JPS6333606A - 微小隙間測定装置 - Google Patents

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、フロッピーディスク装置におけるように、磁
気−＼ラドと可撓性のディスクとの間の微小な隙間を計
測するようにした微小隙間測定装置に関する。

〔従来の技術〕

フロッピーディスク装置などの可撓性ディスクを用いる
ディスク装置においては、ディスクの回転に伴なってデ
ィスクと磁気・・、ラドとの間に空気層が生じ、磁気ヘ
ッドが浮上してディスクとの間に微小な隙間が生ずる。

また、フロッピーディスクの表面粗さ、うねりなどによ
り、この隙間が時々刻々変化する。かかる隙間はスペー
シングロスとしてディスク装置の特性に大きな影響を及
ぼすものであり、特に、最近では、高密度記録化に伴な
って再生出力の向上をはかるために、この隙間が０．１
μｍ以下で安定することが求められている。

そこで、ディスクと磁気−、ラドとの隙間をこのように
安定化するためにも、この微小な隙間を高い精度で測定
することが必要となる。

このような微小な隙間を測定する装置としては従来、光
の干渉を利用したものが提案されている。

その１つとして、本発明者等は、ζｎ気ヘッドの代りに
光透過性の光学ヘッドを用い、この光学ヘツドを介して
ディスクに単一波長の可視光を照射し、光学ヘッドのデ
ィスク対向面やディスクからの反射光の干渉を利用する
ことにより、隙間を測定する装置をｔＩ案した。

この装置は、光学ヘッドを磁気ヘッドと形状。

重唱など近似させ、かつディスクの表面に対して傾斜さ
せることにより、上記各部からの反射光の干渉縞を生じ
させるものである。ごの場合、可視光の波長をλ、光学
ヘッドとデ・ｆスフとの間の隙間をｄ、干渉次数をｎと
すると、干渉光強度はλ とき極大となり、ｄ≧□のときに明暗の干渉縞が観測さ
れる。しかし、この装置では、用いる光が可視光である
ために、測定可能な最小隙間はその波長でもつ一ζ０．
１μｍ程度に限られ、これ以下の隙間を測定することが
できない、また、ディスクのうねりなどによって光学ヘ
ッドとディスクとの隙間が全体にわたって一様となると
、各部での干渉光強度が一様となって干渉縞が生じない
という問題もあった。

そこで、本発明者等はこれを改良し、０．１μｍ以下の
微小隙間を測定でき、かつ常に干渉縞が観測されるよう
にした装置を提案した（特願昭６０−８２６６７号）。

以下、これを第５図によって説明する。なお、同図にお
いて、１は光学ヘッド、２ａは上面、２ｂは下面、３は
ディスクである。

同図において、光学ヘッド１はガラスなどの光透過性材
料からなり、その上面２ａは下面２ｂに対して所定角θ
だけ傾斜している。この光学ヘッド１を可撓性のディス
ク３上に配置してディスク３を回転させると、光学ヘッ
ド１は隙間ｄをもって浮上する。そこで、この光学ヘッ
ド１の上面２ａ側から波長λの干渉光りを照射すると、
光学ヘッドの上面２ａ、下面２ｂおよびディスク３０表
面で反射光り、、Ｌ、、Ｌｃが生じ、これらの多重干渉
が生ずる。すなわち、上面２ａが下面２ｂに対して傾斜
していることから、これらの反射光り、。

Ｌ５によって必ず干渉縞が生じ、さらに、ディスク３の
表面からの反射光Ｌｃにより、この干渉縞の濃淡位置が
変位する。この変位量は光学ヘッド１とディスク３との
間の隙間ｄによって決まり、したがって、得られる干渉
縞の濃淡位置からこの隙間ｄを知ることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、磁気ヘッドとディスクとの間の隙間を知るた
めには、この磁気ヘッドの代りに用いられる光学ヘッド
ｌは形状（特に、摺動面の形状。

面積）　、ｆｉｔなどが磁気ヘッドに近似していなけれ
ばならない。このようにすると、光学ヘッド１は光の波
長に比べて充分厚くなり、この上面２ａ。

下面２ｂからの反射光り、、Ｌ、が互いに干渉して明確
な干渉縞が得られるためには、使用する光Ｉ２としては
可干渉光（レーザ光）でなければならない。しかも、こ
の可干渉光の波長が長い程光学ヘッドの形状精度が緩和
できることから、約０．６３３μｍと比較的波長が長い
Ｈｅ−Ｎｅレーザを用いるのが好ましい。

しかしながら、このようにレーザ光を用いると、測定者
に対する安全性を確保する必要があるといったような問
題が生じた。

本発明の目的は、かかる問題点を解消し、非干渉光（白
色光）を用いて０．１μｍ以下の隙間までも測定するこ
とができるようにした微小隙間測定装置を提供するにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、光学ヘッドがテ
ーパ面を有する２つの光透過部材を該テーパ面で接合し
たものとし、入射光の反射面をこの子−パ面、光学ヘッ
ドの下面およびディスクの表面として互いに近接させる
ようにしたものである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面によって説明する。

第１図は本発明による微小隙間測定装置の一実施例を示
す構成図であって、４は光源、ｌａ、ｌｂは光透過部材
、１ｃは接着層、５はモノクロメータ、６はハーフミラ
−１７はセンサであり、第５図に対応する部分には同一
符号をつけている。

第１図において、光学ヘッド１は２つの光透過部材１ａ
、１ｂが接着Ｗｓ１ｃによって接着されてなっている。

光源４から出射された非干渉光は、モノクロメータ５で
単一波長の光りとなり、ハーフミラ−６で反射された後
、光学ヘッド１を介してディスク３に照射される。この
入射光りはディスク３の表面で反射されるが、光学ヘッ
ド１の光透過部材１ａ、ｌｂの境界面および下面２ｂで
も反射され、これらからの反射光Ｌｃ　、Ｌ−Ｌｂはハ
ーフミラ−６を通ってセンサ７に供給される。

第２図は第１図における光学ヘッド１の一具体例を示す
斜視図であって、２ｂ＋、２ｂｚは夫々下面、８は溝で
あり、第１図に対応する部分には同一符号をつけている
。

第２図において、光透過部材１ａ、１ｂを接合する接着
層１ｃは、これら光透過部材１ａ、ｌｂの表面である上
面２ａ、下面２ｂ　　（第３図）に対して傾斜している
。すなわち、光透過部材１ａ、ｌｂは夫々１つのテーパ
面を有しており、接着ｌｉｅにより、上面２ａと下面２
ｂが互いに平行となるように、これらテーパ面で光透過
部材１ａ、ｌｂが接合している。光透過部材１ａ、ｌｂ
は光の透過率。

反射率が異なる材料からなり、接着層ＩＣの材料として
は、光の透過率２反射率が光透過部材１ａ＋１ｂのいず
れか一方と同じものを用いる。光透過部材１ａ、ｌｂと
しては、たとえば、石英ガラスを用いることができ、ま
た、接着Ｎ１ｃとしては、ガラスとほぼ同一屈折率を有
する接着材であるカナダバルサムなどを用いることがで
きる。また、光透過部材１ｂの表面である下面２ｂには
Ｒ８が設けられ、この下面２ｂが溝８によって下面２ｂ
＋。

２ｂｘに２分されている。これら下面２ｂ＋、２ｂｚが
夫々磁気ヘッドの摺動面とこれに連結したスライダの摺
動面に相当しており、溝８はこの光学ヘッド１をディス
ク３上に配置したときの空気抜きの作用をする。

第３図は第２図における一点鎖線Ｘ＋　　Ｘｉあるいは
Ｙ　ｒ　−Ｙ　ｔに沿う断面図である。

かかる光学ヘッド１の特に摺動面形杖９面積や重量は実
際に使用される磁気ヘッドに近似している。第３図に示
すように、光学ヘッド１に上面２ａ側から入射光りが入
射されると、光透過部材１ａと接着層１ｃとの境界面も
しくは光透過部材１ｂと接着層１ｃとの境界面で反射光
り、が、光学ヘッド１の下面２ｂで反射光Ｌ１が、また
、ディスク３の表面で反射光Ｌｃが夫々生ずる。これら
反射光Ｌ−、Ｌｂ　、Ｌｃはハーフミラ−６を介してセ
ンサ７に照射されるが（第１図）、光透過部材１ｂの厚
さは入射光りの波長λの１０倍程度の非干渉光の干渉距
離内に設定し、反射光り、、Ｌ、が干渉して干渉縞が生
ずるようにする。−例としては、光透過部材１ｂの一方
の縁の厚さり、を１〜２μｍ、他方の縁の厚さり、を３
〜４μｍとする。

この場合、使用する入射光りの波長λを０．４μｍとす
ると、光透過部材１ｂの厚さはこの波長λのほぼ５倍か
ら１０倍に変化していることになり、充分に干渉縞が生
ずる。ディスク３の表面からの反射しｃはこの干渉縞の
濃淡位置を変位させる。

なお、光学ヘッド１の全体としての厚さｈは、実際に使
用する磁気ヘッドの形状１重量を考慮して２〜３３程度
とする。

また、光学ヘッドｌの上面２ａでも入射光りが反射され
、その反射光もセンサ７（第１図）に照射されるが、光
透過部材１ａは入射光りの干渉距離に比べて充分厚いた
めに、この反射光によって干渉縞が影響を受けることは
ほとんどない。

第１図に戻って、センサ７としては、顕微鏡を用い、干
渉縞を観測することによって光学ヘッド１とディスク３
との間の隙間を検出することができるが、高速ビデオカ
メラを用い、リアルタイムで隙間を測定することもでき
る。この場合の具体的な例を第４図に示す。なお、同図
において、９はビームエクスパンダ、１０は平行レンズ
、１１ハ反射ミラー、１２は高速ビデオカメラであり、
第１図に対応する部分には同一符号をつけている。

第４図において、光：Ｒ４は白色光源であり、これから
出射された白色光ビームはモノクロメータ５で単一波長
λの光ビームとなり、ビームエクスパンダ９で拡散され
た後、平行レンズ１０で所定ビーム径の平行な光ビーム
となる。この光ビームは反射ミラー１１オよびハーフミ
ラ−６で反射され、フロッピーディスク３上に配置され
た光学ヘッド１の全面に照射される。第３図で説明した
ように生じた各反射光は、ハーフミラ−６を通って高速
ビデオカメラ１２で受光される。このとき、これら反射
光の多重干渉により、高速ビデオカメラ１２の撮像面に
干渉縞が生じ、高速ビデオカメラ１２の撮像面を走査し
てこの干渉縞を読み取る。

高速ビデオカメラ１２が上記のものである場合、１秒間
に得られる最大両面数は２０００．１画面が２３８　Ｘ
１９２　Ｍ素からなり、６ビツトのディジタル画像信号
が得られる。高速ビデオカメラ１２で得られた干渉縞の
ディジタル画像信号は、一旦ＶＴＲに記録し、その後こ
れを再生して・インターフェイスを介し計算機に送り込
む６計算機では、入力されたディジタルデータから画像
解析を行ない、フロッピーデ・イスク３と光学ヘッド１
との隙間ｄを検出する。

この画像解析の処理手順としては、まず、フロッピーデ
ィスク３が装着されないときの光学ヘッド１における光
透過部材１ａ、ｌｂの境界面からの反射光り、と下面２
ｂからの反射光Ｌｔ、との二面間干渉画像を入力とし、
これからこの二面干渉縞の濃淡位置を基準位置として決
定する。次に、フロッピーディスク３を装着し、第３図
で示した三面からの反射光り、、Ｌｂ、Ｌｃによる三面
間干渉画像を入力し、この三面干渉縞の濃淡位置と上記
基準位置とからフロッピーディスク３と光学ヘッド１と
の間の隙間ｄを算出する。

いま、第３図において、光透過部材１ａ、ｌｂおよび光
学ヘッド１．ディスク３間（空気）の屈折率を夫”ｎ、
Ｉ　　ｎｔ　、ｎｎ　１反射光り、、Ｌ、。

Ｌｃが生ずる反射面での反射率を’ＩＩ　　ｒＺｒ　　
ｒ３＋光透過部材１ｂの厚さをｄ’（光透過部材１ａと
の接合面が傾斜しているから、このｄ′は場所によって
異なる）、光学ヘッド１とディスク３との隙間をｄ、入
射光りの波長をλとすると、ディスク３が装着されない
場合の反射光Ｌ−，Ｌｂによる干渉縞（二面干渉縞）の
４部（暗部）の位置は、ｎ、ｄ　’　ｗＮλ／２（但し
、Ｎは自然数）で表わされる。

ディスク３を装着して三面干渉縞を生じさせたときには
、ディスク３の表面からの反射光Ｌｃによって二面干渉
縞が変位するが、この変位量を二面干渉縞での隣り合う
製部間距離を２πで規格化したときの位相γで表わすと
、次の式のようになる。

Ａ１＋（Ａｓ　＋Ａ＋　）　ｃｏｓ　２δよ、・−・−
・−・−（１） 但し、 Ａ＋　＝２ｒ＋　ｒｚ（１＋ｒｓ”　）Ａｚ　＝２　ｒ
ｚ　ｒｉ　（１＋ｒ、”　）Ａｓ　＝２　ｒＩ　ｒコ Ａｓ　　　”２　　ｒｌ　　　ｒｚ”　　　ｒ３また、
δ２は入射光りにおける隙間ｄの光学的位相差であって
、次のように表わされる。

したがって、第４図で示した装置においては、二面干渉
縞における１部間の距離および１部の位置を検出し、こ
の距離を２πに規格化ｒるとともに、三面干渉縞での濃
度の変位量を位相差Ｔとして求め、この位相差γから上
記式＋１）、　＋２）によって隙間ｄを算出することが
できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、光学ヘッドにお
ける２つの反射面の間隔を狭くしたものであるから、入
射光として非干渉光を用いて干渉縞を生じさせることが
できて、非干渉光による微小隙間の測定が可能となり、
小型で安価な光源を用いることができるとともに、測定
者の安全性が確保できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による微小滓量測定装置の一実施例を示
す構成図、第２図は第１図における光学ヘッドを拡大し
て示した斜視図、第３図は第２図の一点ｉＩ線Ｘ　ＩＸ
　ｚまたはＹ　ＩＹ　ｔに沿う断面図、第４図は第１図
の具体的な構成を示す斜視図、第５図は従来の微小隙間
測定装置の要部を示す断面図である。 １・・・光学ヘッド、１ａ、１ｂ・・・光透過部材、Ｉ
Ｃ・・・接着層、３・・・ディスク、４・・・光源、７
・・・センサ。 第１図 １＝光ケへ井゛ 第２図 ］Ｏ 第３図 第４図 第５図 ｒＬ９、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光学ヘッドを回転する可撓性ディスクに当接させ、該光
   学ヘッドの浮上に伴なう該光学ヘッドと該可撓性ディス
   クとの間の隙間を測定するようにした装置において、該
   光学ヘッドは夫々がテーパ面を有する２つの光透過部材
   を該テーパ面で接合してなり、該光学ヘッドを介して非
   干渉光を該可撓性ディスクに照射し、該光学ヘッドにお
   ける上記接合面、該光学ヘッドの該可撓性ディスク側の
   面および該可撓性ディスクの表面での反射光の多重干渉
   を検出して前記隙間を計測することを特徴とした微小隙
   間測定装置。