KR20050014042A - 슬림형 광 픽업 액츄에이터 - Google Patents

슬림형 광 픽업 액츄에이터

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KR20050014042A
KR20050014042A KR1020030052230A KR20030052230A KR20050014042A KR 20050014042 A KR20050014042 A KR 20050014042A KR 1020030052230 A KR1020030052230 A KR 1020030052230A KR 20030052230 A KR20030052230 A KR 20030052230A KR 20050014042 A KR20050014042 A KR 20050014042A
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tracking
focusing
center
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주채민
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 슬림형 광 픽업 액츄에이터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 슬림형 광 픽업 액츄에이터는 X축 방향의 한 점에 다축(트랙킹, 포커싱, 레디얼 틸팅) 방향의 힘 중심을 무게 중심과 일치시키고 렌즈홀더 영역 내부에 다축 가동을 위한 자기회로를 구성함으로써, 구동 특성 안정화 및 고 감도를 위한 것이다. 이를 위해, 본 발명은 대향하는 2개의 마그네트와, 마그네트 사이의 X축 방향의 한 점을 기준으로 중심부에 포커싱 코일, 포커싱 코일 좌/우측으로 트랙킹 코일 및 레디얼 틸팅 코일이 대향하게 배치하는 것을 특징으로 하는 슬림형 광 픽업 액츄에이터를 제공함에 그 특징이 있다.

Description

슬림형 광 픽업 액츄에이터{Optical pick-up actuator of slim type}
본 발명은 슬림형 광 픽업 액츄에이터에 있어서, 특히 포커싱, 트랙킹, 레디얼 틸팅 방향으로 3축 가동은 물론, 3축 구동의 코일 중심과 렌즈홀더의 힘 중심이 X 축 방향의 한 점에 일치시켜 줄 수 있도록 하는 슬림형 광 픽업 액츄에이터에 관한 것이다.
광 디스크에 저장된 기록된 신호를 재생하기 위한 기기를 광 디스크 드라이브라 하는데, 이러한 광 디스크 드라이브는 대물렌즈로부터 집광된 광 빔을 광 디스크의 회전에 따른 광 디스크의 면 진동과 편심 등에 의해 발생하는 영향을 최소화하도록 광 스폿을 광 디스크의 신호 트랙의 중심을 추종하도록 하는 대물렌즈 구동장치가 광 픽업 장치와 함께 구성되어 있다. 이러한 대물렌즈 구동장치를 광 픽업 액츄에이터(Actuator)라 하며, 대물렌즈가 장착된 가동부(이하 렌즈홀더)를 상하 좌우 등으로 이동시켜 광 디스크의 정보 기록면에 집광되는 빔의 포커싱(Focusing)과 트랙킹(Tracking) 등의 서보를 수행한다.
도 1은 종래 일반적인 슬림형 광 픽업 액츄에이터이다.
도 1을 참조하면, 광 픽업 액츄에이터(100)는 렌즈홀더(102)의 일측 전면에대물렌즈(101)를 돌출시켜 탑재하고, 상기 렌즈홀더(102) 중앙에 제 1수용홈(112a)이 형성된 보빈(bobbin)(110)의 외주면을 따라 포커싱 코일(103)이 권선되며, 상기 포커싱 코일(103)의 일측 좌/우에 트랙킹 코일(104)이 권선된다.
베이스(106)로부터 돌출된 U 자형 요크(106a)의 일면(대향면)에는 마그네트(105)를 각각 부착되며, 상기 마그네트(105) 및 요크(106a)가 제 1 및 제 2수용홈(112a,112b)으로 각각 돌출되어 서로 대향하는 구조이다.
상기 베이스(106)와 프레임(109), 그리고 프레임 배면에 부착된 기판(108)이 나사(120)에 의해 베이스(106)에서 돌출된 지지부(106b)에 체결된다.
그리고, 상기 렌즈홀더(102)는 그 양측면 중심부분에 고정된 기판(108)과 프레임(109) 사이에 한 쌍의 와이어 서스펜션(107)을 연결하여 탄성 지지하도록 한 구조이다.
여기서, 렌즈홀더(102)의 내부 제 1 및 제 2수용홈(112a,112b)은 단일개의 홈으로 연통되어 있으며, 포커싱 코일(103)과 트랙킹 코일(104)이 권선된 보빈(110)에 의해 나누어진 구조이며 상기 보빈(110)은 상기 렌즈홀더(102)에 고정된다.
이러한 구조에서, 상기 포커싱 코일(103)과 트랙킹 코일(104)에 전류를 인가하면 상기 마그네트(105)와 상기 포커싱 코일(103) 및 트랙킹 코일(104)의 전자기적 상호 작용에 의해 상기 코일들이 힘을 받게 되고 이에 따라 상기 렌즈홀더(102)가 연동하게 된다. 상기 포커싱 코일(103) 및 트랙킹 코일(104)이 힘을 받는 방향은 플레밍의 왼손법칙에 따르게 된다.
따라서, 상기 포커싱 코일(103) 및 트랙킹 코일(104)과 마그네트(105)의 상호 작용에 의해 코일에 전자기력이 작용하면, 보빈(110)이 포커싱 방향(Z) 또는 트랙킹 방향(Y)으로 운동하게 된다. 이에 따라 상기 보빈(110)과 함께 렌즈홀더(102)가 움직이면서 대물렌즈(101)가 이동되어 디스크(미도시)에 광 스폿이 맺히는 위치가 조절된다.
이와 같이 도 1에 도시된 광 픽업 액츄에이터는 렌즈홀더를 트랙킹 방향과 포커싱 방향으로 가동시켜 주는 2축 액츄에이터이다. 그러나, 액츄에이터가 점차 정밀도를 요구하는 고밀도 디스크에 대하여 점차로 틸트 마진이 작아지게 되며, 현재는 어셈블리에 의하여 광학적 틸트 허용 오차를 만족시킬 수 없는 한계에 도달하게 되었다.
따라서, 최근 광 픽업 액츄에이터는 기존에 포커싱 및 트랙킹 2축 서보이외에 레디얼 틸팅에 대한 외란을 추종하게 하는 3축 액츄에이터 구성이 요구되며, 3축으로 구동 가능한 액츄에이터의 구성이 필요하게 된다.
도 2는 종래 3축이 가능한 광 픽업 액츄에이터를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1과 동일한 부분은 동일부호로 처리하고 중복 설명은 생략하기로 한다.
도 2를 참조하면, 렌즈홀더(102)의 양측면으로 레디얼 마그네트(120)를 장착하고, 상기 레디얼 마그네트(120)와 대향하고 베이스(도 1의 106)에 고정된 레디얼 코일(121)이 설치된다. 실시 예로서, 레디얼 마그네트(120) 및 코일(121)은 서로 위치를 반대로 설치할 수도 있다.
여기서, 렌즈홀더(102)의 포커싱 및 트랙킹 방향으로의 가동은 도 1에 설명한 바와 같이 동작하며, 레디얼 틸트 방향으로의 가동은 상기 레디얼 코일(121)에 전류를 공급하면 레디얼 마그네트(120)와의 전자기적인 상호 작용에 의해 렌즈홀더(102)의 x축 기준으로 좌/우측이 포커싱 업/다운 동작을 통해서 레디얼 틸트 방향으로 회동한다. 즉, 렌즈홀더 좌측이 업 포커싱하면, 우측은 다운 포커싱되며, 레디얼 틸팅 코일에 인가되는 전류 방향을 반대로 하면 반대로 가동된다.
또한 렌즈홀더(102)의 다축 구동을 위한 코일들(103,104,121)로 전원을 공급하게 되는데, 도 2와 같은 구조에서는 와이어 서스펜션(103,104)을 통해서 포커싱 및 트랙킹 코일(103,104)에 전원을 공급하고, 레디얼 틸팅 코일(121)에는 직접 베이스측에서 연결해 준다. 다른 예로는 레디얼 틸팅 코일(121)이 가동된다면 3쌍의 와이어 서스펜션을 렌즈홀더에 설치하여 전원을 공급할 수도 있다.
그러나, 도 1 및 도 2와 같은 렌즈돌출형 광 픽업 액츄에이터는 렌즈홀더(102)의 무게 중심(mass center position)과 가동 중심점이 서로 일치하지 않아 광 디스크의 트랙을 정확하게 액세스하지 못하는 경우가 발생한다.
즉, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 렌즈홀더(102)의 무게 중심은 좌/우 트랙킹 코일(103) 사이에 있게 되는데, 도 4에 도시된 바와 같이 2개의 마그네트(105)의 사이에 위치하는 제 1포커싱 코일(103a)의 동작 중심점(C1)과 트랙킹 코일(104)의 동작 중심점(C2)이 상이한 지점에 위치하게 된다. 이는 2개의 마그네트(105) 사이에 포커싱 코일(103)이 지나가고, 상기 포커싱 코일(103)의 외측면 좌/우에 트랙킹 코일(104)을 부착한 구조에 기인된다.
그리고, 상기 코일(103,104)들이 설치된 보빈(110)을 포함하는렌즈홀더(102)의 무게중심(G)은 상기 코일(103a, 104)의 동작중심점(C1, C2)의 사이에 위치하도록 설계한다.
일반적으로 상기 코일(103a, 104)의 동작중심점(C1, C2)과 상기 무게중심(G)은 한 위치에서 일치시키는 것이 액추에이터의 성능이 가장 좋아지게 되고, 상기 코일(103a, 104)의 동작중심점(C1, C2)이 일치하지 않는 상태에서 상기 무게중심(G)을 어느 하나의 동작중심점에 일치시키는 경우 일치되지 않는 동작중심점의 동작특성이 나빠지게 되므로, 설계상 상기 무게중심(G)을 상기 코일(103a, 104)의 동작중심점(C1, C2)의 사이에 위치하도록 설계한다.
그러나, 이러한 경우에도 렌즈홀더(102)의 무게중심, 즉 이동 중심(G)이 일치하지 않으므로 포커싱 동작이나 트랙킹 동작시, 렌즈홀더(102)가 정확하게 이동되지 않고 기울어지면서 이동하게 되는 문제점이 있다. 또한 포커싱 코일(103)의 반대편 코일 부분(C3, 103b)에서 발생하는 누설 자속(leakage flux)은 마그네트(105)의 배면에 위치하기 때문에 포커싱 동작에 반대 방향의 힘으로 작용한다.
또한, 마그네트(105) 사이에 있는 제1 포커싱 코일 부분(103a)은 마그네트(105)와의 상호 작용에 의해 자속이 집중되는데 반해, 요크(106a) 배면에 있는 제2 포커싱 코일 부분(103b)은 요크(106a)에 의해 막혀있으므로 마그네트(105)에 의한 영향을 받지 않게 되고, 실제적으로는 자기력선이 상기 요크(106a)를 벗어나 바깥쪽으로 누설되게 된다. 이러한 누설 자속으로 인해 상기 요크(106a)의 바깥쪽에 있는 제2 포커싱 코일(103b)이 영향을 받는다. 또한, 상기바깥쪽의 제2 포커싱 코일(103b)은 포커싱 동작을 위해서 사용되지 않는 무용의 코일로서 질량증가 및 권선 코일의 저항 증가로 인해 액츄에이터의 감도가 저하된다. 따라서, 디스크의 고배속화에 따른 고속 추종 능력에 장애가 된다.
한편, 상기 한 쌍의 트랙킹 코일(104)에 의한 트랙 방향(T)으로의 운동시 운동 중심점과 무게중심점(G)이 일치하지 않으므로 인해 롤링모드(rolling mode)가 발생된다. 즉, 렌즈홀더(102)가 정지되어 있을 때에는 액츄에이터(100)의 전체적인 무게중심점(G)과 상기 렌즈홀더(102)의 운동 중심점(C2)이 일치한다. 그러나, 트랙킹 코일이 중립 위치에 있지 않을 경우 즉, 포커싱 동작 상태에서 트랙킹 방향으로 가동시 상/하 트랙킹 힘의 불균형으로 인해 회전 모멘트가 발생하여 롤링하는 롤링모드가 초래된다.
또한, 종래의 렌즈홀더(102)는 자체가 기구적인 구조물이므로 고유한 진동 주파수를 갖고 있고 상기 진동 주파수에서 액츄에이터가 가진될 때 렌즈홀더(102)의 고유한 진동 모드에 의해 공진하게 된다. 이와 같은 렌즈홀더의 진동모드 형태는 진동을 대물렌즈도 함께 유발하므로, 빔에 직접적인 영향을 미쳐 디스크를 추종해야 하는 액츄에이터의 제어를 어렵게 만든다. 이러한 렌즈홀더(102)의 고유한 진동 모드는 렌즈홀더(102)의 형상에 의해 결정되는 특성으로 렌즈홀더 자체의 진동 모드에 의해 대물 렌즈(101)가 함께 진동하게 되고, 결국 빔이 왜곡되게 되므로 디스크를 추종하는 제어특성에 악 영향을 가져오게 된다.
상기와 같은 종래의 구조에서는, 액츄에이터에서의 피칭모드와 롤링모드와 같은 회전 진동모드는 포커싱 및 트랙킹 동작시 기본 주파수 특성의 위상과 변위에악영향을 주게 되고 이에 따라 광학신호의 열화가 초래된다. 따라서, AC 감도를 향상시키고자 자속밀도를 증가시키기 위해 마그네트(105)의 크기를 크게 하면 누설자속도 함께 증가되어 부공진을 초래하므로 자속밀도 증가에는 한계가 있었다. 더욱이, 고배속, 고밀도 광기록 재생장치에서는 피칭모드와 롤링모드 현상이 더욱 심각하게 나타나므로 고배속화되어가는 광기록 재생장치에 적합한 광픽업 액츄에이터가 요구된다.
또한, 고차 공진 주파수가 고역 주파수 영역에 포함되는 경우 보빈이 변형됨에 따라 대물렌즈가 변형되거나, 렌즈홀더에서 대물렌즈 위치도 바뀌게 되어 디스크에 초점이 제대로 맺히지 않는 원인이 되고, 이에 따라 디스크 내의 트랙 신호를 제대로 읽지 못하게 되어 재생이 불가능하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 렌즈홀더의 가동을 위해 2개의 마그네트 사이에 다축(트랙킹, 포커싱, 레디얼 틸팅) 구동을 위한 코일들을 Y축 방향으로 각각 나열한 슬림형 광 픽업 액츄에이터를 제공함에 그 목적이 있다.
제 1목적은 2개의 마그네트와 다축 구동을 위한 코일(트랙킹 코일, 포커싱 코일, 레디얼 틸팅 코일)들로 개별적인 가동 방향으로의 자기회로를 구성하는 한편, 상기 자기회로(코일 및 마그네트)가 렌즈홀더 가동 영역 내에 존재하는 슬림형 광 픽업 액츄에이터를 제공함에 그 목적이 있다.
제 3목적은 렌즈홀더 내부 및 마그네트 사이의 중심부에 포커싱 코일을 배치하고, 마그네트 좌/우측에 트랙킹 코일을 배치하며, 트랙킹 코일 좌/우측에 레디얼 틸팅 코일을 배치하고, 상기 코일들의 권선된 면이 두 개의 마그네트와 각각 대향하도록 하는 슬림형 광 픽업 액츄에이터를 제공함에 그 목적이 있다.
제 4목적은 액츄에이터의 구동 특성의 안정성 및 고 감도를 위하여 포커스 코일의 힘 중심과 트랙킹 코일의 힘 중심이 X축 방향의 한 점에 일치될 수 있도록 한 슬림형 광 픽업 액츄에이터를 제공함에 그 목적이 있다.
제 5목적은 2개의 마그네트 사이에 포커싱 및 트랙킹 코일, 그리고 레디얼 틸팅 코일을 배치함으로써, 마그네트 간의 이격 거리를 기존 보다 상대적으로 멀게 하여, 역기전력에 의한 요크 진동을 해결하고, 서보 안정성을 향상시켜 줄 수 있는 슬림형 광 픽업 액츄에이터를 제공함에 그 목적이 있다.
제 6목적은 코일을 지지하기 위한 보빈을 사용하지 않고 렌즈홀더에 일체로 형성된 코일지지부를 이용하여 코일을 안착, 고정시켜 배치할 수 있도록 함으로써, 렌즈홀더의 무게를 줄여주어, 구동 신뢰성을 확보할 수 있도록 한 슬림형 광 픽업 액츄에이터를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 종래 슬림형 광 픽업 액츄에이터의 구조를 보여주는 사시도.
도 2는 종래 다른 실시 예에 따른 슬림형 광 픽업 액츄에이터의 사시도.
도 3은 도 1의 결합 단면도.
도 4는 종래 액츄에이터에서, 무게중심과 힘 중심을 나타내기 위한 코일 및 마그네트의 평면도.
도 5는 본 발명 슬림형 광 픽업 액츄에이터의 사시도.
도 6은 도 5의 렌즈홀더 및 코일의 분해 사시도.
도 7의 (a)(b)는 본 발명 도 5에 적용된 자기회로 구성도 및 A-A' 단면도.
도 8은 본 발명 도 5의 트랙킹 자기회로를 나타낸 구성도.
도 9는 본 발명 액츄에이터에 따른 3축 구동 원리를 나타낸 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
200...액츄에이터 201...대물렌즈
202...렌즈홀더 203...포커싱 코일
204...트랙킹 코일 205...레디얼 틸팅 코일
206...마그네트 207...베이스
207a...요크 208...와이어 서스펜션
209...와이어 고정부 210,211...기판
212...프레임 202a,202b...수용홈
220...코일 안착부
상기한 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 슬림형 광 픽업 액츄에이터는,
디스크에 광을 집광하는 대물렌즈를 일측에 탑재하고, 트랙킹 및 포커싱 방향, 그리고 레디얼 틸팅 방향으로 가동하는 렌즈홀더; 베이스에 서로 대향되게 돌출된 요크 및 마그네트; 상기 렌즈홀더의 트랙 방향(Y축방향)으로 배치되어 상기 마그네트 사이에 설치되는 트랙킹 및 포커싱 코일, 레디얼 틸팅 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 렌즈홀더는 상기 마그네트 및 요크가 돌출 결합되는 제 1 및 제 2수용홈과, 상기 포커싱 코일 및 트랙킹 코일, 레디얼 틸팅 코일을 지지하기 위해 상기 제 1 및 제 2수용홈 사이에 Y축 방향으로 일체로 형성된 코일 지지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 코일지지부에는 마그네트 사이에 대향하는 트랙킹 방향 중심부에 수평 권선된 포커싱 코일을 지지하도록 돌출 형성된 제 1코일 지지부와, 상기 포커싱 코일 좌/우측에 대향하는 수직권선된 트랙킹 코일이 제 1코일 지지부의 외측 저면에 안착되도록 형성된 제 2코일 지지부와, 상기 트랙킹 코일 좌/우측에 수평 권선된 레디얼 틸팅 코일을 지지하도록 제 2코일 지지부의 외측으로 돌출 형성된 제 3코일 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하다.
바람직하게, 상기 제 1, 제 2, 제 3코일 지지부와 각각의 코일 사이에는 에폭시로 채워 코일들을 고정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명 실시 예에 따른 슬림형 광 픽업 액츄에이터는,
일측 상단에 대물렌즈를 탑재하고, 가동 방향의 힘 중심 위치와 일치하는 무게 중심을 갖고 다축 방향으로 가동하는 렌즈홀더;
서로 대향하는 요크 및 마그네트 및, 상기 서로 대향하는 마그네트 내부에 트랙 방향으로 배치된 포커싱, 트랙킹, 레디얼 틸팅 코일로 구성되는 자기 구동부와;
상기 렌즈홀더에 대해 소정의 자유도로 지지하기 위해 프레임에 연결된 3쌍의 와이어 서스펜션을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 자기 구동부의 마그네트 및 코일은 렌즈홀더의 가동 영역 내에 위치하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 자기 구동부의 코일은 복수개의 마그네트 중심부와 대향하며 사각형태로 수평 권선된 포커싱 코일과, 상기 마그네트 좌/우측과 대향하고 포커싱 코일 측면에 배치되는 좌/우 트랙킹 코일과, 상기 좌/우 트랙킹 코일 측면에 배치되는 좌/우 레디얼 틸팅 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 포커싱 및 트랙킹 및 레디얼 틸팅 코일의 힘 중심과 렌즈홀더의 무게 중심이 X 축 방향의 한 점에 일치하는 것을 특징으로 하는 슬림형 광 픽업 액츄에이터.
이하 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명 슬림형 광 픽업 액츄에이터의 사시도이고, 도 6은 도 5에서의 렌즈홀더 상세 구성도이며, 도 7은 도 5에서의 코일 및 마그네트 배치 상태를 나타낸 자기회로 구성도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 일측 상단에 돌출된 대물렌즈(201)를 탑재하고 내부에 제 1 및 제 2수용홈(202a,202b) 사이의 코일지지부(210)를 갖는 렌즈홀더(202)와; 상기 코일지지부(210)의 에 중심부에 사각형상으로 수평 권선된 포커싱 코일(203)과; 상기 포커싱코일(203)의 양측으로 사각형상으로 수직 권선된트랙킹 코일(204)과; 상기 트랙킹 코일(204)의 양측으로 수평 권선된 레디얼 틸팅 코일(205)과; 상기 코일들(203,204,205)과 대향하며 상기 렌즈홀더(202)의 제 1 및 제 2수용홈(202a,202b)으로 베이스(207)로부터 돌출되는 요크(207a) 및 마그네트(206)와; 코일들에 전류를 공급하기 위해 상기 렌즈홀더(202) 양측을 각각 지지하는 3쌍의 와이어 서스펜션(208)과; 상기 와이어 서스펜션(208)을 지지하고 베이스(217)의 후면에 고정되는 프레임(212)과 그 배면에 부착되어 상기 코일들(203, 204, 205)에 전원을 공급하는 메인기판(211)을 포함하는 구성이다.
여기서, 상기 마그네트(206)와 코일들(203,204,205)로 포커싱 자기회로, 트랙킹 자기회로, 레디얼 틸팅 자기회로를 구성하게 되며, 자기회로들이 렌즈홀더 가동 영역(또는 내부)에 존재한다.
그리고, 포커싱 코일(203)의 중심이 포커싱 힘 중심 및 트랙킹 힘 중심, 그리고 레디얼 틸팅 힘 중심이며, 동시에 렌즈홀더(202)의 무게 중심이 된다. 여기서, 렌즈홀더(202)는 내부의 제 1 및 제 2수용홈(202a,202b) 사이에 상기 코일(203,204,205)을 지지하기 위한 코일지지부(220)를 일체로 형성하고 있는 구성이다.
상기와 같이 구성되는 슬림형 광 픽업 액츄에이터에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 5 내지 도 7을 참조하면, 광 픽업 액츄에이터(200)는 렌즈홀더(202)의 일측 상단에 대물렌즈(201)를 탑재하고, 렌즈홀더(202)의 타측으로 코일(203,204,205) 및 마그네트(206)로 구성된 자기회로를 구성하여, 다축으로가동하게 된다.
이를 위해서, 렌즈홀더(202)는 도 6에 도시된 바와 같이, 내부에 제 1 및 제 2수용홈(202a,202b)과 상기 제 1 및 제 2수용홈(202a,202b) 사이에 코일지지부(220)를 일체로 형성한다.
상기 렌즈홀더(202)의 타측에는 제 1 및 제 2수용홈(202a,202b)이 형성되며, 그 수용홈(202a,202b) 사이에 포커싱 코일(203), 트랙킹 코일(204), 레디얼 틸팅 코일(205)이 Y축 방향으로 배열되며, 상기 코일들(203,204,205)과 대향하는 위치의 수용홈(202a,202b)에 마그네트(206) 및 요그(207a)가 서로 마주보고 있는 구조이다.
그리고, 렌즈홀더(202)의 양 측면과 프레임(212) 사이에 다수개(3개의 2열)의 와이어 서스펜션(208)을 연결하여 렌즈홀더(202)를 소정의 자유도를 갖고 지지한다. 실시 예로서, 3쌍의 와이어 서스펜션은 렌즈홀더의 지지를 위해 다양한 방식으로 연결될 수도 있다.
그리고, 프레임(212) 배면에 부착된 메인기판(211)과 렌즈홀더(202)의 양 측면에 결합된 기판(또는 접점)(210)이 3쌍(즉, 6개)의 와이어 서스펜션(208)에 의해 전기적으로 연결되어 이를 통해 각각의 코일들(203,204,205)에 전원을 공급하게 된다. 여기서, 와이어 서스펜션(208)은 렌즈홀더(208)의 양측면 와이어 고정부(209)에 각각 고정된 후 기판(210)에 연결된다. 이때 기판(210)은 도 9에 도시된 바와 같이 T자 형상으로서 6개의 와이어 서스펜션의 직선 루프와 각 끝단에 코일 접점(210a,210b,210c)이 연결되므로 각각의 코일들에게 전원을 공급해 준다.
상기 코일 지지부(220)는 렌즈홀더(202)의 내주변 사이에 Y축 방향으로 형성된 구조로서, 그 중심부에 포커싱 코일(203)이 안착되는 제 1코일 베이스(221) 및 코일 가이드 돌기(222)를 형성하고, 제 1코일 베이스(221)의 좌/우측면으로 트랙킹 코일(204)이 안착되는 제 2코일 베이스(223)를 형성하며, 제 2코일 베이스(223)의 좌/우측면으로 레디얼 틸팅 코일(205)이 안착되는 제 3코일 베이스(224) 및 코일 가이드 돌기(225)를 형성시킨 구조이다. 실시 예로서, 제 1, 제 2, 제 3코일 베이스(221,223,224)는 서로 다른 높이이거나 둘 이상이 거의 같은 높이로 단차지며, 코일 베이스 높이 조정이 가능한 구조이다. 이러한 코일 지지부(220)는 렌즈홀더(202) 몸체와 프라스틱 재료 등으로 일체로 형성된다.
그리고, 포커싱 코일(203)은 코일 가이드 돌기(222)의 외주변 및 제 1코일 베이스(221)에 상면이 안착되고, 트랙킹 코일(204)은 좌/우측면이 상기 포커싱 코일(203)에 면 접촉하고 저면이 제 2코일 베이스(223)에 안착되며, 레디얼 틸팅 코일(205)은 상기 트랙킹 코일(204)과 렌즈홀더(202) 내면 사이에서 가이드돌기(225)에 끼워지고 상대적으로 높은 제 3코일 베이스(223)에 안착된다. 이러한 상태에서 에폭시 수지 등을 이용하여 각 코일 내부와 코일 가이드 돌기(222,225) 사이의 공간에 채워줌으로써 밀착 고정된다.
이와 같이 포커싱 코일(203)이 중심부에 놓이고, 포커싱 코일(203)의 좌/우측면으로 트랙킹 코일(204)이 배치되며, 트랙킹 코일(204)의 좌/우측면으로 레디얼 틸팅 코일(205)이 배치된다. 여기서, 포커싱 코일(203) 및 레디얼 틸팅 코일(205)은 수평 권선되고 트랙킹 코일(204)은 수직 권선되며, 각각의 코일 측면이 서로 밀착 결합된다.
여기서, 상기 포커싱 코일(203)과 트랙킹 코일(204), 레디얼 틸팅 코일(205) 상호간은 미리 본딩 공정에 의해 밀 결합된 상태로 상기의 코일지지부(220)에 안착되어 고정될 수도 있다. 또한 코일들(203,204,205)의 고정을 위한 보빈(bobbin)을 삭제함으로써, 기존 보다 렌즈홀더의 무게를 줄일 수 있다. 또한 각 코일들을 단일 몸체로 구성한 후 안착시켜 에폭시 등을 이용하여 렌즈홀더에 고정시켜 줄 수도 있다.
그리고, 렌즈홀더(202)의 제 1 및 제 2수용홈(202a,202b)으로 베이스(217)에 형성된 U자형 요크(207a)와 U자형 요크 내면(즉, 대향면)에 부착된 마그네트(206)가 돌출되므로써, 수평 권선된 포커싱 코일(203)의 권선된 양측면이 마그네트(206)와 대향하고, 사각 형태로 수직 권선된 트랙킹 코일(204)의 권선된 양 측면이 마그네트(206)와 대향하며, 레디얼 틸팅 코일(205)의 권선된 양측면이 마그네트(206)와 대향하게 된다. 실시 예로서, 상기 마그네트는 단극(N:S)이고, 두 개의 마그네트(206)사이의 거리는 대략 3.6mm 에 해당한다.
도 7의 (a)(b)에 도시된 바와 같이, 본 발명은 마그네트(206) 사이에 코일들(203,204,205)을 배치한 구조로서, 마그네트(206)의 중심부에 포커싱 코일(203)을 배치하며, 마그네트(206)의 양 측면부에 좌/우 트랙킹 코일(204)을 각각 배치하고, 트랙킹 코일(204)의 좌/우에 레디얼 틸팅 코일(205)을 각각 배치시켜 준다. 즉, 도면상 Y축 방향으로 각각의 코일들이 렌즈홀더 내부 영역 내에 배치된다. 또한 마그네트(206)는 포커싱 코일(203) 및 트랙킹 코일(204)이 가지는 대향면적 보다 넓기 때문에, 포커싱 및 트랙킹 코일(203,204)에서의 포커싱 및 트랙킹 동작에 따른 자속 분포를 균형있게 가져갈 수 있다.
또한, 포커싱 코일(203)을 중심으로 전/후에 마그네트(202)가 배치되고, 좌/우에 트랙킹 코일(202) 및 레디얼 틸팅 코일(205)이 배치되는 구조이기 때문에, 포커싱 코일(203)의 중심이 무게 중심(G)이며 또 포커싱 또는 트랙킹, 레디얼 틸팅의 동작에 따른 힘 중심(G)이 된다.
다시 말하면, 두 개의 마그네트(206) 사이의 중심부(G)가 무게 중심 및 가동에 따른 힘 중심이 되므로, 두 중심이 일치하게 된다. 즉, 포커싱코일(203)의 동작중심점과 상기 포커싱코일(203)을 중심으로 Y축 방향을 따라 설치된 2개의 트랙킹 코일(204)의 모멘트 동작중심점이 중심점(G)에 서로 일치하게 되고, 또한 좌/우 레디얼 틸팅 코일(205)의 모멘트 동작 중심점이 중심점(G)에 일치하므로, 상기 렌즈 홀더(202)의 무게 중심을 상기 중심점(G)에 일치하도록 설계하면, 코일들의 동작중심점과 렌즈 홀더(202)의 무게 중심이 일치한다.
상기 코일(203,204,205)들의 중심이 무게 중심 및 가동에 따른 힘 중심이 되며, 또는 포커싱 코일(203)의 중심이 곧 트랙킹 코일(204) 및 레디얼 틸팅 코일(205)의 힘 중심이 되므로, 마그네트(206) 사이의 무게 중심 및 가동에 따른 힘 중심이 일치하게 된다.
그리고 렌즈홀더(202)의 포커싱 구동 또는/및 트랙킹 구동에 따른 동작 중심점과 무게 중심점이 X축 방향의 한 중심점(G)에 일치하는 구조를 갖는다. 또한, 코일(203,204,205)의 양측에 마그네트(205)가 대향하고 있으므로, 기존과 같은 누설자속이 발생하지 않기 때문에, 이동체(렌즈홀더)가 정확하게 이동된다.
한편, 도 5 및 9에 도시된 바와 같이, 두 개의 마그네트(206) 사이에 배치되는 포커싱 코일(203), 트랙킹 코일(204), 그리고 레디얼 틸팅 코일(205)에 전류를 각각 인가하면, 상기 마그네트(206)와 대향하는 상기 포커싱 코일(203), 트랙킹 코일(204), 레디얼 틸팅 코일(205)의 전자기적 상호 작용에 의해 상기 코일들(203,204,205)이 힘을 받게 되고 이에 따라 상기 렌즈홀더(202)가 가동하게 된다. 상기 코일들(203,204,205)이 힘을 받는 방향은 플레밍의 왼손법칙에 따르게 된다.
따라서, 상기 포커싱 코일(203) 및 트랙킹 코일(204), 레디얼 틸팅 코일(205)과 마그네트(206)의 상호 작용에 의해 코일에 전자기력이 작용하면, 코일 구조체(코일 몸통) 및 이동체(렌즈홀더)는 포커싱 방향(Z) 또는 트랙킹 방향(Y), 레디얼 틸팅 방향으로 운동하게 된다. 이에 따라 렌즈홀더(202)의 가동으로 탑재된 대물렌즈(201)가 이동되어 디스크(미도시)에 광 스폿이 맺히는 위치가 조절된다.
이와 같이, 본 발명은 2개의 마그네트만으로 3축 구동이 가능하게 하는 한편, 기존의 2축 구동시의 포커싱 및 트랙킹의 감도는 최대한 유지하면서 레디얼 틸트를 가능하게 할 수 있다. 이는 기존의 3축 구동용 액츄에이터에서 사용하던 별도의 틸트 구동용 마그네트를 사용하지 않았으며, 또한 샤프트 등의 별도 추가 부품을 추가하지 않았을 뿐만 아니라, 별도의 코일 연선을 이용한 와이어 서스펜션을 사용하지 않으면서 동일 사이즈의 와이어 서스펜션을 대칭 구조로 설계하여 3축 구동이 가능하게 함으로써, 성능 뿐만 아니라 가격 및 생산성 향상을 꾀할 수 있다.또한 레디얼 틸트 코일도 포커스 중심과 무게 중심을 X축 방향 한점에 일치시켜 줌으로써, 레디얼 틸트 코일 추가시 발생하는 액츄에이터의 구동 특성 변화를 최소화하였다.
도 8은 본 발명에 따른 트랙킹 코일 및 마그네트의 측면도로서, 트랙킹 코일(204)과 마그네트(203)에 의한 쇄교 길이(l)를 기존의 트랙킹 코일 보다 충분하게 확보할 수 있어, 서보 안정성을 향상시킨다. 또한 마그네트(206) 간의 거리(d)가 기존보다 넓어짐으로써, 마그네트(203) 상호간에 발생하는 역기전력(Back EMF)을 없애 성능을 높일 수 있다.
이러한 광 픽업 액츄에이터에 대하여 동작에 대하여 도 5의 구조 및 도 9의 회로도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저,3쌍의 와이어 서스펜션(208)은 기판(210)과 메인기판(211)을 상호 연결시키고 각 코일(203,204,205)와 기판 접점(210a,210b,210c)을 통해 전류를 정방향 또는 역방향으로 인가된다.
따라서, 포커싱 코일(203)에 일정 방향의 전류(F+,F-)가 인가되면 자속 분포는 마그네트(206)와 대향하는 측면에서 좌/우측면의 중심으로 향하게 됨으로써, 포커싱 동작을 수행하게 된다. 이는 기존에 요크(도 1 참조) 뒷 면의 포커싱 코일에서 누설 자속이 발생하던 문제를 본원발명에서는 포커싱 코일 전체를 이용하기 때문에 누설 자속을 없애고 메인 자속의 양을 크게 가져갈 수 있다.
그리고, 트랙킹 코일(204)에 일정 방향의 전류(T+,T-)가 인가되면 마그네트(206)와 대향하는 측면부터 트랙킹 상/하 측면 중심에서 향하게 됨으로써,트랙킹 동작을 수행하게 된다.
그리고, 레디얼 틸팅 코일(205)에 일정 방향의 전류(R+,R-)를 인가하면 마그네트(206)와 대향하는 측면에서 좌/우측면의 중심으로 서로 반대 방향으로 향하게 됨으로써, 좌측이 업 포커싱이면 우측은 다운 포커싱되며, 반대로 좌측이 다운 포커싱이면 우측은 업 포커싱되는 레디얼 틸팅 동작을 수행하게 된다.
그리고, 포커스 힘 중심과 트랙킹 힘 중심이 일치하기 때문에 무게 중심을 X축의 포커스 힘 중심의 한 점에 일치시킬 수 있기 때문에, 피칭(pitching) 모드와 yawing 모드가 거의 없고 안정적인 구동 특성을 얻을 수 있다.
또한, 자기 회로(마그네트와 코일)의 중심이 렌즈홀더의 무게 중심임과 동시에 트랙킹 및 포커싱 구동, 레디얼 틸팅에 따른 힘 중심이 됨으로써, X축 방향의 한 점에 무게 중심, 포커싱 동작 중심, 트랙킹 동작 중심, 레디얼 틸팅 동작 중심을 갖는 액츄에이터를 제공함으로써, 기존의 포커싱 코일에서 발생하는 누설 자속을 없애고 메인 자속의 양을 크게할 수 있으며, 보빈을 제거하여 렌즈홀더 만을 사용하므로 질량을 줄여서 고 감도가 가능하게 한다. 실시 예로서, 렌즈홀더의 무게 중심을 위해 매스 밸런서(mass balancer)를 후단 외측면 등에 추가적으로 또는 일체로 설치하여 힘 중심과 일치시켜 줄 수도 있다.
또한 다축 구동을 위해 마그네트와 그 마그네트 영역 내에 코일들을 각각 설치함으로써, 마그네트와 마그네트 사이의 간격을 기존보다 넓게 가져갈 수 있어, 기존 액츄에이터에서 마그네트와 마그네트의 간격이 근 거리로 인해 발생하는 백 EMF(Back EMF)에 의한 요크 진동량을 줄일 수 있다. 즉, 다른 자기력에 의해 영향받는 요소를 제거할 수도 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 슬림형 광 픽업 액츄에이터에 의하면, 두 개의 마그네트 중심부에 포커싱 코일 배치하고, 포커싱 코일의 좌/우측에 트랙킹 코일 및 트랙킹 코일의 좌우측에 레디얼 틸팅 코일을 배치함으로써, 액츄에이터의 무게 중심과 트랙킹 및 포커싱, 그리고 레디얼 틸팅 구동에 따른 힘 중심을 X 축 방향의 한 점에 일치시켜 줌으로써 다축 가동은 물론, 기존 액츄에이터 보다 구동 신뢰성 및 서보 안정성을 향상시켜 줄 수 있는 효과가 있다. 또 다른 효과는 보빈을 제거함으로써, 렌즈홀더의 무게를 줄여 줄 수 있는 효과가 있다.
또 다른 효과는 코일지지부가 렌즈홀더와 일체로 형성되어 코일이 설치되는 위치에서 렌즈홀더의 양측면을 상기 코일지지부가 지지하게 하여 상기 렌즈 홀더의 변형을 감소시키는 효과가 있다.
또 다른 효과는 마그네트 사이에 트랙킹 및 포커싱 코일, 레디얼 틸팅 코일들을 모아서 배치함으로써, 마그네트 간의 거리를 넓게 가져갈 수 있어 역 기전력을 제거할 수 있는 효과가 있다.
또 다른 효과는 두 개의 마그네트 중심부에 포커싱 코일, 좌/우측부에 트랙킹 코일을 배치함으로써, 힘 중심과 무게 중심이 일치하지 않아 발생하는 롤링 모드와 피칭 모드 등과 같은 현상을 해결할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 콤보용 및 기록용 DVD 드라이브의 경우 각종 디스크(CD, DVD, CD-RW, DVD-RW 등) 마다의 스큐 특성 차이에서 오는 드라이브의 성능 변화에 레디얼틸트가 가능한 3축 구동용 액츄에이터를 제공하여, 드라이브의 성능을 최적화시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 디스크에 광을 집광하는 대물렌즈를 일측에 탑재하고, 트랙킹 및 포커싱 방향, 그리고 레디얼 틸팅 방향으로 가동하는 렌즈홀더;
    베이스에 서로 대향되게 돌출된 요크 및 마그네트;
    상기 렌즈홀더의 트랙 방향(Y축방향)으로 배치되어 상기 마그네트 사이에 설치되는 트랙킹 및 포커싱 코일, 레디얼 틸팅 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬림형 광 픽업 액츄에이터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 렌즈홀더는 상기 마그네트 및 요크가 돌출 결합되는 제 1 및 제 2수용홈과, 상기 포커싱 코일 및 트랙킹 코일, 레디얼 틸팅 코일을 지지하기 위해 상기 제 1 및 제 2수용홈 사이에 Y축 방향으로 일체로 형성된 코일 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬림형 광 픽업 액츄에이터.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 코일지지부에는 마그네트 사이에 대향하는 트랙킹 방향 중심부에 수평 권선된 포커싱 코일을 지지하도록 돌출 형성된 제 1코일 지지부와, 상기 포커싱 코일 좌/우측에 대향하는 수직권선된 트랙킹 코일이 제 1코일 지지부의 외측 저면에 안착되도록 형성된 제 2코일 지지부와, 상기 트랙킹 코일 좌/우측에 수평 권선된레디얼 틸팅 코일을 지지하도록 제 2코일 지지부의 외측으로 돌출 형성된 제 3코일 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬림형 광 픽업 액츄에이터.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2, 제 3코일 지지부와 각각의 코일 사이에는 에폭시로 채워 코일들을 고정하는 것을 특징으로 하는 슬림형 광 픽업 액츄에이터.
  5. 서로 대향하는 요크 및 마그네트 및, 상기 서로 대향하는 마그네트 내부에 트랙 방향으로 배치된 포커싱, 트랙킹, 레디얼 틸팅 코일로 구성된 자기 구동부와;
    일측 상단에 대물렌즈를 탑재하고, 상기 자기 구동부의 중심 위치와 일치하는 무게 중심을 갖고 상기 자기 구동부에 의해 일정 방향으로 가동하는 렌즈홀더;
    상기 렌즈홀더에 대해 소정의 자유도로 지지하기 위해 프레임에 연결된 3쌍의 와이어 서스펜션을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬림형 광 픽업 액츄에이터.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 자기 구동부의 마그네트 및 코일은 상기 렌즈홀더의 가동 영역 내에 위치해 있는 것을 특징으로 하는 슬림형 광 픽업 액츄에이터.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 자기 구동부의 코일은 복수개의 마그네트 중심부와 대향하며 사각형태로 수평 권선된 포커싱 코일과, 상기 마그네트 좌/우측과 대향하고 포커싱 코일 측면에 배치되는 좌/우 트랙킹 코일과, 상기 좌/우 트랙킹 코일 측면에 배치되는 좌/우 레디얼 틸팅 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬림형 광 픽업 액츄에이터.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 포커싱 및 트랙킹 및 레디얼 틸팅 코일의 힘 중심과 렌즈홀더의 무게 중심이 X 축 방향의 한 점에 일치하는 것을 특징으로 하는 슬림형 광 픽업 액츄에이터.
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