JPS62200539A - ２次元微小可動ステ−ジ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 光ディスクの光学ヘッド等のような、２次元の微小変位
を行うステージの基板をその可動方向に拡がる平板状と
し、そのステージの質量の中心と、それを支持するばね
の反力の中心と、外部から可動部を変位させるさめの駆
動力の中心を一致させることにより、可動部のねじれ等
の好ましくない運動の発生を防止し、その応答特性の改
善を図る。

〔産業上の利用分野〕

光ディスクの光学ヘッド等の如く、微小な範囲ながら、
精度の高い２次元運動を要求される可動ステージに係わ
り、さらに詳しく言えば、ねじれ等の好ましくない運動
の発生防止に関する。

光ディスクの読み出しなどを行う光学ヘッドは被読み出
しトラック上に光源からの光を結像するレンズを、互い
に直交する２方向、即ちレンズの軸方向のフォーカシン
グとトラックの半径方向のトラッキングのためにそれぞ
れ数１００μｍのサーボ運動を行う必要がある。ヘッド
可動部は高速かつ精密にサーボの追従をせねばならない
ので、ねじれ等による２方向間の運動の干渉等、好まし
くない運動が発生しない構造が要望されている。

なお、本発明の応用の範囲は上記光学ヘッドに限られる
ことなく、フォトリソグラフィのマスク合わせステージ
その他２次元の高速微小変位をおこなうステージなどに
非常に広範囲に適用できる。

〔従来の技術と発明が解決しようとする問題点〕光ディ
スクの光学ヘッドの可動部を例として第９図にて従来の
構造の説明をおこなう。同図において、レンズ１は可動
ステージ７に取りつけられている。フォーカシングおよ
びトラッキングのサーボ動作をおこなうため、可動ステ
ージ７は固定部２に対して、ワイヤスプリング３〜３゛
゛によって支持されている。この状態で上記サーボのた
めに外部から互いに直交方向の駆動力Ｆ或いはＦ”が印
加されると、可動ステージ７は単にＦ或いはＦ゛方向移
動するだけでなく、ねじれの運動を起こすことがある。

動力学的に言い換えると、望ましくない曲げモードが発
生することになる。

第９図のワイヤスプリング３の代わりに板ばね４と６を
用いたのが第１０図である。同図において板ばね４はＦ
方向に対し、板ばね６はＦ゛方向対したわむ様に設けら
れてあり、５はこれらばねを分離する中間剛体部である
。これらのばねが外力によりたわむ時に、仮ばねと言え
ども本来の方向のたわみ以外の、好ましくない方向にた
わみを生ずることがあり得る。これがねじれを生ずる。

ねじれの発生は互いに直角な２方向の独立したサーボ運
動の干渉を意味し、これがあると、精度の高い、応答特
性の良いサーボ特性が得られないと言う問題を生ずる。

本発明はこのような点にかんがみて創出されたもので、
而易な構成で応答特性が良く、精度の高いサーボが可能
な２次元微小可動ステージを提供することを目的として
いる。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明は可動ステージ７の基板７−１を可動方
向に拡がる平板で構成し、さらに可動ステージ７のｔｉ
の中心Ｇと、その可動ステージ基板を支持するばね３に
よる反力の中心Ｓとを略一致させ、さらに、該可動ステ
ージを変位させるために外部から該可動ステージに印加
する互いに直交する２方向の駆動力Ｆ、Ｆ’の中心を、
上記の可動ステージ７の重心Ｇと反力の中心Ｓの一致位
置に略一致させる。

〔作　用〕

第１図に本発明の原理図を示す。本図において（９）は
側面、（ｂ）は平面を示す図である。即ち図に示す如く
、ワイヤスプリング３〜３“゛の合成反力（各ワイヤス
プリングが変位により生じる反力の合成値で、これらワ
イヤスプリングの可動ステージ７への取りつけ面上にあ
る）Ｓが常に可動ステージ７（これにはレンズ１等をふ
くむ）の’Ｊｆｆｆｉの中心Ｇに作用するならば、可動
ステージ７はそのまま、反力Ｓの印加される方向に押し
戻されるのみである。しかし、若し反力Ｓがｉｎの中心
Ｇと異なった点を押すならば、可動ステージ７には回転
力が働き、回転し、ワイヤスプリングには、ねじれが生
じる。

また外力Ｆが可動ステージの質量の中心Ｇに対し働く作
用も、上記合成反力Ｓの場合と同様である。さらに、外
力Ｆに直交する外力Ｆ′に対しても全く同様である。

可動ステージ７を支持する基板（７−１）を前記のよう
に平板状に構成すると、その平板の両側に比較的質量の
大きい部品を搭載配置することにより、上記の本発明の
手段で述べた条件を満足するのが容易になる。

さらに、本発明により可動ステージを構成すると、固定
部２に側から外部からの振動や衝撃のような外乱が加わ
っても、可動ステージ７は望ましくない動作をしない。

〔実施例〕

以下図面に示す実施例により本発明の要旨を具体的に説
明する。全図を通じ同一符号は同一対象物を示す。

第２図は光ディスクの光学ヘッドにおける本発明の一実
施例の構成を分解図で示すもので、図において、１はレ
ンズ、２は固定部、３〜３””（３゛゛は見えないが）
はワイヤスプリング、７はレンズ１ほか可動部品を含む
可動ステージ、７−１は可動ステージの基板、７゛は基
板７−１へのワイヤスプリング３〜３゛°゛の取りつけ
面、８は可動反射鏡、９は入射光、１０は固定反射鏡で
ある。

レンズ１および可動反射鏡８は可動ステージ基板７−１
上に固定されて、その基板と一体化して動く。入射光９
はトラッキングサーボの方向Ｆ”に平行に入射し、可動
反射鏡８により直角に反射後、固定反射鏡１０にて、さ
らに直角に反射してレンズ１に入射する。即ち、可動ス
テージ７がフォーカシングおよびトラッキングのサーボ
動作によるＦおよびＦ゛方向変位をしても、入射光は常
にレンズ１の中心軸を通過する構成になっている。

この構成において、比較的重量の大きいレンズｌと反射
鏡８をワイヤスプリングの取りつけ面７゜を持つ基板７
−１のそれぞれ両側に配置することにより、可動ステー
ジ７の［１の中心Ｇをワイヤスプリングの取りつけ面７
゛上にあるワイヤスプリングの反力の中心Ｓに一致させ
ることを容易に達成できる。

さらに、フォーカシングとトラッキングのサーボのため
の外力Ｆ、Ｆ’を、常に可動ステージ７の質量の中心Ｇ
を通るように印加する機構について第３図によって説明
する。なお同図は特許請求の範囲第２項の実施例でもあ
る。

同図において、７−１は平板状材料（通常は非磁性絶縁
体が望ましいが、導体性軟磁性体も可）の可動ステージ
基板、７゛は同基板へのワイヤスプリング３〜３°゛の
取りつけ面、１１．１１゛　は駆動コイル、１２．１２
゛　は軟磁性体のヨーク、１３．１３°は永久磁石であ
る。コイル１１．１１゛　は偏平状をなして、ワイヤス
プリング取りつけ面７゛に平面的に取りつけられ、その
一部がヨーク、と永久磁石の作る磁界１４．１４°　と
交差して配置されている。それらコイルに電流を印加す
ることにより、コイル１１はＦ即ちフォーカシングの方
向、コイル１１゛　はＦ゛即ちトラッキングの方向に可
動ステージ基板７−１を駆動する。その駆動力はこれら
コイル自体に発生しているので、駆動力は取りつけ面７
゛に働き、さきの説明で述べた如くワイヤスプリングの
取りつけ面７゛上にある反力Ｓと可動ステージ７の質量
の中心Ｇに一致して印加させることができる。なお、同
図ではヨークおよびその永久磁石は各方向１個づつが描
かれているが、それぞれ対称に２個づつ設けるのが望ま
しい。

本発明の他の実施例を第４図に示す。この実施例はコイ
ル形状に特徴があるが、そのコイルは１個のみを図示し
他の３個は同様であるので図示されていない。図にはと
くに示してないが、コイル１１を構成する電線は樹脂な
どにより可動ステージと一体化して運動するよう固定さ
れて、コイルの中央部は空間になっている。２ｍのヨー
クと永久磁石は、ヨークがその空間部に入り込み、それ
ぞれコイルの電線を囲むように配置され、コイルに電流
が印加されると図示のＦの方向の駆動力がコイルに印加
される。このヨークと永久磁石は１組のみ用いるか、２
組用いるかによって、駆動力の可動ステージ基板上印加
位置を調節できる。

本発明の一実施例の要部分解面を第５図に示す。

同図において、（７−１）は可動ステージ基板であって
、永久磁石材料で作られ、図示ごとくその厚さ方向に着
磁されている。コイル１６は偏平に巻かれてから２つに
折られてヨーク１５の１辺に被せて固定されている。そ
の加工工程を矢印で示している。

コイル１６はＦ方向フォーカシング駆動用、１６゛。

１６゛′はＦ°方向トラッキング駆動用である。これら
コイルの取りつけられたヨーク１５を、可動ステージ基
板７の端部に平行して被せるように配置構成し、各コイ
ルに電流を印加すると、永久磁石はコイルと永久磁石間
の電磁力により駆動されてヨークから出入りする。コイ
ルはその設計上の必要により各方向に１個或いは２個取
りつけられる。２個の場合は当然ながらその電流の方向
は互いに助は合うように選ばれる。

コイルとヨークはその１組を図示したが、対称して対を
なすもう１組が用いられるのが望ましい。

またコイルの形状も図には１例を示したのであって、基
板の駆動にはこの他の色々な形状が用いられる。

なお、このままのステージ基板形状では、外部駆動力は
ステージ基板の表面でなく、その中央部に働くので、ワ
イヤスプリングの取りつけ面を永久磁石の表面から沈ま
せるような工夫が必要である。

可動ステージ基板７−１に用いられた永久磁石はセラミ
ックなどの軽量で剛性が高い材料を選べるので、可動ス
テージ上の部品の単純な構成が可能になることと相まっ
て、この可動ステージの高速応答特性の向上に貢献でき
る。

本発明の他の一実施例の要部を第６図に示す。

同図において、７−１は軟磁性体材料から成る可動ステ
ージ基板、１１と１１°は分割されたＦ方向フォーカシ
ング駆動用のコイル、１１”′はＦ°方向トラッキング
駆動用コイルである。これに対して用いるヨークは省略
されているが第３図の１２．１２′と同じである。分割
されたコイル１１．１１′はその２個を左右対称に配置
して、それらコイルに印加する電流値を異ならせる事に
より、可動ステージ基板７−１への駆動力の中心位置を
変化できる。或いはコイルの形状やその位置を変化させ
て同一電流を印加することによっても同様に駆動力の中
心位置を変化できる。

このように、駆動力の中心位置即ち印加位置を変化させ
ることは、可動ステージの構造設計とその製作の結果、
質量の中心、反力の中心や駆動力の印加位置が所期の目
的を満足していないような場合の、調整に用いることが
できる。またこれにより、別な用途では意図的な回転力
を生じさせることも可能である。

なお、同図にて、トラッキング方向用のコイルは１個し
か図示されてないが、このコイルも分割できるのは言う
までもない。

本発明に関する上記の説明は２次元各２方向の運動に関
していたが、これらの発明の思想は１次元運動のみに関
しても適用できる。その場合の１実施例を第７図に示す
。同図において、可動ステージ基板７−１は非磁性絶縁
体（軟磁性体でも可）で構成されている。２組のヨーク
１２．１２′　と永久磁石１３．１３’　は互いに助は
合う方向にコイルを駆動するため、永久磁石の着磁は互
いにその方向が逆である。

上記のように、１次元運動のみに本発明を適用した実施
例として、可動ステージ基板７−１の支持体として仮ば
ねを用いた場合を第８図に示す。この場合の変位方向を
矢印にて示している。なおこの例の可動ステージ基板７
−１は非磁性体、軟磁性体或いは永久磁石のいずれでも
よい。尚それが永久磁石の場合は同図のコイル１１は無
く、外部に設けられる。コイルは１個のみを図示してい
るが対称的に２個用いるのが望ましい。

なおこの他に、図示されてないが、本発明を達成する可
動ステージ基板の製作手段として、コイルをセラミック
製基板の中に埋め込む方法、金属ペーストをセラミック
基板に印刷・焼成する方法、プリント配線の樹脂基板を
用いる方法などが可能である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、設計に際し僅かな
配慮を加えることで、サーボのための可動部分の応答精
度が向上し、その工業的効果は頗る大である。

第２図は本発明の一実施例の要部分解図、第３図は本発
明の一実施例、 第４図は本発明の他の実施例、 第５図は本発明の他の実施例、 第６図は本発明の一実施例、 第７図は１次元運動の場合の実施例、 第８図は同、仮ばねを用いた場合の実施例、第９図は従
来の構造の説明図、 第１０図は板ばねを用いた従来の構造の説明図である。

図において、 １はレンズ、 ２は固定部、 ３はワイヤスプリング、 ４と６は板ばね、 ７は可動ステージ、 ７−１は可動ステージ基板、 １１はコイル、 １２はヨーク、 １３は永久磁石、 ＦとＦ”は外部駆動力である。

不イト明の４ピｒ！■ 第１図 年ｉｙ月っ１実方舎９４ ｍ２　　図 １１Ｇ３　　図 第　４　図 ７７〜１町勤ステ一Σ１Ｊ反 第　６　図 ＠　７　図 第　８　図 ｆｓＳ　閃 第　１０図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ばね（３）により支持され、微小な範囲の直交２
   方向に移動可能な可動ステージ（７）において、上記可
   動ステージ（７）の基板（７−１）を上記可動２方向に
   拡がる平板で構成し、さらに 該可動ステージの質量の中心Ｇと、上記ばね（３）によ
   る反力の中心Ｓとの位置を略一致させ、さらに、 該可動ステージの位置を変位させるために外部から該可
   動ステージに印加する２方向の駆動力Ｆ、Ｆ’の印加位
   置をそれぞれを上記質量と反力の中心位置に略一致させ
   て成ることを特徴とする２次元微小可動ステージ。
2. （２）上記可動ステージ基板（７−１）に電磁コイル（
   １１）を設けて成ることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の２次元微小可動ステージ。
3. （３）上記可動ステージ基板（７−１）を永久磁石材料
   にて構成することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の２次元微小可動ステージ。
4. （４）上記外部駆動力Ｆ、Ｆ’の少なくとも１つの駆動
   力の発生源を分割して設けることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の２次元微小可動ステージ。