DE68926717T2

DE68926717T2 - Optischer Abstandsdetektor

Info

Publication number: DE68926717T2
Application number: DE68926717T
Authority: DE
Inventors: Konjiro Kime; Hajime Nakajima; Keiji Nakamura; Isao Watanabe
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-04-06
Filing date: 1989-04-03
Publication date: 1997-01-23
Anticipated expiration: 2009-04-04
Also published as: US5247493A; EP0555943A2; DE68921087T4; EP0555943A3; EP0336687B1; EP0555943B1; DE68921087T2; EP0336687A3; DE68921087D1; EP0336687A2; DE68926717D1

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 Magnetmatenais 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 1bis 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 Radial richtung 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 Nagnetfeldstärke 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 Wirkungs grad 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.
US-A-4 412 746 zeigt einen optischen Distanzdetektor mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Hauptaufgabe der Erfindung, einer Bildplattenaufzeichnungs- und -wiedergabevorrichtung zu ermöglichen, die Distanz zwischen dem Magnetkopf und der Platte auf einem konstanten Sollwert zu halten.
In dieser Hinsicht ist es sehr wichtig, die Distanz zwischen dem Kopf und der Platte zu detektieren, um sie richtig steuern zu können. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen optischen Distanzdetektor anzugeben, der geeignet ist, um die Distanz zwischen dem Kopf und der Platte präzise zu messen.
Dazu sieht die Erfindung einen optischen Distanzdetektor vor, wie er in Anspruch 1 angegeben ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lichtempfangsfläche der beiden optischen Detektoren konzentrisch um die optische Achse der Lichtquelle herum angeordnet. Es wird ferner bevorzugt, daß die Lichtempfangsflächen der beiden optischen Detektoren ausgehend von der lichtemittierenden Oberfläche der Lichtquelle in der Richtung der optischen Achse der Lichtquelle zu der Reflexionsfläche des Objekts abgestuft sind, so daß eine Trennung zwischen der lichtemittierenden Oberfläche des ersten optischen Detektors in der zu der optischen Achse der Lichtquelle senkrechten Richtung so klein wie gewünscht gemacht werden kann. Weitere bevorzugte Merkmale sind in den Unteransprüchen angegeben.

KURZE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Seitenansicht einer herkömmlichen Bildplatten-Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung;
Fig. 2 zeigt 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 zeigt 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 ist eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht, die aber eine Bildplattenvorrichtung der Erfindung mit einer bimorphen Betätigungseinheit für den Magnetkopf zeigt;
Fig. 5 ist eine Perspektivansicht der bimorphen Betätigungseinheit der Bildplattenvorrichtung von Fig. 4;
Fig. 6 ist eine vergrößerte schematische Schnittansicht eines Aufzeichnungsbereichs der Bildplatten- Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung von Fig. 4 im Betrieb;
Fig. 7 ist eine Perspektivansicht einer optischen Distanzdetektoranordnung einer Bildplattenvorrichtung der Erfindung;
Fig. 8 und 9 sind Seitenansichten eines optischen Distanzdetektors von Fig. 7 im Betrieb;
Fig. 10 zeigt eine Beziehung zwischen der Änderung der Magnetkopfdistanz und der Änderung der Stärke des Magnetfelds, das an dem Aufzeichnungspunkt erzeugt wird;
Fig. 11 ist eine der Fig. 9 ähnliche Ansicht, die aber eine andere Ausführungsform eines optischen Distanzdetektors einer Bildplatten-Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung der Erfindung zeigt;
Fig. 12 ist eine Seitenansicht eines optischen Distanzdetektors von Fig. 11 im Betrieb;
Fig. 13 zeigt die Beziehungen zwischen der Lage der zwei Teile des Lichtempfangselements des optischen Distanzdetektors von Fig. 11 und der Intensität des darauf auftreffenden Lichts, in den beiden Fällen einer großen und einer kleinen gemessenen Distanz;
Fig. 14 zeigt die Beziehung zwischen der gemessenen Distanz und dem differentiellen Ausgangssignal der beiden Teile des Lichtempfangselements des optischen Distanzdetektors von Fig. 11;
Fig. 15 ist ein Axialschnitt eines typischen optischen Distanzdetektors;
Fig. 16 zeigt die Beziehung zwischen der gemessenen Distanz und der Stärke des Lichts, das auf den Photoempfänger des optischen Distanzdetektors von Fig. 15 auftrifft;
Fig. 17 ist eine Grundgeometrie der lichtemittierenden Diode und der Photoempfänger eines optischen Distanzdetektors, der zur Verwendung bei einer Ausführungsform der Erfindung geeignet ist;
Fig. 18 zeigt 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 zeigt die Beziehungen zwischen der gemessenen Distanz und der Intensität des auf den ersten bzw. den zweiten Photoempfänger von Fig. 17 auftreffenden Lichts;
Fig. 20 zeigt die Beziehungen zwischen der gemessenen Distanz und den Ausgangssignalen der Photoempfänger von Fig. 17 in deren Meßbereich;
Fig. 21 ist ein schematisches Schaltbild zum Berechnen eines normalisierten differentiellen Ausgangswerts der beiden Photoempfänger des optischen Distanzdetektors von Fig. 17;
Fig. 22 zeigt die Beziehung zwischen der gemessenen Distanz und dem von der Schaltung von Fig. 21 berechneten normalisierten differentiellen Ausgangswert;
Fig. 23 und 24 sind Draufsichten auf die konzentrischen Anordnungen von Photoempfängern eines optischen Distanzdetektors gemäß der Erfindung;
Fig. 25 zeigt eine abgestufte Konfiguration der Photoempfänger eines optischen Distanzdetektors gemäß der Erfindung, wobei Fig. 25(a) eine Seitenansicht davon und Fig. 25(b) eine Draufsicht darauf zeigen;
Fig. 26 ist eine Draufsicht auf das Substrat des optischen Distanzdetektors von Fig. 25;
Fig. 27 ist eine Seitenansicht des Detektors von Fig. 26 im Betrieb;
Fig. 28 zeigt einen Bereich einer Bildplattenvorrichtung, wobei ein optischer Distanzdetektor ähnlich dem von Fig. 26 vorgesehen ist, wobei Fig. 28(a) eine Draufsicht darauf ist, während Fig. 28(b) eine seitliche Schnittansicht davon ist;
Fig. 29 zeigt eine abgestufte konzentrische Konfiguration der Photoempfänger eines optischen Distanzdetektors gemäß der Erfindung, wobei Fig. 29(a) eine 1 Draufsicht und Fig. 29(b) eine Seitenansicht davon ist;
Fig. 30 sind Ansichten der Ober- und der Unterseite des Abstandshalters des Distanzdetektors von Fig. 29;
Fig. 31 zeigt die Unterseite des Abstandshalters von Fig. 30, an der die lichternittierende Diode angebracht ist;
Fig. 32 und 33 zeigen 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 zeigt eine Stufenkonf iguration der Photoempfänger eines optischen Distanzdetektors gemäß der Erfindung ähnlich derjenigen von Fig. 30, wobei Fig. 34(a) eine Draufsicht darauf und Fig. 34(b) eine seitliche Schnittansicht ist;
Fig. 35 (a),(b) sind eine Endansicht bzw. eine Draufsicht auf ein Abstandselement des optischen Distanzdetektors von Fig. 34;
Fig. 36 ist eine Draufsicht auf das Substrat des optischen Distanzdetektors von Fig. 34;
Fig. 37 ist eine seitliche Schnittansicht einer weiteren abgestuften konzentrischen Konfiguration der Photoempfänger eines optischen Distanzdetektors gemäß der Erfindung;
Fig. 38 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Konfiguration der Photoempfänger von Fig. 37; und
Fig. 39 ist ein Schaltbild, das die Schaltung zum Treiben der lichtemittierenden Diode und der Photoempfänger des optischen Distanzdetektors von Fig. 37 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 unter entsprechenden Überschriften erläutert.

Bildplattenvorrichtung

Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 6 der Zeichnungen wird ein erstes Beispiel einer optischen (genauer einer magnetooptischen) Aufzeichnungs/Wiedergabe-Plattenvorrichtung beschrieben. Dieses Beispiel 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.
Das Objektiv 3a in dem optischen Kopf 3 wird in der Fokus sierrichtung 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 lb, auf der das Aufzeichnen von Information erfolgt, und ein Substrat la 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 Ausführungsformen von optischen Distanzdetektoren zur Verwendung mit magnetooptischen Aufzeichnungs/Wiedergabe-Plattenvorrichtungen beschrieben. Weitere Ausführungsformen von optischen 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.
Zuerst wird unter Bezugnahme auf die Fig. 7 bis 9 der Zeichnungen eine Ausführungsform eines optischen Distanzdetektors einer Bildplatten-Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung gemäß 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 AH 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 lichtempf indlichen 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 Ausführungsformen von optischen Distanzdetektoren

Nachstehend werden weitere Ausführungsformen von optischen 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 unten 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 reflek tiert 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 eine Ausführungsform eines Distanzdetektors beschrieben, der den Grundaufbau und die Organisation der optischen Distanzdetektoren gemäß dem Prinzip der Erfindung zeigt. Die Beschreibung des Grundaufbaus und der Organisation unter der vorstehenden Überschrift (b) gilt für die nachstehend unter den Überschriften (c) bis (e) beschriebenen Ausführungs formen, wenn entweder nichts anderes gesagt ist oder aus der Beschreibung ersichtlich ist, daß der Grundaufbau und die Organisation auf die spezielle Ausführungsform nicht zutreffen.
Wie Fig. 17 zeigt, weist der optische Distanzdetektor eine lichtemittierende Diode 31, die die Lichtquelle bildet, und einen ersten und einen zweiten Photoempfänger (Photodioden) 30a und 30b auf. Bei dieser Ausführungsform ist die lichtemittierende Diode 31 auf derselben Ebene angeordnet, auf der die Photoempfänger 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 Photoempfänger 30a aus einem nachstehend erläuterten Grund.
Der Distanzdetektor von Fig. 17 funktioniert wie folgt. Die lichtemittierende Diode 31 wird mit einem konstanten Aus gangspegel 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 lichternittierenden 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 darauffallenden 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 gl und 92 zwischen der Diode 31 und dem Photoempfänger 30a bzw. zwischen den Photoempfängern 30a und 30b oder die Breiten wl 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 Lichts 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 3ob auftreffenden Lichts mit zunehmender Distanz F zunimmt Es ist ein Merkmal der Erfindung, 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 Ände rungsbereich 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 = PD1 + 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 zuneh mender 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 Reflexionsverrnögens 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 gl und 92 und die Dimensionen der Photoempfänger 30a und 30b, w1, 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 92 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 92 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 eine andere Ausführungsform eines optischen Distanzdetektors, 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 eine andere Ausführungsform 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 konzen trisch 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 Photoempfängers, kleingemacht 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 Ele mente 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 lichtemittie rende 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 359 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 plattenför migen 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 reflek tiert, 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 Ausführungsform fähig, extrem kleine Distanzen präzise zu messen.
Fig. 28 zeigt eine Ausführungsform, 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 zwi schen 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 Distanzdetek tor 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. Der optische Distanzdetektor gemäß der obigen Ausführungsform genügt 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 lichternittierende 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 Ausführungsformen mit abgestufter konzentrischer Konfiguration beschrieben werden, mit denen die elektrischen Verbindungen leicht hergestellt werden können und die Messung einer kleinen Distanz prazise und effizient erfolgen kann.
Fig. 29 zeigt eine erste Ausführungsforrn der stufenförmigen konzentrischen Konfiguration der.Photoempfänger, 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 mitihrer oberen lichtemittierenden Oberfläche an der unteren Oberfläche des Ausgleichselements 40 in Überdeckung 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.
Elektrische 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 Züleitungen 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 Photoempfänger 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 Ausführungsforrn 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 Photoempfänger 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 Photoempfängers 30a bzw. 30b über Bonddräte 359 bzw. 35h zu verbinden sind. Die lichtemittierende Diode 31 ist an dem Endbereich der Zuleitung 35a auf dem Substrat angebracht, um in Horizontalrichtung mit dem zentralen Durchgangsloch 39c des Photodetektor-Chips 39 ausgefluchtet zu sein. Die Verbindung zwischender 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-Konf iguration 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 Ausführungsform mit äbgestufter 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 Photoempfänger 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 Uförmigen 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-Chips 39, 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 Ausführungsform 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 Licht menge 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.

Claims

1. Optischer Distanzdetektor zum Detektieren einer Distanz zwischen dem optischen Distanzdetektor (8) und einer Reflexionsfläche eines Objekts (1), wobei der Distanzdetektor folgendes aufweist:

eine Lichtquelleneinrichtung (31), um Licht zu der Reflexionsfläche des Objekts abzustrahlen;

eine erste optische Detektoreinrichtung (30a) zum Detektieren einer Lichtmenge, die nach Reflexion an der Reflexionsfläche des Objekts (1) auf eine Lichtempfangsfläche der Detektoreinrichtung fällt, wobei die Lichtempfangsfläche zu der optischen Achse der Lichtquelleneinrichtung (31) im wesentlichen senkrecht ist;

eine zweite optische Detektoreinrichtung (30b) zum Detek tieren einer Lichtmenge, die nach Reflexion an der Reflexionsfläche des Objekts (1) auf eine Lichtempfangsfläche der Detektoreinrichtung fällt;

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

wobei räumliche Abstände, in einer zu der optischen Achse der Lichtquelle (31) radialen Richtung, zwischen der Lichtquelleneinrichtung (31) und der ersten optischen Detektoreinrichtung (30a) und zwischen der ersten und zweiten optischen Detektoreinrichtung (30a, 30b) und Flächen der ersten und zweiten optischen Detektoreinrichtung (30a, 30b) auf solche Weise gewählt sind, daß in einem Meßbereich der gemessenen Distanz zwischen dem Objekt (1) und dem optischen Distanzdetektor die auf die Lichtempfangsfläche der ersten optischen Detektoreinrichtung (30a) fallende Lichtmenge mit zunehmender gemessener Distanz abnimmt, wohingegen die auf die Lichtempfangsfläche der zweiten optischen Detektoreinrichtung (30b) fallende Lichtmenge mit zunehmender gemessener Distanz zunimmt; gekennzeichnet durch

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

und

eine Normalisiereinrichtung, die mit der Subtrahiereinrichtung und der Addiereinrichtung gekoppelt ist, um das Verhältnis der Differenz zwischen den Ausgangssignalen der ersten und zweiten optischen Detektoreinrichtung (30a, 30b) zu der Summe der Ausgangssignale der ersten und zweiten optischen Detektoreinrichtung (30a, 30b) zu berechnen;

wobei die Lichtempfangsfläche der zweiten optischen Detektoreinrichtung (30b) auf einer Ebene liegt, auf der die Lichtempfangsfläche der ersten optischen Detektoreinrichtung (30a) liegt, und zwar an einer Position, die von der optischen Achse der Lichtquelleneinrichtung (31) weiter entfernt ist als die Lichtempfangsfläche der ersten optischen Detektoreinrichtung (30a); und

wobei das von der Normalisiereinrichtung berechnete Verhältnis der Differenz zwischen den Ausgangssignalen der ersten und zweiten optischen Detektoreinrichtung (30a, 30b) zu der Summe der Ausgangssignale der ersten und zweiten optischen Detektoreinrichtung (30a, 30b) sich in bezug auf die gemessene Distanz im wesentlichen linear ändert.

2. Optischer Distanzdetektor nach Anspruch 1, wobei die Ausgangssignale der ersten und zweiten optischen Detektoreinrichtung (30a, 30b) bei einem Sollwert der gemessenen Distanz einander gleich werden, so daß das von der Normalisiereinrichtung berechnete Verhältnis der Differenz zwischen den Ausgangssignalen der ersten und zweiten optischen Detektoreinrichtung (30a, 30b) zu der Summe der Ausgangssignale der ersten und zweiten optischen Detektoreinrichtung (30a, 30b) einer Abweichung der gemessenen Distanz von ihrem Sollwert entspricht.

3. Optischer Distanzdetektor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lichtempfangsflächen der ersten und zweiten optischen Detektoreinrichtung (30a, 30b) Flächen aufweisen, die um die optische Achse der Lichtquelleneinrichtung (31) herum konzentrisch angeordnet sind.

2. Optischer Distanzdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Lichtempfangsflächen der ersten und zweiten optischen Detektoreinrichtung (30a, 30b) in bezug auf eine lichtaussendende Oberfläche der Lichtquelleneinrichtung (31) in Richtung der optischen Achse der Lichtquelleneinrichtung (31) zu der Reflexionsfläche des Objekts hin vorwärts abgestuft sind.

5. Optischer Distanzdetektor nach Anspruch 4, wobei die Höhe der Abstufung zwischen den Lichtempfangsflächen der opti schen Detektoreinrichtungen (30a, 30b) und der lichtaussendenden Oberfläche der Lichtquelleneinrichtung (31) in Richtung der optischen Achse der Lichtquelleneinrichtung größer als die Dicke der ersten und zweiten optischen Detektoreinrichtung (30a, 30b) in Richtung der optischen Achse der Lichtquelleneinrichtung (31) ist.