JPH08271230A - 光学的隙間測定方法および装置 - Google Patents
光学的隙間測定方法および装置Info
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- JPH08271230A JPH08271230A JP8024243A JP2424396A JPH08271230A JP H08271230 A JPH08271230 A JP H08271230A JP 8024243 A JP8024243 A JP 8024243A JP 2424396 A JP2424396 A JP 2424396A JP H08271230 A JPH08271230 A JP H08271230A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
- G11B5/48—Disposition or mounting of heads or head supports relative to record carriers ; arrangements of heads, e.g. for scanning the record carrier to increase the relative speed
- G11B5/58—Disposition or mounting of heads or head supports relative to record carriers ; arrangements of heads, e.g. for scanning the record carrier to increase the relative speed with provision for moving the head for the purpose of maintaining alignment of the head relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following
- G11B5/60—Fluid-dynamic spacing of heads from record-carriers
- G11B5/6005—Specially adapted for spacing from a rotating disc using a fluid cushion
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/14—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B33/00—Constructional parts, details or accessories not provided for in the other groups of this subclass
- G11B33/10—Indicating arrangements; Warning arrangements
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B21/00—Head arrangements not specific to the method of recording or reproducing
- G11B21/16—Supporting the heads; Supporting the sockets for plug-in heads
- G11B21/20—Supporting the heads; Supporting the sockets for plug-in heads while the head is in operative position but stationary or permitting minor movements to follow irregularities in surface of record carrier
- G11B21/21—Supporting the heads; Supporting the sockets for plug-in heads while the head is in operative position but stationary or permitting minor movements to follow irregularities in surface of record carrier with provision for maintaining desired spacing of head from record carrier, e.g. fluid-dynamic spacing, slider
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 一方が透明な２つの部材の隙間の距離を高速
度および高精度で測定する。 【解決手段】 偏光部材を通した偏光光ビームを透明な
部材の表面に斜角で向け、透明な部材を通過させて透明
な部材の表面からの反射と被験物体の表面からの反射の
組み合わせ効果によって偏光ビームを反射させ、反射ビ
ーム中における反射されたベクトルｓとベクトルｐの偏
光成分を互いに干渉させて、偏光感知強度計と位相検出
器で偏光成分の光強度と相対的位相を測定し、測定した
情報に基づいてコンピュータにより透明な部材の表面か
ら被験物体の表面までの距離を決定する。
度および高精度で測定する。 【解決手段】 偏光部材を通した偏光光ビームを透明な
部材の表面に斜角で向け、透明な部材を通過させて透明
な部材の表面からの反射と被験物体の表面からの反射の
組み合わせ効果によって偏光ビームを反射させ、反射ビ
ーム中における反射されたベクトルｓとベクトルｐの偏
光成分を互いに干渉させて、偏光感知強度計と位相検出
器で偏光成分の光強度と相対的位相を測定し、測定した
情報に基づいてコンピュータにより透明な部材の表面か
ら被験物体の表面までの距離を決定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、片方が実質的に
透明な部材である２つの部材の表面間（隙間）の距離を
測定する高速で高精度な方法および装置に関する。特に
偏光と干渉計測定法を用いてこの測定を行う方法および
装置に関する。
透明な部材である２つの部材の表面間（隙間）の距離を
測定する高速で高精度な方法および装置に関する。特に
偏光と干渉計測定法を用いてこの測定を行う方法および
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】２つ
の部材の表面間（隙間）のわずかな距離の正確な測定方
法は、産業上の検査および品質管理の面で頻繁に問題に
なる。それは、例えば磁気データ記憶システムにおいて
スライダー装置の性能を確かめるため、高速回転してい
る硬質ディスクにほぼ接しているスライダー装置の浮上
高を測定するのに必要である。ここで用いる浮上高と
は、磁気ヘッドポールと回転硬質ディスクとの距離のこ
とである。例えば１９７４年１２月１７日発行のエム．
エフ．ガルニらの米国特許第３，８５５，６２５号を参
照。 この浮上は硬質ディスクの回転によって生じる空力
学的効果によって生じる。浮上高はスライダーの設計に
よるが、一般に２５０ｎｍ（１０μインチ）未満で、わ
ずか数十ナノメートルのこともある。 この分野では浮上
高は非常に低く、すなわち２５ナノメートル以下になる
傾向がある。スライダー製造業者１社で毎月２０万から
５０万のスライダー装置を生産するのが典型であること
から測定の速度と信頼性は特に重要である。
の部材の表面間（隙間）のわずかな距離の正確な測定方
法は、産業上の検査および品質管理の面で頻繁に問題に
なる。それは、例えば磁気データ記憶システムにおいて
スライダー装置の性能を確かめるため、高速回転してい
る硬質ディスクにほぼ接しているスライダー装置の浮上
高を測定するのに必要である。ここで用いる浮上高と
は、磁気ヘッドポールと回転硬質ディスクとの距離のこ
とである。例えば１９７４年１２月１７日発行のエム．
エフ．ガルニらの米国特許第３，８５５，６２５号を参
照。 この浮上は硬質ディスクの回転によって生じる空力
学的効果によって生じる。浮上高はスライダーの設計に
よるが、一般に２５０ｎｍ（１０μインチ）未満で、わ
ずか数十ナノメートルのこともある。 この分野では浮上
高は非常に低く、すなわち２５ナノメートル以下になる
傾向がある。スライダー製造業者１社で毎月２０万から
５０万のスライダー装置を生産するのが典型であること
から測定の速度と信頼性は特に重要である。
【０００３】スライダー装置の浮上高を測定する従来の
装置と方法は、ビー．ブッシャンの「磁気記憶装置の摩
擦学と力学（Tribology and Mechanics of Magnetic St
orage Devices ）」〔ニューヨーク：スプリンガー−バ
ーラグ（Springer-Verlag ）、１９９０年〕の７６５〜
７９７頁に開示されている。最近の開発状況は「ＩＤＥ
ＭＡサブ２−マイクロインチワークショップ会報（Proc
eedings of the IDEMASub 2−micro inch Workshop
）」（１９９３年５月１２日）に記載されている。
装置と方法は、ビー．ブッシャンの「磁気記憶装置の摩
擦学と力学（Tribology and Mechanics of Magnetic St
orage Devices ）」〔ニューヨーク：スプリンガー−バ
ーラグ（Springer-Verlag ）、１９９０年〕の７６５〜
７９７頁に開示されている。最近の開発状況は「ＩＤＥ
ＭＡサブ２−マイクロインチワークショップ会報（Proc
eedings of the IDEMASub 2−micro inch Workshop
）」（１９９３年５月１２日）に記載されている。
【０００４】光学浮上高試験器（ＯＦＨＴ）はほぼ一様
に干渉計測定法が基本となっている。干渉計とは物体ま
での距離、物体の形状や物理的な長さに関係する物理的
パラメーターを測ることができるものである〔例えばダ
ニエル マラカラ編「光学工場試験法（Optical Shop T
esting）」第２版〔ウィリー（Wiley ）、ニューヨー
ク、１９９２年〕の第１章を参照〕。光学技術の基本的
な問題点の１つはスライダーＡＢＳと実際のハードディ
スクとの境界の隙間（境界隙間）が直接に検査できない
ことである。したがって、基本的に２つの異なるタイプ
のＯＦＨＴ、すなわち実際のディスク上に浮上している
スライダーの裏面を相対的に測定するものと、実際のハ
ードディスクの代用に透明なガラスを用いるものとがあ
る。
に干渉計測定法が基本となっている。干渉計とは物体ま
での距離、物体の形状や物理的な長さに関係する物理的
パラメーターを測ることができるものである〔例えばダ
ニエル マラカラ編「光学工場試験法（Optical Shop T
esting）」第２版〔ウィリー（Wiley ）、ニューヨー
ク、１９９２年〕の第１章を参照〕。光学技術の基本的
な問題点の１つはスライダーＡＢＳと実際のハードディ
スクとの境界の隙間（境界隙間）が直接に検査できない
ことである。したがって、基本的に２つの異なるタイプ
のＯＦＨＴ、すなわち実際のディスク上に浮上している
スライダーの裏面を相対的に測定するものと、実際のハ
ードディスクの代用に透明なガラスを用いるものとがあ
る。
【０００５】第一の種類のＯＦＨＴの例がエル．ワイ．
チュ、ケイ．エフ．ハラマセックおよびディー．ビー．
ボギーによる論文「レーザー干渉計によるヘッド／ディ
スク間隔の測定（Measurement of head/disk spacing w
ith a laser interferometer」（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎ．
Ｍａｇｎ．，ＭＡＧ−２３，２７３９，１９８８年）に
提供されている。開示された装置はスライダーの裏面上
の複数の点、すなわちスライダーのディスクに近接しな
い側にある複数の点の物理的位置を測定できるヘテロダ
イン干渉計である。この装置の利点は実際の磁気ハード
ディスクで機能すること、浮上しているスライダーの高
さだけでなく配向（ピッチとロール）も測定できること
である。ゼロ浮上高の較正（calibration ）はディスク
にスライダーを着地させて行う。この種のシステムの主
な欠点はスライダー／ディスクの境界の隙間を直接観測
せず浮上高をスライダーの裏面の位置から推測するしか
ないことである。そのためスライダーの厚さとＡＢＳの
形状が一定であると仮定しなければならないが、実際に
は浮上中の機械的応力や熱応力のためスライダーはかな
り歪むことがある。 もう一つの欠点は現在スライダー装
置の製造時において多くの場合スライダーの裏面に近づ
けないことである。
チュ、ケイ．エフ．ハラマセックおよびディー．ビー．
ボギーによる論文「レーザー干渉計によるヘッド／ディ
スク間隔の測定（Measurement of head/disk spacing w
ith a laser interferometer」（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎ．
Ｍａｇｎ．，ＭＡＧ−２３，２７３９，１９８８年）に
提供されている。開示された装置はスライダーの裏面上
の複数の点、すなわちスライダーのディスクに近接しな
い側にある複数の点の物理的位置を測定できるヘテロダ
イン干渉計である。この装置の利点は実際の磁気ハード
ディスクで機能すること、浮上しているスライダーの高
さだけでなく配向（ピッチとロール）も測定できること
である。ゼロ浮上高の較正（calibration ）はディスク
にスライダーを着地させて行う。この種のシステムの主
な欠点はスライダー／ディスクの境界の隙間を直接観測
せず浮上高をスライダーの裏面の位置から推測するしか
ないことである。そのためスライダーの厚さとＡＢＳの
形状が一定であると仮定しなければならないが、実際に
は浮上中の機械的応力や熱応力のためスライダーはかな
り歪むことがある。 もう一つの欠点は現在スライダー装
置の製造時において多くの場合スライダーの裏面に近づ
けないことである。
【０００６】干渉計測定手段によるスライダー／ディス
クの境界の隙間を直接測定する方法は論文「潤滑におけ
る幾つかの問題を解決するための方法提案（A proposed
method for solving some problems in lubrication)
」「ザ コモンウェルス エンジニア（The Commonwea
lth Engineer ）〔１９２１年１１月および１９２１年
１２月〕でダブリュー ストーンによって初めて報告さ
れた。ストーンが１９２１年に磁気記憶媒体を研究して
いなかったのは明らかであるが、本質的な概念は現在の
大多数のＯＦＨＴの基礎にある概念と同じである。スト
ーンの装置は水平面で回転するよう備え付けられた直径
約１２５ｍｍのガラスディスクからなる。スライダーと
実質的に同じ機能をもつ１５ｍｍ×１５ｍｍのブロック
を適切なローディング機構を用いてディスクの下面に押
し付ける。ディスクが透明なのでブロックの浮上中にデ
ィスクを通してブロックを見ることができる。ブロック
には、予定の目的のためにほぼ単色光、非偏光光源とし
て作用するナトリウム光をディスクを通して照射する。
反射光ビームは、ディスクの表面から反射する光ビーム
とブロックから反射する光ビームとの組み合わせで構成
されている。これらの２つの反射光ビームの組合せと同
時検光によってブロックのディスク上方の浮上高に関連
する干渉効果が生じる。ブロックとディスクとの間隔な
らびにブロックの配向をディスクの速度を変化させた時
の干渉縞の観察から推理する。
クの境界の隙間を直接測定する方法は論文「潤滑におけ
る幾つかの問題を解決するための方法提案（A proposed
method for solving some problems in lubrication)
」「ザ コモンウェルス エンジニア（The Commonwea
lth Engineer ）〔１９２１年１１月および１９２１年
１２月〕でダブリュー ストーンによって初めて報告さ
れた。ストーンが１９２１年に磁気記憶媒体を研究して
いなかったのは明らかであるが、本質的な概念は現在の
大多数のＯＦＨＴの基礎にある概念と同じである。スト
ーンの装置は水平面で回転するよう備え付けられた直径
約１２５ｍｍのガラスディスクからなる。スライダーと
実質的に同じ機能をもつ１５ｍｍ×１５ｍｍのブロック
を適切なローディング機構を用いてディスクの下面に押
し付ける。ディスクが透明なのでブロックの浮上中にデ
ィスクを通してブロックを見ることができる。ブロック
には、予定の目的のためにほぼ単色光、非偏光光源とし
て作用するナトリウム光をディスクを通して照射する。
反射光ビームは、ディスクの表面から反射する光ビーム
とブロックから反射する光ビームとの組み合わせで構成
されている。これらの２つの反射光ビームの組合せと同
時検光によってブロックのディスク上方の浮上高に関連
する干渉効果が生じる。ブロックとディスクとの間隔な
らびにブロックの配向をディスクの速度を変化させた時
の干渉縞の観察から推理する。
【０００７】スライダー／ディスクの境界の隙間を直接
測定する現在市販されているＯＦＨＴはストーンが発明
した装置と同じ物理原理の多くに基づいていて、それら
の違いはおもに光源、検出器、データ処理手段の型にあ
る。透明な代用ディスクが磁気ハードディスクの代替と
なり、スライダーＡＢＳでの干渉効果によって浮上高情
報が得られる。従来のこのタイプのＯＦＨＴはすべて、
ディスクを通して実質的に垂直入射角でＡＢＳに照射
し、偏光に関係しない反射強度の変化を検出する。
測定する現在市販されているＯＦＨＴはストーンが発明
した装置と同じ物理原理の多くに基づいていて、それら
の違いはおもに光源、検出器、データ処理手段の型にあ
る。透明な代用ディスクが磁気ハードディスクの代替と
なり、スライダーＡＢＳでの干渉効果によって浮上高情
報が得られる。従来のこのタイプのＯＦＨＴはすべて、
ディスクを通して実質的に垂直入射角でＡＢＳに照射
し、偏光に関係しない反射強度の変化を検出する。
【０００８】ある型のＯＦＨＴは、例えばジー．エル．
ベスト、ディー．イー．ホーン、エイ．チウおよびエイ
チ．サスナーによって論文「スライダー動力学の高精度
光学測定（Precise optical measurement of slider dy
namics) 」〔ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．ＭＡＧ
−２２，（１９８６）１０１７−１０１９〕に開示があ
るように、実質的に単色光である光源を用いる。反射光
はディスクとスライダーＡＢＳ間の薄膜効果によって変
調される。この変調は浮上高について周期的で光源照明
の波長の２分の１に等しい周期をもつ。適切な検出およ
び分析手段を導入することで反射光の強度の変調を観察
し浮上高の変化を追うことができる。変調曲線のある部
分に対し反射強度を検出することによってＡＢＳとディ
スク間の隔たりを妥当な正確さで測定することができ
る。もともとはこのような装置は純粋に目に見える縞の
解析に関するものであった。ジェイ．エム．フライシャ
ーとシー．リンは論文「空気圧分離を測定する赤外線レ
ーザー干渉計（Intrared laser interferometer for me
asuring air-bearing separation) 」〔ＩＢＭ研究開発
報（ＩＢＭ Journal of Research and Development) 、
１８（６）、１９７４年、５２９〜５３３頁〕という論
文で記載されたように、単色ＯＦＨＴに光電センサーを
初めて使用した。さらに新しい単色光ＯＦＨＴの例が、
ティ．オオクボとジェイ．キシガミによって論文「レー
ザー干渉計測定法を用いるガス潤滑スライダーベアリン
グ分離の正確な測定（Accurate Measurement of Gas- L
ubricated Slider Bearing Separation using Laser In
terferometry) 」〔Ｔｒａｎｓ．ＡＳＭＥ，１１０巻１
４８〜１５５頁（１９８８年１月）〕に記載されてい
る。この論文は、プロクィップ社（ProQuip,Inc.) によ
って米国で販売されている浮上高試験器ＦＭ８８０１お
よびＦＭ２０００の操作の原理を記載したものである。
ベスト、ディー．イー．ホーン、エイ．チウおよびエイ
チ．サスナーによって論文「スライダー動力学の高精度
光学測定（Precise optical measurement of slider dy
namics) 」〔ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．ＭＡＧ
−２２，（１９８６）１０１７−１０１９〕に開示があ
るように、実質的に単色光である光源を用いる。反射光
はディスクとスライダーＡＢＳ間の薄膜効果によって変
調される。この変調は浮上高について周期的で光源照明
の波長の２分の１に等しい周期をもつ。適切な検出およ
び分析手段を導入することで反射光の強度の変調を観察
し浮上高の変化を追うことができる。変調曲線のある部
分に対し反射強度を検出することによってＡＢＳとディ
スク間の隔たりを妥当な正確さで測定することができ
る。もともとはこのような装置は純粋に目に見える縞の
解析に関するものであった。ジェイ．エム．フライシャ
ーとシー．リンは論文「空気圧分離を測定する赤外線レ
ーザー干渉計（Intrared laser interferometer for me
asuring air-bearing separation) 」〔ＩＢＭ研究開発
報（ＩＢＭ Journal of Research and Development) 、
１８（６）、１９７４年、５２９〜５３３頁〕という論
文で記載されたように、単色ＯＦＨＴに光電センサーを
初めて使用した。さらに新しい単色光ＯＦＨＴの例が、
ティ．オオクボとジェイ．キシガミによって論文「レー
ザー干渉計測定法を用いるガス潤滑スライダーベアリン
グ分離の正確な測定（Accurate Measurement of Gas- L
ubricated Slider Bearing Separation using Laser In
terferometry) 」〔Ｔｒａｎｓ．ＡＳＭＥ，１１０巻１
４８〜１５５頁（１９８８年１月）〕に記載されてい
る。この論文は、プロクィップ社（ProQuip,Inc.) によ
って米国で販売されている浮上高試験器ＦＭ８８０１お
よびＦＭ２０００の操作の原理を記載したものである。
【０００９】測定が周期現象に依存しているという点で
単色光ＯＦＨＴの欠点はどの干渉サイクルが測定される
か明らかでないことにある。その結果、曖昧さが存在
し、浮上高測定は波長の４分の１に等しい範囲、すなわ
ち典型的には１５０ｎｍ未満の範囲に限られる。さらに
問題なのはかなりの範囲の浮上高で測定の感度がほぼゼ
ロになることである。測定方法のこの面はスライダーと
ディスク間の隔たりが２５ｎｍ以下の場合、特に厄介な
ものである。最後に製品試験においてゼロ浮上高にシス
テムの較正をするためにスライダーごとに着地させる必
要があるかも知れない。
単色光ＯＦＨＴの欠点はどの干渉サイクルが測定される
か明らかでないことにある。その結果、曖昧さが存在
し、浮上高測定は波長の４分の１に等しい範囲、すなわ
ち典型的には１５０ｎｍ未満の範囲に限られる。さらに
問題なのはかなりの範囲の浮上高で測定の感度がほぼゼ
ロになることである。測定方法のこの面はスライダーと
ディスク間の隔たりが２５ｎｍ以下の場合、特に厄介な
ものである。最後に製品試験においてゼロ浮上高にシス
テムの較正をするためにスライダーごとに着地させる必
要があるかも知れない。
【００１０】エイ．ナイアガムによる論文「サブミクロ
ン精度の空気圧分離測定のための可視レーザー干渉計
（A Visible Laser Interferometer of Air Bearing Se
paration measurement to Submicron Accuracy）」〔Ｔ
ｒａｎｓ．ＡＳＭＥ，１０４巻、６０〜６５頁（１９８
２年）〕に、干渉計の縞の順序を測定する追加手段も提
供する単色光に基づいたＯＦＨＴが記載されている。こ
の追加手段はキセノンランプおよび円形可変波長フィル
ターからなる。ランプと波長フィルターは共に４００〜
７００ｎｍの範囲の同調型波長光源として機能する。波
長が変化するにつれて干渉パターンも変化し絶対浮上高
を表し、単色光測定のための縞の順序を表す。縞の順序
が測定されると次に測定は約２．５ｋＨｚの速度で単色
センサーの測定に進む。
ン精度の空気圧分離測定のための可視レーザー干渉計
（A Visible Laser Interferometer of Air Bearing Se
paration measurement to Submicron Accuracy）」〔Ｔ
ｒａｎｓ．ＡＳＭＥ，１０４巻、６０〜６５頁（１９８
２年）〕に、干渉計の縞の順序を測定する追加手段も提
供する単色光に基づいたＯＦＨＴが記載されている。こ
の追加手段はキセノンランプおよび円形可変波長フィル
ターからなる。ランプと波長フィルターは共に４００〜
７００ｎｍの範囲の同調型波長光源として機能する。波
長が変化するにつれて干渉パターンも変化し絶対浮上高
を表し、単色光測定のための縞の順序を表す。縞の順序
が測定されると次に測定は約２．５ｋＨｚの速度で単色
センサーの測定に進む。
【００１１】その他の従来技術には多様な波長を含める
ことで単色光干渉測定法の曖昧性という問題点を避ける
ものが幾つかある。例えば、ディー．エイ．フリッジら
への米国特許第４，５９３，３６８号に示されるよう
に、照明の波長との干渉効果の変化に基づく一般型のＯ
ＦＨＴがある。この特許の装置はスライダー／ディスク
の境界の隙間から反射する白色光の波長依存変調を分析
するコンピュータ化した分光光度計からなる。この技術
はカリフォルニア州チャツワース（Chatsworth)のパシ
フィック プレシジョン ラボラトリーズ社が以前生産
していた自動デジタル浮上高試験器のような市販の製品
に組み込まれている。分光変調現象が浮上高について周
期的でないため、白色光干渉測定法には測定に曖昧性が
ないという重要な利点がある。しかしながら分光計に基
づいた白色光法には数多くの限界があり、最も厳しく手
に負えない限界は測定速度である。この問題は１７１も
の異なる波長について反射時の位相変化を埋め合わせる
必要によって倍加する〔例えばアール．パブラットによ
る論文「浮上高測定システムとスライダー吸収（Flying
height measuremnet systems and slider absorption
）」「ＩＤＥＭＡ インサイト（Insight ）７
（５）、１頁（１９９４年）参照。」最後に白色光技術
は使用される最低波長の２分の１より（すなわち約２０
０ナノメートル）大きい隔たりに非常に効果的である
が、浮上高は２５ｎｍ未満になる傾向がある。
ことで単色光干渉測定法の曖昧性という問題点を避ける
ものが幾つかある。例えば、ディー．エイ．フリッジら
への米国特許第４，５９３，３６８号に示されるよう
に、照明の波長との干渉効果の変化に基づく一般型のＯ
ＦＨＴがある。この特許の装置はスライダー／ディスク
の境界の隙間から反射する白色光の波長依存変調を分析
するコンピュータ化した分光光度計からなる。この技術
はカリフォルニア州チャツワース（Chatsworth)のパシ
フィック プレシジョン ラボラトリーズ社が以前生産
していた自動デジタル浮上高試験器のような市販の製品
に組み込まれている。分光変調現象が浮上高について周
期的でないため、白色光干渉測定法には測定に曖昧性が
ないという重要な利点がある。しかしながら分光計に基
づいた白色光法には数多くの限界があり、最も厳しく手
に負えない限界は測定速度である。この問題は１７１も
の異なる波長について反射時の位相変化を埋め合わせる
必要によって倍加する〔例えばアール．パブラットによ
る論文「浮上高測定システムとスライダー吸収（Flying
height measuremnet systems and slider absorption
）」「ＩＤＥＭＡ インサイト（Insight ）７
（５）、１頁（１９９４年）参照。」最後に白色光技術
は使用される最低波長の２分の１より（すなわち約２０
０ナノメートル）大きい隔たりに非常に効果的である
が、浮上高は２５ｎｍ未満になる傾向がある。
【００１２】上記の白色光干渉測定法の限界の幾つかを
克服するため少数の離散波長を用いて速度と性能を改善
した従来のＯＦＨＴがある。シー．レイシーへの米国特
許第５，２８０，３４０号には多様な波長を放射する高
強度の光源と高速分光分析のための検出装置とからな
る、わずかな間隔を光学的に分析する３波長方法が記載
されている。この検出装置には波長弁別ビームスプリッ
ター、測定する個々の波長のためのフィルター及び各波
長のための高速光検出器が含まれる。開示された装置に
は検出装置からヘッドをごくわずか、約０．２５μｍ遠
ざけるために用いる機械装置も含まれる。この機構は装
置の較正のために必要で、各波長の最大および最小強度
測定のためにスライダーを部分的に降ろして２つ以上の
波長の強度測定をすることに関わる。システムの目盛り
ぎめを行えば、１００ｋＨｚ以上の速度で浮上高を測定
することができる。この特許に開示された装置はフェー
ズメトリックス（Phase Metrics ）が製造している力学
的浮上高試験器の原理になっている。
克服するため少数の離散波長を用いて速度と性能を改善
した従来のＯＦＨＴがある。シー．レイシーへの米国特
許第５，２８０，３４０号には多様な波長を放射する高
強度の光源と高速分光分析のための検出装置とからな
る、わずかな間隔を光学的に分析する３波長方法が記載
されている。この検出装置には波長弁別ビームスプリッ
ター、測定する個々の波長のためのフィルター及び各波
長のための高速光検出器が含まれる。開示された装置に
は検出装置からヘッドをごくわずか、約０．２５μｍ遠
ざけるために用いる機械装置も含まれる。この機構は装
置の較正のために必要で、各波長の最大および最小強度
測定のためにスライダーを部分的に降ろして２つ以上の
波長の強度測定をすることに関わる。システムの目盛り
ぎめを行えば、１００ｋＨｚ以上の速度で浮上高を測定
することができる。この特許に開示された装置はフェー
ズメトリックス（Phase Metrics ）が製造している力学
的浮上高試験器の原理になっている。
【００１３】３波長ＯＦＨＴは古い白色光装置より格段
に早いが、多くの同じ限界を共通してもっている。その
最も重大ものは浮上高がゼロに近づくに従って測定感度
がゼロに近づくことである。これらの限界は主にいろい
ろな波長について垂直入射角での反射強度の変化に依存
していることに関連している。浮上高が小さい場合これ
らの変化を測定するのは極端に難しくなることがある。
したがって、垂直入射角での強度測定に対する依存が上
記の従来のＯＦＨＴ技術すべてが持つ欠点になってい
る。
に早いが、多くの同じ限界を共通してもっている。その
最も重大ものは浮上高がゼロに近づくに従って測定感度
がゼロに近づくことである。これらの限界は主にいろい
ろな波長について垂直入射角での反射強度の変化に依存
していることに関連している。浮上高が小さい場合これ
らの変化を測定するのは極端に難しくなることがある。
したがって、垂直入射角での強度測定に対する依存が上
記の従来のＯＦＨＴ技術すべてが持つ欠点になってい
る。
【００１４】低浮上高での測定の難しさは、スライダー
ＡＢＳからの反射とディスク表面からの反射を何らかの
方法、偏光または光ビームの物理的分離、またはその両
方によって分けることができれば大きく避けられる。公
知のジー．ソマーグレンへの米国特許第４，６０６，６
３８号に開示の装置は前面偏光子として透明ディスクを
用いてこの表面からの反射をＡＢＳからの反射から区別
する。開示されたこの装置の追加の利点は複数の検出器
を有するカメラによって隔たり全体を測定することによ
ってスライダーの形状と配向、並びに複数の測定点が必
要なその他の所要パーラメントを測定できることであ
る。しかしながら、ソマーグレン特許に示されているよ
うな偏光被覆を施した特殊透明ディスクの製造は非常に
経費がかかり表面に傷でもあれば低浮上高で問題を引き
起こすことがある。
ＡＢＳからの反射とディスク表面からの反射を何らかの
方法、偏光または光ビームの物理的分離、またはその両
方によって分けることができれば大きく避けられる。公
知のジー．ソマーグレンへの米国特許第４，６０６，６
３８号に開示の装置は前面偏光子として透明ディスクを
用いてこの表面からの反射をＡＢＳからの反射から区別
する。開示されたこの装置の追加の利点は複数の検出器
を有するカメラによって隔たり全体を測定することによ
ってスライダーの形状と配向、並びに複数の測定点が必
要なその他の所要パーラメントを測定できることであ
る。しかしながら、ソマーグレン特許に示されているよ
うな偏光被覆を施した特殊透明ディスクの製造は非常に
経費がかかり表面に傷でもあれば低浮上高で問題を引き
起こすことがある。
【００１５】光学浮上高試験器で干渉光ビームを分離す
る別の方法が公知のジー．ソマーグレンへの米国特許第
５，２１８，４２４号に開示されている。この装置は直
行偏光を有する２つの平行光線を用いるものである。こ
の２つの光線はガラスディスク表面にブルースター角で
入射し、一方の光線が反射せずにディスクを完全に通り
抜け、もう一方がディスクの表面から一部反射する。反
射せずにディスクを通り抜けた光線はＡＢＳに照射する
のに使われる。次に２つの光線を再結合させ浮上高に対
して正弦に（sinusoidally) 変化する干渉効果を生じ
る。この特許で示された装置は２光線干渉計であるか
ら、感度や精度を損なうことなく非常に小さい隔たりを
測定し、隔たり内の多数の反射光によって直接生ずる干
渉効果に依存するシステムの主な欠点の１つを除くこと
ができる。開示された装置はＡＢＳ全体の像を撮るアレ
ーカメラも含んでいる。
る別の方法が公知のジー．ソマーグレンへの米国特許第
５，２１８，４２４号に開示されている。この装置は直
行偏光を有する２つの平行光線を用いるものである。こ
の２つの光線はガラスディスク表面にブルースター角で
入射し、一方の光線が反射せずにディスクを完全に通り
抜け、もう一方がディスクの表面から一部反射する。反
射せずにディスクを通り抜けた光線はＡＢＳに照射する
のに使われる。次に２つの光線を再結合させ浮上高に対
して正弦に（sinusoidally) 変化する干渉効果を生じ
る。この特許で示された装置は２光線干渉計であるか
ら、感度や精度を損なうことなく非常に小さい隔たりを
測定し、隔たり内の多数の反射光によって直接生ずる干
渉効果に依存するシステムの主な欠点の１つを除くこと
ができる。開示された装置はＡＢＳ全体の像を撮るアレ
ーカメラも含んでいる。
【００１６】これらの利点にかかわらず、公知の米国特
許第５，２１８，４２４号に開示された方法と装置は、
磁気記憶装置産業で用いられるスライダーの浮上特性の
自動検査として実用的でなく、以下のような重要な問題
がある。すなわち、高価で複雑な高速位相変調器を不可
欠の構成部品として使用すること、位相変調方法および
透明ディスクのフル回転中に統合する必要性が原因とな
っている約１５Ｈｚの非常に遅いデータ取得および処理
速度、すべての測定に全フレーム画像カメラを使用する
ことが原因となっているスライダーの力学的浮上特性測
定の遅さ、透明ディスクの不均一性や歪みに対する有害
な感受性、浮上高測定の実質的なエラーに通じるディス
クのチップ（tip ）とチルト（tilt）に対する有害な感
受性、主に高速相変調器の存在が原因である曖昧な位相
のオフセットが生じる干渉相の全体的ドリフト（drift
）等である。
許第５，２１８，４２４号に開示された方法と装置は、
磁気記憶装置産業で用いられるスライダーの浮上特性の
自動検査として実用的でなく、以下のような重要な問題
がある。すなわち、高価で複雑な高速位相変調器を不可
欠の構成部品として使用すること、位相変調方法および
透明ディスクのフル回転中に統合する必要性が原因とな
っている約１５Ｈｚの非常に遅いデータ取得および処理
速度、すべての測定に全フレーム画像カメラを使用する
ことが原因となっているスライダーの力学的浮上特性測
定の遅さ、透明ディスクの不均一性や歪みに対する有害
な感受性、浮上高測定の実質的なエラーに通じるディス
クのチップ（tip ）とチルト（tilt）に対する有害な感
受性、主に高速相変調器の存在が原因である曖昧な位相
のオフセットが生じる干渉相の全体的ドリフト（drift
）等である。
【００１７】公知の米国特許第５，２１８，４２４号で
開示された装置の欠点の幾つかは、同時係属中の１９９
５年１月３１日付米国特許出願第０８／３８，２３２号
「回転ディスク表面に対する物体の表面の距離を測定す
る干渉計と方法（Interferometer and Method for Meas
uring the Distance of an Object Surface with Respe
ct to the Surface of a Rotating Disk）」で扱ってい
る。この出願に示されている主な改良点は以下のとおり
である。 ディスクの量、表面構造および配向の変化に係
わる望ましくない細部に煩わされずに高速操作が可能な
補償（compensation) 光線の導入、高速の位相測定シス
テム、スライダー表面上の様々な点に対応する複数の点
における位相のサンプリングを超高速で効果的に行う方
法と手段を提供する。これらの利点にもかかわらず、こ
の米国特許出願第０８／３８，２３２号の装置は空気の
乱れや光学的構成部材の機械的な動きのような、位相デ
オリフトの原因の幾つかに対しまだ敏感である。最も深
刻なのは、非常に複雑で高価なことである。
開示された装置の欠点の幾つかは、同時係属中の１９９
５年１月３１日付米国特許出願第０８／３８，２３２号
「回転ディスク表面に対する物体の表面の距離を測定す
る干渉計と方法（Interferometer and Method for Meas
uring the Distance of an Object Surface with Respe
ct to the Surface of a Rotating Disk）」で扱ってい
る。この出願に示されている主な改良点は以下のとおり
である。 ディスクの量、表面構造および配向の変化に係
わる望ましくない細部に煩わされずに高速操作が可能な
補償（compensation) 光線の導入、高速の位相測定シス
テム、スライダー表面上の様々な点に対応する複数の点
における位相のサンプリングを超高速で効果的に行う方
法と手段を提供する。これらの利点にもかかわらず、こ
の米国特許出願第０８／３８，２３２号の装置は空気の
乱れや光学的構成部材の機械的な動きのような、位相デ
オリフトの原因の幾つかに対しまだ敏感である。最も深
刻なのは、非常に複雑で高価なことである。
【００１８】公知の浮上高試験法についての前述した重
要な欠点に加えて、従来方法のすべてが有しているもう
一つの問題は、反射時にスライダーの表面に起こる位相
の変化である。この位相の変化は浮上高の変化と間違っ
て受け取られやすく、２０ｎｍに及ぶエラーを引き起こ
すこともある。この影響を訂正するために、材料の合成
屈折率についての理論的知識を用いてこの位相の変化を
正確に知る必要がある。ＯＦＨＴが多数の波長を用いて
いる場合、これらの波長それぞれについて独立して合成
屈折率を測定する必要がある。例えば、シー．レイシ
ー、アール．シーラーおよびエイ．コーミアによる論文
「ディスク／スライダー間隔の干渉計による測定：反射
時の相シフトの影響（Interferometric measurement of
disk/slider spacing：The effect of phase shift on
reflection ）」〔アイイーイーイー トランザクショ
ン オン マグネティックス（IEEE Transaction on Ma
gnetics ）〕参照。屈折率を独立して測定する必要性
は、光学的浮上高試験の従来の方法と手段すべてに大き
な負担となる。
要な欠点に加えて、従来方法のすべてが有しているもう
一つの問題は、反射時にスライダーの表面に起こる位相
の変化である。この位相の変化は浮上高の変化と間違っ
て受け取られやすく、２０ｎｍに及ぶエラーを引き起こ
すこともある。この影響を訂正するために、材料の合成
屈折率についての理論的知識を用いてこの位相の変化を
正確に知る必要がある。ＯＦＨＴが多数の波長を用いて
いる場合、これらの波長それぞれについて独立して合成
屈折率を測定する必要がある。例えば、シー．レイシ
ー、アール．シーラーおよびエイ．コーミアによる論文
「ディスク／スライダー間隔の干渉計による測定：反射
時の相シフトの影響（Interferometric measurement of
disk/slider spacing：The effect of phase shift on
reflection ）」〔アイイーイーイー トランザクショ
ン オン マグネティックス（IEEE Transaction on Ma
gnetics ）〕参照。屈折率を独立して測定する必要性
は、光学的浮上高試験の従来の方法と手段すべてに大き
な負担となる。
【００１９】多くの場合、この屈折率はエリプソメータ
ー（楕円偏光計：ellipsometer）としてこの分野で公知
の独立した装置によって測定される。エリプソメーター
は試験対象の物質（被験物体）の表面から斜角で反射し
た光線の偏光の変化を分析するものである。この測定の
ジオメトリー（geometry) は従来のすべての浮上高測定
のジオメトリーとは大幅に異なっているので全く別の装
置が必要である。アール．エフ．スパニアによる論文
「エリプソメトリー、１世紀の歴史をもつ新しい技術
（ellipsometry, a century old new technique ）」
〔インダストリアルリサーチ（Industrial Research
）、１９７５年９月〕によれば、エリプソメーターと
は、試験表面に斜角で入射する光線の偏光の変化を測定
するためにデザインされた偏光子、リターデーションプ
レート、検出器からなる装置である。エリプソメーター
は表面の合成屈折率についての情報を提供し、また基板
上に堆積した薄膜のような多層媒体についての情報も提
供できる。市販のエリプソメーターにはイリノイ州シカ
ゴのガートナー サイエンティフィック社（Gaertner S
cientific Corporation ）が製造しているものがある。
従来例には、合成屈折率の高速測定のために設計された
ものを含む実験的なエリプソメーターの例が幾つかある
が、これらの装置のいずれも光学的浮上高試験や同様の
わずかな隔たりの測定のために設計されたものはない。
したがって、合成屈折率の測定は隔たりの測定とは別の
仕事になる。
ー（楕円偏光計：ellipsometer）としてこの分野で公知
の独立した装置によって測定される。エリプソメーター
は試験対象の物質（被験物体）の表面から斜角で反射し
た光線の偏光の変化を分析するものである。この測定の
ジオメトリー（geometry) は従来のすべての浮上高測定
のジオメトリーとは大幅に異なっているので全く別の装
置が必要である。アール．エフ．スパニアによる論文
「エリプソメトリー、１世紀の歴史をもつ新しい技術
（ellipsometry, a century old new technique ）」
〔インダストリアルリサーチ（Industrial Research
）、１９７５年９月〕によれば、エリプソメーターと
は、試験表面に斜角で入射する光線の偏光の変化を測定
するためにデザインされた偏光子、リターデーションプ
レート、検出器からなる装置である。エリプソメーター
は表面の合成屈折率についての情報を提供し、また基板
上に堆積した薄膜のような多層媒体についての情報も提
供できる。市販のエリプソメーターにはイリノイ州シカ
ゴのガートナー サイエンティフィック社（Gaertner S
cientific Corporation ）が製造しているものがある。
従来例には、合成屈折率の高速測定のために設計された
ものを含む実験的なエリプソメーターの例が幾つかある
が、これらの装置のいずれも光学的浮上高試験や同様の
わずかな隔たりの測定のために設計されたものはない。
したがって、合成屈折率の測定は隔たりの測定とは別の
仕事になる。
【００２０】例えば、ティー．スミスによる論文「自動
走査エリプソメーター（an automated scanning ellips
ometer) 」〔サーフィス サイエンス（Surface Scienc
e ）５６，２１２−２２０（１９７６年）」には、可動
部がないエリプソメーター装置が記載されている。光は
被験物体の表面に斜角で入射する。反射光線の空間的に
全く異なる部分のサンプルを取るため２つのビームスプ
リッターが備えられる。ビームスプリッターの一方は入
射平面に対し垂直および平行な偏光を分離し、他方は入
射平面に対し４５°の角度に置かれる。様々な光線が光
検出器によって測定され、３つの数学的式からなる体系
に基づくデータ処理によって被験物体の表面の特徴を示
す、エリプソメーターによる適切なパラメーターが得ら
れる。開示された装置は高速度で働くが、光学的浮上高
試験のようなわずかな隔たりを測定するのには向いてい
ない。重要な問題は、光線の空間的なサンプリングであ
り、これはエラーの原因となり、追加レンズや同様の集
束部材を用いたとしても集束した光線には使用できな
い。さらにこの論文には片方が実質的に透明な２つの部
材の隙間の距離を高速度および高精度で測る方法につい
ての教示はない。最後に、透明ディスクに近接している
スライダーＡＢＳのように、ごくわずかな隔たりによっ
てもう一方から離れている表面の合成屈折率を測定する
方法については教示がない。したがって、スミスが記載
した装置は隔たりと合成屈折率を独立して測定する問題
を解決していない。
走査エリプソメーター（an automated scanning ellips
ometer) 」〔サーフィス サイエンス（Surface Scienc
e ）５６，２１２−２２０（１９７６年）」には、可動
部がないエリプソメーター装置が記載されている。光は
被験物体の表面に斜角で入射する。反射光線の空間的に
全く異なる部分のサンプルを取るため２つのビームスプ
リッターが備えられる。ビームスプリッターの一方は入
射平面に対し垂直および平行な偏光を分離し、他方は入
射平面に対し４５°の角度に置かれる。様々な光線が光
検出器によって測定され、３つの数学的式からなる体系
に基づくデータ処理によって被験物体の表面の特徴を示
す、エリプソメーターによる適切なパラメーターが得ら
れる。開示された装置は高速度で働くが、光学的浮上高
試験のようなわずかな隔たりを測定するのには向いてい
ない。重要な問題は、光線の空間的なサンプリングであ
り、これはエラーの原因となり、追加レンズや同様の集
束部材を用いたとしても集束した光線には使用できな
い。さらにこの論文には片方が実質的に透明な２つの部
材の隙間の距離を高速度および高精度で測る方法につい
ての教示はない。最後に、透明ディスクに近接している
スライダーＡＢＳのように、ごくわずかな隔たりによっ
てもう一方から離れている表面の合成屈折率を測定する
方法については教示がない。したがって、スミスが記載
した装置は隔たりと合成屈折率を独立して測定する問題
を解決していない。
【００２１】高速エリプソメーターには信号を生成する
ヘテロダイン干渉計を用いるものがある。エイチ．エ
フ．ヘイゼブルークとエイ．エイ．ホルシャーによる論
文「干渉計エリプソメトリー（interferometric ellips
ometry) 」〔Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｅ：Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕ
ｍ．６，８２２−６（１９７３年）〕には、ミシェルソ
ン（Michelson ）干渉計と走査逆反射体に基づいた特殊
ダブルパスエリプソメーターが記載されている。試験表
面が平面反射鏡と共に干渉計の一方のアームに置かれ、
逆反射体は他方のアームに置かれる。走査逆反射体は干
渉計中の２つの直行する偏光についてうなり周波信号を
生成する。これらの信号は光電的に測定され、その相対
位相と振幅によって適切なエリプソメーター定数が得ら
れる。幾分異なる構造の干渉計エリプソメトリーがシ
ー．リン、シー．チューおよびケイ．チャンによる論文
「光学的ヘテロダインと位相ロックイン技術による実時
間干渉計エリプソメトリー（Real time interferometri
c ellipsometry with opticalheterodyne and phase lo
ck-in techniques ）」に記載されている。この論文は
うなり周波信号を生成するために２つの音響光学変調器
とマッハツェンダージオメトリーを伴う光学的ヘテロダ
イン技術を開示している。しかし、これらのヘテロダイ
ンエリプソメーターのいずれも、一方が実質的に透明な
部材である２つの部材の隙間の距離を高速度、高精度で
測定するようには設計されていない。また、透明ディス
クに近接しているスライダーＡＢＳのようなごくわずか
な隔たりによってもう一方の表面から離れている表面の
合成屈折率を測定する方法について、これらの論文には
教示がない。したがって、ヘイゼブルークとホルシャー
記載の装置、リン記載の装置のいずれも隔たりと合成屈
折率の独立測定という問題を解決しない。
ヘテロダイン干渉計を用いるものがある。エイチ．エ
フ．ヘイゼブルークとエイ．エイ．ホルシャーによる論
文「干渉計エリプソメトリー（interferometric ellips
ometry) 」〔Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｅ：Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕ
ｍ．６，８２２−６（１９７３年）〕には、ミシェルソ
ン（Michelson ）干渉計と走査逆反射体に基づいた特殊
ダブルパスエリプソメーターが記載されている。試験表
面が平面反射鏡と共に干渉計の一方のアームに置かれ、
逆反射体は他方のアームに置かれる。走査逆反射体は干
渉計中の２つの直行する偏光についてうなり周波信号を
生成する。これらの信号は光電的に測定され、その相対
位相と振幅によって適切なエリプソメーター定数が得ら
れる。幾分異なる構造の干渉計エリプソメトリーがシ
ー．リン、シー．チューおよびケイ．チャンによる論文
「光学的ヘテロダインと位相ロックイン技術による実時
間干渉計エリプソメトリー（Real time interferometri
c ellipsometry with opticalheterodyne and phase lo
ck-in techniques ）」に記載されている。この論文は
うなり周波信号を生成するために２つの音響光学変調器
とマッハツェンダージオメトリーを伴う光学的ヘテロダ
イン技術を開示している。しかし、これらのヘテロダイ
ンエリプソメーターのいずれも、一方が実質的に透明な
部材である２つの部材の隙間の距離を高速度、高精度で
測定するようには設計されていない。また、透明ディス
クに近接しているスライダーＡＢＳのようなごくわずか
な隔たりによってもう一方の表面から離れている表面の
合成屈折率を測定する方法について、これらの論文には
教示がない。したがって、ヘイゼブルークとホルシャー
記載の装置、リン記載の装置のいずれも隔たりと合成屈
折率の独立測定という問題を解決しない。
【００２２】さらに別のタイプのゼーマンレザーを利用
する干渉計エリプソメーターがある。エル．シンガー、
エイ．ブランフェルド、ジェイ．シャーミアによる論文
「安定化ゼーマンレーザーを用いたエリプソメトリー
（ellipsometry with a stabilized Zeeman lase）」に
開示されたこのタイプは、分析器の手動回転を伴ってい
るので厳密には高速度装置とはいえない。ジー．グレゴ
ンへの米国特許第４，７６２，４１４号に開示のタイプ
はヘテロダイン信号を生成するが１回に１つの偏光を測
れるだけで、干渉計の基準支柱を機械的温度的影響から
保護する必要性というまた別の問題を抱える。これらの
装置は従って光学的浮上高試験で必要とされるような２
つの部材の隙間の距離の高速、高精度測定には適さな
い。
する干渉計エリプソメーターがある。エル．シンガー、
エイ．ブランフェルド、ジェイ．シャーミアによる論文
「安定化ゼーマンレーザーを用いたエリプソメトリー
（ellipsometry with a stabilized Zeeman lase）」に
開示されたこのタイプは、分析器の手動回転を伴ってい
るので厳密には高速度装置とはいえない。ジー．グレゴ
ンへの米国特許第４，７６２，４１４号に開示のタイプ
はヘテロダイン信号を生成するが１回に１つの偏光を測
れるだけで、干渉計の基準支柱を機械的温度的影響から
保護する必要性というまた別の問題を抱える。これらの
装置は従って光学的浮上高試験で必要とされるような２
つの部材の隙間の距離の高速、高精度測定には適さな
い。
【００２３】ディー．ピー．ピリプコとアイ．ピー．プ
ガックによる論文「干渉エリプソメーター（interferom
etric ellipsometer）」〔インストルメンツ アンド
イクスペリメンタル テクニックス ２６（４） ９５
１〜９５２（１９８４年）〕に、被験物体の表面に多数
パスを行う特に珍しい型の干渉計エリプソメーターの記
載がある。開示された装置は走査ファブリペロー干渉計
に基づいている。この珍しい多数パスジオメトリーはエ
リプソメーターによるデータを抽出するための信号処理
の段階を幾つか簡素化する。しかし、この装置と方法は
光学的浮上高試験で必要とされるような２つの部材の隙
間の測定には特には適さない。
ガックによる論文「干渉エリプソメーター（interferom
etric ellipsometer）」〔インストルメンツ アンド
イクスペリメンタル テクニックス ２６（４） ９５
１〜９５２（１９８４年）〕に、被験物体の表面に多数
パスを行う特に珍しい型の干渉計エリプソメーターの記
載がある。開示された装置は走査ファブリペロー干渉計
に基づいている。この珍しい多数パスジオメトリーはエ
リプソメーターによるデータを抽出するための信号処理
の段階を幾つか簡素化する。しかし、この装置と方法は
光学的浮上高試験で必要とされるような２つの部材の隙
間の測定には特には適さない。
【００２４】エリプソメーターには特定の用途または特
殊な表面にしか適さない型がある。例えば、米国特許第
５，１７０，０４９号には基板上のクロム層の酸化クロ
ム被覆の厚さを測るためだけの特殊エリプソメーターの
開示がある。ジェイ．シー．チャスタン、ダブリュー．
ダブリュー．ヒルデンブランドおよびエム．レバノニへ
の欧州特許第ＥＰ００７５６８４Ａ１に別の特殊干渉計
エリプソメーターの例が開示されている。このシステム
は２つの直交する偏光の強さのみを測定するもので、そ
れ故わずかな測定エラーに非常に影響されやすく、入社
角が４５°の場合全く機能しない。明らかにこれらの従
来技術のいずれからも光学的浮上高試験でのわずかな隔
たりという問題を解決する示唆はないし、また浮上高と
スライダーＡＢＳの合成屈折率との独立測定を避ける方
法も示唆しない。
殊な表面にしか適さない型がある。例えば、米国特許第
５，１７０，０４９号には基板上のクロム層の酸化クロ
ム被覆の厚さを測るためだけの特殊エリプソメーターの
開示がある。ジェイ．シー．チャスタン、ダブリュー．
ダブリュー．ヒルデンブランドおよびエム．レバノニへ
の欧州特許第ＥＰ００７５６８４Ａ１に別の特殊干渉計
エリプソメーターの例が開示されている。このシステム
は２つの直交する偏光の強さのみを測定するもので、そ
れ故わずかな測定エラーに非常に影響されやすく、入社
角が４５°の場合全く機能しない。明らかにこれらの従
来技術のいずれからも光学的浮上高試験でのわずかな隔
たりという問題を解決する示唆はないし、また浮上高と
スライダーＡＢＳの合成屈折率との独立測定を避ける方
法も示唆しない。
【００２５】したがって、従来技術は合成屈折率の独立
測定に頼らない浮上高測定の方法も手段も提供しないと
結論できるであろう。それ故、ＯＦＨＴや同様の隔たり
測定装置における主な問題点は、合成屈折率の測定が隔
たり測定から独立した仕事であり、エリプソメーターま
たは同様の装置を必要とすることである。この必要性に
よって、わずかな隔たりの測定はかなり複雑かつ経費の
かかるものとなり、その一方で試験結果の信頼性のレベ
ルは落ちることになる。
測定に頼らない浮上高測定の方法も手段も提供しないと
結論できるであろう。それ故、ＯＦＨＴや同様の隔たり
測定装置における主な問題点は、合成屈折率の測定が隔
たり測定から独立した仕事であり、エリプソメーターま
たは同様の装置を必要とすることである。この必要性に
よって、わずかな隔たりの測定はかなり複雑かつ経費の
かかるものとなり、その一方で試験結果の信頼性のレベ
ルは落ちることになる。
【００２６】したがって、光学的浮上高試験で必要とさ
れるような２つの部材の隙間の距離の高速、高精度測定
ための装置と方法の必要性はまだ満たされていない。従
来技術で起こった問題には、極端に狭い隔たりすなわち
近接近の測定ができないこと、多数の波長を用いる必要
があること、それに伴って光源や検出器部品が複雑にな
ること、いくつかの方法で空気の流れや機械的な歪みの
影響を受けやすいこと、エリプソメーターを用いて合成
屈折率を独立して測定する必要があること、等が含まれ
る。これらの欠点はこの発明によって克服される。
れるような２つの部材の隙間の距離の高速、高精度測定
ための装置と方法の必要性はまだ満たされていない。従
来技術で起こった問題には、極端に狭い隔たりすなわち
近接近の測定ができないこと、多数の波長を用いる必要
があること、それに伴って光源や検出器部品が複雑にな
ること、いくつかの方法で空気の流れや機械的な歪みの
影響を受けやすいこと、エリプソメーターを用いて合成
屈折率を独立して測定する必要があること、等が含まれ
る。これらの欠点はこの発明によって克服される。
【００２７】この発明は、このような事情を考慮してな
されたもので、２つの部材の隙間の距離を高速度および
高精度で測定する方法および装置を提供するものであ
る。
されたもので、２つの部材の隙間の距離を高速度および
高精度で測定する方法および装置を提供するものであ
る。
【００２８】
【課題を解決するための手段】この発明は、実質的に透
明な部材の表面からそれに極めて近接した被験物体の表
面までの距離を測定する光学的隙間測定方法であって、
関連する直交基準ベクトルｓを有する偏光基準ベクトル
ｐを形成する入射平面を有し、前記透明な部材の表面に
入射しかつｓ型およびｐ型の偏向が双方に存在するよう
な偏向を有する偏光ビームを前記透明な部材の表面に斜
めの角度で向ける工程と、前記透明な部材を通過させて
前記偏光ビームを反射させ、互いの相対的な位相とそれ
に関連する振幅とを有するベクトルｓとベクトルｐの偏
光成分からなる反射ビームを得る工程と、前記反射ビー
ム中における反射されたベクトルｓとベクトルｐの偏光
成分を互いに干渉させて前記相対的な位相とそれに関連
する振幅の情報を得る工程と、前記相対的な位相とそれ
に関連する振幅の情報に基づいて前記透明な部材の表面
から前記被験物体の表面までの距離を決定する工程とか
らなる光学的隙間測定方法である。
明な部材の表面からそれに極めて近接した被験物体の表
面までの距離を測定する光学的隙間測定方法であって、
関連する直交基準ベクトルｓを有する偏光基準ベクトル
ｐを形成する入射平面を有し、前記透明な部材の表面に
入射しかつｓ型およびｐ型の偏向が双方に存在するよう
な偏向を有する偏光ビームを前記透明な部材の表面に斜
めの角度で向ける工程と、前記透明な部材を通過させて
前記偏光ビームを反射させ、互いの相対的な位相とそれ
に関連する振幅とを有するベクトルｓとベクトルｐの偏
光成分からなる反射ビームを得る工程と、前記反射ビー
ム中における反射されたベクトルｓとベクトルｐの偏光
成分を互いに干渉させて前記相対的な位相とそれに関連
する振幅の情報を得る工程と、前記相対的な位相とそれ
に関連する振幅の情報に基づいて前記透明な部材の表面
から前記被験物体の表面までの距離を決定する工程とか
らなる光学的隙間測定方法である。
【００２９】この発明において、２つの部材の表面の
内、第１表面と呼ぶ一方の表面は実質的に透明な部材の
表面であり、もう一方の表面は被験物体の表面である。
この２つの部材の表面は空気のような透明な媒体によっ
て分離されており、その間の隔たりは使用する光の波長
より短いのが典型である。被験物体の表面は透明な部材
の表面に極めて近接、例えば透明な部材の表面に接触す
るかまたはほぼ接することができる。また、被験物体の
表面は透明な部材の第１表面に対し静止していてもよい
し動いていてもよい。
内、第１表面と呼ぶ一方の表面は実質的に透明な部材の
表面であり、もう一方の表面は被験物体の表面である。
この２つの部材の表面は空気のような透明な媒体によっ
て分離されており、その間の隔たりは使用する光の波長
より短いのが典型である。被験物体の表面は透明な部材
の表面に極めて近接、例えば透明な部材の表面に接触す
るかまたはほぼ接することができる。また、被験物体の
表面は透明な部材の第１表面に対し静止していてもよい
し動いていてもよい。
【００３０】この発明においては、透明な部材の第１表
面に斜めの角度で偏光光ビームが向けられる。光ビーム
の入射平面は偏光基準ベクトルｐを規定し、このベクト
ルに直交基準ベクトルｓが関連する。入射光ビームの偏
光はｓ型及びｐ型の両方の偏光が存在するものである。
面に斜めの角度で偏光光ビームが向けられる。光ビーム
の入射平面は偏光基準ベクトルｐを規定し、このベクト
ルに直交基準ベクトルｓが関連する。入射光ビームの偏
光はｓ型及びｐ型の両方の偏光が存在するものである。
【００３１】光ビームは、透明な部材の第一表面からの
反射と被験物体の表面からの反射との組み合わせ効果に
よって透明な部材を通して反射される。次に反射光ビー
ムの２つの偏光であるｓとｐを、光検出器またはその幾
つかの組み合わせの上で互いに干渉させ、２つの反射偏
光成分の相対的な位相並びにその振幅についての情報を
得る。本発明の方法において、この情報は反射光線を２
つ以上の等しい光線に分け、各光線が偏光光学部材を通
って光検出器に達することによって得られる。次に、電
子工学処理手段が光検出器からの信号を用いてこの２つ
の偏光の振幅と相対的な位相を計算する。次いでコンピ
ューターが干渉計分析によって得られた情報を用いて２
つの部材の表面間の隔たりの大きさを計算する。
反射と被験物体の表面からの反射との組み合わせ効果に
よって透明な部材を通して反射される。次に反射光ビー
ムの２つの偏光であるｓとｐを、光検出器またはその幾
つかの組み合わせの上で互いに干渉させ、２つの反射偏
光成分の相対的な位相並びにその振幅についての情報を
得る。本発明の方法において、この情報は反射光線を２
つ以上の等しい光線に分け、各光線が偏光光学部材を通
って光検出器に達することによって得られる。次に、電
子工学処理手段が光検出器からの信号を用いてこの２つ
の偏光の振幅と相対的な位相を計算する。次いでコンピ
ューターが干渉計分析によって得られた情報を用いて２
つの部材の表面間の隔たりの大きさを計算する。
【００３２】本発明は、また、被験物体の表面の合成屈
折率を測定する方法および装置を提供する。この方法は
透明な部材の第一表面と被験物体の表面との隔たりを光
源の波長にほぼ等しいか又はそれ以上の範囲にわたって
変化させることにより行う。この変化は被験物体の表面
の位置を調整する機械的手段または２表面間の隔たりの
大きさを規定するその他の物理的パラメーターの変更に
よって実行することができる。隔たりの大きさが変更さ
れている間に、干渉計データが高速で取得される。コン
ピューターは、振幅および位相情報についての最大値、
最小値のようなデータを記憶し、このデータを用いて被
験物体の表面の有効な合成屈折率を計算する。
折率を測定する方法および装置を提供する。この方法は
透明な部材の第一表面と被験物体の表面との隔たりを光
源の波長にほぼ等しいか又はそれ以上の範囲にわたって
変化させることにより行う。この変化は被験物体の表面
の位置を調整する機械的手段または２表面間の隔たりの
大きさを規定するその他の物理的パラメーターの変更に
よって実行することができる。隔たりの大きさが変更さ
れている間に、干渉計データが高速で取得される。コン
ピューターは、振幅および位相情報についての最大値、
最小値のようなデータを記憶し、このデータを用いて被
験物体の表面の有効な合成屈折率を計算する。
【００３３】本発明は、また、被験物体の表面の境界
（boundary）に対する測定ビームの被験物体の表面上で
の位置を測定する方法および装置を提供して、意味のあ
る繰り返し可能なギャップの測定を提供する。この装置
は、白熱球や光照射ダイオード等の光源と、光学システ
ムと、電子カメラと、その電子カメラの信号から画像を
形成する手段から構成される。光ビームは透明な部材を
通過して斜めの角度で向けられる。あるいは明視野顕微
鏡の分野における技術者にとっては公知の方法で、光ビ
ームを光学顕微鏡を通して透明な部材に実質的に垂直入
射で向けてもよい。光学顕微鏡を用いた場合、透明な部
材の表面と被験物体の表面との双方から反射してカメラ
上に像が形成されている光ビームを用いて、被験物体の
表面から反射した光の像をカメラ上に形成する。同時
に、被験物体の表面の境界（boundary）に対する測定点
の位置が可視的あるいは電子工学的に決定できるよう
に、前述の測定ビームの一部の画像もカメラ上に形成す
る。光学顕微鏡を用いた場合、斜角で入射する測定ビー
ムの位置は被験物体の表面によって散乱して顕微鏡にま
で達し、カメラ上に像を結ぶ。このようにして、この装
置は、被験物体の表面の境界（boundary）に対する測定
点の位置を示す。コンピューター処理を含む本発明の上
記およびその他の特徴、好ましい実施例の詳細、実行方
法は、下記の実施例を添付図面と共に読めばより明らか
になる。
（boundary）に対する測定ビームの被験物体の表面上で
の位置を測定する方法および装置を提供して、意味のあ
る繰り返し可能なギャップの測定を提供する。この装置
は、白熱球や光照射ダイオード等の光源と、光学システ
ムと、電子カメラと、その電子カメラの信号から画像を
形成する手段から構成される。光ビームは透明な部材を
通過して斜めの角度で向けられる。あるいは明視野顕微
鏡の分野における技術者にとっては公知の方法で、光ビ
ームを光学顕微鏡を通して透明な部材に実質的に垂直入
射で向けてもよい。光学顕微鏡を用いた場合、透明な部
材の表面と被験物体の表面との双方から反射してカメラ
上に像が形成されている光ビームを用いて、被験物体の
表面から反射した光の像をカメラ上に形成する。同時
に、被験物体の表面の境界（boundary）に対する測定点
の位置が可視的あるいは電子工学的に決定できるよう
に、前述の測定ビームの一部の画像もカメラ上に形成す
る。光学顕微鏡を用いた場合、斜角で入射する測定ビー
ムの位置は被験物体の表面によって散乱して顕微鏡にま
で達し、カメラ上に像を結ぶ。このようにして、この装
置は、被験物体の表面の境界（boundary）に対する測定
点の位置を示す。コンピューター処理を含む本発明の上
記およびその他の特徴、好ましい実施例の詳細、実行方
法は、下記の実施例を添付図面と共に読めばより明らか
になる。
【００３４】また、この発明は、被験物体が透明な部材
からなる場合には、実質的に不透明な部材の表面からそ
れに極めて近接した実質的に透明な被験物体の表面まで
の距離を測定する光学的隙間測定方法であって、関連す
る直行基準ベクトルｓを有する偏光基準ベクトルｐを形
成する入射平面を有し、前記透明な被験物体の表面に入
射しかつｓ型およびｐ型の偏向が双方に存在するような
偏向を有する偏光ビームを前記透明な被験物体の表面に
斜めの角度で向ける工程と、前記透明な被験物体を通過
させて前記偏光ビームを反射させ、互いの相対的な位相
とそれに関連する振幅とを有するベクトルｓとベクトル
ｐの偏光成分からなる反射ビームを得る工程と、前記反
射ビーム中における反射されたベクトルｓとベクトルｐ
の偏光成分を互いに干渉させて前記相対的な位相とそれ
に関連する振幅の情報を得る工程と、前記相対的な位相
とそれに関連する振幅の情報に基づいて前記不透明な部
材の表面から前記透明な被験物体の表面までの距離を決
定する工程とからなる光学的隙間測定方法である。
からなる場合には、実質的に不透明な部材の表面からそ
れに極めて近接した実質的に透明な被験物体の表面まで
の距離を測定する光学的隙間測定方法であって、関連す
る直行基準ベクトルｓを有する偏光基準ベクトルｐを形
成する入射平面を有し、前記透明な被験物体の表面に入
射しかつｓ型およびｐ型の偏向が双方に存在するような
偏向を有する偏光ビームを前記透明な被験物体の表面に
斜めの角度で向ける工程と、前記透明な被験物体を通過
させて前記偏光ビームを反射させ、互いの相対的な位相
とそれに関連する振幅とを有するベクトルｓとベクトル
ｐの偏光成分からなる反射ビームを得る工程と、前記反
射ビーム中における反射されたベクトルｓとベクトルｐ
の偏光成分を互いに干渉させて前記相対的な位相とそれ
に関連する振幅の情報を得る工程と、前記相対的な位相
とそれに関連する振幅の情報に基づいて前記不透明な部
材の表面から前記透明な被験物体の表面までの距離を決
定する工程とからなる光学的隙間測定方法である。
【００３５】さらに、この発明は、実質的に透明な部材
の表面からそれに極めて近接した被験物体の表面までの
距離を測定する光学的隙間測定装置であって、直行基準
ベクトルｓに関連する偏光基準ベクトルｐを形成する入
射平面を有する偏光された入射光ビームであり、前記ｓ
型とｐ型との双方の偏向が存在し、前記透明な部材を通
過して反射されて、ｓとｐの反射偏向成分からなる前記
透明な部材の表面と前記被験物体の表面との合成反射率
を有する反射ビームとなって、その合成反射率が偏向状
態に応じて変化し、前記ｓとｐの偏向成分の相対的な位
相と各偏向成分の光量の変化が前記透明な部材の表面と
前記被験物体の表面間の距離の関数となるような偏光さ
れた入射光ビームを斜めの角度で前記透明な部材の表面
に向けて与える手段と、前記反射ビームの偏向成分を混
合してその偏向成分の相対的な強度と前記ｓとｐの偏向
成分間の位相差との干渉効果特性を得ることで、前記ｓ
とｐの偏向成分の相対的な位相と各偏向成分の光量の変
化との情報を得る手段と、前記ｓとｐの偏向成分の相対
的な位相と各偏向成分の光量の変化との情報に基づいて
前記透明な部材の表面と前記被験物体の表面間の距離を
決定し、それによって前記透明な部材の表面から前記被
験物体の表面までの距離を高速かつ正確に測定すること
を特徴とする光学的隙間測定装置である。
の表面からそれに極めて近接した被験物体の表面までの
距離を測定する光学的隙間測定装置であって、直行基準
ベクトルｓに関連する偏光基準ベクトルｐを形成する入
射平面を有する偏光された入射光ビームであり、前記ｓ
型とｐ型との双方の偏向が存在し、前記透明な部材を通
過して反射されて、ｓとｐの反射偏向成分からなる前記
透明な部材の表面と前記被験物体の表面との合成反射率
を有する反射ビームとなって、その合成反射率が偏向状
態に応じて変化し、前記ｓとｐの偏向成分の相対的な位
相と各偏向成分の光量の変化が前記透明な部材の表面と
前記被験物体の表面間の距離の関数となるような偏光さ
れた入射光ビームを斜めの角度で前記透明な部材の表面
に向けて与える手段と、前記反射ビームの偏向成分を混
合してその偏向成分の相対的な強度と前記ｓとｐの偏向
成分間の位相差との干渉効果特性を得ることで、前記ｓ
とｐの偏向成分の相対的な位相と各偏向成分の光量の変
化との情報を得る手段と、前記ｓとｐの偏向成分の相対
的な位相と各偏向成分の光量の変化との情報に基づいて
前記透明な部材の表面と前記被験物体の表面間の距離を
決定し、それによって前記透明な部材の表面から前記被
験物体の表面までの距離を高速かつ正確に測定すること
を特徴とする光学的隙間測定装置である。
【００３６】また、この発明は、被験物体が透明な部材
からなる場合には、実質的に不透明な部材の表面からそ
れに極めて近接した実質的に透明な被験物体の表面まで
の距離を測定する光学的隙間測定装置であって、直行基
準ベクトルｓに関連する偏光基準ベクトルｐを形成する
入射平面を有する偏光された入射光ビームであり、前記
ｓ型とｐ型との双方の偏向が存在し、前記透明な被験物
体を通過して反射されて、ｓとｐの反射偏向成分からな
る前記不透明な部材の表面と前記透明な被験物体の表面
との合成反射率を有する反射ビームとなって、その合成
反射率が偏向状態に応じて変化し、前記ｓとｐの偏向成
分の相対的な位相と各偏向成分の光量の変化が前記不透
明な部材の表面と前記透明な被験物体の表面間の距離の
関数となるような偏光された入射光ビームを斜めの角度
で前記透明な被験物体の表面に向けて与える手段と、前
記反射ビームの偏向成分を混合してその偏向成分の相対
的な強度と前記ｓとｐの偏向成分間の位相差との干渉効
果特性を得ることで、前記ｓとｐの偏向成分の相対的な
位相と各偏向成分の光量の変化との情報を得る手段と、
前記ｓとｐの偏向成分の相対的な位相と各偏向成分の光
量の変化との情報に基づいて前記不透明な部材の表面と
前記透明な被験物体の表面間の距離を決定し、それによ
って前記不透明な部材の表面から前記透明な被験物体の
表面までの距離を高速かつ正確に測定することを特徴と
する光学的隙間測定装置である。
からなる場合には、実質的に不透明な部材の表面からそ
れに極めて近接した実質的に透明な被験物体の表面まで
の距離を測定する光学的隙間測定装置であって、直行基
準ベクトルｓに関連する偏光基準ベクトルｐを形成する
入射平面を有する偏光された入射光ビームであり、前記
ｓ型とｐ型との双方の偏向が存在し、前記透明な被験物
体を通過して反射されて、ｓとｐの反射偏向成分からな
る前記不透明な部材の表面と前記透明な被験物体の表面
との合成反射率を有する反射ビームとなって、その合成
反射率が偏向状態に応じて変化し、前記ｓとｐの偏向成
分の相対的な位相と各偏向成分の光量の変化が前記不透
明な部材の表面と前記透明な被験物体の表面間の距離の
関数となるような偏光された入射光ビームを斜めの角度
で前記透明な被験物体の表面に向けて与える手段と、前
記反射ビームの偏向成分を混合してその偏向成分の相対
的な強度と前記ｓとｐの偏向成分間の位相差との干渉効
果特性を得ることで、前記ｓとｐの偏向成分の相対的な
位相と各偏向成分の光量の変化との情報を得る手段と、
前記ｓとｐの偏向成分の相対的な位相と各偏向成分の光
量の変化との情報に基づいて前記不透明な部材の表面と
前記透明な被験物体の表面間の距離を決定し、それによ
って前記不透明な部材の表面から前記透明な被験物体の
表面までの距離を高速かつ正確に測定することを特徴と
する光学的隙間測定装置である。
【００３７】
【発明の実施の形態】以下、図面に示す実施例に基づい
てこの発明を詳述する。なお、これによってこの発明が
限定されるものではない。
てこの発明を詳述する。なお、これによってこの発明が
限定されるものではない。
【００３８】図１は回転する透明なディスク２０からそ
のディスク２０にほぼ接している被験物体（以下単に
「物体」という）３０までの距離を測定する干渉計機構
を用いたこの発明の実施に用いる装置の好ましい実施例
である。この実施例の装置は、回転する磁気記憶媒体の
ようなディスク２０の表面におけるスライダーのような
被験物体３０の空力フライト特性を決定するのに適して
いる。この装置は、回転する透明なディスク２０の表面
２５と被験物体３０の表面３５との表面間（隙間）の距
離を測定するようになっている。ディスク２０は、図に
示すように、モータ２２で駆動される軸２１に取り付け
られていることが望ましく、隙間の距離がディスク２０
の回転速度の関数として求められてもよい。被験物体３
０と軸２１との位置関係については、ディスク２０の上
面と被験物体３０の位置とを示した図２によってさらに
詳細に示されている。図２においては、被験物体３０
が、例えばスライダー１１によって支持された磁気ヘッ
ド１０から構成されている場合を示している。
のディスク２０にほぼ接している被験物体（以下単に
「物体」という）３０までの距離を測定する干渉計機構
を用いたこの発明の実施に用いる装置の好ましい実施例
である。この実施例の装置は、回転する磁気記憶媒体の
ようなディスク２０の表面におけるスライダーのような
被験物体３０の空力フライト特性を決定するのに適して
いる。この装置は、回転する透明なディスク２０の表面
２５と被験物体３０の表面３５との表面間（隙間）の距
離を測定するようになっている。ディスク２０は、図に
示すように、モータ２２で駆動される軸２１に取り付け
られていることが望ましく、隙間の距離がディスク２０
の回転速度の関数として求められてもよい。被験物体３
０と軸２１との位置関係については、ディスク２０の上
面と被験物体３０の位置とを示した図２によってさらに
詳細に示されている。図２においては、被験物体３０
が、例えばスライダー１１によって支持された磁気ヘッ
ド１０から構成されている場合を示している。
【００３９】図１に示すように、測定用照明としては光
源１を用いる。光源１には、発光ダイオード、気体レー
ザー、放電ランプ、その他の光源を用いてもよい。レン
ズ３は、偏光部材４の方向に光ビーム２を向ける。偏光
部材４には、ダイクロイック直線偏光子などを用いても
よい。偏光された光ビーム５は、ディスク２０の第１面
（裏面）に斜めから入射することが好ましい。光ビーム
の入射面は、直行基準ベクトルｓとそれに関連する偏光
基準ベクトルｐを規定することが好ましい。光ビーム５
は、ｓ型偏光ベクトルとｐ型偏光ベクトルがいずれも存
在するように偏光することが好ましい。
源１を用いる。光源１には、発光ダイオード、気体レー
ザー、放電ランプ、その他の光源を用いてもよい。レン
ズ３は、偏光部材４の方向に光ビーム２を向ける。偏光
部材４には、ダイクロイック直線偏光子などを用いても
よい。偏光された光ビーム５は、ディスク２０の第１面
（裏面）に斜めから入射することが好ましい。光ビーム
の入射面は、直行基準ベクトルｓとそれに関連する偏光
基準ベクトルｐを規定することが好ましい。光ビーム５
は、ｓ型偏光ベクトルとｐ型偏光ベクトルがいずれも存
在するように偏光することが好ましい。
【００４０】図１に示すように、光ビーム５は、ディス
ク２０を介して光ビーム６として反射することが好まし
い。反射した光ビーム６は、ディスク２０の表面２５か
らの反射と物体３０の表面３５からの反射が組み合わさ
れて生じるものである。この２つの面２５と面３５から
の反射は、光ビーム５の偏光によって左右され、２つの
偏光ｓと偏光ｐの相対的な位相とそれぞれの偏光の光量
とが変化する。位相と光量のこうした変化は、部分的に
は、面２５と面３５との隔たりの関数となっている。こ
の発明の装置は、それぞれの偏光の光量を測定する偏光
感知強度メータ（以下単に「強度メータ」という）１２
と、偏光ｓと偏光ｐとの位相差を求める位相検出器１３
をさらに備えることが好ましい。この発明の好ましい実
施例では、レンズ７と、着脱可能な偏光部材１４と、ビ
ームスプリッター８をさらに備えることが好ましい。こ
の偏光部材１４は、図３に詳細に示すように、強度メー
タ１２と位相検出器１３の正確な操作を調整し確認する
ものであり、これには偏光子や波長板を用いてもよい。
ク２０を介して光ビーム６として反射することが好まし
い。反射した光ビーム６は、ディスク２０の表面２５か
らの反射と物体３０の表面３５からの反射が組み合わさ
れて生じるものである。この２つの面２５と面３５から
の反射は、光ビーム５の偏光によって左右され、２つの
偏光ｓと偏光ｐの相対的な位相とそれぞれの偏光の光量
とが変化する。位相と光量のこうした変化は、部分的に
は、面２５と面３５との隔たりの関数となっている。こ
の発明の装置は、それぞれの偏光の光量を測定する偏光
感知強度メータ（以下単に「強度メータ」という）１２
と、偏光ｓと偏光ｐとの位相差を求める位相検出器１３
をさらに備えることが好ましい。この発明の好ましい実
施例では、レンズ７と、着脱可能な偏光部材１４と、ビ
ームスプリッター８をさらに備えることが好ましい。こ
の偏光部材１４は、図３に詳細に示すように、強度メー
タ１２と位相検出器１３の正確な操作を調整し確認する
ものであり、これには偏光子や波長板を用いてもよい。
【００４１】図３に好ましい例として示すように、ビー
ムスプリッター１０１は、反射光ビーム６を、光ビーム
１０２と光ビーム１０３に分けるものである。強度メー
タ１２は、ウォラストンプリズムや偏光ビームスプリッ
ターのような偏光部材１１０を備えることが好ましい。
この偏光部材１１０は、光ビーム１０２の偏光ｓと偏光
ｐを分離させて、光検出器１１１と光検出器１１２に照
射する。これらの光検出器により測定された光強度は、
コンピュータ９９（図１参照）に電子的に伝達されるこ
とが好ましい。
ムスプリッター１０１は、反射光ビーム６を、光ビーム
１０２と光ビーム１０３に分けるものである。強度メー
タ１２は、ウォラストンプリズムや偏光ビームスプリッ
ターのような偏光部材１１０を備えることが好ましい。
この偏光部材１１０は、光ビーム１０２の偏光ｓと偏光
ｐを分離させて、光検出器１１１と光検出器１１２に照
射する。これらの光検出器により測定された光強度は、
コンピュータ９９（図１参照）に電子的に伝達されるこ
とが好ましい。
【００４２】図３に示すように、位相検出器１３では、
光ビーム１０３は、さらに光ビーム１０４と光ビーム１
０５とに分けられることが好ましい。ウォラストンプリ
ズムのような偏光部材１２０は、光ビーム１０４の２つ
の偏光ｓと偏光ｐを合わせて２つの光ビーム１０６と光
ビーム１０７を形成する。これらの光ビームは、互いに
直交するように偏光されている。こうして偏光部材１２
０が２つの偏光を合せることによって、これらの偏光の
相対強度の干渉効果や偏光間における相対位相が生じる
とともに、偏光部材１２０が正確に配向するなどの結果
がもたらされることが好ましい。光ビーム１０６と光ビ
ーム１０７の強度は、２つの光検出器１２２と光検出器
１２１によってそれぞれ測定されて、その電気信号がコ
ンピュータ９９（図１参照）に渡されることが好まし
い。
光ビーム１０３は、さらに光ビーム１０４と光ビーム１
０５とに分けられることが好ましい。ウォラストンプリ
ズムのような偏光部材１２０は、光ビーム１０４の２つ
の偏光ｓと偏光ｐを合わせて２つの光ビーム１０６と光
ビーム１０７を形成する。これらの光ビームは、互いに
直交するように偏光されている。こうして偏光部材１２
０が２つの偏光を合せることによって、これらの偏光の
相対強度の干渉効果や偏光間における相対位相が生じる
とともに、偏光部材１２０が正確に配向するなどの結果
がもたらされることが好ましい。光ビーム１０６と光ビ
ーム１０７の強度は、２つの光検出器１２２と光検出器
１２１によってそれぞれ測定されて、その電気信号がコ
ンピュータ９９（図１参照）に渡されることが好まし
い。
【００４３】光ビーム１０５は、例えば４分の１波長板
であってもよい波長板１２３を通過することが好まし
い。波長板１２３は、２つの偏光ｓと偏光ｐの相対位相
をシフトする効果を有することが好ましい。ウォラスト
ンプリズムのような第３の偏光部材１３０は、光ビーム
１０５の２つの偏光ｓと偏光ｐを合わせて２つの光ビー
ム１０８と光ビーム１０９を形成する。これらの光ビー
ムは、互いに直交するように偏光されている。こうして
偏光部材１３０が２つの偏光を合せることによって、こ
れらの偏光の相対強度の干渉効果が生じることが好まし
い。光ビーム１０８と光ビーム１０９の強度は、２つの
光検出器１３２と光検出器１３１によってそれぞれ測定
されて、その電気信号がコンピュータ９９（図１参照）
に渡されることが好ましい。
であってもよい波長板１２３を通過することが好まし
い。波長板１２３は、２つの偏光ｓと偏光ｐの相対位相
をシフトする効果を有することが好ましい。ウォラスト
ンプリズムのような第３の偏光部材１３０は、光ビーム
１０５の２つの偏光ｓと偏光ｐを合わせて２つの光ビー
ム１０８と光ビーム１０９を形成する。これらの光ビー
ムは、互いに直交するように偏光されている。こうして
偏光部材１３０が２つの偏光を合せることによって、こ
れらの偏光の相対強度の干渉効果が生じることが好まし
い。光ビーム１０８と光ビーム１０９の強度は、２つの
光検出器１３２と光検出器１３１によってそれぞれ測定
されて、その電気信号がコンピュータ９９（図１参照）
に渡されることが好ましい。
【００４４】光検出器１１１，１１２，１２１，１２
２，１３１，１３２には、それぞれ、個別検出器、直線
配列検出器または２次元配列検出器を用いてもよいこと
が、この分野の技術者であれば理解できるであろう。こ
の発明の範囲内で他の検出手段を用いてもよいことも、
この分野の技術者であれば理解できるであろう。例え
ば、この実施例では、偏光部材と多重検出器を備えた形
態の位相検出器を特に用いているが、他の形態の位相検
出器を用いてもよい。この方法に適した別の位相評価法
としては、ピ−. ハリハラン著の「干渉計の基礎（Basi
cs of Interferometry）」アカデミック プレス（Acad
emic Press）、ボストン、１９９２年の７０、７１、７
３および１８９頁に記載のヘテロダイン干渉計が挙げら
れる。
２，１３１，１３２には、それぞれ、個別検出器、直線
配列検出器または２次元配列検出器を用いてもよいこと
が、この分野の技術者であれば理解できるであろう。こ
の発明の範囲内で他の検出手段を用いてもよいことも、
この分野の技術者であれば理解できるであろう。例え
ば、この実施例では、偏光部材と多重検出器を備えた形
態の位相検出器を特に用いているが、他の形態の位相検
出器を用いてもよい。この方法に適した別の位相評価法
としては、ピ−. ハリハラン著の「干渉計の基礎（Basi
cs of Interferometry）」アカデミック プレス（Acad
emic Press）、ボストン、１９９２年の７０、７１、７
３および１８９頁に記載のヘテロダイン干渉計が挙げら
れる。
【００４５】図４はこの発明の他の実施例を示すもので
ある。この実施例では、通常の入射システムにおいて被
試験面上で被験物体を観察し、測定点の位置を求めるた
めの顕微鏡２００を設けているが、図８に示すこの発明
のもう１つの他の実施例では、図４の垂直入射システム
と反対のインライン光学システムにおいて被試験面上に
測定光ビームが照射される。図４において、光源２０１
からの光２０２は、顕微鏡２００のビームスプリッター
２０３を介してレンズ２０４に照射されて、被験物体か
ら反射され、閉回路のテレビカメラ２１０の感光面に当
たることが好ましい。カメラ２１０からの電子画像は、
ビデオモニター２２０で観察するか、コンピュータ９９
（図１参照）に渡しさらに処理してもよい。
ある。この実施例では、通常の入射システムにおいて被
試験面上で被験物体を観察し、測定点の位置を求めるた
めの顕微鏡２００を設けているが、図８に示すこの発明
のもう１つの他の実施例では、図４の垂直入射システム
と反対のインライン光学システムにおいて被試験面上に
測定光ビームが照射される。図４において、光源２０１
からの光２０２は、顕微鏡２００のビームスプリッター
２０３を介してレンズ２０４に照射されて、被験物体か
ら反射され、閉回路のテレビカメラ２１０の感光面に当
たることが好ましい。カメラ２１０からの電子画像は、
ビデオモニター２２０で観察するか、コンピュータ９９
（図１参照）に渡しさらに処理してもよい。
【００４６】図８はこの発明のもう１つの他の実施例を
示すものである。この実施例では、オンライン光学シス
テムにおいて被試験面上で被験物体を観察し、測定点の
位置を求めるための観察システムを設けている。図８で
は、そこに好ましい例として示したように、図４と同じ
構成要素には、「ａ」を後に付した以外は図４と同じ参
照番号を付している。この実施例では、拡散光源２０１
ａには、白熱電球、発光ダイオードなどを用いてもよ
く、この拡散光源２０１ａの光をビームスプリッター２
０３ａによって光源の光ビーム２ａに合わせる。光源２
０１ａからの光は被験物体３０ａの表面３５ａを照射し
た後、ディスク２０ａを通過して反射される。光源２０
１ａから放出された光の一部は、ビームスプリッター２
０４ａに反射してカメラ２１０ａに導かれる。同時に、
ビームスプリッター２０４ａは、光源１ａから放出され
た光ビームの一部も反射する。電子信号がカメラ２１０
ａから渡されてビデオモニター２２０ａに画像２３０ａ
として表示される。光源１ａからの光ビームは面３５ａ
に結像され、画像２３０ａにおいて、面３５ａ上の測定
位置に対応する明点が形成される。すなわち、拡散光源
２０１ａからの光によって面３５ａの相当の面積が照明
されることにより、面３５ａの相当の部分が明瞭な画像
となる。この分野の技術者であれば、画像処理手段を設
け、面３５ａ上の物理的特徴に基づいて点２４０ａの位
置を自動的に求めることは理解できるであろう。
示すものである。この実施例では、オンライン光学シス
テムにおいて被試験面上で被験物体を観察し、測定点の
位置を求めるための観察システムを設けている。図８で
は、そこに好ましい例として示したように、図４と同じ
構成要素には、「ａ」を後に付した以外は図４と同じ参
照番号を付している。この実施例では、拡散光源２０１
ａには、白熱電球、発光ダイオードなどを用いてもよ
く、この拡散光源２０１ａの光をビームスプリッター２
０３ａによって光源の光ビーム２ａに合わせる。光源２
０１ａからの光は被験物体３０ａの表面３５ａを照射し
た後、ディスク２０ａを通過して反射される。光源２０
１ａから放出された光の一部は、ビームスプリッター２
０４ａに反射してカメラ２１０ａに導かれる。同時に、
ビームスプリッター２０４ａは、光源１ａから放出され
た光ビームの一部も反射する。電子信号がカメラ２１０
ａから渡されてビデオモニター２２０ａに画像２３０ａ
として表示される。光源１ａからの光ビームは面３５ａ
に結像され、画像２３０ａにおいて、面３５ａ上の測定
位置に対応する明点が形成される。すなわち、拡散光源
２０１ａからの光によって面３５ａの相当の面積が照明
されることにより、面３５ａの相当の部分が明瞭な画像
となる。この分野の技術者であれば、画像処理手段を設
け、面３５ａ上の物理的特徴に基づいて点２４０ａの位
置を自動的に求めることは理解できるであろう。
【００４７】さらに、この分野の技術者であれば、他の
手段や方法を用いることによって、被試験面上で被験物
体を観察し、測定点の位置を求めることも可能なことが
理解できるであろう。なお、照明と電子撮像には、図４
に示すような顕微鏡などの、垂直入射角または斜角で動
作するほぼ独立した光学システムを用いてもよい。こう
した独立光学手段では、測定点を求めるととも、被験物
体３０ａのローディングを容易にする独立処理手段を設
けてもよい。さらに、この独立処理手段に、面３５ａと
面２５ａとの間の隔たりを分析する補足分析機能を持た
せ、隔たりについての測定を確認するか、その範囲を増
大するかできるようにしてもよい。独立光学手段は、前
述したような、干渉色を生じる先行技術の光源を用いた
顕微鏡で構成してもよい。
手段や方法を用いることによって、被試験面上で被験物
体を観察し、測定点の位置を求めることも可能なことが
理解できるであろう。なお、照明と電子撮像には、図４
に示すような顕微鏡などの、垂直入射角または斜角で動
作するほぼ独立した光学システムを用いてもよい。こう
した独立光学手段では、測定点を求めるととも、被験物
体３０ａのローディングを容易にする独立処理手段を設
けてもよい。さらに、この独立処理手段に、面３５ａと
面２５ａとの間の隔たりを分析する補足分析機能を持た
せ、隔たりについての測定を確認するか、その範囲を増
大するかできるようにしてもよい。独立光学手段は、前
述したような、干渉色を生じる先行技術の光源を用いた
顕微鏡で構成してもよい。
【００４８】この発明の装置の好ましい実施例について
の記載は以上のとおりであり、以下に、この発明の好ま
しい測定方法について説明する。図１では、偏光光ビー
ム５は、ディスク２０を通過して入射角φ≠０の角度で
被験物体３０を照明することが好ましい。好ましくは、
光ビーム５は、２つの直交する偏光要素ｐと偏光要素ｓ
（ただし、ｐは入射面と平行な要素を表す）に分けても
よい。このため、光ビーム５の電界ベクトルは次式で表
すことができる。
の記載は以上のとおりであり、以下に、この発明の好ま
しい測定方法について説明する。図１では、偏光光ビー
ム５は、ディスク２０を通過して入射角φ≠０の角度で
被験物体３０を照明することが好ましい。好ましくは、
光ビーム５は、２つの直交する偏光要素ｐと偏光要素ｓ
（ただし、ｐは入射面と平行な要素を表す）に分けても
よい。このため、光ビーム５の電界ベクトルは次式で表
すことができる。
【数１】 式中、バーｓおよびバーｐは、２つの偏光の単位ベクト
ルである。
ルである。
【００４９】反射光ビーム６は次式で表すことができ
る。
る。
【数２】 式中、ｚs ，ｚp はスライダー−グラス境界面の有効反
射率である。
射率である。
【００５０】電界要素ａs ″，ａp ″は、スライダー−
グラスの上面を介したダブルパス伝導（double-pass tr
ansmission）の効果、および極性依存性である他のいず
れかの光学要素の効果を含む。有効反射率ｚp ，ｚs は
次式で与えられる。
グラスの上面を介したダブルパス伝導（double-pass tr
ansmission）の効果、および極性依存性である他のいず
れかの光学要素の効果を含む。有効反射率ｚp ，ｚs は
次式で与えられる。
【数３】
【数４】 上記式中の位相項βは次式で与えられる。
【数５】
【００５１】反射率ｒs ，ｒp はディスク２０の表面２
５の反射率であり、反射率ｒs ′，ｒp ′は被験物体３
０の表面３５の反射率を表す。位相βは、波数ｋ＝１／
λ、入射角φ、および表面２５と表面３５との距離ｈに
関連する。
５の反射率であり、反射率ｒs ′，ｒp ′は被験物体３
０の表面３５の反射率を表す。位相βは、波数ｋ＝１／
λ、入射角φ、および表面２５と表面３５との距離ｈに
関連する。
【００５２】図３では、反射光ビーム６は光強度メータ
１２によって分析される。光検出器１１１および光検出
器１１２は次式で表すことが可能な光強度を測定する。
１２によって分析される。光検出器１１１および光検出
器１１２は次式で表すことが可能な光強度を測定する。
【数６】
【００５３】上記式中において、
【数７】
【数８】
【００５４】図５と図６のグラフは測定強度の変化をデ
ィスク２０の表面２５から被験物体３０の表面３５まで
の距離（高さ）の関数として示すものである。位相検出
器１３によって、２つの偏光ｓと偏光ｐとの位相差を求
めることが好ましい。この位相差は次式で表すことがで
きる。
ィスク２０の表面２５から被験物体３０の表面３５まで
の距離（高さ）の関数として示すものである。位相検出
器１３によって、２つの偏光ｓと偏光ｐとの位相差を求
めることが好ましい。この位相差は次式で表すことがで
きる。
【数９】 上記式中において、
【数１０】
【００５５】図７のグラフは相対位相の変化をディスク
２０の表面２５から被験物体３０の表面３５までの距離
（高さ）の関数として示すものである。位相検出器１３
は、図３に示した検出器１２１，１２２，１３１，１３
２で測定した強度の数学解析によって機能することが好
ましい。この発明の好ましい位相測定法では、正確にπ
／２ラジアンだけ位相分離した４つの干渉信号の配列に
４つの強度が対応するように、偏光部材１２０、偏光部
材１３０、波長板１２３が好ましくは選択、配置される
必要がある。すなわち、偏光ｓと偏光ｐとの位相差を次
式で表すことができる。
２０の表面２５から被験物体３０の表面３５までの距離
（高さ）の関数として示すものである。位相検出器１３
は、図３に示した検出器１２１，１２２，１３１，１３
２で測定した強度の数学解析によって機能することが好
ましい。この発明の好ましい位相測定法では、正確にπ
／２ラジアンだけ位相分離した４つの干渉信号の配列に
４つの強度が対応するように、偏光部材１２０、偏光部
材１３０、波長板１２３が好ましくは選択、配置される
必要がある。すなわち、偏光ｓと偏光ｐとの位相差を次
式で表すことができる。
【数１１】
【００５６】この式は、当該技術では、位相評価用の
「４段階アルゴリズム」（例えば、ダニエル マラカラ
著「光学工場試験法（Optical Shop Testing）」、第２
版、ワイリ（Wiley ）、ニューヨーク、１９９２年の５
１１頁参照）と称することも度々ある。この「光学工場
試験法」では、位相評価に用いる他の周知のアルゴリズ
ムについても取り挙げて詳細に記載している。
「４段階アルゴリズム」（例えば、ダニエル マラカラ
著「光学工場試験法（Optical Shop Testing）」、第２
版、ワイリ（Wiley ）、ニューヨーク、１９９２年の５
１１頁参照）と称することも度々ある。この「光学工場
試験法」では、位相評価に用いる他の周知のアルゴリズ
ムについても取り挙げて詳細に記載している。
【００５７】強度Ｉs,p（β）と位相θ（β）（式
（９．）参照）を組合わせると、次式によって定義され
る範囲において、表面２５と表面３５との距離ｈを明確
に求めることのできる十分なデータが得られることが好
ましい。
（９．）参照）を組合わせると、次式によって定義され
る範囲において、表面２５と表面３５との距離ｈを明確
に求めることのできる十分なデータが得られることが好
ましい。
【数１２】
【００５８】すなわち、コンピュータ９９は、０≦β＜
２πの範囲において、Ｉs ，Ｉp およびθの測定値を理
論上の予測値（式（６．）および式（９．）参照）を比
較することが好ましい。理論と実験が最も整合するβ値
を用いて、距離ｈ（式（５．）参照）を求めることが望
ましい。理論と実験をできるだけ整合させるための種々
の方法が当該技術において知られている。現在のとこ
ろ、この好ましい方法は、ダブリュー. プレス、エス.
ツーコルスキー、ダブリュー. ベターリング、ビー. フ
ラネリー著「Ｃにおける数値法（Numerical recipes in
C）」１９９２年ケンブリッジ大学出版、第２版の６５
９頁〜６６１頁に記載のリースト−スクウェアズーフィ
ティング（least-squares fitting ）である。この発明
の非常に有用な点は、接触に近い距離ｈを、誘電材料を
含む全ての材料について正確に測定することが可能であ
る点である。通常の入射角での多波長強度測定に基づく
先行技術では、特に誘電材料を用いて接触に近い距離を
測定した場合、正確さを非常に欠いてしまう。
２πの範囲において、Ｉs ，Ｉp およびθの測定値を理
論上の予測値（式（６．）および式（９．）参照）を比
較することが好ましい。理論と実験が最も整合するβ値
を用いて、距離ｈ（式（５．）参照）を求めることが望
ましい。理論と実験をできるだけ整合させるための種々
の方法が当該技術において知られている。現在のとこ
ろ、この好ましい方法は、ダブリュー. プレス、エス.
ツーコルスキー、ダブリュー. ベターリング、ビー. フ
ラネリー著「Ｃにおける数値法（Numerical recipes in
C）」１９９２年ケンブリッジ大学出版、第２版の６５
９頁〜６６１頁に記載のリースト−スクウェアズーフィ
ティング（least-squares fitting ）である。この発明
の非常に有用な点は、接触に近い距離ｈを、誘電材料を
含む全ての材料について正確に測定することが可能であ
る点である。通常の入射角での多波長強度測定に基づく
先行技術では、特に誘電材料を用いて接触に近い距離を
測定した場合、正確さを非常に欠いてしまう。
【００５９】この分野の技術者であれば、測定、分析の
際の主要パラメーターとして、強度Ｉs,p（β）と位相
θ（β）に関連した他の測定パラメーターも用いられる
ことは理解できるであろう。例えば、位相検出器１３の
干渉現象のコントラストは、強度Ｉs,p（β）の積の平
方根の２倍に等しい。また、光検出器１２１，１２２，
１３１，１３２（図３参照）によって測定される強度の
平均は、２つの強度Ｉ s,p（β）の和に等しい。したが
って、この発明の他の実施例では、図１および図３に示
した強度メーター１２は不要になり、位相検出器１３に
よって得られたデータに全面的に基づくことが好まし
い。この他の実施例に用いられる主要な測定パラメータ
ーは、相対位相、平均強度、および、フリンジコントラ
ストである。
際の主要パラメーターとして、強度Ｉs,p（β）と位相
θ（β）に関連した他の測定パラメーターも用いられる
ことは理解できるであろう。例えば、位相検出器１３の
干渉現象のコントラストは、強度Ｉs,p（β）の積の平
方根の２倍に等しい。また、光検出器１２１，１２２，
１３１，１３２（図３参照）によって測定される強度の
平均は、２つの強度Ｉ s,p（β）の和に等しい。したが
って、この発明の他の実施例では、図１および図３に示
した強度メーター１２は不要になり、位相検出器１３に
よって得られたデータに全面的に基づくことが好まし
い。この他の実施例に用いられる主要な測定パラメータ
ーは、相対位相、平均強度、および、フリンジコントラ
ストである。
【００６０】この分野の技術者であれば、ここに述べた
データ分析において、一連の光学要素、例えばレンズや
ビームスプリッターなどから構成されたこの装置自体
が、図１に示した光ビーム５および光ビーム６の偏光状
態を著しくは変更しないことを仮定していることが理解
できるであろう。仮に、実際、こうした光学要素が測定
光ビームの偏光状態を変更する場合には、光学要素が及
ぼす測定パラメーターへの影響は、必ず、最小限に抑え
るか、データ処理の過程で考慮しなければならない。例
えば、図１のレンズ７が応力複屈折の影響を完全には免
れていないとすると、それによって光ビーム６の偏光状
態が修正され、測定パラメーターＩs,p（β）およびθ
（β）が影響されることになる。したがって、応力複屈
折を最小限に抑えることができるように、レンズ７を選
択、配置する必要がある。
データ分析において、一連の光学要素、例えばレンズや
ビームスプリッターなどから構成されたこの装置自体
が、図１に示した光ビーム５および光ビーム６の偏光状
態を著しくは変更しないことを仮定していることが理解
できるであろう。仮に、実際、こうした光学要素が測定
光ビームの偏光状態を変更する場合には、光学要素が及
ぼす測定パラメーターへの影響は、必ず、最小限に抑え
るか、データ処理の過程で考慮しなければならない。例
えば、図１のレンズ７が応力複屈折の影響を完全には免
れていないとすると、それによって光ビーム６の偏光状
態が修正され、測定パラメーターＩs,p（β）およびθ
（β）が影響されることになる。したがって、応力複屈
折を最小限に抑えることができるように、レンズ７を選
択、配置する必要がある。
【００６１】この発明を実施する際にさらに配慮すべき
点としては、図１に示したディスク２０の応力複屈折の
影響が挙げられる。ディスク２０は、製造時の残留応
力、このディスク２０を軸２１にクランプ止めする際の
応力、または高速度回転による求心力によって複屈折を
有することがある。これらの原因より生じる影響は、最
小限にするか、データ処理時に考慮されなくてはならな
い。
点としては、図１に示したディスク２０の応力複屈折の
影響が挙げられる。ディスク２０は、製造時の残留応
力、このディスク２０を軸２１にクランプ止めする際の
応力、または高速度回転による求心力によって複屈折を
有することがある。これらの原因より生じる影響は、最
小限にするか、データ処理時に考慮されなくてはならな
い。
【００６２】この発明の好ましい実施例では、また、表
面３５の合成屈折率を求めるための方法と手段が提供さ
れる。この方法では、少なくとも２ラジアンの量βの変
更に対応する範囲において、表面２５と表面３５の２つ
の表面間（隙間）の距離を変更することが含まれること
が好ましい。図１では、機械アーム３１を用いて被験物
体３０をディスク２０に対して保持している。機械アー
ム３１は、商業的浮上高試験システムに用いられるよう
なローディング機構３２によって作動されることが好ま
しい。通常の使用では、ローディング機構３２は、被験
物体３０を、光源の１波長以上の距離から表面２５に実
質的に垂直な方向に沿って徐々に移動させ、ディスク２
０にほぼ接触させる。この工程は、当該技術では通常、
「ローディング」と称されている。この発明の好ましい
方法は、被験物体３０をディスク２０にローディングす
る工程中に、以下の量、すなわち偏光ｐの強度、偏光ｓ
の強度、これら２つの偏光の位相差θの最大値、最小値
を検出し、かつ記録することからなることが好ましい。
こうして得られた最大値、最小値は、符号Ｉs,p ma x，
Ｉs,p min，θmax ，θmin で表すことができる。これ
らの値を、図１のコンピュータ９９で処理し、数学的手
順に基づいて合成屈折率を求めることが好ましい。その
数学的手順を以下に詳述する。
面３５の合成屈折率を求めるための方法と手段が提供さ
れる。この方法では、少なくとも２ラジアンの量βの変
更に対応する範囲において、表面２５と表面３５の２つ
の表面間（隙間）の距離を変更することが含まれること
が好ましい。図１では、機械アーム３１を用いて被験物
体３０をディスク２０に対して保持している。機械アー
ム３１は、商業的浮上高試験システムに用いられるよう
なローディング機構３２によって作動されることが好ま
しい。通常の使用では、ローディング機構３２は、被験
物体３０を、光源の１波長以上の距離から表面２５に実
質的に垂直な方向に沿って徐々に移動させ、ディスク２
０にほぼ接触させる。この工程は、当該技術では通常、
「ローディング」と称されている。この発明の好ましい
方法は、被験物体３０をディスク２０にローディングす
る工程中に、以下の量、すなわち偏光ｐの強度、偏光ｓ
の強度、これら２つの偏光の位相差θの最大値、最小値
を検出し、かつ記録することからなることが好ましい。
こうして得られた最大値、最小値は、符号Ｉs,p ma x，
Ｉs,p min，θmax ，θmin で表すことができる。これ
らの値を、図１のコンピュータ９９で処理し、数学的手
順に基づいて合成屈折率を求めることが好ましい。その
数学的手順を以下に詳述する。
【００６３】まず、次式のように２つの量ｕs,pを定義
する。
する。
【数１３】
【００６４】さらに、次式のように他の２つの量γs,p
を定義する。
を定義する。
【数１４】 この式中、Ｒs,pは、表面２５の既知の反射率である。
【００６５】次に、表面３５の反射率を次式から計算す
る。
る。
【数１５】
【００６６】次いで、偏光ｓとｐの位相差αΔを次式か
ら計算する。
ら計算する。
【数１６】
【００６７】次に、次式によりそれに応じた量を定義す
る。
る。
【数１７】
【００６８】そして、次式から合成反射率ｎ′を計算す
る。
る。
【数１８】
【００６９】以上の数学的手順は表面３５の合成屈折率
ｎ′を計算するためのものであり、図１の光ビーム５の
入射角φが、ディスク２０のブルースター角に近似では
あるが等しくはないとみなしている。ディスクの屈折率
ｎg の適切な角度としては、例えば、５０゜にほぼ等し
いφであることが好ましい。
ｎ′を計算するためのものであり、図１の光ビーム５の
入射角φが、ディスク２０のブルースター角に近似では
あるが等しくはないとみなしている。ディスクの屈折率
ｎg の適切な角度としては、例えば、５０゜にほぼ等し
いφであることが好ましい。
【００７０】この分野の技術者であれば、ローディング
中に得られたデータを用いて合成屈折率ｎ′を求める別
の処理方法も、この発明の精神から逸脱しない限り可能
であることは理解できるであろう。例えば、別の手順
は、浮上高の範囲に関して理論と実験が可能な限り整合
するまで、合成屈折率ｎ′の値を増分調節することに基
づいていることが好ましい。さらに、他の実施例では、
浮上高の範囲に関して理論と実験が可能な限り整合する
まで、式（１７．）の比√Ｒp ′／√Ｒs ′を調節する
ことが含まれることが好ましい。これら２つの他の実施
例では、合成屈折率ｎ′の値のなんらかの初期評価が必
要とされる。初期評価は、上に概要を示した手順にした
がって、材料の公知の物性や最大値、最小値
Ｉs,p max，Ｉs,p min，θmax ，θmin から得られる。
中に得られたデータを用いて合成屈折率ｎ′を求める別
の処理方法も、この発明の精神から逸脱しない限り可能
であることは理解できるであろう。例えば、別の手順
は、浮上高の範囲に関して理論と実験が可能な限り整合
するまで、合成屈折率ｎ′の値を増分調節することに基
づいていることが好ましい。さらに、他の実施例では、
浮上高の範囲に関して理論と実験が可能な限り整合する
まで、式（１７．）の比√Ｒp ′／√Ｒs ′を調節する
ことが含まれることが好ましい。これら２つの他の実施
例では、合成屈折率ｎ′の値のなんらかの初期評価が必
要とされる。初期評価は、上に概要を示した手順にした
がって、材料の公知の物性や最大値、最小値
Ｉs,p max，Ｉs,p min，θmax ，θmin から得られる。
【００７１】好ましくは、合成屈折率を一旦求めた後、
表面３５の合成反射率ｒs,p′を以下に示すフレネルの
式から求める。
表面３５の合成反射率ｒs,p′を以下に示すフレネルの
式から求める。
【数１９】
【数２０】 この式中、φは入射角であり、バーφは、以下に示すス
ネルの屈折法則から計算可能な（合成）屈折角である。
ネルの屈折法則から計算可能な（合成）屈折角である。
【数２１】 合成反射率ｒs,p′は既知であるので、反射の位相変化
によって表面間距離の測定が誤ることはない。
によって表面間距離の測定が誤ることはない。
【００７２】この分野の技術者であれば、この発明の精
神から逸脱しない限り、この発明の実施例の態様におい
て、いくつかの変形例が可能であることは理解できるで
あろう。例えば、この発明の浮上高試験の例では、磁気
媒体で被覆された実際のディスク上を浮上する実質的に
透明なスライダーを用いることができる。他の態様とし
ては、透明部材を複数の表面で構成し、被験物体の非連
続的特徴を測定するようにしてもよい。さらに他の態様
としては、透明部材を、静止しているか透明部材に極め
て近接して移動している被験物体表面の外形を規定する
ための基準とするようにしてもよい。
神から逸脱しない限り、この発明の実施例の態様におい
て、いくつかの変形例が可能であることは理解できるで
あろう。例えば、この発明の浮上高試験の例では、磁気
媒体で被覆された実際のディスク上を浮上する実質的に
透明なスライダーを用いることができる。他の態様とし
ては、透明部材を複数の表面で構成し、被験物体の非連
続的特徴を測定するようにしてもよい。さらに他の態様
としては、透明部材を、静止しているか透明部材に極め
て近接して移動している被験物体表面の外形を規定する
ための基準とするようにしてもよい。
【００７３】以上述べられたこの発明の利点としては、
単波長光源を用いて広い範囲にわたって高感度で２つの
部材の隙間の距離を測定できること、実際の接触に近い
面と面との間の非常に小さい隔たりを測定できること、
被験物体の合成屈折率を測定しかつ補足できること、お
よび気流や小さな力学的歪みを無視できること等が挙げ
られる。
単波長光源を用いて広い範囲にわたって高感度で２つの
部材の隙間の距離を測定できること、実際の接触に近い
面と面との間の非常に小さい隔たりを測定できること、
被験物体の合成屈折率を測定しかつ補足できること、お
よび気流や小さな力学的歪みを無視できること等が挙げ
られる。
【００７４】
【発明の効果】この発明によれば、反射された偏光ビー
ム中の２つの偏光成分を干渉させ、相対的な位相と振幅
の情報を得、それに基づいて透明な部材の表面から被験
物体の表面までの距離を決定するようにしたので、一方
が透明な２つの部材の表面間の距離を高速度および高精
度で測定することができる。
ム中の２つの偏光成分を干渉させ、相対的な位相と振幅
の情報を得、それに基づいて透明な部材の表面から被験
物体の表面までの距離を決定するようにしたので、一方
が透明な２つの部材の表面間の距離を高速度および高精
度で測定することができる。
【図１】この発明の光学的隙間測定装置の好ましい一実
施例を示す説明図である。
施例を示す説明図である。
【図２】実施例における透明ディスクの上面と被験物体
の位置との関係を示した説明図である。
の位置との関係を示した説明図である。
【図３】実施例における光強度および位相検出装置の詳
細を示す説明図である。
細を示す説明図である。
【図４】この発明の光学的隙間測定装置の他の実施例を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図５】光強度の変化をディスクの表面から被験物体の
表面までの距離の関数として示すグラフである。
表面までの距離の関数として示すグラフである。
【図６】光強度の変化をディスクの表面から被験物体の
表面までの距離の関数として示すグラフである。
表面までの距離の関数として示すグラフである。
【図７】干渉計測定した位相の変化をディスクの表面か
ら被験物体の表面までの距離の関数として示すグラフで
ある。
ら被験物体の表面までの距離の関数として示すグラフで
ある。
【図８】この発明の光学的隙間測定装置のもう１つの他
の実施例を示す説明図である。
の実施例を示す説明図である。
１，１ａ 光源 ２ 光ビーム ３，７ レンズ ４，１４，１１０，１２０，１３０ 偏光部材 ５ 偏光光ビーム ６ 反射光ビーム ８，１０１ ビームスプリッター １０ 磁気ヘッド １１ スライダー １２ 強度メータ １３ 位相検出器 ２０，２０ａ ディスク ２１ 軸 ２２ モータ ２５，２５ａ ディスクの表面 ３０，３０ａ 被験物体 ３１ 機械アーム ３２ ローディング機構 ３５，３５ａ 被験物体の表面 ９９ コンピュータ １０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１
０８，１０９ 光ビーム １１１，１１２，１２１，１２２，１３１，１３２ 光
検出器 １２３ 波長板 ２００ 顕微鏡 ２０１，２０１ａ 拡散光源 ２０２ 光ビーム ２０３，２０３ａ ビームスプリッター ２０４ レンズ ２０４ａ ビームスプリッター ２１０，２１０ａ テレビカメラ ２２０，２２０ａ ビデオモニター ２３０ａ 画像 ２４０ａ 点
０８，１０９ 光ビーム １１１，１１２，１２１，１２２，１３１，１３２ 光
検出器 １２３ 波長板 ２００ 顕微鏡 ２０１，２０１ａ 拡散光源 ２０２ 光ビーム ２０３，２０３ａ ビームスプリッター ２０４ レンズ ２０４ａ ビームスプリッター ２１０，２１０ａ テレビカメラ ２２０，２２０ａ ビデオモニター ２３０ａ 画像 ２４０ａ 点
Claims (39)
- 【請求項１】 実質的に透明な部材の表面からそれに極
めて近接した被験物体の表面までの距離を測定する光学
的隙間測定方法であって、 関連する直交基準ベクトルｓを有する偏光基準ベクトル
ｐを形成する入射平面を有し、前記透明な部材の表面に
入射しかつｓ型およびｐ型の偏向が双方に存在するよう
な偏向を有する偏光ビームを前記透明な部材の表面に斜
めの角度で向ける工程と、 前記透明な部材を通過させて前記偏光ビームを反射さ
せ、互いの相対的な位相とそれに関連する振幅とを有す
るベクトルｓとベクトルｐの偏光成分からなる反射ビー
ムを得る工程と、 前記反射ビーム中における反射されたベクトルｓとベク
トルｐの偏光成分を互いに干渉させて前記相対的な位相
とそれに関連する振幅の情報を得る工程と、 前記相対的な位相とそれに関連する振幅の情報に基づい
て前記透明な部材の表面から前記被験物体の表面までの
距離を決定する工程とからなる光学的隙間測定方法。 - 【請求項２】 前記透明な部材の表面と前記被験物体の
表面とが、実質的に透明な媒体によって分離されている
請求項１記載の光学的隙間測定方法。 - 【請求項３】 前記透明な部材の表面から前記被験物体
の表面までの測定距離が、前記光ビームの光の１波長よ
りも短い請求項１記載の光学的隙間測定方法。 - 【請求項４】 前記偏光ビームを反射させる工程が、透
明な部材の表面からの反射と被験物体の表面からの反射
との組み合わせ効果によって前記偏光ビームを反射させ
る工程からなる請求項３記載の光学的隙間測定方法。 - 【請求項５】 前記被験物体の表面が、前記透明な部材
の表面に対して静止している請求項４記載の光学的隙間
測定方法。 - 【請求項６】 前記被験物体の表面が、前記透明な部材
の表面に対して動いている請求項４記載の光学的隙間測
定方法。 - 【請求項７】 前記偏光ビームを反射させる工程が、透
明な部材の表面からの反射と被験物体の表面からの反射
との組み合わせ効果によって前記偏光ビームを反射させ
る工程からなる請求項１記載の光学的隙間測定方法。 - 【請求項８】 前記被験物体の表面が、前記透明な部材
の表面に対して静止している請求項１記載の光学的隙間
測定方法。 - 【請求項９】 前記被験物体の表面が、前記透明な部材
の表面に対して動いている請求項１記載の光学的隙間測
定方法。 - 【請求項１０】 前記光ビームの光の波長にほぼ等しい
かあるいは光ビームの光の波長よりも実質的に大きい範
囲にわたって前記透明な部材の表面と前記被験物体の表
面間の距離を変化させる工程と、 前記相対的な位相とそれに関連する振幅の情報の最大値
と最小値を得るために、前記透明な部材の表面と前記被
験物体の表面間の距離が変化している間に前記相対的な
位相とそれに関連する振幅の情報を得る工程と、 前記最大値と最小値とに基づいて前記被験物体の表面の
有効な合成屈折率を決定する工程とをさらに備えてなる
請求項１記載の光学的隙間測定方法。 - 【請求項１１】 前記得られた最大値と最小値を記憶
し、記憶した値から前記有効な合成屈折率を決定する工
程をさらに備えてなる請求項１０記載の光学的隙間測定
方法。 - 【請求項１２】 前記被験物体の表面の境界に対して、
前記被験物体の表面上の入射光ビームの位置をモニター
する工程をさらに備えてなる請求項１記載の光学的隙間
測定方法。 - 【請求項１３】 前記モニターする工程が、 垂直な入射角度で実質的に前記透明な部材の表面に顕微
鏡を通して向けられた第２の光源を提供する工程と、 その顕微鏡を通して提供された光を前記透明な部材の表
面と前記被験物体の表面から反射させ、その反射された
光の像をカメラ手段上に形成して、前記被験物体の表面
の境界を観察することを可能とする工程と、 前記顕微鏡を通して前記カメラ手段上に前記入射光ビー
ムの少なくとも一部の像を形成して、前記被験物体の表
面上の入射光ビームの位置を観察することを可能とする
工程と、 前記被験物体の表面の境界に対して、前記画像化された
入射光ビームの位置を観察する工程とからなる請求項１
２記載の光学的隙間測定方法。 - 【請求項１４】 前記相対的な位相の差が式 θ（β）＝ａｒｇ［ｚs（β）］−ａｒｇ［ｚp（β）］＋ξ 〔式中、ｚs（β），ｚp（β）はともに被験物体と透明
な部材の表面とで得られた有効反射率、ξはξ＝ａｒｇ
（ａs″）−ａｒｇ（ａp″）で表される値で、この
ａs″，ａp″はｓおよびｐの偏光についての入射光ビー
ムの電場成分、βはβ＝２ｋｈｃｏｓ（φ）で表される
値で、このｋは光源の角波数、ｈは透明な部材の表面か
ら被験物体の表面までの距離、φは光源の入射角であ
る〕で表される請求項１記載の光学的隙間測定方法。 - 【請求項１５】 実質的に不透明な部材の表面からそれ
に極めて近接した実質的に透明な被験物体の表面までの
距離を測定する光学的隙間測定方法であって、 関連する直行基準ベクトルｓを有する偏光基準ベクトル
ｐを形成する入射平面を有し、前記透明な被験物体の表
面に入射しかつｓ型およびｐ型の偏向が双方に存在する
ような偏向を有する偏光ビームを前記透明な被験物体の
表面に斜めの角度で向ける工程と、 前記透明な被験物体を通過させて前記偏光ビームを反射
させ、互いの相対的な位相とそれに関連する振幅とを有
するベクトルｓとベクトルｐの偏光成分からなる反射ビ
ームを得る工程と、 前記反射ビーム中における反射されたベクトルｓとベク
トルｐの偏光成分を互いに干渉させて前記相対的な位相
とそれに関連する振幅の情報を得る工程と、 前記相対的な位相とそれに関連する振幅の情報に基づい
て前記不透明な部材の表面から前記透明な被験物体の表
面までの距離を決定する工程とからなる光学的隙間測定
方法。 - 【請求項１６】 前記不透明な部材が、回転する磁気記
憶媒体からなり、前記透明な被験物体が、前記回転する
磁気記憶媒体の表面上にあるスライダーからなり、それ
によって前記磁気記憶媒体の表面上におけるスライダー
の空気力学的飛行特性を予測する請求項１５記載の光学
的隙間測定方法。 - 【請求項１７】 前記不透明な部材の表面から前記透明
な被験物体の表面までの測定距離が、前記光ビームの光
の１波長よりも短い請求項１５記載の光学的隙間測定方
法。 - 【請求項１８】 実質的に透明な部材の表面からそれに
極めて近接した被験物体の表面までの距離を測定する光
学的隙間測定装置であって、 直行基準ベクトルｓに関連する偏光基準ベクトルｐを形
成する入射平面を有する偏光された入射光ビームであ
り、前記ｓ型とｐ型との双方の偏向が存在し、前記透明
な部材を通過して反射されて、ｓとｐの反射偏向成分か
らなる前記透明な部材の表面と前記被験物体の表面との
合成反射率を有する反射ビームとなって、その合成反射
率が偏向状態に応じて変化し、前記ｓとｐの偏向成分の
相対的な位相と各偏向成分の光量の変化が前記透明な部
材の表面と前記被験物体の表面間の距離の関数となるよ
うな偏光された入射光ビームを斜めの角度で前記透明な
部材の表面に向けて与える手段と、 前記反射ビームの偏向成分を混合してその偏向成分の相
対的な強度と前記ｓとｐの偏向成分間の位相差との干渉
効果特性を得ることで、前記ｓとｐの偏向成分の相対的
な位相と各偏向成分の光量の変化との情報を得る手段
と、 前記ｓとｐの偏向成分の相対的な位相と各偏向成分の光
量の変化との情報に基づいて前記透明な部材の表面と前
記被験物体の表面間の距離を決定し、それによって前記
透明な部材の表面から前記被験物体の表面までの距離を
高速かつ正確に測定することを特徴とする光学的隙間測
定装置。 - 【請求項１９】 前記反射された光ビームの偏光成分を
混合して前記位相差と強度の情報を得る手段が、前記偏
光成分を混合する偏光部材を備えてなる請求項１８記載
の光学的隙間測定装置。 - 【請求項２０】 前記偏光部材が、珪灰石プリズム（Wo
llaston prism）状の手段からなる請求項１９記載の光
学的隙間測定装置。 - 【請求項２１】 前記反射された光ビームの偏光成分を
混合して前記位相差と強度の情報を得る手段が、前記強
度を測定する光検出手段をさらに備えてなる請求項１９
記載の光学的隙間測定装置。 - 【請求項２２】 前記反射された光ビームの偏光成分を
混合して前記位相差と強度の情報を得る手段が、前記ｓ
及びｐの偏光成分の相対的な位相をシフトさせる位相シ
フト手段と、位相がシフトされた偏光成分を互いに垂直
に偏光させた１組の光ビームに混合して２つの偏光の相
対的な強度の干渉効果特性を得る手段とをさらに備えて
なる請求項２１記載の光学的隙間測定装置。 - 【請求項２３】 前記反射された光ビームの偏光成分を
混合して前記位相差と強度の情報を得る手段が、前記混
合された位相シフト偏光成分の強度を測定する光検出手
段をさらに備えてなる請求項２２記載の光学的隙間測定
装置。 - 【請求項２４】 前記反射された光ビームの偏光成分を
混合して前記位相差と強度の情報を得る手段が、前記反
射された光ビームの各偏光の光量を測定する偏光感知強
度計手段と、前記ｓ及びｐの偏光間の位相差を決定する
位相検出手段と、前記反射された光ビームを偏光感知強
度計手段と位相検出手段に向けた２つの光ビームに分割
するビームスプリッター手段とからなる請求項１８記載
の光学的隙間測定装置。 - 【請求項２５】 前記反射された光ビームの偏光成分を
混合して前記位相差と強度の情報を得る手段が、前記反
射された光ビームの各偏光の光量を測定する偏光感知強
度計手段と、前記ｓ及びｐの偏光間の位相差を決定する
位相検出手段と、前記反射された光ビームを偏光感知強
度計手段と位相検出手段に向けた２つの光ビームに分割
するビームスプリッター手段とからなり、 前記位相検出手段が、前記偏光部材と、前記光検出手段
と、前記位相シフト手段とからなる請求項２３記載の光
学的隙間測定装置。 - 【請求項２６】 前記被験物体の表面に対して配置さ
れ、被験物体の表面上における測定点の位置を決定する
顕微鏡手段をさらに備えてなる請求項１８記載の光学的
隙間測定装置。 - 【請求項２７】 前記偏光された入射光ビームを得る手
段が、光源と、その光源からの光が通過する偏光部材と
からなる請求項１８記載の光学的隙間測定装置。 - 【請求項２８】 前記偏光部材が、ダイクロイック直線
偏光子状の手段からなる請求項２７記載の光学的隙間測
定装置。 - 【請求項２９】 前記光源が、レーザー手段からなる請
求項２７記載の光学的隙間測定装置。 - 【請求項３０】 前記光源が、光照射ダイオード手段か
らなる請求項２７記載の光学的隙間測定装置。 - 【請求項３１】 前記光源が、放電ランプ手段からなる
請求項２７記載の光学的隙間測定装置。 - 【請求項３２】 実質的に不透明な部材の表面からそれ
に極めて近接した実質的に透明な被験物体の表面までの
距離を測定する光学的隙間測定装置であって、 直行基準ベクトルｓに関連する偏光基準ベクトルｐを形
成する入射平面を有する偏光された入射光ビームであ
り、前記ｓ型とｐ型との双方の偏向が存在し、前記透明
な被験物体を通過して反射されて、ｓとｐの反射偏向成
分からなる前記不透明な部材の表面と前記透明な被験物
体の表面との合成反射率を有する反射ビームとなって、
その合成反射率が偏向状態に応じて変化し、前記ｓとｐ
の偏向成分の相対的な位相と各偏向成分の光量の変化が
前記不透明な部材の表面と前記透明な被験物体の表面間
の距離の関数となるような偏光された入射光ビームを斜
めの角度で前記透明な被験物体の表面に向けて与える手
段と、 前記反射ビームの偏向成分を混合してその偏向成分の相
対的な強度と前記ｓとｐの偏向成分間の位相差との干渉
効果特性を得ることで、前記ｓとｐの偏向成分の相対的
な位相と各偏向成分の光量の変化との情報を得る手段
と、 前記ｓとｐの偏向成分の相対的な位相と各偏向成分の光
量の変化との情報に基づいて前記不透明な部材の表面と
前記透明な被験物体の表面間の距離を決定し、それによ
って前記不透明な部材の表面から前記透明な被験物体の
表面までの距離を高速かつ正確に測定することを特徴と
する光学的隙間測定装置。 - 【請求項３３】 前記不透明な部材が、回転する磁気記
憶媒体からなり、前記透明な被験物体が、前記回転する
磁気記憶媒体の表面上にあるスライダーからなる請求項
３２記載の光学的隙間測定装置。 - 【請求項３４】 前記被験物体の表面を投光照明して、
前記被験物体の表面の境界に対する測定点の正確な位置
づけを可能にする工程をさらに備えてなる請求項１記載
の光学的隙間測定方法。 - 【請求項３５】 前記光ビームの光の波長にほぼ等しい
かあるいは光ビームの光の波長よりも実質的に大きい範
囲にわたって前記透明な部材の表面と前記被験物体の表
面間の距離を変化させる工程と、 前記透明な部材の表面と前記被験物体の表面間の距離が
変化している間に前記相対的な位相とそれに関連する振
幅の情報を得る工程と、 前記相対的な位相とそれに関連する振幅の情報に基づい
て前記被験物体の表面の有効な合成屈折率を決定する工
程とをさらに備えてなる請求項１記載の光学的隙間測定
方法。 - 【請求項３６】 前記透明な被験物体の表面を投光照明
して、前記透明な被験物体の表面の境界に対する測定点
の正確な位置づけを可能にする工程をさらに備えてなる
請求項１５記載の光学的隙間測定方法。 - 【請求項３７】 前記光ビームの光の波長にほぼ等しい
かあるいは光ビームの光の波長よりも実質的に大きい範
囲にわたって前記不透明な部材の表面と前記透明な被験
物体の表面間の距離を変化させる工程と、 前記不透明な部材の表面と前記透明な被験物体の表面間
の距離が変化している間に前記相対的な位相とそれに関
連する振幅の情報を得る工程と、 前記相対的な位相とそれに関連する振幅の情報に基づい
て前記透明な被験物体の表面の有効な合成屈折率を決定
する工程とをさらに備えてなる請求項１５記載の光学的
隙間測定方法。 - 【請求項３８】 前記透明な被験物体の表面を投光照明
する工程が、インライン光学システムによって透明な被
験物体の表面を投光照明する工程からなる請求項３６記
載の光学的隙間測定方法。 - 【請求項３９】 前記被験物体の表面を投光照明する工
程が、インライン光学システムによって被験物体の表面
を投光照明する工程からなる請求項３４記載の光学的隙
間測定方法。
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