KR200171091Y1 - 광픽업의 대물렌즈 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 광픽업의 대물렌즈 구동장치에 관한 것으로 대물렌즈에 대한 충분한 구동력과 안정된 주파수 응답 대역을 가지는 구동방식을 적용 함으로서 고 배속의 재생과 기록에 유리하게 대응할 수 있도록 하는 것이다.

본 고안의 대물렌즈 구동장치는, 대물렌즈(20) 구동 방향에 따라 트랙킹 방향으로는 전위차에 의해 변위되는 피에조(21)를 설치하여 트랙킹 구동부로 만들어 지며, 트랙킹 구동부와 평행하게 설치되어 전위차에 반응하여 변위를 일으키고 이로부터 대물렌즈를 구동 시키기 위해 포커싱 방향으로 설치된 수개의 가동부재(22)와, 가동부재를 변위 시키기 위해 가동부재 안쪽에 설치된 코일(23) 및 요크(24) 그리고 자석(25)으로 이루어지는 가동부재 구동용 포커싱 구동계, 트랙킹 구동부 그리고 포커싱 구동부를 연결하는 연결부재(26)로 이루어진다.

이에 따라 재생 및 기록에 대한 배속 증가에서 요구되는 대물렌즈 고속 구동이 구현 되고, 재생 및 기록 동작의 안정성과 신뢰성이 향상 된다.

Description

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

본 고안은 광픽업의 대물렌즈 구동장치에 관한 것으로 더 상세하게는 대물렌즈에 대한 충분한 구동력과 안정된 주파수 응답 대역을 가지는 구동방식을 적용 함으로서 고 배속의 재생과 기록에 유리하게 대응할 수 있도록 하는 것이다.

일반적으로 LDP(Laser Disk Player), CDP(Compact Disk Player)등 광기록매체(광디스크)를 이용하는 광기록 재생기기에는, 레이저 등의 광 빔을 디스크면에 주사하고, 이 디스크로부터 반사되는 광빔을 검출하는 광픽업 유니트가 설치되어 있다. 광픽업 유니트는 광빔을 대물렌즈를 통해 디스크면에 주사하고 이로부터 반사되는 빔을 2진신호로 읽어나간다. 광픽업 유니트가 신호를 바르게 판독하기 위해서는 광빔이 주사되는 대물렌즈와 디스크간의 일정거리 즉, 초점이 정확히 맞춰져야 하며, 한편으로는 주사된 광빔이 디스크상에 형성된 트랙에 정확히 추종되어야 잡음없는 정밀한 재생이 가능하다.

이렇게 대물렌즈를 구동 시키는 동작에 따라 대물렌즈의 초점거리 유지를 포커싱(focusing), 디스크 트랙을 따라 대물렌즈를 움직이는 동작을 트랙킹(tracking) 이라 하며, 따라서 광픽업 유니트에는, 대물렌즈를 구동 시키면서 포커싱/트랙킹 동작을 수행하기 위한 대물렌즈 구동장치가 있다.

도 1은 전형적인 와이어 스프링 지지형 2차원 광픽업 엑츄에이터를 나타낸다. 주요부분은 자장을 형성하기 위한 자석(2) 및 요크(3)가 설치되는 베이스(1), 이 베이스(1)에 고정되는 홀더(4), 홀더(4)에 일단이 고정되어 전원과 연결되는 복수의 와이어(5), 와이어(5)의 타단에 결합되어 수평/수직이동 가능하게 지지되고 일측에 대물렌즈(6)가 얹혀지는 코일홀더(7), 코일홀더(7)에 권취되어 자석(2) 및 요크(3)에 의해 형성된 자장과 상호 작용으로 전자기력을 발생 시키는 포커싱코일(8) 및 트랙킹코일(9), 전류를 화이어(5)를 통해 포커싱코일(8) 및 트랙킹코일(9)에 전달하기 위한 기판(10)을 구비한다.

따라서 코일홀더(7)에 부착된 대물렌즈(6), 포커싱코일(8)/트랙킹코일(9)은 수개의 와이어(5)에 지지되어 있으며, 그 하부에는 자석(2)이 요크(3)에 부착되어 있는 형태로서, 도 2와 같이 포커싱코일(8)과 트랙킹코일(9)이 자석(2)에 의해 발생하는 자장과 자기회로를 구성하여 플래밍의 왼손법칙에 따라 초점 포커싱 방향과 트랙킹 방향으로 대물렌즈(6)를 상하 좌우로 구동하게 된다. 이때 힘의 크기는 마그네트의 자속밀도와, 코일의 유효길이와 권선수 그리고 전류의 세기의 관계에 비례하여 결정된다.

대물렌즈(6)를 포커싱 방향으로 구동하는 범위는 ±1~2㎜ 이고, 트랙킹 방향으로는 ±0.3~0.5㎜ 정도 이다.

이러한 정도의 구동범위를 가지고 CD를 재생할 경우 포커싱 방향으로는 ± 1㎛를, 트랙킹 방향으로는 ± 0.1㎛를 추종하도록 설계되어 있다.

그러나 재생 및 기록에 대한 배속이 증가하면서, 특히 재생의 경우 40배속 까지 재생하기 위해서는 대물렌즈(6)를 더 빠르게 구동하는 것이 요구된다. 더우기 트랙킹 방향으로는 포커싱 보다 10배의 정확도를 유지하면서 구동 시키는 것이 필요하다.

그러나 와이어 스프링 지지형 2차원 엑츄에이터(대물렌즈 구동장치)와 같은 방식으로는 대물렌즈를 포커싱/트랙킹 방향으로 빠르고 제대로 구동 시키는 것이 어렵고 한계가 있다.

또한 자장 안에만 있는 코일을 이용하여 구동되므로 효율이 떨어지는데, 수치적으로 대략 50%를 넘지 못하는 것으로 나타났다.

스프링 지지형 2차원 엑츄에이터에는 구조적으로 트랙킹/포커싱 구동부가 일체로 되어 있어 서로간의 간섭과 크로스토크(crosstalk)가 발생하여 구동의 분리도가 완전하지 못하다. 이는 연쇄적으로 불필요한 진동 모드(mode)를 발생시켜 재생 및 기록 동작의 안정성을 저하 시킨다.

따라서 본 고안의 목적은 재생 및 기록에 대한 배속 증가에서 요구되는 광픽업 엑츄에이터 대물렌즈의 고속 구동을 구현 하는 것이다.

본 고안의 다른 목적은 대물렌즈의 구동력을 충분하게 유지하면서도 안정된 주파수 응답성을 갖도록 하는 광픽업 엑츄에이터를 제공하는 것이다.

이러한 본 고안의 목적을 달성하기 위한 광픽업 대물렌즈 구동장치는,

(1) 대물렌즈 구동 방향에 따라 트랙킹 방향으로는 전위차에 의해 변위되는 피에조를 설치하여 트랙킹 구동부로 만들어 지며,

(2) 트랙킹 구동부와 평행하게 설치되어 전위차에 반응하여 변위를 일으키고 이로부터 대물렌즈를 구동 시키기 위해 포커싱 방향으로 설치된 수개의 가동부재와,

(3) 상기 가동부재를 변위 시키기 위해 가동부재 안쪽에 설치된 코일 및 요크 그리고 자석으로 이루어지는 가동부재 구동용 포커싱 구동계와,

(4) 트랙킹 구동부 그리고 포커싱 구동부를 연결하는 연결부재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

선택적으로, 포커싱 방향에 설치된 가동부재가 연결부재와 프레임에 의해 지지되는 판스프링인 것을 특징으로 한다.

선택적으로, 코일.요크.자석으로 이루어지는 가동부재 구동용 포커싱 구동계에서 코일 보다 무거운 자석과 요크를 고정측에 두고 상대적으로 가벼운 코일을 구동측에 두는 것을 특징으로 한다.

선택적으로, 자석은, 자속의 방향을 왼쪽으로 두기 위하여 NS의 순서로 극을 배열하고, 전류의 방향은 지면을 뚫고 나오거나 들어가는 방향으로 유지 시켜 설치하고, 대응되는 수직방향의 지면에는 코일을 장착한 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 와이어 스프링 지지형 2차원 엑츄에이터

도 2는 도 1의 포커싱 엑츄에이터 구조를 보인 도면

도 3은 본 고안에 따른 광픽업 대물렌즈 구동장치의 구성을 보인 도면

도 4는 본 고안에 따른 트랙킹 동작의 예를 보인 도면

도 5는 본 고안에 따른 포커싱 동작의 예를 보인 도면

도 6은 본 고안에 따른 전위차에 의한 포커싱 구동 원리를 설명하기 위한 것으로 (A)는 변위 전 (B)는 변위의 발생 상태

도 7은 본 고안에 따른 포커싱 구동 원리를 설명하기 위한 것으로 (A)는 변위 전 (B)는 변위의 발생 상태

도 8의 (A)(B)는 전류 흐름 방향에 따르는 포커싱 구동의 결정 방향을 표시한 도면

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

20:대물렌즈 21:피에조(piezo)

22:가동부재 23:코일

24:요크 25:자석

26:연결부재 27:판스프링

28:보빈 29:프레임

30:세라믹층 31:중간심재

이렇게 광픽업 대물렌즈 구동에서 트랙킹 구동부를 피에조를 구동원으로 하고 포커싱 구동부를 탄력 변위되는 가동부재를 구동원으로 이용하면 광 디스크에 피트(pit)형태로 기록된 정보열에 대하여 원하는 포커싱 방향과 트랙킹 방향으로 대물렌즈를 효율적이고 신속하게 구동 시킬 수 있다.

이하, 본 고안의 실시예에 따른 광픽업 대물렌즈 구동장치를 도면을 참고로 설명하면 다음과 같다.

도 3은 광픽업의 대물렌즈 구동장치를 나타낸 것으로 본 고안의 구성예 이다. 도 4는 본 고안에 따른 대물렌지 트랙킹 동작의 예이며, 도 5는 포커싱 동작의 예이다. 도 6 그리고 도 7은 각각 본 고안에 의해 나나타는 트랙킹/포커싱 방향으로의 구동 원리를 도식적으로 표시한 것이다.

본 고안을 도 3에서 보면, 대물렌즈(20) 구동 방향에 따라 트랙킹 방향으로는 전위차에 의해 변위되는 피에조(21)를 설치하여 트랙킹 구동부로 만들고, 포커싱 방향으로는 트랙킹 구동부와 평행하게 위치하여 전위차에 반응하여 변위를 일으키고 이로부터 대물렌즈(20)를 구동 시키는 수개의 가동부재(22)를 설치하여 포커싱 구동부를 만든다.

가동부재(22)에는 안쪽에 코일(23) 및 요크(24) 그리고 자석(25)이 차례로 설치되어 가동부재(22) 구동용 포커싱 유니트로 제공되며, 트랙킹 구동부 그리고 포커싱 구동부 사이에는 연결부재(26)를 설치하여 이들을 연결시킨 형태이고, 가동부재(22)는 길이 방향으로 길이가 있는 판스프링(27)을 적용했다.

대물렌즈(20)는 보빈(28)에 올려져 고정되어 있으며, 피에조(21)가 보빈(28)에 결합되고 피에조(21)의 끝은 가동부재(22)와 연결부재(26)를 통해 연결된다.

가동부재(22) 안에 집속되는 코일(23).요크(24).자석(25)의 배열은 코일(23) 보다 무거운 자석(25)과 요크(24)를 고정측에 두고 상대적으로 가벼운 코일(23)을 구동측에 두어 전류 흐름에 대한 반응성을 고려한다.

자석(25)은, 도 3과 같이 왼쪽이 트랙킹 피에조(21) 오른쪽이 포커싱 구동부로 이루어지는 배치 구조에서, 자속의 방향을 왼쪽으로 두기 위하여 도 7과 같이 자석을 NS의 순서로 극을 배열하고, 도 8과 같이 전류의 방향은 지면을 뚫고 나오거나 들어가는 방향으로 유지 시켜 설치하며, 대응되는 수직방향의 지면에는 코일을 장착하여 구성한다.

대물렌즈(20)가 보빈(28)에 올려진 상태로 고정되어 있고, 보빈(28)을 피에조(21)와 연결 시켜 트랙킹 구동부로 하고, 연속적으로 판스프링(27)과 같은 가동부재(22)를 프레임(29)에 지지시켜 포커싱 구동부로 만들어서 전위차를 주면 구조적으로 트랙킹/포커싱 구동부는 팽창과 수축 또는 가동부재(22)의 변위를 반복하여 임의의 기준위치로 부터 일정 범위의 변위를 발생 시키는 동작을 수행한다.

트랙킹/포커싱 구동부의 변위 상태를 도 4 및 도 5와 같이 표현할 수 있으며, 보다 상세한 구동 원리는 도 6 및 도 7에서 설명된다.

트랙킹 방향으로의 대물렌즈(20) 구동은 피에조(21)의 변위를 통해 얻는다. 피에조(21)의 양면은 비정질 세라믹층(30)으로 두고 내부는 심재(31)가 들어있어 피에조(21)의 양면에 전위차를 주면 한면은 팽창하고 다른 한면은 수축하여 기준 위치로 부터 일정한 범위의 변위를 발생 시킨다. 이를 통해 대물렌즈(20)는 트랙킹 방향으로 구동한다.

즉, 트랙킹 방향으로의 구동은 도 6의 (A)와 같이 상 하면에 전위차가 존재하지 않을 때는 변형되지 않은 상태를 유지하다가 전위차가 발생하면 (B)와 같이 한면은 팽창하고 다른 한면은 수축하여 기준 위치로 부터 일정범위의 변위를 형성시켜 얻는다. 구동에 필요한 구동력과 주파수 응답은 전위차에 응답하는 피에조(21)의 특성상 충분하다. 그리고 트랙킹 동작은 포커싱 동작과 분리되어 수행되어 서로 크로스토크를 일으키지 않으며 보다 빠른 동작을 요구하는 트랙킹 동작에 수월하게 대응한다.

포커싱 방향으로의 대물렌즈(20) 구동은 도 7과 같이 얇은 수개의 판스프링(27)을 서로 평행하게 조합하여 자석(25)과 요크(24) 및 포커싱 코일(23)에 의하여 상하 방향으로 구동된다. 또한 코일 보다 무거운 자석(25)과 요크(24)는 고정측에 두고 상대적으로 가벼운 코일(23)을 구동측에 둠으로서 무게 가중에 의하여 포커싱 동작에 장애가 생기지 않도록 대비한다. 이렇게 자석(25), 요크(24), 코일(23)을 배열하고 자속의 방향을 오른쪽에서 왼쪽으로 코일(23)을 지면과 수직으로 배열하여 전류가 흐르는 방향을 바꾸면서 프레밍의 왼손 법칙에 따라 상하 방향으로 구동력을 발생 시켜 이에 따른 변위를 형성 시키고 이를 이용하여 포커싱 방향의 구동력을 얻는다.

이는 도 8과 같이 상하 구동의 방향을 D1,D2, 오른쪽에서 왼쪽으로 흐르는 자속의 방향을 P1, 전류의 방향을 각각 I1,I2로 하고, 전류의 방향이 지면 밖으로 나온 경우(I1)를 도 8의 (A), 전류의 방향이 안으로 들어간 경우(I2)를 도 8의 (B)와 같이 표시할 경우, (A)의 경우 구동의 방향은 아래 방향인 D1 방향이 되고, 지면 안으로 전류가 흐르는 (B)의 경우는 위의 D2 방향으로 구동되는데 이러한 성질을 이용하여 포커싱 구동이 수행된다.

전위차를 통해 피에조(21)를 변위 시키고 자속과 전류의 방향에 따라 상하 반응하는 가동부재(22)를 통해 대물렌즈(20)의 트랙킹/포커싱 동작을 수행하는 구동 방식은, 코일홀더에 대물렌즈를 부착하고, 트랙킹/포커싱코일을 수개의 와이어에 지지 하며, 하부에는 자석을 요크에 부착하여 트랙킹코일과 포커싱코일이 자석에 의해 발생하는 자장과 자기회로를 구성하여 대물렌즈를 포커싱 방향과 트랙킹 방향으로 상하 좌우로 구동하는 와이어 스프링 지지형 2차원 엑츄에이터와는 구동 방식이 전혀 다르다. 즉, 와이어 스프링 지지형 2차원 엑츄에이터에서 구동력으로 나타나는 힘의 크기는 마그네트의 자속밀도와, 코일의 유효길이 및 권선수 그리고 전류의 세기의 관계에 비례하여 결정되지만 자장 안에만 있는 코일을 이용하여 구동되므로 효율이 떨어지고 수치적으로 대략 50%를 넘지 못했다.

피에조(21)를 변위 시켜 트랙킹 구동력을 얻고 또 자속과 전류의 방향에 응답하여 포커싱에 필요한 구동력을 얻으면 이러한 변수가 적어지고 동시에 구동력이 전위차와 자속에 의헤 직접 생기므로 속도나 힘의 전달에서 보다 빠르고 세기가 크다.

따라서 대물렌즈를 포커싱 방향으로 구동하는 범위를 ±1~2㎜, 트랙킹 방향으로 는 ±0.3~0.5㎜ 정도를 구동 영역으로 설정하고 재생 단계에서는 포커싱 방향으로 ± 1㎛, 트랙킹 방향으로는 ± 0.1㎛를 추종 하도록 설계하는 일반적인 엑츄에이터들에 비해 그 영역을 더 크게 가질 수 있게 된다. 이는 재생 및 기록에 대한 대물렌즈의 배속 증가 로 나타나며 고 배속에 적응되는 결과로 이어진다.

또한 와이어 스프링 지지형 2차원 엑츄에이터에는 구조적으로 트랙킹/포커싱 구동부가 일체로 되어 있어 서로간의 간섭과 크로스토크가 발생하여 구동의 분리도가 완전하지 못했으나, 트랙킹/포커싱 구동부를 피에조와 판스프링형 가동부재로 대체 함으로서 구동의 분리가 가능하다. 이는 불필요한 진동 모드 발생을 억제 시켜 재생 및 기록 동작의 안정성에 도움을 준다.

이와 같이 본 고안은 광픽업 헤드의 재생 및 기록에 대한 배속 증가에서 요구되는 대물렌즈의 고배속 구동을 가능케 하여 배속 증가에 적응되는 효과가 있고, 대물렌즈의 구동력을 충분하게 유지하면서도 안정된 주파수 응답성을 갖도록 하며, 포커싱/트랙킹 방향의 구동원을 완벽하게 분리해낼 수 있으므로 불필요한 진동 모드 형성을 억제시켜 재생 및 기록 동작의 안정성과 신뢰성을 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 대물렌즈 구동 방향에 따라 트랙킹 방향으로는 전위차에 의해 변위되는 피에조를 구비한 트랙킹 구동부와,

   트랙킹 구동부와 평행하게 설치되어 전위차에 반응하여 변위를 일으키고 이로부터 대물렌즈를 구동 시키기 위해 포커싱 방향으로 설치된 수개의 가동부재와,

   상기 가동부재를 변위 시키기 위해 가동부재 안쪽에 설치된 코일 및 요크 그리고 자석으로 이루어지는 가동부재 구동용 포커싱 구동계와,

   트랙킹 구동부 그리고 포커싱 구동부를 연결하는 연결부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광픽업의 대물렌즈 구동장치.
2. 제 1 항에 있어서, 포커싱 방향에 설치된 가동부재는 연결부재와 프레임에 의해 지지되는 판스프링인 것을 특징으로 하는 광픽업의 대물렌즈 구동장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 코일,요크,자석으로 이루어지는 가동부재 구동용 포커싱 구동계에서 코일 보다 무거운 자석과 요크를 고정측에 두고 상대적으로 가벼운 코일을 구동측에 두는 것을 특징으로 하는 광픽업의 대물렌즈 구동장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 자석은, 왼쪽에 트랙킹 구동부가 있는 조건에서 자속의 방향을 왼쪽으로 두기 위하여 NS의 순서로 극을 배열하고, 전류의 방향은 지면을 뚫고 나오거나 들어가는 방향으로 유지 시켜 설치하며, 대응되는 수직방향의 지면에는 코일을 장착한 것을 특징으로 하는 광픽업의 대물렌즈 구동장치.