KR960035057A - 표면간 거리의 광학적 측정방법 및 장치 - Google Patents

표면간 거리의 광학적 측정방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제1표면(25,25a)은 실질적으로 투명한 요소(20,20a)의 부분이고, 제2표면(35,35a)은 시험 대상물(30,30a)의 표면인 2개의 표면간 거리를 고속으로 측정하는 광학적 방법 및 수단을 제공한다. 제1단계에서, 렌즈(3)가 광선(20)을 편광 요소(4)를 통해 비스듬한 입사각으로 상기 제1표면을 향하여 지향시킨다. 측정 광선은 인－라인 광학 시스템을 이용하여, 혹은 수직 입사각으로 시험 표면(35,35a)상에 위치될 수 있다. 다음 단계에서, 편광된 광선(5)는 투명한 요소의 제1표면 및 시험 대상물(30)의 표면으로부터의 반사의 조합 효과에 의해 투명한 요소를 통해서 뒤로 반사한다. 또다른 단계에서, 편광에 민감한 휘도 검출기(12)와 위상 검출기(13)가 입사평면에 의해 결정된 편당 성분들의 강도 및 상대적인 위상을 측정한다. 그후, 컴퓨터(99)가 이들 측정된 변수를 분석하여, 2개의 표면(25,35)사이의 갭의 크기를 결정한다. 표면을 (25,35)간의 갭을 변경시킴에 의해 대상물 표면(35)의 복굴절율을 측정하기 위하여 추가적인 방법 및 수단이 제공된다.

Description

표면간 거리의 광학적 측정방법 및 장치
본 내용은 요부공개 건이므로 전문내용을 수록하지 않았음
제1도는 회전하는 투명한 디스크 표면에 관한 편평한 대상물 표면의 거리를 측정하도록 구성된 본 발명의 바람직한 실시예의 도면, 제8도는 도시된 본 발명의 현재 바람직한 변형예를 보여주는 도면으로서 인－라인(in－line) 광학시스템을 이용하여 시험중인 표면상의 측정 광선의 위치를 조정하는 현재 바람직한 방법을 보여주는 도면.

Claims (39)

  1. 실질적으로 투명한 요소 표면에 대하여 그 표면에 근접한 시험 대상물의 표면의 거리를 측정하는 표면간 거리 측정 방법으로서, 관련 수직 기본 벡터 s를 갖는 편광 기본 벡터 p를 한정하는 입사 평면을 가지며, 상기 투명한 표면상에 입사하여 s 및 p형 편광이 모두 존재하도록 편광되는 편광 광선을 비스듬한 각도로 상기 디스크 표면을 향하여 지향시키는 단계와; 서로에 대하여 상대적인 위상 및 관련 진폭을 갖는 s 및 p편광 성분을 포함하는 반사 광선을 제공하도록 상기 광선을 상기 실질적으로 투명한 요소를 통해서 뒤로 반사시키는 단계와; 상기 상대적인 위상과 상기 관련 진폭에 관한 정보를 제공하도록 상기 반사 광선의 s 및 p편광을 상호 간섭시키는 단계와; 상기 상대적인 위상과 관련 진폭 정보를 기초로 상기 거리를 결정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 표면들이 실질적으로 투명한 매체에 의해 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 측정될 상기 거리가 상기 광선을 포함하는 빛의 한 파장 미만인 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 반사시키는 단계가 상기 광선을 상기 대상물 표면 및 상기 투명한 요소 표면으로부터 조합 반사 효과에 의해 뒤로 반사시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 시험 대상물의 표면이 상기 디스크 표면에 대해 정지하고 있는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 시험 대상물의 표면이 상기 투명한 요소 표면에 대하여 이동하고 있는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 반사시키는 단계가 상기 광선을 상기 대상물 표면 및 상기 투명한 요소 표면으로부터의 조합 반사 효과에 의해 뒤로 반사시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 시험 대상물의 표면이 상기 디스크 표면에 대해 정지하고 있는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 시험 대상물의 표면이 상기 투명한 요소 표면에 대하여 이동하고 있는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 광선을 포함하는 빛의 파장과 실질적으로 거의 같거나 그 보다 큰 범위에 걸쳐 상기 대상물 표면과 상기 투명한 요소간의 거리를 변화시키는 단계와, 상기 진폭 및 위상 정보에 대한 최대 및 최소값을 제공하기 위하여 상기 거리가 변화되는 동안 상기 진폭 및 위상 정보를 제공하는 단계와, 상기 최대 및 최소값을 기초로 시험 대상물 표면의 유효 복굴절율을 결정하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  11. 제1항에 있어서, 제공된 상기 최대 및 최소값을 저장하는 단계를 또한 포함하며, 상기 유호 복굴절률은 상기 저장된 값으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 것을 거리 측정 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 시험 대상물의 표면의 경계에 대한 상기 대상물 표면상의 상기 입사 광선의 위치를 모니터링하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  13. 제12항에 있어서, 실질적으로 수직인 입사각으로서 현미경을 통해서 상기 투명한 요소의 표면을 향하여 제2광원을 제공하는 단계와; 상기 시험 대상물 표면 및 상기 디스크 표면으로부터 상기 현미경을 통해 제공된 빛을 반사시켜, 상기 시험 대상물의 경계가 투시될 수 있도록 상기 카메라 수단상에 상기 반사된 빛을 촬상하는 단계와; 상기 시험 대상물 표면상의 입사광선의 위치가 투시될 수 있도록 상기 입사 광선의 적어도 일부를 상기 현미경을 통해서 상기 카메라상에 촬상하는 단계와; 상기 시험 대상물 표면의 경계에 대한 상기 촬상된 입사 광선의 위치를 투시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 상대적인 위상차가 식θ(β)＝arg〔ZS(β) 〕－arg〔ZS(β) 〕＋ξ로 표현되며, 식중 ZS.P(β)는 함께 취해진 시험대상물 및 디스크 표면의 유효 반사율이고, ξ＝arg(a″s)－arg(a″p)로서, 식중 a″S.P는 입사 광선의 s 및 p편광에 대한 전계 성분이며,β＝2khcos(φ)로서, 식중, k는 광원 빛의 각 파수(angnlar wavenumber)이며,φ는 입사각이고, h는 투명한 요소 표면에 관한 시험 대상물의 거리인 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  15. 실질적으로 불투명한 요소 표면에 대하여 그 표면에 근접한 실질적으로 투명한 시험 대상물의 표면의 거리를 측정하는 표면간 거리 방법으로서, 관련 수직 기본 벡터 s를 갖는 편광 기본 벡터 p를 한정하는 입사 평면을 가지며, 상기 불투명한 요소 표면상에 입사하여 s 및 p형 편광이 모두 존재하도록 편광되는 편광 광선을 비스듬한 각도로 상기 실질적으로 투명한 시험 대상물 표면을 향하여 지향시키는 단계와; 서로에 대하여 상대적인 위상 및 관련 진폭을 갖는 s 및 p편광 성분을 포함하는 반사 광선을 제공하도록 상기 광선을 실질적으로 투명한 시험 대상물을 통해서 뒤로 반사시키는 단계와; 상기 상대적인 위상과 상기 관련 진폭에 관한 정보를 제공하도록 상기 반사 광선의 s 및 p편광을 상호 간섭시키는 단계와; 상기 상대적인 위상과 관련 진폭 정보를 기초로 상기 거리를 결정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 요속 회전하는 자기 저장 매체를 포함하며, 상기 시험 대상물은 상기 회전하는 자기 저장 매체의 상기 표면위에 있는 슬라이더이며, 이로써, 상기 투명한 요소 표면위에 상기 슬라이더의 공기 역학적 비행특성이 예측될 수 있는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 측정되는 거리가 상기 광선을 포함하는 빛의 한파장 미만인 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  18. 실질적으로 투명한 요소의 표면에 관하여 그 표면에 근접한 시험 대상물의 표면의 거리를 측정하는 표면간 거리 측정 장치로서, 수직 기본 벡터 s와 연관되는 편광 기본 벡터 p를 한정하는 입사 평면에 대해 비스듬한 경사각으로 편광된 입사 광선을 상기 투명한 요소 표면을 향하여 제공하는 편광된 입사 광선 제공 수단으로서, 상기 편광된 광선의 편광은 상기 s 및 p형의 편광이 모두 존재하도록 되어 있고, 상기 광선은 반사된 s 및 p편광성분을 가지고 상기 표면들의 조합된 반사율을 갖는 반사 광선으로서 상기 투명한 요소를 통해서 뒤로 반사되고, 상기 조합된 반사율은 상기 입사 광선의 편광 상태에 종속하여 상기 표면들간의 이격 거리의 함수로서 각각의 편광성분내의 광량과 상기 s 및 p편광 성분들의 상대적 위상에 있어서의 변화를 초래하는, 그러한 편광된 입사 광선 제공 수단과; 상기 s 및 p편광 성분간의 위상차와 편광 성분간의 상대적 휘도와 간섭효과 특성을 제공하기 위하여, 그리고 상기 위상차 및 상기 휘도를 포함하는 정보를 제공하기 위하여 상기 반사된 광선의 편광 성분을 혼합하는 수단과; 상기 위상차 및 상기 편광 성분의 휘도를 포함하는 상기 정보를 기초로 상기 거리를 결정하는 수단을 구비하며, 이로써, 시험 대상물의 표면과 실질적으로 투명한 요소의 표면 사이의 고속, 고정밀 측정이 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 반사된 광선의 편광 성분들을 혼합하여 상기 정보를 제공하는 수단이 상기 편광 성분들을 혼합하는 편광 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 편광요소가 볼라스톤 프리즘과 같은 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  21. 제19항에 있어서, 상기 반사된 광선의 편광 성분들을 혼합하여 상기 정보를 제공하는 수단이 상기 휘도를 측정하는 광검출기 수단을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 반사된 광선의 편광성분을 혼합하여 상기 정보를 제공하는 수단이 상기 S 및 P편광 성분들의 상대적 위상을 이상(移相)시키는 수단과, 상기 2개의 편광의 상대적 휘도의 간섭 효과 특성을 제공하기 위해 서로에 대해 수직으로 편광된 한쌍의 광선에 상기 이상된 편광 성분을 혼합시키는 수단을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 반사된 광선의 편광 성분을 혼합하여 상기 정보를 제공하는 수단이 상기 이상되어 혼합된 편광성분들의 휘도를 측정하는 광검출기 수단을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  24. 제18항에 있어서, 상기 반사된 광선의 편광 성분을 혼합하여 상기 정보를 제공하는 수단이 상기 반사된 광선내의 각각의 편광의 광량을 측정하는 편광에 민감한 휘도 측정기, 상기 s 및 p편광 사이의 위상차를 결정하는 위상 검출기 수단과, 상기 반사된 광선을 하나의 상기 편광에 민감한 휘도 측정기 수단으로 지향되고 다른 하나는 상기 위상 검출기 수단으로 지향되는 2개의 광선으로 분할하는 광선 분광기 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  25. 제23항에 있어서, 상기 반사된 광선의 편광 성분을 혼합하여 상기 정보를 제공하는 수단이 상기 반사된 관선내의 각각의 편광의 광량을 측정하는 편광에 민감한 휘도 측정기, 상기 s 및 p편광 사이의 위상차를 결정하는 위상 검출기 수단과, 상기 반사된 광선을 하나는 상기 편광에 민감한 휘도 계량기 수단으로 지향되고 다른 하나는 상기 위상 검출기 수단으로 지향되는 2개의 광선으로 분할하는 광선 분광기 수단을 구비하며, 상기 위상 검출기 수단이 상기 편광 요소, 상기 광 검출기 수단 및 상기 이상 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  26. 제18항에 있어서, 상기 대상물 표면에 관해서 시험 대상물의 표면상의 측정 지점의 위치를 결정하도록 배치된 현미경 수단을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  27. 제18항에 있어서, 상기 편광된 입사 광선을 제공하는 상기 수단이 광원과 상기 광원으로부터 지향되는 광이 통과하는 편광 요소를 포함하는 것을 특징으로 한느 거리 측정 장치.
  28. 제27항에 있어서, 상기 편광요소가 이색성 선형 편광기와 같은 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  29. 제27항에 있어서, 상기 광원이 레이저 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  30. 제27항에 있어서, 상기 광원이 발광 다이오드 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  31. 제27항에 있어서, 상기 광원이 방전램프 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  32. 실질적으로 불투명한 요소에 관하여 그 요소에 근접한 실질적으로 투명한 시험 대상물의 표면의 거리를 표면간 측정하는 장치로서, 수직 기본 벡터 s와 연관되는 편광 기본 벡터 p를 한정하는 입사 평면에 대해 비스듬한 경사각으로 편광된 입사 광선을 상기 투명한 시험 대상물 표면을 향하여 제공하는 편광된 입사 광선 제공 수단으로서, 상기 편광된 광선의 편광은 상기 s 및 p평의 편광이 모두 존재하도록 되어 있고, 상기 광선은 반사된 s 및 p편광성분을 가지고 상기 표면들의 조합된 반사율을 갖는 반사 광선으로서 상기 투명한 요소를 통해서 뒤로 반사되고, 상기 조합된 반사율은 상기 입사 광선의 편광 상태에 종속하여 상기 표면들간의 이격 거리의 함수로서 각각의 편광성분내의 광량과 상기 s 및 p편광성분들의 상대적 위상에 있어서의 변화를 초래하는, 그러한 편광된 입사 광선 제공 수단과; 상기 s 및 p편광 성분간의 위상차와 편광 성분간의 상대적 휘도의 간섭효과 특성을 제공하기 위하여, 그리고 상기 위상차 및 상기 휘도를 포함하는 정보를 제공하기 위하여 상기 반사된 광선의 편광 성분으 혼합하는 수단과; 상기 위상차 및 상기 편광 성분의 휘도를 포함하는 상기 정보를 기초로 상기 거리를 결정하는 수단을 구비하며, 이로써 시험 대상물의 표면과 실질적으로 투명한 요소의 표면사이의 고속, 고정밀 측정이 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  33. 제32항에 있어서, 상기 요소가 회전하는 자기 저장 매체를 포함하고, 상기 시험 대상물이 상기 회전하는 자기 저장 매체의 상기 표면 위의 슬라이더를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  34. 제1항에 있어서, 시험 표면의 경계에 대하여 측정 스폿을 정확히 위치시키기 위하여 시험 표면을 플러드 조명(flood illuminating)하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  35. 제1항에 있어서, 상기 광선을 포함하는 광의 파장과 실질적으로 거의 같거나 그것보다 더 큰 범위에 걸쳐 상기 대상물 표면과 상기 투명한 요소 표면 사이의 거리를 변화시키는 단계와; 상기 거리가 변화되는 동안 상기 진폭 및 위상정보를 제공하는 단계와; 상기 정보를 기초로 시험 대상물의 표면의 유효복굴절율을 결정하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  36. 제15항에 있어서, 시험 표면의 경계에 관하여 측정 스폿을 정밀하에 위치시킬 수 있도록 상기 시험 표면을 플러드 조명하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  37. 제15항에 있어서, 상기 광선을 포함하는 광의 파장과 실질적으로 거의 같거나 그것보다 더 큰 범위에 걸쳐 상기 대상물 표면과 상기 투명한 요소 표면 사이의 거리를 변화시키는 단계와; 상기 거리가 변화되는 동안 상기 진폭 및 위상정보를 제공하는 단계와; 상기 정보를 기초로 시험 대상물의 표면의 유효복굴절율을 결정하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  38. 제36항에 있어서, 상기 플러드 조명 단계가 인－라인 광학 시스템을 통해서 상기 시험 표면을 플러드 조명하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  39. 제34항에 있어서, 상기 플러드 조명 단계가 인-라인 광학 시스템을 통해서 상기 시험 표면을 플러드 조명하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
    ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.
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