JPH02156105A

JPH02156105A - 微小すきま測定装置

Info

Publication number: JPH02156105A
Application number: JP30887488A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Koshimoto; 越本　泰弘; Toshibumi Okubo; 俊文大久保; Yasuhide Nishida; 西田　安秀; Junichi Kishigami; 順一岸上; Tomoyuki Toshima; 戸島　知之; Toshitake Sato; 勇武佐藤; Kenji Kogure; 木暮　賢司; Takao Kakizaki; 隆夫柿崎
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1988-12-08
Filing date: 1988-12-08
Publication date: 1990-06-15
Anticipated expiration: 2013-01-14
Also published as: JP2696366B2

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、浮上形磁気ヘッドの浮上すきま等の微小すき
まを測定する装置に関し、特に光干渉強度を検出するこ
とにより微小すきまを動的に、短時間にかつ高精度に測
定できるようにした微小すきま測定装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、磁気ディスク用の浮動ヘッドの浮上すきまをチエ
ツクするには、該ヘッドを透明なガラス円板などの上で
浮上させ、白色干渉による干渉色彩を観察することによ
って行うていた〔参考文献：Ｃ，Ｌｉｎ　ａｎｄ　Ｒ，
Ｆ、５ｕｌｌｉｖａｎ　Ａｎ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
　ｏｆ　ＷｈｉｔｅＬｉｇｈｔ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍ
ｅｔｒｙ　ｉｎ　Ｔｈ１ｎ　Ｆｉｌａ＋　Ｍｅａｓｕｒ
ｅｍｅｎｔｓＩＢＭ　Ｊ、ＲＥＳ、Ｄｅｖｅｒｏｐ、Ｖ
ｏｌ１６　ｐ２６９　（１９７２）　）　。

この方法は通常の顕微鏡でヘッドの浮上状態を観察し、
別途形成した基準の色彩−すきま構成表と比較すること
により浮上すきまを評価して測定する方法である。この
方法は簡便でかつ短時間で測定できる特徴を有する反面
、すきまが０．３μｍ以下となる領域では色彩判別精度
が低下する欠点があった。

このため、小さい浮上すきま領域では単色光による光干
渉強度測定法が用いられる。この方法では、単一波長（
λ）での光干渉強度（Ｉ）と測定物のすきま（ｈ）とが
次式で表せることを利用している。

ｒ（λ）　　＝Ｓ１　＋３２−ｊ丁７翌ｘｃｏｓ（４π
ｈ　／λ）　　・ｉｌｌただし、５１＝ＳＯＸＮＩ　　　　　　Ｎ１：ｉ３３個板の反射
率Ｓ２＝　（ＳＯ−３ｌ）　ＸＮ２　　Ｎ２：ヘッド浮
上面の反射率ＳＯ：入射光強度つまり、Ｎｌ　、Ｎ２、ＳＯを定数とした場合、光干渉
強度（１）はすきま（ｈ）をファクタとした関数で表さ
れる。

光源としては単一波長光源或いは可変波長光源が用いら
れる。

単一波長光Ｓ＜たとえばレーザなど）を用いる場合には
、光の干渉強度（１）から浮上すきま（ｈ）を算出する
方法が行われる〔参考文献：　Ｊ、Ｍ。

Ｆｌｅｉｓｃｈｅｒ　ａｎｄ　Ｃ，Ｌｉｎ　Ｉｎｆｒａ
ｒｅｄ　Ｌａ５ｅｒ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒ。

ｒａｅｔｅｒ　ｆｏｒ　Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　Ａｉｒ−
Ｂｓａｒｉｎｇ　ＳｅｐａｒａＬｒｏｎＩＢＭ　Ｊ、Ｒ
ｅｓ、Ｄｅｖｅｒｏｐ、Ｖｏ１１８　ｐ５２９　（１９
７４）　）　、この方法では、微小すきま領域に光を集
光して信号を得ることができるため分解能・測定精度が
高いという長所を有する。

他方、可変波長光源（たとえばモノクロメータなど）を
用いる場合には、光の干渉強度（１）が最大または最小
となる波長（λ）を見つけて浮上すきま（ｈ）を算出す
る方法が行われる〔参考文献：丸山「波長スキャン方式
を用いたスペーシング測定装置Ｊ昭和６０年度通信学会
部門全国大会陥５８．１９８５）。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが前者の単一の波長を用いる方法では、上記の長
所を有する反面、測定感度がなくなる領域、即ちすきま
の変化に対し干渉強度が変化しない領域（ｈ＝ｍλ／４
ｍ＝正整数）がすきまの大きさに対し周期的に発生し、
該周期に相当するすきまでは測定できない欠陥があった
。

また、後者は波長をスキャンするために回折格子などを
機械的に動かすため、数十秒から数分にわたる時間を要
する欠点があった。このため、例えば、起動・停止時の
ように、連続的に周速が変化し、それに連れて浮上すき
まが変化するような場合の動的な観測が不可能であった
。また、光源は白色光を分光して得るため、光量が弱く
なり微小領域の測定ではＳ／Ｎ　（信号雑音比）が劣化
する欠点もあった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、微小
すきまの絶対距離を高精度に、広い領域にわたり連続的
に測定することを可能とした微小すきま測定装置を提供
することである。

〔課題を解決するための手段〕

このために本発明は、少なくとも一方が透明な２つの物
質の間に形成される微小すきまに上記透明な物質の側か
ら光を照射して、上記２つの物質間で反射され相互に干
渉された光の強度を検出することにより、上記微小すき
まの寸法を計測する微小すきま測定装置において、上記光を照射すると共に上記干渉光を検出する１個の光
学系に、少なくとも２つの異なる波長の光を順次繰り返
し発射する手段を具備するように構成した。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例の微小すきま測定装置について
説明する。第１図はその原理構成を示す模試図である。

１は透明物質としてのガラス円板、２は他の物質として
の浮動形磁気ヘッド、３は該ヘッド２を支持するスライ
ダ支持機構の一部、４Ａ、４Ｂはレーザダイオード、５
．６は受光素子、７はビーム合成器、８はビームスプリ
ンタ、９は偏光プリズム、１０は偏光板、１１はコリメ
ークレンズ、１２は対物レンズ、１３は割り算器、１４
は信号処理回路、１５はレーザ駆動回路である。

レーザダイオード４Ａ、４Ｂは各々異なる波長、例えば
６８０ｎｎ　、８２０ｎ＋ｍで発振して発光する。各々
の光はビーム合成器７を通って、−木の光路を共用する
。そして、発振強度をモニタするためのビームスプリッ
タ８を通過して最終的には対物レンズ１２からガラス円
板１の下に配置されたヘッド２の一点に集光する。ガラ
ス円板１の表面及びヘッド２の表面で反射した光は対物
レンズ１２、コリメータレンズ１１を介して偏光プリズ
ム９で光路が変更され、受光素子６で検出される。

ヘッド２の表面とガラス円板１の面（ヘッド２側の面）
で形成される微小すきまはくさび状になっている。この
くさび状すきまの角度は実際には極めて小さい。従って
、ヘッド２の表面で反射される反射光の一部はガラス円
板１の面とヘッド２の表面との間で繰り返し反射（多重
反射）して干渉を生しる。

このような多重干渉の結果として受光素子６で検出され
る強度Ｉは、微小すきまｈにおいてガラス円板１の面の
反射率をＲ、ヘッド２の表面の反射率をＳ、光の波長を
λとすると、・・・・・・（２）と表せる。この関係式のＲ，Ｓ、λ及び■がらｈが測定
できることは周知である〔参考文献：特願昭５９−２７
３９７１３゜本発明では、２つの異なる波長のレーザ光を用いている
から、上式（２）で強度変化がなくなる微小すきまが発
生しても、即ち一つの波長でｈ＝ｍλ／４　　（ｍ：整
数）　　　　　　・・・（３）が成立しても、他方の波
長で同一りに対して（３）式を満足しなければ、その微
小すきまでは常に強度変化が検出できる。２つの波長を
整数関係以外に選ぶことにより、測定可能範囲は拡大す
る。

本実施例の６８０ｎｍ　、８２０ｎｍでは２７μｍまで
不感点が発生しない。これはいずれか一方の波長のみの
使用ではすきまが０．２μｍ程度以下でしか保証できな
いのに対し、その有感領域が一挙に数十倍に拡大される
ことを意味し、本発明の有効性を示すことになる。

また、式（２）から明らかなように微小すきまｈに対す
る精度は、強度Ｉの分解能と波長の安定度で決定される
から、本実施例の測定も従来の単一波長を用いた測定と
何ら変わることなく精度よく行える。

ところで、２つの波長の光を同時に検出する方法として
は、例えば各々の波長のみを個別に透過させ、他方の波
長を透過しないフィルタと受光素子を組として２Ｍｌ用
いる方法がある。しかし、この方法では検出光を更に２
分割する必要があり、光学系が複雑となって装置の校正
・操作が煩雑になると共に光量が滅じてＳ／Ｎが劣化す
る欠点がある。

そこで、本発明では第２図（ａｌに示すようにレーザダ
イオード４Ａ、４Ｂを交互に発光させ、同一の受光素子
６で信号を検出（第２図（ｂ））する。検出された信号
は実際には時間的にレーザダイオード４Ａ、４Ｂの波長
に対応してインターリーブされているから、レーザダイ
オード４Ａ、４Ｂの駆動信号に同期して信号をサンプリ
ング（第２図（Ｃ））すれば目的とする波長に対する応
答（第２図（ｄ））が得られる。第２図＋ｃ＋、（ｄｌ
におけるＡはレーザダイオード４Ａからの光に関連し、
Ｂはレーザダイオード４Ｂからの光に関連する。

この場合、インターリーブする周波数は測定現象（微小
すきまの変化の周波数）の上限周波数の２倍以上あれば
問題ない。浮動ヘッドの場合、該上限用ｍ数は機械的な
ものであり、〜数十Ｋ１１ｚ程度であるが、レーザダイ
オード、受光素子共に、一般に数百ＭＨｚ以上の帯域を
持つから、充分な帯域を持つ測定系が構成できる。

波長の異なるレーザダイオードは一般に発光強度が異な
るが、受光素子５により光量をモニタし、受光素子６で
得られる信号を割り算器１３で割ることにより規格化し
て、強度相違の影響をなくすことができる。また、温度
変化などにより光量のゆらぎがあったとしても該割り算
器１３で規格化されているから、強度変化に対する安定
度が高いことはいうまでもない。

以上は発振波長の異なる２つのレーザダイオードを光源
として説明したが、上記動作原理の説明から明らかのよ
うに、波長を２つに限定する必要はなく、より多くの波
長を利用すれば測定範囲をさらに拡大させることば可能
である。あるいは、光源を１つとするため、例えば、ア
ルゴンイオンレーザを多色発振させて用いることも可能
である。

また、直流発光するイオンレーザを用いる場合には、各
々の波長の光に対し、光スィッチを設ける必要があり、
装置構成が複雑になるが、レーザ共振器に回転ホログラ
ムを用いて発振波長を時系動的に選択することにより光
スィッチを省略することも可能である。また、若干の精
度低下を許容すればレーザの代わりにレーザより発光半
値幅のやや広いＬＥＤを用いることが可能である。この
場合、測定系が安価に構成できる利点がある。

〔発明の効果〕

以上から本発明によれば、同一の光学系で異なる少なく
とも２つの波長による計測を同時に行うので、高精度で
、広い領域にわたる連続的な測定が可能となり、飛躍的
な計測範囲の拡大と操作性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の微小すきま測定装置の模試
図、第２図はその作動状態を示す信号波形図である。１・・・ガラス円板、２・・・ヘッド、３・・・スライ
ダ支持機構の一部、４Ａ、４Ｂ・・・レーザダイオード
、５．６・・・受光素子、７・・・ビーム合成器、８・
・・ビームスプリッタ、９・・・偏光プリズム、１０・
・・偏光板、１１・・・コリメータレンズ、１２・・・
対物レンズ、１３・・・割り算器、１４・・・信号処理
回路、１５・・・レーザ駆動回路。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）、少なくとも一方が透明な２つの物質の間に形成
される微小すきまに上記透明な物質の側から光を照射し
て、上記２つの物質間で反射され相互に干渉された光の
強度を検出することにより、上記微小すきまの寸法を計
測する微小すきま測定装置において、上記光を照射すると共に上記干渉光を検出する１個の光
学系に、少なくとも２つの異なる波長の光を順次繰り返
し発射する手段を具備したことを特徴とする微小すきま
測定装置。