部材としてシリコーン系接着材料を用いて、前記ウエイト体を固着す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。

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