JPS647406B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ほぼ同心円状のトラツク、パターン
に従つて情報が記録されているデイスク形記録担
体（以下記録担体と記す）の記録トラツクを放射
源から得た光ビームによつて走査する装置、特に
回転するビデオまたはオーデイオ用記録担体の反
射記録面のビデオまたはオーデイオ信号記録トラ
ツクを光ビームによつて走査する装置に関するも
のである。

一般に、記録トラツクを光ビームによつて走査
する装置には、以下の機能が必要である。

(1) 放射源より記録担体の記録面に投影する走査
スポツトの焦点面を記録面と垂直な方向におけ
る記録担体の位置変動に応動して正しく焦点合
わせを行なうことができる位置決め部材と、そ
の位置決め部材を電気的に駆動および制御する
ことができる焦点合わせ手段を備えているこ
と。

(2) 上記走査スポツトに記録担体の半径方向にお
ける位置変動に対し高速に追従することができ
る位置決め部材とその部材を電気的に駆動およ
び制御する手段を備えていることおよび上記走
査スポツトを記録トラツクの半径方向に低速で
送りながら全記録トラツクを走査することがで
きることが基本的にあげられる。

従来、このような走査装置において、上記(1)の
走査スポツトの焦点合わせ機能に対しては、たと
えば走査スポツトを形成するための対物レンズを
ボイスコイルに取り付け、そのコイルを光軸方向
に直線駆動させるいわゆるボイスコイル型リニア
モータを用いることにより達成される。また、上
記(2)の走査スポツトの記録トラツクに対する高速
追従機能は、内部に磁気回路を構成している可動
鏡の回転駆動によつて、光ビームを小さい角度で
偏向することにより達成される。この可動鏡およ
び上記ボイスコイル型リニアモータはもとに記録
担体の記録トラツクに関連ある走査スポツトの偏
位に基づいた制御信号により電気的に駆動および
制御されている。

上記可動ミラーは光ビームを小さい角度で偏向
することにより記録担体の半径方向における記録
トラツクの位置ずれに対して、高速追従ができる
が、全記録トラツクを走査するためには、この可
動鏡だけでは偏向角が小さいため困難である。従
つて、放射源を含むレンズ群、焦点合わせ位置決
め部材および記録トラツク追従用位置決め部材と
を一体で記録担体の半径方向に対し記録担体の回
転数と同期して、一定速度のもとにあるいは間欠
的に送る駆動手段が必要である。

この手段は、モータ、歯車およびラツクピニオ
ンを用いて回転駆動力を直線駆動に変換して実現
できる。

このように記録担体の記録トラツクを光ビーム
により確実に走査するためには走査スポツトの焦
点合わせのための機能および記録トラツクの追従
機能が必要である。特に後者のトラツク追従機能
には可動鏡にみられる高速追従用位置決め部材
と、それを記録担体の半径方向に送る低速送り駆
動部材とが必要である。従つて、従来の走査装置
においては装置全体が非常に大規模になり各機能
の部材間の調整およびレンズ群と各部材間の位置
の調整等が複雑になる欠点があつた。また可動鏡
を使用しているため光ビームが本来の光軸からわ
ずかにずれ、このずれが焦点ずれ検出信号に対す
るノイズとなり、焦点合わせ位置決め部材の動作
が不安定になる欠点があつた。

本発明の目的は、上記光学走査装置の持つ欠点
を除去し、可動鏡を必要としないで１つの駆動部
材でもつて安定に上記記録トラツクの高速及び低
速追従機能を持つ比較的、簡単な構成の光学走査
装置を提供することにある。

以下、図面を参照して本発明の実施例について
詳細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示すもので記録
担体を含む走査装置の部分断面図である。

記録担体１は、透明な部分２および保護被覆部
３から成り、これらの間には小さな凹凸のビデオ
またはオーデイオ信号を有する極めて薄い反射層
４を持つ記録面がある。この記録面には、同心円
状又はスパイラル状の記録トラツクが形成されて
おり、隣接するトラツク間は1.5ミクロン程度の
距離で互いに極めて近接している。

ホルダー５は、レーザ、ダイオードのような出
力の小さい放射源と記録面に走査スポツトを形成
するに必要なレンズ群と走査スポツトの位置の検
出およびビデオまたはオーデイオ信号を検出する
光検出器を備えている。

ホルダー５の上端部には、上記走査スポツトの
焦点合わせ機能を備える焦点合わせ位置決め部材
６が取り付けられており、記録担体のソリなどに
よつて生じる記録面に垂直な方向の変動に対して
焦点合わせ位置決め部材６中に対物レンズを光軸
方向に駆動することにより、上記走査スポツトの
焦点合わせができるように構成されている。この
焦点合わせ位置決め部材６は従来にあるようボイ
スコイル型リニアモータを駆動装置として使用し
ており、ホルダー５中の光検出器により焦点ずれ
量を検出し、専用の補償回路（図示せず）により
走査スポツトの焦点合わせを電気的に制御してい
る。

アーム部材７は、その一端に前記焦点合わせ位
置決め部材６を有するホルダー５が取り付けられ
ており、記録担体１と平行に回動されるようアー
ム部材７の回転中心において回転軸８に固定され
ている。この回転軸８は前記記録担体１の回転軸
方向と平行に配されそのアーム部材７に対して、
両側部に２個の軸受９，１０を配することにより
支持されており、アーム部材７はこの回転軸８を
中心に回転自在に支承されている。

軸受９は軸受保持板１１の中央部に、軸受１０
は永久磁石１２の一端部に保持されており、軸受
９には回転軸方向に締付ナツト１３により予圧が
加えてある。これは回転軸方向のアーム部材７の
ガタをなくすためである。更にアーム部材７の他
端には前記焦点合わせ位置決め部材６を有するホ
ルダー５と対向する位置に移動自在の錘１４が取
付けられアーム部材７両端間に上記回転軸８が配
されておりこの釣合い錘１４は、上記アーム部材
７、焦点合わせ位置決め部材６およびレンズ群を
保持するホルダー５と回転軸８上にその重心が配
されるようその位置が設定される。

１５は上記アーム部材７を駆動するアーム回転
駆動部材で、上記回転軸８と同軸状態に配されて
おり、中央に孔を有し外周面にＮ極とＳ極が対称
に着磁された円筒状の永久磁石１２とその永久磁
石の外周に、一定の環状空隙１６を保持して配し
た中空の円筒状軟鉄芯１７と、これら永久磁石１
２と円筒状軟鉄芯１７の一端を結合した非磁性体
１８とにより、磁気回路が構成されている。

上記永久磁石１２と円筒状軟鉄芯１７との環状
空隙１６内には第２図に示すように円筒状構造で
かつ上記永久磁石１２の磁極に対してアーム部材
７に回転力を生ぜしめる巻回構造を有するコイル
すなわち上記アーム部材７に記録担体の外周から
内周までの所要の回転角を生じしめるよう菱型形
状に巻回された複数のコイルの束を円周方向にず
らせて積み重ね円周方向の180゜の位置でコイルに
流れる電流が逆になるよう結線して接着等で成型
して形成したコイル１９を配すると共にコイルの
一端をアーム部材７の一部に設けた凸部に回転軸
８と同軸状態に直接固着してある。

永久磁石１２の一端の中央部には上記回転軸８
の支持のため軸受１０が非磁性体の保持具２０を
介して保持されている。

また、アーム回転駆動部材１５は非磁性体のハ
ウジング２１により保持されており、前記軸受保
持板１１と一体に構成されている。

このため、アーム部材７は回転軸８を中心に、
上記アーム回転駆動部材１５の駆動力により回転
変位が得られる。

以上のように構成された走査装置において記録
担体１の半径方向に記録担体の中央孔に対する記
録トラツク自身の偏心あるいは記録担体回転用の
スピンドル軸（図中には記していない）の偏心に
より位置変動を伴う場合、ホルダー５中の光検出
器と専用の補償回路（図に記していない）とによ
り位置変動に基づいた制御信号が上記アーム回転
駆動部材１５にフイードバツクされアーム部材７
に所要の回動力が付加されることにより上記ホル
ダー５より投影される走査スポツトは記録トラツ
クに対し高速に追従制御される。また同時に記録
担体１の半径方向に沿つて記録トラツク全域にわ
たり走査スポツトは上記同一のアーム部材７でも
つて低速に送られる。

本実施例において、上記走査スポツトの記録ト
ラツクへの追従性は、例えば記録トラツク100ミ
クロンの記録担体の半径方向変位に対し走査スポ
ツトの中心は0.1ミクロンの誤差範囲で追従する
必要がある。すなわち、記録担体が例えば、
450r.p.mで回転している時その基本周波数成分で
ある7.5Hzにおいて上記偏心成分100ミクロンに対
し定常偏差を0.1ミクロン以内に設定する必要が
あり上記光検出器、補償回路およびアーム回転駆
動部材ならびにアーム部材で構成されるサーボブ
ロツク系の開ループ一巡伝達ゲインを最低60dB
以上必要としそれに対応した走査装置の最適な構
成を設定していく必要がある。

第３図は上記アーム部材を含めたアーム回転駆
動部材の回転方向すなわち記録担体の半径方向に
おける周波数特性を示したもので、上記駆動部材
中のコイルに一定電圧を入力した時のアーム部材
先端の変位と位相を入力電圧の周波数を変化させ
て示したものでアーム駆動部材等に高次の寄生共
振がない場合を示している。

第４図は前記アーム部材を含むサーボブロツク
系の開ループ一巡伝達関数のボード線図（入力変
位に対する出力変位のゲイン）を示したもので、
第３図のアーム系の周波数特性に、ほぼ依存した
特性となり上記必要とされる一巡伝達ゲイン
60dB以上を確保するためには第４図中のボード
線図上でゲインが0dBである周波数（ゲイン交
点）すなわち前記サーボブロツク系の閉ループ特
性において位置変動に対し追従制御が対応できる
周波数を400〜1000Hz付近に配する必要がある。
従つて、上記サーボブロツク系が安定に追従する
ためには、このゲイン交点付近で第４図中の入力
に対する出力の位相遅れが−180゜以上生じないこ
とが重要な要因となる。この位相遅れの大部分は
第３図中のアーム系の周波数特性でありゲイン交
点付近にアーム系の高次の寄生共振がない限りサ
ーボブロツク系内に電気的な補償回路具体的には
位相進み回路を付加することにより上記位相遅れ
を−180゜以内に設定することができ記録トラツク
への追従制御を安定に行なうことができる。

しかし、上記ゲイン交点付近にアーム回転駆動
部材、アーム部材およびアーム部材に取り付けら
れている各部材より成る構造物の寄生共振がある
場合には電気的に補償することが困難である。

これはすでに知られているように、寄生共振が
発生すると、その周波数帯で位相が急激に遅れる
ためである。

一般にこの寄生共振は必要とされるゲイン交点
の周波数に対し３倍以上の周波数帯に存在するよ
う構成が検討されるが、本実施例のアーム部材を
有する走査装置においては、単に回転型の直流モ
ータにアーム部材を結合した構成では回転軸のね
じり振動、曲げ振動あるいはアーム部材の曲げ振
動等の高次の寄生共振が低い周波数帯に発生す
る。

従つて、記録トラツクの追従制御のために、コ
イルのアーム部材への取り付け方法、回転駆動部
材中の回転軸の長さ、直径およびアーム部材の長
さなどに特別の工夫が必要である。

本実施例においては上記アーム回転駆動部材１
５中のコイル１９をアーム部材７に対して回転軸
８と同軸状態に直接取り付けており、これにより
コイル１９を例えば上記回転軸８を介して取り付
けた場合に発生するコイル１９とアーム部材７間
との回転軸のねじれ振動による寄生共振を高い周
波数帯或に移している。すなわち駆動点であるコ
イル１９と走査スポツトを追従させる動作点であ
るアーム部材７間に回転軸８等の弾性部材をでき
るだけ介さない構成にすることにより回転軸８の
形状による共振の影響をなくすことができる。

また上記回転軸８に対しコイル１９を同軸状態
に配することで駆動力のモーメントのバラツキを
おさえ回転軸に関連する不要な共振の発生を抑制
することができる。

さらに、本実施例においては、上記回転軸８を
アーム部材７に対して両側部で軸受支持した構造
にしており、アーム部材７およびアーム部材７に
取り付けられている各部材により、回転軸８がそ
の軸方向に対して直角方向にたわみ振動を起し、
その寄生共振が上記ゲイン交点付近の周波数帯に
生じるのを避けている。例えばアーム部材に対し
その片側部の回転軸のみで支持した場合アーム部
材の慣性モーメントＪ＝120Kg・mm²、回転軸直径
ｄ＝４mm、軸受間距離ｌ＝25mmにおいて、回転軸
に対し直角方向のたわみ振動による寄生共振が
430Hz付近で発生している。このためにこの寄生
共振とゲイン交点付近の周波数帯から除去する必
要があり、１つの方法としては、上記第１の実施
例に示した構造をとる方法と、他の１つは上記た
わみ振動の振動に影響が大きい回転軸８の径を太
くすることである。しかしながら、この回転軸の
直径を大きくすることはそれだけアーム回転駆動
部材の中の各部材も大きくなるため装置自体の小
形化を妨げることになるため本発明の構造のよう
にアーム部材の両側部で軸受支持を行なうことに
よりコンパクトな構成でもつて回転軸の高い剛性
を得ることができる。

更に、本発明の構造においてアーム回転駆動部
材１５中の永久磁石１２とその外周に配した中空
の軟鉄芯１７との空隙１６に油あるいは油の中に
磁性粉を含んだ磁性流体のような粘性流体を封入
することによりアーム部材の回転に伴いその回転
方向に反対でかつ円筒コイルの周速に比例した粘
性力を強制的に生じさせダンピング効果を得るこ
とで上記寄生共振時での位相の遅れおよびゲイン
のピーク値を抑制することができより安定に高速
に追従制御さすことができる。

また、上記空隙内に配されている円筒状コイル
１９を非磁性体の導電材料で形成されたコイルボ
ビン上に巻回したものを用いても上記粘性流体と
同様なアーム部材７の回転方向における寄生共振
のダンピング効果を生じさせる。

本実施例のアーム部材７の軌跡は第５図に示す
よう円弧Ｓの軌跡を描く。

この軌跡は上記アーム部材７の回転中心からの
長さによつて曲率半径は変化する。

記録トラツクのその直角方角に対する位置変動
から見ると上記曲率半径は大きくとる必要がある
が上記アーム部材７の長さの２乗に比例して慣性
モーメントが大きくなり、またアーム部材７の質
量も増える。このため、これまで高周波数帯に存
在した回転軸のたわみ振動およびねじれ振動によ
る寄生共振が、上記ゲイン交点付近の周波数帯に
生じ記録トラツクのアームの追従動作を不安定に
させる。また、アーム部材を高速に記録トラツク
の位置変動に対して追従させているためアーム部
材７の回転方向の横振動による寄生共振がアーム
部材７の長さを大きく取ると上記周波数帯に生じ
る。

本実施例においては、ホルダー５および焦点合
わせ位置決め部材６の質量を25ｇとして、アーム
部材７の長さを50mm〜70mmに設定し、アーム部材
７の断面をその回転方向におけるせん断力に対し
て強い比較的薄板状の形状にして上記記録トラツ
ク追従制御の条件を満足した。

以上実施例について詳細に説明したが、本発明
によれば、記録担体の半径方向における記録トラ
ツクの位置変動に対して走査スポツトの高速な追
従機能はアーム部材と一体であるアーム回転駆動
部材とそれを電気的に駆動すると共に制御できる
手段により達成される。更に、上記アーム回転駆
動部材とアーム部材とにより記録担体の半径方向
における全記録トラツクに対して走査スポツトを
送ることもでき、１つの駆動部材でもつて記録ト
ラツクの追従機能を持たせることができる。

また、上記アーム回転駆動部材を回転軸と同軸
状態に配しているため駆動部材としてコンパクト
にまとめることができる。すなわち、上記アーム
回転駆動部材をアーム部材の回転軸と同軸状態に
配さずアーム部材の一部に配した場合には第５図
のアーム部材回転角Ａで決められる円弧の長さだ
けは最低、磁気回路が必要であるのに対し回転軸
と同軸状に配せば回転軸を中心に円周上に上記磁
気回路を構成できるためアーム回転駆動部材がコ
ンパクトにまとまり、更に駆動力が回転軸に対し
対称に生じるため駆動力のモーメントのバランス
がよく走査装置に対し不要な共振を発生せず安定
な追従制御ができる。

従つて、本発明においては、部品点数の少ない
比較的簡単な構成でもつてしかもコンパクトな光
ビームによる走査装置が実現でき、更に可動鏡を
使用していないため記録担体の記録面に対して常
に光ビームの向きが不変である特徴を持つ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における光学走査装
置の断面図、第２図は上記光学装置中のアーム回
転駆動部材に使用されるコイル形状を示す斜視
図、第３図はアーム部材を含むアーム回転駆動部
の周波数特性を示す図、第４図は本発明の光学走
査装置全体の開ループ一巡伝達関数のボード線
図、第５図は本発明の光学走査装置の平面図であ
る。 １……記録担体、５……ホルダー、６……焦点
合わせ位置決め部材、７……アーム部材、８……
回転軸、１５……アーム回転駆動部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 記録担体の記録トラツクを放射源より得た光
   ビームにより走査する光学走査装置において、上
   記放射源より発生した光ビームを記録担体の記録
   面に走査スポツトとして集光させるレンズ群と、
   上記走査スポツトを記録担体の記録面と垂直な方
   向に対して焦点合わせを行うために電気的に駆動
   および制御される手段を備えた焦点合わせ位置決
   め部材と、その焦点合わせ位置決め部材および上
   記レンズ群を一端に取り付け、上記記録担体の回
   転軸方向と平行に配された回転軸を有しかつ記録
   担体の記録面と平行に回動されるアーム部材と、
   そのアーム部材の他端に配され上記アーム部材回
   転軸を間に上記焦点合わせ位置決め部材と相対す
   る釣合い錘と、そのアーム部材回転軸と同軸状態
   に配され、上記アーム部材をその回転方向に直接
   電気的に駆動および制御されるアーム回転駆動部
   材とより構成され、上記アーム部材の回転軸をア
   ーム部材に対してその両側部で回転自在に支持し
   たことを特徴とする光学走査装置。 ２ アーム回転駆動部材を電気的に駆動、制御す
   る手段を、アーム部材の回転軸に対し同軸状態に
   配した永久磁石とその着磁面と一定の空隙を保つ
   て配した軟鉄芯部材からなる磁気回路とその磁気
   回路の空隙に配置され端部を上記アーム部材に一
   体に取り付けたコイルとより構成したことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の光学走査装
   置。 ３ コイルをアーム部材回転軸に対し同軸状態で
   円筒状に構成したことを特徴とする特許請求の範
   囲第２項記載の光学走査装置。 ４ 釣合い錘をアーム部材の重心がアーム部材回
   転軸上に位置するよう回転軸に対しアーム部材他
   端に配したことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の光学走査装置。 ５ アーム部材回転軸の両側部での支持は２個の
   軸受でもつて回転軸方向に予圧が付加された構成
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の光学走査装置。 ６ アーム回転駆動部材中の磁気回路に設けた空
   隙内に、非磁性体の導電材料で形成したコイルボ
   ビン上に巻回した円筒上コイルを配置したことを
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載の光学走査
   装置。