光学记录和复制设备上用的光学系统传动装置的制作方法

专利名称:光学记录和复制设备上用的光学系统传动装置的制作方法
本发明是关于一个光学系统的传动装置，该装置用来传动一个在物体的光轴相对应的方向和与光轴垂直的方向装有一个物镜的设备。该设备借助于经过物体传送来的光束进行光学记录或从记录带上读出数据和信息。
在此以前所知道的用激光光束的光学记录-复印装置中，激光光束是通过一个物镜系统聚焦在一个小点上，以便进行信号的记录和/或读出(检查)。为了完成信号记录和检查(读出)并且具有所要求的精度，不仅需要一个聚焦控制以便在一个信息记录带上形成光点，同时还考虑到信息记录带的粗糙度或不均匀性以及振动，而且还需要一个跟踪控制以便使聚焦的光点不断地跟踪正确的信号而不会有失误。另外，为了处理在不同时间内由于信息记录机构转动不均匀所引起的误差需要有一个误差检查系统，并且还要有一个控制执行机构的装置以便传动物镜系统消除所产生的误差。
在此以前，为了实现上述的误差消除需要有一个传动机构，物镜在这个机构上可以在光轴方向移动，而安装在光轴上的镜子朝向物体并在互相垂直的方向有相应的回转轴，镜子用一种称作音频线圈的装置进行回转，使光程偏移到两个垂直于光轴的方向，这里激光光束的聚焦点的位置可在三个独立的方向进行控制。这种结构的传动系统需要有一个很重的广角物镜，因此使传动装置的尺寸大大增加，这是一个缺点。
作为解决上述问题的一个办法，曾经建议采用一种光学系统，上面有一个重量轻的小角物镜安装在弹性支撑件，如板弹簧的上面，这样，该光学系统就能够借助于电信号在对应于光轴的方向和与其垂直的方向进行振动。为了在两个方向进行物镜的电气控制，可以使用一种用电磁方法的传动系统，一种用音频线圈方法的传动系统以及一种用压电元件工作的传动系统。在采用任何一种系统时，都要求被传动的设备具有较小的尺寸和重量以保证在聚焦和跟踪性能方面具有较高的灵敏度。就此而论，过去已知的结构是在被传动的设备上装有一个线圈，而用一个磁路作为传动装置来起跟踪和聚焦的作用，这种结构从制造的观点来说是有缺点的，因为对线圈的尺寸精度要求十分严格。同时，这种结构不适于大批量生产。此外，这一线圈在结构上的稳定性或刚性较低，要想把装有线圈的被传动设备的共振频率(fn)的上限提高到伺服系统的频率范围以上是非常困难的，这就带来个问题，无法实现在所要求的精度下进行聚焦和跟踪。
本发明的一个目的是为光学信息记录-复印系统提供一个物镜传动装置，这一装置可以避免上述的种种缺点，并且能在保证性能良好的条件下进行大批量生产。
本发明的另外一个目的是提供一种物镜传动装置，可以在尺寸较小的鼓轮上用方便的办法连续地缠绕跟踪线圈和聚焦线圈。
本发明还有一个目的是提供一个动态稳定性较好的物镜传动装置，并且既使在高频范围内也具有敏感性高的振幅特性。
按照本发明的一个方面，建议采用一个带切槽和凸台(如销钉)的鼓轮以便于缠绕驱动线圈的绕组。按照本发明的另一方面，提供一个加强驱动线圈的强化办法，使鼓轮与驱动线圈粘接在一起形成一个整体，这可提高被传动设备的共振频率，并且可以扩大共振频率的范围。
附图的简单说明
本发明的目的、性能特点和优点在参照下列附图进行说明的时候可以看得更加清楚，附图包括图1a所示是表明根据本发明的具体结构在鼓轮上缠绕线圈的情况;
图1b是一个局部剖开的透视图，表明一个物镜传动设备的鼓轮上按本发明缠绕有线圈;
图1c是表明鼓轮尺寸因素的透视图;
图2a-2c是缠绕驱动线圈绕组的方法;
图2b是按照本发明的另一种具体结构中的鼓轮结构;
图3a-3c所示是按照本发明另一种具体结构中线圈绕组的缠绕方法;
图4表明缠绕了线圈的鼓轮所受驱动力的情况;
图5所示是线圈导线的截面;
图6是频率共振特性曲线;
图7所示是按照本发明的具体结构装配一个物镜传动装置的部分剖开的透视图;
图8是按照本发明另外一种具体结构中的鼓轮的放大图。
推荐结构的说明下面参照附图对本发明的典型结构进行详细的说明。
首先参见图1b，物镜1安装在鼓轮2上，在鼓轮周围缠绕了一个聚焦线圈3和一个跟踪线圈，该线圈包括线圈4a和线圈4b。在鼓轮上安装有弹簧夹持器5a和5b，用来托住弹簧6a-6b的一端。弹簧6a-6b的另一端安装在一个固定架7上。在所介绍的这种具体结构中，四个弹簧都是用直径约为0.1mm的磷铜丝绕成的螺旋弹簧。应该指出，聚焦线圈和跟踪线圈的引出线(线头)都是从这些弹簧6a-6b的中心穿过的。引出线的露出线头都分别接到尾销8a-8b上，以便通过装在固定架7上的导电模板13b进行外部连接，二者在13a位置上焊在一起。
图中件号9表示一个底板，上面固定着磁路元件10a和10b，其间有一个磁隙，聚焦线圈3和跟踪线圈(4a，4b)就安装在这里。于是，当电流通入尾销8a-8b时，这个由物镜1、鼓轮2、聚焦线圈3和跟踪线圈4a、4b组成的传动装置就可以在聚焦方向(X)以及跟踪方向(Y)被传动。
图1a所示是传动装置外观的透视图，图上与传动结构分开。聚焦线圈3的一个引出线31从螺旋弹簧6a中心伸出来在13c′位置上与导电模板7′焊在一起，因此也就是与尾销8c相连接。另一方面，聚焦线圈3的另一个引出线头32从螺旋弹簧6b中向外引出并与尾销8d相连接。聚焦驱动电流可以通入聚焦线圈3中，如箭头35所示。
跟踪线圈系由两部分线圈4a和4b组成，线圈缠绕在鼓轮2上的方式是二者互相交叉，跟踪线圈的两个线头33和34分别从螺旋弹簧6c和6b中引出并与尾销8a和8b相连接，这样，跟踪驱动电流就可从跟踪线圈4a和4b中通过，如箭头36和37所示。
在图4中，磁路10中不断地产生一个静磁场H0，其方向与图面相垂直。另一方面，磁路10b产生了一个与磁场H0的方向相反的静磁场H′0。结果，当聚焦线圈3中通以聚焦驱动的交流电35(图1a)时，就会有一个驱动力在聚焦方向作用到被传动的设备上，如图中的箭头41所示。
通过跟踪线圈4a和4b的跟踪电流Ia和Ib总是大小相同。通过选择跟踪线圈4a和4b绕组的角度Q1和Q2以及线圈匝数互相一致，那么作用在静磁场H0中的线圈4a和4b上的力F1和F2的大小就会是一样的。力F1和F2在垂直方向(Y)的分力F1Y和F′2Y将具有相反的方向。因此，垂直分力F1Y和F2Y互相抵销，而在跟踪方向的分力F1X和F2X之合，FTR＝F1X+F2X则是有效的，即作为跟踪的驱动力。
图1c和表1列出了鼓轮的尺寸，在鼓轮上缠绕了直径约0.8mm的绝缘导线，形成聚焦线圈和跟踪线圈。聚焦线圈和跟踪线圈所用导线的材质可以一样也可以不相同，视跟踪驱动电流和聚焦驱动电流的大小而定。鼓轮的结构和各个尺寸已在图1c和表1中表明。不过，这些数据只是为了进行典型说明而已，并不具有任何约束和限制的意思。
图3a-3c所示是在鼓轮上缠绕线圈时所采用的绽翼缠绕法和绽子缠绕法。在图3a中，有一个托架41插入开孔1′中并与其固定，物镜即安装在这个开孔中。一个具有吐丝咀43的长臂42围绕箭头44指示的方向旋转将线圈的导线缠到鼓轮2上。在线圈缠绕完了以后，线圈导线的尾端要在从托梁41自由端伸出的轴45上绕几圈，接着长臂42移到另一个位置以便缠绕跟踪线圈46，此时长臂42是在箭头46指示的与箭头44所指方向不同的方向围绕鼓轮2旋轮，线圈导线从吐丝咀43中出来缠到鼓轮上形成跟踪线圈46。
按上述方法连续不断地缠绕两种线圈这种可能性是一个重要因素，对于物镜传动装置的大批量制造具有决定性的意义。
图3c所示是另外一种在鼓轮2上缠绕跟踪线圈46的方法，托梁41在48所示方向围绕一个主轴旋转，而长臂42并不旋转。长臂42在所示位置固定不动只是从吐丝咀43中吐出线圈的导线或电线。
线圈可以按照图3a-3c所示的任何一种方法缠绕到鼓轮上。尽管这些线圈也可以用人工进行缠绕，不过最好还是按照预定的程序由一个装有吐丝臂的绕线机器人来完成以便提高这种传动装置的制造能力，这些线圈是缠绕在尺寸小而结构如图1c所示的那种鼓轮上。
如图5所示，所缠绕的导线或电线是由中心导线或铜丝51，一层涂在铜丝51外面的绝缘膜52和一层涂在绝缘薄膜52外表面上的可溶解的薄膜53构成。在吐丝咀43的端头有一个喷酒精的装置(图上未示)，它向正在鼓轮2上缠绕的线圈的外表面上喷酒精，以便溶解薄膜53，同时也使已经缠到鼓轮上的邻近一圈铜丝的外表面变湿。用热空气吹鼓轮以便使酒精蒸发。当可溶解的薄膜53这样再次固化以后，线圈上相邻的铜丝便互相粘接在一起。薄膜53可以用聚氨酯或聚氨酯材料浸溃在热固的环氧树脂。这种形式的铜丝就是一种自固化的导线。用这种导线作线圈缠绕在鼓轮上可以增加其稳定性，如下面所述的那样。
图2a-2c所示是在鼓轮2上缠绕聚焦线圈3和跟踪线圈4a，4b的顺序过程。首先参看图2a，聚焦线圈的导线的前端部分12a从下面夹持在切槽11C中。当把导线缠绕在鼓轮上形成聚焦线圈时，在叠加层缠到偶数层以后，导线的尾端部分12b被夹持在切槽11c中并从鼓轮2的下面引出。当聚焦线圈3缠绕的层数是奇数时，导线的尾端部分12b被夹持在切槽11d中并从鼓轮的上面引出。
其后，跟踪线圈缠绕时可以将其导线的前端部分夹持在切槽11d中。在这种情况下，不用担心在切槽11c中所夹持在线圈端部12a和12b会被夹在跟踪圈之中。参看图2b，可以看到鼓轮在布置上相对于图2a的情况回转180°，跟踪线圈的前端部分12c先被夹持在销钉14a上，导线倾斜地缠绕在鼓轮的凹口或凹槽18a和18c(图2a)之中，不过是在鼓轮2对角线方向相对的两个角上。当跟踪线圈4a完全缠绕好以后，导线跨过销钉14a和14b缠绕在另一对凹槽18b和18d(图2a)中，这是从端部12b开始缠绕的。应该看到，由于有了销钉14a和14d以及凹口11a-11d才有可能连续地缠绕跟踪线圈4a和4b而无需在缠绕过程中替换导线，这就意味着生产能力可以得到提高。
鼓轮上有两个凸台15a和15b，它们在聚焦线圈3被粘接的位置上，这样就可以避免线圈3的导线出现不平行或其他偏移。借助于这种粘接以及前面所讲的那种自粘接导线，就可以防止出现那种不希望有的移位现象，从而使传动装置的稳定性得到提高。结果，传动装置的高共振频率提高了，这样一来，频率灵敏区也能够扩大，如下所述。图6所示是传动装置的频率灵敏特性曲线，图中所示的两种传动装置都包括用自粘接导线缠绕的聚焦线圈和跟踪线圈，只是其中一个传动装置上有凸台部分而另一个装置上没有。更准确地说，曲线A表示的是具有凸台部分15的传动装置的频率灵敏特性，而曲线B表示的是不带凸台的传动装置。曲线A和B上的销钉似的尖峰与共振频率fn上限位置相对应。从图6中可以看出，具有凸台15的传动装置的频率灵敏区被扩大了。在所叙述的实施例中，鼓轮是用掺加了20%碳纤维(按重量)的聚碳酸酯制成的，其目的就是减小鼓轮2′的重量、提高其稳定性。
图7所示是按照本发明的一个实施例来组装这个传动装置的方法。切槽11a-11d除了前面讲的可以起夹持导线的作用外，还可以安装弹簧夹持器5a和5b。为此，这些切槽可以做成向外张开的喇叭口形，以便插入装在夹持器5a和5b上的圆柱形导向销钉19，这样往鼓轮2的切槽11a-11d中插销钉就会方便些。
图8所示是本发明另一个实施例中所用的鼓轮结构。鼓轮2上的空心部分16a-16d比图1c和图2d中所示的加大了，这是为了减小鼓轮的重量。采用图8所示的这种结构的鼓轮，可以使传动装置的电流-振幅特性(即灵敏度)得到提高。另外，为了提高鼓轮2在跟踪方向的稳定性或刚性，增加了桥接部分17a和17b并且用一种粘接剂与线圈粘接起来，从而使共振频率fn增大，其结果是改进了频率灵敏特性。
根据本发明推荐的实施例，通过安装在鼓轮2上的物镜的光束可以是激光光束，其振幅可以调节以便在记录带上写出或记录出数据。换句话说，记录带可以用预定强度的光束进行照射，在光束透射或通过记录带反射的那一点上，并且按记录带的光学特性如因粗糙度或穿过结晶-非晶相而引起的反射率的变化等都可以通过物镜探测出来，这是不用多说的。此外，在用光磁盘的情况下，回转盘上的磁道用预定强度的光束通过物镜照射，在这里数据的记录可以通过在要求的方向向光磁盘作用磁场的办法来实现。
因此，按照本发明的鼓轮结构可以用来安装一个物镜系统以便通过一个光束，这个光束射向记录带的预定位置，记录带用于一个小型盘，一个光盘及一个光磁盘装置上。
图2d所示是本发明另一个实施例中的鼓轮结构，在这种鼓轮上，切槽11a-11b的位置从鼓轮每一侧的中央分别向销钉14a-14b移动。采用这种结构的鼓轮时，聚焦线圈和跟踪线圈绕组之间的导线夹持作用可以进一步改进。为了使一个机器人能够很好地完成缠绕线圈的任务而不受到干扰，导线夹持作用的改进对于提高物镜传动装置的质量、增加生产能力和降低制造成本来说是一个重要因素，因为导线缠得松会给最终的产品带来严重的缺陷。
权利要求
1.一个缠绕有驱动线圈并装有一个传送光束的鼓轮，上述光束由通过上述线圈的驱动电流进行控制，其特征包括(a)有一个安装孔用来安装上述物镜，同时也用来通过上述物镜传送的光束；(b)在鼓轮的两个相对的侧墙上的第一组凹口，这些凹口与上述安装孔大体上平行，用来缠绕上述线圈中的一个，这个线圈大体上与上述安装孔相垂直；(c)在上述第一组凹口中的切槽与上述安装孔相平行，用来通过上述线圈的前后端头部分；(d)在鼓轮相对侧墙的上述两对面上切出的第二组凹口，用来缠绕另外一组线圈，这组线圈与上述鼓轮另一对相对的侧墙上的线圈相交。
2.按权利要求
1的鼓轮，其特征是上述切槽具有与凸台大体相同的宽度，这个凸台装在上述鼓轮上，每一个切槽具有一个向外张开的开口以便在凸台插入上述切槽中的时候起导向作用。
3.按照权利要求
1的鼓轮，其特征是至少还有两个限位凸台，在把上述线圈连续地缠绕在上述第一组和第二组凹口中的过程中，这两个凸台用作限定装置。
4.按照权利要求
1的鼓轮，其特征是还包括加厚部分，这些加厚部分在另外一对相对的侧墙上以便与上述第一个线圈相接触。
5.按照权利要求
1的鼓轮，其特征是上述鼓轮是用参加了10-30%(按重量)碳纤维或玻璃纤维的可塑料制做的。
6.一个用来制造物镜传动装置的方法，这个传动装置可在聚焦方向以及与上述聚焦方向相垂直的方向移动物镜，上述物镜传送一个光束以便在记录带上记录-复印光学记录，其特征包括(a)在鼓轮的一对相对侧墙上的上边和下边都有切槽，在鼓轮上缠绕着驱动物镜用的线圈;(b)与第一个线圈的前端和后端部分相对应的导线端头就插在上述切槽中;(c)在上述第一个线圈上缠绕第二和第三个线圈。
7.按照权利要求
6的制造物镜传动装置的方法，其特征是至少有几个上述的切槽，当在上述鼓轮上安装其他部件时可以用导向孔。
8.按照权利要求
6的制造物镜传动装置的方法，其特征是在上述鼓轮上至少有两个凸台，在从上述第一个线圈连续缠绕第二和第三个线圈时，这些凸台可用来导向。
9.按照权利要求
6的制造物镜传动装置的方法，其特征是在上述鼓轮上有加厚部分，在插入上述传动装置的一个磁路的部分与上述第一个线圈或上述第二个线圈或第三个线圈相粘接。
10.按照权利要求
6的制造物镜传动装置的方法，其特征是上述鼓轮是用掺加了10-30%(按重量)碳纤维或玻璃纤维的可塑料制做的。
专利摘要
物镜传动装置，包括一缠有驱动线圈的鼓轮，其上装有一物镜用来传送光束，这个光束由通过线圈的驱动电流进行控制。鼓轮组成为(a)一安装物镜的安装孔，由物镜传送的光束也通过这个孔；(b)在鼓轮的两个相对的侧墙上的与安装孔大体上平行的第一组凹口，用来缠绕其缠绕方向大体上与安装孔相垂直的线圈中的一个，(c)在第一组凹口中的切槽与安装孔相平行，用来通过线圈的前后端头部分；(d)在鼓轮相对侧墙的两对面上切出的第二组凹口，用来缠绕另外一组线圈，这组线圈与鼓轮另一对相对的侧墙上的线圈相交。
文档编号G02B26/08GK85103311SQ85103311
公开日1986年11月12日 申请日期1985年5月13日
发明者伊熊昭等, 奥田正, 家木幸一, 笹本敏雄 申请人:株式会社日立制作所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan