Устройство двухкоординатного перемещения объектива аппарата воспроизведения оптической записи

 

Использование: приборостроение. Сущность изобретения: объектив в корпусе прикреплен к концам четырех параллельных друг другу упругих стержней, другими концами прикрепленных к магнитопроводящему основанию. К стержням прикреплены четыре попарно одинаковые пластины, причем одна пара - вертикально, а другая - к двум другим парам стержней горизонтально, образуя параллелограммные механизмы. Расстояния от основания и корпуса до пластин и между пластинами равны. К корпусу объектива прикреплены по крайней мере три приводные катушки, причем ось симметрии первой катушки совпадает с оптической осью объектива, а оси симметрии остальных катушек, попарно параллельных друг другу, перпендикулярны оси симметрии первой катушки. Приводные катушки находятся в поле постоянных магнитов, установленных на основании параллельно друг другу одноименными полюсами навстречу. 4 ил.

Изобретение относится к накопителям информации, а именно к устройствам для воспроизведения оптической записи с дискового носителя.

Известно устройство перемещения объектива относительно дискового носителя оптической записи, обеспечивающее независимое перемещение объектива по двум координатам: радиальное поворотом объектива относительно оси; перемещение в направлении фокусирования скольжением объектива по этой оси. Перемещение осуществляется посредством силы, действующей со стороны магнитного поля на проводник с током, создаваемой магнитами и приводными катушками [1] Недостатком устройства является низкая виброустойчивость к внешним воздействиям за счет присутствия необходимого зазора "ось-втулка" конструкции объектива. Особенно велики вибрации при негоризонтальной эксплуатации устройства в переносных аппаратах. Для обеспечения качества воспроизведения оптической записи требуются дополнительные меры снижения вибраций.

Известно устройство перемещения объектива на упругих направляющих, обеспечивающее также независимое перемещение объектива по двум координатам: во взаимно перпендикулярных направлениях. Для каждой координаты движения объектива имеются свои направляющие (пластины, упругие шарниры и т.п.), соединенные последовательно через промежуточный элемент. Для перемещения также используются магниты и приводные катушки [2] Недостатком указанного устройства является наличие третьей паразитной степени свободы, выражающейся в крутильных колебаниях объектива вокруг оси, проходящей через ось симметрии подвижной части устройства, особенно сильных при эксплуатации устройства в негоризонтальном положении. Крутильные колебания приводят к ухудшению качества или срыву воспроизведения оптической записи. К таким устройствам предъявляются высокие требования, касающиеся точности изготовления, а также ограничиваются условия их эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство двухкоординатного перемещения объектива аппарата воспроизведения оптической записи [3] Устройство содержит основание, корпус (держатель) объектива, упругие стержни, приводные катушки и два постоянных магнита. Один конец каждого из упругих стержней прикреплен к основанию, а к другому (свободному) концу прикреплен корпус объектива. Упругие стержни закреплены параллельно друг другу. Приводные катушки прикреплены к корпусу объектива и находятся в полях соответствующих постоянных магнитов, закрепленных на основании. Корпус с объективом и приводные катушки являются подвижной частью устройства. Устройство содержит пять приводных катушек: одна для перемещения подвижной части устройства в направлении фокусирования объектива, четыре других в перпендикулярном ему радиальном направлении (направлении радиуса дискового носителя оптической записи). Устройство содержит по меньшей мере четыре упругих стержня. Упругие стержни металлические, выполнены из высокопрочного провода и покрыты упруговязким материалом. При протекании тока по приводным катушкам упругие стержни изгибаются и подвижная часть устройства, включающая объектив, перемещается. Таким образом осуществляется зависимое перемещение объектива по двум координатам.

Недостатком указанного устройства является наличие третьей паразитной степени свободы объектива. Наряду с зависимым перемещением в радиальном направлении (ось ОХ) и направлении фокусирования (ось ОZ) устройство обеспечивает крутильные колебания объектива вокруг оси ОY, т.е. колебания оптической оси объектива относительно носителя оптической записи. Крутильные колебания объектива вокруг оси ОY могут возникнуть по следующим причинам: при воздействии силы F_x (F_z) в случае несовпадения центра тяжести объектива с центром тяжести подвижной части устройства; в этом случае возникает крутящий момент силы Т_оу=F_x˙ ΔZ (T_oy=F_z˙ ΔX), где ΔХ, ΔZ расстояние между центром тяжести подвижной части устройства и центром тяжести объектива по осям ОХ и ОZz cоответственно; при неодинаковой жесткости упругих стержней устройства; при неодинаковой длине упругих стержней устройства; при неодинаковой управляющей силе приводных катушек, обеспечивающих перемещение объектива в радиальном направлении.

При работе такого устройства можно получить непредсказуемый результат сложения указанных причин, приводящих к развороту объектива, при котором недопустимо искажается геометрия информации (луча), передаваемой этим объективом, или к резонансу крутильных колебаний объектива. В первом случае имеет место снижение качества воспроизведения оптической записи, а во втором срыв воспроизведения оптической записи. Отчасти крутильные колебания в прототипе уменьшаются при покрытии упругих стержней упруговязким материалом. Однако эта мера не позволяет полностью устранить и даже значительно уменьшить крутильные колебания объектива и тем самым обеспечить высокое качество и надежность воспроизведения оптической записи. К такому устройству перемещения объектива предъявляются жесткие требования касающиеся параметров упругих стержней, качества сборки устройства и условий эксплуатации аппаратов.

Создание устройства двухкоординатного перемещения объектива, позволяющего обеспечить высокое качество воспроизведения оптической записи и исключить возможность срыва воспроизведения оптической записи является важной задачей. Особенно остро эта проблема стоит перед создателями переносных аппаратов. Известные в настоящее время конструктивные и технологические решения эту задачу решить не могут, так как не устраняют в достаточной степени крутильные колебания устройства перемещения объектива. С другой стороны, создание нового технического решения, снижающего крутильные колебания объектива, позволило бы снизить высокие технологические требования к устройству воспроизведения оптической записи.

Технический результат изобретения уменьшение крутильных колебаний.

Это достигается тем, что в устройство, содержащее магнитопроводящее основание, четыре расположенных параллельно друг другу упругих стержня, каждый из которых прикреплен одним концом к основанию, а другим к корпусу объектива, и устройство привода, включающее два закрепленных на основании плоских магнита, ориентированных параллельно друг другу одноименными полюсами навстречу, и по крайней мере три приводные катушки, закрепленные на корпусе объектива навстречу магнитам так, что ось симметрии первой катушки совпадает с оптической осью объектива, а оси симметрии других катушек, одинаковых и установленных попарно параллельно друг другу, перпендикулярны ей, дополнительно введены четыре попарно одинаковые пластины, каждая из которых прикреплена к двум стержням, причем одна пара пластин прикреплена к двум парам стержней вертикально, а другая к двум другим парам стержней горизонтально, а расстояние от основания и корпуса объектива до пластин и расстояние между парами пластин равны.

На фиг.1 показано предлагаемое устройство; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг. 3 положение пластин при перемещении объектива; на фиг.4 кинематическая схема устройства.

Устройство (фиг. 1) содержит магнитопроводящее основание 1 с установленными на нем двумя плоскими магнитами 2, электроизоляционную пластину 3, прикрепленную к основанию 1 через прокладку 4 винтом 5, четыре упругих стержня 6, четыре попарно одинаковые пластины 7, 8, корпус 9, в котором закреплен объектив 10, три приводные катушки 11, 12 с намотанным на них проводом, закрепленные на корпусе 9. Каждый из упругих стержней 6 одним концом закреплен на электроизоляционной пластине 3, а другим прикреплен к корпусу 9. Каждая из четырех пластин 7, 8 прикреплена к двум упругим стержням 6 симметрично. Пара пластин 7 (фиг.3) прикреплена к двум парам упругих стержней 6 горизонтально на расстоянии а от электроизоляционной пластины 3, а пара пластин 8 к двум другим парам стержней 6 вертикально на расстоянии а от первой пары пластин 7 и от корпуса 9. Пластины 7, закрепленные на упругих стержнях 6 горизонтально, образуют параллелограммный механизм перемещения объектива 10 в корпусе 9 в направлении фокуса объектива 10 направлении фокусирования, а пластины 8, закрепленные вертикально, образуют параллелограммный механизм перемещения в направлении, перпендикулярном направлению фокусирования. Пластины 7, 8 могут быть закреплены на упругих стержнях 6 и в обратной последовательности: пластины 7 вертикально, пластины 8 горизонтально. При этом крутильные колебания будут также уменьшены, однако устройство увеличится в габаритах. Величина а участков упругих стержней 6, не занятых пластинами 7, 8, определяется требованиями чувствительности устройства. Магниты 2 (фиг.1) закреплены на основании 1 параллельно друг другу одноименными полюсами навстречу. Катушки 11, 12 закреплены на корпусе 9 так, что их оси симметрии лежат в плоскости симметрии постоянных магнитов 2. Ось симметрии катушки 11 совпадает с оптической осью объектива 10, а ось двух других одинаковых катушек 12 перпендикулярна оси симметрии объектива 10. Катушка 11 обеспечивает перемещение корпуса 9 в направлении фокуса объектива 10, а катушки 12 в перпендикулярном ему радиальном направлении (направления радиуса дискового носителя оптической записи).

Устройство работает следующим образом.

В соответствии с требуемой величиной фокусировки и радиального положения объектива, а также требуемым направлением его перемещения сигналом с аппарата воспроизведения оптической записи задаются соответствующая величина электрического тока на приводные катушки 11, 12 и направление его протекания по намотанному на катушки проводу. При протекании электрического тока по приводной катушке 11, находящейся в поле постоянных магнитов 2, возникает управляющая сила, которая перемещает катушку 11, а также корпус 9 с объективом 10 и приводными катушками 12 (подвижная часть устройства) в направлении фокусирования объектива 10 вверх или вниз в зависимости от направления электрического тока в катушке 11. При протекании тока по приводным катушкам 12 возникающая в поле постоянных магнитов 2 управляющая сила перемещает катушки 12 вместе с корпусом 9, объективом 10 и катушкой 11 в радиальном направлении, перпендикулярном направлению фокусирования вправо или влево в зависимости от направления тока в катушках 12. При этом наличие образованных пластинами 7, 8 и упругими стержнями 6 параллелограммных механизмов обеспечивает перемещение подвижной части устройства при воздействии управляющей силы на катушку 11 только в направлении фокусирования, а при воздействии управляющей силы на катушки 12 только в радиальном направлении. При работе параллелограммного механизма участки упругих стержней а, свободные от пластин 7, 8, работают как упругие шарниры. По сравнению с прототипом в предложенном устройстве за счет повышения жесткости происходит резкое уменьшение крутильных колебаний.

Этот вывод можно продемонстрировать расчетом относительного угла закручивания элемента конструкции прототипа Θ_п и изобретения Θ_и. Рассмотрим случай несовпадения центра тяжести объектива О₁ (фиг.4) с центром тяжести подвижной части устройства О по координатам ОХ и ОZ на величины соответственно ΔХ и ΔZ. При этом на подвижную часть устройства действуют силы F_x и F_z, создающие крутящие моменты сил T_oy=F_x ˙ΔZ, T_oy=F_z ˙ΔX, приводящие к колебанию подвижной части устройства, включающей объектив 10. Угол закручивания подвижной части устройства в прототипе равен Θ_п= где Т_п крутящий момент сил в устройстве-прототипе; σ_ст модуль упругости при сдвиге стержней 6;
I_p.ст полярный момент инерции упругих стержней 6.

Для изобретения
Θ_и= где Т_и крутящий момент сил в устройстве по изобретению;
I_p.пл полярный момент инерции пластин 7, 8;
σ_пл модуль упругости при сдвиге пластин 7, 8.

Для жестких пластин, не предназначенных для упругого изгиба,
I_p.пл >> I_p.ст
При равенстве Т_п= Т_и имеем Θ_п>> Θ_и. Угол закручивания подвижной части устройства по изобретению во много раз меньше, чем в аналоге при одинаковых крутящих моментах.

Таким образом, изобретение по сравнению с прототипом позволяет значительно уменьшить крутильные колебания объектива. Оснащение аппаратов воспроизведения оптической записи такими устройствами позволяет повысить качество и надежность воспроизведения, в том числе и в переносных аппаратах, и, кроме того, при необходимости, диктуемой условиями производства, снизить требования к параметрам и точности изготовления устройства перемещения объектива.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДВУХКООРДИНАТНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОБЪЕКТИВА АППАРАТА ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ ЗАПИСИ, содержащее магнитопроводящее основание, четыре расположенных параллельно друг другу упругих стержня, каждый из которых прикреплен одним концом к основанию, а другим - к корпусу объектива, и устройство привода, включающее два закрепленных на основании плоских магнита, ориентированных параллельно друг другу одноименными полюсами навстречу, и по крайней мере три приводные катушки, закрепленные на корпусе объектива так, что их оси симметрии лежат в плоскости симметрии постоянных магнитов, причем ось симметрии первой катушки совпадает с оптической осью объектива, а оси симметрии других катушек, попарно параллельных одна другой, перпендикулярны к ней, отличающееся тем, что к стержням прикреплены четыре введенные попарно одинаковые пластины, причем пары пластин расположены взаимно перпендикулярно, пластины первой пары прикреплены соответственно к первому и второму, третьему и четвертому стержням, а пластины второй пары - к второму и третьему, первому и четвертому стержням так, что расстояния от основания до первой пары пластин, от корпуса объектива до второй пары пластин и между парами пластин равны.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4