JPS637601B2 - - Google Patents

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JPS637601B2
JPS637601B2 JP57022713A JP2271382A JPS637601B2 JP S637601 B2 JPS637601 B2 JP S637601B2 JP 57022713 A JP57022713 A JP 57022713A JP 2271382 A JP2271382 A JP 2271382A JP S637601 B2 JPS637601 B2 JP S637601B2
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JP
Japan
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interference
scanning
signal
gap
interference fringes
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Application number
JP57022713A
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Japanese (ja)
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JPS58140607A (en
Inventor
Seiichiro Terajima
Toshio Akatsu
Katsuyuki Tanaka
Yoshinori Takeuchi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2271382A priority Critical patent/JPS58140607A/en
Publication of JPS58140607A publication Critical patent/JPS58140607A/en
Publication of JPS637601B2 publication Critical patent/JPS637601B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/14Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B21/00Head arrangements not specific to the method of recording or reproducing
    • G11B21/16Supporting the heads; Supporting the sockets for plug-in heads
    • G11B21/20Supporting 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
    • G11B21/21Supporting 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
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B33/00Constructional parts, details or accessories not provided for in the other groups of this subclass
    • G11B33/10Indicating arrangements; Warning arrangements

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、二つの被測定物間の微小間隙を光学
的に測定する方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for optically measuring a minute gap between two objects to be measured.

第1図は光干渉法を利用した測定方法の原理図
を示したもので、この原理により例えば磁気デイ
スク装置のデイスクとヘツド間での微小間隙を測
定する場合について説明する。
FIG. 1 shows a diagram of the principle of a measurement method using optical interferometry, and a case will be described in which, for example, a minute gap between a disk and a head of a magnetic disk device is measured using this principle.

1は広帯域の波長を含む光から波長λの単色光
を発生する光源部で、この光源部1からの単色光
はビームスプリツタ2により図示下方に曲げられ
る。3は一方の被測定物である透明なデイスク、
4は前記一方のデイスク3と対向する他方の被測
定物である不透明なヘツドである。このヘツド4
はデイスク3との間に、デイスク3が回転すると
き微小の隙間hが形成される。
Reference numeral 1 denotes a light source section that generates monochromatic light having a wavelength λ from light including wavelengths in a wide band.The monochromatic light from this light source section 1 is bent downward in the figure by a beam splitter 2. 3 is a transparent disk that is one of the objects to be measured;
Reference numeral 4 designates an opaque head which is the other object to be measured, facing the one disk 3. This head 4
A minute gap h is formed between the disc 3 and the disc 3 when the disc 3 rotates.

上記の構成において、光源部1から発生した単
色光のビームはデイスク3を透過してヘツド4に
入射する。このとき、前記ビームはデイスク3の
表面3aと裏面3bで一部反射すると共に、ヘツ
ド4の表面4aでも反射する。このように、デイ
スク3およびヘツド4で反射されたビームはビー
ムスプリツタ2を透過して光電変換素子5に入射
する。ここで、ヘツド4の表面4aおよびデイス
ク3の裏面3bから反射したビームとが干渉して
生ずる干渉光に着目すると、この干渉光はデイス
ク3とヘツド4との隙間hの大小によつて明るさ
が第2図に示す如く変化する。
In the above configuration, a monochromatic light beam generated from the light source section 1 passes through the disk 3 and enters the head 4. At this time, the beam is partially reflected by the front surface 3a and back surface 3b of the disk 3, and is also reflected by the surface 4a of the head 4. In this way, the beam reflected by the disk 3 and the head 4 passes through the beam splitter 2 and enters the photoelectric conversion element 5. Here, if we focus on the interference light generated by interference between the beam reflected from the front surface 4a of the head 4 and the back surface 3b of the disk 3, the brightness of this interference light will vary depending on the size of the gap h between the disk 3 and the head 4. changes as shown in FIG.

すなわち、隙間h=0のとき、干渉光の明るさ
も最も暗くなり、隙間h=λ/4のとき、干渉光の 明るさは最も明るくなる。したがつて、この干渉
光の明るさの変化量を前記光電変換素子5により
電圧信号に変換して測定すれば、隙間hを求める
ことができる。
That is, when the gap h=0, the brightness of the interference light is also the darkest, and when the gap h=λ/4, the brightness of the interference light is the brightest. Therefore, by converting the amount of change in brightness of this interference light into a voltage signal using the photoelectric conversion element 5 and measuring it, the gap h can be determined.

しかし、この測定方法ではつぎのような問題点
を有している。
However, this measurement method has the following problems.

(a) 干渉光の明るさは隙間hだけでなく反射光の
明るさにも関係する。したがつて、入射光量の
変動やデイスク3、ヘツド4の反射率によつて
干渉光の明るさが変化するため、測定精度が低
下する。
(a) The brightness of the interference light is related not only to the gap h but also to the brightness of the reflected light. Therefore, the brightness of the interference light varies depending on variations in the amount of incident light and the reflectance of the disk 3 and head 4, resulting in a decrease in measurement accuracy.

(b) 隙間hは隙間の平均値成分h0と時間と共に変
動する動的成分htとからなつている。ここで、 h0≒1/8λであれば、ht≒±1/8λ の範囲で測定可能であるが、例えばデイスク3
の回転速度を変えるとh0も変化するので、これ
に伴つてhtの測定可能な範囲が変化する。
(b) The gap h consists of an average value component h 0 of the gap and a dynamic component h t that changes over time. Here, if h 0 ≒ 1/8λ, it is possible to measure within the range of h t ≒±1/8λ, but for example, if the disk 3
When the rotational speed of h 0 changes, the measurable range of h t changes accordingly.

(c) 隙間の測定範囲は0〜2/4に制限される。(c) The gap measurement range is limited to 0 to 2/4.

本発明は、上記の点に鑑み、二つの被測定物間
に形成される微小間隙の平均的隙間量および時間
的に変化する隙間量を高精度に測定する微小間隙
の光学的測定方法を提供することを目的とする。
In view of the above points, the present invention provides an optical measurement method for a microgap that accurately measures the average amount of a microgap formed between two objects to be measured and the amount of the gap that changes over time. The purpose is to

以下本発明の測定方法の一実施例を第3図に示
す原理図により説明する。
An embodiment of the measuring method of the present invention will be described below with reference to the principle diagram shown in FIG.

第3図において、第1図を同一符号のものは同
一部分を示す。
In FIG. 3, the same reference numerals as in FIG. 1 indicate the same parts.

第3図において、6はミラー、7は前記デイス
ク3とヘツド4で反射する反射光より発生する干
渉縞像を電気信号に変換する光電変換部、8は光
電変換部7に結像した干渉縞を観測する観測器、
9は光電変換部7で電気信号に変換した干渉縞像
から微小間隙に対応した信号Aを出力する計測回
路である。すなわち、光電変換部7からの出力信
号により干渉縞の平均位置を検出すると共にその
位置を中心として干渉縞の位置が動的に変化する
量を検出して、それぞれに対応した電圧を出力す
る。デイスク3が静止状態では隙間が零であるた
め、一方の被測定物の表面4a干渉縞全面に亘つ
ては、暗部のみとなる。デイスク3が回転する
と、デイスク3とヘツド4との間に微小間隙hが
形成されるが、一般に4aは3bに対して微小角
θを形成するので干渉縞は一様の明るさではな
く、明部、暗部を含んだ縞模様となる。
In FIG. 3, 6 is a mirror, 7 is a photoelectric conversion unit that converts an interference fringe image generated from the reflected light from the disk 3 and head 4 into an electrical signal, and 8 is an interference fringe imaged on the photoelectric conversion unit 7. An observation device that observes
Reference numeral 9 denotes a measurement circuit that outputs a signal A corresponding to a minute gap from the interference fringe image converted into an electric signal by the photoelectric conversion section 7. That is, the average position of the interference fringes is detected based on the output signal from the photoelectric conversion unit 7, and the amount by which the position of the interference fringes changes dynamically around that position is detected, and voltages corresponding to each are output. Since the gap is zero when the disk 3 is at rest, there is only a dark area over the entire surface of the surface 4a of the object to be measured. When the disk 3 rotates, a small gap h is formed between the disk 3 and the head 4, but since 4a generally forms a small angle θ with respect to 3b, the interference fringes are not of uniform brightness but are bright. The result is a striped pattern that includes dark and dark areas.

そして、隙間の変化によつて干渉縞の暗部が発
生する位置が変化する。(以下明部についても暗
部と同様に考えられるため、説明は省略する。)
このとき、前記計測回路9では前記隙間の平均値
h0と動的成分htに対応した電気信号を出力する。
前記干渉縞の暗部を光電変換部7の検出器面上で
みかけ上静止させるために、前記計測回路9の出
力信号を光電変換部7の偏向駆動回路(後述す
る)に印加することにより微小間隙の変化に比例
した電気信号を精度よく得ることができる。この
電気信号を計測すれば、微小間隙の変化を高精度
に測定することができる。
As the gap changes, the position where the dark part of the interference fringes occurs changes. (Hereinafter, the bright areas can be considered in the same way as the dark areas, so the explanation will be omitted.)
At this time, the measurement circuit 9 calculates the average value of the gaps.
Outputs an electrical signal corresponding to h 0 and the dynamic component h t .
In order to make the dark part of the interference fringes appear stationary on the detector surface of the photoelectric conversion section 7, the output signal of the measurement circuit 9 is applied to a deflection drive circuit (described later) of the photoelectric conversion section 7, thereby forming a small gap. An electrical signal proportional to the change in can be obtained with high precision. By measuring this electrical signal, changes in the minute gap can be measured with high precision.

前記光電変換部7の構成を第4図に示す。第4
図において、光電変換部7は倍率を調整する光学
レンズ10、検出器11、ビデオプリアンプ1
2、偏向回路13、XY偏向駆動回路14、TV
信号出力回路15などで構成される。検出器11
はさらに光電面16、アパーチヤ17、電極18
から構成されている。
The configuration of the photoelectric conversion section 7 is shown in FIG. Fourth
In the figure, the photoelectric conversion unit 7 includes an optical lens 10 for adjusting magnification, a detector 11, and a video preamplifier 1.
2. Deflection circuit 13, XY deflection drive circuit 14, TV
It is composed of a signal output circuit 15 and the like. Detector 11
further includes a photocathode 16, an aperture 17, and an electrode 18.
It consists of

この光電変換部7の動作は、光学レンズ10を
介して光電変換面16上に結像した干渉縞像を電
子像に変換した後外部からXY偏向駆動回路14
に印加する偏向電圧により干渉縞の変換電子像を
偏向してアパーチヤ17を通過した電子を電極1
8で検出する。このようにして干渉縞像を任意に
走査して明るさに比例した電気出力をビデオプリ
アンプ12から出力する。一方、TV信号出力回
路15は干渉縞像の全面を走査するための走査信
号(一般のNT4C信号のため図示せず)を発生し
て出力する。干渉縞像全体は、TVモニター8に
より観測する。
The operation of the photoelectric conversion unit 7 is to convert the interference fringe image formed on the photoelectric conversion surface 16 via the optical lens 10 into an electronic image, and then use the XY deflection drive circuit 14 from the outside.
The converted electron image of the interference fringes is deflected by the deflection voltage applied to the electrode 1, and the electrons passing through the aperture 17 are transferred to the electrode 1.
Detected at 8. In this way, the interference fringe image is arbitrarily scanned, and the video preamplifier 12 outputs an electrical output proportional to the brightness. On the other hand, the TV signal output circuit 15 generates and outputs a scanning signal (not shown because it is a general NT4C signal) for scanning the entire surface of the interference fringe image. The entire interference fringe image is observed on a TV monitor 8.

第5図において、aはヘツド4の浮上状態を、
bは光電変換部7の受光面に結像される干渉縞
を、cはビデオプリアンプ12の出力信号をそれ
ぞれ示したものである。
In FIG. 5, a indicates the floating state of the head 4,
b shows the interference fringes imaged on the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 7, and c shows the output signal of the video preamplifier 12, respectively.

ヘツド4の表面は直線状であるとし、以下にお
いて走査方向はX方向全幅走査のみとしてY方向
は一定電圧VYを印加して固定しておくものとす
る。つぎに、干渉縞の暗部が発生する位置から最
小隙間hnioを求める方法を述べる。干渉縞の暗部
と隙間との関係は次式で示すことができる。
It is assumed that the surface of the head 4 is linear, and in the following, the scanning direction is only full-width scanning in the X direction, and the Y direction is fixed by applying a constant voltage VY . Next, we will explain how to find the minimum gap h nio from the position where the dark part of the interference fringes occurs. The relationship between the dark part of the interference fringes and the gap can be expressed by the following equation.

hi=1/2λ・i(i=0、1、2、……) …(1) (i…次数) ここで、次数iは回転速度を低下して0次干渉
縞を確認することにより決定できる。次数1次と
2次の干渉縞が2本以上観測できたとき、4のデ
イスク3に対する傾き角をθとすると、第5図
b,cから次式を得る。
h i = 1/2λ・i (i=0, 1, 2,...) ...(1) (i...order) Here, the order i can be determined by lowering the rotation speed and checking the 0th order interference fringes. You can decide. When two or more first-order and second-order interference fringes can be observed, and assuming that the angle of inclination of 4 with respect to the disk 3 is θ, the following equation is obtained from FIGS. 5b and 5c.

tanθ=1/2λ/x2−x1=h2−h1/x2−x1 …(2) h2=hnio+tanθ・x2 …(3) h1=hnio+tanθ・x1 (2)、(3)式より最小隙間hnioは、 hnio=h1・x2−h2・x1/x2−x1 …(4) となる。ここで、x1,x2は光電変換部7の受光面
上で、ヘツド4面上に発生した干渉縞の暗部の位
置を示す。h1,h2は実際の隙間量を示す。
tanθ=1/2λ/x 2 −x 1 = h 2 −h 1 /x 2 −x 1 …(2) h 2 = h nio + tanθ・x 2 …(3) h 1 = h nio + tanθ・x 1 ( From equations 2) and (3), the minimum gap h nio is h nio = h 1 x 2h 2 x 1 / x 2 − x 1 (4). Here, x 1 and x 2 indicate the positions of dark areas of interference fringes generated on the light receiving surface of the photoelectric conversion section 7 and on the surface of the head 4. h 1 and h 2 indicate the actual gap amount.

第5図cに示すように、干渉縞をX方向に走査
すれば明るさ信号が光電変換部7から得られる。
ヘツド4上の干渉縞の位置x1,x2に対しては、走
査電圧レベルV1,V2が対応する。直接的に計測
する信号はV1,V2及びΔv(Δx,Δhに対応)等で
ある。従つて、(4)式から hnio=h1・V2−h2・V1/V2−V1 …(5) として最小隙間が求まる。
As shown in FIG. 5c, a brightness signal is obtained from the photoelectric conversion section 7 by scanning the interference fringes in the X direction.
The positions x 1 , x 2 of the interference fringes on the head 4 correspond to scanning voltage levels V 1 , V 2 . Signals that are directly measured include V 1 , V 2 and Δv (corresponding to Δx and Δh). Therefore, from equation (4), the minimum gap can be found as h nio =h 1 ·V 2 −h 2 ·V 1 /V 2 −V 1 (5).

本発明では、隙間が±Δhの間で変動するとき
に干渉縞暗部の位置が受光面上で変化する±Δx、
すなわち走査電圧に換算して±Δvの変化を検出
する。
In the present invention, when the gap changes between ±Δh, the position of the dark part of the interference fringe changes on the light receiving surface.
That is, a change of ±Δv is detected in terms of scanning voltage.

この±Δvは、暗部の位置が変化する偏差信号
として検出される。この偏差信号を第3図及び第
6図の回路構成により光電変換部7の偏向信号に
マイナーに加算されるようにフイードバツクする
ことにより、静止状態から変化する隙間に対応し
て静的に移動する値x1,x2を逐一追跡することが
できる。このことは、第5図bの干渉縞の次数は
φ次の次数を確認することで以下一意的に定まつ
てしまうことを示している。i=1であれば、(5)
式は次のようになる。
This ±Δv is detected as a deviation signal in which the position of the dark area changes. By feeding back this deviation signal so that it is added to the deflection signal of the photoelectric converter 7 in a minor manner using the circuit configurations shown in FIGS. 3 and 6, the deflection signal is statically moved in response to the gap that changes from a stationary state. The values x 1 and x 2 can be tracked one by one. This shows that the order of the interference fringes in FIG. 5b can be uniquely determined by checking the φth order. If i=1, (5)
The formula is as follows.

hnio=1/2λ・V2×λ・V1/V2−V1 …(6) 尚、V1,V2は干渉縞の暗部のピーク位置でこ
の決定は第5図cの明るさ信号レベルの最小値を
比較回路等を構成して検出することにより求める
ことができる。この検出方法については省略す
る。
h nio = 1/2λ・V 2 ×λ・V 1 /V 2 −V 1 …(6) Note that V 1 and V 2 are the peak positions of the dark part of the interference fringe, and this determination is based on the brightness in Figure 5 c. It can be determined by detecting the minimum value of the signal level by configuring a comparison circuit or the like. This detection method will be omitted.

以上から変動成分htとともにh0(隙間の平均値)
を容易に決定できることが分る。動的成分htに対
しては十分早い走査速度で干渉縞を走査し、静的
成分h0に対し低速に干渉縞を走査することで良
い。すなわち、回転速度を変化したとき等で定常
状態に至るまでは低速走査を行い、その後は高速
走査してかつフイードバツクする。
From the above, along with the fluctuation component h t , h 0 (average value of the gap)
It turns out that it is easy to determine. The interference fringes may be scanned at a sufficiently high scanning speed for the dynamic component h t , and the interference fringes may be scanned at a low speed for the static component h 0 . That is, when the rotational speed is changed, low-speed scanning is performed until a steady state is reached, and then high-speed scanning is performed and feedback is performed.

次に、ΔhとΔvとが1:1に対応することにつ
いて説明する。
Next, the 1:1 correspondence between Δh and Δv will be explained.

デイスク3とヘツド4とが第5図のような浮上
状態にあり隙間h2(i=1のとき)で発生した干
渉縞に着目してh2に対して±Δhの隙間が変動す
る場合について考える。Δhに比例して第5図b,
cでは±Δx,±Δvが対応する。浮上状態におい
てはヘツド4の姿勢は一定と考えられるから、(3)
式のデイスク3の傾き角θは一定となる。したが
つて、(3)式に示した静的な干渉縞の発生状態から
次式が求まる。
When the disk 3 and the head 4 are in a floating state as shown in Fig. 5, focusing on the interference fringes generated in the gap h 2 (when i = 1), we will consider the case where the gap changes by ±Δh with respect to h 2 think. Figure 5b in proportion to Δh,
In c, ±Δx and ±Δv correspond. Since the attitude of the head 4 is considered to be constant in the floating state, (3)
The inclination angle θ of the disk 3 in the equation is constant. Therefore, the following equation can be obtained from the static interference fringe generation state shown in equation (3).

tanθ=Δh/Δx=K・Δh/Δv …(7) ΔxはΔvと等価であり、Kはこの比例定数であ
る。Kは次式により定義できる。
tanθ=Δh/Δx=K·Δh/Δv (7) Δx is equivalent to Δv, and K is a constant of proportionality. K can be defined by the following equation.

Δv=V2−V1/X2−X1×Δx=K・Δx …(8) (7)式よりΔvを求めれば Δh=KtanθΔv=V2−V1/X2−X1tanθ・Δv として決定できることが分る。 Δv=V 2 −V 1 /X 2 −X 1 ×Δx=K・Δx …(8) If we calculate Δv from equation (7), we get Δh=KtanθΔv=V 2 −V 1 /X 2 −X 1 tanθ・Δv It turns out that it can be determined as

以下、Δhに対応したΔvを検出する方法につい
て、その動作原理を述べる。
The operating principle of the method for detecting Δv corresponding to Δh will be described below.

光電変換部7に結像した干渉縞像から隙間の変
動成分に相当する電圧成分Δvを検出する方法を
第6図に示す計測回路9により述べる。
A method of detecting a voltage component Δv corresponding to a fluctuation component of the gap from an interference fringe image formed on the photoelectric conversion unit 7 will be described using the measurement circuit 9 shown in FIG.

まず構成を示すと、明るさ信号を増幅する増幅
器16、走査信号と明るさ信号を乗算する乗算回
路17、乗算信号を積分する積分回路18と、光
電変換部を制御するために、まずあらかじめ走査
を開始するスタート点を設定する走査位置設定回
路19、走査関数発振器20、走査信号の電圧レ
ベルと走査速度、走査関数(三角波、正弦波等)
を設定する走査信号設定回路21、それにあらか
じめ設定したVxiと走査信号及び積分回路18か
らの出力を加算する加算回路22、それに記録部
23などからなる。
First, to show the configuration, an amplifier 16 that amplifies the brightness signal, a multiplier circuit 17 that multiplies the scanning signal and the brightness signal, an integration circuit 18 that integrates the multiplied signal, and in order to control the photoelectric conversion section, first scan in advance. A scan position setting circuit 19 that sets the start point for starting the scan, a scan function oscillator 20, the voltage level and scan speed of the scan signal, and the scan function (triangular wave, sine wave, etc.)
It consists of a scanning signal setting circuit 21 for setting V xi , an adding circuit 22 for adding a preset V xi , a scanning signal, and the output from the integrating circuit 18 , a recording section 23 , and the like.

前記増幅器16は光電変換部7のビデオプリア
ンプ12からの明るさ信号(ビデオ出力)を受け
て増幅し、乗算回路17に出力する。明るさ信号
は走査信号により干渉縞の暗部を中心に隣接する
明部を越えない範囲で走査するときに発生し、乗
算回路17ではこの明るさ信号と走査信号とを乗
算する。積分回路18ではこの出力を積分するこ
とにより乗算信号の平均値を出力する。この値は
あらかじめ走査位置設定回路19で設定した走査
中心から干渉縞暗部のピーク位置がずれた偏差信
号に対応する。この偏差信号を得る方法について
は更に後述する。
The amplifier 16 receives and amplifies the brightness signal (video output) from the video preamplifier 12 of the photoelectric conversion section 7 and outputs it to the multiplication circuit 17 . A brightness signal is generated when a scanning signal is used to scan a dark area of the interference fringes within a range that does not exceed the adjacent bright area, and the multiplier circuit 17 multiplies this brightness signal by the scanning signal. The integrating circuit 18 integrates this output and outputs the average value of the multiplied signal. This value corresponds to a deviation signal in which the peak position of the dark part of the interference fringe deviates from the scanning center set in advance by the scanning position setting circuit 19. A method for obtaining this deviation signal will be described further later.

一方、走査信号発振器20からはあらかじめ走
査信号設定回路21でセツトした走査関数、走査
速度、走査幅に対応する走査信号が出力される。
加算回路22でVxi、走査信号、積分回路出力を
加算し偏向駆動回路14に印加することにより、
計測回路9と光電変換部7がマイナーのフイード
バツク系を構成し、あらかじめ走査を開始した点
からの偏差量を常にフイードバツクすることにな
る。従つて、積分回路18からの出力は隙間の変
動成分を示し、これはまた干渉縞の変化をもどす
ための信号となる。例えば、干渉縞が徐々に移動
する時の変化量もΔvが徐々に変化する値として
含まれてくる。走査速度を上げることにより変動
成分の測査可能な周波数も上昇する。走査幅、走
査関数、走査速度は干渉縞の発生状態、変動成分
の発生状態により任意に選択する。また、2本以
上の干渉縞が発生していれば隣接の干渉縞にシフ
トすることもできる。(Vxiを変更する。) マイナーのフイードバツク系のために積分回路
18の出力を偏向駆動回路14に入力すること
は、干渉縞を光電変換部上に電気的に固定され
る。この時の固定のために要した出力信号が隙間
に対応した偏差信号になる。
On the other hand, the scanning signal oscillator 20 outputs a scanning signal corresponding to the scanning function, scanning speed, and scanning width set in advance by the scanning signal setting circuit 21.
By adding V xi , the scanning signal, and the integration circuit output in the adding circuit 22 and applying the result to the deflection drive circuit 14,
The measurement circuit 9 and the photoelectric conversion unit 7 constitute a feedback system of the miner, which constantly provides feedback on the amount of deviation from the point at which scanning was started in advance. Therefore, the output from the integrating circuit 18 represents the fluctuation component of the gap, which also provides a signal for reversing the change in the interference fringes. For example, the amount of change when the interference fringes gradually move is also included as a value by which Δv gradually changes. By increasing the scanning speed, the frequency at which fluctuation components can be measured also increases. The scanning width, scanning function, and scanning speed are arbitrarily selected depending on the state of occurrence of interference fringes and the state of occurrence of fluctuation components. Further, if two or more interference fringes are generated, it is possible to shift to adjacent interference fringes. (V xi is changed.) By inputting the output of the integrating circuit 18 to the deflection drive circuit 14 for the miner's feedback system, the interference fringes are electrically fixed on the photoelectric conversion section. The output signal required for fixing at this time becomes a deviation signal corresponding to the gap.

次に、Δvを得る方法について述べる。第7図
に走査関数として三角波を使用した場合の動作原
理を示す。まず、第7図aの干渉縞像を全幅走査
することにより、第7図bに示すような明るさ信
号が第6図における増幅器16から出力される。
これに対して、第7図cに示す如く部分走査信号
を設定することにより、第7図aに示す干渉縞の
一部分を走査したことに対応するビデオ出力(明
るさ信号)が増幅器16から出力される。これ
は、走査位置設定回路19でそれぞれの干渉縞像
の位置Xa,Xb,Xc,Xdに対応する電圧Va,Vb
Vc,Vdを中心に、振幅ΔV、周期Tの三角波で往
復走査すれば、干渉縞像の明るさに比例した第7
図dのF(Va),F(Vb),F(Vc),F(Vd)が増
幅器16の出力すなわち明るさ信号として得られ
ることを示す。今、走査中心Vb,Vc,Vdで往復
走査した明るさ信号と走査電圧との乗算を行う場
合について考える。第8図にその動作について示
す。
Next, a method for obtaining Δv will be described. FIG. 7 shows the operating principle when a triangular wave is used as the scanning function. First, by scanning the interference fringe image of FIG. 7a over its entire width, a brightness signal as shown in FIG. 7b is output from the amplifier 16 in FIG. 6.
On the other hand, by setting the partial scanning signal as shown in FIG. 7c, a video output (brightness signal) corresponding to scanning a part of the interference fringes shown in FIG. 7a is output from the amplifier 16. be done. This means that the scanning position setting circuit 19 sets voltages V a , V b , and V b corresponding to the positions of the interference fringe images X a , X b , X c , and
If we scan back and forth with a triangular wave of amplitude ΔV and period T around V c and V d , the seventh
It is shown that F(V a ), F(V b ), F(V c ), and F(V d ) in FIG. d are obtained as the output of the amplifier 16, that is, the brightness signal. Now, let us consider the case where the brightness signals scanned back and forth at the scan centers V b , V c , and V d are multiplied by the scan voltage. FIG. 8 shows its operation.

第8図aは、光電変換部7での干渉縞の位置と
干渉光の明るさとの関係を示し、Vb,Vc,Vd
部分走査の中心電圧を示す。また、第8図bにお
いて、イは第8図aに示した干渉光の明るさ信号
のb点を中心として走査したときに得られる明る
さ信号(実線)と走査電圧(点線)、明るさ信号
x走査電圧(一点鎖線)を示す。同様にロはc点
を中心に、ハをd点を中心にそれぞれ走査したと
きの波形を示す。
FIG. 8a shows the relationship between the position of interference fringes in the photoelectric converter 7 and the brightness of interference light, and V b , V c , and V d show center voltages of partial scanning. In addition, in Figure 8b, A is the brightness signal (solid line), scanning voltage (dotted line), and brightness obtained when scanning around point b of the brightness signal of the interference light shown in Figure 8a. The signal x scanning voltage (dashed line) is shown. Similarly, B shows the waveform when scanning is performed centering on point c, and C shows the waveform when scanning is performed centering on point d.

干渉縞像の部分走査をVb(b点中心)で行う
と、明るさ信号は第8図b,イの実線となる。こ
れと走査電圧とを乗算すると、b点を中心に正側
の走査期間での値で小さく、負側の走査期間で負
の値で大きくなる。従つて、乗算出力を積分する
と負電圧が得られる。次に、Vc(c点中心)で走
査すると、干渉光の明るさはc点を中心にほぼ対
称となるため1/2周期毎に同じ明るさの信号が得
られる。
When a partial scan of the interference fringe image is performed at V b (centered on point b), the brightness signal becomes the solid lines in FIG. 8b and a. When this is multiplied by the scanning voltage, the value becomes smaller in the positive scanning period around point b, and becomes larger as a negative value in the negative scanning period. Therefore, integrating the multiplication output yields a negative voltage. Next, when scanning is performed at V c (centered at point c), the brightness of the interference light becomes almost symmetrical about point c, so a signal with the same brightness is obtained every 1/2 cycle.

従つて、乗算回路17からは正負対称な信号が
出力される。これを積分回路18に入力すると、
積分出力は0となる。更に、Vd(d点中心)で走
査すると、こんどは正側の走査で明るさ信号がよ
り高い出力で得られる。このため、明るさ信号と
走査電圧との乗算出力は、b点中心の場合とは逆
に正電圧となる。この乗算回路17の出力を次の
積分回路18に入力すると、その出力は正電圧と
なる。すなわち、b点中心では負の出力、c点で
はほぼ0、d点では正の出力が得られることにな
る。
Therefore, the multiplier circuit 17 outputs a signal that is symmetrical in positive and negative directions. When this is input to the integrating circuit 18,
The integral output becomes 0. Further, when scanning is performed at V d (centered at point d), a brightness signal is obtained at a higher output during scanning on the positive side. Therefore, the output of the product of the brightness signal and the scanning voltage becomes a positive voltage, contrary to the case centered at point b. When the output of this multiplier circuit 17 is input to the next integrating circuit 18, the output becomes a positive voltage. That is, a negative output is obtained at the center of point b, approximately 0 at point c, and a positive output at point d.

従つて、乗算回路17の出力を積分回路18に
入力して平均化し、これをVb,Vc,Vdの走査位
置設定回路からの出力と、加算回路22で符号を
反転して加えてやれば、走査中心が自動的に干渉
光の最も暗い部分に移動する。
Therefore, the output of the multiplication circuit 17 is input to the integration circuit 18 and averaged, and this is added to the output from the scanning position setting circuit for V b , V c , and V d with the sign reversed in the addition circuit 22 . If you do this, the scanning center will automatically move to the darkest part of the interference light.

従つて、積分回路18の出力が微小間隙の変動
成分を示しており、この積分回路18の出力を測
定することにより微小間隙の動的成分が検出でき
る。
Therefore, the output of the integrating circuit 18 indicates the fluctuation component of the minute gap, and by measuring the output of the integrating circuit 18, the dynamic component of the minute gap can be detected.

以上は三角波を例として説明したが正弦波でも
全く同様である。
The above explanation was given using a triangular wave as an example, but the same applies to a sine wave as well.

加算回路22で符号を反転して加えることは、
注目している干渉縞像を常時ある点に固定してお
く作用をする。
The adding circuit 22 inverts the sign and adds the following:
It works to keep the interference fringe image of interest fixed at a certain point at all times.

このことはまた最初静止状態からスタートして
干渉縞の暗部が発生し、まずこの点を中心に走査
を開始すれば1次の干渉縞が光電変換部7から消
えるまで追跡できることを示す。
This also shows that a dark part of the interference fringes occurs when starting from a stationary state, and if scanning is started centering on this point, it is possible to trace the first-order interference fringes until they disappear from the photoelectric conversion unit 7.

干渉縞が2本以上ある場合は隣りの干渉縞にと
ばして、この出力電圧からh2に対応したx2を測定
できる。干渉縞が1本程度しかないような場合で
もこれを常時追跡することにより干渉縞の発生状
況が分り、隙間hの変化を把握できる。
If there are two or more interference fringes, it is possible to skip to the adjacent interference fringes and measure x 2 corresponding to h 2 from this output voltage. Even in the case where there is only about one interference fringe, by constantly tracking it, the occurrence status of the interference fringe can be known, and changes in the gap h can be grasped.

次に、本発明の他の実施例を第9図により説明
する。第9図において、第1図、第6図と同一符
号のものは同一部分を示す。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 9, the same reference numerals as in FIGS. 1 and 6 indicate the same parts.

24は白色光源、25は白色光源から任意の波
長λを選択して単色光束とする波長選択部、26
は計測回路9からの偏差信号によつて波長を選択
するための動作信号を出力する回路である。
24 is a white light source; 25 is a wavelength selection unit that selects an arbitrary wavelength λ from the white light source to produce a monochromatic light beam; 26
is a circuit that outputs an operation signal for selecting a wavelength based on the deviation signal from the measurement circuit 9.

次に、第10図は波長選択部25の具体的な実
例を示す。
Next, FIG. 10 shows a specific example of the wavelength selection section 25.

第10図において、27は第1のレンズ、28
はピンホール、29は第2のレンズ、30は第3
のレンズ、31は連続の透過波長可変干渉フイル
タで、32は干渉フイルタ31を直線的に移動さ
せるリニアモータ、33は位置検出器を示す。透
過波長可変干渉フイルタ31の構造を第11図に
示す。これは透過波長が連続的に異なるように干
渉フイルタを配列したものであり、レンズ29に
より光束を絞りこみ、焦点部分に干渉フイルタ3
1を配置することによりレンズ30に入力する光
は例えば波長λ3の単色光となる。レンズ30から
の光は平行光束となつて前記の光源と同様に干渉
縞を発生する。リニアモータ32により干渉フイ
ルタ31を駆動することにより任意の波長の光を
得ることができる。波長が一定の光を用いると、
干渉縞の暗部が発生する位置は隙間の平均値が変
化するのに伴つて移動するが、前記実施例によつ
て、干渉縞の移動量のうち時間的にゆつくり移動
する成分に対応する偏差信号を第9図の回路26
にフイードバツクすれば、隙間の平均値の変化に
関係なく干渉縞の暗部を光電変換器7の視野内に
とどめておくことができる。この状態で前記実施
例に示した方法で隙間の動的変化を測定すれば、
常に干渉縞の同一暗部に着目して測定が連続的に
できる。このとき、使用する波長によつて、隙間
の動的変化と干渉縞暗部の移動量との関係は変化
するので、あらかじめ校正しておく必要がある。
In FIG. 10, 27 is the first lens, 28
is the pinhole, 29 is the second lens, 30 is the third lens
31 is a continuous transmission wavelength variable interference filter, 32 is a linear motor that linearly moves the interference filter 31, and 33 is a position detector. The structure of the variable transmission wavelength interference filter 31 is shown in FIG. This is an arrangement of interference filters so that the transmitted wavelengths are continuously different.The light beam is narrowed down by a lens 29, and the interference filter 3 is placed at the focal point.
1, the light input to the lens 30 becomes monochromatic light with a wavelength λ 3 , for example. The light from the lens 30 becomes a parallel beam of light and generates interference fringes like the light source described above. By driving the interference filter 31 with the linear motor 32, light of any wavelength can be obtained. When using light with a constant wavelength,
The position where the dark part of the interference fringe occurs moves as the average value of the gap changes, but according to the above embodiment, the deviation corresponding to the component of the amount of movement of the interference fringe that moves slowly over time The signal is transferred to the circuit 26 in FIG.
If the feedback is performed, the dark part of the interference fringes can be kept within the field of view of the photoelectric converter 7, regardless of changes in the average value of the gap. If dynamic changes in the gap are measured in this state using the method shown in the example above,
Measurements can be made continuously, always focusing on the same dark part of the interference fringes. At this time, the relationship between the dynamic change in the gap and the amount of movement of the dark part of the interference pattern changes depending on the wavelength used, so it is necessary to calibrate it in advance.

尚、第10図においては透過波長が変化する干
渉フイルターを配置してこれを直線的に動作させ
たが、光源の発光波長を変化させても同様の効果
が生ずることは明らかである。この場合比較的広
帯域の波長が可変できる光源として色素レーザな
どがある。
In FIG. 10, an interference filter whose transmission wavelength changes is arranged and operated linearly, but it is clear that the same effect can be produced even if the emission wavelength of the light source is changed. In this case, a dye laser or the like is used as a light source whose wavelength can be varied over a relatively wide band.

本発明の微小間隙の光学的測定方法によれば、
通常の光学系により創出した干渉縞に対して、干
渉縞像が変化する成分を適確にとらえることが可
能となるため、微小間隙の平均的隙間量および時
間的に変化する隙間量を高精度に測定することが
できる。
According to the optical measurement method of microgap of the present invention,
With respect to the interference fringes created by a normal optical system, it is possible to accurately capture the components that change the interference fringe image, so it is possible to accurately measure the average gap amount of micro gaps and the gap amount that changes over time. can be measured.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の微小間隙の光学的測定方法を説
明するための原理図、第2図は隙間と干渉光の明
るさの関係を説明するための図、第3図は本発明
の微小間隙の光学的測定方法を説明するための原
理図、第4図は本発明方法における光電変換部を
説明するための図、第5図は隙間と干渉縞像の対
応関係を説明するための図、第6図は本発明方法
における計測回路を説明するための図、第7図お
よび第8図は本発明方法の動作原理を説明するた
めの図、第9図は本発明方法の他の実施例を説明
するための原理図、第10図は本発明方法の他の
実施例における波長選択部を説明するための図、
第11図は透過波長可変干渉フイルタを説明する
ための図である。 3…デイスク、4…ヘツド、7…光電変換部、
9…計測回路。
Fig. 1 is a principle diagram for explaining the conventional optical measurement method for micro-gaps, Fig. 2 is a diagram for explaining the relationship between the gap and the brightness of interference light, and Fig. 3 is a diagram for explaining the micro-gap according to the present invention. FIG. 4 is a diagram to explain the photoelectric conversion unit in the method of the present invention, FIG. 5 is a diagram to explain the correspondence between the gap and the interference fringe image, FIG. 6 is a diagram for explaining the measuring circuit in the method of the present invention, FIGS. 7 and 8 are diagrams for explaining the operating principle of the method of the present invention, and FIG. 9 is another embodiment of the method of the present invention. FIG. 10 is a diagram for explaining the wavelength selection section in another embodiment of the method of the present invention,
FIG. 11 is a diagram for explaining a transmission wavelength variable interference filter. 3... Disk, 4... Head, 7... Photoelectric conversion section,
9...Measuring circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 被測定物間の微小隙間を光干渉法により干渉
縞を発生させ、この干渉縞を光電変換部により走
査し、干渉縞の暗部又は明部の明るさに対応した
出力信号から微小隙間を光学的に測定する方法に
おいて、前記干渉縞を干渉縞の縞間隔で決定され
る走査幅で走査し、前記光電変換部からの出力信
号と走査信号から干渉縞の変化量に見合う電圧信
号を計測回路により算出し、前記干渉縞の暗部又
は明部がみかけ上静止するように前記電圧信号を
前記光電変換部の偏向回路にフイードバツクして
干渉縞を追跡し、このときのフイードバツク量か
ら微小隙間の変化量を測定するようにしたことを
特徴とする微小隙間の光学的測定方法。
1. Interference fringes are generated in the small gap between the objects to be measured using optical interferometry, and the interference fringes are scanned by a photoelectric converter, and the small gap is detected optically from the output signal corresponding to the brightness of the dark or bright part of the interference fringe. In this method, the interference fringes are scanned with a scanning width determined by the spacing of the interference fringes, and a measurement circuit generates a voltage signal corresponding to the amount of change in the interference fringes from the output signal from the photoelectric conversion unit and the scanning signal. The voltage signal is fed back to the deflection circuit of the photoelectric conversion unit to track the interference fringe so that the dark or bright part of the interference fringe appears to remain stationary, and the change in the minute gap is determined from the amount of feedback at this time. An optical measurement method for a minute gap, characterized in that the amount is measured.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS56103303A (en) * 1980-01-21 1981-08-18 Hitachi Ltd Optical measuring method for micro-gap

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS56103303A (en) * 1980-01-21 1981-08-18 Hitachi Ltd Optical measuring method for micro-gap

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