JPS59177736A - 二次元駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は対物レンズ、超音波振動子等の二次元ｍ勤装
置に関し、小型且つ簡単な梠造で効率よく二次元駆動が
実現できる二次元駆動装置の改良に関するものである。

二次元駆動装置は種々の技術分野にわだって。

ひろく利用されているが、特に近年ヒデオティスクや超
音波顕微鏡などの技術分野において。

小型、軽量、低コストの二次元部ＲＩＪＪ装置の実現が
切望されている。

光学方式ビデオディスクプレーヤを例にとると、レーザ
光を微少スポットに集光して情報記録担体にらせん又は
同心円状に記録されたビット情報を読み取る際次の様な
課題があった。即ち情報記録担体を回転させたとき、情
報記録担体の凹凸、偏心、あるいは振動のために、ピッ
ト情報位置が二次元的に変動するため１元スポットの焦
点を情報記録担体上に合わせるフォー力ソング制御、並
びに元スポットを常に正しい信号トラック罠追従させる
トラッキング制御をいかに行なうかという点である。

そこで従来第１図で示す二次元駆動装置が提案されてき
た。

ｌは透明なプラスチック等で形成された円盤状の情報記
録担体、２はこの情報記録担体１にらせん又は同心円状
に情報として記録されたピットである。

二次元駆動装置３０対物レンズ４はレーザ光束５を情報
記録担体１のピット上に集束させるためのものである。

この対物レンズ４は板バネ６．７を介してフォーカス用
ムービングコイル機構９に連結され、コイル１０への通
電により上下方向に移動する。更に対物レンズ４は板バ
ネ８を介してトラッキング用ムービングコイル機構１１
に連結されコイル１２への通電により。

フォーカス力向の移動と別個に、左右方向に移動する。

情報記録担体１の偏心回転や上下の振れが検出されると
トラッキング用ムービングコイル機５ｔｉｒ　フォー・
カス用ムービングコイル機構９がそれぞれ独立に作動し
、ビームスポットは常に情報トラックに対し集束した状
態を保ちながら追従する。

しかし、上ど己構成の二次元駆動装置においては、対物
レンズ４を二次元的に作動させるために、フォーカス用
ムービングコイル機構９とトラッキング用ムービングコ
イル機構１１の原理構成が同一な装置を２個運動方向が
互に直角となるように配設するため、対物レンズと駆動
部を近接させろことができず、装置が大型化、複雑化し
、動作能率が劣るという欠点があった。

この発明は上記欠点を除去した小型で、構成が簡単な二
次元駆動装置を提供することを目的とする。

この発明の一実施例を図面を参照しながら以下説明する
。

第２図はこの発明の二次元駆動装置の原理を模式的て説
明したもので、ここで二次元駆動を行う対象は可動部材
１３である。この可動部材１３を挾むように中間部材１
４及び１５が配置され、可動部材１３と中間部材１４．
１５とは長さａの板ばね１７，１８，１９．２０により
連結されている。再に詳細に説明すると、各板バネ１７
，１８．１９．２０はＸ方向に任意角度α１傾けて、そ
の一端゛が可動部材１３に固定され、他端が中間部材１
４．１５に固定されている。

この様な構成に、Ｊ：す、中間部材１４．１５が２乃向
に移動すると、各板バネ１７〜２０の連結部近傍が変形
し、可動部材ｘ、Ｚの方向に二次元的に移動させる。

一方中間部材１４．１５は２方向に移動可能で、中立点
が維持されるようにそれぞれその両端がベース１６と板
バネ２１〜２４によって連結されている。

以上の構成において、中間部材１４．１５を例えは２方
向にそれぞれ独立に８４．Ｓ５　　移動させると、可動
部材１３はＳ４．Ｓ５　　と一定関係において３．２７
並びに２方向に移動する。即ち。

可動部材１３をＸ並びに２方向に所定距離変位させたい
場合、中間部材１４．１５をそれぞれ所定距離２方向に
移動させるだけで可動部材１３を変位させることができ
る。

この理由を以下説明する。

第３図は支持部材１７．１８を更に模式的に示した図で
、この支持部材１７．１８とＺ方向硅 のｚ衾＃線Ｔとにより二等辺三角形Ａｔ　ＢＩ　ＣＩが
形成される。いま中間部材１４．１５をそれぞれ２方向
にＳ４　、Ｓｓ微少変位させたとすると、三角形Ａ＋　
Ｂ＋　Ｃｒは三角形Ａ２　Ｂ２　Ｃ２に変形する。

このとき頂点Ａ１　に着目して、その変位量が２方向に
△Ｚ＋、ｔ’刀向にムＸあったする。

Ｂ＋Ｃｘ＝ｔ Ａ１よりＢＩＣｌに下した垂線　Ａ＋　Ｄ＋　＝　ｄ＋
とすると、△Ｚ、△Ｘは以下で示される。

Ｓ４＋８５ △ｚ＝− △ｘ　”　ｄ＋　−ｄｚ △Ｘはｄ（に比較して非當に小さいから△ｘ／ｄ＋Ｌ−
＝、０ ．１，０１−０２ 一θ１ ”’　ｄｔ　−ｄｔ　−（）　（Ｓ４−８ｓ　）以上よ
り中間部材１４．１５をそれぞれ２方向に微少変位８４
　　、　Ｓｓ　させたとき、可動部材１３の２方向並び
にＸ方向のそれぞれの変位量△２．△Ｘは次式で示され
る。

△ｘ　＝　Ｃｏ　（Ｓ４−８ｓ　）　（Ｃｏは定数）（
１）式から中間部材１４．１５火別々に何らかの駆動手
段で２方向に移動させてやれば、可動部材１３のＸ並び
に２方向に所定世啓劾可能な二次駆動装置を実現するこ
とができる。

次に上記二次元駆動の原理を実際の製品に利用した二次
駆動装置の一実施例について説明する０ 第４図はビテオテイスクブンーヤー、ＣＤプレーヤー等
に使用される光学式ピックアップ装置を示したものであ
る。

まずピックアップ装置の７クチユ工イタ一部３８につい
て説明する。。

ここで可動部材１３”、中間部材１４’、　　１５’。

板バネ１７〜２０．板バネ２１’、２２の構成は第２図
の構成とほぼ同一である。

Ｚ軸方向に元１１１］を有する対物レンズ２５が固定さ
れたレンズ鏡筒２６は、中間部材１イ、１５′のそれぞ
れに形成された開口２７．２８を貫通した状態で、可動
部材１３′に固定されていイ）。

非磁性材からなる円筒バイブ２９．３０は対物レンズ光
軸と同心的にそれぞれ中間部材エイ。

１５”に固定されており、この円筒−くイブ２９゜３０
にはそれぞれ可動コイル３ｆｉ、３７が巻装されている
。

ベース３５には環状永久磁石３３とこれを挾むようにヨ
ーク３１ａ、３１ｂが固定され℃いろ。ヨーク３１ａと
ヨーク３１ｂは間隙を介して可動コイル３６並びに円筒
パイプ２９を挾むように配設されており、環状永久磁石
３３→ヨ一ク３１ａ→間隙→ヨーク３１ｂ→環状永久磁
乏 石３３からなる第１の磁気回路書形成している。

一方、上記第１の磁気回路と同様な構成並びに機能を有
する第２の磁気回路が可動部材１３′に関して対称な位
置にベース３５に固定された環状永久磁石３４．ヨーク
３２ａ、３２ｂによつ℃形成され℃いる。゛ また中間部材１４’、１５’はベースそ５に対して２方
向に移動可能となるようそれぞれ板／ζネ２１’、２２
’によってベース９５に連結されて（する。

次にトラッキング並びにフォーカシングの誤募検出を行
うためのピックアップ装置における検出部３９を説明す
る。この検出部３９は従来提案されている方式を利用で
きる。

レーザー元＃、４０を出た光は、直線ＩＧ４光のは回 とんとか平行光線で合弁格子４工に入射し、ここで０次
、±１次光の３つの光束に分割され拡大レンス４２に向
う。この±１次光はトラッキング信号に用いられ、０次
光は焦点位置の検出及び情報信号検出のために用いられ
る。

拡大レンズ４２で拡大された光は、偏光分割プリズム４
３を通り、１／４波長板４４を通過した後、対物レンズ
２５によって情幸ＩＩ己録担体１上に結嫁される。正常
位置状態では０次光はビット２上に０士１次光はビット
２にかからない状態で、この両側に結像される。光は情
報記録担体１面上で反射され、再び対物レンズ２５゜１
／４波長板４４を通って偏光分割プリズム４３に入いる
。このとき光は行きと帰りで１／４波長板４４を２度通
過することにより１行きの光と戻りの光の位相は１８０
°変化する。この位相差のために、戻り光は偏光分割７
リスム４３におい℃、シリンドリカルレンズ４５へ向う
光路に切り換えられる。その後０次光は４個のフォトダ
イオード４６ａ、４６ｂ、　　４６ｃ、４６ｄからなる
４分割フォトダイオード４６上に結像される。一方±１
次光の２つの光束はそれぞれ４分割フォトダイオード４
６の両側に配設された第１のフォトダイオード４７及び
第２のフォトダイオード４８に結像される。

第１のフォトダイオード４７と第２のフォトダイオード
４８のそれぞれの出力は差動増巾４４９に入力され３両
者の出力値の差がトラッキング信号ｅ工として出力され
る。一方４分割フォトダイオード４６の各フォトダイオ
ードの出力は、差動増巾器５０において（４６ａ＋４６
ｃ　）　’−（４６ｂ　＋　４６　ｄ　）の演算増巾を
行いフォーカシング信号ｅｚと１−で出力される。

情報記録担体１上に光スポットが焦点を結んだ状態とそ
うでないときでは、ンリンドリカルレンズ４５の性質に
より、４分割フォトダイオード４６上での結丁象パター
ンが変化す２）１．即ち焦点が合ったときは円形、そう
でないときは１ａ報記録担体１が対物レンズ２５知近１
゛りか、遠ざかるかで縦長又は＋５長の惰円形のパター
ンが結像される。

従って、フォーカシング信号ｅｚは焦点があったときは
ゼロ、そうでないときはプラス又はマイナスの値が出力
されるため、この出力１１へにより焦点の位置ずれ量と
方向を判別することができろ。

一刀情報記録担体１が正常位置から偏心により半径方向
にずれを生じろと、±１次光のいずれか一刀の光スポッ
トがビット２にかかり０回折現象により、それまで第１
及び第２のフォトダイオード４７．４８に均等に入射し
ていた光量の関係が崩れ、トラッキング信号ｅｚはゼロ
からプラス又はマイナスの出力ｆ直に変化する。

この出カイ直を検出することによりトラッキングの位置
ずれ量とその方向を判別することができる。

次に上記ピックアップ装置の二次元駆動の動作について
説明する。

いま情報記録担１に関し集束したビームスポットの位置
が正常位置よりずれており、そのずれ量が対物レンズ２
５の移動量にしてトランク方向と直角方向、即ちＸ方向
に関して△ｘ、７オーカス方向、即ち２方向に関し△２
であるとするＯ このずれ量△Ｘ、△２はそれぞれトラッキング信号ｅ、
　、　フォーカシング信号ｅ７　の電圧値として差動増
巾器４９．５０より算出されろ。

この位置ずれ量△Ｘ、△２はそれぞれ、トラック及びフ
ォーカスの信号出力電圧ｅｘ、ｅｚと正比例の関係を有
するから次式が成立する。

次に可動コイル３６．３７に制御信号を通電して対物レ
ンズ２５をｆ方向に△ｘ、ｚ方向に△２戻すことにより
、ビームスポットを正常位置に戻すことを考える。

そこで、可動フィル３６に電流ｉ１．可動コイル３７に
電流１２を通電したと款、対物レンズ２５がｘ、Ｚ方向
にそれぞれ△Ｘ、△２移動し、ビームスポットが正常位
置に戻ったものとする。

可動コイル３６．３７への通腎量と中間部材１４’、１
５’のＺ方向への移動量は正比例するから、可動コイル
３６．３７のそれぞれに１１及立する。

となる。（４）式よりトラッキング及びフォーカシング
信号としての出力電圧ｅｘ及びｅｚ　Ｋよつて、ビーム
スポットを正常位置に戻すための対物レンズ移動に必要
な可動コイル３６．３７への通電量ｉｘ　、　ｉｚが定
まる。

第５図は（４ン式をグルラフ回路で表わしたものである
。５１〜５４は乗算回路、５５は加算回路、５６は減算
回路である。

第６図はこの発明の二次元駆動装置を組込んだ光学式ピ
ックアップ装置の第２実施例を示したものである。

この第２実施例は第４図の板バネ２１’、２２’を片持
形式忙した点で第１実施例の構成と異なる。即ち中間部
材１４’、１５“のそれぞれをベース３５と板バネ５７
及び５８により連結している。

第７図は第３実施例を示したもので、第２実施例での可
動コイル型駆動手段のかわりに圧電素子による駆動手段
５９．６０をそれぞれ板バネ５７．５８に固定したもの
である。この圧電素子駆動手段５９．６０への通電によ
り、板バネ５７．５８は２方向に移動し結果として、対
物レンズ２５はｘ、Ｚ方向にＯ動される。第８図は第１
実施例における２組の環状永久磁石３３゜３４及びヨー
ク（３１ａ、３１ｂ）、（３２ａ。

３２ｂ　）を１組で兼用できる構成の第４実施例を示し
たものである。即ち、ベース３５に環状永久磁石６１．
ヨーク６２ａ、６２ｂが固定されており５　ヨーク６２
ａとヨーク６２ｂとＫより、磁気ギャップ６５が形成さ
れている。

大径と小径の円筒バイブロ３及び６４はそれぞれ中間部
材１４′並びに１５゛の下面に固定されており、その両
日筒バイブロ３．６４に巻装された可動フィル６６及び
６７は共に磁気ギャップ６５中に配設されている。

ここで中間部材１５′のベース３５への支持は。

円筒バイブロ８に形成された複数個の開口６８を貫通す
るように配設された板ノ・ネ２２′によって行われる。

次にこの発明の二次元駆動装置を超音波顕微鏡装置に使
用した第９図の第５実施例について説明する。

この場合の二次元駆動装置７０の構成は第８図の第４実
施例の構成と近似している。異なる点は対物レンズ鏡筒
２６のかわりに可動部材１３′に棒状のホルダー７１が
配設された点である。

このホルダー７１には支持腕７２がその一端に固定され
、他端にはす７アイヤ等の超音波伝搬媒体材からなる円
柱状の超音波集束レンズ７３が固定されている。可動コ
イル６６．６７のそれぞれＫｉス、ｉ２を通゛准するこ
とにより、前述した原理に基づき超音波集束レンズ７３
はＸ及び２方向に二次元駆動を行う。

一刀第１０図は、二次元駆動装置７０を組込んだ超音波
顕微鏡装置の全体図を示したものである。　・ この超音波顕微鏡の原理は、細く絞った超高周波超音波
ビームを試料面に放射すると同時に。

玄 二次元的に機械的走伊を行い、その試料により散乱され
た超音波を集音して電気信号に変換し。

その後、その信号を陰極線管の表示面に二次元的に表示
し、顕微鏡像を得ようとするものである。

高周波発振器７４からの信号は方向性結合器７５により
超音波集束レンズ７３の上表面に貼着された送受兼用ト
ランスジューサ７６に供給される。この信号は超音波に
変換されて超音波集束レンズ７３の上面より内部に放射
される。

この超音波集束レンズ７３の下表面の一部には球面状に
えぐられた球面レンス部７７が形成されている。

この球面レンズ部７７と対向して試料保持台７８が配置
されていて、これに載置された試料７９は超音波集束レ
ンズ７３の下表面と試料保持台７８の間隙に表面張力に
より保持された水からなる音場妨、体８０に包囲されて
いる。

このとき、超音波集束レンズ７３は二次元駆動装置７０
により紙面垂直方向のＺ方向（第１０図）並びに紙面横
方向の２方向に二次元的に駆動されている。

超音波集束レンズ７３に入射された超音波は集束されて
試料７９に達する。この試料での反耐波は再び超音波集
束レンズ７３で集束され。

トランスジューサ７６で電気信号に変換されて。

方向性結合器７５を通って表示装置８１へ供給される。

走査装置８２は走査回路８３から発する同期信号に基づ
き、二次元厚ｉｉ！ｌ装置７０の可動コイル６６．６７
のそれぞれに入力される電流１１゜１２をコントロール
することにより、超音波集束レンズ７３をｘ、Ｚ方向に
二次元的に走査させる。

可！ＩＩ］コイル６６への通電ｉ１による中間部材１４
′の２方向への移！ｌｌＩ］ＭｃをＳｔ、ＭｒＪ＝＋イ
ル６７への通電１２による中間部材１５’の２万同への
移動量をＳｓとすると、中間部材の移動量と通電量は正
比例の関係にあるから次式が成立する。

超音波集束レンズ７３のｘ、Ｚ方向のそれぞ尚動量△Ｘ
、△２と上記８４．８３　　との関係は（１）式より △ｘ＝ｃｏ　（Ｓ４−８ｓ　）　　（Ｃｏは定数）とな
るから、（５）と（６）式より この（７）式く基づ救ｏＴ勅コイル６６．６７にそれぞ
れｉ８流１１　＋　　１２を第１１図のように時間的に
変化させてやれ：工照刊波集束しンズ７３から発Ｊ１Ｊ
される超−Ｔｒ波ビームはり１１１”Ｎのような二次元
走査を行うことになる。

即ち第１１．１２ｉ’４のように走を１　＝　（（＋＋
）ｌ。

（ｉ２）＋Ｉ　　は電流ｉｔ　　、　　ｉ２χ時間謳１
過と共に。

同一変化率で増加させることにより行われる。

従って（７）式まりへ２は時間に比例し℃直線的に増加
するが△工は全く変化しない。走を２−（（１＋）＊、
　（ｌ山）　走査３　＝（（ｂ）！、（ｊｚ）３１−・
・・・・・・・走ｚ　ｎ−（（ｉｔ）Ｌ’、（１２）ｎ
ｌは耳間ｔ＝ｏでの１１　　の初期値を一定電流値△工
ずつプラスしながら走査１と同様な走査を繰り返せばよ
い。このよ５　Ｋ　Ｚ方向を主走介、ｘ方向を副走査と
して超音波集束レンズ７３を二次元駆動する。

以上のようにこの発明の二次元駆動装置によれば、一方
向のみの、駆動手段で可動部材を二次元的に駆動するこ
とができるので、駆動手段と可動物を近接して配設する
ことが可能となる。

この結実装置は著しく小型となり、構造も簡単となり、
且つ動作効率も向上するという効果が得られる。

第６図の第２実施例は可動部、即ちレンス鏡筒２６のま
わりに空間スペースがない場合には効果的である。

第７図の第３実施例は駆動源に圧電素子な使用すること
により第１．２実施例に比較し、装置が著しく小型にで
きる利点がある。

第８．９図の第４．５実施例は永久磁石とヨークが１組
で足りるから第１．２実施例に比較し装置が小型となり
、構造が簡単となる効果が得られる。

この発明の実施例において、二次元、ＧＫ動装置を、ビ
デオディスクの対物レンズと超音波顕微鏡の超音波集束
レンズの二次元駆動に利用した例として述べたが、この
発明はこれらの技術分野に限定されるものではな（、二
次元、駆動が要求されるあらゆる技術分野に適用される
ものである。

また板バネ１７〜２０はバネ材として説明したが必ずし
もこの構成に限定されろものではない。即ち板バネ１７
〜２０のかわりに板又は棒状の剛体を配直し、この剛体
と中間部材並びに可動部材を紙面に垂直な回動支１ｌｆ
Ｉｌを介して連結する構成としてもよい。？！するに、
中間部材１４゛。

１５′の移動が、（１）式を満たすように中間部材１３
”に伝達される構成のものは全て板バネ１７〜２０と同
じ概念に含まれると解すべきである。

また、板バネ１７〜２０と可動部材１３′は実施例の様
に別個のものである必要はなく第１３ベース３５を板バ
ネにより連結すると説明したが、必ずしも板バネに限定
されるものではなく。

例えば合成樹脂、コイルバネ、ワイヤなど弾性を有し且
つ中間部材の中立点を維持する部材であれば全て上記板
バネの概念の中に含まれると解すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の二次元駆動装置の正面断面図、＠２．
３図はこの発明の二次元部！！ＬＩｌ装置の原理を説明
するための図、第４図はこの発明の第１実施例の正面断
面図、第５図は第１実施例におけるフロッグ回路図。第
６．７．８．９図めの図、第１３図はこの発明における
板バネと可動部を一体化した場合の斜視図である。 （１）情報記録担体、　　（１３）　（１３’）可動部
材、（１４）（１４′）　（１５）　（１５’）中間部
材、　　（１７）〜（２Ｓ）板バネ、　　（２５）対物
レンズ、　　（２６）レンズ鏡筒。 （３１ａ）　（３１ｂ）　ヨーク、（３３ン（３４）環
状永久磁石、（３６）　（３７）可動コイル、（３８ン
７クチユ工−タ一部、　　（３９）検出部、　　（４０
）レーザー光源、　　（５７）　（５８）板ハネ、　　
（５９）　（６０ン圧電累子、（７１）ホルダー、　　
（７３）超音波集束レンズ。 第５図 第８図 第１３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 二次元的に駆動を行うための可動部材と、この可動部材
   を挾むように配置された第１及び第２の中間部材と、該
   ＠１の中間部材、前記可動部材、前記第２の中間部材が
   配列される方向。 即ち第１の方向に前記第１及び第２の中間部材をそれぞ
   れ互に独立に移動可能なようにベースに対して支持する
   支持手段と、前記第１の方向と直角な方向、即ち第２の
   方向のうち定められた一方向に向って傾くように配設さ
   れ、且つこの傾きの角度を変えることにより、前記第１
   及び第２の中間部材の移動を前記可動部材に伝達可能な
   ように前記可動部材と前記第１並びに第２の中間部材を
   連結する連結部材と、前記第１及び第２の中間部材をそ
   れぞれ独立して移動させる駆動手段とからなることを特
   徴とする二次元駆動装置。