KR100368201B1 - 광픽업의 대물렌즈 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광디스크에 기록 및 재생을 하는 광픽업의 대물렌즈 구동장치에 관한 것으로, 특히 기존의 포커싱, 트랙킹 방향 외에 틸팅 방향의 제어도 가능하게 구성한 것이다.

이를 위해 본 발명에서는 렌즈홀더(101)의 상부에 부착한 대물렌즈(102)의 양측에 위치하여 일단을 고정부재(103)에 고정시켜 구성한뒤 전압을 인가하면 팽창과 수축에 의해 렌즈홀더(101)의 대물렌즈(102)를 트랙킹방향으로 초점방향을 조절하여 휨의 변형을 일으키는 트랙킹 방향 피에조(104a, 104b)를 구성한 구동부와, 상기 트랙킹 방향 피에조(104a,104b)의 타단에 일단을 고정하고 또 다른 일단은 대물렌즈(102)를 부착한 렌즈홀더(101)의 측면에 고정하여 전압을 인가하면 팽창과 수축에 의해 대물렌즈(102)를 포커싱 방향으로 초점방향을 조절하여 휨의 변형을 일으키는 포커싱 방향 피에조(105a,105b,105c,105d)를 구성한 구동부를 갖는다.

이에 따라 재생 및 기록에 대한 배속 증가에서 요구되는 대물렌즈 고속 구동이 구현되어 대물렌즈의 초점을 기존의 방법보다 빠르게 제어할 수 있게 된다.

Description

광픽업의 대물렌즈 구동장치{Piezoelectric Actuator for optical Pick-up Device}

본 발명은 광디스크에 기록 및 재생을 하는 광픽업의 대물렌즈 구동장치에 관한 것으로, 특히 기존의 포커싱, 트랙킹 방향 외에 틸팅 방향의 제어도 가능하게 구성하여 대물렌즈의 초점을 기존의 방법보다 빠르게 제어할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

일반적으로 LDP(Laser Disk Player), CDP(Compact Disk Player)등 광기록매체(광디스크)를 이용하는 광기록 재생기기에는 레이저등의 광빔을 디스크면에 주사하고 이 디스크로부터 반사되는 광빔을 검출하는 광픽업유니트가 설치되어 있다.

광픽업 유니트는 광빔을 대물렌즈를 통해 디스크면에 주사하고 이로부터 반사되는 빔을 2진 신호로 읽어나간다.

광픽업의 유니트가 신호를 바르게 판독하기 위해서는 광빔을 주사하는 대물렌즈와 디스크간의 일정거리 즉, 초점이 정확히 맞추어져야 하며, 한편으로는 주사된 광빔이 디스크상에 형성된 트랙에 정확히 추종되어야 잡음 없는 정밀한 재생이가능하다.

이렇게 대물렌즈를 구동시키는 동작에 따라 대물렌즈의 초점거리 유지를 포커싱(focusing), 디스크 트랙을 따라 대물렌즈를 움직이는 동작을 트랙킹(tracking)이라 하며 따라서 광픽업유니트에는 대물렌즈를 구동시키면서 포커싱/트랙킹 동작을 수행하기 위한 대물렌즈 구동장치(엑츄에이터)가 있다.

이와 같은 종래의 대물렌즈의 구동장치에 있어서, 와이어스프링 지지형 2차원 엑츄에이터 방식은 도 1과 같이 코일홀더(1)에 부착된 대물렌즈(2), 트랙킹 코일(3) 및 포커싱 코일(4)은 수개의 와이어(5)에 지지되어 있고 그 하부에는 자석(6)이 요크(7)에 부착되어 위치되고 있다.

이와 같이 구성되어 도 2와 같은 트랙킹 코일(3)과 포커싱 코일(4)이 자석(6)에 의해 발생하는 자장과 자기회로를 구성하여 플레밍의 왼손법칙에 따라 초점제어 방향과 트랙킹제어 방향으로 대물렌즈(2)를 상/하, 좌/우로 구동하게 된다.

대물렌즈(2)를 포커싱 방향으로 구동하는 범위는 ±1∼2mm이고 트랙킹 방향으로는 ±0.3∼0.5mm정도이다.

이러한 구동범위를 가지고 디스크를 재생할 경우, 포커싱 방향으로 ±1㎛를, 트랙킹 방향으로는 ±0.1㎛를 추종하도록 되어 있다.

그러나 재생 및 기록의 배속이 높아지면서 대물렌즈(2)를 보다 빠르게 구동하는 것이 요구되며 특히 재생의 경우 40배속까지 재생하기 위해서는 대물렌즈(2)의 빠른 구동이 요구되고 있다.

더욱이 트랙킹 방향으로는 포커싱보다 10배의 정확도를 유지하면서 구동되어야 하는데 기존의 방법으로는 대물렌즈(2)를 빠르게 구동하는 것의 한계가 있다.

또한, 자장에만 있는 코일을 이용하여 구동하므로 효율이 떨어지게 되며 수치적으로는 50%를 넘지 못하게 되고, 트랙킹 구동부와 포커싱 구동부가 일체로 되어 있어 서로간의 크로스토크(crosstalk)가 발생하여 구동의 분리도가 완벽하지 못하다.

이런 이유로 불필요한 진동모드(mode)를 유발시켜 재생 및 기록 동작의 안정성을 저하시킨다.

또 다른 대물렌즈 엑츄에이터의 예로서, 도 3과 같은 형태의 축습동방식(로터리 방식) 엑츄에이터 방식이 구성되어 사용되고 있다.

이 방식은 앞서 설명한 와이어스프링 지지형 2차원 엑츄에이터가 갖는 회전방향 진동을 근본적으로 억제한 것으로 진동은 불필요한 동작으로서 크로스토크나 지터(jitter)에 나쁜 영향을 주는 것으로 알려져 있다.

따라서, 축습동방식 엑츄에이터 방식은 여타 방식에 비해서 좋은 특성을 보이는 것으로 알려져 있지만, 이 방식은 엑츄에이터의 기울어짐만 줄일 수 있을 뿐 디스크의 기울어짐을 능동적으로 보상할 수 없다는 점은 와이어스프링 지지형 2차원 엑츄에이터의 방식과 같다.

또한 움직임을 유발하는 힘은 VCM(Voice Coil Motor)방식으로서, 가동부의 질량이 커서 넓은 대역의 주파수 특성을 갖지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 렌즈홀더의 상부에 부착한 대물렌즈의 양측에 위치하여 일단을 고정부재에 고정시켜 구성한뒤 전압을 인가하면 팽창과 수축에 의해 대물렌즈를 트랙킹 방향으로 초점방향을 조절하여 휨의 변형을 일으키는 트랙킹 방향 피에조에 의한 구동부와, 트랙킹 방향 피에조의 타단에 일단을 고정하고 또 다른 일단은 대물렌즈를 부착한 렌즈홀더의 측면에 고정하여 전압을 인가하면 팽창과 수축에 의해 대물렌즈를 포커싱 방향으로 초점방향을 조절하여 휨의 변형을 일으키는 포커싱 방향 피에조에 의한 구동부로 구성되는 엑츄에이터를 구성하는데 있다.

도 1은 종래의 와이어스프링 지지형 2차원 엑츄에이터의 구성도.

도 2는 종래의 포커싱 액츄에이터의 구조를 보인 도면.

도 3은 종래의 축습동식 엑츄에이터의 구성도.

도 4는 본 발명의 엑츄에이터의 구성도.

도 5는 본 발명의 엑츄에이터의 정면도.

도 6은 본 발명의 엑츄에이터의 평면도.

도 7은 본 발명의 엑츄에이터의 측면도.

도 8는 본 발명으로 피에조의 원리를 보인 도면.

도 9은 본 발명으로 피에조의 원리를 보인 도면.

도 10은 본 발명으로 피에조의 S자 형태의 휨 발행원리를 보인 도면.

도 11은 본 발명으로 전단형 피에조에서 변위 발생원리를 보인 도면.

도 12는 본 발명으로 트랙킹 동작을 보인 도면.

도 13은 본 발명으로 포커싱 동작을 보인 도면.

도 14은 본 발명으로 레이디얼방향 틸팅 동작을 보인 도면.

도 15는 본 발명으로 (a)는 측면에서 본 탄젠셜 방향 틸팅 동작을 도인 도면이고, (b)는 정면에서 본 탄젠셜 방향 틸팅 동작을 보인 도면이다.

*** 도면의 주요부분의 부호의 설명 ***

101 : 렌즈홀더 102 :대물렌즈

103 : 고정부재 104a,104b : 트랙킹 방향 피에조

105a,105b,105c,105d : 포커싱 방향 피에조

본 발명인 "광픽업의 대물렌즈 구동장치"를 도 4 내지 도 15에서 설명하면 다음과 같다.

렌즈홀더(101)에 부착된 대물렌즈(102)를 포커싱/트랙킹방향으로 구동시키며 광디스크에 기록 및 재생을 하는 광픽업의 대물렌즈 구동장치에 있어서, 상기 렌즈홀더(101)의 상부에 부착한 상기 대물렌즈(102)의 양측에 위치하여 일단을 고정부재(103)에 고정시켜 구성한뒤 전압을 인가하면 팽창과 수축에 의해 렌즈홀더(101)의 상부에 고정한 대물렌즈(102)를 트랙킹 방향으로 초점방향을 조절하여 휨의 변형을 일으키는 트랙킹 방향 피에조(104)에 의한 구동부와, 상기 트랙킹 방향 피에조(104)의 타단에 일단을 고정하고 또 다른 일단은 상기 대물렌즈(102)를 부착한 있는 상기 렌즈홀더(101)의 측면에 고정하여 전압을 인가하면 팽창과 수축에 의해 렌즈홀더(101)의 상부에 부착한 대물렌즈(102)를 포커싱방향으로 초점방향을 조절하여 휨의 변형을 일으키는 포커싱방향 피에조(105)에 의한 구동부를 구성하였다.

그리고, 상기 트랙킹 방향 피에조(104) 및 상기 포커싱 방향 피에조(105)는 인가되는 전압에 의해 각 방향으로의 휨변형이 개별적으로 실시되도록 하고, 상기 트랙킹 방향 피에조(104) 및 상기 포커싱 방향 피에조(105)는 각 방향으로의 휨변형이 개별적으로 실시되는 가운데 각 휨변형의 조합으로 양방향(레이디얼, 탄젠셜)으로의 틸팅제어를 실시하도록 하였다.

이와 같이 구성한 본 발명에 의하면 트랙킹 동작과 포커싱 동작을 정확하게 제어할 수 있고, 틸팅 방향의 제어도 가능하게 된다.

이하에서 본 발명의 구성의 특성과 동작과정을 설명한다.

먼저, 본 발명에서는 피에조로 엑츄에이터를 구성하였다.

이것은 광디스크에 기록된 정보열에 포커싱 방향과 트랙킹 방향으로 대물렌즈(102)의 초점을 기존의 방법보다 효율적이고 빠르게 유지하고자 하는 것으로 트랙킹 방향으로 두개의 피에조(104a, 104b)를 채용하였고 ,포커싱 방향으로도 네개의 피에조(105a,105b,105c,105d)를 채용하여 실시될 수 있도록 하였다.

도 4,5 및 도 6,7과 같이 대물렌즈(102)와 렌즈홀더(101)를 일체로 고정한뒤 양측면에 포커싱 방향으로의 피에조(105a,105b,105c,105d)를 연결부재에 의해 고정하였고, 이러한 포커싱 피에조(105a,105b,105c,105d)를 고정부재(103)에 일단을 고정한 트랙킹 피에조(104a,104b)와 연결부재에 의하여 서로 일체를 이루도록 하였다.

이와 같이 일체가 된 피에조의 양면에 전위차를 주면 한면은 팽창하고 다른한면은 수축하여 기준 위치로부터 일정 범위의 변위가 발생하는 원리를 이용하여 대물렌즈(102)를 포커싱 방향과 트랙킹 방향으로 구동하게 된다.

이때, 구동에 필요한 구동력과 주파수 응답은 피에조 특성상 충분하게 된다.

본 발명에 의한 구성의 특성상 트랙킹 동작과 포커싱 동작을 분리 수행하게 되는데 이는 크로스토크가 없으며 빠른 동작을 요구하는 포커싱과 트랙킹 동작에 수월하게 대응할 수 있게 된다.

여기서, 엑츄에이터를 구성하고 있는 피에조의 변위 발생 원리를 설명하면 다음과 같다.

도 8에서 같이 양쪽에 부착된 피에조에 다른 극(AC에서는 위상이 180°차이나는 전압)의 전압을 가하면 팽창과 수축에 의해 특정방향으로 휨이 발생하고, 도 9와 같이 피에조의 사이에 중간심재를 첨가시킨 경우도 같은 휨이 발생하게 되는데 이를 이용하여 도 10과 같이 구성하게 되면 S자 형태의 휨이 발생하여 양쪽 끝단이 각도 차이 없이 변위를 갖게 된다

이를 트랙킹과 포커싱, 틸팅 엑츄에이터에 적용한다.

한편, 포커싱, 틸팅의 경우는 전단형 피에조를 이용할 수 있으며 도 11은 이의 실시예를 보인 것으로 전단형은 서로 다른 전극을 가하게 되면 전단형을 갖는 엑츄에이터로 작용하게 된다.

한편, 본 발명에 의한 각 방향으로의 구동 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 트랙킹 방향의 구동은 도 12에서와 같이 트랙킹 엑츄에이터를 구성하는 트랙킹방향 피에조(104a, 104b)에 전압을 걸면 트랙킹 방향으로 변위가 발생된다.

이때 대물렌즈(102)와 렌즈홀더(101)는 트랙킹 엑츄에이터의 동작을 포커싱 피에조(105a,105b,105c,105d)로 구성한 포커싱 엑츄에이터를 통해 전달받게 되어 트랙킹제어를 하게 된다.

그리고, 포커싱 방향의 구동은 도 13에서와 같이 포커싱 엑츄에이터를 구성하는 포커싱 방향 피에조(105a,105b,105c,105d)를 같은 방향으로 동작시켜 수직방향 변위를 얻는다.

피에조(105a,105b,105c,105d) 각각에 동일 위상의 전압을 가함으로서, 수직방향으로 진동하는 운동을 얻을 수 있다.

이에 따라 연결된 대물렌즈(102)와 렌즈홀더(101)도 수직방향으로 회전운동없이 동작할 수 있다.

그리고, 레이디얼 방향의 구동은 도 14에서와 같이 포커싱 엑츄에이터를 구성하는 포커싱방향 피에조(105a,105b,105c,105d)를 선택적으로 동작시켜 레이디얼방향 회전운동을 얻는다.

피에조(105a,105c)에 같은 위상, 피에조(105b,105d)에는 피에조(105a,105c)와 반대되는 위상의 전압을 가함으로서, 레이디얼 방향의 회전운동을 발생시킨다.

이에 따라 연결된 대물렌즈(102)와 렌즈홀더(101)도 레이디얼 방향으로 회전 운동할 수 있다.

그리고, 탄젠셜 방향의 구동은 도 15a 및 도 15b에서와 같이 포커싱 엑츄에이터를 구성하는 피에조(105a,105b,105c,105d)를 선택적으로 동작시켜 탄젠셜 방향회전운동을 얻는다.

피에조(105a,105b)에 같은 위상을 피에조(105c,105d)에는 피에조(105a,

105b)와 반대되는 위상의 전압을 가함으로서, 탄젠셜 방향의 회전운동을 발생시킨다.

이에 따라 연결된 대물렌즈(102)와 렌즈홀더(101)도 탄젠셜 방향을 회전운동할 수 있다.

각 방향 운동이 결합되어 있을 때는 트랙킹 엑츄에이터는 포커싱 엑츄에이터, 틸팅 엑츄에이터와 완벽하게 분리되어 있으므로, 제어시 완전히 별도로 제어가 가능하다.

그런데 포커싱과 틸팅은 동일 엑츄에이터를 사용하므로 제어시에 구동전압은 각 방향입력값(전압)을 단순히 중첩하여 입력해 주면 된다.

이상에서와 설명한 바와 같이 본 발명은 피에조를 이용한 엑츄에이터를 구성함으로써, 트랙킹 동작과 포커싱 동작을 확실하게 구분하여 구동할 뿐 아니라 , 넓은 대역에서 고른 특징을 보이며, 특히 양방향(레이디얼, 탄젠셜)으로의 틸팅제어가 가능하게 된다.

이에 따라 재생 및 기록에 대한 배속 증가에서 요구되는 대물렌즈 고속 구동이 구현되어 대물렌즈의 초점을 기존의 방법보다 빠르게 제어할 수 있게 된다.

Claims (5)

1. 대물렌즈의 엑츄에이터로서 포커싱 방향 피에조와 트랙킹 방향 피에조를 구성하여 코일홀더에 부착된 대물렌즈를 구동시키고, 정보를 광디스크에 기록하거나 재생 하는 광픽업의 대물렌즈 구동장치에 있어서,

   상기 대물렌즈 구동장치는,

   트랙킹 방향으로 두 개의 트랙킹 방향 피에조를 나란히 배치하여 그 일단은 고정부재로 고정하여 트랙킹 방향 피에조를 대칭적으로 구성하고,

   포커싱 방향으로는 2개 1조의 포커싱 방향 피에조를 쌍방향으로 트랙킹 방향 피에조의 내벽면에 각각 설치하여 이루어지며,

   상기 대물렌즈가 탑재된 렌즈홀더는 상기 포커싱 방향의 피에조가 만나는 중앙부에 위치하여 포커싱방향 피에조에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 광픽업의 대물렌즈 구동장치.
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