用於光學記錄的尋道執行機構的製作方法

2023-07-16 07:15:21 2

專利名稱：用於光學記錄的尋道執行機構的製作方法
本申請是1993年8月11日申請的序號為08/105866的美國專利申請的部分繼續，而該申請是1991年2月15日申請的序號為07/657155的美國專利申請即現在的5265079號美國專利的繼續。
本發明涉及光碟記錄系統，特別是涉及一種在光碟播放裝置和記錄裝置中用於聚焦、跟蹤和隨機存取的滑座和執行機構。
採用聚焦的雷射束同時記錄和讀出信息在計算機大容量存儲器製造業是引人注目的。這種光學數據存儲系統能夠提供具有很高存儲密度的高信息率，並能夠對在信息媒體(一般主要為光碟)上存儲的數據進行快速隨機存取。在這種類型的光碟存儲系統中，對數據的讀和寫操作通常是通過一種可發出兩種不同強度的雷射的單一雷射源來實現的。在兩種操作過程中，來自雷射源的雷射通過一物鏡將光束會聚在光碟上的特定聚焦點上。在數據檢索過程中，雷射被聚焦在記錄媒體上並且隨數據存儲媒體上的信息而變化。之後，這一光束被光碟反射，經過物鏡返回到光探測器。這一反射信號傳輸了記錄的信息。因此特別重要的是，當信息寫入存儲器或由其讀出時，物鏡要使聚焦光束精確地聚焦在正確軌道的中心，以使信息能夠精確地寫入和讀出。
為了精確讀取存儲在光碟上的信息，需要能夠沿聚焦或Z方向(即垂直於光碟平面)和跟蹤或Y方向(即半徑方向)移動物鏡，沿Z方向移動是為了使雷射束聚焦在光碟一精確位置上形成小的光點，以便寫入和讀取信息，而沿Y方向移動是使光束嚴格定位在光碟上所期望的信息軌道的中心。通過為了聚焦而沿透鏡的光軸方向移動物鏡，或者為了跟蹤而沿與光軸垂直的方向移動物鏡，能夠進行聚焦和跟蹤校正。
在這些系統中，物鏡在聚焦和跟蹤方向上的位置通常利用控制系統來調節。執行機構承載物鏡並且將來自反饋控制系統的位置校正信號轉變為物鏡的運動。正象將會理解的，不能將光束聚焦在媒體的足夠小的面積上，將會導致存儲給定數量的信息要用過大部分的光碟面積，或者在過寬的光碟面積上讀取信息。同樣，不能精確地控制雷射束的跟蹤將導致信息存儲在錯誤的位置上，或由錯誤的位置讀取信息。
除了沿Z軸移動以進行聚焦和沿Y軸移動以進行跟蹤以外，對於執行機構至少還有四種輔加的運動模式，每一種都會降低讀寫操作的精度，因而在系統正常操作過程中是不希望出現的。這些不希望的運動模式是圍繞X軸(一與Y方向和Z方向兩者正交的軸線)旋轉，稱之為橫搖(pitch)；圍繞Z軸旋轉稱之為立搖(yaw)；圍繞Y軸旋轉稱之為縱搖(roll)；和沿X軸的直線運動或切向移動。沿這些方向的運動經常是由電動機構和作用在滑座和/或執行機構上的反作用力引起的。這些模式通常在跟蹤或聚焦過程中會產生不希望有的運動，進而影響物鏡相對光碟的對準。
本發明通過提供一種用於在光信息媒體上用光學方式讀取或記錄信息的裝置克服了現有技術裝置的缺點。其中裝置各元件的相對位置以及使物鏡(利用它由信息媒體讀取信息)進行跟蹤和聚焦的作用力的幅度和作用點防止了多數諧振、電動機構作用力和反作用力對物鏡造成的不利影響。這是很關鍵的，因為在光記錄時，0.02微米的位移才能易於讀取數據。
確切地說，本發明的一個方面是關於一種用於以光學方式在可圍繞旋轉軸旋轉的光碟上讀取或記錄信息的裝置，其中該裝置包括一底盤、滑座、滑座驅動裝置、物鏡、物鏡夾具和一聚焦驅動裝置。滑座驅動裝置(即滑座電動機構的相對底盤移動的部分)沿著圍繞旋轉軸的徑向路線驅動滑座。物鏡安裝在物鏡夾具上，使物鏡的光軸貫穿滑座質量的質心，偏移在0.5毫米之內。該夾具相對滑座是可動的，以便使物鏡沿其光軸運動。這種運動是受聚焦驅動裝置(即聚焦電動機構的相對滑座移動的部分)控制的，驅動裝置驅動夾具，使物鏡沿其光軸運動。對於包括所附權利要求的本申請來說，認為可將該滑座和執行機構組件分為兩個質量組合部分。第一個為「精確(跟蹤)電動機構質量」。其包括為形成滑座運動自由度而被懸掛的所有元件的質量。第二個為「滑座質量」，其包括除了精確(跟蹤)電動機構質量以外與滑座一起運動的所有元件的質量以及任何(不是由滑座全部承載的)附屬的連接線路的質量。
本發明的另一個方面是提供一種用於對在圍繞一軸線可旋轉的光碟上以光學方式讀取或記錄信息的裝置，其中該裝置包括一精確跟蹤驅動裝置(即精確跟蹤電動機的相對滑座運動的部分)，用於驅動物鏡夾具，以對物鏡沿著圍繞光碟旋轉軸線的徑向路線的相對位置進行精確調節。精確(跟蹤)電動機質量的質心在一通過滑座質量的質心的與光軸平行相距0.5毫米的直線範圍之內。
本發明的另一方面是提供一種用於在圍繞一軸線可旋轉的光碟上以光學方式讀取或記錄信息的裝置，其中該裝置包括一底盤、滑座、滑座驅動裝置、物鏡、物鏡夾具、聚焦驅動裝置、精確跟蹤驅動裝置，其中滑座質量和精確(跟蹤)電動機質量各自的質心在距光軸0.5毫米範圍內。最好，滑座質量和精確跟蹤電動機質量各自的重心在距另一重心0.5毫米的範圍內。
本發明的另一方面是提供一種用於在圍繞一軸線可旋轉的光碟上以光學方式讀取或記錄信息的裝置，其具有底盤、滑座、滑座驅動裝置、物鏡、物鏡夾具、聚焦驅動裝置、精確跟蹤驅動裝置，其中由精確跟蹤驅動裝置的作用力最終形成的中心距光軸距離為0.2毫米。根據本發明的再一方面提供的一種在光碟上以光學方式讀取或記錄信息的裝置具有底盤、滑座、滑座驅動裝置、物鏡、物鏡夾具、聚焦驅動裝置、精確跟蹤驅動裝置，其中由粗略跟蹤驅動裝置作用的力的中心距所述光軸在0.5毫米範圍內。
本發明的再一方面是提供一種在光碟上以光學方式讀取或記錄信息的裝置，具有底盤、滑座、滑座驅動裝置、物鏡、物鏡夾具、聚焦驅動裝置和精確跟蹤驅動裝置，其中滑座驅動裝置在滑座上施加一對作用力，以沿一徑向路線驅動該滑座，並且滑座質心和其中一個力的作用點間的距離在滑座質心和另一滑座驅動力的作用點間的距離的0.2毫米範圍之內。
根據本發明的再一個方面，一種用於控制在光學數據存儲和讀取驅動裝置中的透鏡位置的組件包括一利用多撓曲件懸掛透鏡夾具的滑座。透鏡安裝在透鏡夾具中，使懸掛的透鏡夾具的質心落在透鏡的光軸上並且還與透鏡質心相重合。透鏡夾具能夠相對滑座以至少一種自由度進行相對運動。接近透鏡夾具質心的滑座質心處在距光軸0.1毫米的範圍內。作用在透鏡夾具上的懸掛力圍繞光軸是對稱的。一磁式粗略驅動裝置沿跟蹤方向移動該滑座，並且作用在滑座上的力是平衡的且圍繞光軸對稱，使得實際上不會發生圍繞滑座質心的轉矩。作用到滑座上的慣性力與磁驅動裝置作用力的反作力也是平衡的且對於光軸是對稱的，圍繞滑座的質心實質上不產生轉矩。還有用於透鏡夾具的精確跟蹤和聚焦的驅動裝置。這兩種驅動裝置產生平衡的和圍繞光軸對稱的力，使得圍繞光軸不產生轉矩。作用在懸掛的透鏡夾具上的慣性力和反作用力也是圍繞光軸對稱的。因此，物鏡沿其光軸移動，在跟蹤方向上姿態不會改變，並且可以精確地根據進行讀寫的存儲媒體的表面來控制其聚焦點。
更確切和具體地說，本發明包括一種用於在一圍繞軸線可旋轉的光碟上以光學方式讀取和記錄信息的裝置，其具有底盤、滑座，該滑座相對於底盤沿著一與光軸正交的路線是可運動的；一用於沿該正交路線驅動滑座的滑座驅動裝置，滑座驅動裝置的一些部分安裝在滑座上，滑座和其上的滑座驅動裝置的安裝部分確定了滑座的質心；一具有光軸和透鏡質心的物鏡；一安裝有物鏡的物鏡夾具，該夾具可相對於滑座運動；以及用於驅動夾具以便使物鏡沿其光軸運動的聚焦驅動裝置，聚焦驅動裝置和物鏡夾具確定了精確(跟蹤)電動機構的質心；其中精確(跟蹤)電動機構的質心、滑座的質心和透鏡的質心與光軸基本上是重合一致的。
本發明還可以包括一精確跟蹤驅動裝置，用於沿該正交路線相對於滑座驅動夾具，和/或多個撓曲件，用於由滑座懸掛物鏡夾具，各撓曲件圍繞光軸附著到物鏡夾具上的各附著點，各附著點配置在由光軸確定的一平面內。
本發明的另一種實施方案包括一用於在圍繞一旋轉軸線可旋轉的光碟上以光學方式讀取和記錄信息的裝置，其具有一底盤、一滑座，該滑座沿一與旋轉軸線正交的路線相對底盤是可運動的；一用於沿該正交路線驅動滑座的滑座驅動裝置，滑座驅動裝置的一些部分安裝在滑座上，滑座和其上安裝的滑座驅動裝置的部分確定了滑座的質心；一具有光軸和透鏡質心的物鏡；一安裝物鏡的物鏡夾具，夾具相對滑座是可運動的，以便沿光軸運動物鏡；多個用於從滑座懸掛物鏡夾具的撓曲件，各撓曲件圍繞光軸對稱地附著到物鏡夾具的各附著點上，各附著點配置在由光軸和沿跟蹤方向延伸的一軸線確定的平面內；一用於驅動夾具的聚焦驅動裝置，使物鏡沿其光軸運動，聚焦驅動裝置和物鏡夾具確定了精確(跟蹤)電動機構的質心；以及用於驅動夾具的精確跟蹤驅動裝置，以便沿正交路線對物鏡的相對位置進行調節；其中精確(跟蹤)電動機的質心，滑座的質心和透鏡的質心基本上與光軸重合一致。
根據本發明的一個方面，提供一種用於控制一具有懸掛殼體的透鏡的位置的裝置；安裝在懸掛殼體中的透鏡確定了光軸，懸掛殼體的質心基本安裝在光軸上，和透鏡的質心與懸掛的殼體的質心重合一致；滑座懸掛該懸掛的殼體以便與之至少以一種自由度相對運動，其中滑座的質心接近懸掛殼體的質心處在距光軸0.1毫米的範圍內，且滑座相對於由X軸、Y軸和Z軸確定的三個相互正交的基本平面具有初始的姿態，以及作用在懸掛的殼體上的懸掛力圍繞光軸是對稱的；一第一驅動裝置，用於在滑座上產生第一組作用力，該第一組作用力是平衡的且圍繞光軸是對稱的，用以沿Y軸按照不同的頻率加速滑座和其間的懸掛殼體；其中由第一組力圍繞滑座的質心產生的轉矩被有效地消除了，且該第一組力的反作用力是平衡的並且相對於光軸對稱，並且圍繞滑座的質心實際上不產生轉矩，以及在滑座上的第一驅動裝置形成的起始作用力是平衡的和圍繞光軸對稱，使得在滑座加速過程中該滑座相對於各基準平面維持它的姿態，以及懸掛殼體相對滑座維持其起始位置。
上述裝置的一個特定應用包括第二驅動裝置，其用於產生平衡的和圍繞光軸對稱的第二組力，以便沿Z軸按照不同的頻率相對滑座加速懸掛的殼體，使由第二組力圍繞懸掛的殼體的質心產生的轉矩被有效地消除，以及第二組力的反作用力是平衡的和圍繞光軸是對稱的，並且圍繞懸掛的殼體的質心實際上不產生轉矩，同時由第二驅動裝置對懸掛的殼體產生的起始作用力是平衡的和圍繞光軸是對稱的。在本發明的這一特定實施方案中，該裝置還可以進一步裝有第三驅動裝置，用於產生平衡的和圍繞光軸對稱的第三組作用力，以便沿Y軸按不同的頻率相對於滑座加速懸掛的殼體，其中由第三組作用力圍繞懸掛的殼體的質心產生的轉矩被有效地消除了，以及第三組力的反作用力實際是平衡的和圍繞光軸是對稱的，使由第三驅動裝置對懸掛的殼體形成的慣性作用力是平衡的且圍繞光軸是對稱的。
上述裝置另外可以提供第三驅動裝置，用於產生平衡的和圍繞光軸對稱的第三組作用力，以便沿Y軸按不同的頻率相對於滑座加速懸掛的殼體，其中由第三組力圍繞懸掛的殼體的質心產生的轉矩被有效地消除了，以及第三組力的反作用力得到有效的平衡且圍繞光軸對稱，使得由第三驅動裝置對懸掛的殼體形成的慣性作用力是平衡的並且圍繞光軸是對稱的。
在本發明的另一實施方案中，上述裝置的滑座還可以進一步包括多個撓曲件，它們附著到懸掛的殼體上，用以由滑座懸掛，其中每個撓曲件與安裝在Z軸的反向側的對應的撓曲件相對置並且各撓曲件等間距，其中撓曲件圍繞其和由Z軸和Y軸限定的平面的相交點以可樞軸轉動的方式產生撓曲。這些撓曲件最好可以在由Z軸和Y軸限定的平面內附著到懸掛的殼體上。
通過對在附圖中表示的某些優選實施例的如下介紹，本發明的其它目的連同與此有關的附加特徵以及由此帶來的優點將變得更明顯，其中

圖1示意表示一個示例性的光學讀/寫系統，其中可以採用本發明的滑座和執行機構組件；圖2是滑座和執行機構組件的透視圖；圖3是滑座和執行機構組件的分解圖；圖4是執行機構的分解圖；圖5是表示作用在組件上的粗略跟蹤作用力的示意頂視圖；圖6是另外表示粗略跟蹤作用力的示意側視圖；圖7是表示作用在執行機構上的聚焦作用力的分解圖；圖8是表示作用在執行機構上的精確跟蹤作用力的分解圖；圖9A是表示在水平平面內的粗略跟蹤作用力對稱性的示意頂視圖；圖9B是表示在豎直平面內的粗略跟蹤作用力對稱性的示意側視圖；圖10A是表示在水平平面內的精確跟蹤作用力對稱性的示意頂視圖10B是表示淨餘精確跟蹤作用力與精確跟蹤電動機構的質心對準的示意端視圖；圖11A是表示在水平平面內精確跟蹤的反作用力對稱性的示意頂視圖；圖11B是表示淨餘精確跟蹤反作用力與精確跟蹤電動機構的質心對準的示意端視圖；圖12A是表示在水平平面內的聚焦作用力的對稱性的示意側視圖；圖12B是表示淨餘聚焦作用力與物鏡的光軸對準的示意端視圖；圖13A是表示在水平平面內的聚焦反作用力對稱性的示意側視圖；圖13B是表示淨餘聚焦反作用與物鏡光軸對準的示意端視圖；圖14是表示撓曲件作用力和響應於該撓曲件作用力產生的精確電動機構反作用力的示意頂視圖；圖15A是表示在水平平面內的滑座懸掛作用力對稱性的示意側視圖；圖15B是表示淨餘滑座懸掛作用力與物鏡的光軸對準的示意端視圖；圖16A是表示在水平平面內的摩擦力對稱性的示意頂視圖；圖16B是表示摩擦力與滑座的質心對準的示意側視圖；圖17是表示響應於垂直加速度的作用在精確電動機構質心和滑座質心上的淨餘慣性力的示意端視圖；圖18A是表示精確電動機構的淨餘慣性力與物鏡光軸對準的示意側視圖18B是表示滑座的淨餘慣性力與物鏡的光軸對準的示意側視圖；圖19A是表示用於水平加速的作用在滑座和執行機構組件的各元件上作用的慣性力的示意頂視圖；圖19B是表示用於水平加速的淨餘慣性力的示意頂視圖；圖20A是表示用於加速超過撓曲臂諧振頻率的精確電動機構和滑座的慣性力的示意端視圖；圖20B是表示用於加速低於撓曲臂諧振頻率的精確電動機構和滑座的慣性力的示意端視圖；圖21A-21D表示精確跟蹤位置與精確電動機構電流之間的相互關係的曲線圖；圖22A-22C表示作用在組件上的不對稱聚焦作用力的影響；圖23表示滑座和執行機構組件的一替換實施例；圖24表示為沿聚焦方向移動鏡頭夾具，執行機構採用的操作；圖25表示為沿跟蹤方向移動鏡頭夾具，執行機構的操作；圖26是根據本發明的執行機構的另一實施例的等軸透視圖；以及圖27是具有附著的撓曲件的與圖26相似的視圖。
圖1示意表示一示範性的光學讀/寫系統50由信息存儲媒體例如光碟54上的一精確位置52讀取數據的操作。雖然所示系統50是一個一次寫入式或WORM系統，然而本技術領域的熟練人員會理解本發明的滑座和執行機構也能用在磁-光可擦除系統。利用由光源58產生的光束56將信息輸送到光碟54並由光碟54讀出信息，該光束通過多個元件的綜合作用使光束56指向光碟54上所期望的位置52，這些元件包括立方形分束器60，其根據偏振方式分離光束56；四分之一波長板62，其改變光束56的偏振方式；準直透鏡64以及物鏡66。
在操作時，通常為極光二極體的光源元件58朝向凸形準直透鏡64發射光束56。準直透鏡64將這一光源光束變換成平行線性S偏振光束70並且將光束70導向分束器60。這一立方形分束器60通過使兩個直角稜鏡72和74沿著它們的斜面合併而構成，並且包括在它們的斜面之間採用偏振敏感塗層形成一光束分離界面76。分束器60將不同偏振狀態的光束分離和/或複合，該不同偏振狀態即為線性S偏振和線性P偏振。結合使用偏振敏感塗層來完成分光操作，該塗層使線性P偏振光束透過而反射線性S偏振光束。出自分束器60的光通過四分之一波長板62，其將線性偏振光束70變成圓形偏振光束78。離開四分之一波長板62的該圓偏振光束78進入執行機構80。
執行機構80包括一平面鏡82，其將光束78向上對準物鏡正交反射。物鏡66將圓偏振光束78會聚成在光碟54表面上的精密聚焦的光點。當照射烈光碟54上時，存儲在光碟54上的信息改變了圓偏振光束78，並且將其作為載有與光碟54上編碼的信息相同的信息的散射圓偏振光束84反射。這一反射的圓偏振光束84重新進入物鏡66，在該處光束被準直。光束84再次由平面鏡82反射，重新進入四分之一波長板62。離開四分之一波長板62時，圓偏振光束84變換成線性P偏振光束86。由於線性P偏振光束在分束器分離界面處透過分束器60而不被反射，所以這一光束86繼續行進到光探測器88，其檢測存儲在光碟54上的數據。另外，假如落在光探測器88上的光束86散焦式未對準，利用電學方式對非準直或散焦量進行測量，並反饋給伺服系統(未表示)，伺服系統適當地重新校準物鏡66。
圖2表示按照本發明構成的一種電磁式滑座和執行機構組件100。組件100可以結合如圖1所述的用於在光碟表面上讀寫數據的光學模塊102一起使用，其中光源58、探測器88、準直透鏡64、四分之一波長板62和分束器60都包括在該模塊102內。一主軸電動機104位於組件100附近，並使組件100上方的光碟(未表示)圍繞軸線A旋轉。組件100包括一滑座106以及執行機構116，該滑座106具有分別以可滑動方式安裝在第一和第二異軌112和114上的第一和第二軸承表面108和110，執行機構116安裝在滑座106上。正如將會理解的，導軌112和114設有一底盤，滑座106沿其運動。由在光學模塊102中的光源58發射的光束120經過一圓孔118進入執行機構116，並且由包含在執行機構內部的平面鏡反射通過一對光碟表面的光軸限定的物鏡(目標透鏡)122。如將會理解的，光碟的旋轉軸線A平行於物鏡122的光軸O。
滑座106和其上裝載的執行機構116利用粗略跟蹤電動機構在跟蹤方向上沿導軌112和114水平移動，以便接近在光碟表面上的各種不同的信息軌道。跟蹤電動機構包括兩個永久磁鐵130和132，每個磁鐵分別裝到對應的C形外磁極件134、136上。兩個內磁極件138和140分別位於外磁極件134和136的端面，使之形成一個圍繞永久磁鐵130、132的一個矩形套。兩個具有相等長度的粗略跟蹤線圈142和144分別固定到軸承表面108、110上並以足夠的間隙圍繞內磁極件138、140，以便當滑座106沿跟蹤方向運動時可在磁極件138、140之間移動。在這一實施例中，粗略跟蹤線圈142和144僅是可動的粗略跟蹤電動機構的一部分。正如在下文將更詳細介紹的，執行機構116還能夠移動物鏡122使其靠近或遠離光碟，藉此，使發出的光束120聚焦到光碟表面所期望的位置上。
圖3是更詳細地表示滑座106執行機構116的分解圖。滑座106通常包括一矩形底座150，執行機構116安裝於其上。底座150具有一基本平的頂表面52，該表面內形成有一通常為矩形的腔體(Chamber)154。第一軸承表面108呈圓柱形，而第二軸承表面110則由兩個橢圓形軸承部分160和162構成，它們具有近似相等的長度，在底座150的內側相交。選擇導軌112和114相對光軸的間距，使每個軸承表面108和110受到相同量的預載。進一步設計軸承表面108和110，使得兩個表面以基本等量的表面積接觸導軌112和114。儘管考慮到磨損，長度上的極小變動可能是需要的，包含有第二軸承表面的軸承部分的長度近似等於第一軸承表面長度。兩個鄰近腔體154端部的豎直壁面156和158由底座150的頂部表面向上延伸。底座150還包括形成在底座150端部位於軸承表面108和110上方的兩個平臺區164和166。一臺肩168將底座150的頂表面與第二平臺區166連接。第一U形凹槽170形成在第一平臺區164，而第二U形凹槽172形成在第二平臺區166和臺肩168。
粗略跟蹤線圈142和144分別裝到兩個豎直板174和176上。板174和176分別位於二個形成在底座150的端部的凹槽180和182內。底座150還包括質量平衡板184和質量平衡伸出部190，板184利用螺釘188安裝於底座150的底面186上，伸出部190鄰近第一粗略跟蹤線圈142從底座150向外延伸。一圓形孔192形成在底座150的前側194，接納由如圖2所示的光學模塊102發射的光束120。一具有圓孔198的立座(braket)196位於第二豎直壁158和沿底座150前側的第一平臺區164之間。立座196另外包括容納光探測器202的凹槽，以使光探測器202位於在立座196和第一平臺區164之間。
執行機構116，經常稱為「2-D」執行機構，用於進行2種方式的運動，即聚焦和跟蹤，該機構安裝在底座150上，介於豎直壁156、158與平臺區164、166之間。一稜鏡(未表示)位於底座150中的腔體154內部，以便偏轉由光學模塊102發射的光束120，使光束120經過物鏡122離開執行機構116。物鏡122位於一安裝到移動物鏡122的聚焦和跟蹤電動機構上的物鏡卡具210內部，以便使輸出的光束120精確地對準和聚焦在光碟表面的期望位置上。物鏡122確定一豎直延伸通過透鏡中心的光軸0。
在圖4可清楚地看到執行機構16的各元件。透鏡夾具210通常為矩形並且其上通常有一貫穿的矩形開孔212。透鏡夾具210的頂表面214包括一位於在兩臺肩218、220之間的圓形套(Collar)216。在透鏡夾具的底面224有一直徑基本等於套環216直徑的圓孔222。矩形聚焦線圈230位於透鏡夾具210的矩形開孔212。兩個橢圓形精確跟蹤圈232、234位置在聚焦線圈230的第一端240的兩角上，以及兩個相同的跟蹤線圈236、238位置在聚焦線圈230的第二端的兩角上。第一對U形磁極件244環繞聚焦線圈230的第一端240和其上安裝的跟蹤線圈232、234，而第二對U形磁極件246環繞聚焦線圈230的第二端242和其上安裝的跟蹤線圈236、238。此外，兩個永久磁鐵250、252分別位於二對磁極件244、246之間，鄰近跟蹤線圈232、234和236、230。
兩個頂部撓曲臂260、262安裝於透鏡夾具210的頂面214上，而兩個附加的底部撓曲臂264、266安裝於透鏡夾具210的底面上。每個撓曲臂最好由厚度量級為25微米到75微米的經蝕刻或壓制的金屬(通常為鋼或銅鈹合金)薄片構成。為了簡要起見，將只介紹撓曲臂260。然而應指出，其餘的撓曲臂262、264和266具有相同的結構。撓曲臂260包括附著到第一、第二和第三水平部分272、274和276上的第一豎直部分270。第三水平部分276還附著到一垂直的橫臂280上。第一水平部分包括一合肩278，其附著於所對應的在透鏡夾具210上的臺肩218上。此外，第二頂部撓曲臂262的臺肩附著於對應的臺肩220上，而底部撓曲臂264和266的臺肩附著於透鏡夾具210的底面上的類似結構上。
撓曲臂260、262、264和266還附著到一支承元件290上。支承元件290包括一容納第二對磁極件246的中央凹槽292。突沿294形成於支承元件290的頂面和底面上的凹槽292的每一側上。撓曲臂260、262的橫臂部分280附著在這些突沿294上，而撓曲臂264、266則連接到支承元件290底部上的對應突沿上，以便由支承元件290互相配合懸掛透鏡夾具210。支承元件290還包括一用於容納發光二極體300的孔296。二極體300與在圖3中的立座196中的孔198以及位於在立座中的凹槽200內的光探測器202對準，使得當發光二極體300被激發時，通過在立座196中的孔198發出基本準直的光併入射到光探測器202上。根據透鏡210相對支承元件290的位置，由二極體300發出的光將落在探測器202的不同部分上。通過分析入射到探測器202上的光量，可以產生位置校正信號，以便確定為了精確聚焦和跟蹤光碟表面上的預期的位置所需的位移量。
在所述實施例中，精確跟蹤電動機構質量包括透鏡夾具210、物鏡122、聚焦線圈230和精確跟蹤線圈232、234、236和238。滑座質量包括底座150、粗略跟蹤線圈142和144、立座196以及光探測器202、支承元件290、豎直板174和176、質量平衡板184和螺釘188、永久磁鐵250和252、磁極件244和246以及軸承表面108和110。
參照根據圖3和圖4所作的上述介紹可以看出，粗略跟蹤線圈142、144具有相等的尺寸並且對於物鏡的光軸0是對稱的。此外，各對跟蹤線圈232、234、236和238具有相等的尺寸並且對於透鏡122的光軸0是對稱的。適當地選擇質量平衡板184和質量平衡伸出部184的尺寸，以便對固定元件290、撓曲件260、262、264和266、軸承表面108和110、立座196和光探測器202的質量進行補償，使得滑座的質心、精確跟蹤和聚焦驅動裝置的質心(由磁極件244、246、永久磁鐵250、252，聚焦線圈230和跟蹤線圈232、234、236、238形成)總體與透鏡122的光軸O相交。如由下文將進行的更詳細介紹，這些重心與透鏡122的光軸O的對準以及作用在滑座106和執行機構116上的電動機構作用力和反作用力的對稱性保證了對物鏡122的位置產生有害影響的不希望有的運動模式被最大程度地消除。
參閱圖5，鄰近粗略跟蹤線圈142、144的永久磁鐵130、132產生磁場B，其磁力線向內朝著粗略跟蹤線圈142、144延伸。當需要粗略跟蹤運動，以便將物鏡122置於在光碟上所選擇的軌道下方時，向粗略跟蹤線圈142、144施加電流。電流與磁場B相互作用產生沿跟蹤方向移動滑座106的作用力。這些力是根據洛侖茲定律F＝B×IL產生的，其中F代表作用在聚焦線圈上的力，B表示在兩個永久磁鐵間的磁場的磁通密度，I代表通過聚焦線圈的電流，以及L代表線圈的長度。例如，當施加到第一粗略跟蹤線圈142的電流沿進入附圖頁面的平面的方向流經位於磁場B內部的線圈部分時，沿箭頭320的方向產生力FCoarse1。與之相似，當電流I沿離開圖5頁面的方向流經位於在磁場B內的第二跟蹤線圈144部分時，產生沿箭頭322所示方向的力FCoarse2力FCoarse1和FCoarse2使滑座106水平向左移動。
相反，圖6表示，假如在磁場B內部的跟蹤線圈142、144部分內的電流I的流動方向被反向，則產生的力FCoarse1和FCoarse2使滑座沿進入圖6頁面的方向移動(在圖5中力向右)。沿跟蹤方向的移動量取決於施加到粗略跟蹤線圈142、144上的電流的大小。按照這種方式移動滑座106來定位物鏡122，使得來自透鏡122的雷射束120聚焦在光碟表面上所希望的信息軌道上。
當由光學模塊102產生控制信號時，根據透鏡夾具210和裝在其上的物鏡122的所需位移方向將指定的電流施加到精確跟蹤線圈232、234、236和238或者聚焦線圈230上。這種控制電流量的伺服系統和反饋電路在本技術領域是公知的。這一電流與由永久磁鐵250、252產生的磁場的相互作用產生作用力，沿適當跟蹤或聚焦方向移動透鏡夾具210和安裝於其上的物鏡122。例如，假如需要沿聚焦方向重新定位，根據一聚焦誤差信號，將這一信號傳輸到一伺服放大器(未表示)，產生通過聚焦線圈230的電流。如上所述，根據洛倫茲定律F＝B×IL產生作用力。
參閱圖7，確定2-D執行機構116的永久磁鐵250、252的取向使每個磁鐵250、252的南極面向透鏡夾具210。採用這一結構產生磁場B其磁力線如圖所示源自磁鐵250、252並向內朝著透鏡夾具210。當將電流I施加到聚焦線圈230並沿所示方向流經位於磁場B內部的線圈230的部分時，在聚焦線圈230的每個部分上產生的向上作用力FFocus傳送到各撓曲臂260、262、264、266，使各撓曲臂彎曲從而移動透鏡夾具210和相關的物鏡122更接近光碟。相反，當電流I沿相反的方向流經如上所述那些線圈部分時，產生作用在撓曲件上的向下的力，使透鏡夾具210和物鏡122遠離光碟表面。移動量取決於施加到聚焦線圈230上的電流的大小。通過移動物鏡122接近或遠離光碟表面，聚焦線圈230使來自物鏡122的雷射束120精確地聚焦在光碟上的預期的信息軌道上。
如圖8所示，當固定在聚焦線圈230上的四個精確跟蹤線圈232、234、236和238中產生電流時，執行機構116產生動作以便進行精確跟蹤。當沿所示方向對跟蹤線圈施加電流使其流經位於磁場B內的跟蹤線圈的部分時，產生使透鏡夾具210向右移動的力FTrack。當力FTrack作用在各跟蹤線圈232、234、236、238時，該力通過聚焦線圈230和透鏡夾具210傳遞到撓曲件260、262、264、268，使它們沿相應的方向彎曲，物鏡122沿力的方向移動，在圖8中向右。當電流沿相反的方向流經跟蹤線圈232、234、236、238時，產生的作用力使透鏡夾具210向左移動。與施加到粗略跟蹤線圈242、244上的電流值比較，施加到精確跟蹤線圈232、234、236、238上的電流值較小，並且精確跟蹤線圈的尺寸比粗略跟蹤線圈要小得多，以便增加諧振頻率，因此能提高伺服控制的帶寬，可更嚴格地控制跟蹤誤差。
圖9A-16B是滑座和執行機構組件100的示意圖，表示根據本發明實現力的對稱和平衡的情況。
圖9A是表示粗略跟蹤或滑座電動機構對執行機構116在水平面上的作用力的對稱性的示意圖。當電流施加到如上所述的粗略跟蹤線圈142、144上時產生力FCoarse1和FCoarse2，它們分別集中在位置鄰近永久磁鐵130、132的粗略線圈142、144部分的內部。選擇第一粗略線圈142的尺寸使其等於第二粗略線圈144的尺寸，並向每個線圈施加相同的電流，使作用在線圈上的力FCoarse1和FCoarse2相等。此外，粗略線圈142、144位置與物鏡122的距離LC1和LC2相等，使圍繞物鏡122的光軸O形成的轉矩相等，滑座立搖被降到最小。在圖9B中，表示粗略跟蹤電動機構作用力FCoarse1和FCoarse2的中心處在豎直平面內。由於力FCoarse1和FCoarse2沿豎直方向與滑座質心CMC對準(即它們與通過滑座重心CRC的一條與徑向和光軸O正交的直線相交)，圍繞水平軸線的兩轉矩相等，並且降低了能夠引起稜鏡偏轉光束角度，因而引起跟蹤偏差的滑座橫搖被降低。
在圖10A和10B中表示了沿水平面和豎直平面的精確跟蹤電動機構的作用力。通過使在永久磁鐵250、252產生的磁場內的精確跟蹤線圈232、234、236、238激勵產生的力FTrack1和FTrack2集中在兩對精確跟蹤線圈232、234和236、238之間並沿跟蹤方向水平傳遞。各線圈的尺寸相等，提供給各線圈的電流值也相等，這樣形成的力FTrack1和FTrack2的量值相等。此外，各精確跟蹤線圈232、234、236、238距物鏡122的光軸O的距離LT相等，因此圍繞光軸O產生的轉矩相等，使透鏡夾具210和其上裝載的透鏡122圍繞豎直軸線的立搖降至最小。如圖10B所示，形成的精確跟蹤力FTrack作用在精確電動機質量的質心上CMF上，使透鏡夾具橫搖降到最小。
圖11A表示由對滑座106產生作用的精確跟蹤電動機構形成的反作用力FReact1和FReact2與在圖10A中所示的精確跟蹤電動機構作用力FTrack1和FFTrack2相反。這些反作用力FReact1和FReact2作用在磁極件244、246上，這些磁極件位於在透鏡夾具210的每一側上的各跟蹤線圈232、234、236、238的範圍內。如上所述，跟蹤作用力FTrack1和FTrack2的量值是相等的。此外，磁極件244、246的尺寸是相等的，使所產生的反作用力FReact1和FReact2相等。由於磁極件244、246位置距透鏡122的光軸O的距離LR相等，圍繞光軸O的各轉矩量值相等，從而降低了圍繞豎直軸的旋轉，或立搖。圖11B表示在豎直平面內形成的反作用力FReact。如圖所示，反作用力FReact作用在位於滑座質量質心CMC上方距離LRM處的精確電動機構質量質心CMF處，因此在滑座106上將產生轉矩。然而，距離LRM和反作用力FReact1和FReact2是相當小的，這個轉矩相對小並不會明顯影響滑座的性能。
圖12A表示作用在2-D執行機構116上的聚焦作用力FFocus1和FFocus2。聚焦作用力FFocus1和FFocus2集中在跟蹤線圈232、234、236、238和磁極件244、246之間的聚焦線圈230上，鄰近永久磁鐵250、252。聚焦線圈230繞在圖4所示的透鏡夾具210的開孔212的內部，使通過鄰近磁鐵的每側線圈230的電流具有相同的量值，因此在透鏡夾具210的各側產生相等的作用力FFocus1和FFocus2，並作用在於沿豎直方向移動的透鏡夾具和其上裝載的物鏡122。該線圈對稱地位於在透鏡夾具210的開孔212內，使得所產生的作用力FFocus1和FFocus2的中心與物鏡122的光軸O距離同為LF。採用這種結構，圍繞透鏡122的光軸O產生的轉矩相等，從而降低了透鏡夾具210的縱搖。此外，如圖12B所示，當由滑座的端部看時，聚焦作用為FFocus1和FFocus2(在附圖中為FFocus)對滑座質量質心CMC準，因此降低滑座106的橫搖。
圖13A表示響應於圖12A中表示的聚焦作用力FFocus1和FFocus2在水平平面中產生的反作用力FFR1和FFR2。反作用力FFR1和FFR2與聚焦作用力FFocus1和FFocus2量值上相等，方向上相反，並且作用中心鄰近精確電動機構永久磁鐵250、252、介於在磁極件244、246中間。如上所述，聚焦作用力FFocus1和FFocus2相等，因此，反作用力FFR1和FFR2也相等。此外，反作用力FFR1和FFR2作用在與物鏡122的光軸O的等距離LFR處以進一步減少橫搖。同時如圖13B所示，當由滑座106的端部看時，聚焦作用力FFR1和FFR2(在附圖上為FFR)與滑座質量質心CMC對準，因而減少了滑座橫搖。
圖14表示由透鏡夾具210上的撓曲臂260、262、264、266產生的力FFlex1和FFlex2。所示的FFlex1和FFlex2作用在上部撓曲臂260、262上。本技術領域的熟練人員會理解，也會有相同的力作用在下部撓曲臂264、268上。分別作用在上部撓曲臂260、262上的力FF1ex1和FFlex2集中在撓曲臂260、262的橫臂部分280上，在該處，撓曲臂附著到支承元件290上。如前所述，當這些力FFlex1和FFlex2作用在撓曲臂260、262上時，撓曲臂沿適當的方向彎曲，以實現精確跟蹤。為了使撓曲臂260、262維持在它們的彎曲狀態，精確電動機構產生反作用力FRA和FRB它們集中在透鏡夾具210兩側的磁極件244、246上。如圖所示，撓曲力FF1ex1和FF1ex2作用在與聚焦透鏡122的光軸O距離為LFlex處，同時反作用力FRA和FFB分別作用在與光軸O距離LRA和LRB處。本技術領域的熟練人員會理解，由一對力圍繞透鏡122的光軸O產生的轉矩是不相等的，這是由於(FFlex1+FFlex2)不等於(FRALRA+FRBLRB)。然而，除了在很低的頻率下(通常約低於40赫茲)由於這些力從滑座被有效地解耦了，在大多數正常運行的情況下，這些力不會影響執行機構的性能。
如上所述，滑座106包括兩個軸承表面108、110，它們以可滑動的方式安裝在導軌112、114上，以便使滑座106位於光碟上的各種不同的數據軌道下方。實質上，軸承面108、110作用象「彈簧」，它們將滑座106保持在導軌112、114上方。在圖15A-B中表示了軸承「彈簧」的剛性力FBearing1和FBearing2。力FBearing1和FBearing2集中在軸承表面108、110和導軌112、114之間的接觸點上，並經導軌的中心向下傳遞。如上所述，在軸承表面108和導軌112之間的表面接觸面積近似等於在軸承表面110和導軌114之間的表面接觸面積，因此，這些剛性力FBearing1和FBearing2基本上相等。此外，軸承表面108、110位於距透鏡122的光軸O等距離LBearing處，使得由這些力FBearing1和FBearing2圍繞光軸產生的轉矩相等，使滑座橫搖變為最小。參閱圖15B，在豎直平面內，淨餘滑座懸掛力FBearing直接作用在兩個軸承之間並且對光軸O對準。
圖16A中表示作用在軸承表面108、110和導軌112、114上的摩擦力FFricti1A、FFricti1B和FFriction2。由於第一軸承表面108包含兩個部分160、162，因而出現兩個摩擦力FFriction1A和FFriction1B，分別對應於每個軸承部分160、162，這兩個摩擦力集中在軸承的沿與導軌112的接觸表面的中部。第二摩擦力FFriction2作用在第二軸承表面110上併集中在軸承的沿與所示導軌114的接觸表面的中部。由於構成第一軸承表面108的軸承部分160、162的接觸面積基本上等於第二軸承表面110的接觸面積，以及各軸承表面的預荷載和摩擦係數都相同，因此摩擦力FFriction1A與FFriction1B的和與摩擦力FFriction2相等。軸承表面112、114位於與聚焦透鏡122光軸具有相等的距離LF處，並且圍繞透鏡光軸軸形成的轉矩也相等。在豎直平面內，摩擦力FFriction1A、FFriction1B和FFriction2作用在導軌112、114和軸承表面108和110之間的接觸面積內，如圖16B所示，經過適當設計它們沿水平方向與滑座質量質心CMC對準，從而減少了能夠產生滑座橫搖的圍繞該質心的轉矩。
圖17-20表示為了在豎直和水平方向加速，作用在滑座106和2-D執行機構116上的慣性力。圖17表示對應組件在豎直方向加速的，作用在精確電動機構和滑座上的慣性力。第一向下的慣性力F1F等於精確電動機的質量乘以加速度，該力作用在電動機質量質心CMF處。第二向下的慣性力FC作用在滑臂質量質心CMC處並等於滑臂質量乘以加速度。圖18A和18B還表示出慣性力F1F和F1C沿水平方向與物鏡122的光軸O對準。
圖19A表示用於分別對滑座和精確電動機構進行水平加速的作用在粗略線圈142、144和精確電動機構磁極件244、246上的慣性力。慣性力F1C1作用在第一粗略線圈142的上部部分的中心，慣性力F1C2作用在第二粗略線圈144的上部部分的中心。如上所述，線圈142、144具有相同的尺寸，使得第一線圈142的質量等於第二線圈144的質量。力F1C1、F1C2的大小等於各自線圈的質量乘以加速度，因此，作用在線圈142、144上的慣性力相等。由於線圈142、144位於與物鏡122的光軸O等距離LC處，所以由慣性力F1C1和F1C2圍繞透鏡光軸產生的轉矩相等。同樣，由於精確電動機構磁極件244、246尺寸相同以及位於與光軸O等距離Lp處，作用在兩磁級件上的慣性力F1P1和F1P2X 相等，圍繞物鏡122的光軸O形成的轉矩也相等。將這種分析同樣應用於滑座和執行機構組件的所有其它元件或「附件」上，正如下面更詳細解釋的，由超過撓曲臂的諧振頻率的水平和豎直方向的加速度產生的慣性力是平衡的以及相對光軸O是對稱的。作用在組件上的精確電動機構和滑座的淨餘慣性力F1F和F1C沿著一條通過滑座中心的與光軸O相交的直線產生水平加速作用，如圖19B所示。由粗略電動機構產生的淨餘慣性力F1C等於粗略電動機構的質量乘以加速度，而由精確電動機構產生的慣性力F1F等於精確電動機構的質量乘以加速度。
在高的頻率下，即在跟蹤方向的加速度超過透鏡夾具-撓曲臂諧振頻率約40赫茲的條件下，組件100的各元件形成解耦，不影響物鏡122的位置。因而，對於超過和低於撓曲臂諧振頻率的加速度，各慣性力是不同的。圖20A表示在這些高的頻率下，用於水平加速度的慣性力。在這些高的頻率下，執行機構116從滑座106解耦，使得第一慣性力F11等於精確電動機構的質量乘以加速度，該力作用在精確電動機構的質心CMF，以及第二慣性力等於粗略電動機構的質量乘以加速度，該力集中在滑座質量的質心CMC處。
圖20B表示在低於撓曲臂諧振頻率的水平加速度下的慣性力。在這些較低的頻率下，精確電動機構質量和滑座質量作為一單體運動，即具有一個單一質心CMC′。如上所述，這一單一質心CMC′位於在沿豎直方向在滑座質量的質心CMC上方某一距離X處，這樣粗略電動機構用力FCoarse1和FCoarse2和摩擦力FFriction1和FFriction2不再與滑座質量的質心對準，現在移動到CMC′。儘管滑座質心產生這種豎直偏移，但組件100的對稱設計能保證滑座質量的質心不會在水平平面內偏移，而且不管質心已從CMC豎直偏移到CMC′，作用在滑座上的力圍繞質心和光軸O仍是對稱的。
另外，設計的對稱性保證了當滑座的各附件或元件在高頻下解耦時，不會產生質心CMC的水平偏移。例如，在千赫茲範圍的頻率下，精確電動機構磁極件244、246和磁鐵250、252將解耦。然而由於設計的對稱性，質心將不會在水平平面內偏移。由於質心CMC在水平平面內沒有偏移，在頻率超過使各附件變為「鬆散」的頻率的情況下，聚焦電動機構的反作用力將不會對滑座進行縱搖或橫搖。因此，通過沿水平方向將質心與物鏡122的光軸對準，透鏡位於「風暴眼」中，在該處它的位置受作用在組件100上諧振、電動機作用力和反作用力的影響最小。
圖21A-B表示對於在1.9克質量的精確電動機中懸掛的0.24克的物鏡，精確跟蹤位置與本發明的執行機構116的精確電動機構電流之間Bode轉換曲線圖。如圖21A中所示，該執行機構具有幾近理想的dB曲線310，具有近於40dB/十進位的斜率和具有45°相位極限的理想相位移曲線312。圖21C-D表示當透鏡中心離開水平面或跟蹤方向0.15毫米的相同的轉換作用。dB和相位移曲線310′和312′分別顯示有一種擾動或突變，其產生在大約3.2千赫。將相位極限降低到25°，進一步降低迴路阻尼，和增加穩定時間和過衝。依據透鏡的位置，透鏡位置的水平偏移幹擾作用於透鏡上的精確跟蹤作用力的對稱性和平衡，並且導致形成圍繞透鏡光軸的轉矩，從而產生立搖。因而，可以明顯看出，組件100中圍繞物鏡122的光軸O的力的平衡可以明顯提高位置跟蹤能力。
圖22A-C表示作用在組件100上的不對稱聚焦作用力產生的影響。圖22A表示，當存在1.5微米的軌道橫搖而產生橫越軌道時的跟蹤信號，其中每個正弦波對應在光碟表面上的一條信息軌道。在圖22-B中，聚焦作用力與精確電動機構的質心CMF和光軸O對準。頂部軌跡322表示在該階躍過程中施加到聚焦線圈上的電流，而底部軌跡324表示以聚焦電流0.1安，聚焦加速度0.75米/秒2跟蹤一特定軌道時的軌道跟蹤誤差信號。如其所示，軌道跟蹤誤差信號實際上維持不受聚焦電流的影響。圖22C表示當聚焦作用力與光軸O和質心CMF偏離0.2毫米時，其對電流和圖22B所示的軌道跟蹤誤差信號的影響。對應的各曲線分別與軌跡曲線322′和324′相同。現在明顯看出跟蹤信號受到聚焦電流的影響。使用相同的聚焦電流和加速度可形成0.022微米的跟蹤偏差。通常，在光學驅動方向總的可允許的跟蹤偏差範圍在0.05微米到0.1微米，通過按照圖22B校準各個力，明顯地降低了跟蹤偏差。
在圖23中表示滑座和執行機構的另一實施例，組件400中2-D執行機構的質心和滑座質量的質心重合一致。除了圍繞物鏡的光軸基本對稱以外，電動機構質量質心與滑座質量質心重合一致並對準光軸。第一實施例的滑座和執行機構組件100適合於大多數頻率範圍。然而，另一實施例組件400可以應用在這樣一些場合，其中在低於撓曲臂諧振頻率的頻率下，希望避免滑座質量的質心的偏移。
組件400包括一滑座406，其具有的第一和第二軸承表面408和410基本上與在組件100的對應表面相同，可以按可滑動方式安裝在導軸(未表示)上，還包括有安裝在滑座400內部的2-D執行機構416。滑座406包括位於形成在滑座406中的凹槽417和418內部的一對粗略跟蹤線圈412和414，它們鄰近軸承表面408和410，可沿跟蹤方向水平移動滑座406，以便接近在光碟表面上各種不同信息軌道。
執行機構416包括其上裝有物鏡(目標物鏡)422的透鏡夾具420。一對形成在滑座406頂表面上的突沿424承接一對頂部撓曲臂426，該對撓曲臂還被附著到形成於透鏡夾具420上的一對伸出部428的頂部表面上。利用滑座(未表示)底部的對應的突沿承接一對與頂部撓曲臂426結構相同的底部撓曲臂429，該對撓曲臂附著到透鏡夾具420上的伸出部428的底表面上。光束430經過橢圓孔432進入執行機構416，並且經過物鏡422沿光軸O′由包含在執行機構416內部的一平面鏡(未表示)反射。執行機構416還附著到聚焦和精確跟蹤電動機構上，以便運動透鏡422，使透出的光束精確地對準和聚焦在光碟表面的理想位置上。聚焦和精確跟蹤電動機構包括兩個固定在透鏡夾具420的兩相對端頭上的永久磁鐵440和442。一橢圓形精確跟蹤線圈444固定到每個永久磁鐵440和442上，與滑座軸承408和410鄰近。聚焦線圈448附著到滑座406的頂部和底部表面上，並由形成在滑座內部的突沿所承接，使得透鏡夾具420定位在聚焦線圈448之間。
滑座406和執行機構416的粗略跟蹤運動以圖6和圖7所示組件100相同的方式受到影響。當將電流施加到置於磁場中的粗略跟蹤線圈412和414時，產生根據洛侖茲定律的作用力，沿跟蹤方向移動滑座406和執行機構416，以便將物鏡422定位在光碟上的各種不同的信息軌道的下方。
圖24表示執行機構416沿聚焦方向移動透鏡夾具420和其上裝載的物鏡422的操作。當在聚焦線圈448中產生電流時，在每個線圈中產生電磁場450。該電磁場450對於不同的聚焦線圈在方向上是不同的，如圖所示。在所示實例中，兩個永久磁鐵440和442將受到底部聚焦線圈448吸引和頂部聚焦線圈的推斥，因此將物鏡夾具420朝底部聚焦線圈448移動並遠離頂部聚焦線圈448，使物鏡422的位置進一步遠離光碟表面，其中移動的幅度取決於產生的電磁場的強度。
以類似的方式，圖25表示永久磁鐵440和442與精確跟蹤線圈444的相互作用。通過對跟蹤線圈444激磁可沿跟蹤方向水平向右或向左移動物鏡420，這依賴於通過線圈的電流的方向。例如，在所示磁場460中，透鏡夾具420和物鏡422向左運動。按這種方式，精確跟蹤線圈444的作用在於使來自物鏡422的光束精確地定位在光碟上預期的信息軌道上。
如上所述，這一實施例中的粗略跟蹤電動機構以與在組件100中的粗略跟蹤電動機相同的方式工作。粗略跟蹤線圈412和414尺寸相同並且與物鏡422的光軸O′的距離相等。將相等的電流提供到這些線圈上，使作用在滑座406上的力FCoarse1′和FCoarse2′施加在距光軸O′相等的距離LC1′和LC2′處。在豎直平面內，這些力FCoarse1′和FCoarse2′沿徑向與電動機構質量和滑座質量的質心CMF′和CMC′對準，因此將滑座和執行機構的橫搖降到最小。按照類似的方式，軸承表面408和411位於與光軸O′相等的距離處，使滑座懸掛力圍繞光軸O′也是對稱的。每個力FBearing1和FBearing2作用在與光軸O′相等的距離LBearing1′處，使得圍繞光軸產生的轉矩相等，從而進一步降低了執行機構的橫搖。設計包含使導軌的二軸承表面面積基本上相等，從而使作用在滑座上的摩擦力基本相等。由於軸承表面408和410與光軸O′等距離，圍繞光軸作用的轉矩相等，滑座和執行機構的立搖降到最小。組件的進一步設計使摩擦力沿豎直方向與滑座406和執行機構416的質心對準。
各精確跟蹤線圈444的尺寸相等，以及施加到各線圈上的電流相等，使作用到執行機構上的精確跟蹤作用力相等。此外，各精確跟蹤線圈444位於距光軸O′相等的距離LT′處，使圍繞這一軸線產生的轉矩相等。在豎直平面內，這些力FTrack1′和FTrack2′還與執行機構416和滑座406的重心對準，使執行機構416的橫搖降低。由於作用在組件上的精確跟蹤力相等，因而響應於跟蹤作用力產生的反作用力FReaet1′和FReaet2′也相等。這些反作用力作用在與光軸相等的距離LR′處並沿豎直方向與重心對準，使圍繞光軸O′的轉矩相等，降低了立搖。
按照相似的方式，各聚焦線圈44B具有基本相等的尺寸，以及施加到其上的電流基本相等，使聚焦線圈448產生相等的力FFocus1′和FFocus2′作用在執行機構上。然而，在這一實施例中，聚焦線圈448位於與電動機構質量和滑座質量的重合重心相等的距離LF′處，使圍繞光軸O′的轉矩相等。此外，由於聚焦作用力FFocus1′的FFocus2′相等，作用在精確電動機質量上的聚焦反作用力FFR1′和FFR2′相等並作用在與滑座質量和精確電動機構質量的重合重心CMC′和CMF′相等的距離LFR處。因此，由反作用力圍繞光軸產生的轉矩相等，進一步降低了執行機構的橫搖。
作用在執行機構上的撓曲作用力FFlex1′、FFlex2′和響應撓曲力產生的精確電動機構反作用力FRA′、FRB′實際上與圖14所示組件100中的力是相等的。由於撓曲作用力和反作用力圍繞光軸O′不是對稱的，因此由這幾對力圍繞光軸O′產生的轉矩不相等。然而，除了在低的頻率下(通常約低於40赫茲)，這些力實際上是由滑座解耦的，因而這些轉矩在大多數工作條件下不影響執行機構性能。
因此，作用在組件400上的電動機構作用力和反作用力圍繞光軸O′是對稱的，並且沿豎直方向與精確電動機構質量和滑座質量的重心CMF′和CMC′是對準的。由於精確電動機構質量和滑動質量的重心重合，執行機構或組件的任何附件的解耦作用將不會使質心偏移，以及對於所有水平和豎直方向的加速，作用於組件上的力和轉矩將維持平衡。
下面轉到圖26，其表示了本發明的另一實施例。執行機構1-100的構成方式總體上與第一實施例相似。組件中驅動機構內部，如先確定的，精確電動機構質量的重心C處在驅動機構內部，並且確定了具有相互正交的X、Y和Z軸的坐標系統的原點。物鏡1-122具有的光軸與Z軸在同一直線上。物鏡1-122安裝在執行機構1-100內部的套環1-124內，使透鏡的重心以及由透鏡1-122和套環1-124兩者形成的單體的重心與精確電動機構質量的重心C重合一致。在這一實施例中，滑座質量的質心落在物鏡1-122的光軸上，還與精確電動機構質量的重心C重合。
與第一實施例一樣，物鏡1-122位於透鏡夾具1-210內部，如圖27所示。透鏡夾具1-210設有對稱的臺肩1-213、1-215，由其分別延伸一對對稱的上臂1-217、1-219，以及一對對稱的下臂1-221配置在透鏡夾具1-210的兩對側上。在兩下臂中，圖27中僅表示了一個下臂1-221，可以理解第二下臂1-221位於透鏡夾具1-210的相反的一側上。撓曲件1-260、1-262分別安裝於上壁1-217、1-219的端部，用於在執行機構內懸掛透鏡夾具1-210，如在第一實施例中已完整說明的一樣。撓曲件也以類似方式安裝於下臂上，與撓曲件1-260、1-262採用相同的方式，不過為了闡明，僅需討論上部撓曲件。
根據本發明的一個方面，上臂1-217、1-219和下臂朝著XZ平面延伸，在臂的端部的鉸接點1-263處，圍繞處在XZ平面的豎直軸線上形成單個的鉸接作用。在鉸接點1-263形成鉸接作用使得當物鏡1-122沿跟蹤方向移動時將圍繞Z軸的轉矩降到最小，對執行機構不存在圍繞Z軸的立搖。對於撓曲件可以這樣構成，使它們不是精確地固定到XZ平面，只要在XZ平面產生鉸接作用即可。
撓曲件1-261、1-262和下部撓曲件可以是如在Schell等人的5313332號美國專利中介紹的，該專利結合本文可供參考。
執行機構1-100安裝在一底座150上(圖3)，其操作採用與第一實施例的執行機構相同的方式。
重複對這一實施例中的慣性力的分析，將會看到，當滑座沿X軸方向受到水平加速時，滑座質量和精確電動機構質量作為一個具有與原點C嚴格重合的單一質心的單體運動。實際上，當組件的各元件解耦時，水平加速可以在低於撓曲件的諧振頻率的低的頻率下或者在高於該諧振頻率的頻率下都會發生。因此，滑座質量的質心和精確電動機構質量的質心彼此之間不會發生偏離，以及由於如上面討論的撓曲件的配置，在粗略或精確跟蹤的過程中，精確電動機構不會有圍繞Z軸立搖的趨勢。
如在第一實施例中一樣，為了適應所希望的應用，執行機構1-100可以設有精確跟蹤驅動裝置和精確跟蹤驅動裝置。執行機構1-100特別適應於可以容許物鏡1-122有相對大的工作距離的場合。
雖然參照某些優選實施例已經詳細地對本發明做了介紹，應當理解，本發明並不限於這些具體的實施例。相反，根據對實施本發明的最好方式的公開，對於本技術領域的熟練人員在不脫離本發明的構思和保護範圍的情況下可對目前的發明進行很多改進和變化，因而本發明的保護範圍是由如下權利要求而不是由上述介紹限定的。在權利要求的等效含意和範圍內的各種替換、改進、變化都被認為在其保護範圍之內。
權利要求
1.一種用於在圍繞一軸線可旋轉的光碟上以光學方式讀取或記錄信息的裝置，所述裝置包含一底盤；一滑座，其可沿一與所述旋轉軸線正交的路線相對所述底盤運動；一滑座驅動裝置，用於沿所述正交路線驅動所述滑座，所述滑座驅動裝置的一些部分安裝在所述滑座上，且所述滑座以及所述滑座驅動裝置的安裝部分確定了滑座質心。一物鏡，具有一光軸和透鏡質心；一物鏡夾具，其內安裝有所述物鏡，所述物鏡夾具相對所述滑座是可運動的；以及一聚焦驅動裝置，用於驅動所述物鏡夾具，使所述物鏡沿物鏡光軸移動，所述聚焦驅動裝置和所述物鏡夾具確定精確電動機構的質心，其中所述精確電動機構的質心、所述滑座的質心以及所述透鏡的質心基本重合在所述光軸上。
2.一種用於在圍繞一軸線可旋轉的光碟上以光學方式讀取和記錄信息的裝置，所述裝置包含一底盤；一滑座，其可沿一與所述旋轉軸線正交的路線相對所述底盤運動；一滑座驅動裝置，用於沿所述正交路線驅動所述滑座，所述滑座驅動裝置的一些部分安裝在所述滑座上，所述滑座和所述滑座驅動裝置的安裝部分確定了滑座的質心；一物鏡，具有一光軸和透鏡的質心；一物鏡夾具，其上安裝有所述物鏡，所述物鏡夾具相對所述滑座是可運動的；多個撓曲件，用於從所述滑座懸掛所述物鏡夾具，所述撓曲件對稱地附著到所述物鏡夾具的各附著點上，這些附著點圍繞光軸布置在由所述光軸和沿跟蹤方向延伸的軸線限定的平面內。一聚焦驅動裝置，用於驅動所述鏡夾具，沿物鏡光軸移動所述物鏡，所述聚焦驅動裝置和所述物鏡夾具確定了精確電動機構的質心；以及一精確跟蹤驅動裝置，用於驅動所述物鏡夾具，以便對所述物鏡沿著所述正交路線的相對位置進行調節，其中所述精確電動機的質心、所述滑座的質心以及所述透鏡的質心基本重合在所述光軸上。
3.一種用於控制透鏡位置的裝置，所述裝置包含一被懸掛的殼體；一透鏡配置在確定光軸的所述被懸掛的殼體內，所述被懸掛的殼體的質心基本上位於在所述光軸上，且所述透鏡的質心與所述被懸掛殼體的質心重合；一滑座，懸掛所述被懸掛的殼體，用於按至少一種自由度相對於殼體產生相對運動，其中所述滑座的質心靠近所述被懸掛的殼體的質心，處在距所述光軸0.1毫米範圍內，且所述滑座相對於由X軸、Y軸和Z軸限定的三個相互正交的平面具有一初始姿態，以及作用在所述被懸掛的殼體上的所述滑座的懸掛力圍繞所述光軸是對稱的；一第一驅動裝置，作用在所述滑座上，用於產生第一組平衡的且圍繞所述光軸是對稱的作用力，以便在不同的頻率下沿所述Y軸使所述滑座和與之一起的所述被懸掛殼體加速，其中由所述第一組平衡的力圍繞所述滑座的所述質心產生的轉矩被有效地消除了，並且所述第一組平衡的力的一些反作用力相對於所述光軸也是對稱的，因此圍繞所述滑座的所述質心實際上不產生轉矩，由所述第一驅動裝置對所述滑座形成的慣性力是平衡的且圍繞所述光軸是對稱的，使得所述滑座在其加速過程中相對所述各參考平面維持其所述姿態，且所述被懸掛殼體相對於所述滑座維持其初始位置。
全文摘要
一用於控制在光學數據存取驅動裝置中的透鏡位置的裝置，包括利用多個撓曲件懸掛透鏡夾具的滑座。作用在透鏡夾具上的懸掛力圍繞光軸對稱。一粗略磁式驅動裝置對滑座上產生的作用力圍繞光軸對稱。作用在滑座上的慣性力和磁驅動力的反作用力也對光軸對稱。一精確跟蹤和一聚焦驅動裝置產生圍繞光軸對稱的力。慣性力和作用在透鏡夾具上的反作用力圍繞光軸對稱。結果，上述對稱力消除了轉矩，相對存儲媒體表面可精確控制物鏡聚焦。
文檔編號G11B17/04GK1138191SQ9610415
公開日1996年12月18日 申請日期1996年3月29日 優先權日1995年4月11日
發明者庫爾特·W·格特魯, 倫納德斯·J·格拉森斯 申請人:迪維安公司