JPH02216006A - 非接触厚み分布測定方法 - 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、物体の厚み分布を測定する方法に関し、特に
非接触で物体の厚み分布、例えば光磁気ディスク等の接
着剤層の厚み分布を測定する方法に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、物体の厚み分布を測定する方法に関し、光源
、光源からの光線を被測定物体に照射する対物レンズ、
被測定物体からの反射光に非点収差を発生させる光学系
、非点収差を検出する複数に分割された光検出器等で構
成れる測定ヘッドを一対用いて、この一対の測定ヘッド
を被測量物体を挟んで同一光軸上にそれぞれの測定ヘッ
ドの対物レンズの間隔を一定にして配置した後、被測定
物体に対して相対的に移動して各測定ヘッドの対物レン
ズと被測定物体との距離を測定することにより、被測定
物体の厚み分布を、非接触で、高速かつ測定範囲を広く
して測定するようにしたものである。

〔従来の技術〕

現在、物体の表面粗さ測定は、触針式粗さ測定装置を用
いる方法や非点収差法による非接触粗さ測定方法を用い
て行われている。これらの方法は物体の表面の凹凸を測
定するものであり、１回の測定では物体の厚み分布を測
定できなかった。

また、導電体に誘電体を張り合わせた構造の当該誘電体
の厚み分布の測定は、静電容量の変化（静電方法）を用
いて行われている。この方法は、電極を具備する測定ヘ
ッドを誘電体表面に沿って移動させて、導電体と電極と
の静電容量の変化を測定し、この静電容量の変化から誘
電体の厚み分布を求めるものである。この方法によれば
、１回の測定で誘電体の厚み分布を測定することができ
る。

ところで、光磁気記録媒体のうち、例えば光学式ビデオ
ディスクや光磁気ディスクは第３図に示すように２枚の
片面ディスクを張り合わせた両面ディスク構造に成って
いる。この各片面ディスクは外側から順に、ディスク基
板２、記録媒体３ａ、保護膜４から構成され、この２枚
の片面ディスクが接着剤層５によって張り合わされてい
る。この光磁気ディスク１を、上記静電方法で測定した
場合、上記電極と記録媒体３ａとの距離、すなわちディ
スク基板２の厚み分布を測定していることになる。従っ
て、接着剤層５の厚み分布は測定できなかった。

〔発明が解決しようとする課題］ ところで、上記張り合わせる前の片面ディスクの状態に
おいては、ディスク基板２の厚み等の寸法は各規格の許
容範囲内に入っている場合であっても、張り合わせた状
態では規格を満足しない場合がある。この原因は、接着
の際の異物混入、接着剤の厚み斑等が考えられる。した
がって、ディスク基板２の厚み分布の測定のみならず、
光磁気ディスクｌの接着剤層５の厚み分布も測定する必
要がある。特に、光磁気ディスクをディスクドライブ装
置で駆動する際、フォーカスサーボ制御が安定しないこ
とがある。この原因を解明するには光磁気ディスク１の
接着剤層５の厚み分布の正確な測定が必要とされる。

また、従来の測定方法では、測定ヘッドが光磁気ディス
クの表面に沿って光磁気ディスクの厚さ方向に移動する
機械的動作を伴う。このため、応答速度が早い測定がで
きなかった。

本発明はこのような問題に鑑み、光磁気記録媒体、例え
ば光磁気ディスクの接着剤層の厚み分布を、非接触で、
高速且つ測定範囲を広くして測定することができる測定
方法の提供を目的とするものである。

なくとも有して成る測定ヘッドを一対用いて、該一対の
測定ヘッドを被測定物体を挟んで同一光軸上にそれぞれ
の測定ヘッドの対物レンズの間隔を一定にして配置し、
該一対の測定ヘッドを被測定物体に対して相対的に移動
し、該一対の測定ヘッドの検出信号に基づいて各測定ヘ
ッドの対物レンズと被測定物体との距離を測定すること
により、上記被測定物体の厚み分布を測定することを特
徴としている。

〔作　用〕

本発明の測定方法によれば、被測定物体の厚み分布の測
定を、非接触で、高速且つ測定範囲を広く行うことがで
きる。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、光源と、光源からの光線を被測定物体に照射
する対物にンズと、該被測定物体からの反射光に非点収
差を発生させる光学系と、該非点収差を検出する複数に
分割された光検出器とを少〔実施例〕 以下、本発明に係る被測定物の厚みの分布の測定方法、
例えば光磁気ディスクの接着剤層の厚みの分布の測定方
法の一実施例について図面を参照しながら説明する。

第１図は、本発明を実施するだめの測定系の概略構成を
示すものである。この第１図において、測定ヘッド１０
．２０は、光デイスクドライブ装置の所謂フォーカスエ
ラー信号の検出に用いられている光ピツクアンプとほぼ
同じ機能の測定ヘッド′である。先ずこの測定ヘッド１
０の構成を説明する。なお、測定ヘッド２０も同し構成
になっている。レーザ光ａ１１からのレーザ光はコリメ
ータレンズ１２で平行光線とされた後、ビームスプリッ
タ１３、対物レンズ１４を介して光磁気ディスク１に照
射される。この光磁気ディスク１の反射光は再び対物レ
ンズ１４を介して、ビームスプリッタ１３に入射され、
今度は反射される。この反射されたレーザ光は、凸レン
ズ１５、凹レンズ１６で構成される収束レンズを介して
、非点収差を発生させる光学系、例えばシリンドリカル
レンズ１７に入射される。このシリンドリカルレンズ１
７によって非点収差が発生する。該非点収差は、例えば
４分割された光検出器１８で検出される。

すなわち、所謂非点収差法ζ、二よりフォーカスエラー
信号の検出を行う光ピンクアンプと同じ機能を有する測
定ヘッドである。

次に第１図全体の説明をする。上記測定ヘッド１０．２
０は光磁気ディスク１を挟んで同一光軸上に配置され、
且つ測定ヘッド１０と測定ヘッド２０の間隔はお互いの
対物レンズ１４．２４の焦点が一致するように配置され
ている。このお互いの対物レンズ１４．２４の焦点を一
致させる設定は、光磁気ディスク１がない状態で、測定
ヘッド１０のレーザ光＃１１を発光させ、測定ヘッド２
０で該レーザ光を受光し、この測定ヘッド２０で検出さ
れるフォーカスエラー信号が零となるように、測定ヘッ
ド１０と測定ヘッド２０との距離を調整すればよい。次
に、上述のように配置された一対の測定ヘッド１０．２
０の間に光磁気ディスク１を配置し、測定ヘッド１０．
２０からのレーザ光を光磁気ディスク１のそれぞれの記
録媒体（反射面）３ａ、３ｂに照射し、これらの反射光
を、測定ヘッド１０．２０でそれぞれに受光し、２つの
フォーカスエラー信号を検出する。この２つのツメ−カ
スエラー信号に基づいて後述する光磁気ディスク１の接
着剤層の厚みを測定するのである。また、光磁気ディス
ク１を回転し、測定ヘンド１０．２０を一体としてＸ軸
方向に移動させ、すなわち光磁気ディスク１と測定ヘッ
ド１０．２０を相対的に移動することにより、光磁気デ
ィスク１の接着剤層５の厚み分布を測定するのである。

次に、上記測定ヘッド１０．２０で検出されるフォーカ
スエラー信号について、第２図を用いて説明する。この
第２図の縦軸はフォーカスエラー信号を表し、横軸は合
焦点位置からの記録媒体３ａ、３ｂの光軸方向の距離（
以下デフォーカス量と言う。）を表す。なお、横軸の正
方向が合焦点位置から記録媒体３ａ、３ｂが遠ざかる方
向を表し、合焦点位置から記録媒体３ａ、３ｂが遠ざか
るに従って該フォーカスエラー信号の値は大きくなる。

この図に示すように、デフォーカス量が所定の範囲内に
ある場合、フォーカスエラー信号とデフォーカス量との
間には、１対１の関係が成立し、かつデフォーカス量が
小さい場合にはりニアリティが存在する。従って、フォ
ーカスエラー信号の値に基づいて、デフォーカス量を簡
単に得ることができる。なお、上記デフォーカス量の所
定の範囲とは、当該測定ヘッドで測定可能なデフォーカ
ス量（ダイナミックレンジ）である。このダイナミック
レンジは、測定ヘッドの対物レンズの焦点距離ｆ。、収
束レンズとシリンドリカルレンズとの合成焦点距離ｆＡ
、及び測定ヘッドの光検出器で測定可能な像の光軸方向
の範囲で決まる。

すなわち、上記対物レンズの焦点距離ｆｏ　、合成焦点
距離ｆＡ、光検出器で測定可能な像の光軸方向の範囲を
適当に選択することによって、測定目的に最適なダイナ
ミックレンジを具備する測定系を構成することができる
。これは、光軸上の小線分の像とこれに共役な物体の小
線分との長さの比、所謂縦倍率βは（ｔｏ　＋　ｒａ　
）２となるからである。

例えば、本実施例の測定ヘッドに要求されるダイナミッ
クレンジを±５００μｍ、光検出器で測定可能な像の光
軸方向の範囲を１０００μｍすると、この場合の縦倍率
βは１　（１０００÷（５００’Ｘ　２　）　）となる
。この縦倍率１を満足するように、例えば対物レンズの
焦点距離ｆ０を４０ｍｍ、収束レンズとシリンドリカル
レンズとの合成焦点距離ｆＡを４０ｍｍとすればよいこ
とになる。

次に、光磁気ディスク１の構造及び上記光磁気ディスク
１の接着層の厚み分布の測定方法の原理を第３図を用い
て説明する。光磁気ディスク１は上述のように両面構造
と成っており、各片面ディスクは外側からポリメチルメ
タアクリレートやポリカーボネート等の透明なディスク
基板２、レーザ光を反射する反射膜である記録媒体３ａ
、保護膜４から構成されている。これら片面ディスクを
保護＃４を内側にして接着剤で張り合わすことにより、
両面ディスクとするのである。この接着剤の層を接着剤
層５とする。なお、この図において、対物レンズ１４．
２４はそれぞれ測定ヘッド１０．２０の対物レンズを示
している。すなわち、対物レンズ１４と記録媒体３ａと
の距離は、測定ヘッド１０で検出されるフォーカスエラ
ー信号に基づいて測定することになり、対物レンズ２４
と記録媒体３ｂとの距離は、測定ヘッド２０で検出され
るフォーカスエラー信号に基づいて測定することになる
。したがって、接着剤層５の厚みは、測定ヘッド１０の
フォーカスエラー信号に基づいて得られる距離Ｌｌ　　
（デフォーカス量り、）と測定ヘッド２０のフォーカス
エラー信号に基づいて得られる距離ＬｔＣデフォーカス
量り、）との和（Ｌ＋　＋　Ｌ、ｗ　）となる。なお、
この図に示す距離りは対物レンズ１４．２４の焦点距離
を示している。

次に、上述の測定系を用いて光磁気ディスク１の接着剤
層５の厚み分布を測定した場合に得られる具体的なフォ
ーカスエラー信号の説明を第４図乃至第７図を用いて説
明す葛。

第４図は、各測定ヘッド１０．２０で検出されるフォー
カスエラー信号Ａ、Ｂを示し、合成信号Ｃは上記２つの
フォーカスエラー信号の絶対値の和（−（Ａ＋Ｂ））を
示す。この合成信号Ｃが光磁気ディスク１の接着剤層５
の厚み分布に対応する信号である。すなわち、この合成
信号Ｃより、第２図に示すフォーカスエラー信号とデフ
ォーカス量の１対１の関係を用いてデフォーカス量を算
出することにより、光磁気ディスク１の接着剤層５の厚
み分布を得ることができる。なお、第５図は、上記フォ
ーカスエラー信号Ａ、Ｂに基づいて得られるデフォーカ
ス量Ｌ＋、Ｌｘを図示したものであり、図に示す（Ｌ＋
　＋　Ｌ２　）が接着剤層５の厚み分布である。すなわ
ち、デフォーカス量り、は第４図に示すフォーカスエラ
ー信号Ａの極性を逆にした信号に相当し、デフォーカス
量Ｌｔは第４．図に示すフォーカスエラー信号Ｂに相当
している。

第６図は１、測定ヘッド１０．２０のレーザ光源を所定
のパルスで位相を一致させて発光させた場合の合成信号
０　（−（Ａ＋Ｂ））を示す。第４図の場合と同様に、
合成信号Ｃより、光磁気ディスク１の接着剤層５の厚み
分布が算出できることは言うまでもない。この場合、上
記レーザ光源が消えている時の合成信号Ｃの値が光磁気
ディスクｌの接着剤層５の厚みが零に相当するレベルを
示している。この結果、例えば測定ヘッドの後段に接続
される増幅器等のオフセットの影響を排除し、光磁気デ
ィスク１の接着剤層５の厚みを絶対値として直読できる
ことになる。

第７図中の合成信号Ｃは、測定ヘッド１０．２０のレー
ザ光源を所定のパルスで位相を逆にして発光させた場合
の各測定ヘッド１０．２０で検出されるフォーカスエラ
ー信号Ａ、Ｂの差（−（ＡＢ））を示す。直流カット信
号りは、上記合成信号Ｃの直流成分をカットした信号を
示している。

この直流カット信号りを用いても光磁気ディスクｌの接
着剤層５の厚みの最大値及び最小値が直読できる。

上記説明で明らかなように、光磁気ディスクの接着剤層
の厚み分布の測定を、光磁気ディスクに非接触で、測定
ヘッドの光軸方向の機械的可動を伴わずできる。すなわ
ち、応答速度が早い測定が可能となる。また、測定ヘッ
ドに使用されるレンズの焦点距離を変えることによって
、測定範囲を任意に設定することができる。また、測定
に必要な電気回路系も光検出器の後段に接続される差動
増幅器だけでよく、全体として簡単な構成である。

したがって測定系を一体化することも容易であり、体化
することによって広い温度範囲の測定に適用可能となる
。

上述の非点収差を発生させる光学系としては、シリンド
リカルレンズの代わりに、プリズム、光軸に対して斜め
に配置した平行平板等を用いてもよい。

なお、本発明の方法によれば、被測定物体は光磁気ディ
スクや光学ディスクに限定されず、例えば２つの三角プ
リズムの間に誘電多層膜を配する構造のビームスプリッ
タの誘電多層膜の測定もできる。

例えば数ＭＨｚ以上の高帯域まで測定が可能になる。ま
た、測定範囲を任意に設定できる。また、測定系を簡単
な構成とすることができ、経済的な効果も期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は＝本発明に係る測定方法の測定系の構成を示す
図、第２図はデフォーカス量−フォーカスエラー信号特
性を示す図、第３図は光磁気ディスクの構造及び測定方
法の原理を説明するための図、第４図は測定ヘッドで検
出されるフォーカスエラー信号を示す図、第５図は光磁
気ディスクの接着剤層の厚み分布を示す図、第６図及び
第７図はレーザ光源をパルス駆動した場合のフォーカス
エラー信号を示す図である。 〔発明の効果〕 上述の実施例の説明からも明らかなように、本発明よれ
ば、被測定物体の厚み分布の測定を、非接触で、機械的
可動を伴わないででき、この結果、１・・・光磁気ディ
スク ５・・・接着剤層 １０・・・測定ヘッド ２０・　・測定ヘンド −告（Ｊ−、−工ｔｕ−ぶＬ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光源と、光源からの光線を被測定物体に照射する対物レ
   ンズと、該被測定物体からの反射光に非点収差を発生さ
   せる光学系と、該非点収差を検出する複数に分割された
   光検出器とを少なくとも有して成る測定ヘッドを一対用
   いて、 該一対の測定ヘッドを被測定物体を挟んで同一光軸上に
   それぞれの測定ヘッドの対物レンズの間隔を一定にして
   配置し、 該一対の測定ヘッドを被測定物体に対して相対的に移動
   し、 該一対の測定ヘッドの検出信号に基づいて各測定ヘッド
   の対物レンズと被測定物体との距離を測定することによ
   り、上記被測定物体の厚み分布を測定することを特徴と
   した非接触厚み分布測定方法。