JP4205556B2 - 振動低減のための光ピックアップアクチュエータ及び光ピックアップアクチュエータの安定化方法 - Google Patents

振動低減のための光ピックアップアクチュエータ及び光ピックアップアクチュエータの安定化方法 Download PDF

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Description

本発明は光ピックアップアクチュエータに係り、より詳細には所定位置にダンピング部材を挿入して２次共振ピークを大きくすることによってゲインマージンを増加させ、かつ振動を低減させて安定化を図った光ピックアップアクチュエータ及びその安定化方法に関する。
一般的に光記録媒体のディスクに情報を記録及び再生する光記録／再生装置には、ディスクの半径方向に沿って移動しながらそのディスクの記録面に光を照射し、それより反射される光を受光して情報を記録したり再生したりする光ピックアップアクチュエータが備えられている。
従来の光ピックアップアクチュエータは、図１及び図２を参照すれば、ベース１０の一側にホルダー１３が形成され、ベース１０の中央部に対物レンズ１５が搭載されたボビン１７が搭載される。前記ボビン１７には対物レンズ１５の両側に貫通孔１８が形成され、前記貫通孔１８に第１磁石２０が挿入される。前記ボビン１７を介在してその両側に第２磁石２３が設置される。前記第１及び第２磁石２０、２３はベース１０に形成された第１及び第２ヨーク２５、２７に付着される。一方、前記ベースのトラック方向Ｔの両側に第３磁石３０が備えられる。前記第３磁石３０は前記ベース１０に形成された第３ヨーク３３に付着される。
前記ボビン１７は一端がホルダー１３に固定されたサスペンションワイヤ３５により懸架されて遊動可能に支持される。
一方、前記ボビン４０をフォーカシング方向Ｆ、トラッキング方向Ｔ及びチルト方向ｔに駆動させるための磁気駆動手段が備えられる。磁気駆動手段は前記ボビン１７の貫通孔１８の内側壁に巻回されたトラッキングコイル４０と、前記貫通孔１８の外側に巻回されたフォーカシングコイル４３と、前記ボビン１７のトラック方向Ｔの両側に巻回されたチルトコイル４５と、前記の第１ないし第３磁石２０、２３、３０とを具備する。
前記フォーカシングコイル４３、トラッキングコイル４０及びチルトコイル４５に電源が印加されれば前記第１ないし第３磁石２０、２３、３０との相互作用によりボビン１７がフォーカス方向、トラッキング方向またはチルト方向に作動し、これにより対物レンズ１５のフォーカシング、トラッキング動作及びチルト動作が行われる。
前記ボビン１７は前記サスペンションワイヤ３５により懸架されているために振動特性を表し、このような振動特性を測定するために周波数によるゲイン及び位相に対する開放ループを構成する。図３Ａは一般的な開放ループの形態を示したものであって、０ｄＢに対応する周波数ａが０ｄＢ遮断周波数になり、点ｐが２次共振ピークを表す。そして、この０ｄＢと２次共振ピークとでのゲイン差がゲインマージン（ＧＭ）を表す。
ところで、記録媒体が高倍速になるほどその速度に対応して光ピックアップのフォーカシング時及びトラッキング時の動作周波数が高まり、これによりディスクの偏向及び偏心問題が発生する。これにより、高倍速光記録機器の具現のために偏心ディスクと偏向ディスクとの外乱及び加速度増加による問題の克服が要求される。このような問題を解決するために前記開放ループの０ｄＢ遮断周波数が増加する。０ｄＢ遮断周波数を増加させるためにＲＦチップ、ドライブＩＣチップ、そしてデジタルイコライザー（ＤＥＱ）でゲイン及び位相を変化させる。ところで、光ピックアップアクチュエータの物理的構造上不回避に２０ｋＨｚ以上の周波数で２次共振が発生し、この２次共振周波数領域ではゲインが大きく増加する。そして、２次共振ピークでのゲインが０ｄＢを超過することもありうる。これはゲインマージンが０であることを意味する。
このようにゲインマージンが減少する場合に、２次共振周波数及び２次共振周波数／ｎ（ここでｎは１、２、３．．．）を有する任意の外乱が光記録機器に入力されれば光記録機器に発振が発生する可能性が高い。このような発振可能性のために光記録媒体の高倍速駆動時に２次共振ピークからのゲインマージンが制御器設計において最も重要な設計要素のうちの一つとなる。
ゲインマージンを確保するための方法には、第１に、２次共振周波数を高周波化させる方法と第２に、２次共振ピークを減少させる方法とがある。この２つの方法のうち図３Ｂに示されたように２次共振周波数の高周波化を通じてゲインマージンを確保しようとする努力が進められている。２次共振周波数を増加させれば２次共振ピークが減少する傾向がある。これにより、２次共振周波数をｃからｄに増加させることによってゲインマージンをＧＭ１からＧＭ２に増加（ＧＭ１＜ＧＭ２）させることである。
しかし、２次共振周波数を増加させるためには光ピックアップアクチュエータの構造全体を変更しなければならないが、既存の光ピックアップアクチュエータの構造を維持すれば２次共振周波数を増加させるに限界がある。
また、２次共振周波数を増加させるために高剛性の材質を使用する場合が多い。ところで、高剛性の材質を使用して２次共振周波数の高周波化を図る時、図３Ｃに示されたように２次共振周波数はｅからｆに増加する一方、２次共振ピークが既存に比べてさらに大きくなる場合がある。このような場合、結果的にゲインマージンがＧＭ３からＧＭ４に減る結果（ＧＭ３＞ＧＭ４）を招く。
図４Ａ及び図４Ｂは、従来の光ピックアップアクチュエータに対するＥＱ設計図を示したものである。ＥＱ設計によれば、高倍速記録及び／または再生時に偏心加速度を克服するために自動にゲインが増加して０ｄＢ遮断周波数が増加する。ここで、ＯｄＢ遮断周波数の増加による安定性問題を解決する必要がある。図４Ｂは、アクチュエータの２次共振周波数が位置する２０〜３０ｋＨｚ区間で安定性確保のために位相補償を行えるように制御器の係数を設計した後のゲイン及び位相を示したものである。図４Ｂでボックスで表示した部分は周波数２０〜３０ｋＨｚの範囲を示したものであって、位相補償のための制御器の係数設計によって２次共振周波数帯域でのゲインが約１ディケード上昇したことを示す。これは２次共振周波数帯域で不回避にゲインマージンが減少することを示す。
したがって、ゲインマージンを確保するために２次共振周波数を高周波化する方法よりは２次共振周波数帯域で２次共振ピークを減少させる方法を新しく模索する必要がある。
一方、図５Ａは２倍速のＣＤに対する振動特性グラフを、図５Ｂは２０倍速のＣＤに対する振動特性グラフを比較したものである。ここで、Ａ部分とＢ部分とが２次共振ピークを示す。記録媒体が高倍速化するほど０ｄＢ遮断周波数が増加し、２次共振ピークが非常に大きくなったことが分かる。言い換えれば、記録媒体が高倍速化するほどゲインマージンが大きく減少する。したがって、高倍速の記録機器であるほどゲインマージンの確保に対する必要性がさらに増加する。
本発明は前記問題点を解決するために案出されたものであって、所定位置にダンピング材料を挿入して２次共振ピークを減少させることによってゲインマージンを確保し、さらには高倍速記録媒体の振動特性を向上させた光ピックアップアクチュエータ及び光ピックアップアクチュエータ安定化方法を提供するところにその目的がある。
前記目的を達成するために本発明による光ピックアップアクチュエータは、対物レンズが搭載され、ワイヤサスペンションにより遊動可能に支持されたボビンを磁気駆動部によりフォーカシング方向、トラッキング方向またはチルト方向に駆動させる光ピックアップアクチュエータにおいて、前記ボビンのフォーカシング方向、トラッキング方向またはチルト方向駆動時に変形が多く起きる位置にダンピング部材を挿入して２次共振ピークを減少させることを特徴とする。
前記磁気駆動部は、前記ボビンの両側に各々備えられた第１磁石と、前記第１磁石に対向するようにボビンに巻回されたトラッキングコイルと、前記第１磁石と所定間隔離れて配置された第２磁石と、前記第１磁石と第２磁石との間に備えられたフォーカシングコイルと、を具備し、前記フォーカシングコイルの中央部に第１ダンピング部材が挿入されることを特徴とする。
前記ボビンの各コーナー部分に第２ダンピング部材が挿入されることが望ましい。
前記ダンピング部材に金属材異種材質を混合したことが望ましい。
前記目的を達成するために本発明による光ピックアップアクチュエータは、一側にホルダーが形成されたベースと、一側に対物レンズが載置され、中央部に収容溝が形成され、前記収容溝両側のショルダー部にダンピング部材が挿入された可動部と、前記可動部と共に運動するように前記収容溝に結合されたボビンと、前記ベースに設けられて前記可動部をフォーカシング方向、トラックキング方向またはチルト方向に駆動させる磁気駆動部と、一端が前記ホルダーに固定され、他端が前記可動部の一側に固定されて前記ボビンと接続するサスペンションと、を含むことを特徴とする。
前記磁気駆動部は、前記ボビン周囲に巻回されたフォーカシングコイルと、前記ボビンの一側に巻回され、前記収容溝の中央部にくるように配置されたトラッキングコイルと、前記トラッキングコイルを中心にその両側に備えられた第１及び第２磁石と、を具備することを特徴とする。
前記目的を達成するために本発明による光ピックアップアクチュエータの安定化方法は、前記光ピックアップアクチュエータのフォーカシング方向、トラッキング方向またはチルト方向駆動時に変形が多く起きる部分のうち少なくとも１部分において、フォーカシング駆動、トラッキング駆動またはチルト駆動時の光ピックアップアクチュエータの振動を減少させて光ピックアップアクチュエータの２次共振ピークを減少させる段階を含むことを特徴とする。
本発明による光ピックアップアクチュエータは、アクチュエータの駆動時の変形測定のための実験またはシミュレーション結果により所定の位置にダンピング部材を挿入して２次共振ピークを減少させることによってアクチュエータのゲインマージンを増大させる。それにより、光ピックアップアクチュエータの安定性を増大させうるが、安定性の確保は記録媒体の高倍速化を達成するのに必須に要求されることである。
また、本発明による安定化方法は高倍速記録機器に有用に適用でき、このように２次共振ピークを減少させることによってゲインマージンを増加させ、かつ振動を低減させて光ピックアップアクチュエータの安定化を達成できる。
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施例について詳細に説明する。
本発明の第１実施例による光ピックアップアクチュエータは、図６を参照すればベース１０の一側にホルダー１３が形成され、一端が前記ホルダー１３に固定されたワイヤサスペンション３５により対物レンズ１５が搭載されたボビン１７が遊動可能に支持されている。前記ボビン１７には前記対物レンズ１５を中心にその両側に貫通孔１８が形成されている。
一方、前記ボビン１７を電磁気力によりフォーカシング方向Ｆ、トラッキング方向Ｔまたはチルト方向ｔに駆動させるための磁気駆動部が備えられる。この磁気駆動部は、トラッキングコイル４０、フォーカシングコイル４３、チルトコイル４５、前記トラッキングコイル４０と相互作用する１対の第１磁石２０、前記フォーカシングコイル４３と相互作用する１対の第２磁石２３、及び前記チルトコイル４５と相互作用する１対の第３磁石３０を具備する。
また、前記ベース１０に所定間隔離れて第１ヨーク２５及び第２ヨーク２７が備えられ、前記ボビン１７は前記第１ヨーク２５が前記貫通孔１８に挿入されるように配置される。前記ボビン１７は前記ワイヤサスペンション３５により懸架されており、前記磁気駆動部により運動する時に前記第１ヨーク２５によりガイドされる。
前記第１ヨーク２５には第１磁石２０が固定され、前記第２ヨーク２７には第２磁石２３が固定される。前記貫通孔１８の内側壁にトラッキングコイル４０が巻回され、前記トラッキングコイル４０と第１磁石２０とは対向している。前記第２磁石２３と対向するボビン１７の外側壁１７ａにフォーカシングコイル４３が巻回されている。前記フォーカシングコイル４３が巻回された外側壁１７ａと他のボビン１７の外側壁１７ｂとにチルトコイル４５が巻回され、前記チルトコイル４５と対向するように第３磁石３０が備えられる。前記第３磁石３０は第３ヨーク３３に付着される。
前記第１ないし第３ヨーク２５、２７、３３は前記ベース１０に一体に形成され、前記第１ないし第３磁石２０、２３、３０により形成される磁束の経路を所望の方向に案内する機能を果たす。
前記サスペンションワイヤ３５を通じて前記フォーカシングコイル４３、トラッキングコイル４０またはチルトコイル４５に電流が供給される時、前記第１ないし第３磁石２０、２３、３０との電磁気的相互作用により前記ボビン１７がフォーカシング方向Ｆ、トラッキング方向Ｔ及びチルト方向ｔに駆動される。
前記のように構成された光ピックアップアクチュエータのトラッキング駆動時の最大変形に対するシミュレーション結果を図７に図示した。図面で最大変形が起きる部分は他の部分に比べて黒く現れる部分である。シミュレーションの結果、トラッキング駆動時に最大変形が起きる部分は前記フォーカシングコイル４３が配置された部分Ｍと前記ボビン１７の各コーナー部分Ｎとに現れた。このシミュレーション結果により前記最大変形部分Ｍ、Ｎに各々ダンピング部材を挿入して２次共振ピークを減少させうる。
具体的に、フォーカシングコイル４３の中央部分に第１ダンピング部材５０を挿入し、前記ボビン１７の各コーナー部分に第２ダンピング部材５５を挿入することが望ましい。さらに望ましくは、前記第１及び第２ダンピング部材５０、５５に金属材異種材質を混合することによってダンピングの効果を増大させうる。このようにダンピング部材に金属材異種材質を混合したものをダイナミック振動吸収材という。
図８Ａは、３２倍速（３２Ｘ）の光ピックアップアクチュエータについて前記のように第１及び第２ダンピング部材５０、５５を挿入した後の振動特性グラフを示したものであり、図８Ｂはダンピング部材を挿入する前の振動特性グラフを示したものである。
図８Ａ及び図８Ｂで各々ＥとＥ′とに表示された部分が２次共振ピークとなる。これらを比較すれば、ダンピング部材を挿入した後の２次共振ピークＥがダンピング部材を挿入する前の２次共振ピークＥ′に比べて減少した。この減少した分だけゲインマージンは増加する。
次に、図９Ａに８倍速の光ピックアップアクチュエータに対して前記第１及び第２ダンピング部材５０、５５を挿入した後の振動特性グラフが図示されている。そして、図９Ｂに８倍速光ピックアップアクチュエータに対してダンピング部材を挿入する前の振動特性グラフが図示されている。この場合も、前記第１及び第２ダンピング部材５０、５５を挿入した後の２次共振ピークＦがダンピング部材を挿入する前の２次共振ピークＦ′に比べて減少した。結果的に、ゲインマージンが増加したことを示す。前記シミュレーション結果によれば、本発明は高倍速記録媒体に対してさらに効果が大きく現れることが分かる。
次に、本発明の第２実施例による光ピックアップアクチュエータについて図１０及び図１１を参照して詳細に説明する。
第２実施例による光ピックアップアクチュエータは、ベース６３の一側にホルダー６５が形成され、一側に対物レンズ６７が載置され、中央部に収容孔７０が形成された可動部７３が備えられる。前記収容孔７０にボビン７５が結合されて前記ボビン７５と可動部７３とが共に動くようになっており、前記可動部７３をフォーカシング駆動及びトラックキング駆動させるための磁気駆動部が備えられる。前記ボビン７５は第１ガイド孔７６を有する中空の形態になっている。
磁気駆動部は前記ボビン７５の一外側壁に巻回されたトラッキングコイル７９と、ボビン７５の周囲に巻回されたフォーカシングコイル８０と、前記トラッキングコイル７９を中心にその両側に配置された第１及び第２磁石８３、８５とを含んで構成される。前記第１及び第２磁石８３、８５はベース６３に一体に形成された第１及び第２ヨーク８７、８８に付着される。前記ボビン７５が前記収容溝７０に結合される時、前記トラッキングコイル７９が前記収容溝７０の中央部にくるように配置される。ここで、前記ボビン７５に第１ガイドホール７６が備えられ、前記収容溝７０に前記ボビン７５が配置された残りの空間に第２ガイドホール７１が備えられる。
前記第１ガイドホール７６に前記第１ヨーク８７と第１磁石８３とが収容され、前記第２ガイドホール７１に前記第２ヨーク８８と第２磁石８５とが収容される。
前記可動部７３は一端が前記ホルダー６５に固定されたサスペンションワイヤ７７により支持されている。前記サスペンションワイヤ７７は前記可動部７３及びボビン７５がトラックキング及びフォーカシング動作できるように弾力的に支持すると同時に磁気駆動部に電流を供給するワイヤとしても作用する。
前記サスペンションワイヤ７７を通じて電流が供給されれば、前記第１及び第２磁石８３、８５とトラッキングコイル７９との相互作用により前記可動部７５がトラッキング方向Ｔに動く。そして、第１及び第２磁石８３、８５とフォーカシングコイル８０との相互作用により前記可動部７５がフォーカシング方向Ｆに動く。
前記のように対物レンズ６７がアクチュエータの中心部ではない一側に備えられたアクチュエータは、ＬＥＬ非対称型アクチュエータという。このような非対称型アクチュエータのトラッキング駆動時の最大変形地点を測定するためのシミュレーション結果を図１２Ａないし図１２Ｃに図示した。図１２Ａは光ピックアップアクチュエータのシミュレーション結果を平面図で示したものであり、図１２Ｂは側面図を、図１２Ｃは正面図を各々示したものである。ここで、他の部分に比べて相対的に暗い部分が変形が多く起きる部分である。
シミュレーション結果によれば、前記可動部７３両側のショルダー部Ｓで変形が最も多く起きる。したがって、図１０に示されたように可動部７３の両側ショルダー部にダンピング部材９０を挿入することによってアクチュエータの駆動時の２次共振ピークを減少させうる。さらに、前記ダンピング部材９０に金属材異種材質を混合することによってダイナミック振動吸収材効果により振動低減の効果をさらに増大させうる。このようにして、前述したように２次共振ピークを減少させることによってアクチュエータのゲインマージンを増加させることができる。
アクチュエータの安定性を具現するための方法に、２次共振周波数を高周波化させる方法と２次共振ピークを減少させる方法とがあるが、本発明では２次共振ピークを減少させる方法を使用する。前者の方法に比べて後者の方法が既存のアクチュエータ構造を大きく変更せずに適当な部分にダンピング部材を挿入することによって簡単に２次共振ピークを減少させ、かつ振動を低減させることができる。
本発明による光ピックアップアクチュエータの安定化方法は、前記光ピックアップアクチュエータのフォーカシング方向、トラッキング方向またはチルト方向駆動時に変形が多く起きる部分のうち少なくとも１部分において、フォーカシング駆動、トラッキング駆動またはチルト駆動時の光ピックアップアクチュエータの振動を減少させる段階を含む。
例えば、光ピックアップアクチュエータのフォーカシングコイルの中央部で振動を減少させ、かつ光ピックアップアクチュエータのボビンのコーナーで振動を減少させて光ピックアップアクチュエータの２次共振ピークを減少させることができる。
変形が多く起きる部分にダンピング部材を挿入して振動を減少させることができる。このために、前記光ピックアップアクチュエータのフォーカシングコイルの中央部にダンピング部材を挿入し、光ピックアップアクチュエータのボビンのコーナーにダンピング部材を挿入することが望ましい。
本発明ではゲインマージンを確保するために２次共振周波数を高周波化させる方法を利用せずに、２次共振周波数帯域で２次共振ピークを減少させる方法を利用する。それにより、光ピックアップアクチュエータの構造をあまり変更せずにシステムの安定化を具現でき、高倍速化しつつ記録機器に採用される光ピックアップアクチュエータに適して利用できる。
従来の光ピックアップアクチュエータの斜視図である。 図１の分離斜視図である。 一般的な光ピックアップアクチュエータの周波数によるゲイングラフを示した図面である。 一般的な光ピックアップアクチュエータの周波数によるゲイングラフを示した図面である。 一般的な光ピックアップアクチュエータの周波数によるゲイングラフを示した図面である。 従来の光ピックアップアクチュエータに対するＥＱ設計図である。 従来の光ピックアップアクチュエータで位相補償を行った場合の２次共振周波数帯域を示した図面である。 ディスクの倍速が増加する時に２次共振ピークに及ぶ影響を比較したグラフである。 ディスクの倍速が増加する時に２次共振ピークに及ぶ影響を比較したグラフである。 本発明の第１実施例による光ピックアップアクチュエータの分離斜視図である。 本発明の第１実施例による光ピックアップアクチュエータ構造で変形が最も多く起きる位置を測定するためのシミュレーション結果を示した図面である。 本発明の第１実施例による３２倍速光ピックアップアクチュエータで周波数によるゲイン及び位相グラフを示した図面である。 従来の３２倍速光ピックアップアクチュエータで周波数によるゲイン及び位相グラフを示した図面である。 本発明の第１実施例による８倍速光ピックアップアクチュエータで周波数によるゲイン及び位相グラフを示した図面である。 従来の８倍速光ピックアップアクチュエータで周波数によるゲイン及び位相グラフを示した図面である。 本発明の第２実施例による光ピックアップアクチュエータの分離斜視図である。 本発明の第２実施例による光ピックアップアクチュエータの斜視図である。 本発明の第２実施例による光ピックアップアクチュエータで変形が最も多く起きる位置を測定するためのシミュレーション結果を示した図面である。 本発明の第２実施例による光ピックアップアクチュエータで変形が最も多く起きる位置を測定するためのシミュレーション結果を示した図面である。 本発明の第２実施例による光ピックアップアクチュエータで変形が最も多く起きる位置を測定するためのシミュレーション結果を示した図面である。
符号の説明
１０ ベース
１３ ホルダー
１５ 対物レンズ
１７ ボビン
１７ａ、１７ｂ ボビンの外側壁
１８ 貫通孔
２０ 第１磁石
２３ 第２磁石
２５ 第１ヨーク
２７ 第２ヨーク
３０ 第３磁石
３３ 第３ヨーク
３５ ワイヤサスペンション
４０ トラッキングコイル
４３ フォーカシングコイル
４５ チルトコイル
５０ 第１ダンピング部材
５５ 第２ダンピング部材
Ｆ フォーカシング方向
Ｔ トラッキング方向
ｔ チルト方向

Claims (3)

  1. 対物レンズが搭載され、ワイヤサスペンションにより遊動可能に支持されたボビンを磁気駆動部によりフォーカシング方向、トラッキング方向またはチルト方向に駆動させる光ピックアップアクチュエータにおいて、
    前記磁気駆動部は、前記ボビンの両側に各々備えられた第１磁石と、前記第１磁石に対向するようにボビンに巻回されたトラッキングコイルと、前記第１磁石と所定間隔離れて配置された第２磁石と、前記第１磁石と第２磁石との間に備えられ、且つ前記第２磁石に対向する前記ボビンの外側壁に巻回されたフォーカシングコイルと、を具備し、
    前記フォーカシングコイルの中央部に第１ダンピング部材が挿入され、
    前記ボビンの各コーナー部分に第２ダンピング部材が挿入され、
    これにより前記ボビンのフォーカシング方向、トラッキング方向またはチルト方向駆動時の２次共振ピークを減少させることを特徴とする光ピックアップアクチュエータ。
  2. 前記第１ダンピング部材または第２ダンピング部材に金属材異種材質を混合したことを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップアクチュエータ。
  3. 前記第１磁石が付着される第１ヨーク、前記第２磁石が付着される第２ヨーク及び第３磁石が付着される第３ヨークを含むことを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップアクチュエータ。
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