DE68921087T2

DE68921087T2 - Gerät zur Aufnahme auf eine und Wiedergabe von einer optischen Scheibe.

Info

Publication number: DE68921087T2
Application number: DE68921087T
Authority: DE
Inventors: Kenjiro C O Denshinshohin Kime; Hajime C O Ohyokiki K Nakajima; Keiji Denshinshohin K Nakamura; Isao C O Ohyokiki Ken Watanabe
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-04-06
Filing date: 1989-04-03
Publication date: 1995-10-05
Anticipated expiration: 2009-04-04
Also published as: DE68921087D1; DE68926717D1; EP0336687A2; DE68926717T2; EP0555943A2; EP0336687A3; EP0336687B1; EP0555943B1; EP0555943A3; US5247493A; DE68921087T4

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft aufzeichnende und wiedergebende Bildplattenvorrichtungen und speziell magneto-optische Plattenvorrichtungen, die als Aufzeichnungsmedium ein Magnetmaterial verwenden.
Die Bildplatten-Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtungen der oben genannten Art führen eine Aufzeichnung auf der Platte wie folgt durch: Der Aufzeichnungspunkt auf der Platte wird durch einen Lichtstrahl (Laserstrahl) erwärmt, um seine Temperatur zu erhöhen; außerdem wird ein veränderliches äußeres Magnetfeld, und zwar das Vormagnetisierungsfeld, von einem Magnetkopf erzeugt, um die Magnetisierungsrichtung des Magnetmaterials auf der Platte umzukehren. Andererseits wird während des Wiedergabevorgangs ein Lichtstrahl geringerer Energie auf die Aufzeichnungsfläche gerichtet, um die obige Magnetisierungsrichtung auf der Platte mittels eines magneto-optischen Effekts wie etwa des magnetischen Kerr- Effekts oder des Faradayschen Effekts auszulesen. Diese Art von Bildplattenvorrichtung findet zunehmend Anwendung als externe Speichervorrichtung von Computern, Tonträgerplatten usw.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel der Bildplatten-Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung der oben angegebenen Art. Eine Platte 1 wird von einem Plattenantriebsmotor 2 gedreht. Der von dem optischen Kopf 3 ausgehende Lichtstrahl 4 bildet einen konvergenten Lichtpunkt 5 auf der Oberfläche der Platte 4; der Durchmesser des Lichtpunkts 5 ist im allgemeinen ca. 1,0 bis 1,5 µm. Der optische Kopf 3 weist die folgenden Elemente auf: eine Lichtquelle zum Abgeben des Lichtstrahls; optische Elemente zum Leiten des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtstrahls auf die Oberfläche der Platte 1; optische Elemente zum Leiten des von der Plattenoberfläche reflektierten Lichts; ein Lichtfühlerelement (einen lichtempfindlichen Detektor), um das reflektierte Licht nach Empfang des reflektierten Lichts über die genannten optischen Elemente zum Leiten des reflektierten Lichts in ein elektrisches Signal umzuwandeln; und optische Sensoren zum Erfassen der Fokussier- und Spurfehler des Lichtpunkts 5 auf der Aufzeichnungsfläche der Platte 1. Das Objektiv des optischen Kopfs 3, das den Lichtpunkt 5 auf der Platte 1 bildet, wird in der Fokussierrichtung senkrecht zu der Aufzeichnungsfläche der Platte 1 und in der zu der Spur auf der Aufzeichnungsfläche senkrechten Richtung angetrieben, so daß die Fokussier- und die Spurfehler verringert werden. Der optische Kopf 3 ist an der Basis 6 gehaltert, die an dem Rahmen der Vorrichtung über die Lager 7a und 7b abgestützt ist, um in der Radialrichtung A angetrieben zu werden Ferner ist auf der Basis 6 ein Magnetkopf 8 angeordnet, um ein äußeres Magnetfeld von der Seite zu erzeugen, die der Seite gegenüberliegt, an der der optische Kopf 3 angeordnet ist. Das Aufzeichnen auf der Platte 1 erfolgt durch Modulation dieses äußeren Magnetfeldes, das von dem Magnetkopf 8 erzeugt wird.
Wie die Fig. 2(a) bis (c) im einzelnen zeigen, ändert sich die Distanz (mit H1 bis H3 bezeichnet) zwischen der Aufzeichnungsfläche der Platte 1 und dem Magnetkopf 8 mit dem Drehen der Platte 1. Die Stärke des von dem Magnetkopf 8 erzeugten Magnetfeldes ist im allgemeinen ca. 100 bis 500 Oe an der Aufzeichnungsfläche; wie Fig. 3 zeigt, nimmt die Magnetfeldstärke B an der Aufzeichnungsfläche der Platte 1 (auf der Ordinate aufgetragen) mit zunehmender Distanz H zwischen der Oberfläche der Platte 1 und dem Magnetkopf 8 (auf der Abszisse aufgetragen) ab. Die Distanz H zwischen der Aufzeichnungsfläche der Platte 1 und dem Magnetkopf 8 ändert sich mit der Drehung der Platte 1, beispielsweise aufgrund einer wellenförmigen Bewegung der Aufzeichnungsfläche der Platte 1.
Die vorstehende herkömmliche Bildplatten-Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung weist daher folgende Probleme auf. Erstens kann die Distanz H zwischen dem Magnetkopf 8 und der Aufzeichnungsfläche der Platte 1 nicht beliebig klein eingestellt werden, wenn eine Berührung zwischen dem Kopf 8 und der Platte 1 vermieden werden soll; daher wird der Wirkungsgrad des Magnetkopfs 8 bei der Erzeugung eines Magnetfelds an der Aufzeichnungsfläche der Platte 1 herabgesetzt. Zweitens resultiert die Änderung der Distanz H zwischen dem Kopf 8 und der Aufzeichnungsfläche der Platte 1 in einer Änderung der Aufzeichnungscharakteristiken. Wenn die obigen Probleme vermieden werden sollen, wird drittens von der Vorrichtung eine extrem hohe mechanische Präzision gefordert.
GB-A-2 083 677 zeigt eine magneto-optische Plattenvorrichtung, bei der Magnetkopfeinrichtungen mit einer Vorrichtung zum Einstellen der Position des Magnetkopfs vorgesehen sind. Es wurde allerdings gefunden, daß es vorteilhaft wäre, eine verbesserte Anordnung zum Beibehalten der Position des Magnetkopfs relativ zu einer Platte vorzusehen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Hauptaufgabe der Erfindung, eine Bildplatten-Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung anzugeben, bei der die Distanz zwischen dem Magnetkopf und der Platte auf einem gleichbleibenden Ziel- bzw. Sollwert gehalten wird.
Um die Distanz zwischen der Platte und einem Aufzeichnungs/Wiedergabekopf der Bildplattenvorrichtung beizubehalten, muß eine Betätigungseinheit verwendet werden. Es ist daher eine zusätzliche Aufgabe der Erfindung, eine bimorphe Betätigungseinheit anzugeben, die geeignet ist, um zur Steuerung der Distanz zwischen dem Kopf und der Platte einer Bildplatten-Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung verwendet zu werden.
Außerdem ist es wesentlich, die Distanz zwischen dem Kopf und der Platte zu detektieren, um sie richtig einstellen zu können. Es ist daher eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine optische Distanzdetektiereinrichtung anzugeben, die geeignet ist, um die Distanz zwischen dem Kopf und der Platte präzise zu messen.
Gemäß der Erfindung wird eine Bildplattenvorrichtung bereitgestellt, wie sie in Anspruch 1 oder Anspruch 11 angegeben ist. Bevorzugte Merkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 10 und 12 bis 20 aufgeführt.
Durch die Erfindung wird ferner eine bimorphe Betätigungseinheit gemäß Anspruch 9 bereitgestellt.
Die optische Distanzdetektiereinrichtung gemäß der Erfindung weist eine Lichtquelle wie etwa eine lichtemittierende Diode sowie einen ersten und einen zweiten optischen Detektor wie etwa Photodioden auf. Das von der Lichtquelle ausgehende Licht wird an einer Oberfläche eines Gegenstands reflektiert, um von den zwei optischen Detektoren empfangen zu werden, die Signale abgeben, die der auf sie auftreffenden Lichtmenge entsprechen. Die Lichtempfangsflächen der beiden optischen Detektoren sind komplanar und im wesentlichen senkrecht zu der optischen Achse der Lichtquelle; und die Lichtempfangsfläche des zweiten optischen Detektors ist von der optischen Achse der Lichtquelle weiter entfernt angeordnet als die Lichtempfangsfläche des ersten optischen Detektors. Die geometrischen Parameter der Lichtempfangsflächen der beiden optischen Detektoren sind auf solche Weise gewählt, daß in dem Meßbereich der Distanz die Ausgangsgröße des ersten abnimmt, während die gemessene Distanz größer wird, wohingegen die Ausgangsgröße des zweiten mit zunehmender gemessener Distanz größer wird. Somit hat das normalisierte differentielle Ausgangssignal der beiden optischen Detektoren, d. h. das Verhältnis der Differenz zwischen den Ausgangssignalen des ersten und des zweiten optischen Detektors zu der Summe daraus, im wesentlichen eine lineare Beziehung zu der gemessenen Distanz.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Lichtempfangsflächen der beiden optischen Detektoren konzentrisch um die optische Achse der Lichtquelle herum angeordnet. Es wird außerdem bevorzugt, daß die Lichtempfangsflächen der beiden optischen Detektoren vorwärts von der lichtaussendenden Fläche der Lichtquelle in Richtung der optischen Achse der Lichtquelle zu der reflektierenden Oberfläche des Gegenstands hin abgestuft sind, so daß die Trennung zwischen der lichtaussendenden Oberfläche der Lichtquelle und der Lichtempfangsfläche des ersten optischen Detektors in der zu der optischen Achse der Lichtquelle senkrechten Richtung beliebig klein gemacht werden kann.

KURZE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNGEN

Die neuen Merkmale, die als für die Erfindung charakteristisch angesehen werden, sind insbesondere in den beigefügten Ansprüchen aufgeführt. Die Erfindung selber ist jedoch sowohl hinsichtlich ihrer Organisation als auch ihres Betriebsverfahrens in Verbindung mit weiteren Zielen und Vorteilen am besten aus der genauen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlich; die Zeichnungen zeigen in:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer herkömmlichen Bildplatten-Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung;
Fig. 2 vergrößerte Ansichten eines Aufzeichnungsbereichs der Vorrichtung von Fig. 1 im Betrieb, und zwar in drei Zuständen, wobei die Distanz zu dem Magnetkopf klein ist (Fig. 2(a)), einen Mittelwert hat (Fig. 2(b)) und groß ist (Fig. 2(c));
Fig. 3 eine Beziehung zwischen der Distanz zwischen dem Magnetkopf und der Platte und der Magnetfeldstärke, die von dem Magnetkopf an dem Aufzeichnungspunkt der Platte erzeugt wird;
Fig. 4 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht, die aber eine Bildplattenvorrichtung der Erfindung mit einer bimorphen Betätigungseinheit für den Magnetkopf zeigt;
Fig. 5 eine Perspektivansicht der bimorphen Betätigungseinheit der Bildplattenvorrichtung von Fig. 4;
Fig. 6 eine vergrößerte schematische Schnittansicht eines Aufzeichnungsbereichs der Bildplatten- Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung von Fig. 4 im Betrieb;
Fig. 7 eine Perspektivansicht einer optischen Distanzdetektoranordnung einer Bildplattenvorrichtung der Erfindung;
Fig. 8 und 9 Seitenansichten eines optischen Distanzdetektors von Fig. 7 im Betrieb;
Fig. 10 eine Beziehung zwischen der Änderung der Magnetkopfdistanz und der Änderung der Stärke des Magnetfelds, das an dem Aufzeichnungspunkt erzeugt wird;
Fig. 11 eine der Fig. 9 ähnliche Ansicht, die aber eine andere Ausführungsform eines optischen Distanzdetektors einer Bildplatten-Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung der Erfindung zeigt;
Fig. 12 eine Seitenansiccht eines optischen Distanzdetektors von Fig. 11 im Betrieb;
Fig. 13 die Beziehungen zwischen der Lage der zwei Teile des Lichtempfangselements des optischen Distanzdetektors von Fig. 11 und der Intensität des darauf auftref fenden Lichts, in den beiden Fällen einer großen und einer kleinen gemessenen Distanz;
Fig. 14 die Beziehung zwischen der gemessenen Distanz und dem differenziellen Ausgangssignal der beiden Teile des Lichtempfangselements des optischen Distanzdetektors von Fig. 11;
Fig. 15 einen Axialschnitt eines typischen optischen Distanzdetektors;
Fig. 16 die Beziehung zwischen der gemessenen Distanz und der Stärke des Lichts, das auf den Photoempfänger des optischen Distanzdetektors von Fig. 15 auftrifft;
Fig. 17 eine Grundgeometrie der lichtemittierenden Diode und der Photoempfänger eines optischen Distanzdetektors, der zur Verwendung bei einer Ausführungsform der Erfindung geeignet ist;
Fig. 18 die Beziehungen zwischen der Lage der Photoempfänger von Fig. 17 und der Intensität des darauf auftreffenden Lichts in den beiden Fällen einer großen und einer kleinen gemessenen Distanz;
Fig. 19 die Beziehungen zwischen der gemessenen Distanz und der Intensität des auf den ersten bzw. den zweiten Photoempfänger von Fig. 17 auftreffenden Lichts;
Fig. 20 die Beziehungen zwischen der gemessenen Distanz und den Ausgangssignalen der Photoempfänger von Fig. 17 in deren Meßbereich;
Fig. 21 ein schematisches Schaltbild zum Berechnen eines normalisierten differentiellen Ausgangswerts der beiden Photoempf änger des optischen Distanzdetektors von Fig. 17;
Fig. 22 die Beziehung zwischen der gemessenen Distanz und dem von der Schaltung von Fig. 21 berechneten normalisierten differentiellen Ausgangswert;
Fig. 23 und 24 Draufsichten auf die konzentrischen Anordnungen von Photoempfängern eines optischen Distanzdetektors, der zur Verwendung bei einer Ausführungsform der Erfindung geeignet ist;
Fig. 25 eine abgestufte Konfiguration der Photoempfänger eines optischen Distanzdetektors, der zur Verwendung bei einer Ausführungsform der Erfindung geeignet ist, wobei Fig. 25(a) eine Seitenansicht davon und Fig. 25(b) eine Draufsicht darauf zeigen;
Fig. 26 eine Draufsicht auf das Substrat des optischen Distanzdetektors von Fig. 25;
Fig. 27 eine Seitenansicht des Detektors von Fig. 26 im Betrieb;
Fig. 28 einen Bereich einer Bildplattenvorrichtung, wobei ein optischer Distanzdetektor ähnlich dem von Fig. 26 vorgesehen ist, wobei Fig. 28(a) eine Draufsicht darauf ist, wohingegen Fig. 28(b) eine 5seitliche Schnittansicht davon ist;
Fig. 29 eine abgestufte konzentrische Konfiguration der Photoempfänger eines optischen Distanzdetektors, der zur Verwendung bei einer Ausführungsform der Erfindung geeignet ist, wobei Fig. 29(a) eine Draufsicht und Fig. 29(b) eine Seitenansicht davon ist;
Fig. 30 Ansichten der Ober- und der Unterseite des Abstandshalters des Distanzdetektors von Fig. 29;
Fig. 31 die Unterseite des Abstandshalters von Fig. 30, an der die lichtemittierende Diode angebracht ist;
Fig. 32 und 33 den optischen Distanzdetektor von Fig. 29 im Betrieb in den beiden Fäällen einer großen und einer kleinen gemessenen Distanz (Fig. 32(a) bzw. 33(a)) gemeinsam mit der Intensität des darauf auftreffenden Lichts (Fig. 32(b) bzw. 33(b));
Fig. 34 eine Stufenkonfiguration der Photoempfänger eines optischen Distanzdetektors ähnlich derjenigen von Fig. 30, wobei Fig. 34(a) eine Draufsicht darauf und Fig. 34(b) eine seitliche Schnittansicht ist;
Fig. 35 (a),(b) eine Endansicht bzw. eine Draufsicht auf ein Abstandselement des optischen Distanzdetektors von Fig. 34;
Fig. 36 eine Draufsicht auf das Substrat des optischen Distanzdetektors von Fig. 34;
Fig. 37 eine seitliche Schnittansicht einer weiteren abgestuften konzentrischen Konfiguration der Photoempfänger eines optischen Distanzdetektors, der zur Verwendung bei einer Ausführungsform der Erfindung geeignet ist;
Fig. 38 eine perspektivische Explosionsansicht der Konfiguration der Photoempfänger von Fig. 37;
Fig. 39 ein Schaltbild, das die Schaltung zum Treiben der lichtemittierenden Diode und der Photoempfänger des optischen Distanzdetektors von Fig. 37 zeigt;
Fig. 40 eine Perspektivansicht einer typischen bimorphen Betätigungseinheit zum Treiben des optischen Kopfs einer Bildplatten-Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung;
Fig. 41 eine Seitenansicht eines piezoelektrischen bimorphen Elements der Betätigungseinheit von Fig. 40 im Betrieb;
Fig. 42 ein Diagramm, das die Frequenzcharakteristiken des Verstärkungsgrads der Betätigungseinheit von Fig. 40 zeigt;
Fig. 43 eine Perspektivansicht einer typischen bimorphen Betätigungseinheit zum Treiben des Magnetkopfs einer Bildplatten-Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung, wobei gemeinsam damit eine Treiberschaltung dafür gezeigt ist;
Fig. 44 ein Diagramm, das die Frequenzcharakteristiken des Verstärkungsgrads der Betätigungseinheit von Fig. 43 zeigt;
Fig. 45 eine Perspektivansicht einer bimorphen Betätigungseinheit zum Treiben des optischen Kopfs einer Bildplatten-Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung, wobei die Betätigungseinheit ein Ausgleichselement mit einer speziellen Geometrie hat, das zur Unterdrückung von Schwingungsmoden bei höheren Resonanzfrequenzen wirksam ist;
Fig. 46 eine Draufsicht auf die Betätigungseinheit von Fig. 45;
Fig. 47 eine Seitenansicht der Betätigungseinheit von Fig. 45 im Betrieb;
Fig. 48 ein Diagramm, das die Frequenzcharakteristiken des Verstärkungsgrads der Betätigungseinheit von Fig. 46 zeigt;
Fig. 49 eine Draufsicht auf eine andere bimorphe Betätigungseinheit zum Treiben des optischen Kopfs einer Bildplattenvorrichtung, wobei die Betätigungseinheit ein Ausgleichselement mit einer speziellen Geometrie hat, das zur Unterdrückung von Schwingungsmoden bei Resonanzfrequenzen, die nicht die zweite Resonanzfrequenz sind, wirksam ist;
Fig. 50 ein Diagramm, das die Frequenzcharakteristiken des Verstärkungsgrads der Betätigungseinheit von Fig. 49 zeigt;
Fig. 51 eine Perspektivansicht einer weiteren bimorphen Betätigungseinheit gemäß der Erfindung, die ein Ausgleichselement mit einer speziellen Geometrie ähnlich derjenigen des Ausgleichselements der Betätigungseinheit von Fig. 45 hat;
Fig. 52 eine Perspektivansicht einer anderen bimorphen Betätigungseinheit gemäß der Erfindung zum Treiben eines Magnetkopf-Chips einer Magnetband- Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung, wobei die Betätigungseinheit ein Ausgleichselement einer speziellen Geometrie hat, die ähnlich derjenigen des Ausgleichselements der Betätigungseinheit von Fig. 45 ist;
Fig. 53 eine Perspektivansicht einer weiteren bimorphen Betätigungseinheit der Erfindung zum Treiben des Magnetkopfs einer Bildplatten-Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung, wobei die Betätigungseinheit ein Ausgleichselement mit einer speziellen Geometrie ähnlich dem Ausgleichselement der Betätigungseinheit von Fig. 45 hat;
Fig. 54 eine der Fig. 43 ähnliche Perspektivansicht, die aber eine Betätigungseinheit nach der Erfindung zeigt, wobei das bimorphe Element eine Vertiefung zur Abgabe eines Beschleunigungssignals der Vibration der Betätigungseinheit hat;
Fig. 55 ein Blockschaltbild der Treiberschaltung der Betätigungseinheit von Fig. 54;
Fig. 56 ein Diagramm, das die Frequenzcharakteristiken des Verstärkungsgrads der Betätigungseinheit von Fig. 54 zeigt;
Fig. 57 eine Peerspektivansicht einer anderen bimorphen Betätigungseinheit, die eine Vertiefung an einem der parallelen, plattenförmigen bimorphen Elemente gemäß der Erfindung hat, wobei diese Vertiefung derjenigen der Betätigungseinheit von Fig. 54 ähnlich ist;
Fig. 58 einen Axialschnitt einer elektromagnetischen Betätigungseinheit zum Treiben des Magnetkopfs einer Bildplatten-Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 59 eine perspektivische Explosionsansicht der Betätigungseinheit von Fig. 58, wobei die Teile der Betätigungseinheit in bezug auf ihre Stellungen gemäß Fig. 58 umgekehrt gezeigt sind;
Fig. 60 eine der Fig. 58 ähnliche Ansicht, die aber eine andere Ausführungsform einer elektromagnetischen Betätigungseinheit gemäß der Erfindung zeigt; und
Fig. 61 eine der Fig. 58 ähnliche Ansicht, die aber noch eine andere Ausführungsform einer elektroinagnetischen Betätigungseinheit gemäß der Erfindung zeigt.
Wenn nichts anderes gesagt wird, bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen jeweils gleiche oder entsprechende Teile oder Bereiche.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Nachstehend werden Bildplattenvorrichtungen und Teile oder Bereiche davon, die für die Erfindung charakteristisch sind, unter entsprechenden Überschriften erläutert.

Bildplattenvorrichtung mit bimorpher Betätigungseinheit

Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 6 der Zeichnungen wird eine erste Ausführungsform einer optischen (genauer einer magneto-optischen) Aufzeichnungs/Wiedergabe-Plattenvorrichtung gemäß der Erfindung beschrieben. Diese Ausführungsform der Bildplattenvorrichtung ist gekennzeichnet durch eine bimorphe Betätigungseinheit, die die Distanz zwischen dem Magnetkopf und der Platte steuert. Unter dieser Überschrift wird nur der Gesamtaufbau der Vorrichtung beschrieben.
Wie Fig. 4 zeigt, ist diese Bildplattenvorrichtung ähnlich derjenigen, die oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben wurde, jedoch mit dem folgenden Unterschied: Die Vorrichtung weist eine bimorphe Betätigungseinheit 9 auf, die an ihrem einen Ende an einer Trägerbasis 6 angebracht ist, und der Magnetekopf 8 ist an der Unterseite des freien Endbereichs einer bimorphen Betätigungseinheit 9 angebracht, wie Fig. 5 im einzelnen zeigt. Die Betätigungseinheit 9 besteht aus einem Paar von piezoelektrischen plattenförmigen Elementen 9a und 9b, die über eine elektrisch leitfähige Platte so miteinander verbunden sind, daß eine darüber angelegte Spannung die Ausdehnung des einen und die Kontraktion des anderen Elements bewirkt; dadurch wird die Betätigungseinheit 9 gebogen und in Richtung B senkrecht zu der Aufzeichnungsfläche 1a der Platte 1 ausgelenkt, und zwar proportional zu der daran angelegten Spannung. Weitere Einzelheiten der Strukturen von bimorphen Betätigungseinheiten, die für die Erfindung charakteristisch sind, sind im einzelnen unter der späteren Überschrift "Bimorphe Betätigungseinheiten" beschrieben.
Das Objektiv 3a in dem optischen Kopf 3 wird in der Fokussierrichtung C durch eine Linsenbetätigungseinheit 3b angetrieben, wie speziell in Fig. 6 gezeigt ist. Wie auf diesem Gebiet allgemein bekannt ist, wird die Betätigungseinheit 3b nach Maßgabe eines Ausgangssignals eines optischen Distanzdetektors (nachstehend beschrieben) angetrieben, so daß die Distanz J zwischen der Linse 3a und der Platte 1 auf einem vorbestimmten Wert konstantgehalten wird. Die gleiche Spannung, die an die Betätigungseinheit 3 angelegt wird, wird an die bimorphe Betätigungseinheit 9 angelegt, um deren freies Ende in Richtung B zu bewegen, so daß die Distanz H zwischen dem Magnetkopf 8 und der Aufzeichnungsfläche 1a der Platte 1 auf einem vorbestimmten Wert konstantgehalten wird.
Die Bildplatte 1 weist übrigens, wie auf diesem Gebiet allgemein bekannt ist, eine Schicht aus Magnetmaterial 1b, auf der das Aufzeichnen von Information erfolgt, und ein Substrat 1a auf, das für den Lichtstrahl (Laserstrahl) durchlässig ist und auf dem die Schicht aus Magnetmaterial 1b nach einem Verfahren wie etwa Abscheiden im Vakuum oder Sputtern aufgebracht ist.

Optische Distanzdetektoren

Unter dieser Überschrift werden einige optische Distanzdetektoren zur Verwendung mit magneto-optischen Aufzeichnungs/Wiedergabe-Plattenvorrichtungen beschrieben. Weitere optische Distanzdetektoren, die zur Verwendung mit den magnetooptischen Aufzeichnungs/Wiedergabe-Plattenvorrichtungen geeignet sind, werden später unter der nächstfolgenden Überschrift beschrieben, wobei eine genaue Erläuterung ihres Arbeitsprinzips gegeben wird. Diese optischen Distanzdetektoren sind nicht selbst ein Teil der Erfindung, können aber in Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden. Optische Distanzdetektoren, wie sie in den folgenden beiden Abschnitten beschrieben werden, bilden die Basis der EP- Ausscheidungsanmeldung Nr. 93201147.1.
Zuerst wird unter Bezugnahme auf die Fig. 7 bis 9 der Zeichnungen ein optischer Distanzdetektor einer Bildplatten-Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung der Erfindung beschrieben. Wie Fig. 7 zeigt, ist ein plattenförmiges Abstützelement 13 mit L-Querschnitt an seinem einen Ende an der oberen Oberfläche der Trägerbasis 6 der Bildplattenvorrichtung angebracht. Nahe dem freien Ende des Abstützelements 13 ist ein Paar von optischen Distanzdetektoren angebracht: Ein erster Detektor besteht aus einem lichtaussendenden Element (d. h. einer lichtemittierenden Diode) 14 und einem unterteilten lichtempfindlichen Element 15, bestehend aus einem Paar von lichtempfindlichen Empfängern (d. h. Photoempfängern wie etwa Photodioden) 15a und 15b; ein zweiter Detektor besteht aus einem lichtemittierenden Element 16 und einem unterteilten lichtempfindlichen Element 17, das aus einem Paar von lichtempfindlichen Empfängern 17a und 17b besteht. Die Breite des Abstützelements 13 ist erheblich größer als die der darunter befindlichen plattenförmigen Betätigungseinheit 9; der erste Detektor, der aus den Elementen 14 und 15 besteht, befindet sich über der Oberfläche der Platte 1, wohingegen der zweite Detektor, der aus den Elementen 16 und 17 besteht, über der Betätigungseinheit 9 liegt. Wie Fig. 9 zeigt, wird daher das von dem Element 14 des ersten Detektors ausgesandte Licht an der Oberfläche der Platte 1 reflektiert und von dem Element 15 empfangen; der erste Detektor mißt daher die Distanz zwischen sich und der Oberfläche der Platte 1. Andererseits wird das von dem Element 16 des zweiten Detektors emittierte Licht an der oberen Oberfläche der Betätigungseinheit 9 reflektiert und von dem Element 17 empfangen; der zweite Detektor mißt daher die Distanz zwischen sich und der oberen Oberfläche der Betätigungseinheit 9. Die lichtempfindlichen Elemente 15 und 17 bestehen aus zwei Photoempfängern, wie die Fig. 8 und 9 zeigen; die Einzelheiten des Betriebs der obigen ersten und zweiten optischen Distanzdetektoren ergeben sich aus den Erläuterungen in diesem und dem folgenden Abschnitt. Die Distanz H zwischen dem Magnetkopf 8 und der Oberfläche der Platte 1 kann aus den Distanzen, die von den obigen ersten und zweiten Detektoren gemessen werden, ohne weiteres berechnet werden.
Wie Fig. 10 zeigt, resultiert die Abweichung ΔH der Distanz H zwischen dem Magnetkopf 8 und der Platte 1 in einer Abweichung ΔB der magnetischen Feldstärke an der Aufzeichnungsfläche der Platte 1. Wenn jedoch die Betätigungseinheit 9 aufgrund der von dem Distanzdetektor der Fig. 7 bis 9 bestimmten Distanz H in Richtung B getrieben wird, kann die Abweichung ΔH der Distanz und damit die Abweichung der Aufzeichnungscharakteristiken wirkungsvoll verringert werden.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 11 bis 14 der Zeichnungen wird ein anderer optischer Distanzdetektor einer Bildplatten- Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung sowie dessen Arbeitsprinzip beschrieben.
Wie Fig. 12 zeigt, liegt die Platte 1 der Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung dieser Ausführungsform über der bimorphen Betätigungseinheit 9, die darauf den Magnetkopf 8 trägt, während der optische Kopf (nicht gezeigt) über der Platte 1 positioniert ist. Der optische Distanzdetektor umfaßt ein lichtemittierendes Element 18 und ein unterteiltes lichtempfindliches Element 19, bestehend aus einem Paar von lichtempfindlichen Empfängern 19a und 19b, die auf der oberen Oberfläche der plattenförmigen Betätigungseinheit 9 neben dem Magnetkopf 8 angeordnet sind, wie Fig. 11 am besten zeigt. Infolgedessen wird das von dem Element 18 emittierte Licht an der unteren Oberfläche der Platte 1 reflektiert und von dem Element 19 empfangen, wie Fig. 12 zeigt. An die Betätigungseinheit 9 wird eine Spannung angelegt, die dem Ausgangssignal des Distanzdetektors entspricht, so daß sie in der Richtung B senkrecht zu der Aufzeichnungsfläche der Platte 1 ausgelenkt wird, so daß die Distanz zwischen der Platte 1 und dem Magnetkopf 8 konstantgehalten wird. Unter Bezugnahme auf die Fig. 13 und 14 soll das Arbeitsprinzip des optischen Distanzdetektors beschrieben werden, der das lichtemittierende Element 18 und das unterteilte lichtempfindliche Element 19 aufweist. Die Fig. 13(a) und (b) zeigen die Beziehung zwischen der Distanz D entlang der Linie E-E in Fig. 11 (entlang welcher der in Fig. 12 gezeigte Schnitt zu sehen ist) von der Mitte des Elements 18 und die Intensität des reflektierten Lichts, das auf einen Punkt auf der Linie E-E in einer Distanz D von der Mitte des Elements 18 auftrifft. Fig. 13(c) zeigt die Distanz D in Übereinstimmung mit der Distanz D, die entlang der Abszisse in den Fig. 13(a) und (b) aufgetragen ist. Fig. 13(a) zeigt die Beziehung in einem Fall, in dem die Distanz F zwischen der unteren Oberfläche der Platte 1 und den oberen Oberflächen der Elemente 18 und 19 relativ groß ist. In einem solchen Fall nimmt die Intensität von reflektiertem Licht, das auf einen Punkt auf der Linie E-E in einer Distanz D von der Mitte des Elements 18 auftrifft, langsam mit zunehmender Distanz D ab; somit ist die Differenz der Lichtmengen, die auf die Detektoren 19a bzw. 19b auftreffen, klein. Wenn andererseits die Platte 1 sich den Oberflächen der Elemente 18 und 19 nähert, hat die Intensität des reflektierten Lichts, das auf die Linie E-E auftrifft, einen deutlichen Peak in der Mite des Elements 18 und nimmt mit zunehmender Distanz D rasch ab, wie Fig. 13(b) zeigt; somit wird in einem solchen Fall die Differenz zwischen den Lichtmengen, die auf die Zellen 19a bzw. 19b auftreffen, größer.
Die Distanz F zwischen der Platte und den Oberflächen der Elemente 18 und 19 kann aus der Größe der Differenz zwischen den Ausgangspegeln der lichtempfindlichen Detektoren 19a und 19b bestimmt werden. Fig. 14 zeigt die Beziehung zwischen der Distanz F (auf der Abszisse aufgetragen) und dem differentiellen Ausgangswert des unterteilten lichtempfindlichen Elements 19, d. h. die Differenz der Ausgangswerte der lichtempfindlichen Detektoren 19a und 19b (auf der Ordinate aufgetragen), wobei der Zielwert der Distanz F durch eine Strichlinie markiert ist. Die Distanz F zwischen den Elementen 18 und 19 des Distanzdetektors und der Platte 1 ändert sich um die Zieldistanz herum in einem Bereich, in dem die differentielle Ausgangsgröße monoton (d. h. im wesentlichen linear) abnimmt, während die Distanz F größer wird. In ihrem Änderungsbereich entspricht daher die Distanz F der differentiellen Ausgangsgröße in einem Verhältnis von 1:1. Infolgedessen werden die Distanz F und damit die Distanz zwischen dem Magnetkopf 8 und der Aufzeichnungsfläche der Platte 1 speziell durch die differentielle Ausgangsgröße des Elements 19 bestimmt.

Weitere optische Distanzdetektoren

Nachstehend werden weitere optische Distanzdetektoren beschrieben. Diese optischen Distanzdetektoren umfassen als Lichtquelle eine lichtemittierende Diode und als lichtempfindliches Element ein Paar von Photoempfängern (Photodioden), die die darauf auftreffenden Lichtmengen nach Reflexion an einer Spiegelfläche eines Objekts detektieren; sie sind sämtlich durch ihre Nutzung des normalisierten differentiellen Ausgangswerts (weiter unter im Unterabschnitt (b) beschrieben) charakterisiert; die meisten sind durch ihre spezielle Geometrie der Photoempfänger charakterisiert. Sie eignen sich besonders zur Verwendung als Distanzdetektor in einer magneto-optischen Aufzeichnungs/Wiedergabe-Plattenvorrichtung, obwohl sie auch für andere Zwecke verwendbar sind. Vor ihrer Beschreibung werden jedoch Aufbau und Arbeitsprinzip eines typischen optischen Distanzdetektors betrachtet.

(a) Typischer Aufbau eines optischen Distanzdetektors

Fig. 15 zeigt den Aufbau eines typischen optischen Distanzdetektors. Der Distanzdetektor weist die folgenden Elemente auf: eine lichtemittierende Diode 21, die auf einer Grundplatte 22 angeordnet ist; einen Photoempfänger (Photodiode) 23, der auf derselben Grundplatte 22 angeordnet ist; eine Konvergenzlinse 24, die zwei konvexe Linsenbereiche mit ausgeprägten optischen Achsen aufweist, wobei diese konvexen Linsenbereiche das emittierte und das reflektierte Licht konvergent machen; und eine Fensterscheibe 25, die das offene Ende des Gehäuses 26, das die Diode 21, den Photoempfänger 23 und die Konvergenzlinse 24 aufnimmt, verschließt.
Der Betrieb des Distanzdetektors von Fig. 15 ist wie folgt: Das von der Diode 21 emittierte Licht wird von der Linse 24 konvergent gemacht und von der Fensterscheibe 25 des Gehäuses 26 abgestrahlt, um an einer Oberfläche des Objekts 27 wie etwa der Aufzeichnungsfläche einer Bildplatte reflektiert zu werden, wobei die Distanz von dieser zu dem Distanzdetektor gemessen wird. (Die optische Achse des Lichts von der lichtemittierenden Diode 21 zu der Oberfläche des Objekts 27 ist als Strichpunktlinie 28 gezeigt.) Das an der Oberfläche des Objekts 27 reflektierte Licht tritt in das Gehäuse 26 durch die Fensterscheibe 25 ein und wird von der Linse 24 konvergent gemacht, um von dem Photoempfänger 23 empfangen zu werden. (Die optische Achse des Lichts von der Oberfläche des Objekts 27 zu dem Photoempfänger 23 ist durch eine Strichpunktlinie 29 dargestellt.)
Die lichtemittierende Diode 21 wird mit einem konstanten Ausgangspegel getrieben; daher ist die von der Diode 21 emittierte Lichtmenge konstant. Somit wird die auf das Element 23 auftreffende Lichtmenge durch die Distanz zwischen dem Objekt 27 und dem Distanzdetektor und das Reflexionsvermögen und die geometrische Form der Oberfläche des Objekts 27 bestimmt. In einem Fall, in dem sich das Reflexionsvermögen und die geometrische Form des Objekts 27 nicht ändern, wird die auf den Photoempfänger 23 auftreffende Lichtmenge ausschließlich durch die Distanz zwischen dem Photodetektor und dem Objekt 27 bestimmt. Fig. 16 zeigt die Beziehung zwischen diesen beiden Faktoren: der Distanz zwischen dem Distanzdetektor und der reflektierenden Oberfläche des Objekts, und der Intensität des auf den Photoempfänger auftreffenden Lichts. Wie die Figur zeigt, hat die Intensität des Lichts (auf der Ordinate aufgetragen) bei der Distanz von ca. 4,5 mm einen Peak und fällt darüber ab, wenn die Distanz größer wird. Solange also die zu messende Distanz in einem Bereich ist, in dem die Beziehung zwischen der gemessenen Distanz und der Intensität des auf den Photoempfänger treffenden Lichts linear (oder präziser monoton) ist, entspricht das Ausgangssignal des Photoempfängers 23 (das zu der Intensität des darauf treffenden Lichts proportional ist) der gemessenen Distanz in einer Eins-zu-Eins- Beziehung. Die zu messende Distanz kann daher spezifisch aus dem Ausgangspegel des Photoempfängers 23 bestimmt werden.
Der oben beschriebene typische optische Distanzdetektor hat jedoch den folgenden Nachteil. Der Ausgangswert des Elements 23 hängt nicht nur von der Distanz, sondern auch von dem Reflexionsvermögen der Oberfläche des Meßobjekts 27 ab. Wenn sich daher das Reflexionsvermögen des Objekts 27 ändert, ist der Distanzdetektor unfähig, die Distanz zu bestimmen. Infolgedessen ist die Anwendung dieses optischen Distanzdetektors auf den Fall beschränkt, daß sich das Reflexionsvermögen der gemessenen Objekte von einem Objekt zum nächsten nicht ändert. Die optischen Distanzdetektoren mit unterteilten lichtempfindlichen Elementen, wie sie oben beschrieben wurden, sind in dieser Hinsicht verbessert; aber auch sie lassen zu wünschen übrig. Daher werden anschließend weitere Ausführungsformen des optischen Distanzdetektors der Erfindung beschrieben, die das Ziel haben, das obige Problem zu lösen. Die nachstehend beschriebenen optischen Distanzdetektoren eignen sich auch zur Messung extrem kleiner Distanzen und können vorteilhaft in einer Bildplatten-Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung verwendet werden, um die Distanz zwischen der Platte und ihrem optischen oder Magnetkopf zu bestimmen.

(b) Grundaufbau und Organisation

Unter Bezugnahme auf die Fig. 17 bis 22 der Zeichnungen wird ein Distanzdetektor beschrieben, der bei einer Ausführungsform der Erfindung verwendet werden kann. Die Beschreibung des Grundaufbaus und der Organisation unter der vorstehenden Überschrift (b) gilt für die nachstehend unter den Überschriften (c) bis (e) beschriebenen Detektoren, wenn entweder nichts anderes gesagt wird oder aus der Beschreibung ersichtlich ist, daß der Grundaufbau und die Organisation auf den speziellen Detektor nicht zutreffen.
Wie Fig. 17 zeigt, weist der optische Distanzdetektor einem lichtemittierende Diode 31, die die Lichtquelle bildet, und einen ersten und einen zweiten Photoempfänger (Photodioden) 30a und 30b auf. Bei dieser Anordnung ist die lichtemittierende Diode 31 auf derselben Ebene angeordnet, auf der die Photoempf änger 30a und 30b angeordnet sind, wobei diese Ebene nachstehend als die Detektorebene bezeichnet wird. Der zweite Photoempfänger 30b, der von der lichtemittierenden Diode 31 weiter als der erste Photoempfänger 30a entfernt liegt, hat eine größere Lichtempfangsfläche als der erste Photoemp änger 30a aus einem nachstehend erläuterten Grund.
Der Distanzdetektor von Fig. 17 funktioniert wie folgt. Die lichtemittierende Diode 31 wird mit einem konstanten Ausgangspegel aktiviert. Somit emittiert die viereckige obere Oberfläche der Diode 31, die im wesentlichen eine vollständig streuende lichtemittierende Oberfläche bildet, Licht in jeder Richtung mit nahezu gleicher Intensität. Es sei angenommen, daß eine reflektierende Spiegelfläche eines Objekts, dessen Distanz zu der Detektorebene gemessen werden soll, über und parallel zu der Detektorebene liegt. Dann wird das von der Diode 31 ausgehende Licht von der reflektierenden Spiegelfläche des Objekts reflektiert und von dem ersten und dem zweiten Photoempfänger 30a und 30b empfangen.
Fig. 18 zeigt die Beziehung zwischen der Position auf der Linie j-j in Fig. 17 und der Intensität des darauf auftreffenden Lichts. Dabei ist entlang der Abszisse der Fig. 18(a) und (b) die Distanz D von der Mitte der lichtemittierenden Oberfläche der Diode 31 entlang der Linie j-j von Fig. 17 aufgetragen, wobei diese Distanz in Ausfluchtung damit in der untersten Reihe (c) derselben Figur gezeigt ist; entlang den Ordinaten der Fig. 18(a) und (b) ist die Intensität des Lichts aufgetragen, das auf einen Punkt auf der Linie j-j in einer Distanz von der Mitte der Diode 31 auftrifft. Fig. 18(a) zeigt die Beziehung in dem Fall, in dem die Distanz F zwischen der Oberfläche des Objekts und der Detektorebene relativ klein ist. Andererseits zeigt Fig. 18(b) die Beziehung in einem Fall, in dem die Distanz F relativ groß ist. Wenn, wie Fig. 18(a) zeigt, die Distanz F klein ist, hat die Intensität des auffallenden Lichts einen deutlichen Peak in der Mitte der lichtemittierenden Diode 31 und fällt dann mit zunehmender Distanz F sehr schnell ab. Wenn dagegen die Distanz F groß ist, wird der Peak des einfallenden Lichts in der Mitte der Diode 31 weniger ausgeprägt, und die Verteilung der Intensität des auftreffenden Lichts verläuft über die Distanz D mit einer langsamen Abnahmerate.
Fig. 18 zeigt nur zwei repräsentative Fälle (a) und (b). Es ist aber aus der Figur ersichtlich, daß mit kleiner werdender Distanz F die Verteilung der Intensität des Lichts sich immer stärker in der Mitte konzentriert (d. h. an dem Punkt, an dem die Distanz D gleich Null ist) und die Höhe des Peaks zunehmend höher wird.
Wenn daher die Intensität von Licht, das auf einen Festpunkt in einer konstanten Distanz D von der Mitte der Diode 31 auftrifft, beobachtet wird, so erfolgt zuerst eine Zunahme und dann eine Abnahme, während die Distanz F größer wird. Die Beziehung zwischen der Distanz F und der Intensität von Licht an einem Festpunkt hat eine Form, die ähnlich der in Fig. 17 gezeigten ist, wobei die auf der Abszisse aufgetragene gemessene Distanz der Distanz F entspricht. Die Intensität von Licht, das auf einen Festpunkt auftrifft, steigt mit zunehmender Distanz F, bis sie einen Peak oder ein Maximum erreicht; danach nimmt sie mit zunehmender Distanz F ab. Die Beziehung zwischen der Distanz F und der Intensität von einfallendem Licht ist jedoch von einem Punkt zu einem anderen verschieden. Denn wenn die Distanz D größer wird, wird der Peak der Intensität des Lichts bei einem zunehmend größeren Wert der Distanz F erreicht, und die Höhe des Peaks nimmt ab.
Fig. 19 zeigt die Beziehung zwischen der obigen Distanz F (auf der Abszisse aufgetragen) und der Intensität des Lichts (auf der Ordinate aufgetragen), das auf die obere Oberfläche der Photoempfänger 30a und 30b auftrifft, wobei die Kurven PD1 und PD2 die Intensitäten von Licht zeigen, das auf die Photoempfänger 30a bzw. 30b auftrifft. Da der erste Photoempfänger 30a näher an der Lichtquelle (d. h. der lichtemittierenden Diode 31) liegt, hat die Intensität des darauf fallenden Lichts einen Peak, wenn die Distanz F relativ klein ist, und fällt danach ab, während die Distanz F größer wird, wie die Kurve PD1 zeigt. Der zweite Photoempfänger 30b befindet sich dagegen weiter entfernt von der Lichtquelle; die Intensität des darauf fallenden Lichts hat daher einen niedrigeren Peak, der erreicht wird, wenn die Distanz F relativ groß ist, wie die Kurve PD2 zeigt. Die Parameter des Distanzdetektors von Fig. 17 wie etwa die Abstände g1 und g2 zwischen der Diode 31 und dem Photoempfänger 30a bzw. zwischen den Photoempfängern 30a und 30b oder die Breiten w1 und w2 der Photoempfänger 30a und 30b sind derart gewählt, daß der Änderungsbereich der von dem Distanzdetektor zu messenden Distanz F zwischen den Peaks der Intensitätskurven PD1 und PD2 des einfallenden Lich£s liegt, wie ein Doppelpfeil in Fig. 19 zeigt. Innerhalb des Meßdistanzbereichs nimmt daher die Intensität des auf den ersten Empfänger 30a auftreffenden Lichts mit zunehmender Distan F ab, während die Intensität des auf den zweiten Empfänger 30b auftreffenden Lichts mit zunehmender Distanz F zunimmt. Es ist ein Merkmal dieser Anordnung, daß die geometrischen Parameter des ersten und des zweiten Photoempfängers derart gewählt sind, daß der Änderungsbereich der gemessenen Distanz F in einem Intervall zwischen den Peaks der Intensität des Lichts liegt, das auf den ersten und den zweiten Photoempfänger 30a und 30b auftrifft.
Fig. 20 zeigt die Beziehung zwischen der obigen Distanz F und den Ausgangspegeln der Photoempfänger 30a und 30b innerhalb des Änderungsbereichs der gemessenen Distanz F. Da die Lichtempfangsfläche des zweiten Photoempfängers 30b eine größere Fläche als die des ersten Photoempfängers 30a hat, um die Abnahme der Intensität von einfallendem Licht auszugleichen, ist der Pegel des Ausgangssignals PD2 des zweiten Photoempfängers 30b im wesentlichen der gleiche wie der des Ausgangssignals PD1 des ersten Photoempfängers. Der Ausgangswert PD1 des ersten Photoempfängers 30a näher an der Lichtquelle nimmt in dem Änderungsbereich der gemessenen Distanz F im wesentlichen linear (d. h. monoton) ab, wohingegen der Ausgangswert PD2 des zweiten Photoempfängers 30b, der von der Lichtquelle weiter entfernt ist, in dem Änderungsbereich der gemessenen Distanz F im wesentlichen linear ansteigt.
Die Distanz F zwischen der Oberfläche des Objekts und der Detektorebene wird aus dem normalisierten differentiellen Ausgangswert des ersten und des zweiten Photoempfängers 30a und 30b bestimmt, wie nachstehend beschrieben wird. Dabei werden mit Hilfe einer elektrischen Schaltung, die in Fig. 21 schematisch gezeigt ist, die Differenz x und die Summe y der Ausgangswerte PD1 und PD2 des ersten und des zweiten Photoempfängers 30a und 30b berechnet:
x = PD1 - PD2,
y = PDl + PD2.
Dann wird der differentielle Ausgangswert x der beiden Photoempfänger 30a und 30b normalisiert, indem sein Verhältnis in bezug auf y gebildet wird:
x/y = (PD1 - PD2) / (PD1 + PD2).
Wie oben gesagt, nimmt der Ausgangswert PD1 mit zunehmender Distanz F in dem Änderungsbereich der gemessenen Distanz monoton ab, während der Ausgangswert PD2 mit zunehmender Distanz F in dem gleichen Bereich monoton ansteigt. Somit nimmt der Wert des differentiellen Ausgangs x mit zunehmender Distanz F im wesentlichen linear ab. Ferner wird dieser differentielle Ausgangswert x in bezug auf die Summe y der beiden Ausgangsgrößen PD1 und PD2 durch Bildung des Verhältnisses x/y normalisiert. Dank der Normalisierung in bezug auf die Summe y der beiden Ausgangsgrößen PD1 und PD2 wird der Pegel dieses normalisierten differentiellen Ausgangswerts x/y der beiden Photoempfänger 30a und 30b durch die Änderung des Reflexionsvermögens der Spiegelfläche des Objekts, an der das von der Diode 31 emittierte Licht reflektiert wird, nicht beeinflußt. Somit kann die Distanz F bestimmt werden durch Nutzung der Beziehung zwischen der Distanz F und der normalisierten differentiellen Ausgangsgröße, die in Fig. 22 gezeigt ist.
Der normalisierte differentielle Ausgangswert x/y wird zu Null, d. h. er hat einen Nulldurchgangspunkt N, wie Fig. 22 zeigt, wenn die Ausgangswerte PD1 und PD2 des ersten und des zweiten Photoempfängers einander gleich werden. Wenn die Distanz F am Nulldurchgangspunkt N in Fig. 22 gleich der Zieldistanz F ist, dann kann die normalisierte differentielle Ausgangsgröße x/y selber als das Fehlersignal der Distanz F in bezug auf die Zieldistanz genutzt werden. Es wird somit bevorzugt, daß die Parameter der Diode 31 und der Photoempfänger 30a und 30b wie etwa die Abstände g1 und g2 und die Dimensionen der Photoempfänger 30a und 30b, wl, 11, w2 und 12 gemäß Fig. 17 derart gewählt sind, daß die Distanz F an dem obigen Nulldurchgangspunkt N gleich der Zieldistanz von F wird. Da die normalisierte differentielle Ausgangsgröße x/y einen Nulldurchgangspunkt hat, an dem die Ausgangswerte PD1 und PD2 gleich werden, kann der Nulldurchgangspunkt N im wesentlichen beliebig an jeder gewünschten Position vorgegeben werden durch Ändern der obigen Parameter der Diode 31 und der Photoempfänger 30a und 30b. Wenn beispielsweise der Abstand g2 zwischen den beiden Photoempfängern 30a und 30b kleiner gemacht wird, verlagert sich der Peak der Intensität des auf den zweiten Photoempfänger 30b auftreffenden Lichts, d. h. der Peak der Kurve PD2 in Fig. 19, nach links in der Figur; somit steigt der Ausgangswert des zweiten Photoempfängers 30b, der durch die Kurve PD2 in Fig. 20 dargestellt ist, in dem Bereich rascher an, in dem die Distanz F klein ist. Daher wird die Nulldurchgangsdistanz kleiner, d. h. die Position des Nulldurchgangspunkts N wird nach links in Fig. 22 verlagert. Umgekehrt wird, wenn der Abstand g2 größer gemacht wird, die Nulldurchgangsdistanz von F größer.
Selbstverständlich kann die Position des Nulldurchgangspunkts N, d. h. die Nulldurchgangsdistanz von F, auch geändert werden, indem das Flächenverhältnis der Lichtempfangsflächen der beiden Photoempfänger 30a und 30b geändert wird. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß dann, wenn das Verhältnis der beiden Flächen gleich Eins ist, d. h., wenn die beiden Flächen einander gleich sind, die auf den ersten Photoempfänger 30a treffende Lichtmenge immer größer als die auf den zweiten Photoempfänger 30b treffende Lichtmenge ist; infolgedessen wird der Nulldurchgangspunkt N zu Unendlich verlagert. Wenn andererseits die Fläche des zweiten Photoempfängers 30b größer ist und das Verhältnis der Fläche des zweiten Photoempfängers 30b zu der des ersten Photoempfängers 30a über Eins ansteigt, wird die Nulldurchgangsdistanz kleiner. Um also die Nulldurchgangsdistanz gleich der Zieldistanz zu machen, muß das Verhältnis der Fläche des zweiten Photoempfängers 30b zu derjenigen des ersten 30a mit einem Wert größer als Eins gewählt werden, d. h. es muß die Fläche des zweiten Photoempfängers 30b größer als die des ersten 30a gemacht werden.

(c) Konzentrische Geometrie der Photoempfänger

Fig. 23 zeigt einen anderen optischen Distanzdetektor, der im wesentlichen dem obigen Detektor von Fig. 17 gleicht, bei dem aber die Geometrie der Photoempfänger an die radialsymmetrische Verteilung des von der lichtemittierenden Diode abgegebenen Lichts angepaßt ist. Dabei ist die Verteilung des von der lichtemittierenden Diode 31 ausgehenden Lichts im wesentlichen rotationssymmetrisch in bezug auf die Achse der lichtemittierenden Diode 31, die durch die Mitte der Diode 31 im rechten Winkel zu ihrer Oberfläche geht. Für die Zwecke der Steigerung der Meßgenauigkeit ist also die wirkungsvollste Geometrie der Lichtempfangsflächen des ersten und des zweiten Photoempfängers diejenige, bei der ringförmige Flächen der Photoempfänger um die lichtemittierende Diode 31 herum in konzentrischer Beziehung angeordnet sind; bei einer solchen Geometrie empfangen die konzentrischen Ringflächen der beiden Photoempfänger das reflektierte Licht an Stellen, an denen die Intensität von einfallendem Licht im wesentlichen gleich und gleichförmig ist (d. h. einen einzigen Wert annimmt).
Daher haben der erste und der zweite Photoempfänger 30a und 30b der Ausführungsform von Fig. 23 im wesentlichen die Form von Ringen, die mit der an ihrem zentralen Bereich angeordneten scheibenförmigen lichtemittierenden Diode 31 konzentrisch sind. Über die lichtemittierende Diode 31 ist ein Paar Elektroden 34b und 34c angebracht, die durch die ausgeschnittenen Bereiche verlaufen, die in den ringförmigen Photoempfängern 30a und 30b gebildet sind. Eine Elektrode 34a, die an dem ersten Photoempfänger 30a angebracht ist, verläuft durch den ausgeschnittenen Bereich des ringförmigen zweiten Photoempfängers 30b, an dem eine Elektrode 34d angebracht ist. Daher dienen die ausgeschnittenen Bereiche der ringförmigen Photoempfänger 30a und 30b dieser Ausführungsform dem Zweck, die Elektroden 34a bis 34d herauszuführen.
Fig. 24 zeigt noch einen anderen Detektor mit einer im wesentlichen konzentrischen Geometrie der lichtemittierenden Diode und der beiden Photoempfänger. Der erste Photoempfänger 30a hat die Form eines Segments einer Scheibe, deren Mitte mit derjenigen der lichtemitierenden Diode 31 koinzident ist, wobei das Segment durch eine Sehne abgeschnitten ist, die einer Seite der viereckigen lichtemittierenden Diode 31 gegenübersteht. Der zweite Photoempfänger 30b hat die Form eines Segments eines Rings, der mit dem segmentierten scheibenförmigen ersten Photoempfänger 30a konzentrisch ist, wobei das Segment aus dem Ring durch eine Linie geschnitten ist, die erhalten ist durch Erzeugen der Sehne, die das Segment des ersten Photoempfängers 30a begrenzt. Daher sind der innere und der äußere Bogen, die das Ringsegment des zweiten Photoempfängers 30b begrenzen, um die lichtemittierende Diode 31 herum zentriert. Der Wirkungsgrad des Empfangs von reflektiertem Licht ist bei dieser Geometrie der Photoempfänger 30a und 30b im Vergleich mit dem Fall von Fig. 23 herabgesetzt; aber im Fall der Geometrie von Fig. 24 können die lichtemittierende Diode 31 und die Photoempfänger 30a und 30b als gesonderte Chips hergestellt werden, die später auf einem Substrat befestigt werden, was ihre Produktion vereinfacht.

(d) Stufenkonfiguration der Photoempfänger

In dem Fall, in dem die zu messende Distanz klein und der Änderungsbereich der gemessenen Distanz um eine kleine Distanz herum begrenzt ist, müssen die Flächen des ersten und des zweiten Photoempfängers, und zwar speziell des ersten Photoempf ängers, klein gemacht werden, und die Abstände zwischen der lichtemittierenden Diode und dem ersten und zweiten Photoempfänger müssen verringert werden, um eine ausreichende Meßgenauigkeit zu erreichen. Prinzipiell können diese Verringerungen der Abstände und der Oberflächen von optischen Elementen in einer komplanaren Geometrie wie oben erläutert erreicht werden. Da jedoch diese optischen Elemente voneinander elektrisch getrennt sein müssen, ist es schwierig, die Abstände zwischen ihnen im Fall einer komplanaren Geometrie der lichtemittierenden Diode und der Photoempfänger unter eine bestimmte Grenze zu verringern.
Fig. 25 zeigt eine in Vertikalrichtung abgestufte Konfiguration der Photoempfänger, die geeignet ist, um eine kleine Distanz zu messen; Fig. 25(a) und (b) sind eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht der lichtemittierenden Diode und der Photoempfänger. Bei dieser Ausführungsform ist der Photodetektor-Chip 39, der den ersten und den zweiten Photoempfänger 30a und 30b an seiner oberen Oberfläche trägt, auf einer gedruckten Leiterplatte oder einem Substrat 34 über ein elektrisch leitfähiges plattenförmiges Abstandsbzw. Ausgleichselement 37 angebracht. Die erste lichtemittierende Diode 31 ist direkt auf dem Substrat 35 angebracht. Wie Fig. 26 zeigt, trägt die Leiterplatte 35 darauf eine gedruckte Schaltung, die die folgende Struktur elektrischer Verbindungen aufweist: ein Paar Zuleitungen 35a und 35b, die mit der unteren bzw. oberen (lichtemittierenden) Oberfläche der lichtemittierenden Diode 31 zu verbinden sind; eine Zuleitung 35c mit einem vergrößerten viereckigen Endbereich, der mit der unteren Oberfläche des Photodetektor-Chips 39 zu koppeln ist, die die Kathode der Photoempfänger 30a und 30b bildet; und ein Paar Zuleitungen 35d und 35e, die mit den Anoden (d. h. den oberen Oberflächen) der Photoempfänger 30a bzw. 30b zu verbinden sind. Andererseits weist der Photodetektor-Chip 39 an seiner oberen Oberfläche Bondinseln 39a und 39b auf, die mit den Anoden des ersten und des zweiten Photoempfängers 30a und 30b verbunden sind. Wie Fig. 25(b) zeigt, sind die folgenden Paare mit einem Bonddraht elektrisch miteinander verbunden: Die obere oder lichtemittierende Oberfläche der Diode 31 ist mit der Zuleitung 35b durch einen Bonddraht 35f verbunden; die Bondinsel 39a für die Anode des ersten Photoempfängers 30a ist mit der Zuleitung 35d durch einen Bonddraht 35g verbunden; und die Bondinsel 39b für die Anode des zweiten Photoempfängers 30b ist mit der Zuleitung 35e durch einen Bonddraht 35h verbunden. Weitere elektrische Verbindungen sind mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs hergestellt: die Verbindung zwischen der unteren Oberfläche der Diode 31 und der Zuleitung 35a; die Verbindung zwischen dem Photodetektor-Chip 39 und dem elektirsch leitfähigen Ausgleichselement 37; und die Verbindung zwischen dem Ausgleichselement 37 und der Zuleitung 35c.
Bei der obigen Konstruktion ist die Dicke des plattenförmigen Ausgleichselements 37 um eine Dimension größer als die Dicke der lichtemittierenden Diode 31 gewählt; ferner ist die Seite des viereckigen Ausgleichselements 37, die der lichtemittierenden Diode 31 gegenübersteht, von der Seite des darüberliegenden Chips 39, der ebenfalls der Diode 31 gegenübersteht, zurückgesetzt; infolgedessen kann der Abstand zwischen den gegenüberstehenden Seitenflächen des Ausgleichselements 37 und der Diode 31 beliebig groß gemacht werden, wie Fig. 25(a) zeigt. Selbst wenn also eine gewisse Extrusion von elektrisch leitfähigem Klebstoffmaterial beim Zusammenbau stattfindet, besteht keine Gefahr des Auftretens eines Kurzschlusses zwischen den Zuleitungen 35c für die Kathode der Photoempfänger und der Zuleitung 35a für die untere Oberfläche der Diode 31. Ferner ist zwischen der lichtemittierenden Oberfläche der Diode 31 und den Lichtempfangsflächen des Photodetektor-Chips 39 ein vertikaler Abstand in Richtung seiner optischen Achse ausgebildet, d. h. in der Richtung, die zu der Oberfläche der Diode 31 oder der Photoempfänger 30a und 30b senkrecht ist. Da die Dicke des Ausgleichselements 37 größer als die Dicke der Diode 31 ist, ist der vertikale Abstand größer als die Dicke des Photodetektor-Chips 39.
Das Betriebsverfahren der in den Fig. 25 und 26 gezeigten Photodetektor-Konfiguration ist wie folgt: Wie Fig. 27 zeigt, wird das von der Diode 31 ausgehende Licht an der gegenüberstehenden Spiegelfläche eines Objekts 27 reflektiert, und das reflektierte Licht wird von den Photoempfängern 30a und 30b empfangen. Da das Ausgleichselement 37 eine größere Dicke als die Diode 31 hat (d. h., der vertikale Abstand der lichtemittierenden Oberfläche zu den Lichtempfangsflächen der Photoempfänger ist größer als die Dicke der lichtemittierenden Diode 31), kann der Abstand zwischen der lichtemittierenden Diode 31 und dem Photodetektor-Chip 39 beliebig klein gemacht werden, ohne daß sich die Gefahr eines Kurzschlusses zwischen den Zuleitungen 35a und 35c oder zwischen dem Ausgleichselement 37 und der Zuleitung 35a einstellt. Daher können die lichtemittierende Oberfläche der Diode 31 und die Lichtempfangsfläche des Photodetektor-Chips 39 (insbesondere die Lichtempfangsfläche des Photoempfängers 30a) ausreichend nahe beieinander in ihren horizontalen Positionen vorgesehen sein. Falls notwendig, können die Projektionen der lichtemittierenden und der lichtempfangenden Oberflächen zu einer Horizontalebene (wobei die Projektionen auf einer Horizontalebene in einer Richtung parallel zu ihren optischen Achsen erfolgen, die zu ihrer lichtemittierenden oder lichtempfangenden Oberfläche senkrecht sind) einander teilweise überlappen. Infolgedessen ist der Distanzdetektor gemäß dieser Ausbildung fähig, extrem kleine Distanzen präzise zu messen.
Fig. 28 zeigt eine Anordnung, bei der ein optischer Distanzdetektor, dessen Aufbau im wesentlichen mit dem der Fig. 25 bis 27 identisch ist, in eine magneto-optische Plattenvorrichtung eingebaut ist, um die Distanz zwischen dem Magnetkopf 8 und der Bildplatte 1 zu steuern. Fig. 28(a) zeigt die Draufsicht auf den Magnetkopf 8 und den optischen Distanzdetektor. Der optische Distanzdetektor umfaßt ein Substrat 35, das die gedruckte Schaltung mit den Zuleitungen 35a bis 35e trägt, die mit Elektroden der lichtemittierenden Diode 31 und der Photoempfänger 30a und 30b darauf gekoppelt sind. Fig. 28(b) zeigt einen vertikalen Querschnitt davon entlang der Linie k-k in Fig. 28(a). Wie Fig. 28(b) zeigt, sind der Magnetkopf 8 und der Distanzdetektor auf dem Substrat 35 auf einem Tragelement 38 angebracht, das eine Betätigungseinheit zum Einstellen des Abstands g zwischen dem Magnetkopf 8 und der Bildplatte 1 bildet.
Der Betrieb der in Fig. 28 gezeigten Anordnung ist wie folgt. Die von dem Element 28 gebildete Betätigungseinheit wird nach Maßgabe der Distanz F zwischen der Lichtempfangsfläche des Photodetektor-Chips 39 und der Bildplatte 1 angetrieben. Wie oben erörtert, ist es daher bevorzugt, daß die geometrischen Parameter der Diode 31 und der Photoempfänger 30a und 30b (wie etwa die Abstände dazwischen und die Flächen der beiden Photoempfänger 30a und 30b) auf solche Weise gewählt sind, daß die folgende Bedingung erfüllt ist. Wenn nämlich der Abstand g gleich seinem Zielwert ist, verschwindet der normalisierte differentielle Ausgangswert x/y des ersten und des zweiten Photoempfängers 30a und 30b. Auf diese Weise kann der normalisierte differentielle Ausgangswert x/y als das Fehlersignal bei der Einstellung des Abstands g auf seinen Zielwert genutzt werden.
Der Grund, weshalb der Abstand g zwischen dem Magnetkopf 8 und der Platte 1 mit einer Betätigungseinheit in einer magneto-optischen Plattenvorrichtung gesteuert werden muß, ist übrigens folgender: Allgemein wird ein Abstand von einigen Mikrometern durch ein Luftkissen erzeugt, das zwischen dem Magnetkopf und dem magnetischen Aufzeichnungsmedium einer magnetischen Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung gebildet ist. Der große Vorteil der magneto-optischen Plattenvorrichtung ist ihre Unempfindlichkeit gegenüber Staub; wenn dieser Vorteil der magneto-optischen Plattenvorrichtung beibehalten werden soll, muß der Abstand zwischen dem Magnetkopf und der Platte innerhalb eines Bereichs von einigen zehn Mikrometern bis zu einigen hundert Mikrometern eingestellt werden. Im Fall der magneto-optischen Plattenvorrichtung ist daher die Luftschwimm-Methode nutzlos. Infolgedessen ist es notwendig, den Abstand zwischen dem Magnetkopf und der Platte mit einem Distanzdetektor zu messen und ihn nach Maßgabe des Ausgangssignals des Distanzdetektors zu steuern. Außerdem muß der Distanzdetektor klein und leicht sein, um mit einer magneto-optischen Aufzeichnungs/Wiedergabe-Plattenvorrichtung verwendbar zu sein. Die optischen Distanzdetektoren gemäß den obigen Anordnungen genügen diesen Anforderungen.

(e) Stufenförmige konzentrische Konfigurationen der Photoempfänger

Wie oben in Verbindung mit der Konfiguration von Fig. 23 erörtert wurde, ist die Strahlungsverteilung des von der lichtemittierenden Diode abgegebenen Lichts im wesentlichen radialsymmetrisch, d. h. rotationssymmetrisch in bezug auf die Mittelachse der lichtemittierenden Diode; somit ist die konzentrische Konfiguration des ersten und des zweiten Photoempfängers um die lichtemittierende Diode herum zentriert am wirkungsvollsten und präzise bei der Bestimmung der Distanz aus den darauf auftreffenden Lichtmengen. Eine solche Konfiguration der Photoempfänger, die auf demselben Chip oder Substrat angebracht sind, auf dem die lichtemittierende Diode angebracht ist, ist jedoch von diversen technischen Schwierigkeiten begleitet. Die Schwierigkeiten werden größer, wenn die Abstände zwischen den optischen Elementen oder Flächen der Photoempfänger kleiner gemacht werden sollen, um kleine Distanzen mit ausreichender Präzision messen zu können. Nachstehend sollen daher Anordnungen mit abgestufter konzentrischer Konfiguration beschrieben werden, mit denen die elektrischen Verbindungen leicht hergestellt werden können und die Messung einer kleinen Distanz präzise und effizient erfolgen kann.
Fig. 29 zeigt eine erste Anordnung der stufenförmigen konzentrischen Konfiguration der Photoempf änger, wobei Fig. 29(a) eine Draufsicht auf die Konfiguration ist, wogegen Fig. 29(b) einen Vertikalschnitt davon entlang der Linie 1-1 in Fig. 29(a) zeigt. Ringförmige erste und zweite Photoempfänger 30a und 30b sind auf einem scheibenförmigen Photodetektor-Chip 39 angeordnet, der eine ihn in Vertikalrichtung durchsetzende zentrale kreisrunde Durchgangsöffnung 39c hat. Der scheibenförmige Photodetektor-Chip 39 ist auf der oberen Oberfläche eines elektrisch isolierenden viereckigen Ausgleichselements 40 angebracht, das ein es in Vertikalrichtung durchsetzendes kreisrundes Durchgangsloch 40d hat, das mit dem Durchgangsloch 39c des Photodetektor-Chips 39c ausgefluchtet ist. Der Durchmesser des Durchgangslochs 40d des Ausgleichselements 40 ist größer als der des Durchgangslochs 39c des Photodetektor-Chips 39. Eine viereckige lichtemittierende Diode 31 ist mit ihrer oberen lichtemittierenden Oberfläche an der unteren Oberfläche des Ausgleichselements 40 in Uberdeckung mit dessen Durchgangsloch 40d angebracht; da die Seiten der viereckigen Diode 31 länger als der Durchmesser des Durchgangslochs 40d des Ausgleichselements 40 sind, ist das Durchgangsloch 40d von unten durch die obere Oberfläche der lichtemittierenden Diode 31 verschlossen.
Eleketrische Anschlüsse zu und von der Diode 31 und den Photoempfängern 30a und 30b werden wie folgt hergestellt. Das Ausgleichselement 40 hat eine gedruckte Schaltung auf seiner oberen und seiner unteren Oberfläche zur Herstellung von elektrischen Verbindungen. Wie Fig 30(a) zeigt, trägt die obere Oberfläche des Ausgleichselements 40 eine gedruckte Schaltung, die die folgenden elektrischen Verbindungen umfaßt: eine Elektrode oder Zuleitung 40c mit einem scheibenförmigen Endbereich mit einem zentralen Loch in Überdeckung mit dem Durchgangsloch 40d des Ausgleichselements, wobei diese Elektrode 40c über einen elektrisch leitfähigen Klebstoff elektrisch mit der Kathode der Photoempfänger 30a und 30b zu verbinden ist, die an der unteren Oberfläche des scheibenförmigen Photodetektor-Chips 39 gebildet ist; und ein Paar von Zuleitungen 40a und 40b, die mit den Anoden an den oberen Oberflächen des ersten und des zweiten Photoempfängers 30a und 30b über Bonddrähte 41a und 41b elektrisch zu verbinden sind. Wie Fig. 30(b) zeigt, trägt die untere Oberfläche des Ausgleichselements 40 eine gedruckte Schaltung, die die folgenden elektrischen Verbindungen aufweist: eine Zuleitung 40g mit einem viereckigen Endbereich mit einem zentralen Loch in Überdeckung mit dem Durchgangsloch 40d des Ausgleichselements 40, wobei die Zuleitung 40g mit der oberen oder lichtemittierenden Oberfläche der Diode 31 über einen elektrisch leitfähigen Klebstoff elektrisch zu verbinden ist; und eine Zuleitung 40f, die mit der unteren Oberfläche der lichtemittierenden Diode 31 über einen Bonddraht 41c elektrisch zu verbinden ist, wie Fig. 31 zeigt.
Die Fig. 32 und 33 zeigen die Anordnung von Fig. 29 im Betrieb: Das von der Diode 31 abgegebene Licht durchstrahlt die Durchgangslöcher 40d und 39c des Ausgleichselements 40 und des Photodetektor-Chips 39, um an der unteren Oberfläche des Objekts, d. h. einer Bildplatte 1, reflektiert zu werden; das an der Platte 1 reflektierte Licht wird von dem ersten und zweiten Photoempfänger 30a und 30b empfangen, die mit der lichtemittierenden Diode 31 konzentrisch sind. Fig. 32(a) zeigt einen Vertikalschnitt entlang einem Durchmesser des scheibenförmigen Photodetektor-Chips 39; die Ansicht entspricht dem Fall, in dem die Distanz zwischen der Platte 1 und der Detektoroberfläche (d. h. der oberen Oberfläche des Photodetektor-Chips 39) klein ist. Andererseits zeigt Fig. 33(a) den gleichen Schnitt in dem Fall, daß die Distanz groß ist. Die Fig. 32(b) und 33(b) zeigen in den Fällen einer kleinen bzw. großen gemessenen Distanz F die Beziehung zwischen der Distanz D (entlang der Abszisse) von der Mitte der konzentrischen Photoempfänger und der Intensität von Licht (auf der Ordinate), das auf einen Punkt auf der Detektoroberfläche auftrifft, der von der Mitte um eine Distanz D getrennt ist. Da die Verteilung der Intensität von Licht, das auf die Detektoroberfläche auftrifft, in bezug auf die Mitte des Photodetektor-Chips 39 rotationssymmetrisch ist, sind die Intensitäten von Licht, das auf die konzentrischen ringförmigen Lichtempfangsflächen der Photoempfänger 30a und 30b auftrifft, über ihre Gesamtfläche im wesentlichen gleichförmig. Somit realisiert die Konfiguration der Photoemptänger gemäß dieser Ausführungsform eine präzise und wirkungsvolle Messung der Distanz F zwischen der Oberfläche des Chips 39 und der Platte 1. Ferner können die lichtemittierende Oberfläche der Diode 31 und die lichtempfangende Oberfläche des ersten Photoempfängers 30a horizontal (d. h. radial) so nahe beieinander angeordnet sein, daß die Projektionen dieser lichtemittierenden und lichtempfangenden Oberflächen auf eine Horizontalebene entlang der Richtung der optischen Achse einander überlappen; somit wird die Messung von extrem kleinen Distanzen ermöglicht.
Unter Bezugnahme auf Fig. 34 der Zeichnung wird eine zweite Anordnung mit abgestufter konzentrischer Konfiguration der Photoempfänger beschrieben, bei der der Wirkungsgrad bei der Herstellung der elektrischen Verbindungen verbessert ist. Fig. 34(a) und (b) sind eine Draufsicht bzw. ein Vertikalschnitt davon. Fig. 34(b) zeigt einen Schnitt entlang der Linie m-m in Fig. 34(a).
Ein rechteckiger Photodetektor-Chip 39 mit einem zentralen Durchgangsloch 39c trägt auf seiner oberen Oberfläche einen ersten und einen zweiten Photoempf änger 30a und 30b, die mit dem zentralen Durchgangsloch 39c konzentrisch sind. Der zweite Photoempfänger 30b hat einen in Radialrichtung verlaufenden ausgeschnittenen Bereich, durch den die mit der Anode des ersten Photoempfängers 30a verbundene Zuleitung 39a verläuft. Die untere Oberfläche des rechteckigen Photodetektor-Chips 39, die die Kathode der Photoempfänger 30a und 30b bildet, ist auf einer gedruckten Leiterplatte bzw. einem Substrat 35 über ein elektrisch leitendes Ausgleichselement 43 angebracht. Wie Fig. 35 zeigt, hat das Ausgleichselement 43 horizontal die Form eines U, dessen offenes Ende in der Figur nach unten weist. Andererseits, wie Fig. 36 zeigt, trägt das Substrat 35 an seiner oberen Oberfläche die nachfolgende Struktur einer gedruckten Schaltung: eine Verbindung oder Zuleitung 35c mit einem U-förmigen Endbereich, an dem das Ausgleichselement 43 über einen elektrisch leitenden Klebstoff angebracht ist; Zuleitungen 35a und 35b, die mit der unteren und der oberen Oberfläche der lichtemittierenden Diode 31 über einen elektrisch leitenden Klebstoff bzw. einen Bonddraht 35f verbunden sind; und Zuleitungen 35d und 35e, die mit der Anode des ersten und des zweiten Photoempf ängers 30a bzw. 30b über Bonddräte 35g bzw. 35h zu verbinden sind. Die lichtemittierende Diode 31 ist an dem Endbereich der Zuleitung 35a auf dem Substrat 35 angebracht, um in Horizontalrichtung mit dem zentralen Durchgangsloch 39c des Photodetektor-Chips 39 ausgefluchtet zu sein. Die Verbindung zwischen der Kathode (der unteren Oberfläche) des Chips 39 und dem Ausgleichselement 43 erfolgt durch einen elektrisch leitenden Klebstoff. Im übrigen ist das Ausgleichselement 43 ausreichend dick, um zuzulassen, daß der Bonddraht 35f mit der oberen Oberfläche der Diode 31 verbunden wird, ohne mit der unteren Oberfläche des Photodetektor-Chips 39 in Kontakt zu gelangen.
Der Betrieb der Anordnung von Fig. 34 ist wie folgt. Das von der Diode 31 ausgehende Licht wird nach oben durch das Durchgangsloch 39c abgestrahlt, um an einer Spiegelfläche eines Objekts reflektiert zu werden. Damit ist der Betrieb im wesentlichen mit dem der ersten Ausführungsform (in Fig. 29 gezeigt) identisch, die die abgestufte konzentrische Photoempfänger-Konfiguration hat. Im Fall dieser zweiten Ausführungsform werden die elektrischen Verbindungen aber durch eine gedruckte Schaltung hergestellt, die auf einer einzigen Oberfläche des Substrats 35 gebildet ist. So wird der Zeit- und Arbeitsaufwand für die Ausbildung der Struktur oder der gedruckten Schaltung auf dem Substrat 35 und zum Anbringen der elektrischen Komponenten darauf verringert.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 37 und 38 der Zeichnung wird eine dritte Anordnung mit abgestufter konzentrischer Konfiguration der Photoempfänger beschrieben. Fig. 37 zeigt einen Vertikalschnitt davon, während Fig. 38 eine perspektivische Explosionsansicht davon ist.
Ein viereckiger plattenförmiger Photodetektor-Chip 39 trägt auf seiner oberen Oberfläche ringförmige erste und zweite Photoempf änger 30a und 30b, die mit der zentralen Durchgangsöffnung 39c des Chips 39 konzentrisch sind. Der Photodetektor-Chip 39 ist auf einem Substrat 35 über ein elektrisch leitendes Ausgleichselement 45 angebracht. Das viereckige plattenförmige Ausgleichselement 45 hat einen U- förmigen Ausschnitt 45a mit einer ausreichend großen Dimension, um eine viereckige plattenförmige lichtemittierende Diode 31 kontaktlos horizontal darin aufzunehmen. Auf der oberen Oberfläche des Substrats 35 ist eine gedruckte Schaltungsstruktur gebildet, die Zuleitungen 35j und 35k aufweist. Die lichtemittierende Diode 31 ist an dem Endbereich der Zuleitung 35j über einen elektrisch leitenden Klebstoff angebracht. Das Ausgleichselement 45 ist durch einen elektrisch leitenden Klebstoff an dem Endbereich der Zuleitung 35k angebracht, der eine entsprechende Form hat. Die untere Oberfläche des Photodetektor-Chips39, die seine Kathode bildet, ist über einen elektrisch leitenden Klebstoff mit der oberen Oberfläche des Ausgleichselements 45 und der oberen Oberfläche der lichtemittierenden Diode 31 verbunden.
So sind im Fall dieser Anordnung die Kathode des Photodetektor-Chips 39 und die lichtemittierende Oberfläche der Diode 31 elektrisch miteinander verbunden. Daher muß die Treiberschaltung dafür mit besonderer Sorgfalt ausgelegt sein. Fig. 39 zeigt ein Beispiel der Treiberschaltung für die lichtemittierende Diode 31 und die Photoempfänger (Photodioden) 30a und 30b. Die Diode 31 ist über einen Widerstand 55 mit einer Batterie 54 parallelgeschaltet. Andererseits sind die Photoempfänger 30a und 30b, deren Kathoden mit der positiven Klemme der Batterie 54 verbunden sind, an ihren Anoden mit dem invertierenden Eingang von Verstärkern 56a bzw. 56b verbunden. Die Ausgänge PD1 und PD2 der Verstärker 56a und 56b, die den Ausgang der Photoempfänger 30a bzw. 30b bilden, sind zu dem invertierenden Eingang der Verstärker 56a bzw. 56b über negative Rückkopplungswiderstände 57a bzw. 57b rückgeführt. Die nichtinvertierenden Eingänge der Verstärker 56a und 56b sind geerdet.
Wenn das von der Diode 31 ausgehende Licht auf die in Sperrrichtung vorgespannten Photodioden 30a und 30b abgestrahlt wird, fließt ein Sperrstrom, der zu der auftreffenden Lichtmenge proportional ist, durch jede der Photodioden 30a und 30b. Somit entsprechen die Ausgangssignale PD1 und PD2 der Lichtmenge, die auf die Photodioden 30a bzw. 30b auftrifft.

Bimorphe Betätigungseinheiten

(a) Typische Konstruktionen und ihre Nachteile

Bei der oben beschriebenen Bildplatten-Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung wird eine bimorphe Betätigungseinheit verwendet, um die Distanz zwischen dem Magnetkopf und der Aufzeichnungsfläche der Magnetplatte zu steuern. Fig. 40 zeigt eine typische Konstruktion der bimorphen Betätigungseinheit, die zum Treiben des Objektivs des optischen Kopfs verwendet wird. Dabei ist eine bimorphe Betätigungseinheit 61, die aus einem Paar von parallelen plattenförmigen bimorphen Elementen 61a und 61b besteht, an ihrem einen Ende an einem Abstützelement 60 festgelegt, und mit ihrem anderen Ende ist sie mit einem Objektivhalter 3c verbunden, an dem das Objektiv 3a des optischen Kopfs angebracht ist. Wie Fig. 41 zeigt, besteht jede bimorphe Platte 61a oder 61b aus einem Paar von piezoelektrischen plattenförmigen Elementen 62a und 62b und einem dazwischen gehaltenen elastischen Ausgleichselement 63. Das Ausgleichselement 63 besteht aus einem Metall wie Kupfer und wirkt außerdem als Elektrode für die piezoelektrischen Platten 62a und 62b. Zuleitungen 67 und 69 sind mit der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Platten 62a und 62b verbunden; eine Zuleitung 68 ist mit dem elektrisch leitenden Ausgleichselement 63 verbunden. So werden die piezoelektrischen Platten 62a und 62b in der Richtung ihrer Dicke polarisiert, wenn eine Treiberspannung über die Elektroden 67 bis 69 an sie angelegt wird. Die parallele Konstruktion der zwei bimorphen Platten 61a und 61b der Betätigungseinheit 61 soll die Neigung der Linse 3a in bezug auf die Horizontalrichtung minimieren.
Der Betrieb der bimorphen Betätigungseinheit 61 von Fig. 40 ist wie folgt. Wenn über die piezoelektrischen Platten 62a und 62b jeder der bimorphen Platten 61a und 61b der bimorphen Betätigungseinheit 61 durch die Zuleitungen 67 bis 69 eine Spannung auf solche Weise angelegt wird, daß die Elektroden 67 und 69 gleiche Polarität haben, wohingegen die Elektrode 68 entgegengesetzte Polarität hat, dehnt sich die eine der piezoelektrischen Platten 62a und 61b aus, und die andere kontrahiert; beispielsweise dehnt sich die obere Platte 62a aus, und die untere Platte 62b kontrahiert, wie horizontale Pfeile in Fig. 41 zeigen. Das elastische Ausgleichselement 63 jedoch, an dem die gegenüberliegenden Oberflächen der piezoelektrischen Platten 62a und 62b dauerhaft befestigt sind, ändert seine Länge nicht; somit werden die bimorphen Platten 61a und 61b nach unten in Richtung B1 gemäß Fig. 42 gebogen. Wenn dagegen die Polarität der angelegten Spannung umgekehrt wird, kontrahiert die obere piezoelektrische Platte 62a, und die untere Platte 62b dehnt sich aus; infolgedessen werden die bimorphen Platten 61a und 61b und damit die gesamte Betätigungseinheit 61 nach oben ausgelenkt. Der Fokussierfehler des Objektivs 3a wird beispielsweise von einem optischen Distanzdetektor detektiert, und die an die bimorphen Platten 61a und 61b angelegte Spannung wird nach Maßgabe des detektierten Fokussierfehlers gesteuert. Somit werden der Halter 3c und das daran angebrachte Objektiv 3a in der Vertikalrichtung B senkrecht zu der Aufzeichnungsfläche der Bildplatte nach Maßgabe des detektierten Fokussierfehlers angetrieben, und die Distanz zwischen der Linse 3a und der Aufzeichnungsfläche der Bildplatte wird so eingestellt, daß der Fokussierfehler zu Null gemacht wird.
Die oben beschriebene bimorphe Betätigungseinheit von Fig. 40 weist jedoch die folgenden Nachteile auf. Wie Fig. 42 zeigt, hat der Verstärkungsgrad (auf der Ordinate aufgetragen) der Betätigungseinheit, d. h. das Maß ihrer vertikalen Auslenkung oder Verlagerung relativ zu der darüber angelegten Spannung, hohe Peaks in bezug auf die Frequenz f (auf der Abszisse aufgetragen) der an die Betätigungseinheit angelegten Spannung, und zwar bei der relativ niedrigen zweiten, dritten und vierten Resonanzfrequenz f2, f3 und f4 zusätzlich zu der ersten oder niedrigsten Resonanzfrequenz f1. Wenn daher die Frequenz der über die bimorphen Platten 61a und 61b der Betätigungseinheit 61 angelegten Spannung in den Bereich gelangt, in dem die höheren Resonanzfrequenzen f2, f3 usw. liegen, wird das Maß der Auslenkung der Betätigungseinheit oder ihre Schwingungsamplitude bei diesen höheren Resonanzfrequenzen abrup groß. Infolgedessen muß der Frequenzbereich der Betätigungseinheit 61 innerhalb eines Bereichs begrenzt sein, der unterhalb und außerhalb der höheren Resonanzfrequenzen liegt. Außerdem ist bei der Konstruktion, bei der die bimorphen Platten 61a und 61b parallel zueinander verlaufen, der Montagevorgang ein zeitund arbeitsaufwendiger Prozeß. Die gleiche Konstruktion begrenzt ferner das Maß der vertikalen Verlagerung der Linse 3a, das durch die Auslenkung der Betätigungseinheit 61 erreicht werden kann.
Fig. 43 zeigt andererseits eine typische Konstruktion einer bimorphen Betätigungseinheit zum Treiben des Magnetkopfs 8 einer Bildplatten-Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung. Die Betätigungseinheit von Fig. 43 gleicht derjenigen, die oben in Verbindung mit einer Ausführungsform einer Bildplatten- Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung mit bimorpher Betätigungseinheit zum Treiben des Magnetkopfs beschrieben wurde. Dabei weist die Betätigungseinheit 9 von Fig. 43 ein Paar piezoelektrische plattenförmige Elemente 9a und 9b, die an ihren Oberflächen Elektroden haben, und eine dazwischen dauerhaft gehaltene elektrisch leitende Platte 9c auf. Zwischen einem Paar von Halteplatten 6a ist das Schwingungszentrum der bimorphen Betätigungseinheit 9 von ihrer oberen und unteren Seite fest gehaltert. Der Magnetkopf 8 ist an dem freien Ende der Betätigungseinheit 8 angebracht, um der Auf zeichnungsfläche der Bildplatte 1 gegenüberzustehen.
Wie vorher unter Bezugnahme auf die Fig. 7 bis 9 usw. beschrieben wurde, wird die Distanz zwischen dem Magnetkopf 8 und der Oberfläche der Platte 1 von einem Distanzdetektor (nicht gezeigt) detektiert, der ein Distanzsignal Z an den Treiberkreis 96 liefert, der die Betätigungseinheit 9 antreibt. Der Treiberkreis 96 gibt eine Spannung V aufgrund des Distanzsignals Z an einen Anschluß 95 ab, der mit der Elektrode an der oberen Oberfläche der oberen piezoelektrischen Platte 9a und mit der Elektrode an der unteren Oberfläche der unteren piezoelektrischen Platte 9b verbunden ist. Der Anschluß 94, der mit der elektrisch leitenden Platte 9c verbunden ist, ist geerdet. Somit wird eine von dem Treiberkreis 96 abgegebene Spannung V, die dem Distanzfehler zwischen dem Magnetkopf 8 und der Aufzeichnungsfläche der Platte 1 entspricht, über die piezoelektrischen Platten 9a und 9b der Betätigungseinheit 9 angelegt. Daraufhin wird die Betätigungseinheit 9 in Richtung B senkrecht zu der Aufzeichnungsfläche der Platte 1 ausgelenkt, um die Distanz zwischen dem Kopf 8 und der Platte 1 auf einem vorbestimmten gleichbleibenden Wert zu halten. Da Konstruktion und Betrieb der Bildplatten-Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung bereits beschrieben wurden, ist eine weitere Erläuterung der Vorrichtung unnötig.
Das Distanzsignal Z ändert sich bei verschiedenen Frequenzen; so wird die ihm entsprechende Spannung Z zu einer Wechselspannung mit derselben Frequenz wie das Distanzsignal Z; Diese Spannung V, die von dem Treiberkreis 96 abgegeben wird, wird an die Betätigungseinheit 9 angelegt. Daher ist die Betätigungseinheit von Fig. 43 mit dem gleichen Nachteil wie die Betätigungseinheit von Fig. 40 in bezug auf die Frequenzcharakteristiken ihres Verstärkungsgrads (d. h. des Maßes der Verlagerung oder Auslenkung der Betätigungseinheit relativ zu der daran angelegten Spannung) behattet. Fig. 44 zeigt ein Beispiel der Beziehung zwischen der Frequenz f (auf der Abszisse aufgetragen) und dem Maß oder Betrag der Verlagerung der Betätigungseinheit (entlang der Ordinate aufgetragen), wobei diese Beziehung primär durch die Dimension und die mechanischen Eigenschaften der Betätigungseinheit bestimmt ist. Wie die Figur zeigt, hat das Verlagerungsmaß hohe Peaks bei einer relativ niedrigen zweiten und dritten Resonanzfrequenz f2 und f3 zusätzlich zu der ersten oder niedrigsten Resonanzfrequenz f1. Wenn daher die Frequenz der über die Betätigungseinheit 9 angelegten Spannung in den Bereich gelangt, in dem die höheren Resonanzfrequenzen f2, f3 liegen, wird das Maß der Auslenkung der Betätigungseinheit oder ihre Schwingungsamplitude bei diesen höheren Resonanzfrequenzen unerwünscht groß. Infolgedessen muß der Frequenzbereich der Betätigungseinheit 9 innerhalb eines Bereichs begrenzt sein, der unterhalb und außerhalb der höheren Resonanzfrequenzen f2 und f3 liegt, die relativ niedrig sind.
Die vorstehenden Probleme der Betätigungseinheiten der Fig. 40 und 43 werden mit dem Prinzip der Erfindung mit zwei Methoden gelöst: erstens durch eine spezielle Geometrie der bimorphen Betätigungseinheit selbst und zweitens durch Vorsehen einer Schaltung zur Unterdrückung der Resonanzfrequenzanteile höherer Ordnung. Nachstehend werden Ausführungsformen der bimorphen Betätigungseinheit, die die vorstehenden Probleme nach diesen beiden Methoden lösen, in jeweiligen Unterabschnitten beschrieben.

(b) Betätigungseinheiten mit einem Ausgleichselement mit einer speziellen Geometrie

Unter dieser Überschrift werden Ausführungsformen von bimorphen Betätigungseinheiten beschrieben, die ein elastisches Zwischen- bzw. Ausgleichselement mit einer speziellen Geometrie haben, die Schwingungen unerwünschter Schwingungsmoden wirkungsvoll unterdrückt. Bei diesen Ausführungsformen ist die Breite des Ausgleichselements in der Längsrichtung der plattenförmigen Betätigungseinheiten verschieden je nach der Funktion, die die Form eines Balkens hat, der in einer normalen freien Querschwingungsart schwingt, wie nachstehend im einzelnen erläutert wird.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 45 und 46 wird eine erste bimorphe Betätigungseinheit beschrieben, bei der das zwischen den piezoelektrischen plattenförmigen Elementen gehaltene Ausgleichselement eine spezielle Geometrie zur Unterdrückung von Schwingungen höherer Moden, die nicht die erste oder niedrigste Schwingungsart sind, hat. Die Betätigungseinheit 71 weist ein Paar von rechteckigen plattenförmigen piezoelektrischen Elementen 72 und 73 und ein dazwischen fest gehaltenes plattenförmiges elastisches Ausgleichselement 74 auf. Die Breite des Ausgleichselements 74 ist in bezug auf die Längsdistanz x veränderlich, was einer speziellen Funktion entspricht, die noch im einzelnen beschrieben wird. Die piezoelektrischen Platten 72 und 73 sind an ihren oberen und unteren Oberflächen mit Elektroden versehen und dadurch in ihrer Dickenrichtung polarisiert. Die Betätigungseinheit 71 ist an ihrem einen Ende von einem Abstützelement 60 fest abgestützt und mit ihrem freien Ende mit dem Halter 3c gekoppelt, der das Objektiv 3a trägt.
Die Breite b = b(x) des Ausgleichselements 74 ist auf die Längsdistanz x bezogen, die von der Seite des Abstützelements 60 ausgehend wie folgt gemessen ist: Y(x) sei die normale Funktion der ersten oder niedrigsten Art der freien natürlichen Querschwindung eines Balkens, der an seinen beiden Enden von einer festen Abstützung bzw. einer Rollenabstützung abgestützt ist. Dann ist die Form der Seiten des Ausgleichselements 74 auf solche Weise definiert, daß die Breite b = b(x) zu dieser Normalfunktion Y(x) umgekehrt proportional ist:
b(x) α 1/Y(x).
Die Normalfunktion Y(x) des ersten oder niedrigsten Schwingungsmodus kann wie folgt definiert werden: Die freie Eigenschwingung des Balkens in der Querrichtung (d. h. in einer zu der Längsachse des Balkens senkrechten Richtung) kann wie folgt geschrieben werden:
y(x,t) = Y(x) siin(ωt),
wobei y(x,t) das Maß der Auslenkung (d. h. der Querverlagerung) als eine Funktion der Längsdistanz x und der Zeit t repräsentiert und sin(ωt) eine Funktion nur der Zeit t ist. (ω ist die Winkelfrequenz der Schwingung.) Die Funktion Y(x) repräsentiert die Form des schwingenden Balkens als eine Funktion der Distanz x. Wenn der Balken in seinem niedrigsten oder ersten freien Eigenschwingungsmodus schwingt, wird die Funktion Y(x), die die Form des Balkens in einem solchen Schwingungsmodus repräsentiert, als die Normalfunktion des ersten oder niedrigsten Schwingungsmodus bezeichnet. Wie auf dem Gebiet der Schwingungsmechanik von Balken wohlbekannt ist, ist die Normalfunktion Y(x) des ersten oder niedrigsten Schwingungsmodus eines Balkens, der an seinen beiden Enden von einer festen bzw. einer Rollenabstützung abgestützt ist, durch die folgende Gleichung gegeben:
&Upsi;(x) = (cos β1 - cosh β1)(cosh βx - cos βx) + (sin β1 + sinh β1)(sinh βx - sin βx),
wobei 1 die Länge des Balkens in Längsrichtung ist und der Wert von β1 gegeben ist durch: β1 = 2,365.
Im Betrieb wird eine dem Fokussierfehler entsprechende Spannung über die piezoelektrischen Platten 72 und 73 der Betätigungseinheit 71 angelegt; somit wird die Betätigungseinheit 71 in der Richtung B ausgelenkt, um den Fokussierfehler der Linse 3a zu reduzieren. Da das Ausgleichselement 74 die oben beschriebene horizontale Form hat (d. h. da seine Breite b auf die Längsdistanz x gemäß der vorstehenden Definition bezogen ist) und ferner das Maß der Biegung eines Balkens an einem seitlichen Querschnitt davon zu dem Trägheitsmoment der Querschnittsfläche proportional und somit zu seiner Breite umgekehrt proportional ist unter der Voraussetzung, daß seine Dicke konstant ist, wird die Betätigungseinheit 71 in dem Schwingungsmodus eines Balkens, der an seinen beiden Enden von einer festen (d. h. eingebauten) bzw. einer Rollenabstützung abgestützt ist, ausgelenkt. Infolgedessen wird, wie Fig. 47 zeigt, der Objektivhalter 3c in der Richtung B verlagert, ohne gegenüber der Horizontalrichtung geneigt zu werden. Wie Fig. 48 zeigt, werden ferner dank der speziellen Geometrie des Ausgleichselements 74 höhere Resonanzpeaks f2, f3, f4 des Verstärkungsgrads (der Amplitude der Auslenkung in bezug auf die Treiberspannung), die freien Eigenschwingungen höherer Moden entsprechen, unterdrückt. Somit kann die Betätigungseinheit 71 in einem großen Frequenzbereich, der sich über die höheren Resonanzfrequenzen erstreckt, verwendet werden.
Bei der vorstehenden Betätigungseinheit ist die Breite b = b(x) des Ausgleichselements 74 auf die Längsdistanz x derart bezogen, daß sie zu der Normalfunktion des ersten Schwingungsmodus umgekehrt proportional ist. Fig. 49 zeigt eine zweite Betätigungseinheit, bei der die Breite b = b(x) des Ausgleichselements auf die Längsdistanz x derart bezogen ist, daß sie zu der Normalfunktion des zweiten Schwingungsmodus umgekehrt proportional ist. Dabei ist die Breite b = b(x) des Ausgleichselements 74 der Betätigungseinheit von Fig. 49 durch die nachstehende Gleichung gegeben:
b(x) α 1/Y(x)
wobei Y(x) die Normalfunktion des zweiten Modus der freien natürlichen Querschwingung eines Balkens ist, der an seinen beiden Enden von einer festen bzw. einer Rollenabstützung abgestützt ist. Wie Fig. 50 zeigt, werden daher die Peaks f1, f3 und f4 usw. des Verstärkungsmaßes der Betätigungseinheit 71 mit Ausnahme des zweiten Resonanzpeaks f2 unterdrückt; infolgedessen kann die sogenannte Resonanzfrequenz des Systems, f0, auf eine höhere Frequenz eingestellt werden.
Bei den oben beschriebenen ersten und zweiten Betätigungseinheiten ist die Breite b = b(x) des Ausgleichselements durch die Gleichung
b(x) α 1/Y(x)
vorgegeben, wobei Y(x) die Normalfunktion des ersten bzw. des zweiten Modus der freien natürlichen Querschwingung eines Balkens ist, der an seinen beiden Enden von einer festen bzw. einer Rollenabstützung abgestützt ist. Y(x) in der obigen Gleichung kann aber die Normalfunktion der dritten oder der vierten Schwingungsart oder eine Kombination von Normalfunktionen von zwei (oder mehr) Schwingungsmoden sein. Außerdem kann die in der obigen Gleichung verwendete Funktion Y(x) zur Definition der Breite b des Ausgleichselements als eine Funktion der Längsdistanz x die Normalfunktion eines Balkens sein, der an einem seiner Enden fest abgestützt, aber an seinem anderen Ende frei ist oder der an beiden Enden frei ist.
Fig. 51 zeigt eine Betätigungseinheit 71, deren Ausgleichselement 74 die gleiche Geometrie wie die der ersten Ausführungsform hat, die aber verwendet wird, um den das Objektiv 3a tragenden Halter 3c in der Richtung C senkrecht zu der optischen Achse der Linse 3a zu treiben. Daher steuert die Betätigungseinheit 71 den Spurfehler der Linse 3a. Für den Fachmann ist es einfach, ein Paar von Betätigungseinheiten zu kombinieren, und zwar eine für die Fokussier- und eine für die Spursteuerung, um eine Betätigungsanordnung zur Steuerung der Position der Linse 3a in zwei Richtungen zu erhalten.
Fig. 52 zeigt eine andere Betätigungseinheit 71, deren Ausgleichselement 74 die gleiche Geometrie wie die erste Ausführungsform hat, die aber zum Treiben eines Magnetkopf- Chips 8a einer Magnetband-Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung dient. Dabei ist ein Magnetkopf-Chip 8a an der unteren Oberfläche der Betätigungseinheit 71 angebracht. Die Betätigungseinheit 71 treibt den Magnetkopf-Chip 8a nach einem Prinzip ähnlich dem oben beschriebenen; so wird die Abweichung des Magnetkopf-Chips 8a von der Spur auf dem Magnetband durch die Betätigungseinheit 71 justiert, wobei der Verstärkungsgrad der Betätigungseinheit bei den höheren Resonanzfrequenzen im wesentlichen ausgeglichen ist.
Fig. 53 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der eine Betätigungseinheit 71, deren Ausgleichselement 74 die gleiche Geometrie wie die der ersten obigen Betätigungseinheit hat, zum Treiben eines Magnetkopfs einer magnetooptischen Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung verwendet wird. Dabei ist ein Magnetkopf 8 an der unteren Oberfläche der Betätigungseinheit 71 angebracht, um der magnetooptischen Platte 1 gegenüberzustehen. Ein Distanzdetektor (nicht gezeigt) detektiert die Distanz zwischen dem Magnetkopf 8 und der Platte 1; aufgrund der detektierten Distanz treibt die Betätigungseinheit 71 den Magnetkopf 8 nach einem Prinzip ähnlich dem oben beschriebenen, so daß der Distanzfehler zu Null gemacht werden kann.
Im übrigen ist im Fall der obigen Ausführungsformen ein Paar von piezoelektrischen Elementen 72 und 73 an der unteren und der oberen Oberfläche des Ausgleichselements 74 angebracht, um die bimorphe Betätigungseinheit 71 zu erhalten; eine bimorphe Betätigungseinheit gemäß der Erfindung kann aber auch erhalten werden, indem ein einziges piezoelektrisches Element an einer der Oberflächen des Ausgleichselements angebracht wird, das eine Geometrie hat, die die Schwingung bei unerwünschten Resonanzfrequenzen wirkungsvoll gemäß der Erfindung unterdrücken kann.
Die in diesem Unterkapitel beschriebenen bimorphen Betätigungseinheiten mit einem Ausgleichselement mit spezieller Geometrie, die zur Unterdrückung der unerwünschten Schwingungsmoden wirksam ist, bieten die nachstehenden Vorteile: Erstens können sie in einem weiten Frequenzbereich, der sich über die höheren Resonanzfrequenzen erstreckt, verwendet werden; zweitens sind sie fähig, ausgelenkt zu werden, ohne daß sie an ihrem freien Ende eine Schräglage annehmen, was sie besonders zur Verwendung als Betätigungseinheit zum Treiben der Objektivlinse eines optischen Kopfs usw. geeignet macht. Ferner sind sie im Vergleich mit der parallelen Paarkonstruktion von Fig. 40 einfach aufgebaut und können leichter zusammengefügt werden; außerdem erlauben sie an ihrem freien Ende ein größeres Maß an Auslenkung oder Verlagerung.

(c) Betätigungseinheiten mit einer Treiberspannungs- Modifikationsschaltung

Dieses Unterkapitel beschreibt Betätigungseinheiten, die mit einer einfachen Schaltung versehen sind, um die Treiberspannung der Betätigungseinheit zu unterdrücken, wenn die Schwingungsfrequenz der Betätigungseinheit sich unerwünschten Resonanzfrequenzen nähert. Fig. 54 zeigt eine erste Ausführungsform einer solchen Betätigungseinheit, die mit einer Treiberspannungs-Modifikationsschaltung versehen ist, wobei diese Ausführungsform der Betätigungseinheit gleicht, die im Unterabschnitt (a) unter Bezugnahme auf Fig. 43 beschrieben ist. Daher werden in beiden Figuren die gleichen Bezugszeichen verwendet, und die Beschreibung der Betätigungseinheit von Fig. 54 beschränkt sich auf die wesentlichen Punkte, die gegenüber der Betätigungseinheit von Fig. 43 verschieden sind.
Das obere piezoelektrische plattenförmige Element 9a der bimorphen Betätigungseinheit 9 hat einen viereckigen abgestuften Bereich oder eine Aussparung 9d, die an einer Ecke seiner oberen Oberfläche an dem frei schwingenden Ende der Betätigungseinheit 9 gebildet ist. Eine elektrische Zuleitung, die mit der Bodenfläche der Aussparung 9d gekoppelt ist, an der der Piezokristall des Elements 9a freiliegt, ist mit einem Anschluß 97 verbunden; der Anschluß 97 ist seinerseits mit dem Treiberkreis 96 der Betätigungseinheit verbunden, um eine der Beschleunigung des piezoelektrischen Elements 9a entsprechende Spannung C zu liefern.
Wie Fig. 55 zeigt, weist der Treiberkreis 96 zusätzlich zu der Ausgangsschaltung 96b eine Frequenzdetektierschaltung 96a zum Detektieren der Frequenz f der Beschleunigungsspannung C auf. Die Ausgangsschaltung 96b gibt eine Treiberspannung V für die Betätigungseinheit ab, die dem Distanzsignal Z entspricht, das wie erwähnt von einem Distanzdetektor 99 abgegeben wird, der die Distanz zwischen dem Magnetkopf 8 und der Aufzeichnungsfläche der Platte 1 detektiert; die Ausgangsschaltung 96b modifiziert jedoch den Pegel der Spannung V, wenn die Frequenz f der Beschleunigungsspannung C sich den höheren Resonanzfrequenzen (d. h. den Resonanzfrequenzen zweiter und dritter Ordnung f2 und f3) nähert oder gleich diesen wird. Wenn dabei die Frequenz F der Beschleunigungsspannung C sich den höheren Resonanzfrequenzen nähert oder ihnen gleich wird, bestimmt die Ausgangsschaltung 96b die Größe des Faktors, um den die Treiberspannung herabgesetzt werden muß, wenn der Verstärkungsgrad der Betätigungseinheit bei der Frequenz f nahe oder gleich den höheren Resonanzfrerquenzen f2 und f2 ausgeglichen werden soll. Entsprechend dem festgelegten Verringerungsfaktor verringert die Ausgangsschaltung 96b den Pegel der Spannung V.
Daher ist der Betrieb des Treiberkreises 96 identisch, wenn nicht die Frequenz der Schwingung der Betätigungseinheit 9 außerhalb der Nachbarschaft der höheren Resonanzfrequenzen der Betätigungseinheit 9 liegt. Wenn jedoch die Frequenz f der Beschleunigungsspannung C, die der Schwingungsfrequenz der Betätigungseinheit 9 entspricht, in die Nähe einer höheren Resonanzfrequenz gelangt, wird der Ausgangspegel der Spannung V, der auf der Basis des Distanzsignals Z festgelegt ist, um einen Faktor herabgesetzt, der auf der Basis der Frequenz f festgelegt wird. Wie Fig. 56 zeigt, wird also der Verstärkungsgrad, d. h. das Maß der Verlagerung in der Richtung B der Betätigungseinheit in bezug auf den Pegel der Treiberspannung V, bei den höheren Resonanzfrequenzen f2 und f3 ausgeglichen. Somit kann die Betätigungseinheit gemäß dieser Ausführungsform in einem großen Frequenzbereich, der sich über die höheren Resonanzfrequenzen erstreckt, verwendet werden. Ein Vorteil der Betätigungseinheit gemäß dieser usführungsform ist der folgende: Die piezoelektrische Keramik, die am Grund der Aussparung 9d freiliegt, wirkt als Beschleunigungssensor der Betätigungseinheit 9 und gibt unmittelbar eine Beschleunigungssignalspannung C ab; infolgedessen kann die Frequenz der Schwingung der Betätigungseinheit durch einen einfachen und billigen Schaltungsaufbau detektiert werden.
Fig. 57 zeigt eine andere Ausführungsform einer Betätigungseinheit 100 mit einer Aussparung 100d zur Abgabe eines Beschleunigungssignals; die Betätigungseinheit 100 wird verwendet, um den Halter 3c der Objektivlinse 3a einer magnetooptischen Platten-Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung zu haltern und zu treiben. Um eine Schräglage der Linse 3a in bezug auf die Horizontalrichtung bei der Verlagerung oder Auslenkung in der Vertikalrichtung B zu vermeiden, sind zwei plattenförmige parallele bimorphe Elemente 100a und 100b an einem Schwingungsmittelpunkt davon an Abstützelementen 6a fest gehaltert und sind an ihrem freien Ende mit dem Halter 3c gekoppelt. Die Aussparung 100d, die an dem oberen bimorphen Element 100a gebildet ist, ist wie im Fall der Betätigungseinheit von Fig. 55 mit einem Treiberkreis (nicht gezeigt) verbunden.

Bildplattenvorrichtung mit elektromagnetischer Betätigungseinheit

Vorstehend wurden Bildplattenvorrichtungen mit einer bimorphen Betätigungseinheit beschrieben. In dem vorliegenden Abschnitt werden Bildplatten-Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtungen mit einer elektromagnetischen Betätigungseinheit zum Einstellen der Position ihres Magnetkopfs beschrieben-Da die Bildplattenvorrichtungen, die hier beschrieben werden, hinsichtlich Aufbau und Betrieb mit Ausnahme ihrer elektromagnetischen Betätigungseinheiten den oben beschriebenen Bildplattenvorrichtungen gleichen, sind die folgenden Erläuterungen hauptsächlich auf ihre elektromagnetischen Betätigungseinheiten beschränkt. Elektromagnetische Betätigungseinheiten liegen außerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, können aber bei einer Ausführungsform der Erfindung verwendet werden.
Fig. 58 zeigt einen seitlichen Querschnitt durch eine erste Bildplattenvorrichtung mit einer elektromagnetischen Betätigungseinheit zum Treiben des Magnetkopfs. Die Vorrichtung umfaßt einen optischen Kopf 3, um einen Lichtstrahl (Laserstrahl) 4 auf die Platte 1 über ein Objektiv 3a und einen reflektierenden Spiegel 3d abzustrahlen. Der Lichtstrahl 4 wird an dem Punkt 5 auf der Aufzeichnungsfläche der Platte 1, auf der das Aufzeichnen von Information durchgeführt wird, konvergent gemacht.
Es soll nun der Aufbau der elektromagnetischen Betätigungseinheit von Fig. 58 beschrieben werden, die als perspektivische Explosionsansicht in Fig. 59 gezeigt ist (wobei zu beachten ist, daß die Teile in bezug auf ihre Positionen von Fig. 58 umgekehrt gezeigt sind). Die ortsfesten Bereiche der Betätigungseinheit weisen die folgenden Teile auf: ein zylindrisches Joch 108, das mit seinem oberen Ende fest an der Trägerbasis 16 der Bildplattenvorrichtung angebracht ist, wobei das Joch 108 eine ringförmige Vertiefung 108a hat, die in seiner Axialrichtung von der der Aufzeichnungsfläche der magneto-optischen Platte 1 gegenüberstehenden Endfläche ausgeht; ein ringförmiges Permanentmagnetelement 109, das an der nach radial innen weisenden Seitenfläche der in dem Joch 108 gebildeten Vertiefung 108a angebracht ist, wobei der Ringmagnet 109 in der Radialrichtung magnetisiert ist, um einen S- und einen N-Pol an seiner inneren bzw. seiner äußeren Seitenfläche zu haben; eine flache ringförmige magnetische Abschirmung 110 aus einem Magnetmaterial, die die ringförmige Öffnung der ringförmigen Vertiefung 108a des Jochs 108 im wesentlichen verschließt.
Die beweglichen Teile, die mit dem Magnetkopf 8 der Bildplattenvorrichtung bewegt werden, sind wie folgt aufgebaut. Ein hohlzylindrischer Spulenkörper 113, der an seiner außenseitigen Oberfläche eine Spule 114 trägt, ist über ein Paar von flachen ringförmigen elastischen Stützelementen 111 und 112 mit der nach radial innen weisenden Seitenf läche der Vertiefung 108a des Jochs 108 gekoppelt. An dem Ende des Spulenkörpers 113, das der Aufzeichnungsfläche der Platte 1 gegenübersteht, ist eine Substratplatte 115 angebracht, die den Magnetkopf 8 der Bildplattenvorrichtung trägt. Zusätzlich zu dem Magnetkopf 8 trägt die Substratplatte 115 auf der der Auf zeichnungsfläche der Bildplatte 1 gegenüberstehenden Oberfläche ein lichtemittierendes Element 116 und ein Lichtempfangselement 117, das in zwei Detektorteile unterteilt sind, wie Fig. 59 zeigt, wobei diese Elemente 116 und 117 gemeinsam einen optischen Distanzdetektor bilden, der die Distanz zwischen dem Magnetkopf 8 und der Aufzeichnungsfläche der Platte 1 detektiert.
Der Betrieb der Betätigungseinheit der Fig. 58 und 59 ist wie folgt. Wenn eine Aufzeichnung durchgeführt wird, wird der Magnetkopf 8 erregt, um ein Vormagnetisierungsfeld an dem Aufzeichnungspunkt der Platte 1 zu erzeugen, der von dem von dem optischen Kopf 3 abgestrahlten Lichtstrahl 4 erwärmt wird. Der Distanzfehler zwischen dem Magnetkopf 8 und der Aufzeichnungsfläche der Platte 1 wird von dem durch die Elemente 116 und 117 gebildeten optischen Distanzdetektor detektiert. Dabei wird von dem Element 116 ausgehendes Licht an der Platte 1 reflektiert und von dem Element 117 empfangen. Der Distanzfehler kann aus dem differentiellen Ausgangssignal der beiden Detektorteile des lichtempfangenden Elements 117 bestimmt werden. (Hinsichtlich Einzelheiten des Betriebs des optischen Distanzdetektors kann auf die obige Beschreibung der optischen Distanzdetektoren verwiesen werden.) Aufgrund des von dem Element 117 abgegebenen Distanzsignals Z liefert der Betätigungseinheit-Treiberkreis 114a einen Strom, dessen Größe dem Distanzfehler entspricht, an die auf dem Spulenkörper 113 angeordnete Spule 114. Mit Hilfe der zwischen der Spule 114 und dem Permanentmagneten 109 wirksamen elektromagnetischen Kraft wird der Spulenkörper 113 in seiner Axialrichtung angetrieben, um den auf dem Substrat 115 getragenen Magnetkopf 8 in der Richtung B senkrecht zu der Aufzeichnungsfläche der Platte 1 anzutreiben. Infolgedessen wird der Distanzfehler zwischen der Platte 1 und dem Magnetkopf 8 verringert, und der Magnetkopf 8 wird in einem gleichbleibenden Abstand von der Aufzeichnungsfläche der Platte 1 gehalten. Im übrigen verhindert die Abschirmung 110 den Austritt von Magnetfluß zu dem Magnetkopf 8 aus dem Magnetkreis, der aus dem Joch 108 und dem Permanentmagneten 109 gebildet ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 60 wird eine zweite Bildplattenvorrichtung mit einer elektromagnetischen Betätigungseinheit beschrieben. Die Vorrichtung ist mit derjenigen von Fig. 58 und 59 (in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen) identisch mit Ausnahme der folgenden Aspekte: Die Substratplatte 115, die den Magnetkopf 8 und den optischen Distanzdetektor (nicht gezeigt) trägt, ist an einem Ende des Spulenkörpers 113 über ein plattenförmiges Abstützelement 118 angebracht; das Abstützelement 118 ist an dem Ende des Spulenkörpers 113, das der Platte 1 gegenübersteht, angebracht. Ein Ausgleichsgewicht 119 ist an dem Ende des Elements 118 entgegengesetzt zu dem Ende, an dem die Substratplatte 115 angebracht ist, befestigt. Ferner ist der Spulenkörper 113 mit dem Joch 108 über ein einziges elastisches Stützelement 112 gekoppelt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 61 wird eine dritte Bildplattenvorrichtung mit einer elektromagnetischen Betätigungseinheit beschrieben. Die Vorrichtung ist mit derjenigen der Fig. 59 und 60 identisch (dabei sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet) mit Ausnahme der folgenden Aspekte: Die Substratplatte 115, die den Magnetkopf 8 und den optischen Distanzdetektor (nicht gezeigt) trägt, ist mit einem Ende eines elastischen Stützelements 121 verbunden, das seinerseits mit seinem anderen Ende mit einem Stützelement 120 gekoppelt ist, das an der Trägerbasis 6 befestigt ist. Daher ist der die Spule 114 tragende Spulenkörper 113 von den Elementen 120 und 121 über die mit einem Ende davon verbundene Substratplatte 115 abgestützt.
Für den Fachmann ist ersichtlich, daß viele Modifikationen an der Bildplatten-Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung mit einer Betätigungseinheit nach der Erfindung vorgenommen werden können. Beispielsweise kann anstelle der optischen Distanzdetektoren ein Distanzdetektor des Typs verwendet werden, der die elektrostatische Kapazität oder das Signal des optischen Kopfs zur Messung der Distanz nutzt. Ferner können die Betätigungseinheiten verwendet werden, um den Magnetkopf zu bewegen, um eine ausreichende Trennung zwischen dem Kopf und der Platte während des Be- und Entladens der Bildplatte vorzusehen. In einem solchen Fall wird der Magnetkopf von der Betätigungseinheit in einer von der Oberfläche der Platte wegführenden Richtung um eine Länge von ca. 3 bis 10 mm bewegt.
Vorstehend haben wir bestimmte Ausführungsformen der Erfindung in den einzelnen Kapiteln beschrieben und gezeigt, es versteht sich aber, daß viele Modifikationen ohne Abweichung vom Umfang der Erfindung vorgenommen werden können, und die anhängenden Patentansprüche sollen alle derartigen Modifikationen, die in den eigentlichen Umfang unserer Erfindung fallen, mit umfassen.

Claims

1. Optische Bildplattenvorrichtung, die fähig ist, Informationen auf einer magneto-optischen Platte (1), die eine Schicht aus Magnetmaterial aufweist, aufzuzeichnen und davon zu reproduzieren,

wobei die Vorrichtung folgendes aufweist:

eine optische Kopfeinrichtung (3), um einen Lichtstrahl auf eine Aufzeichnungsfläche (1a) der magneto-optischen Platte (1) zu richten;

eine Magnetkopfeinrichtung (8), um bei einem Aufzeichnungsvorgang ein Vormagnetisierungsfeld an einem Aufzeichnungspunkt auf der Aufzeichnungsfläche (1a) der magneto- optischen Platte (1) zu erzeugen, wobei dieser Punkt von einem von der optischen Kopfeinrichtung (3) abgestrahlten Lichtstrahl (5) erwärmt wird, um eine informationsaufzeichnung durch Umkehrung einer Magnetisierungsrichtung des von dem Lichtstrahl erwärmten Magnetmaterials zu bewirken, wobei die Reproduktion von Information erfolgt durch Richten eines Lichtstrahls (5) von der optischen Kopfeinrichtung (3) auf die magneto-optische Platte (1) und Empfangen eines von der Aufzeichnungsfläche der magneto-optischen Platte (1) reflektierten Lichts, um aus dem reflektierten Licht Informationen auszulesen; und

eine Einrichtung zum Positionieren der Magnetkopfeinrich tung (8);

dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniereinrichtung aufweist:

eine Distanzdetektiereinrichtung (14, 15, 16, 17; 18, 19) zum Detektieren der Distanz zwischen dem Magnetkopf (8) und der Aufzeichnungsfläche (1a) der magneto-optischen Platte (1);

eine bimorphe Betätigungseinheit (9, 71), die ein plattenförmiges piezoelektrisches bimorphes Element (9a, 9b) aufweist, an dessen freiem Ende die Magnetkopfeinrichtung (8) an gebracht ist, um der Aufzeichnungsfläche (1a) der magnetooptischen Platte (1) gegenüberzustehen; und

eine Betätigungseinheit-Treibereinrichtung (96), um die bimorphe Betätigungseinheit (9) nach Maßgabe der von der Distanzdetektiereinrichtung (14, 15, 16, 17; 18, 19) detektierten Distanz zu treiben, so daß ein Fehler dieser Distanz in bezug auf eine Solldistanz verringert wird.

2. Optische Bildplattenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Distanzdetektiereinrichtung (14, 15, 16, 17; 18, 19) einen optischen Distanzdetektor, der ein lichtemittierendes Element (14, 16; 18) umfaßt, und ein lichtempfindliches Element (15, 17; 19), das das von einer Oberfläche der Platte (1) reflektierte Licht empfängt, aufweist.

3. Optische Bildplattenvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das lichtempfindliche Element (15, 17) zwei Photoempfänger (15, 17) aufweist.

4. Optische Bildplattenvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Distanzdetektiereinrichtung (14, 15, 16, 17; 18, 19) die Distanz aus einem Differenzausgangswert der beiden Photoempfänger (15, 17) bestimmt.

5. Optische Bildplattenvorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei die bimorphe Betätigungseinheit (9, 71) ein plattenförmiges piezoelektrisches bimorphes Element (72, 73) umfaßt, das folgendes aufweist:

eine plattenförmige piezoelektrische Keramik (72, 73); und

ein plattenförmiges Absttitzelement (74) aus einem elektrisch leitfähigen metallischen Material, das an einer Oberfläche davon fest mit einer Oberfläche der piezoelektrischen Keramik (72, 73) verbunden ist, wobei das Abstützelement (74) eine Breite hat, die sich in bezug auf eine Längsdistanz von einem Ende eines freien Bereichs der Betätigungseinheit (71) ändert, so daß Schwingungsformen mit unerwunschten Resonanzfrequenzen unterdrückt werden.

6. Optische Bildplattenvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Breite des plattenförmigen Abstützelements (74) sich in bezug auf die Längsdistanz von einem Ende des freien Bereichs der Betätigungseinheit (71) in einer umgekehrt proportionalen Beziehung zu einer Normalfunktion einer ersten Form einer freien Eigenschwingung der Betätigungseinheit (71) ändert, so daß Schwingungsformen mit höheren Resonanzfrequenzen, die nicht die erste Schwingungsform sind, unterdrückt werden.

7. Optische Bildplattenvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Breite des plattenförmigen Abstützelements (74) sich in bezug auf die Längsdistanz von einem Ende des freien Bereichs der Betätigungseinheit (71) in einer umgekehrt proportionalen Beziehung zu einer Normalfunktion einer zweiten Form von freier Eigenschwingung der Betätigungseinheit (71) ändert, so daß Schwingungsformen, die nicht die zweite Schwingungsform sind, unterdrückt werden.

8. Optische Bildplattenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, wobei die Betätigungseinheit (9) ein plattenförmiges piezoelektrisches bimorphes Element (9a) aufweist, wobei an einer Oberfläche desselben eine Ausnehmung (9d) geformt ist, um eine piezoelektrische Keramik an einer Unterseite davon freizulegen, und die Betätigungseinheit-Treibereinrichtung (96) mit der Unterseite der Ausnehmung an dem piezoelektrischen bimorphen Element (9a) elektrisch gekoppelt ist,um eine Spannung zu empfangen, die einer Beschleunigung eines schwingenden Endes der Betätigungseinheit (9) entspricht, wobei die Betätigungseinheit-Treibereinrichtung (96) eine Treiberspannung der Betätigungseinheit (9) auf der Basis eines Pegels der Spannung, der der Beschleunigung des schwingenden Endes der Betätigungseinheit (9) entspricht, herabsetzt.

9. Bimorphe Betätigungseinheit (9; 100), um einen Magnetkopf einer optischen Bildplattenvorrichtung nach Anspruch 1 zu treiben, wobei die Betätigungseinheit folgendes aufweist:

ein plattenförmiges piezoelektrisches bimorphes Element (9a; 100a), das eine an einer Oberfläche davon gebildete Ausnehmung (9d; 100d) hat, um eine piezoelektrische Keramik des bimorphen Elements (9a; 100a) freizulegen;

eine Frequenzdetektiereinrichtung (96a), die mit der Ausnehmung (9d; 100d) des bimorphen Elements (9a; 100a) elektrisch gekoppelt ist, um eine Frequenz einer Spannung zu detektieren, die an der freigelegten piezoelektrischen Keramik des bimorphen Elements (9a; 100a) erzeugt wird;

eine Distanzdetektiereinrichtung (99), um eine Distanz zwischen dem Magnetkopf (8) der optischen Bildplattenvorrichtung und der magneto-optischen Platte (1) zu detektieren;

eine Betätigungseinheit-Treibereinrichtung (96), die mit der Distanzdetektiereinrichtung (99) und der Frequenzdetek iereinrichtung (96a) gekoppelt ist, um an das piezoelektrische bimorphe Element (9a; 100a) eine Betätigungseinheit-Treiberspannung abzugeben, die einer von der Distanzdetekiereinrichtung (99) detektierten Distanz entspricht, wobei die Betätigungseinheit-Treibereinrichtung (96) einen Pegel der Betätigungseinheit-Treibereinrichtung herabsetzt, wenn die Frequenz der an der freiliegenden piezoelektrischen Keramik des bimorphen Elements (9a; 100a) erzeugten Spannung in die Nähe einer von höheren Resonanzfrequenzen der Betätigungseinheit (9; 100) fällt, die nicht die erste Resonanzfrequenz sind, um dadurch eine Verstärkung der Betätigungseinheit (9; 100) bei solchen höheren Resonanzfrequenzen abzugleichen.

10. Bimorphe Betätigungseinheit (100) nach Anspruch 9, die ferner ein zweites plattenförmiges piezoelektrisches bimorphes Element (100b) aufweist, das parallel zu dem plattenförmigen piezoelektrischen bimorphen Element (100a) verläuft, an dessen einer Oberfläche eine Ausnehmung (100d) gebildet ist, die ein piezoelektrisches Keramikelement am Boden der Ausnehmung (100d) freilegt.

11. Optische Bildplattenvorrichtung, die fähig ist, Informationen auf einer magneto-optischen Platte (1), die eine Schicht aus Magnetmaterial aufweist, aufzuzeichnen und davon zu reproduzieren, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist:

eine optische Kopfeinrichtung (3), um einen Lichtstrahl (4) auf eine Aufzeichnungsfläche der magneto-optischen Platte (1) zu richten;

eine Magnetkopfeinrichtung (8), um bei einem Aufzeichnungsvorgang ein vormagnetisierungsfeld an einem Aufzeichnungspunkt (5) auf der Aufzeichnungsfläche der magneto- optischen Platte (1) zu erzeugen, wobei dieser Punkt (5) von einem von der optischen Kopfeinrichtung (3) abgestrahlten Lichtstrahl (4) erwärmt wird, um eine Informationsaufzeichnung durch Umkehrung einer Magnetisierungsrichtung des von dem Lichtstrahl (4) erwärmten Magnetmaterials zu bewirken, wobei eine Reproduktion von Informationen bewirkt wird durch Richten eines Lichtstrahls (4) von der optischen Kopfeinrichtung (3) auf die magneto-optische Platte (1) und Empfangen eines von der Aufzeichnungsfläche der magneto-optischen Platte (1) reflektierten Lichts, um aus dem reflektierten Licht aufgezeichnete Informationen auszulesen; und

eine Einrichtung zum Positionieren der Magnetkopfein richtung (8);

dadurch gekennzeichnet, daß die positioniereinrichtung folgendes aufweist:

eine Distanzdetektiereinrichtung (116, 117), um die Distanz zwischen dem Magnetkopf (8) und der Aufzeichnungsfläche der magneto-optischen Platte (1) zu detektieren;

eine elektromagnetische Betätigungseinheit (108, 109, 110, 111, 112, 113, 114, 115), die ein elektromagnetisch angetriebenes bewegliches Element (113, 114, 115) aufweist, an dem die Magnetkopfeinrichtung (8) angebracht ist, um der Aufzeichnungsfläche der magneto-optischen Platte (1) gegenüberzustehen; und

eine Betätigungseinheit-Treibereinrichtung (14a), um die elektromagnetische Betätigungseinheit nach Maßgabe der von der Distanzdetektiereinrichtung (116, 117) detektierten Distanz zu treiben, so daß ein Fehler dieser Distanz in bezug auf eine Soll-Distanz verringert wird

12. Optische Bildplattenvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die elektromagnetische Betätigungseinheit folgendes aufweist:

ein zylindrisches Joch (108), das mit einer Abstützbasis der optischen Bildplattenvorrichtung gekoppelt ist, wobei das Joch eine ringförmige Ausnehmung (108a) hat, die in einer Axialrichtung von seiner einen Endfläche verläuft, die einer Aufzeichnungsfläche der magneto-optischen Platte (1) gegenüberliegt;

einen ringförmigen Permanentmagneten (109), der an einer nach radial innen weisenden Seitenfläche der Ausnehmung des Jochs (108) angebracht ist, um einer nach radial außen weisenden Seitenfläche der Ausnehmung über einen vorbestimmten ringförmigen Zwischenraum gegenüberzuliegen;

einen hohlzylindrischen Spulenkörper (113), der in dem ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Permanentmagneten (109) und der nach radial außen weisenden Seitenfläche der Ausnehmung des Jochs (108) angeordnet ist;

eine Spule (114), die an einer außenseitigen Oberfläche des Spulenkörpers (113) getragen ist;

ein flaches ringförmiges magnetisches Abschirmelement (110), das eine ringförmige Öffnung der Ausnehmung des Jochs (108) im wesentlichen verschließt; und

ein Substratplattenelement (115), das an dem Spulenkörper (113) an einem Ende davon, das einer Aufzeichnungsfläche der magneto-optischen Platte (1) entgegengesetzt ist, befestigt ist, wobei der Magnetkopf (8) der optischen Bildplattenvor richtung an dem Substratplattenelement (115) angebracht ist, um der Aufzeichnungsfläche der magneto-optischen Platte (1) gegenüberzustehen.

13. Optische Bildplattenvorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Spulenkörper (113) mit der nach radial innen weisenden Seitenfläche der Ausnehmung des Jochs mittels eines ringförmigen elastischen Elements (111) elastisch gekoppelt ist.

14. Optische Bildplattenvorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Substratplattenelement (115) an dem genannten Ende des Spulenkörpers (113), das der Aufzeichnungsfläche der magneto-optischen Platte (1) entgegengesetzt ist, durch Zwischenfügung eines plattenförmigen Tragelements (118) befestigt ist, an dessen einem Ende das Substratplattenelement (115) angebracht ist.

15. Optische Bildplattenvorrichtung nach Anspruch 12, wobei das Substratplattenelement (115) mit einem Ende eines elastischen Tragelements (121) verbunden ist, das seinerseits von einer Abstützbasis (120) der optischen Bildplattenvorrichtung abgestützt ist.

16. Optischer Distanzdetektor, der angeordnet ist, um die Distanz zwischen dem Magnetkopf (8) und der Oberfläche der Platte (1) zu detektieren, zur Verwendung bei einer optischen Bildplattenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8 oder 11-15, wobei der Distanzdetektor folgendes aufweist:

eine Lichtquelleneinrichtung (31), um Licht auf die Oberfläche der Platte (1) zu richten;

eine erste optische Detektoreinrichtung (30a), um die Lichtmenge zu detektieren, die auf eine Lichtempfangsfläche davon nach Reflexion an der Oberfläche der Platte (1) fällt, wobei die Lichtempfangsfläche zu einer optischen Achse der Lichtquelleneinrichtung (31) im wesentlichen senkrecht ist;

eine zweite optische Detektoreinrichtung (30b), um die Lichtmenge zu detektieren, die auf eine Lichtempfangsfläche davon nach Reflexion an der Oberfläche der Platte (1) fällt, wobei die Lichtempfangsfläche der zweiten optischen Detektoreinrichtung (30b) auf einer Ebene liegt, auf der die Lichtempfangsfläche der ersten optischen Detektoreinrichtung (30a) liegt, und zwar in einer Position, die von der genannten optischen Achse der Lichtquelleneinrichtung (31) weiter entfernt ist als die Lichtempfangsfläche der ersten optischen Detektoreinrichtung (30a);

eine Subtraktionseinrichtung, die mit Ausgängen (PD1, PD2) der ersten und der zweiten optischen Detektoreinrichtung (30a, 30b) gekoppelt ist, um eine Differenz zwischen Ausgangssignalen der ersten und der zweiten optischen Detektoreinrichtung (30a, 30b) zu berechnen;

eine Additionseinrichtung, die mit Ausgängen (PD1, PD2) der ersten und der zweiten optischen Detektoreinrichtung gekoppelt ist, um eine Summe von Ausgangssignalen der ersten und der zweiten optischen Detektoreinrichtung (30a, 30b) zu berechnen; und

eine Normierungseinrichtung, die mit der Subtraktionseinrichtung und der Additionseinrichtung gekoppelt ist, um ein Verhältnis der genannten Differenz zwischen den Ausgangssignalen der ersten und der zweiten optischen Detektoreinrichtung (30a, 30b) zu der Summe der Ausgangssignale der ersten und der zweiten optischen Detektoreinrichtung (30a, 39b) zu berechnen;

wobei in einer Radialrichtung, die senkrecht zu der optischen Achse der Lichtquelle (31) ist, Abstände zwischen der Lichtquelleneinrichtung (31) und der ersten optischen Detektoreinrichtung (30a) sowie zwischen der ersten und der zweiten optischen Detektoreinrichtung (30a, 30b) sowie Flächen der ersten und der zweiten optischen Detektoreinrichtung (30a, 30b) auf solche Weise gewählt sind, daß in einem Meßbereich der gemessenen Distanz zwischen der Platte (1) und der optischen Distanzdetektiereinrichtung die Lichtmenge, die auf die Lichtempfangsfläche der ersten optischen Detektoreinrichtung (30a) fällt, mit zunehmender gemessener Distanz abnimmt, während die Lichtmenge, die auf die Lichtempfangsfläche der zweiten optischen Detektoreinrichtung (30b) fällt, mit zunehmender gemessener Distanz größer wird, so daß das von der Normierungseinrichtung berechnete Verhältnis der Differenz zwischen den Ausgangssignalen der ersten und der zweiten optischen Detektoreinrichtung (30a, 30b) zu der Summe der Ausgangssignale der ersten und der zweiten optischen Detektoreinrichtung (30a, 30b) sich im wesentlichen linear in bezug auf die gemessene Distanz ändert.

17. Optische Distanzdetektiereinrichtung nach Anspruch 16, wobei die Ausgangssignale der ersten und der zweiten optischen Detektoreinrichtung (30a, 30b) bei einem Sollwert der gemessenen Distanz einander gleich werden, so daß das von der Normierungseinrichtung berechnete Verhältnis der Differenz zwischen den Ausgangssignalen der ersten und der zweiten optischen Detektoreinrichtung (30a, 30b) zu der Summe der Ausgangssignale der ersten und der zweiten optischen Detektoreinrichtung (30a, 30b) einer Abweichung der gemessenen Distanz von ihrem Sollwert entspricht.

18. Optische Distanzdetektiereinrichtung nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Lichtempfangsflächen der ersten und der zweiten optischen Detektoreinrichtung (30a, 30b) Flächen aufweisen, die konzentrisch um die optische Achse der Lichtquelleneinrichtung (31) herum angeordnet sind.

19. Optische Distanzdetektiereinrichtung nach einem der Ansprüche 16-18, wobei die Lichtempfangsflächen der ersten und der zweiten optischen Detektoreinrichtung (30a, 30b) in bezug auf eine lichtemittierende Fläche der Lichtquelleneinrichtung (31) in Richtung der optischen Achse der Lichtquelleneinrichtung (31) zu der reflektierenden Oberfläche des Objekts hin vorwärts abgestuft sind.

20. Optische Distanzdetektiereinrichtung nach Anspruch 19, wobei eine Höhe der Stufe zwischen den Lichtempfangsflächen der optischen Detektoreinrichtungen (30a, 30b) und der