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Die
Erfindung betrifft einen Schwingarm-Aktuator für einen Sensor, insbesondere
für eine
optische Abtasteinrichtung mit einem eine Fokuslinse aufweisenden
optischen Kopf, zur Anordnung in einem Gerät zur Aufzeichnung und/oder
Wiedergabe von Informationen.
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Ein
beispielsweise in einer optischen Abtasteinrichtung angeordneter
Aktuator mit einem eine Fokuslinse aufweisenden optischen Kopf dient
der Emission eines Lichtstrahls (Laserstrahls) auf eine als Informationsträger ausgebildete
optische Platte und dem Empfang des von dieser reflektierten Strahls.
Die optische Platte wird dabei von einer Trägervorrichtung gehalten und
zu einer Rotationsbewegung angetrieben. Der Aktuator kann als zweiarmiger Schwingarm-Aktuator
ausgebildet sein, bei dem der optische Kopf an einem freien Ende
angeordnet ist. Der Schwingarm ist um eine Achse schwenkbar und bewegt
das Ende mit dem optischen Kopf in Form eines Bogens in einer zur
Aufzeichnungsoberfläche der
optischen Platte parallelen Ebene (Tracking) und ist mit seinem
Kopf senkrecht zu dieser Ebene fokussierbar (Fokusing). Mit einem
Schwingarm-Aktuator sind
kurze Zugriffszeiten auf unterschiedliche Orte des Aufzeichnungsträgers zu
erreichen.
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Derartige
Schwingarm-Aktuatoren sind beispielsweise in der EP-A-0 400 570,
der US 2004/0148619 A1 und der
KR
2004100645 beschrieben.
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Die
EP-A-0 400 570 beschreibt einen Schwingarm-Aktuator in der Art eines
zweiarmigen Hebels, der an einer Trägerplatte um eine senkrecht zu
dieser stehende Achse drehbar gelagert ist. Dem Schwingarm-Aktuator
ist für
eine bogenförmige
erste Schwenkbewegung des optischen Kopfes, der der groben Annäherung an
den Aufzeichnungspunkt auf der Platte dient, auf der dem optischen
Kopf abgekehrten Seite der Achse ein Magnetantrieb zugeordnet, der
aus zwei gebogenen Stabmagneten beidseits des Schwingarmes und jeweils
einer Spule gebildet ist. Im Schwingarm selbst ist eine aus einer
Laserdiode und einem Kollimatorlinsensystem gebildete Einheit zur
Erzeugung und Leitung eines Laserstrahls zur Fokuslinse um die gleiche
Achse schwenkbar gelagert, die mit einem zweiten Magnetantrieb zur
Feineinstellung der Sollposition auf der bogenförmigen Bewegungsbahn versehen
ist. Der optische Kopf, der an dem dem Magnetantrieb abgewandten
Ende des Schwingarmes angeordnet ist, ist an horizontal und im vertikalen
Abstand voneinander angeordneten Blattfederelementen gehalten und steht
mit einem weiteren Magnetantrieb für eine Bewegung desselben senkrecht
zur bogenförmigen
Bewegungsbahn (Trackingrichtung) und damit zur optischen Platte
in Wirkverbindung (Fokusierungsrichtung). Dieser Schwingarm-Aktuator ist wegen
der mehreren Magnetantriebe sehr aufwändig.
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In
der Würdigung
des Standes der Technik in der US 2004/0148619 A1 ist ein Schwingarm-Aktuator
der oben beschriebenen Art angeführt,
der ebenfalls schwenkbar um eine Achse an einem Träger angeordnet
ist und an seinem dem optischen Kopf gegenüberliegenden Endbereich einen
Magnetantrieb aufweist, der aus einer fest am Träger angeordneten Magnetanordnung
und einer auf dem Schwingarm angeordneten Spule gebildet ist, deren
Betriebsstrom gesteuert wird. Der an sich starre Schwingarm ist
auf der dem Magnetantrieb abgewandten Seite der Schwenkachse, also
fokuslinsenseitig, durch einen elastischen Bereich unterbrochen
und trägt
an seinem freien Ende den optischen Kopf. Der elastische Bereich
ist durch eine Blattfeder gebildet.
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Der
kopfseitigen Sektion des Schwingarmes ist daher ein zweiter Magnetantrieb
zugeordnet, der den optischen Kopf in der Fokusierungsrichtung bewegen
kann. Da dieser Schwingarm relativ schwer ist, ist er auch träge, und
eine Feineinstellung in der Trackingrichtung ist schwierig. Zur
Lösung
des Problems sieht der in der o.g. US-A weiterentwickelte Schwingarm-Aktuator
vor, den elastischen Bereich und die der kopfseitigen Sektion zugeordnete
Magnetanordnung derart zu gestalten, dass die kopfseitige Sektion
des Schwingarmes zur Feineinstellung in der Trackingrichtung in
einem begrenzten Umfange eine Bewegung in dieser Richtung ausführen kann. Damit
ist der elastische Bereich durch zwei horizontal und im vertikalen
Abstand voneinander angeordnete Blattfedern gebildet, die auch in
der Trackingrichtung leicht deformiert werden können. Die in dieser Richtung
erzeugte Bewegung ist allerdings sehr viel kleiner als in der Fokusierungsrichtung
ist. Eine gewisse Vergrößerung dieser
Bewegung kann durch in die Blattfedern eingebrachte Längsschlitze
erreicht werden. Die Blattfederanordnung und die kopfseitige Sektion
des Schwingarmes sind wegen der Spulen- und Magnetanordnung für die Feineinstellung
im Querschnitt dreiseitig umschlossen. Als nachteilig kann hier
angesehen werden, dass der Schwingarm nicht stoßfest und der kopfseitige Teil
desselben gewichtsintensiv ist.
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Schließlich beschreibt
auch die KR-A-2004100645 einen Schwingarm-Aktuator, der einen aus
Blattfedern gebildeten elastischen Bereich für eine Bewegung des optischen
Kopfes in der Fokusierungsrichtung aufweist. Dieser Bereich ist
aus zwei Paaren von horizontal und im vertikalen Abstand angeordneten
Blattfedern gebildet, wobei die beiden Paare einen horizontalen
Abstand voneinander haben.
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Es
hat sich gezeigt, dass Blattfederanordnungen zu starken mechanischen
Resonanzen der kopfseitigen Sektion des (Schwingarm-)Hebelarmes in
der Fokusierungsrichtung, insbesondere des freien Endes derselben,
bei relativ niedrigen Frequenzen führen, die einen erhöhten Energieverbrauch
erfordern. Die ersten Eigenschwingungen haben eine Frequenz von
ca. 100 ... 200 Hz und hängen
dabei auch von der Masse und der Gestalt der kopfseitigen Sektion
ab.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, einen Schwingarm-Aktuator für einen
Sensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu gestalten, dass das
Ende des Schwingarmes, das den Sensor trägt, eine geringere Neigung
zu mechanischen Resonanzen hat.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Schwingarm-Aktuator nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Die
Erfindung besteht in einem Schwingarm-Aktuator für einen Sensor, insbesondere
für eine Abtasteinrichtung,
wobei der Schwingarm in bekannter Weise an einem Träger abgestützt und
in der Art eines zweiarmigen Hebels ausgeführt ist und die Abstützung zugleich
eine Schwenkachse für
den Schwingarm senkrecht zu diesem bildet. Ein Hebelarm trägt dabei
endseitig den Sensor, beispielsweise einen optischen Kopf mit einer
Fokuslinse, und weist an diesem einen aus wenigstens einer Blattfeder
gebildeten elastisch biegbaren Bereich für eine Bewegung des optischen
Kopfes in der Fokusierungsrichtung senkrecht zur Schwenkebene des
Schwingarmes sowie eine Komponente eines Magnetantriebes dafür auf. Der
andere Hebelarm ist mit einer Komponente eines Magnetantriebes für eine Schwenkbewegung
um die Achse (Trackingrichtung) versehen.
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Nach
der Erfindung ist die zum Schwingarm längserstreckte und in Parallelanordnung
zu dessen Schwenkebene angeordnete Blattfeder, die den den optischen
Kopf tragenden Hebelarm in zwei Sektionen teilt, die den biegbaren
Bereich begrenzen, in die beiden Sektionen eingebettet und überbrückt den Abstand
zwischen diesen. Wenigstens in einem der beiden sich direkt an die
(Hebelarm-)Sektionen jeweils anschließenden Teilbereiche ist die
Blattfeder von einem Dämpfungsmittel,
insbesondere einem Silikonmaterial, umschlossen.
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Dieses
Dämpfungsmittel
ist von erheblichem Vorteil für
das Resonanzverhalten der kopfseitigen Sektion des (Schwingarm-)Hebelarmes. Es hat
sich nämlich
gezeigt, dass dieses durch die Anordnung des Dämpfungsmittels erheblich verbessert
wird, indem die Eigenfrequenzen kleiner sind und bei höheren Frequenzen
liegen. Damit wiederum wird der erforderliche Energieverbrauch verringert.
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Der
elastische Bereich ist bevorzugt aus zwei parallel zueinander, im
seitlichen Abstand voneinander und beidseits der Längsachse
des Schwingarmes angeordneten Blattfedern aus Federstahl gebildet,
die separat, jedoch im gleichen Teilbereich von dem Dämpfungsmittel
umschlossen sind. Diese Blattfederanordnung ist mit einer Erhöhung der Torsionssteifigkeit
des den optischen Kopf tragenden Hebelarmes im elastischen Bereich
des an sich biege- und torsionssteifen Schwingarmes verbunden.
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Zweckmäßigerweise
ist das Dämpfungsmittel
jeweils in einer die jeweilige Blattfeder umschließenden Aufnahmekammer
aufgenommen, die an der Stirnseite der jeweiligen Sektion des Hebelarmes
angeformt und auf der dieser abgewandten Seite offen ist, wobei
der Schwingarm aus einem Kunststoff, vorzugsweise LCP (Liquid Crystal
Polymer), gefertigt ist.
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Um
die Empfindlichkeit der den optischen Kopf tragenden Sektion des
Hebelarmes für
eine Bewegung in der Fokusierungsrichtung zu erhalten, sind die
Aufnahmekammern jeweils an der schwenkachsenseitigen Sektion angeformt.
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Die
Schwenkachse des Schwingarmes ist vorteilhaft durch dessen Schwerpunkt
geführt,
damit der biege- und torsionssteife Schwingarm weitgehend stoßfest ist.
Dabei kann der Magnetantrieb aus einem an einem Träger für den Schwingarm
angeordneten Permanentmagneten und einer an der den optischen Kopf
tragenden Sektion angeordneten Spule, vorzugsweise einer gewickelten
Spule, gebildet sein, die die Trägheit
des Schwingarmes herabsetzt, wodurch dieser empfindlicher ist.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. In
den zugehörigen
Zeichnungen zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Schwingarm-Aktuators,
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2 dieser
in Anordnung auf einem Träger und
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3 einen
Längsschnitt
III-III durch den Schwingarm.
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Der
in 1 gezeigte Schwingarm-Aktuator für eine nicht
dargestellt optische Abtasteinrichtung weist einen torsionssteifen
Schwingarm 1 aus einem Kunststoffmaterial, vorzugsweise
LCP (Liquid Crystal Polymer) auf, der in der Art eines zweiarmigen
Hebels gestaltet und in seinem Schwerpunkt S zwischen den Hebelarmen I und II an
einem Träger
(2, 2) um eine senkrecht zum Schwingarm 1 verlaufende
Schwenkachse SA schwenkgelagert ist. Der Hebelarm I trägt endseitig
einen optischen Kopf 3 mit einer Fokuslinse und ist im
Bereich zwischen diesem und der Schwenkachse SA mit einem aus zwei
parallel zueinander und im seitlichen Abstand voneinander angeordneten
Blattfedern 4 aus einem Federstahl gebildeten elastisch
biegbaren Bereich 5 versehen. Zwischen diesem (5)
und dem optischen Kopf 3 ist ein aus einem am Träger (2)
fest angeordneten Permanentmagneten 6 und einer an der
kopfseitigen Sektion I.1 des Hebelarmes I trägerseitig
angeordneten Spule 7 gebildeter Magnetantrieb für eine Bewegung
dieser Sektion in der Fokusierungsrichtung f senkrecht zur Schwenkebene
des Schwingarmes 1 um die Schwenkachse SA angeordnet. Die
Spule 7 ist hierbei vorzugsweise gewickelt, sie kann aber auch
als gedruckte Spule ausgebildet sein. Der andere Hebelarm II trägt endseitig
eine Spule 8, die mit einem weiteren am Träger (2)
fest angeordneten Permanentmagneten 9 einen Magnetantrieb
für eine Schwenkbewegung
des Schwingarmes 1 um die Schwenkachse SA ausbildet, die
den optischen Kopf 3 in radialer Richtung t (Trackingrichtung)
zu einer optischen Platte OP, die in 2 angedeutet
ist, bewegt.
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In
den 1 und 2, deutlicher jedoch im Schnitt
III-III gemäß 3,
ist die Anordnung der Blattfedern 4 zu erkennen. Diese
sind zum Schwingarm 1 längserstreckt
und in Parallelanordnung zu dessen Schwenkebene jeweils mit ihren
Enden in die Sektionen I.1 und I.2 stoffschlüssig eingebettet.
An der Stirnseite der schwenkachsenseitigen Sektion I.2 sind
zwei Aufnahmekammern 10 angeformt, die mit einem Silikon
als Dämpfungsmittel
DM gefüllt
sind, beispielsweise mit SDM-345L der Firma Kyoritsu. Diese mit
dem Dämpfungsmittel
DM gefüllten
Aufnahmekammern 10 umschließen die jeweilige Blattfeder 4 in
einem sich bereichsseitig an die Sektion I.2 direkt anschließenden Teilbereich. 3 zeigt
eine der beiden Aufnahmekammern 10 im Schnitt und das in
diese eingebrachte Dämpfungsmittel
DM. Zwischen den Aufnahmekammern 10 und der achsseitigen Stirnseite
der kopfseitigen Sektion I.1 des Hebelarmes I befindet
sich ein relativ kurzer dämpfungsmittelfreier
Blattfedernbereich. In der 3 wird auch die
Blattfedereinbettung in die beiden Sektionen I.1 und I.2 des
Hebelarmes I deutlich. Zudem zeigt die 3 auch
einen Schnitt durch die im Hebelarm II eingebettete Lagerbuchse 11,
mit der der Schwingarm 1 an einem am Träger 2 fest angeordneten Lagerzapfen
(nicht dargestellt) schwenkbar gelagert ist.
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Durch
eine Schwenkbewegung des Schwingarmes 1 um die Schwenkachse
SA infolge einer Ansteuerung der Spule 8 wird der optische
Kopf 3 radial zur Platte OP bewegt (2, Trackingrichtung
t). Die Fokusierung (Fokusierungsrichtung f) eines bestimmten Punktes
auf der Platte OP wird durch eine Bewegung der Sektion I.1 des
Hebelarmes 1 infolge einer Ansteuerung der Spule 7 ermöglicht,
wobei die Blattfedern 4 in einem geringen Maße elastisch
gebogen werden. Dabei sind die Blattfedern 4 und damit
auch diese Biegebewegung in einem wesentlichen Teilbereich gedämpft.
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- 1
- Schwingarm
- 2
- Träger
- 3
- optischer
Kopf
- 4
- Blattfeder
- 5
- biegbarer
Bereich
- 6
- Permanentmagnet
- 7
- Spule
- 8
- Spule
- 9
- Permanentmagnet
- 10
- Aufnahmekammer
- 11
- Lagerbuchse
- I
- Hebelarm
- I.1
- kopfseitige
Sektion
- I.2
- schwenkachsenseitige
Sektion
- II
- Hebelarm
- DM
- Dämpfungsmaterial
- f
- Fokusierungsrichtung
- t
- Trackingrichtung
- OP
- optische
Platte
- S
- Schwerpunkt
- SA
- Schwenkachse