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JPH0566832A - Biaxial driving actuator - Google Patents

  • ️Fri Mar 19 1993
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光軸制御装置に用いら
れるミラーやコーナーキューブ等をX,Yの2軸駆動制
御する2軸駆動アクチュエータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a biaxial drive actuator for controlling a mirror, a corner cube and the like used in an optical axis control device in biaxial X and Y directions.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、光軸制御装置に用いられるアクチ
ュエータは、その駆動制御方式によって種々のものがあ
る。例えば、光軸制御にミラーを用いた場合、特開平2
−120816号公報に開示されているように、直交す
る2軸に対して回動させるいわゆる「ジンバル機構」が
用いられているものがある。また、光軸制御にコーナー
キューブを用いた場合、電子情報通信学会MR83−2
4に開示されているように、「2軸ボイスコイルアクチ
ュエータ」が用いられているものがある。
2. Description of the Related Art Conventionally, there are various actuators used in optical axis control devices depending on their drive control methods. For example, when a mirror is used for controlling the optical axis, the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No.
As disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 120816, there is a device using a so-called “gimbal mechanism” that rotates about two orthogonal axes. When a corner cube is used for optical axis control, the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers MR83-2
As disclosed in No. 4, there is one in which a "two-axis voice coil actuator" is used.

【0003】そこで、今、具体例として、コーナーキュ
ーブを用いた場合の光軸制御の基本的な動作原理を図6
に基づいて説明する。入射光であるレーザビームはリレ
ーレンズ1、コリメータレンズ2を順次通過することに
より平行光とされ、その平行光はミラー3により反射さ
れコーナーキューブ4に入射し、これにより光路を逆方
向とされたレーザビームはλ/4板5を介してPBS6
により2分割され、その一方の直進したレーザビームは
4分割受光素子7に導かれこれにより検出された信号は
光軸ずれ検出用の信号として用いられ、また、他方の反
射されたレーザビームは出射光として進行していきその
後図示しない光ディスク原盤の露光用ビーム等に利用さ
れる。
Therefore, as a concrete example, the basic operating principle of the optical axis control using a corner cube will now be described with reference to FIG.
It will be explained based on. The laser beam as the incident light is made into parallel light by passing through the relay lens 1 and the collimator lens 2 one after another, and the parallel light is reflected by the mirror 3 and is incident on the corner cube 4, whereby the optical path is reversed. The laser beam is transmitted through the λ / 4 plate 5 to the PBS 6
Is divided into two, and one of the straight laser beams is guided to the four-division light receiving element 7 and the signal detected thereby is used as a signal for detecting the optical axis deviation, and the other reflected laser beam is the emitted light. Then, it is used as an exposure beam for an optical disc master (not shown).

【0004】この場合、今、実線aで示した入射光が一
点鎖線bで示すように光軸ずれを生じた場合、その光軸
ずれ量が4分割受光素子7により検出され、そのずれ量
をもとに図示しないアクチュエータによりコーナーキュ
ーブ4を矢印方向Xの破線で示すように移動制御させ、
これによりレーザビームの出射光の位置を常に一定に保
つように制御する。なお、ここでは、コーナーキューブ
4の移動方向を一軸(X方向)のみとして示したが、実
際には紙面に垂直な方向にも同様な光軸制御を行うこと
ができる。
In this case, when the incident light shown by the solid line a has an optical axis shift as shown by the alternate long and short dash line b, the optical axis shift amount is detected by the four-division light receiving element 7, and the shift amount is detected. Originally, the corner cube 4 is moved and controlled by an actuator (not shown) as shown by a broken line in the arrow direction X,
Thereby, the position of the emitted light of the laser beam is controlled to be always kept constant. Note that, here, the movement direction of the corner cube 4 is shown as only one axis (X direction), but in reality, similar optical axis control can be performed in the direction perpendicular to the paper surface.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】前述したようなジンバ
ル機構においては、一軸の駆動を行った場合、他方の軸
側にも変位を生じる。その変位の動作量が少ない場合は
問題ないが、光軸制御装置に用いる場合にはmmオーダ
ーの可動量を必要とするため、動作時に他軸への動作干
渉を生じてしまうことになる。
In the gimbal mechanism as described above, when one axis is driven, the other axis is also displaced. There is no problem if the amount of movement of the displacement is small, but when used in the optical axis control device, a movement amount of the mm order is required, so that operation interference with other axes will occur during operation.

【0006】また、前述した2軸ボイスコイルアクチュ
エータでは、磁気回路を円筒形としているため、その磁
気ギャップが円筒断面となる。この場合、その磁気ギャ
ップ中に配置されたコイルも円筒形となり、他軸を駆動
した場合、コイルがその中心からずれ、コイルに生じる
発生力が小さくなり、これにより駆動感度が低下し、そ
の制御上において必ずしも好ましいものとは言えない。
Further, in the above-mentioned two-axis voice coil actuator, since the magnetic circuit has a cylindrical shape, the magnetic gap has a cylindrical cross section. In this case, the coil placed in the magnetic gap also has a cylindrical shape, and when the other axis is driven, the coil shifts from its center and the force generated in the coil is reduced, which lowers the drive sensitivity and reduces its control. The above is not necessarily preferable.

【0007】さらに、1軸駆動に用いる磁気回路をその
可動体に取り込もうとすると、可動体重量が倍加し、他
軸の発生力を大きく取らなければならなくなり、これに
より駆動部が大型化してしまい、しかも、そのコイルの
発熱が大きくなってしまい不経済なものとなる。
Further, if the magnetic circuit used for uniaxial drive is to be incorporated into the movable body, the weight of the movable body is doubled, and the generated force of the other axis must be increased, resulting in an increase in size of the drive unit. Moreover, the heat generation of the coil becomes large, which is uneconomical.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明で
は、レーザビームの入射光軸のずれをコーナーキューブ
を用いて検出し、その検出された光軸ずれの信号をもと
に、2軸方向に動作するX方向可動体とY方向可動体と
を備えたアクチュエータにより前記コーナーキューブを
X,Yの2軸方向の光軸制御を行うことにより、前記レ
ーザビームの入射光軸のずれを補正する2軸駆動アクチ
ュエータにおいて、前記X方向可動体及び前記Y方向可
動体に各々独立してX方向駆動コイル及びY方向駆動コ
イルを設け、これら各々のコイルに電磁力を発生させる
ためのX方向磁気回路及びY方向磁気回路をその磁気ギ
ャップ部の断面形状を矩形として形成しベース上に固定
配置した。
According to a first aspect of the present invention, the deviation of the incident optical axis of the laser beam is detected by using a corner cube, and the two axes are detected based on the detected optical axis deviation signal. The deviation of the incident optical axis of the laser beam is corrected by controlling the optical axis of the corner cube in the X and Y biaxial directions by an actuator having an X-direction movable body and a Y-direction movable body that move in the same direction. In the biaxial drive actuator, the X-direction movable body and the Y-direction movable body are provided with an X-direction drive coil and a Y-direction drive coil independently of each other, and an X-direction magnetic field for generating an electromagnetic force in each of these coils. The circuit and the Y-direction magnetic circuit were formed so that the magnetic gap portion had a rectangular cross-sectional shape and were fixedly arranged on the base.

【0009】請求項2記載の発明では、請求項1記載の
発明において、2軸方向に電磁力を発生するX方向駆動
コイル及びY方向駆動コイルの駆動方向直角断面形状を
矩形として形成し、電磁力の発生部位をその対辺として
その中央部を通る駆動方向軸線上にX方向可動体及びY
方向可動体の重心が位置するように配置した。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the X-direction drive coil and the Y-direction drive coil, which generate an electromagnetic force in the two axial directions, are formed in a rectangular cross section in the drive direction. The X-direction movable body and the Y-direction are arranged on the driving direction axis passing through the central portion with the force generating portion as the opposite side.
It was arranged so that the center of gravity of the directional movable body was located.

【0010】請求項3記載の発明では、請求項1記載の
発明において、2軸方向の支持機構を各軸2枚の板バネ
とし、これら板バネの中心を通る軸線上にX方向可動体
及びY方向可動体の重心が位置するように配置した。
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the biaxial support mechanism is a leaf spring having two shafts for each axis, and an X-direction movable body and an X-direction movable body are provided on an axis passing through the center of these leaf springs. It was arranged so that the center of gravity of the movable body in the Y direction was located.

【0011】請求項4記載の発明では、請求項1記載の
発明において、2軸方向の支持機構における板バネを固
定するブッシュを弾性体とした。
According to a fourth aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the bush for fixing the leaf spring in the biaxial support mechanism is an elastic body.

【0012】[0012]

【作用】請求項1記載の発明においては、各軸の駆動用
の磁気回路の磁気ギャップを矩形として形成しこれによ
り他軸の動作時における動作干渉をなくしているため、
光軸制御の精度向上を図ることが可能となる。
According to the invention described in claim 1, since the magnetic gap of the driving magnetic circuit of each axis is formed in a rectangular shape, thereby eliminating the operation interference during the operation of the other axis,
It is possible to improve the accuracy of optical axis control.

【0013】請求項2記載の発明においては、駆動力に
よる可動体の重心回りモーメント力が釣り合うようにし
て可動体の不要振動をなくしているため、光軸制御の精
度向上を図ることができる。
According to the second aspect of the present invention, the unnecessary vibration of the movable body is eliminated by balancing the moment force around the center of gravity of the movable body due to the driving force, so that the accuracy of the optical axis control can be improved.

【0014】請求項3記載の発明においては、板バネの
反力による可動体の重心回りのモーメント力が釣り合う
ようにして可動体の不要振動をなくしているため、光軸
制御の精度向上を図ることができる。
According to the third aspect of the present invention, the unnecessary vibration of the movable body is eliminated by balancing the moment force around the center of gravity of the movable body due to the reaction force of the leaf spring, so that the accuracy of the optical axis control is improved. be able to.

【0015】請求項4記載の発明においては、ブッシュ
を弾性体とすることにより、可動方向に対する減衰力に
よる可動体の重心回りのモーメント力が釣り合うように
して可動体の不要振動をなくしているため、光軸制御の
精度向上を図ることが可能となる。
According to the fourth aspect of the present invention, since the bush is made of an elastic body, the momentary force around the center of gravity of the movable body due to the damping force in the movable direction is balanced to eliminate unnecessary vibration of the movable body. Therefore, it is possible to improve the accuracy of the optical axis control.

【0016】[0016]

【実施例】本発明の一実施例を図1〜図5に基づいて説
明する。図1は、2軸駆動アクチュエータの全体構成を
分解して示すものである。以下、その構成について説明
する。まず、コーナーキューブ8は内ホルダ9の上面に
固着されており、その内ホルダー9の側面のX−X´方
向には円筒突起10が形成されている。その内ホルダー
9は、外ホルダー11内に収納されると共に、その側面
のホルダープレート12の板バネ受け部にてX方向板バ
ネ13によってブッシュ14で固着されている。また、
前記内ホルダー9には、前記ブッシュ14の内筒を介し
てX方向ボビン15がX−X´方向に固着されている。
このX方向ボビン15には、X方向駆動コイル16が巻
回した形で取付けられており、これによりX方向可動体
17を構成している。さらに、前記X方向ボビン15
は、矩形中空となっており、その中空部には継鉄18と
永久磁石19とより構成されたX方向磁気回路20の中
央突起部18aが配置されている。これにより、X方向
駆動コイル16の対辺がそのX方向磁気回路20の磁気
ギャップ中に位置することになる。このX方向磁気回路
20はベース21上に固着される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an exploded view of the overall configuration of a biaxial drive actuator. The configuration will be described below. First, the corner cube 8 is fixed to the upper surface of the inner holder 9, and a cylindrical projection 10 is formed on the side surface of the inner holder 9 in the XX ′ direction. The inner holder 9 is housed in the outer holder 11, and is fixed by a bush 14 by an X-direction leaf spring 13 at a leaf spring receiving portion of the holder plate 12 on the side surface thereof. Also,
An X-direction bobbin 15 is fixed to the inner holder 9 in the XX ′ direction via an inner cylinder of the bush 14.
The X-direction bobbin 15 is attached with an X-direction drive coil 16 in a wound form, and thereby constitutes an X-direction movable body 17. Further, the X-direction bobbin 15
Is a rectangular hollow, and the central protruding portion 18a of the X-direction magnetic circuit 20 including the yoke 18 and the permanent magnet 19 is disposed in the hollow portion. As a result, the opposite side of the X-direction drive coil 16 is located in the magnetic gap of the X-direction magnetic circuit 20. The X-direction magnetic circuit 20 is fixed on the base 21.

【0017】また、前記外ホルダー11のY−Y´方向
の側面には円筒突起部22が形成されており、この円筒
突起部22は前記ベース21及びベースプレート23上
に位置してY方向板バネ24によってブッシュ25を介
して固着されている。また、前記外ホルダー11には前
記ブッシュ25の内筒を介してY方向ボビン26がY−
Y´方向に固着されている。このY方向ボビン26に
は、Y方向駆動コイル27が巻回した形で取付けられて
おり、これによりY方向可動体28を構成している。さ
らに、前記Y方向ボビン26は、矩形中空となってお
り、その中空部には継鉄29と永久磁石30とより構成
されたY方向磁気回路31の中央突起部29aが配置さ
れている。これにより、Y方向駆動コイル27の対辺が
そのY方向磁気回路31の磁気ギャップ中に位置するこ
とになる。そのY方向磁気回路31は、前記ベース2
1、前記ベースプレート23に固着される。
A cylindrical protrusion 22 is formed on a side surface of the outer holder 11 in the Y-Y 'direction. The cylindrical protrusion 22 is located on the base 21 and the base plate 23, and a Y-direction leaf spring. It is fixed by 24 via a bush 25. In addition, a Y-direction bobbin 26 is attached to the outer holder 11 through the inner cylinder of the bush 25 in the Y-direction.
It is fixed in the Y'direction. A Y-direction drive coil 27 is attached to the Y-direction bobbin 26 in a wound form, and thereby a Y-direction movable body 28 is formed. Further, the Y-direction bobbin 26 has a rectangular hollow shape, and a central protruding portion 29a of a Y-direction magnetic circuit 31 including a yoke 29 and a permanent magnet 30 is arranged in the hollow portion. As a result, the opposite side of the Y-direction drive coil 27 is located in the magnetic gap of the Y-direction magnetic circuit 31. The Y direction magnetic circuit 31 is based on the base 2
1, fixed to the base plate 23.

【0018】そして、ここでは、X,Y方向駆動コイル
16,27の対辺の中点を通る軸線、及び、X,Y方向
板バネ13,24の中心を通る軸線は一致しており、そ
の延長線上にX,Y方向可動体17,28の重心Gがあ
るように配置されている。
Here, the axis line passing through the midpoints of the opposite sides of the X and Y direction drive coils 16 and 27 and the axis line passing through the centers of the X and Y direction leaf springs 13 and 24 are coincident with each other, and their extensions are made. It is arranged so that the center of gravity G of the X and Y direction movable bodies 17 and 28 is on the line.

【0019】このような構成において、X,Y方向駆動
コイル16,27の端末より通電すれば、X−X´及び
Y−Y´方向に移動自在となる。この時、X,Y方向の
動作は独立しているため、一軸動作が他軸に干渉するよ
うなことはない。また、図2に示すように、磁気ギャッ
プはその断面形状が矩形であり、これと平行にX,Y方
向駆動コイル16,27が位置しており、Y方向駆動時
のX方向駆動コイル16の対辺は磁気ギャップ中を平行
移動するだけで、X方向発生力の低下はなく、これによ
り感度低下は生じない。
In such a structure, if current is applied from the terminals of the X and Y direction drive coils 16 and 27, the coils can be moved in the XX 'and YY' directions. At this time, since the operations in the X and Y directions are independent, the one axis operation does not interfere with the other axis. Further, as shown in FIG. 2, the magnetic gap has a rectangular cross-sectional shape, and the X and Y direction drive coils 16 and 27 are located in parallel with the magnetic gap, and the X direction drive coil 16 at the time of Y direction drive is The opposite side simply moves in parallel in the magnetic gap, and the force generated in the X direction does not decrease, so that the sensitivity does not decrease.

【0020】また、X,Y方向可動体17,28の内部
に磁気回路を取り込んでいないため可動体重量が軽量化
され、これによりY方向駆動部も小型化でき、しかも、
そのY方向のコイル発熱も小さくすることが可能とな
る。
Further, since the magnetic circuit is not incorporated in the X and Y direction movable bodies 17 and 28, the weight of the movable body is reduced, whereby the Y direction drive section can be downsized, and moreover,
It is also possible to reduce the coil heat generation in the Y direction.

【0021】さらに、図3に示すように、X,Y方向可
動体17,28に生じるモーメント力が重心Gに対して
釣り合い状態にあるため不要振動の発生がなく、図4の
ボード線図に示すように可動体の周波数特性に副次共振
(図中点線で示す)が生じない。なお、図3における重
心Gに対するモーメント力の釣り合い状態は、次のよう
な式の値から理解できる。
Further, as shown in FIG. 3, since the moment forces generated in the movable bodies 17 and 28 in the X and Y directions are in balance with the center of gravity G, unnecessary vibration does not occur, and the Bode diagram of FIG. As shown, secondary resonance (indicated by a dotted line in the figure) does not occur in the frequency characteristic of the movable body. The balanced state of the moment force with respect to the center of gravity G in FIG. 3 can be understood from the value of the following equation.

【0022】 −(Fl/2)+(RS/2)−(RS/2)+(Fl/2)=0 さらにまた、図5に示すように、ブッシュ14,25を
弾性体とすることにより、2軸方向駆動時の減衰力も重
心G回りに対して釣り合い状態で構成されるため、これ
による不要共振の発生もなくすことができる。
-(Fl / 2) + (RS / 2)-(RS / 2) + (Fl / 2) = 0 Further, as shown in FIG. 5, the bushes 14 and 25 are made of elastic bodies. Since the damping force during biaxial driving is also balanced with respect to the center of gravity G, unnecessary resonance due to this can be eliminated.

【0023】[0023]

【発明の効果】請求項1記載の発明は、レーザビームの
入射光軸のずれをコーナーキューブを用いて検出し、そ
の検出された光軸ずれの信号をもとに、2軸方向に動作
するX方向可動体とY方向可動体とを備えたアクチュエ
ータにより前記コーナーキューブをX,Yの2軸方向の
光軸制御を行うことにより、前記レーザビームの入射光
軸のずれを補正する2軸駆動アクチュエータにおいて、
前記X方向可動体及び前記Y方向可動体に各々独立して
X方向駆動コイル及びY方向駆動コイルを設け、これら
各々のコイルに電磁力を発生させるためのX方向磁気回
路及びY方向磁気回路をその磁気ギャップ部の断面形状
を矩形として形成しベース上に固定配置したので、この
ように各軸の駆動用の磁気回路の磁気ギャップを矩形と
して形成しこれにより他軸の動作時における動作干渉を
なくしているため、光軸制御の精度向上を図ることが可
能となり、また、磁気回路をベースに固定しているため
駆動部の小型化を図ることができるものである。
According to the first aspect of the present invention, the deviation of the incident optical axis of the laser beam is detected by using the corner cube, and the biaxial directions are operated based on the detected optical axis deviation signal. A biaxial drive for correcting the deviation of the incident optical axis of the laser beam by controlling the optical axis of the corner cube in the X and Y biaxial directions by an actuator having an X direction movable body and a Y direction movable body. In the actuator,
The X-direction movable body and the Y-direction movable body are provided with an X-direction drive coil and a Y-direction drive coil independently of each other, and an X-direction magnetic circuit and a Y-direction magnetic circuit for generating electromagnetic force in these respective coils are provided. Since the cross-sectional shape of the magnetic gap portion is formed in a rectangular shape and fixedly arranged on the base, the magnetic gap of the driving magnetic circuit of each axis is formed in a rectangular shape in this way, thereby preventing the operation interference during the operation of the other axes. Since it is eliminated, it is possible to improve the accuracy of the optical axis control, and because the magnetic circuit is fixed to the base, the drive unit can be downsized.

【0024】請求項2記載の発明は、2軸方向に電磁力
を発生するX方向駆動コイル及びY方向駆動コイルの駆
動方向直角断面形状を矩形として形成し、電磁力の発生
部位をその対辺としてその中央部を通る駆動方向軸線上
にX方向可動体及びY方向可動体の重心が位置するよう
に配置したので、駆動力による可動体の重心回りモーメ
ント力が釣り合うようにして可動体の不要振動をなくす
ことが可能なため、これにより光軸制御の精度向上を図
ることができるものである。
According to a second aspect of the present invention, the X-direction drive coil and the Y-direction drive coil that generate an electromagnetic force in the two axial directions are formed in a rectangular cross-section in the direction perpendicular to the drive direction, and the electromagnetic force generation site is the opposite side thereof. Since the centers of gravity of the X-direction movable body and the Y-direction movable body are located on the drive direction axis passing through the central portion, unnecessary vibration of the movable body is achieved by balancing the moment force around the center of gravity of the movable body due to the driving force. Since it is possible to eliminate this, it is possible to improve the accuracy of the optical axis control.

【0025】請求項3記載の発明は、2軸方向の支持機
構を各軸2枚の板バネとし、これら板バネの中心を通る
軸線上にX方向可動体及びY方向可動体の重心が位置す
るように配置したので、板バネの反力による可動体の重
心回りのモーメント力が釣り合うようにして可動体の不
要振動をなくすことが可能なため、これにより光軸制御
の精度向上を図ることができるものである。
According to a third aspect of the present invention, the support mechanism in the biaxial direction is a leaf spring having two shafts for each axis, and the center of gravity of the X-direction movable body and the Y-direction movable body is located on the axis passing through the center of these leaf springs. Since it is arranged so as to eliminate unnecessary vibration of the movable body by balancing the moment force around the center of gravity of the movable body due to the reaction force of the leaf spring, it is possible to improve the accuracy of the optical axis control by this. Can be done.

【0026】請求項4記載の発明は、2軸方向の支持機
構における板バネを固定するブッシュを弾性体としたの
で、可動方向に対する減衰力による可動体の重心回りの
モーメント力が釣り合うようにして可動体の不要振動を
なくすことが可能なため、これにより光軸制御の精度向
上を図ることができるものである。
According to the fourth aspect of the invention, since the bush for fixing the leaf spring in the biaxial support mechanism is made of an elastic body, the moment force around the center of gravity of the movable body due to the damping force in the movable direction is balanced. Since it is possible to eliminate unnecessary vibration of the movable body, it is possible to improve the accuracy of optical axis control.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す2軸駆動アクチュエー
タの分解斜視図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view of a biaxial drive actuator showing an embodiment of the present invention.

【図2】Y方向駆動時のX方向駆動コイルの動作状態を
示す動作説明図である。
FIG. 2 is an operation explanatory diagram showing an operating state of an X-direction drive coil during Y-direction drive.

【図3】モーメント力の釣り合い状態を示す説明図であ
る。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a state of balance of moment forces.

【図4】可動体の周波数特性を示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing frequency characteristics of a movable body.

【図5】ブッシュによる減衰力の様子を示す側面図であ
る。
FIG. 5 is a side view showing a state of damping force by a bush.

【図6】コーナーキューブを用いた場合の光軸制御の原
理を示す光路図である。
FIG. 6 is an optical path diagram showing the principle of optical axis control when a corner cube is used.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

8 コーナーキューブ 16 X方向駆動コイル 17 X方向可動体 20 X方向磁気回路 21 ベース 27 Y方向駆動コイル 28 Y方向可動体 31 Y方向磁気回路 G 重心 8 corner cube 16 X direction drive coil 17 X direction movable body 20 X direction magnetic circuit 21 base 27 Y direction drive coil 28 Y direction movable body 31 Y direction magnetic circuit G center of gravity