專利名稱:光學記錄和復制設備上用的光學系統(tǒng)傳動裝置的制作方法
本發(fā)明是關于一個光學系統(tǒng)的傳動裝置，該裝置用來傳動一個在物體的光軸相對應的方向和與光軸垂直的方向裝有一個物鏡的設備。該設備借助于經過物體傳送來的光束進行光學記錄或從記錄帶上讀出數(shù)據(jù)和信息。
在此以前所知道的用激光光束的光學記錄-復印裝置中，激光光束是通過一個物鏡系統(tǒng)聚焦在一個小點上，以便進行信號的記錄和/或讀出(檢查)。為了完成信號記錄和檢查(讀出)并且具有所要求的精度，不僅需要一個聚焦控制以便在一個信息記錄帶上形成光點，同時還考慮到信息記錄帶的粗糙度或不均勻性以及振動，而且還需要一個跟蹤控制以便使聚焦的光點不斷地跟蹤正確的信號而不會有失誤。另外，為了處理在不同時間內由于信息記錄機構轉動不均勻所引起的誤差需要有一個誤差檢查系統(tǒng)，并且還要有一個控制執(zhí)行機構的裝置以便傳動物鏡系統(tǒng)消除所產生的誤差。
在此以前，為了實現(xiàn)上述的誤差消除需要有一個傳動機構，物鏡在這個機構上可以在光軸方向移動，而安裝在光軸上的鏡子朝向物體并在互相垂直的方向有相應的回轉軸，鏡子用一種稱作音頻線圈的裝置進行回轉，使光程偏移到兩個垂直于光軸的方向，這里激光光束的聚焦點的位置可在三個獨立的方向進行控制。這種結構的傳動系統(tǒng)需要有一個很重的廣角物鏡，因此使傳動裝置的尺寸大大增加，這是一個缺點。
作為解決上述問題的一個辦法，曾經建議采用一種光學系統(tǒng)，上面有一個重量輕的小角物鏡安裝在彈性支撐件，如板彈簧的上面，這樣，該光學系統(tǒng)就能夠借助于電信號在對應于光軸的方向和與其垂直的方向進行振動。為了在兩個方向進行物鏡的電氣控制，可以使用一種用電磁方法的傳動系統(tǒng)，一種用音頻線圈方法的傳動系統(tǒng)以及一種用壓電元件工作的傳動系統(tǒng)。在采用任何一種系統(tǒng)時，都要求被傳動的設備具有較小的尺寸和重量以保證在聚焦和跟蹤性能方面具有較高的靈敏度。就此而論，過去已知的結構是在被傳動的設備上裝有一個線圈，而用一個磁路作為傳動裝置來起跟蹤和聚焦的作用，這種結構從制造的觀點來說是有缺點的，因為對線圈的尺寸精度要求十分嚴格。同時，這種結構不適于大批量生產。此外，這一線圈在結構上的穩(wěn)定性或剛性較低，要想把裝有線圈的被傳動設備的共振頻率(fn)的上限提高到伺服系統(tǒng)的頻率范圍以上是非常困難的，這就帶來個問題，無法實現(xiàn)在所要求的精度下進行聚焦和跟蹤。
本發(fā)明的一個目的是為光學信息記錄-復印系統(tǒng)提供一個物鏡傳動裝置，這一裝置可以避免上述的種種缺點，并且能在保證性能良好的條件下進行大批量生產。
本發(fā)明的另外一個目的是提供一種物鏡傳動裝置，可以在尺寸較小的鼓輪上用方便的辦法連續(xù)地纏繞跟蹤線圈和聚焦線圈。
本發(fā)明還有一個目的是提供一個動態(tài)穩(wěn)定性較好的物鏡傳動裝置，并且既使在高頻范圍內也具有敏感性高的振幅特性。
按照本發(fā)明的一個方面，建議采用一個帶切槽和凸臺(如銷釘)的鼓輪以便于纏繞驅動線圈的繞組。按照本發(fā)明的另一方面，提供一個加強驅動線圈的強化辦法，使鼓輪與驅動線圈粘接在一起形成一個整體，這可提高被傳動設備的共振頻率，并且可以擴大共振頻率的范圍。
附圖的簡單說明
本發(fā)明的目的、性能特點和優(yōu)點在參照下列附圖進行說明的時候可以看得更加清楚，附圖包括圖1a所示是表明根據(jù)本發(fā)明的具體結構在鼓輪上纏繞線圈的情況;
圖1b是一個局部剖開的透視圖，表明一個物鏡傳動設備的鼓輪上按本發(fā)明纏繞有線圈;
圖1c是表明鼓輪尺寸因素的透視圖;
圖2a-2c是纏繞驅動線圈繞組的方法;
圖2b是按照本發(fā)明的另一種具體結構中的鼓輪結構;
圖3a-3c所示是按照本發(fā)明另一種具體結構中線圈繞組的纏繞方法;
圖4表明纏繞了線圈的鼓輪所受驅動力的情況;
圖5所示是線圈導線的截面;
圖6是頻率共振特性曲線;
圖7所示是按照本發(fā)明的具體結構裝配一個物鏡傳動裝置的部分剖開的透視圖;
圖8是按照本發(fā)明另外一種具體結構中的鼓輪的放大圖。
推薦結構的說明下面參照附圖對本發(fā)明的典型結構進行詳細的說明。
首先參見圖1b，物鏡1安裝在鼓輪2上，在鼓輪周圍纏繞了一個聚焦線圈3和一個跟蹤線圈，該線圈包括線圈4a和線圈4b。在鼓輪上安裝有彈簧夾持器5a和5b，用來托住彈簧6a-6b的一端。彈簧6a-6b的另一端安裝在一個固定架7上。在所介紹的這種具體結構中，四個彈簧都是用直徑約為0.1mm的磷銅絲繞成的螺旋彈簧。應該指出，聚焦線圈和跟蹤線圈的引出線(線頭)都是從這些彈簧6a-6b的中心穿過的。引出線的露出線頭都分別接到尾銷8a-8b上，以便通過裝在固定架7上的導電模板13b進行外部連接，二者在13a位置上焊在一起。
圖中件號9表示一個底板，上面固定著磁路元件10a和10b，其間有一個磁隙，聚焦線圈3和跟蹤線圈(4a，4b)就安裝在這里。于是，當電流通入尾銷8a-8b時，這個由物鏡1、鼓輪2、聚焦線圈3和跟蹤線圈4a、4b組成的傳動裝置就可以在聚焦方向(X)以及跟蹤方向(Y)被傳動。
圖1a所示是傳動裝置外觀的透視圖，圖上與傳動結構分開。聚焦線圈3的一個引出線31從螺旋彈簧6a中心伸出來在13c′位置上與導電模板7′焊在一起，因此也就是與尾銷8c相連接。另一方面，聚焦線圈3的另一個引出線頭32從螺旋彈簧6b中向外引出并與尾銷8d相連接。聚焦驅動電流可以通入聚焦線圈3中，如箭頭35所示。
跟蹤線圈系由兩部分線圈4a和4b組成，線圈纏繞在鼓輪2上的方式是二者互相交叉，跟蹤線圈的兩個線頭33和34分別從螺旋彈簧6c和6b中引出并與尾銷8a和8b相連接，這樣，跟蹤驅動電流就可從跟蹤線圈4a和4b中通過，如箭頭36和37所示。
在圖4中，磁路10中不斷地產生一個靜磁場H0，其方向與圖面相垂直。另一方面，磁路10b產生了一個與磁場H0的方向相反的靜磁場H′0。結果，當聚焦線圈3中通以聚焦驅動的交流電35(圖1a)時，就會有一個驅動力在聚焦方向作用到被傳動的設備上，如圖中的箭頭41所示。
通過跟蹤線圈4a和4b的跟蹤電流Ia和Ib總是大小相同。通過選擇跟蹤線圈4a和4b繞組的角度Q1和Q2以及線圈匝數(shù)互相一致，那么作用在靜磁場H0中的線圈4a和4b上的力F1和F2的大小就會是一樣的。力F1和F2在垂直方向(Y)的分力F1Y和F′2Y將具有相反的方向。因此，垂直分力F1Y和F2Y互相抵銷，而在跟蹤方向的分力F1X和F2X之合，F(xiàn)TR＝F1X+F2X則是有效的，即作為跟蹤的驅動力。
圖1c和表1列出了鼓輪的尺寸，在鼓輪上纏繞了直徑約0.8mm的絕緣導線，形成聚焦線圈和跟蹤線圈。聚焦線圈和跟蹤線圈所用導線的材質可以一樣也可以不相同，視跟蹤驅動電流和聚焦驅動電流的大小而定。鼓輪的結構和各個尺寸已在圖1c和表1中表明。不過，這些數(shù)據(jù)只是為了進行典型說明而已，并不具有任何約束和限制的意思。
圖3a-3c所示是在鼓輪上纏繞線圈時所采用的綻翼纏繞法和綻子纏繞法。在圖3a中，有一個托架41插入開孔1′中并與其固定，物鏡即安裝在這個開孔中。一個具有吐絲咀43的長臂42圍繞箭頭44指示的方向旋轉將線圈的導線纏到鼓輪2上。在線圈纏繞完了以后，線圈導線的尾端要在從托梁41自由端伸出的軸45上繞幾圈，接著長臂42移到另一個位置以便纏繞跟蹤線圈46，此時長臂42是在箭頭46指示的與箭頭44所指方向不同的方向圍繞鼓輪2旋輪，線圈導線從吐絲咀43中出來纏到鼓輪上形成跟蹤線圈46。
按上述方法連續(xù)不斷地纏繞兩種線圈這種可能性是一個重要因素，對于物鏡傳動裝置的大批量制造具有決定性的意義。
圖3c所示是另外一種在鼓輪2上纏繞跟蹤線圈46的方法，托梁41在48所示方向圍繞一個主軸旋轉，而長臂42并不旋轉。長臂42在所示位置固定不動只是從吐絲咀43中吐出線圈的導線或電線。
線圈可以按照圖3a-3c所示的任何一種方法纏繞到鼓輪上。盡管這些線圈也可以用人工進行纏繞，不過最好還是按照預定的程序由一個裝有吐絲臂的繞線機器人來完成以便提高這種傳動裝置的制造能力，這些線圈是纏繞在尺寸小而結構如圖1c所示的那種鼓輪上。
如圖5所示，所纏繞的導線或電線是由中心導線或銅絲51，一層涂在銅絲51外面的絕緣膜52和一層涂在絕緣薄膜52外表面上的可溶解的薄膜53構成。在吐絲咀43的端頭有一個噴酒精的裝置(圖上未示)，它向正在鼓輪2上纏繞的線圈的外表面上噴酒精，以便溶解薄膜53，同時也使已經纏到鼓輪上的鄰近一圈銅絲的外表面變濕。用熱空氣吹鼓輪以便使酒精蒸發(fā)。當可溶解的薄膜53這樣再次固化以后，線圈上相鄰的銅絲便互相粘接在一起。薄膜53可以用聚氨酯或聚氨酯材料浸潰在熱固的環(huán)氧樹脂。這種形式的銅絲就是一種自固化的導線。用這種導線作線圈纏繞在鼓輪上可以增加其穩(wěn)定性，如下面所述的那樣。
圖2a-2c所示是在鼓輪2上纏繞聚焦線圈3和跟蹤線圈4a，4b的順序過程。首先參看圖2a，聚焦線圈的導線的前端部分12a從下面夾持在切槽11C中。當把導線纏繞在鼓輪上形成聚焦線圈時，在疊加層纏到偶數(shù)層以后，導線的尾端部分12b被夾持在切槽11c中并從鼓輪2的下面引出。當聚焦線圈3纏繞的層數(shù)是奇數(shù)時，導線的尾端部分12b被夾持在切槽11d中并從鼓輪的上面引出。
其后，跟蹤線圈纏繞時可以將其導線的前端部分夾持在切槽11d中。在這種情況下，不用擔心在切槽11c中所夾持在線圈端部12a和12b會被夾在跟蹤圈之中。參看圖2b，可以看到鼓輪在布置上相對于圖2a的情況回轉180°，跟蹤線圈的前端部分12c先被夾持在銷釘14a上，導線傾斜地纏繞在鼓輪的凹口或凹槽18a和18c(圖2a)之中，不過是在鼓輪2對角線方向相對的兩個角上。當跟蹤線圈4a完全纏繞好以后，導線跨過銷釘14a和14b纏繞在另一對凹槽18b和18d(圖2a)中，這是從端部12b開始纏繞的。應該看到，由于有了銷釘14a和14d以及凹口11a-11d才有可能連續(xù)地纏繞跟蹤線圈4a和4b而無需在纏繞過程中替換導線，這就意味著生產能力可以得到提高。
鼓輪上有兩個凸臺15a和15b，它們在聚焦線圈3被粘接的位置上，這樣就可以避免線圈3的導線出現(xiàn)不平行或其他偏移。借助于這種粘接以及前面所講的那種自粘接導線，就可以防止出現(xiàn)那種不希望有的移位現(xiàn)象，從而使傳動裝置的穩(wěn)定性得到提高。結果，傳動裝置的高共振頻率提高了，這樣一來，頻率靈敏區(qū)也能夠擴大，如下所述。圖6所示是傳動裝置的頻率靈敏特性曲線，圖中所示的兩種傳動裝置都包括用自粘接導線纏繞的聚焦線圈和跟蹤線圈，只是其中一個傳動裝置上有凸臺部分而另一個裝置上沒有。更準確地說，曲線A表示的是具有凸臺部分15的傳動裝置的頻率靈敏特性，而曲線B表示的是不帶凸臺的傳動裝置。曲線A和B上的銷釘似的尖峰與共振頻率fn上限位置相對應。從圖6中可以看出，具有凸臺15的傳動裝置的頻率靈敏區(qū)被擴大了。在所敘述的實施例中，鼓輪是用摻加了20%碳纖維(按重量)的聚碳酸酯制成的，其目的就是減小鼓輪2′的重量、提高其穩(wěn)定性。
圖7所示是按照本發(fā)明的一個實施例來組裝這個傳動裝置的方法。切槽11a-11d除了前面講的可以起夾持導線的作用外，還可以安裝彈簧夾持器5a和5b。為此，這些切槽可以做成向外張開的喇叭口形，以便插入裝在夾持器5a和5b上的圓柱形導向銷釘19，這樣往鼓輪2的切槽11a-11d中插銷釘就會方便些。
圖8所示是本發(fā)明另一個實施例中所用的鼓輪結構。鼓輪2上的空心部分16a-16d比圖1c和圖2d中所示的加大了，這是為了減小鼓輪的重量。采用圖8所示的這種結構的鼓輪，可以使傳動裝置的電流-振幅特性(即靈敏度)得到提高。另外，為了提高鼓輪2在跟蹤方向的穩(wěn)定性或剛性，增加了橋接部分17a和17b并且用一種粘接劑與線圈粘接起來，從而使共振頻率fn增大，其結果是改進了頻率靈敏特性。
根據(jù)本發(fā)明推薦的實施例，通過安裝在鼓輪2上的物鏡的光束可以是激光光束，其振幅可以調節(jié)以便在記錄帶上寫出或記錄出數(shù)據(jù)。換句話說，記錄帶可以用預定強度的光束進行照射，在光束透射或通過記錄帶反射的那一點上，并且按記錄帶的光學特性如因粗糙度或穿過結晶-非晶相而引起的反射率的變化等都可以通過物鏡探測出來，這是不用多說的。此外，在用光磁盤的情況下，回轉盤上的磁道用預定強度的光束通過物鏡照射，在這里數(shù)據(jù)的記錄可以通過在要求的方向向光磁盤作用磁場的辦法來實現(xiàn)。
因此，按照本發(fā)明的鼓輪結構可以用來安裝一個物鏡系統(tǒng)以便通過一個光束，這個光束射向記錄帶的預定位置，記錄帶用于一個小型盤，一個光盤及一個光磁盤裝置上。
圖2d所示是本發(fā)明另一個實施例中的鼓輪結構，在這種鼓輪上，切槽11a-11b的位置從鼓輪每一側的中央分別向銷釘14a-14b移動。采用這種結構的鼓輪時，聚焦線圈和跟蹤線圈繞組之間的導線夾持作用可以進一步改進。為了使一個機器人能夠很好地完成纏繞線圈的任務而不受到干擾，導線夾持作用的改進對于提高物鏡傳動裝置的質量、增加生產能力和降低制造成本來說是一個重要因素，因為導線纏得松會給最終的產品帶來嚴重的缺陷。
權利要求
1.一個纏繞有驅動線圈并裝有一個傳送光束的鼓輪，上述光束由通過上述線圈的驅動電流進行控制，其特征包括(a)有一個安裝孔用來安裝上述物鏡，同時也用來通過上述物鏡傳送的光束；(b)在鼓輪的兩個相對的側墻上的第一組凹口，這些凹口與上述安裝孔大體上平行，用來纏繞上述線圈中的一個，這個線圈大體上與上述安裝孔相垂直；(c)在上述第一組凹口中的切槽與上述安裝孔相平行，用來通過上述線圈的前后端頭部分；(d)在鼓輪相對側墻的上述兩對面上切出的第二組凹口，用來纏繞另外一組線圈，這組線圈與上述鼓輪另一對相對的側墻上的線圈相交。
2.按權利要求
1的鼓輪，其特征是上述切槽具有與凸臺大體相同的寬度，這個凸臺裝在上述鼓輪上，每一個切槽具有一個向外張開的開口以便在凸臺插入上述切槽中的時候起導向作用。
3.按照權利要求
1的鼓輪，其特征是至少還有兩個限位凸臺，在把上述線圈連續(xù)地纏繞在上述第一組和第二組凹口中的過程中，這兩個凸臺用作限定裝置。
4.按照權利要求
1的鼓輪，其特征是還包括加厚部分，這些加厚部分在另外一對相對的側墻上以便與上述第一個線圈相接觸。
5.按照權利要求
1的鼓輪，其特征是上述鼓輪是用參加了10-30%(按重量)碳纖維或玻璃纖維的可塑料制做的。
6.一個用來制造物鏡傳動裝置的方法，這個傳動裝置可在聚焦方向以及與上述聚焦方向相垂直的方向移動物鏡，上述物鏡傳送一個光束以便在記錄帶上記錄-復印光學記錄，其特征包括(a)在鼓輪的一對相對側墻上的上邊和下邊都有切槽，在鼓輪上纏繞著驅動物鏡用的線圈;(b)與第一個線圈的前端和后端部分相對應的導線端頭就插在上述切槽中;(c)在上述第一個線圈上纏繞第二和第三個線圈。
7.按照權利要求
6的制造物鏡傳動裝置的方法，其特征是至少有幾個上述的切槽，當在上述鼓輪上安裝其他部件時可以用導向孔。
8.按照權利要求
6的制造物鏡傳動裝置的方法，其特征是在上述鼓輪上至少有兩個凸臺，在從上述第一個線圈連續(xù)纏繞第二和第三個線圈時，這些凸臺可用來導向。
9.按照權利要求
6的制造物鏡傳動裝置的方法，其特征是在上述鼓輪上有加厚部分，在插入上述傳動裝置的一個磁路的部分與上述第一個線圈或上述第二個線圈或第三個線圈相粘接。
10.按照權利要求
6的制造物鏡傳動裝置的方法，其特征是上述鼓輪是用摻加了10-30%(按重量)碳纖維或玻璃纖維的可塑料制做的。
專利摘要
物鏡傳動裝置，包括一纏有驅動線圈的鼓輪，其上裝有一物鏡用來傳送光束，這個光束由通過線圈的驅動電流進行控制。鼓輪組成為(a)一安裝物鏡的安裝孔，由物鏡傳送的光束也通過這個孔；(b)在鼓輪的兩個相對的側墻上的與安裝孔大體上平行的第一組凹口，用來纏繞其纏繞方向大體上與安裝孔相垂直的線圈中的一個，(c)在第一組凹口中的切槽與安裝孔相平行，用來通過線圈的前后端頭部分；(d)在鼓輪相對側墻的兩對面上切出的第二組凹口，用來纏繞另外一組線圈，這組線圈與鼓輪另一對相對的側墻上的線圈相交。
文檔編號G02B26/08GK85103311SQ85103311
公開日1986年11月12日 申請日期1985年5月13日
發(fā)明者伊熊昭等, 奧田正, 家木幸一, 笹本敏雄 申請人:株式會社日立制作所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan