JPS60136922A - 対物レンズ駆動装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は光学式ディスク情報書き込み、読み出しする除
光をディスク面に導く対物レンズを光軸方向に駆動させ
る装置に関するもので、特に光デイスク７アイル、光ビ
デオディスク、コンパクトディスクプレーヤ尋における
対物レンズ駆動装置に関するものである。

〔発明の背景〕

従来のこの種の光デイスク装置としては例えば日立評論
、第６５巻、１９８３年１０月号に示されたものがある
。第１図はその光デイスク装置のうち、情報伝達手段で
ある光を、光デイスク上に記録されたピットに導く構造
を概略的に示したものである。ピット１よシもどって来
た光のうち一部はオートフォーカス信号２となり７オ一
カシングサーボ回路を通シ４、ばね材からなるレンズ支
持部材３によシ支持されている絞シ込みレンズ４をオー
トフォーカス方向に駆動する。他の一部はトラッキング
信号５となシトラッキングサーボ回路を通シ、１０μ内
外以上の動きに対しては、トラッキング用粗動アクチュ
エータ６を駆動し、それ以下の細かな動きに対してはト
ラッキング用微動アクチュエータ７を駆動する。このよ
うに、目標のビット１に光焦点をすげやく移動させる様
に配置しである。このアクチュエータは平均アクセス時
間を２５０ｍ５以内とし、さらにビットエラーレートを
誤シ符号訂正をも含めて１０−１１〜１０−１１１とす
るため、オート７オーカス方向の駆動系（第１図の３，
４）とトラッキング方向の駆動系（第１図の６，７）を
構造的に分離した構造にしである。

この第１図のオートフォーカス駆動系についてさらに詳
しく示したのが第２図で、外枠組８の中間部にオートフ
ォーカス駆動用の磁石とヨークで構成される磁気回路９
、その内にあってアクチュエータコイル部１０がレンズ
４を上下方向に駆動する。このレンズ４を支持する支持
部材３の一例は、例えば特開昭５７−３０１２８号公報
に開示されているようなものでアシ、その具体的形状は
第３図に示しである。これは、ばね用金属材すなわち一
般にはリン青銅で厚さ５０μｍのシート状でフォトエツ
チング加工したばねである。このレンズ支持部材３がこ
の様な形状をしているのは限られた空間内で、小屋化し
、その上でさらにオートフォーカスをするために上下方
向に非常に柔くする必要があったためであシ、上下２枚
組としているのは光軸と直角方向には動かなくするため
である。

ところが薄板構造のため初期の目的の上下方向に駆動さ
せる自由度の他に、支持部材自身の板曲げ振動も発生す
る可能性を有している。実際、光ディスクが上下にうね
っておシ、それに伴うオートフォーカス運動を発生せし
めたとたん、高周波帯域でトラッキング方向に微小振動
が計測された。

さらに第１図のトラッキング用粗動アクチュエータを駆
動したときも、余分な振動が計測された。

これらのトラッキング方向に現われてくる余分な振動は
光束をすばやくビット位置に移動するサーボ回路にとっ
て外乱として作用し、サーボ回路の発振を誘発するもの
となる。その結果ピットに対し良好な集束光が照射され
なくなり、読出し、書き込み誤差の増加、８／Ｎ比の低
下を引き起していた。

さらに第３図のシール状ばね材からなるレンズ支持部材
３は単一部材でできており、支持ばねとしての減衰力が
小さく、振動が小さくなるまでに時間がかがシ、これに
よってアクセス時間が長くなるという欠点を有していた
。これに対しては、ゴムダンパーを使用する等の改良が
なされているが、温度による特性変化が大きく特に低温
では減衰力は非常に小さいものとなっていた。さらに長
年の使用に対してはゴムの劣下が起夛、使用に耐えられ
ぬ状態が予想された。

〔発明の目的〕

本発明は上記の事柄に基づいてなされたもので、光焦点
をピット面に移動させる際発生する余分な振動を減少す
ることによシ、光情報の読み出し、書き込み誤差の低減
、’８／Ｎ比の向上、アクセス時間の短縮をなさしめる
対物レンズ駆動装置を提供するものである。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は細い金属線を密着巻きしたコイルばねを
光軸と垂直面に配置して、コイルのせん断方向を光軸方
向になる様にし、オートフォーカス動作をさせるように
したところにある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の対物レンズ駆動装置の実施例を第４図以
降によシ説明する。第４図は本発明の対物レンズ駆動装
置における対物レンズ支持部材に用いられるばね部材と
して、いわゆる密着巻のコイルはね１１を示すものであ
る。このばね１１は本発明を使用する光デイスク装置で
は、直径Ｏ，ＯＳｍ〜０．２ｍｇのリン青銅で作った細
線を直径０．３■〜２．０ｍの棒材の回シに密着させな
がら巻き付けた後、棒材を軸方向に引き抜いたものであ
る。本発明においては、この密着巻きコイルばね１１を
、複数個レンズを中心に放射状に等角度で配設し、レン
ズ支持部材を構成している。第３図の例は４個の密着巻
きのコ゛イルばね１１を、レンズ４を中心に放射状に等
角度に配置しレンズ４を保持する枠体１３と外側の枠体
１４０間に固定して構成したものである。また第６図は
３個の密着巻きコイルばね１１をレンズ４を中心に放射
状に等角度に配置し、レンズ４を保持する枠体１３と外
側の枠体１４０間に固定して構成したものである。

レンズ４をオートフォーカス方向に駆動したときの前記
第５図及び第６図に示すレンズ支持部材１１の変形は第
７図（ａ）のようになる。このときのコイルばね１１に
加わる力のうちせん断力分布は第７図（ｂ）に示すよう
になり、モーメント力分布は第７図（Ｃ）に示すように
なる。コイルはね１１にこのような力が加わると、コイ
ルばね１１のうち、ある−巻き分と次の−巻き分の変形
は、モーメント力に対しては第８図のような変形が起こ
シ、せん断力に対しては第９図のような変形が起こる。

この相対的な動きが、振動面から見ると、熱エネルギー
となって構造部材よシ外へ放出されるものとなシ、す、
なわち減衰効果を生むものである。

また、コイルばね１１はレンズに対し、中心を通る等回
転角になるよう配置しておるため、コイルの軸方向に関
しては上下方向にレンズが駆動されたとき微小ながらの
び変形が発生する。その量は、コイルの軸長さをｔ、レ
ンズ部がオート７オーカス方向に動く量をδとすると、
のびの量は３　δ３ ｉ　ハ となシ、今、仮に、δ＝Ｏ，！ｙｗ、Ｌ＝１０■とする
と約１．５μｍとなる。このことは極くわずかであるが
ばねの−巻と次の−巻きが軸方向にはなれようとする動
作となシ、これＫよシさらに減衰効果を生むものとなる
。もつと複雑な変形がコイルばね１１に加わっても、も
しくは動的に複雑な共振モードを示しても、以上の議論
をよシ複雑に展開するだけであシ、減衰が生まれ不過程
は同じである。

さて、第１図、第２図に示す光デイスク装置の対物レン
ズ駆動装置においては光軸と垂直な面内の動きは零かも
しくは極微小であることが必要であるが、それはコイル
ｄねを放射状に等間隔角度に配置することによって得ら
れる。すなわち第１０図に示すように外力として、レン
ズ光軸に垂直な面内の任意ベクトルＦが加わったとする
。力は各コイルばね１１に加わることになるので、その
力をコイルの軸方向と軸と直角方向（レンズの周方向と
等価である）の成分Ｆｌ　、Ｆｌとに分けて考えること
が可能である。コイル軸と直角方向成分はレンズ中心か
ら見るとレンズを回転させようとする力となっておシ、
それの右まわシ成分の６力と左回り方向成分の和は等し
く、結果として、コイル軸方向に垂直方向成分はキャン
セルすることになる。次にコイル軸方向成分かのこるる
。このうち２つは引張多方向に、のこシの２つは圧縮方
向に働く。第１１図に示すように、本実施例におけるコ
イルばね１１のコイルは密着巻コイルなので引張多方向
に対しては非常に柔く、圧縮方向には極端に剛い、。よ
って、横方向の力に対しては圧縮側にある２つのコイル
ばねが、受けもつことによって、はとんど変形は発生し
ない。例えばレンズ部分を約５ｇｆとし、長さ１０ｍの
コイルばねを使い、２Ｇの外力で動かれた場合を考え、
コイルばねの線材径を０．１■、コイル直径を０．６ｍ
とし、コイルはね１本だけでこれらの荷重すべてを受け
もったとしても０．１μｍ以下の変形しか生じないこと
が推定される。

第１２図は第５図に示したコイル支持部材１２を上下に
２組配置した対物レンズ駆動装置の例を示したものであ
る。これまでの説明では光軸に直角面内の、ある軸まわ
シに働く外力が作用した場合の変形については全く述べ
ていなかったが、１組だけの場合では、この回転方向の
剛性が柔くわずかの偏荷重で、傾いてしまうことが推測
される。

そこで、このように２組にすることによりコイルの軸方
向回転力はもう一方向のコイルばねの組に受けもたせ、
回転方向力は第１０図に示したように、結局１本のコイ
ルばねにとって、圧縮方向に変換される様な構造とした
。

今までの説明においては組立状態が理想的な場合につい
ての説明であった。当然組立て誤差が生じることによっ
て、構造バランスがくずれ、前記したような変形様式か
ら、すこしずつずれ、振動値もそれに比例して大きくな
ることが予想される。

第５図と第１２図はこのことをさけ、出来るだけ理想状
態に近い状態に組立てるための一手段を示している。第
１２図はこれを組立てたときの横断面図を示している。

以下第５図によシ、まずコイルの周方向への配置の仕方
を説明し、次に第１２図により、光軸方向の配置の仕方
を説明する。

レンズ４の挿入用枠体１３は内径ｄｔｔｓ外径ｄ、ｔで
あシ、外周固定用枠体１４は内径ｄｌｌｌ、外径Ｌ８と
する。コイルばね１１の長さｔｃはとする。レンズ保持
枠１３と外枠１４はプラスチック成形型を中心が一致す
るよう配置し、コイルばね１１を等角度になるよう配置
した後、プラスチック成形を行う。このようにすること
により、レンズ保持枠１３の内部にコイルばね１１の一
端が、さらに外側枠体１４の内部にコイルばね１１の他
端がそれぞれうめ込まれる形で成形されることになる。

この成形に際してはあらかじめ金型を作っておくわけで
あるが、どれは充分精度よく作ることが可能でアシ、コ
イルばね１１の放射形への配置も充分精度が保て、かつ
量産性を保つことも可能である。

次に光軸方向の組立てについて説明する。第５図におい
て説明したコイルはね１１でできた一組のレンズ支持部
材１２を設置し、その上に、外周固定金具１５をのせる
。この下側のレンズ支持部材１２の外枠体１４には、外
周固定金具１５とはめ合せが可能なように段差のあるイ
ンロ一部１４ａを具備したもので、外周固定金具１５を
はめ込むことによシ、中心を自動的に一致させうる。外
周固定金具１５は内周側につめ１５ａを有し、これで駆
動用磁気回路９の上下方向位置決めを行う。

磁気回路９は上部よシ、止め具１６で上側よシ締め付は
部１６ａによシ締め付ける。止め具１６の上部はインロ
一部１６ｂを有し、上側のレンズ支持部材１２が挿入さ
れる。レンズ鏡体２０はあらかじめアクチュエータコイ
ル１０と光束絞り込み用対物レンズ４を組立てておき、
上側のレンズ支持部材１２を挿入する直前に挿入する。

以上の装置と、組立て手順に従うことによシ、精度を保
ちながらも、組立ての安易さが確保されることになる。

なおアクチュエータとしてはサーボ回路設計上対物レン
ズアクチュエータの機械的な最低次固有振動数ｆ０を例
えば４０Ｈ２に定める必要が娶る。

これはレンズ４および鏡筒部１８を質量とし、レンズ支
持部材１２を剛性とした一自由度系振動であるが、外枠
体１４とレンズ保持枠体１３の寸法があらかじめ決めら
れるためａｔｓ　ｄｓｔの大きさを任意に取ることは不
可能であった。しかし本発明によればコイルばねの剛性
ｋＣは 有効券２き数−＠（コイル自由長）／（コイル素線径）
で決めることができ、依られたスペースの中で、ある程
度自由に設計可能となる。

第１３図に本発明の効果の一例を示す。これはアクチュ
エータをオートフォーカス方向（上下方向）に駆動した
ときのトラッキング方向に表われる振動レベルを表示し
たもので、横軸が周波数、縦軸が相対変位をとっている
。図中、点線が従来技術による結果、実線が本発明によ
る結果である。

本発明の場合最低次のピークにおけるダンピングが太き
いものとなっていることが明らかでさらに高次のピーク
もほとんど見られなく、かなシきれいな一白由度系の応
答曲線となっていることかわる。

以上説明したような構造にすることによシ、次のような
効果を得ることができる。

（１）　コイルばねの−巻き、−巻きの相対的なすペシ
による減衰力が大きく、振動系としてのダンピングを非
常に大きいものとすることが可能となった。

（匂　高次の支持部材振動も前記にダンピング作用によ
シ、非常に小さなものとすることができ、制御回路に加
わる外乱要因の振動をきわめて小さくすることが可能と
なった。

（３）ダンピング作用は、従来のように粘弾性体を用い
ていないので、製品の信頼性の向上を図ることができた
ばかシでなく、少なくとも光ティスフ装置の使用される
範囲での温度による特性変化が無く粘弾性体に比べ、き
わめて安定した製品を作ることが可能となった。

（４）　コイルばねを一体成形することにょシ、光軸方
向あ組立てによるたおれ角を非常に小さな値を保ちなが
ら対物レンズ駆動装置として仕上げることが可能になっ
た。さらに組立て方法は下側から順次部品をそう人、接
着、もしくはねじ止めするだけで可能な程度に簡略化で
き、組立てに要する時間の大幅短縮がなされ、経済的効
果、量産効果が大となった。

（５）　コイル支持枠体は電気絶縁体であるプラスチッ
クで作られておシ、可動体へ電気を供給するリード線と
してコイルばねを使用することが可能であシ、可動によ
るリード線の切断事故をほとんど無“くすることが可能
となった。

（６）限られたスペースの中で最低次周波数をある程度
任意に設計できることが可能になった。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によシ、余分な振動を低減で
き、薔き込み読み出し誤差の低減、Ｓ／Ｎ比の向上、ア
ク七ス時間の低減が可能となったばかシエなく、量産コ
ストの低減も可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光デイスク装置におけるアクセス概念図
、第２図は従来の対物レンズ駆動装置の一例を示す横断
面図、第３図は従来の対物レンズ駆動装置に使われてい
るレンズ支持部材の一例を示す平面図、第４図〜第１１
図は本発明の対物レンズ駆動装置におけるレンズ支持部
材の一例を説明する図で、第４図は本実施例のレンズ支
持部材に使用される密着巻きコイルばねの一例を示す図
、第５図及び第６図は第４図に示す密着巻きコイル−ば
ねを用いたレンズ支持部材の具体例を示す図、第７〜９
図はレンズがオートフォーカス方向に動いたときのコイ
ルばねに加わる変形様式を説明する図で第７図（ａ）は
レンズ支持部材の変形状態を示す図、第７図（ｂ）はコ
イルばねに加わるせん断力分布を示す図、第７図（Ｃ）
はコイルはねに加わるモーメント分布を示す図、第８図
、第９図は；イルばねの変形を示す図、第１０図及び第
１１図はレンズがトラッキング方向に力を受けたときの
力の配分とコイルばねの変形を説明する図、第１２図は
本発明の対物レンズ駆動装置の一例における全体の横断
面図、第１３図は本発明の効果の一例を説明する図であ
る。 ４・・・対物レンズ、９・・・磁気回路、１０・・・ア
クチュエータコイル、１１・・・密着巻きコイルばね、
１２・・・レンズ支持部材、１３・・・レンズ保持枠体
、１４・・・外枠体、１５・・・外周固定金具、１６・
・・止め金具、才Ｚ口 Ａ 才３ｉ！１ 才４図 才５旧 才り図 一￥７圏 （卜） 才３旧　十コい 才；Ｄ皿

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光学的記録媒体上に情報を書き込み、読み出す光学
   系のうち光軸方向にのみ移動可能な絞シ込みレンズをも
   つ対物レンズ駆動装置において、該レンズを支持する部
   材が、光軸と垂直方向面内に中立軸をもち、密に巻かれ
   た１本もしくは複数本のコイルばねで構成されたことを
   特徴とする対物レンズ駆動装置。 ２　レンズ支持部材は、密着巻きコイルばねを複数個レ
   ンズの中心を通シ、放射状に等角度で配設して構成した
   ことを特徴とする特許請求の範囲の範囲第１項記載の対
   物レンズ駆動装置。 ３、　レンズ支持部材は導電材料を使用し、前記支持部
   材が前記レンズを駆動するための電流を供給するための
   リード線となるよう構成したことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項または第２項に記載の対物レンズ駆動装置
   。