JP5225272B2 - ホーム位置に向かってホルダーを変位させるアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、ホーム位置に向かって、変位軸に沿ってホルダーを変位させるアクチュエータに関するものである。本発明はまた、ホルダー内に取り付けられた光学素子の変位にそのようなアクチュエータを用いる、光走査装置にも関するものである。

光データ担体は、製造過程により、たとえばＤＶＤまたはブルーレイディスク（ＢＤ）の光データ担体規格で規定されているような標準的な厚さから、局所的または全体的に逸脱するような基板厚さを有するものとなる。光走査装置の対物レンズは、特定の基板厚さに合わせて設計されているので、上記のような逸脱は、光データ担体を走査する際に、光走査装置の走査用放射ビームに、球面収差を導入してしまう。ＢＤ光走査装置においては、対物レンズの高い開口数（すなわち０．８５）のために、厚さ誤差により生じるこの球面収差は特に大きくなる。多層ＢＤ光データ担体（たとえば二層ＢＤ）では、データの記録先または走査先である複数の情報層を、スペーサ層が隔てている。かかるスペーサ層の厚さは、その厚さを介して走査が行われるところの合計厚さに、追加の誤差を生じさせてしまうかもしれない。さらに、たとえ基板厚さの製造許容誤差が極めて小さいとしても、対物レンズに付与される固定の補正は、二層ＢＤディスクのそれぞれの層の合計厚さには適合しないであろう。そのため、かかるＢＤディスク、とりわけ多層ディスクに、十分な読出および／または書込性能で（たとえば低いジッタで）読出しおよび／または書込みを行うためには、精確な球面収差補正が必要である。

走査ビームに導入される球面収差を補正する１つの既知の解決策は、たとえば厚さ誤差の符号に応じて平行放射ビームをわずかに発散または収束するビームとすることによって、対物レンズに向かう放射ビームの発散／収束度合いを変更する方策である。そのような発散／収束度合いの変更は、たとえば移動コリメータ法により実現される。すなわち、基板厚さの誤差により、またはその対物レンズの設計で意図されている深さとは異なる深さで光データ担体の情報層を走査していることにより導入される、球面収差を補償するために、対物レンズに向かう放射ビーム中のコリメータレンズをコントロール下で変位させることによって、走査ビーム中に球面収差が導入される。球面収差を補正するためには、レンズの実際の位置が分かることが好ましい。

特開２００４−２７２９４５号は、コリメータレンズを変位させるためのアクチュエータを開示している。このアクチュエータは、ガイドされるレンズホルダーに取り付けられたフォロワ（ｆｏｌｌｏｗｅｒ）と協働するリードスクリュを駆動する、モータを含んでいる。この出願は、レンズホルダーの変位方向が逆転される際の位置決めエラーを回避するための、１つないし複数の具体的な構成を開示している。

たとえばそのような移動コリメータを適用するＢＤ走査システムの起動時においては、コリメータレンズの位置は未知であるかもしれない。そのため、コリメータレンズは、起動時において、既知の位置（たとえばホーム位置またはストップ位置）へと変位させられる。このホーム位置を検出する１つの既知の解決策は、光遮断器を用いる方策である。

別の１つの方法は、ステッパーモータにより駆動されているリードスクリュを、複数回の過剰なステップをもって駆動することにより、コリメータレンズをホーム位置に移動させる方法である。コリメータレンズ、またはコリメータレンズを伴うホルダーは、ホーム位置に突き当たり、変位が停止させられる。フォロワナット（ｆｏｌｌｏｗｅｒ ｎｕｔ）が、コリメータレンズまたはレンズホルダーに取り付けられている。フォロワナットは、モータにより駆動されているリードスクリュと協働している。ホーム位置と接触してコリメータレンズの位置を決める参照面が、たとえばレンズホルダーまたはフォロワナットに設けられる。

この方法が突き当たる１つの問題点は、コリメータレンズがホーム位置へと移動させられると、上記の参照面が、このホーム位置でスタック状態となってしまう可能性がある点である。この状態は、リードスクリュ、フォロワナット、モータおよびホーム位置の間の摩擦ベクトルと、摩擦のばらつきと、複数の機械的な許容誤差の合成値との、組合せによって生じるものである。コリメータレンズをホーム位置から解放するために必要とされるモータのトルクは、ホーム位置帰着のために必要とされるトルクよりも大きい。モータが適用することのできる利用可能パワーによっては、参照面は、ホーム位置に対してスタック状態のまま留まってしまう。このような事態は、たとえば低消費電力や小型化といった条件に鑑み、モータが小さくかつ低電力でなくてはならない場合において、特に生じやすい。

参照面がホーム位置にスタック状態となる事態を回避するため、リードスクリュのねじ切り部に大きなピッチを適用することが可能である。しかしながら、このことは、コリメータレンズの不精確な位置制御、したがって球面収差補正の不精確な制御を、結果としてもたらす。

本発明の１つの目的は、ホーム位置のストップ面に対して参照面がスタック状態となってしまうことが回避されるような、ホルダー変位用の改善されたアクチュエータを提供することである。

本発明によれば、変位軸に沿ってホルダーを変位させるアクチュエータであって、リードスクリュを駆動するモータと、あるピッチおよびピッチ角を持つねじ切り部を有する、上記のリードスクリュと、当該ホルダーの変位のために上記のリードスクリュと協働するように構成されたねじ切り部を有するホルダーであって、参照面を有するホルダーと、上記のホルダーの参照面がストップ面に接触した際にそのホルダーの変位を停止させる、ストップ面を有するホーム位置とを含み、上記のストップ面および参照面の少なくとも一方が、ホルダーの変位軸に垂直な平面に対して鋭角をなしており、かつ上記のリードスクリュのピッチ角と同一の方向を有することを特徴とする、アクチュエータが提供される。

変位方向に垂直な平面に対し、ストップ面および参照面の少なくとも一方に鋭角を付与し、この傾斜角にリードスクリュのピッチ角と同一の方向を与えることにより、これら２つの角度の組合せの効果が、参照面とストップ面との間の摩擦力を低減する。このことは、ホーム位置からのホルダーの解放をより容易にする。ねじ切り部はホルダーと一体形成されていてもよいが、ホルダーに取り付けられた別個の部品上に一体形成されていてもよい。

本発明の１つの好ましい実施形態では、ストップ面および参照面の少なくとも一方の上記の鋭角は、リードスクリュのピッチ角よりも大きくされる。

リードスクリュのピッチおよびピッチ角は、ホルダーの変位の精確なコントロールを可能とするように、低い値に保持されてもよく、このことは精確な球面収差補正のために好ましい。その場合、摩擦低減の効果は、主として、ストップ面および参照面の少なくとも一方の上記の鋭角によって決まる。

好ましくは、ストップ面および参照面の両方が、実質的に平行とされ、ホルダーの変位軸に垂直な平面に対して鋭角をなすように構成される。なぜならば、この構成は、摩擦低減の効果を高めるからである。

別の１つの好ましい実施形態では、ストップ面および／または参照面が、螺旋形状とされる。

ストップ面および参照面の一方（好ましくは両方）が螺旋形状の表面を有していれば、アクチュエータ内の機械的な許容誤差およびリードスクリュの回転により印加されるトルクに起因してホルダーに生じ得るわずかな回転に、より良好に適合する。そのため、摩擦が低減される。

本発明のさらなる実施形態では、ストップ面および参照面の両方が、実質的に平行とされ、ホルダーの変位軸に垂直な平面に対して鋭角をなすように構成される。

両方の面が互いに平行であれば、単位面積あたりの力が減少する。このことは、装置の寿命中における表面の摩耗をより低くするという点において、有利である。

好ましくは、ストップ面および／または参照面は、螺旋形状とされる。

両方の面が螺旋形状であれば、それらの面はさらに良好に解放される。なぜならば、機械的な許容誤差のため、ホルダーのわずかな回転が、面の解放に寄与する効果を有するからである。

本発明のさらなる実施形態では、参照面およびストップ面は摩擦係数を有し、リードスクリュはあるピッチ角を持つピッチを有し、このピッチ角と、参照面またはストップ面の鋭角との合計が、参照面およびストップ面の間の摩擦係数以上とされる。

参照面とストップ面との接触面間の摩擦係数以上の、角度合計を適用することによって、完全な膠着防止構造が確立される。表面同士を互いに解放するに際し、追加の力は何ら必要なくなる。

本発明に係るアクチュエータのさらなる実施形態では、参照面およびストップ面は、実質的に平行であり、かつ摩擦係数を有し、リードスクリュのピッチ角と、参照面およびストップ面の両方の鋭角との合計が、参照面およびストップ面の間の摩擦係数以上とされる。

この実施形態は、ホルダーがホーム位置にスタック状態になることを防止して、参照面とストップ面との間の膠着防止構造を可能とする。ホーム位置から移動させる際に、ストップ面と参照面との間の境界に沿って印加される力は、摩擦力以上となり、したがって膠着防止効果を創生する。

本発明に係るアクチュエータは、ステッパーモータを採用したものであってもよい。ステッパーモータは、ホルダーの精確な変位を可能とする。

本発明に係るアクチュエータを保持する光学装置の光学特性を変化させるため、当該アクチュエータ内のホルダーは、光学素子（たとえばレンズ）を含んでいてもよい。光データ担体を走査する光走査装置では、かかるレンズは、たとえば対物レンズへと向かう放射ビームの発散／収束度合いを変化させるのに利用される、コリメータレンズであってもよい。カメラ等の光撮像装置では、当該光撮像装置のフォーカス特性またはズーム特性を変化させるため、かかるレンズが用いられてもよい。

本発明のさらなる特徴および効果は、以下において図面を参照しながら行われる、単なる例示としての本発明の好ましい実施形態の説明から明らかとなる。

図１は、光データ担体の情報層からの情報の読出しおよび／または同情報層への情報の書込みといったような、走査に使用され得る光データドライブを、概略的に示している。光データ担体は、たとえば、ＤＶＤまたはＢＤであってもよい。この光データドライブが使用される装置は、ポータブル装置であっても据置型装置であってもよく、たとえば、オーディオもしくはビデオ用のプレーヤーならびに／もしくはレコーダー、またはデータディスク用の読出装置ならびに／もしくは書込装置であってもよい。

光データドライブは、当該光データドライブを収容するハウジング１を含んでいてもよい。光データドライブは、対物レンズアクチュエータ３を含む光走査装置２と、ディスクＤを支持し回転させる駆動ターンテーブル４とを備えている。

図２は、光走査装置２の一部をいくらか詳細に示した概略図である。光データ担体（たとえばディスクＤ）上の情報の読出しおよび／または書込みを行うための、光源５（たとえば半導体レーザー）、および対物レンズアクチュエータ３が図示されている。光源５により発せられた放射ビーム６は、ビームスプリッタ７により、対物レンズアクチュエータの方向に反射されてもよい。ビームスプリッタは、たとえば（図示されているような）プリズム型のものであってもよいし、プレート型のビームスプリッタであってもよい。コリメータレンズ８は、発せられた発散放射ビーム６を、実質的に平行光の放射ビームに変換する。対物レンズアクチュエータ３内の対物レンズ１０は、この平行放射ビームを、ディスクＤの情報層上に合焦させる。ディスクＤは、情報の記録または読出しが可能ないくつかの層を含むディスクであってもよく、たとえば二層ＤＶＤまたは多層ＢＤであってもよい。

ディスクから反射された放射は、対物レンズへと戻るように伝播され、コリメータレンズを介して、放射検出系１１の方向へと伝播される。この放射検出系１１は、たとえば、データ信号および／またはトラッキング信号を生成するために用いられる。

レーザー源５とディスクＤとの間の光路、およびディスクと放射検出系との間の光路は、光走査装置２の光学設計条件および光データドライブによって決まるものであり、複数のミラーおよびレンズを含み得る。光走査装置のタイプに応じて、当該装置はまた、たとえばＤＶＤディスクおよび／またはＣＤディスクを走査するための、追加の放射源を含んでいてもよい。

コリメータレンズは、対物レンズに向かう放射ビームの発散／収束度合いを変更できるように、可動ホルダー９内に取り付けられている。

図３には、コリメータレンズ８を変位させるための可動ホルダー２１と、その変位のための駆動手段すなわちアクチュエータとの一例が、概略的に示されている。駆動手段は、変位軸２２に沿って、ホルダー２１内のコリメータレンズ８を変位させる。対物レンズへと向かう放射ビームに光学収差が導入されることを避けるため、変位軸２２は、コリメータレンズの光軸２３に平行に配向されていることが好ましい。ねじ切り部２５Ａを有するリードスクリュ２５を駆動するため、モータ２４が適用される。リードスクリュは、ホルダー内またはホルダー上のねじ切り部と協働するように構成されている。リードスクリュが駆動されると（たとえばモータにより回転させられると）、ホルダー２１は、変位軸２２に沿って変位させられる。リードスクリュは、コリメータレンズの精確な変位を可能とすることができるよう、高いピッチを有することが好ましい。ホルダー２１は、リードスクリュと協働するための溝を有する。ホルダーのねじ切り部は、そのホルダーに取り付けられた別個のフォロワナット３０内に、存在していてもよい。リードスクリュは、回転の自由度がごく少ない態様で一時停止させられることが好ましい。

ホーム位置への帰着動作中においては、ホーム位置方向へのホルダーの移動を実現するように、リードスクリュが回転させられる。ホーム位置２７は、ホルダーの変位を停止させるための、ストップ面２７Ａを有している。このホーム位置は、たとえば、光走査装置のハウジング内に一体化されていてもよいし、光走査装置に取り付けられた別個の部品として一体化されていてもよいし、駆動手段２４内に一体化されていてもよい。光走査装置のハウジングは、たとえばプラスチック製であってもよいし、アルミニウムのような金属製であってもよいし、Ｚａｍａｃのような成型可能な金属混合物製であってもよい。ホルダーおよび／またはフォロワナットもまた、そのような材料で作られていてもよい。

ホルダーの参照面２６が、ホーム位置のストップ面２７Ａに接触すると、軸方向への力が急激に増加する。この力が、ホルダーの移動およびリードスクリュの回転を、意図したとおりに停止させ、精確な停止がもたらされる。参照面２６は、たとえばホルダー２１上の面であってもよいし、フォロワナット３０上の面であってもよい。

ストップ面２７Ａは、ホルダーの変位軸２２に垂直な平面に対し、鋭角α_Ｓをなしていることが好ましい。好ましくは、このストップ面の鋭角は、リードスクリュ２５のピッチ角α_ｐと同一の方向を有する。ホルダー９もまた、ホルダーの変位軸２２に垂直な平面に対し、鋭角α_Ｒをなす参照面２６を有していてもよい。参照面２６とストップ面２７Ａとは、互いに実質的に平行な面を有していることが好ましい。なぜならば、それにより摩擦の低下を改善することができ、摩耗の危険性が減るためである。より好ましくは、これらの面は、ホルダーの変位軸周りに（たとえばリードスクリュ周りに）対称的に構成される。ホーム位置への帰着動作時において、ストップ面と参照面との間の力は対称的に生成され、かかる力によっては半径方向への変位やホルダーの傾きは導入されない。

ホーム位置およびホルダーの接触面２７Ａおよび２６は、リードスクリュのピッチと同一方向に角度をなしているので、膠着防止構造が確立される。ストップ面または参照面のうちの一方のみが鋭角をなしており、他方がたとえばホルダーの変位軸２２に対して垂直である場合には、角度α_ｐと角度α_Ｓまたはα_Ｒとの合計は摩擦係数以上とされるべきであり、角度α_ｐ、α_Ｓおよびα_Ｒの合計は、参照面２６の材料とストップ面２７Ａの材料との間の摩擦係数「ｆ」以上である。ストップ面と参照面とが実質的に平行である場合には（α_Ｓ＝α_Ｒ）、ホルダーをホーム位置から解放するのに実質的に力が必要とされないような膠着防止構造を得るべく、角度α_ｐとα_Ｓとの合計は、摩擦係数「ｆ」以上とされるべきである。ストップ面と参照面とが、ホルダーの変位軸２２に対して異なる鋭角をなしている場合（α_Ｓ≠α_Ｒ）には、所望の膠着防止構造を得るため、角度α_ｐと、角度α_Ｓおよびα_Ｒのうちの大きい方との合計が、摩擦係数「ｆ」以上とされることが好ましい。

好ましくは、参照面とストップ面とはいずれも、螺旋形状とされる。その場合、ホーム位置帰着動作中の軸方向の力は、２つの面の間の回転力へと変換される。ホルダーまたはフォロワナットが、好ましくはリードスクリュの軸周りの回転の自由度がごく少ない態様で、一時停止状態とされている際に、軸方向の力が蓄積して、リードスクリュの逆方向の回転をロックしてしまう事態が防止される。ピッチおよび面の角度の合計が、摩擦係数以上である場合には、蓄積される力はゼロである。

本発明に従う１つの例では、ストップ面は、たとえば低摩擦係数材料で作られたホルダー上に設けられ、参照面は、Ｚａｍａｃ（亜鉛−アルミニウム合金）製の部分または部品上に設けられる。そのような低摩擦係数材料の例としては、テフロン（登録商標）またはＶｅｃｔｒａ Ａ４３０（テフロン（登録商標）が充填されたプラスチック）が挙げられる。これにより、２つの面の間の摩擦係数は、具体的なＺａｍａｃ合金に依存して、約０．２（すなわち約１１度）となる。この値は表面構造に依存するかもしれないが、この例は、滑らかに成型された表面に関するものである。螺旋形状であってもよい２つの面は、変位軸に垂直な平面に対して、４度の角度（α_Ｈおよびα_Ｒ）をなしている。リードスクリュは、１．５ｍｍのピッチと、ストップ面および参照面と同一方向に９度のピッチ角（α_ｐ）とを有する。これらの角度の合計は、２つの表面間の摩擦係数よりも大きい。このため、ホルダーをホーム位置から解放するのに、実質的に（回転）力は必要とされない。軸方向以外の方向へのホルダーの変位を防止するために、これらの接触面は、リードスクリュ周りに対称的に配されていることが好ましく、たとえば、リードスクリュ周りに円形の接触面またはセグメントが設けられることが好ましい。こうすることにより、結果として得られる力は、変位軸に沿ってまたは変位軸において印加され、ホルダーの傾きまたは軸方向の変位は実質的に生じない。

ストップ面および参照面の材料は、異なる材料であってもよく、たとえば、一体化されたストップ面を有するアルミニウムまたはプラスチックが成型された光走査装置と、プラスチック製のホルダーとであってもよい。好ましくは、参照面およびストップ面の材料は、結果として得られる摩擦係数が低くなるように選択される。これは、たとえばより多くのスペースを必要とするような急な角度を、参照面およびストップ面に使用することを回避するものである。

接触面２６および２７Ａは、リードスクリュの全周に亘って、円形または楕円形の面として広がっていてもよいが、たとえば、本発明に従う特徴（すなわちストップ面と参照面との少なくとも一方が、ホルダーの変位軸に垂直な平面に対して鋭角をなしており、リードスクリュのピッチ角と同一の方向を有するという特徴）を有する円環状の表面の、セグメントまたは部分であってもよい。

類似の構造が、リードスクリュの他端の終端位置に適用されてもよい。光走査装置の動作中において、ホルダー２１の後面は、状況によっては変位可能範囲の終端に位置させられることもあるため、やはり終端位置に対してロック状態となり得る。したがって、ホーム位置のストップ面に関して上記で説明したような膠着防止構造が、傾斜させられたエンドストップ面２９Ａを有する終端位置２９、およびホルダーの終端参照面２８Ａに適用されてもよい。そのため、上記の説明で述べたホーム位置は、終端位置としても捉えることができ、この終端位置は、ホルダーの位置決めに関する機能を有するものであってもよいし、かかる機能を有さないものであってもよい。したがって、ホーム位置および終端位置の一方または両方が、本発明に従って構成され得る。

上記で述べたようなホルダー２１の変位は、一例として説明したものであって、上記と異なる構成とされてもよい。たとえば、歯車を有するモータによって、ホルダー上の歯状ラックが駆動される形態であってもよい。

モータは、リードスクリュの１回転の一部または回転の数を精確に決めるのに用いることができる、ステッパーモータであることが好ましい。

本発明は、光走査装置内での球面収差補正のために変位させられる、コリメータレンズとの関連で説明される。しかしながら、本発明は、（たとえば光学素子または機械的要素を含む）変位可能なホルダーがエンドストップに向かって進行し得るような、多くの他の用途にも適用可能である。そのような用途の１つとしては、ズーム機能を促進するための変位可能なレンズを有する写真用カメラのような、撮像装置が挙げられる。

以上、図面および上記の説明で、本発明を詳細に図解および説明してきたが、これらの図解および説明は、説明目的ないし例示目的のものと捉えられるべきものであり、本発明を限定するものと捉えられるべきではない。本発明は、上記で開示した実施形態に限定されるものではない。さらに、特許請求の範囲で規定される本発明の技術的範囲から逸脱することなく、上記で説明されていない等価形態または変更形態を採用することもできる。当業者においては、特許請求の範囲に記載された発明を実施するにあたり、図面、上記の開示および特許請求の範囲を読みこむことにより、上記で開示した実施形態の他のバリエーションを理解し、実施することができるであろう。特許請求の範囲において、「含む」または「備える」との語は、他の要素または工程の存在を排除するものではない。また、「１つの」との冠詞は、複数の存在を排除するものではない。特定の方策が単に互いに異なる従属請求項において規定されているということは、それらの方策の組合せを有利に用いることができないことを示すものではない。請求項中のいずれの参照符号も、本発明の技術的範囲を限定するものと捉えられるべきではない。

本発明に従うディスクドライブユニットの、ごく概略的な断面図 図１の装置内の光学系の一部の、概略的な拡大平面図 本発明に従う可動ホルダー、ストップ面、および参照面の一例を示した、概略平面図

Claims (9)

1. 変位軸に沿ってホルダーを変位させるアクチュエータであって、
   リードスクリュを駆動する駆動手段と、
   あるピッチおよびピッチ角を持つねじ切り部を有する、前記リードスクリュと、
   前記ホルダーの変位のために前記リードスクリュと協働するように構成されたねじ切り部を有する前記ホルダーであって、参照面を有する前記ホルダーと、
   前記ホルダーの前記参照面がストップ面に接触した際に前記ホルダーの変位を停止させる、前記ストップ面を有するホーム位置とを含み、
   前記ストップ面および前記参照面の少なくとも一方が、前記ホルダーの前記変位軸に垂直な平面に対して鋭角をなしており、かつ前記リードスクリュの前記ピッチ角と同一の方向を有し、かつ螺旋形状とされていることを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記ストップ面および前記参照面の前記少なくとも一方の前記鋭角が、前記リードスクリュの前記ピッチ角よりも大きいことを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
3. 前記ストップ面および前記参照面の両方が、実質的に平行であることを特徴とする請求項１または２記載のアクチュエータ。
4. 前記駆動手段がステッパーモータであることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載のアクチュエータ。
5. 前記ホルダーに光学素子が取り付けられていることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載のアクチュエータ。
6. 前記光学素子がコリメータレンズであることを特徴とする請求項５記載のアクチュエータ。
7. 請求項１から６いずれか１項記載のアクチュエータを含むことを特徴とする光走査装置。
8. 前記光走査装置がハウジングを有し、前記ストップ面が前記ハウジング内に一体化されていることを特徴とする請求項７記載の光走査装置。
9. 請求項１から６いずれか１項記載のアクチュエータを含むことを特徴とする光撮像装置。

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