KR19980025614A - 광픽업 구동용 액츄에이터 - Google Patents

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Abstract

이 발명은 컴팩트디스크플레이어(CDP)나 레이저디스크플레이어(LDP), 광디스크드라이버(ODD) 등의 광디스크장치의 광픽업 구동용 액츄에이터 중 근사트래킹 액츄에이터에 회전형 모터 대신 왕복운동을 하는 음성코일모터를 채용하고 영구자석과 요크를 근사트래킹과 정밀트래킹 및 포커싱에 공통적으로 사용하는 광픽업 구동용 액츄에이터에 관한 것이다. 종래에는 DC모터(또는 스테핑모터)의 회전력을 직선운동으로 변환하는 기구가 필요하거나 구조물의 무게와 마찰이 커서 액세스 효율이 낮았지만, 근사트래킹을 담당하는 액츄에이터와 정밀트래킹·포커싱 액츄에이터 모두를 VCM으로 구현할 경우에는 회전운동을 직선운동으로 변환하는 기구는 물론, 영구자석과 요크로 이루어지는 자기회로부를 공통으로 사용할 수 있어 구조물 전체의 무게와 부피가 작아진다는 점에 착안하여, 근사트래킹용 자기회로부와 정밀트래킹·포커싱용 자기회로부를 겸용으로 한 광픽업 구동계를 설계하였다. 이로써, 액츄에이터에 실린더 운동부의 무게를 줄여 전체 광픽업 구동계의 구조를 단순·소형화 시켜 액세스효율 및 동특성을 향상시킬 수 있다.

Description

광픽업 구동용 액츄에이터
이 발명은 광픽업(pick-up) 구동용 액츄에이터(actuator)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 이 발명은 컴팩트디스크플레이어(CDP)나 레이저디스프클레이어(LDP), 광디스크드라이버(ODD) 등의 광디스크장치의 광픽업 구동용 액츄레이터 중 근사트래킹 액츄에이터에 회전형 모터 대신 왕복운동을 하는 음성코일모터를 채용하고 영구자석과 요크를 근사트래킹과 정밀트래킹 및 포커싱에 공통적으로 사용하는 광픽업용 액츄에이터에 관한 것이다.
광픽업 구동시스템에서의 액츄에이터란 CDP, LDP, ODD 등의 광디스크장치의 데이터 기록이나 판독을 위한 자기헤드나 액세스암을 탑재한 광픽업기구를 구동하고 자기헤드를 디스크 반경 방항으로 이동시켜서 목표 트랙 상에 위치를 정하는 데(이를 “트래킹”이라 한다) 사용하는 모터를 말한다. 이러한 광픽업용 액츄에이터는, 수㎛의 위치정밀도를 갖고 30㎜ 정도 이동하는 근사트래킹(course tracking) 액츄에이터와 0.1㎛ 정도의 위치정밀도를 갖고 수십 ㎛ 정도 이동하는 정밀트래킹(fine traking) 액츄에이터로 구성된다. 또한 트래킹과는 별도로 일정 트랙 위에서 상하로 미세하게 광픽업을 움직여 레이저광의 초점을 잡는 포커싱 액츄에이터도 필요하다. 통상, 근사 트래킹 액츄레이터로는 회전운동을 하는 DC모터나 스테핑모터를 쓰고, 정밀트래킹이나 포커싱 액츄에이터로는 음성코일모터를 쓰고 있다.
음성코일모터(voice coil motor, 이하, VCM이라 한다)란 스피커의 음성코일에 흐르는 음성전류와 영구자석에서 발생하는 자기력 사이에 플레밍의 왼손법칙에 의한 힘이 발생하여 스피커의 진동판이 앞뒤로 진동하는 것에 착안하여 개발된 모터이다. DC모터 또는 스테핑모터가 회전운동을 하는 것에 비해, 이 VCM은 짧은 거리를 직선 왕복운동하기 때문에 정밀트래킹이나 포커싱에 사용된다.
종래의 광픽업 구동계 중 대표적인 것 두 가지를 소개하기로 한다.
그 한 예로서, 제1도는 근사트래킹용으로 DC모터를 사용하고 정밀트래킹 및 포커싱용으로 VCM을 사용하는 기구를 나타내는 구성도이다. 그림을 보면, 이 광픽업 구동부는 광픽업의 근사프래킹을 담당하는 DC모터(11)와, 이 DC모터(11)의 회전운동을 직선운동으로 변환하는 랙피니언(13) 또는 리드스크류(도시 안됨)와, 광픽업의 정밀트래킹과 포커싱을 담당하는 VCM(12)과, 원통형 부쉬(14)와 그 안에서 미끄럼운동을 하는 안내봉(17)으로 이루어진 안내부로 구성되어 있다. 위 VCM(12)은, 대물렌즈가 고정된 보빈(15)에 정밀트래킹용 여자코일과 포커싱용 여자코일이 감져지는데 이 코일들은 보빈(15) 주위에 장치된 영구자석과 상호작용하여 플레밍의 왼손법칙에 의한 음성 코일모터 원리에 의하여 포커싱 방향(광디스크면과 수직한 방향)과 트래킹 방향(광디스크면과 수평한 방향)으로 정밀 고속운동을 하게 된다. 이때 네 개의 평행 와이어(16)나 판스프링(도시 안됨)이 보빈 몸체(15)를 탄성적으로 지지하여 정밀트래킹 및 포커싱 동작시 고정점 역할을 한다.
그러나, 이와 같은 광픽업 구동계에서는 DC모터(또는 스테핑모터)의 회전운동을 직선운동으로 바꾸는 장치가 필요하며 정밀트래킹 및 포커싱 액츄에이터를 구동하기 위한 영구자석과 요크 등의 무게를 포함하여 전체 무게가 크고 이 부품들이 주로 근사트래킹 액츄에이터의 운동부에 실리기 때문에, 근사트래킹 액츄에이터의 운동속도를 방해하는 요인이 된다. 따라서 광픽업의 액세스시간이 길어진다. 또한, 부쉬(14)와 안내봉(17) 사이에 미끄럼마찰이 수반되기 때문에, 백래쉬(backlash)가 생기고 마찰이 커서 정밀·고속 구동이 어려운 문제가 있다. 더욱이, 이 구조에서는 운동부에 실려 있는 이들 부품들을 항상 일정 형태를 유지하기 위해 견고한 구조물에 고정해야 하기 때문에 지지 구조물의 무게가 무거워진다. 이는 근사트래킹 액츄에이터에 큰 부담을 줄 뿐 아니라 광픽업 구동기구 전체의 부피를 크게 만든다.
다른 예로서, 미합중국 특허 제373788호[출원일: 1982. 4. 30., 발명의 명칭: 광디스크 장치(Optical Disk Apparatus), 발명자: 츠네시요코타(일본국)]에는 DC모터와 리드스크류 대신에 선형모터를 이용하여 근사트래킹을 하고 미러를 이용하여 정밀 트래킹과 포커싱을 하는 기구가 개시되어 있다. 이 발명에 따르면, 회전형 모터가 쓰이지 않기 때문에 회전력을 직선운동으로 변환하는 장치는 필요없게 되었지만, 근사트래킹 구동계와 정밀트래킹·포커싱 구동계가 독자적으로 존재하기 때문에 구조물 전체의 무게가 크다는 단점은 여전히 갖고 있다.
이에, 본 발명자들은 이러한 종래의 광픽업 구동용 액츄에이터가 갖고 있는 문제점을 해결하기 위하여 예의 연구 노력한 결과, 종래에는 DC모터(또는 스테핑모터)의 회전력을 직선운동으로 변환하는 기구가 필요하거나 구조물의 무게와 마찰이 커서 액세스 효율이 낮았지만, 근사트래킹을 담당하는 액츄에이터와 정밀트래킹·포커싱 액츄에이터 모두를 VCM으로 구현할 경우에는 회전운동을 직선운동으로 변환하는 기구는 물론, 영구자석과 요크로 이루어지는 자기회로부를 공통으로 사용할 수 있어 구조물 전체의 무게와 부피가 작어진다는 점에 착안하여, 근사트래킹용 자기회로부와 정밀트래킹·포커싱용 자기회로부를 겸용으로 한 광픽업 구동계를 설계하였다. 이로써, 액츄에이터에 실리더 운동부의 무게를 줄여 전체 광픽업 구동계의 구조를 단순·소형화 시켜 액세스효율 및 동특성을 향상시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명은 완성하게 되었다.
결국, 본 발명의 주목적은 종래의 근사트래킹 액츄에이터에 의해 발생하던 마찰력을 줄이고 운동부의 무게를 줄여 전체 광픽업 구동계의 구조를 소형·경량화시켜 액세스효율 및 동특성을 향상시킬 수 있도록 한, 광픽업 구동용 액츄에이터를 제공하는 것이다.
제1도는 종래의 광픽업 구동기구이다.
제2도(가)는 본 발명에 따른 액츄에이터를 적용한 광픽업 구동기구이다.
제2도(나)는 제2도(가)에 나타낸 구동기구 중 근사트래킹 액츄에이터의 자기회로부를 나타낸다.
제2도(다)는 제2도(가)에 나타낸 구동기구 중 정밀트래킹 및 포커싱 구동기구를 나타낸다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
11: DC모터 또는 스테핑모터12: 음성코일모터
21: 근사트래킹 액츄에이터22: 정밀트래킹 및 포커싱 액츄에이터
23: 볼부쉬안내봉24: 영구자석
25: 외측요크26: 내측요크
27: 근사트래킹용 여자코일27': 정밀트래킹용 여자코일
27: 포커싱용 여자코일28: 지지용 와이어
29: 정밀트래킹 및 포커싱 액츄에이터 몸체 겸 보빈
제2도(가)는 본 발명에 따른 광픽업 구동기구를 개략적으로 나타낸다. 그 구성을 보면, 이 광픽업 구동기구는 근사트래킹 액츄에이터인 VCM(21)과 정밀트래킹 및 포커싱 액츄에이터인 VCM(22)을 중심으로 하여 구성된다.
근사트래킹 VCM(21)은 볼부쉬안내봉(23)에 의해 지지되어 구름마찰을 수반하는 직선운동을 한다. 이 VCM(21)의 내부 공간에는, 한 쌍의 영구자석(24)과 이 영구자석에서 발생하는 자기력을 인도하는 한 쌍의 내측요크(26)와 외측요크(25)가 설치되어 이후 설명할 여자코일과 함께 자기회로부를 형성한다.
정밀트래킹 및 포커싱 VCM(22)은 근사트래킹 VCM(21)의 한 면에 고정되어 이 근사트래킹 VCM(21)의 운동시(근사트래킹시) 함께 움직이고, 독자적으로 미소거리를 직선운동(정밀트래킹) 할 수 있으며, 트래킹방향과 상하 연직으로 직선운동(포커싱)할 수 있따. 위 근사트래킹 VCM(21)과 마찬가지로, 이 정밀트래킹 및 포커싱 VCM(22)에서도 상기 영구자석(24) 한 쌍과 내·외측요크(26, 25) 각 한 쌍이 자기회로를 구성한다.
제2도(나)는 이들 VCM(21, 22)의 동작원리를 설명하기 위한 단면도이다. 그림을 보면, VCM(21)의 내부공간으로 영구자석(24)과 내·외측요크(26, 25)가 지나가는 데, 영구자석(24)과 내측요크(26) 사이의 공간으로 근사트래킹용 여자코일(27)과 정밀 트래킹용 여자코일(27')이 설치되어 자기회로부를 이룸을 알 수 있다. 제2도(나)에는, 근사트래킹용 여자코일(27)과 정밀트래킹용 여자코일(27')이 겹쳐져 그려져 있지만, 실제로는 근사트래킹용 여자코일(27)은 근사트래킹 액츄에이터 몸체에, 정밀트래킹용 여자코일(27')은 정밀트래킹 및 포커싱 액츄에이터 몸체에 각각 부착되어 있다(제2도(다) 참조).
근사트래킹용 여자코일(27)에 전류(Ict)가 흐르면 영구자석(24)에 의해서 발생된 자기력(B)과 이 전류(Ict)가 직각이 되어 플레밍의 왼손법칙에 의해 VCM(21)은 근사트래킹 방향(제2도(나)의 x축 방향)으로 움직이게 된다. 같은 원리로, 정밀트래킹용 여자코일(27')에 전류(Ift)가 흐르면 영구자석(24)에 의해서 발생된 자기력(B)과 이 전류(Ift)가 직각이 되어 플레밍의 왼손법칙에 의해 VCM(22)은 정밀트래킹 방향(제2도(나)의 x축 방향)으로 움직이게 된다. 정밀트래킹 및 포커싱 액츄에이터 몸체는 탄성이 있는 와이어나 판스프링에 의해 근사트래킹 액츄에이터 몸체에 지지된채 미소거리를 이동하여 정밀한 트래킹 동작을 한다.
정밀트래킹과 포커싱을 담당하는 액츄에이터 VCM(22)의 구조와 동작원리에 대해 설명한다. 그 구조를 보면, 이 VCM(22)은 제2도(다)와 같이 서로 평행한 와이어(28) 네 개로 VCM(21)의 몸체에 고정된다. 이들 와이어(28)는 VCM(22) 몸체를 탄성적으로 지지하여 이 VCM(22)이 독자적으로 정밀트래킹 및 포커싱 방향으로 운동할 때의 지지점 역할을 한다. 자기회로부는 위에서 설명한 바와 같이 영구자석(24)과 내·외측 요크(26, 25) 및 그 사이를 지나가는 정밀트래킹용 여자코일(27')로써 구성된다.
구조상 이 VCM(22)이 근사트래킹 VCM(21)과 다른 점은 포커싱용 여자코일이 추가된다는 것이다. 근사트래킹 VCM(21)의 몸체 내부에 삽입되는 여자코일(27)은 단순한 사각 솔레노이드 형태로 감긴 것이지만, 정밀트래킹 VCM(22)에는, 근사트래킹 VCM(21)에 사용된 것과 유사한 형태의 정밀트래킹용 여자코일(27') 이외에 VCM(22)의 몸체를 이루는 보빈(29)의 네 모서리와 평행하도록 각 모서리에 연한 각 면에 부착된 포커싱용 여자코일(27)이 추가된다. 이 포커싱용 여자코일(27)은 평면사각으로 감은 코일을 보빈(29)의 각 모서리를 기준으로 각 면에 닿도록 꺾어 접는 방법으로 부착 할 수도 있고, 보빈(29)의 각 모서리에 연한 면에 홈을 파서 코일을 감는 방법으로 부착할 수도 있다.
이렇게 구성된 정밀트래킹 및 포커싱 VCM(22)의 동작원리는 앞서 설명한 근사 트래킹 VCM(21)의 동작원리와 유사하다. 근사트래킹용 여자코일(27)의 권선 방향과 같은 방향으로 감긴 정밀트래킹용 여자코일(27')에 의해서 근사트래킹 VCM(21)과 같이 트래킹 방향(x축 방향)으로 운동하고, 포커싱용 여자코일(27)에 의해서 포커싱 방향(z축 방향)으로 운동한다. 포커싱용 여자코일(27)에 흐르는 전류의 방향이 프래킹용 여자코일(27')에 흐르는 전류의 방향에 대해 직각으로 바뀌기 때문이다.
앞에서 설명한 것과 같이, 근사트래킹 VCM(21)은 볼부쉬안내봉(23)에 지지되어 직선운동을 하는데 비해, 정밀트래킹 동작과 포커싱 동작시의 VCM(22)은 평행한 와이어(28) 네 개에 의해 탄성적으로 지지된다. 이들 와이어(28) 대신에 적정한 개수의 판스프링을 사용하는 것도 가능한데, 전체 구동기구의 구조와 조립방식에 따라 적당한 것을 선택할 수 있다. 이러한 구조에서 발광다이오드, 수광다이오드, 기타 광학소자들은 근사트래킹 액츄에이터인 VCM(21) 아래의 임의 위치에 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 광픽업 구동계에서는 종래의 DC모터를 쓰는 경우보다 에너지 절약효과를 대폭 도모할 수 있다. 회전운동을 직선운동으로 변환하는 기구가 필요없고 자기회로부를 근사트래킹과 정밀트래킹 및 포커싱에 공용으로 사용할 수 있어, 구동기구 전체의 무게가 줄어들기 때문이다.
기존에는 광픽업(광학헤드)부에 영구자석과 요크 등을 올려 놓음으로써 광픽업부의 무게가 증가하여 액세스시간에 한계가 있었지만, 본 발명에 따른 광픽업 구동계에서는 영구자석과 요크를 광픽업부 위에 얹지 않고 액츄에이터 내부공간의 임의 위치에 설치할 수 있기 때문에 광픽업부의 부피와 무게를 줄여 액세스시간을 줄이는 효과을 얻을 수 있다. 특히 CD-ROM등과 같이 주로 임의접근(램덤액세스)용으로 사용하는 경우에는 보다 빠른 액세스효율을 거둘 수 있다. 더욱이, 영구자석과 요크부가 액츄에이터 위에 얹히지 않기 때문에 종래의 광픽업의 높이를 줄일 수 있어, 포터블형 CD 플레이어 등과 같은 박형 제품에의 응용에 큰 이득을 가져올 수 있다.

Claims (3)

  1. 근사트래킹, 정밀트래킹 및 포커싱 기능을 수행하는 광픽업 구동용 액츄에이터에 있어서,
    내부공간이 빈 근사트래킹 액츄에이터 몸체;
    상기 근사트래킹 액츄에이터 몸체가 미끄럼운동을 하도록 이 근사트래킹 액츄에이터 몸체의 양단부를 광통하는 한 쌍의 볼부위안내봉;
    상기 볼부위안내봉에 평행하게 상기 근사트래킹 액츄에이터 몸체의 내부 공간을 관통하도록 설치된 한 쌍의 봉상 영구자석;
    상기 근사트래킹 액츄에이터 몸체의 내부공간을 상기 각 영구자석에 평행하게 일정거리 떨어져 관통하는 한 쌍의 내측요크;
    상기 근사트래킹 액츄에이터 몸체의 내부공간을 상기 각 영구자석에 평행하게 일정거리 떨어져 관통하는 한 쌍의 외측요크;
    상기 영구자석과 내측요크 사이의 공간에 삽입되어, 상기 근사트래킹 액츄에이터 몸체가 트래킹 방향으로 운동하도록 상기 영구자석에서 발생하는 자기장 방향에 수직으로 여자전류를 흘리기 위한 근사트래킹용 여자코일;
    상기 영구자석과 내측요크 사이의 공간에 삽입되며 상기 근사트래킹 액츄에이터 몸체의 측면에 설치되는 정밀트래킹 및 포커싱 액츄에이터 몸체;
    상기 정밀트래킹 및 포커싱 액츄에이터 몸체를 상기 근사트래킹 액츄에이터 몸체에 고정하기 위한 지지수단;
    상기 정밀트래킹 및 포커싱 액츄에이터 몸체의 표면에 부착되어, 상기 정밀트래킹 및 포커싱 액츄에이터 몸체가 트래킹 방향으로 운동하도록 상기 영구자석에서 발생하는 자기장 방향에 수직으로 여자전류를 흘리기 위한 정밀트래킹용 여자코일; 및,
    상기 정밀트래킹 및 포커싱 액츄에이터 몸체의 각 모서리에 부착되어, 상기 정밀트래킹 및 포커싱 액츄에이터 몸체가 포커싱 방향으로 운동하도록 상기 영구자석에서 발생하는 자기장 방향과 수평직각으로 여자전류를 흘리기 위한 포커싱용 여자코일로 구성된 광픽업 구동용 액츄에이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 영구자석과 내·외측요크는, 외측요크, 영구자석, 내측요크, 내측요크, 영구자석 및 외측요크의 순서로 상기 근사트래킹 액츄에이터 몸체의 내부공간에 대칭적으로 설치되는 광픽업 구동용 액츄에이터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지지수단은 상기 영구자석에서 발생하는 자기장 방향과 평행하도록 장착된 와이어 또는 판스프링인 것을 특징으로 하는 광픽업 구동용 액츄에이터.
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