DE3418409C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Trägervorrichtung für ein optisches System gemäß dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1.

Bei einem optischen Aufzeichnungs- und Reproduktionsgerät oder ähnlichem ist es üblich, dessen Teleskopobjektiv mit hoher Geschwindigkeit in Richtung der optischen Achse oder in einer zu dieser senkrechten Richtung zu bewegen, um da­ durch die automatische Scharfeinstellung zur Bildung eines Lichtpunktes auf einem Aufzeichnungsmedium oder eine Nach­ führungssteuerung, bei der der Lichtpunkt entlang der Auf­ zeichnungsbahn geführt wird, durchzuführen. Bei einer Bewe­ gung beispielsweise des Teleskopobjektivs mit einer hohen Geschwindigkeit tritt jedoch das Problem auf, daß die opti­ sche Achse des Teleskopobjektivs versucht, sich zu neigen. Zur Beseitigung dieses Problems wurde eine Trägervorrich­ tung für ein optisches System vorgeschlagen, bei dem die Neigung beispielsweise des Teleskopobjektivs durch die Ver­ wendung einer Blattfeder verringert ist.

Eine derartige Trägervorrichtung für ein optisches System, wie sie in der DE 33 44 262 A1 gezeigt ist und von der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ausgegangen wird, dient zur bewegbaren Lagerung des optischen Systems in zu seiner optischen Achse parallelen und normalen Richtungen und be­ steht aus Blattfedern, mittels derer das optische System an einem Hauptgehäuse in mehreren Richtungen bewegbar gelagert ist. Aufgrund der zueinander nicht parallelen Anordnung der beiden Blattfedern eines der beiden Blattfederpaare entste­ hen bei einer Bewegung des optischen Systems in der ent­ sprechenden Richtung Resonanzerscheinungen.

Bei einer Feinjustierung des optischen Systems können sich daher erhebliche Schwierigkeiten ergeben, da es möglich ist, daß bei den zur Feinjustierung erforderlichen, durch entsprechende Steuervorgänge ausgelösten kleinen Bewegungen des optischen Systems die an den oben genannten Blattfedern auftretenden Resonanzerscheinungen eine Frequenz aufweisen, die etwa im Bereich der Antriebsfrequenz des optischen Sy­ stems liegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsge­ mäße Trägervorrichtung für ein optisches System derart wei­ terzubilden, daß an den Blattfedern keine Resonanzerschei­ nungen auftreten bzw. daß die Resonanzerscheinungen nur in einem vernachlässigbar geringem Ausmaß entstehen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße laminare Aufbau zumindest von Teilen der Blattfedern erlaubt einen teilweisen Ausgleich der in den Blattfedern bei deren Auslenkung gespeicherten Energie durch eine Gleitbewegung, bei der die einzelnen Schichten der Blattfedern zueinander versetzt werden. Die zur Entste­ hung von Resonanzerscheinungen verfügbare Energie ist somit erheblich reduziert und eine Feinjustierung des optischen Systems ist wesentlich einfacher durchzuführen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Trägervorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand schematischer Zeichnungen ausführlich erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungs­ gemäßen Trägervorrichtung für ein optisches Sy­ stem,

Fig. 2A und 2B Draufsichten auf die Trägervorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3A und 3B Schnittdarstellungen der Trägervorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Antriebsein­ richtung für die Trägervorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 5 eine Teil-Schnittansicht einer Ausführungsform eines Werkstoffaufbaus der Blattfeder, die bei der erfindungsgemäßen Trägervorrichtung verwen­ det wird, und

Fig. 6 einen Querschnitt zur Erläuterung der Wirkung des Blattfederaufbaus gemäß Fig. 5.

Eine Trägervorrichtung 21 für ein optisches System ist aus einem Paar von ersten Blattfedern 22 a, 22 b, einem Paar von zweiten Blattfedern 23 a, 23 b und einer zwischenliegenden Tragplatte 24 aufgebaut. Die ersten Blattfedern 22 a, 22 b, die zweiten Blattfedern 23 a, 2 3 b und die zwischenliegende Tragplatte 24 sind einstückig aus einem einzigen Blech aus federndem Werkstoff geformt. Ferner hat jede der ersten Blattfedern 22 a, 22 b und der zweiten Blattfedern 23 a, 23 b eine rechtwinkeli­ ge Öffnung bzw. Ausschnitt, die bzw. der jedoch nicht die beiden Endbereiche er­ faßt, um die Biegsamkeit zu erhöhen und eine Beweglich­ keit selbst mit schwacher Kraft zu ermöglichen. Die ersten Blattfedern 22 a, 22 b sind nichtparallel zueinan­ der, jedoch parallel zur optischen Achse 25. Ein Ende jeder der Blattfedern ist an einem Hauptgehäuse 26 befe­ stigt und ihre anderen Enden gehen stetig bzw. zusammenhängend in beide Seiten der zwischenliegenden Tragplatte 24 über. Die zweiten Blattfedern 23 a, 23 b sind zueinander parallel und senkrecht zur optischen Achse 25. Jeweils ein Ende der zweiten Blattfedern 23 a, 23 b ist mit einem Teleskopobjektiv 27 verbunden, während ihr anderes Ende stetig in die obere bzw. untere Seite der zwischenliegenden Tragplatte 24 übergeht.

Von oben, d. h. in Richtung der optischen Achse 25 gesehen, bildet die Trägervorrichtung 21 für das optische System aus den ersten Blattfedern 22 a, 22 b, der zwischenliegenden Trag­ platte 24 und dem Hauptgehäuse 26 ein symmetrisches Tra­ pezoid, wie Fig. 2A zeigt, wobei das Teleskopobjektiv 27 in der Mitte angeordnet ist. Falls sich das Teleskop­ objektiv 27 senkrecht zur optischen Achse 25 (beispiels­ weise nach rechts in Fig. 2B) bewegt, bewegen sich die zweiten Blattfedern 23 a, 23 b mit der Bewegung des Tele­ skopobjektivs 27 drehend im Gegenuhrzeigersinn, und gleichzeitig mit der Gegenuhrzeigersinndrehung verschiebt sich die zwischenliegende Tragplatte 24 nach rechts. Darüber hinaus unterliegen die ersten Blattfedern 22 a, 22 b einer Verzerrung bzw. Verformung zu einer S-Form. Dabei dreht sich das Teleskopobjektiv 27 etwas im Gegenuhrzeigersinn, was jedoch weder optische Nachteile hervorruft noch eine Neigung der optischen Achse 25 des Teleskopobjektivs 27 verursacht. Im Querschnitt gesehen sind das Tele­ skopobjektiv 27 und die zwischenliegende Platte 24 der Trägervorrichtung 21 zueinander parallel und die zweiten Blattfedern 23 a, 23 b sind ebenfalls zueinander parallel, wie Fig. 3A zeigt, wobei die ersten Blattfedern 22 a, 22 b nicht dargestellt sind. Diese Bauteile formen somit ein Recht­ eck. Wenn sich das Teleskopobjektiv 27 in Richtung der optischen Achse 25, d. h. nach unten bewegt und einen Zustand erreicht, wie in Fig. 3B dargestellt ist, unter­ liegen die zweiten Blattfedern 23 a, 23 b einer Verzerrung jeweils gleicher Form, denn die zwischenliegende Trag­ platte 24 und das Teleskopobjektiv 27 sind zueinander parallel gehalten, und die optische Achse 25 des Te­ leskopobjektivs 27 wird nicht geneigt. Wenn sich dieses in den Richtungen nach oben und nach unten bewegt, bewe­ gen sich sowohl die Tragplatte 24 und die ersten Blatt­ federn 22 a, 22 b nicht, so daß die Masse des sich bewegen­ den Teils klein ist.

Wie aus dem Obigen ersichtlich ist, sind die Bewegungs­ beträge der ersten Blattfedern 22 a, 22 b, der zweiten Blattfedern 23 a, 23 b und der Tragplatte 24 kleiner als der Bewegungsbetrag des Teleskopobjektivs 27. Wenn die scheinbare Masse des bewegli­ chen Abschnitts durch ein Produkt aus der Masse und dem Bewegungsbetrag bestimmt ist, wird die scheinbare Masse des bewegten Abschnitts aufgrund der Tatsache, daß das Bewegungsmaß dieser Abschnitte mit Ausnahme des Teleskopobjektivs 27 klein ist, gering. Wenn sich ferner das Teleskopobjektiv 27 in der zur optischen Achse 25 senkrechten Richtung (siehe Fig. 2B) bewegt, rückt die Tragplatte 24 etwas näher an das Hauptgehäuse 26, und ein Abstand ℓ₁ wird kleiner. Da gleichzeitig die zweiten Blattfedern 23 a, 23 b eine schräge Lage einnehmen und ein Abstand ℓ₂ etwas kürzer wird, ändert sich ein Abstand ℓ₃ zwischen dem Teleskop­ objektiv 27 und dem Hauptgehäuse 26 kaum; dies ist ein Vorteil dieser Konstruktion.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 bis 3B ist keine Einrichtung für den Antrieb des Teleskopobjektivs 27 dargestellt. Eine solche Antriebseinrichtung kann eine Kombination aus einer Spule und einem Magneten sein, wie sie gewöhnlich verwendet wird. Ein Beispiel für eine solche Antriebseinrichtung ist in Fig. 4 dargestellt, wobei Permanentmagneten 28 und Magnetelemente 29 aus Gründen der Klarheit getrennt von einer hohlen Wicklung 30 dargestellt sind. Für den Betrieb ist jedoch das in der Mitte liegende Magnetelement 29 (entlang der durch Pfeil angezeigten Richtung in Fig. 4) in die hohle Wicklung 30 eingesetzt und die beidseitigen Magnetelemente 29 sind außerhalb der Wicklung 30 an deren gegen­ überliegenden Seiten angeordnet.

Aufgrund des elektrischen Stroms durch die Wicklung 30 erfährt das Teleskopobjektiv 27 eine Kraft senkrecht zur optischen Achse 25 und wird beispielsweise bewegt, wie in Fig. 2B dargestellt ist. Um das Teleskopobjektiv 27 in Richtung der optischen Achse 25 zu bewegen, kann eine weitere Antriebseinrichtung so vorgesehen sein, daß sie bezüglich der in Fig. 4 dargestellten Stellung einen rechten Winkel bildet.

Im allgemeinen unterliegt eine Trägervorrichtung für ein optisches System, die Blattfedern usw. verwendet, dem Problem, daß durch die Bewegung der Vorrichtung zu­ sammen mit der Bewegung des Teleskopobjektivs usw. Resonanzen auftreten.

Während eine Servosteuerung mit hoher Leistung (mit einer hohen Servoverstärkung) zur Ausführung der automatischen Schärfeeinstellung und Nachführungssteuerung erforder­ lich ist, werden die Steuerungsabläufer, wenn die das optische System tragende Trägervorrichtung starke Reso­ nanz mit sich bringt, in der Nähe der Resonanzfrequenz unstabil, und gleichzeitig wird die Phase gedreht, was es schwierig macht, die Servosteuerung anzuwenden. Falls jedoch ein Dämpfer zur Verringerung der Resonanz auf das geringstmögliche Ausmaß vorgesehen ist, wird nicht nur die Konstruktion der Trägervorrichtung kompliziert und teuer, sondern auch die Masse der beweglichen Teile steigt an, wodurch der Antrieb der Vorrichtung mit hoher Geschwindigkeit erschwert wird. Bisher wurde im allgemei­ nen Gummi als Dämpfungswerkstoff verwendet. Gummi neigt jedoch nicht nur leicht dazu, seine Eigenschaften zu ändern, sondern bringt auch Verschlechterung im Laufe der Zeit mit sich. Deshalb hat beim Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 bis 3B das Blattfederelement einen Aufbau, wie in Fig. 5 dargestellt ist, wodurch die erwähnten Probleme leicht gelöst sind und die Resonanz ohne die Verwendung eines Dämpfers so gering als möglich gehalten werden kann. Gemäß Fig. 5 besteht ein Blattfederelement 31 aus Blattfeder-Werkstoffschichten 32 a, 32 b und einer Klebstoffschicht 33, die zwischen den dünnen Blatt­ federwerkstoffschichten 32 a, 32 b eingebracht ist. Für die Blattfeder-Werkstoffschichten 32 a, 32 b können verschiedene Materialien, wie z. B. dünne Metallplatten aus Phosphorbronze, rostfreiem Stahl, Eisen, Stahl, Nickelsilber oder Titanium, hochpolymere Werkstoffe, wie z. B. Polyethylenterephthalat, Polyamidharz oder Polyimidharz, die auch durch Glasfasern, Kohlefasern usw. verstärkt sein können, sowie verschiedene andere Materialien verwendet werden. Diese Materialien haben die Eigenschaften, daß sie relativ elastisch für die Biegung, jedoch zäh bzw. widerstandsfähig in Druck- und Zugrichtung sowie Scherrichtung sind. Die Dicke der dünnen Blattfeder-Werkstoffschichten 32 a, 32 b liegt vorzugsweise im Bereich von 0,03 mm bis 0,1 mm bei metallischem Werkstoff und bei 0,1 mm bis 0,3 mm bei hochpolymerem Werkstoff. Der optimale Wert hängt jedoch von der Masse des optischen Systems (des Teleskopobjektivs, des optischen Kopfes), das getragen werden soll, von der Größe der Antriebswicklung, der Stärke des Magneten usw. ab. Während jede der dünnen Blattfeder-Werkstoffschichten 32 a, 32 b aus verschiedenen Werkstoffen gefertigt sein kann und verschiedene Dicken haben kann, wird die maximale Wirkung bei gleichem Werkstoff und gleicher Dicke für beide erhalten.

Als Klebstoffschicht 33 können Acryl-Klebstoffe, Acryl-Emulsionsklebstoffe, Chloropren-Gummi-Klebstoffe, Urethan- Klebstoffe, NBR-Klebstoffe usw. verwendet werden. Neben diesen Klebstoffen können Klebstoffsubstanzen wie synthetischer Gummikleb­ stoff, regenerierter Gummiklebstoff, Naturgummiklebstoff usw. verwendet werden. Selbst heißschmelzende Klebstoffe usw. können verwendet werden, vorausgesetzt, daß sie bei normaler Temperatur eine Viskoelastizität aufweisen. Die geeignete Dicke der Klebstoffschicht 33 liegt im allgemeinen im Bereich von 0,01 mm bis 0,1 mm.

Bei der Herstellung des Blattfederelements 31 wird der mit einem Lösungsmittel gelöste Klebstoff auf eine Fläche einer dünnen Blattfeder-Werkstoffschicht 32 a aufgebracht, und nach der Verdampfung des Lösungsmittels wird die andere dünne Blattfeder-Werkstoffschicht 32 b damit verklebt. Der so gebildete Aufbau aus den dünnen Blattfeder- Werkstoffschichten 32 a, 32 b wird dann gepreßt, geätzt oder anderer Bearbeitung unterworfen, um ihn in das Blattfederelement 31 gewünschter Form zu überführen. Wenn die so hergestellte Blattfeder in beliebiger Richtung gekrümmt wird, tritt in der Klebstoffschicht 33 ein Gleiten auf. Da diese Klebstoffschicht 33 jedoch viskos ist, bringt sie eine starke Dämpfungswirkung mit sich, durch die die in den dünnen Blattfeder-Werkstoffschichten 32 a, 32 b stattfindende Resonanz auf ein minimal mögliches Ausmaß unterdrückt wird. Wenn die Klebstoffschicht 33 übermäßig dick ist, wird eine Bearbeitung wie Pressen, Ätzen usw. schwierig. Ist andererseits die Klebstoffschicht 33 übermäßig dünn, kann kein zufriedenstellender Dämpfungseffekt erreicht werden. Fig. 5 zeigt das Blattfederelement 31 mit einem Paar von dünnen Blattfeder-Werkstoffschichten 32 a, 32 b und der dazwischen angeordneten Klebstoffschicht 33. Die dünnen Blattfeder-Werkstoffschichten sind jedoch nicht auf die paarweise Anordnung beschränkt, sondern es kann ein drei- oder mehrschichtiger Aufbau ausgeführt werden. Wenn jedoch die Anzahl der Blattfeder-Werkstoffschichten zunimmt, wird die Federkonstante hoch. Deshalb sollten vorzugsweise nicht zu viele Blattfeder- Werkstoffschichten geschichtet werden.

Ein weiterer Effekt, der von einem solchen Blattfederelement 31 auftritt, wird nachstehend anhand Fig. 6 erklärt, wobei das Blattfederelement 31 beispielsweise als die zweiten Blattfedern 23 a, 23 b der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 3B verwendet wird. Da es relativ schwierig ist, die dünnen Blattfeder-Werkstoffschichten 32 a und 32 b zu dehnen und zusammenzudrücken, wenn sie gemäß Fig. 6 nach unten gekrümmt sind, wird die Blattfeder-Werkstoffschicht 32 a auf der oberen Seite der Schichtung in Richtung des Pfeils a gezogen, während die untere Blattfeder-Werkstoffschicht 32 b in Richtung des Pfeils b gezogen wird, wobei die zweiten Blattfedern 23 a, 23 b eher eine S-Form als eine in eine Richtung (die Richtung der optischen Achse) konvexe oder konkave Form annehmen. In Anbetracht dessen wirkt, wenn das Teleskopobjektiv 27 durch das zweite Blattfederpaar 23 a, 23 b getragen wird, eine Kraft in die Richtung, die die Neigung des Teleskopobjektivs 27 auf ein Ausmaß reduziert, das kleiner als bei der Verwendung einer einfachen Blattfeder ist, wodurch die Neigung der optischen Achse 25 des Teleskopobjektivs 27 klein gehalten werden kann. Bei der erläuterten Trägervorrichtung läßt sich die besondere Wirkung erhalten, daß die optische Achse des optischen Systems nicht geneigt wird.

Die Trägervorrichtung ist nicht nur anwendbar zur Lagerung allein des Teleskopobjektivs, sondern auch zur Lagerung des optischen Systems als Ganzes, wobei der Fotodetektor und andere Elemente integral zusammengebaut sind. Ferner ist das verwendete Blattfederelement nicht auf den in Fig. 5 dargestellten Aufbau beschränkt. Ferner kann anstelle des in den Fig. 1 bis 3B beschriebenen einstückigen Aufbaus der ersten Blattfedern 22 a, 22 b, der zweiten Blattfedern 23 a, 23 b und der zwischenliegenden Tragplatte 24 eine getrennte und individuelle Fertigung der einzelnen Teile erfolgen, die dann miteinander verbunden werden. Ferner muß die zwischenliegende Tragplatte 24 nicht aus Federwerkstoff gefertigt sein und auch nicht die Form einer Platte haben. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das optische System zweidimensional beweglich getragen, es ist jedoch auch möglich, daß der als Hauptgehäuse be­ zeichnete Abschnitt durch eine Blattfeder oder dergleichen beweglich getragen wird, so daß dreidimensionale Bewegun­ gen des optischen Systems möglich sind.

Claims (5)

1. Trägervorrichtung für ein optisches System zu dessen in zu seiner optischen Achse parallelen und normalen Rich­ tungen bewegbaren Lagerung, mit zwei ersten Blattfedern, die parallel zur optischen Achse, aber nicht parallel zueinander angeordnet sind, und zwei zweiten Blattfedern, die senkrecht zur optischen Achse und parallel zueinander angeordnet sind, wobei die einen Enden der ersten und zweiten Blattfedern miteinander verbunden und die anderen Enden der ersten Blattfedern an einem Hauptgehäuse sowie die anderen Enden der zweiten Blattfedern am optischen System befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedern (22 a, 22 b, 23 a, 23 b) zumindest teilweise aus dünnen Blattfederwerkstoff­ schichten (32 a, 32 b) und einer zwischen den dünnen Blatt­ federwerkstoffschichten (32 a, 32 b) angeordneten Klebstoff­ schicht (33) ausgebildet sind.

2. Trägervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet. daß jede Blattfeder (22 a, 22 b, 23 a, 23 b) in einem ihre Enden nicht umfassenden Bereich einen Ausschnitt auf­ weist.

3. Trägervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Blattfederwerkstoffschicht (32 a, 32 b) aus einem metallischen Werkstoff hergestellt und zwischen 0,03 mm und 0,1 mm dick ist.

4. Trägervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Blattfederwerkstoffschicht (32 a, 32 b) aus einem hochpolymeren Werkstoff hergestellt und zwischen 0,1 mm und 0,3 mm dick ist.

5. Trägervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebstoffschicht (33) zwischen 0,01 mm und 0,1 mm dick ist.