JPH0356401B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は被測定物体の平坦な第１面及びこれと
深さの異なる第２面を走査するごとく光ビームに
て照射して得られた反射光より、その被測定物体
の第１面の位置を検出する様にした光学式位置検
出装置に関する。

従来、VTRの回転磁気ヘツド（ヘツドチツプ）
を製造する場合に、マイケルソン干渉計を用いた
光干渉式測長装置が使用される。第１図はその回
転磁気ヘツドを示し、これはフエライトにて作ら
れている。１ａは磁気ヘツド１のテープ対接面で
ある。この磁気ヘツド１はヘツド半体１Ａ，１Ｂ
を貼り合せて構成したものであつて、その接合部
は括れ、テープ対接面１ａに於いてギヤツプｇが
形成され、括れ部分には機械的補強の為にガラス
２が充填されている。

かかる磁気ヘツドを製造するには、第２図に示
す如く、一面に、断面Ｕ字型の溝４が多数平行に
形成されると共に、その溝４間に細長のラツプ面
５が形成されたフエライトブロツク３を１対設
け、これらをその各ラツプ面５が衝合する様に接
着剤を用いて貼り合せ、第３図の一点鎖線に示す
如く切り離し、次いで括れ部にガラスを充填し
て、多数の回転磁気ヘツドを得る様にしている。

このフエライトブロツク３のラツプ面部５の幅
ｄは、最近の回転磁気ヘツドの磁気空隙のトラツ
ク幅が狭くなつたことから、特に高精度に形成さ
れることが必要で、これは溝４の加工精度によつ
て決まることになる。この為、製造時においてこ
のラツプ面５の幅ｄを正確に測長する必要があ
る。そこで、先に本出願人が提案した、フエライ
トブロツク３のラツプ面５の幅を測長する光干渉
式測長装置の一例を第４図を参照して説明する。
６は移動ステージであつて、その上に上述したフ
エライトブロツク３が被測定物体として載置され
ている。この移動ステージ６はブロツク３の溝４
と直交する方向に移動するものとする。この移動
ステージ６上には互いに直交する反射面７ａ，７
ｂを有するリフレクタ７が取り付けられている。
８は光源であつて、本例では例えばヘリウム・ネ
オンレーザ光源である。この光源８よりのレーザ
光はコリメーターレンズ９を介して基準リフレク
タ１０に入射せしめられる。基準リフレクタ１０
は、コリメーターレンズ９よりの光L₀の方向に
対し45度の角度をなすハーフミラー面１０ａと、
このハーフミラー面１０ａと夫々平行及び直交す
る反射面１０ｂ，１０ｃを有するプリズムであ
る。又、リフレクタ７の反射面７ａはハーフミラ
ー面１０ａと平行である。基準リフレクタ１０に
入射した光L₀の一部の光L₁はハーフミラー面１
０ａ−反射面１０ｂ−反射面１０ｃで反射を重ね
た後光検出器１１に入射する。又、光L₀の他の
一部の光L₂はハーフミラー面１０ａを通過しリ
フレクタ７の反射面７ａ−７ｂ−基準リフレクタ
１０のハーフミラー面１０ａで反射を重ねた後光
検出器１１に入射する。そしてこれら光L₁，L₂
は互いに干渉して、干渉光L₃として光検出器１
１に入射する。

光検出器１１からは干渉光L₃の入射に基づい
て第５図Ａに示す如き正弦波の検出出力が発生す
る。その光強度Ｉは次式の如く表わせる。

Ｉ＝I₀｛１＋αcos（2πD／λ）｝ 但し、I₀は初期値、αは変調度を決める係数、
Ｄは移動ステージ６の移動距離である。この場合
レーザ光源８よりの光の波長をλとすると、この
検出出力の周期はλ／２となる。この光検出器１１ よりの検出出力はプリアンプ１２を介してコンパ
レータ１３に供給されることにより、波形整形さ
れて第５図Ｂに示す如き矩形波が得られる。この
矩形波がパルス発生器１４に供給されることによ
り、これより第５図Ｃに示す如く、矩形波の立上
り及び立下りに対応し、周期がλ／４のパルス出力 が得られ、これがゲート回路１５に供給される。

他方光学式位置検出装置１７が設けられ、これ
の例えばヘリウム・ネオンレーザ光源よりの光が
対物レンズ１８を介してフエライトブロツク３の
表面、特にそのラツプ面５上に１〜2μｍ程度の
スポツト径を以つて焦点を結ぶ様に照射せしめら
れ、その反射光が対物レンズ１８を介して光学式
位置検出装置１７の光検出器に戻り、ラツプ面５
に対応した位置検出出力を発生する。その反射光
に対する検出出力はラツプ面５においてレベルが
大であり、溝４においてレベルが少である。かく
して、光学式位置検出装置１７から、第６図Ａに
示す如き位置検出出力が得られ、これがプリアン
プ１９を介してコンパレータ２０に供給された波
形成形されることにより、第６図Ｂに示す如き矩
形波が得られる。そして、この矩形波が上述のゲ
ート回路１５に供給されて、第５図Ｃ及び第６図
Ｃの周期がλ／４のパルスをゲートする。かくする ことにより、出力端子１６には第５図Ｃ及び第６
図Ｃに示す如きゲート出力が得られる。そして、
このゲート回路１５によつてゲートされたパルス
の数を計数することによりフエライトブロツク３
のラツプ面５の幅が測長される。

次に上述の光位置検出装置１７の一例を第７図
について説明する。２１は被測定物体３の表面よ
りの反射光を検出する光検出器で、これよりの光
検出力はプリアンプ２２を介してレベル比較器２
５に供給される。又、光検出器２１よりの光検出
出力のプリアンプ２２を通じて増幅された光検出
出力はサンプルホールド回路２３に供給されて、
そのピークレベルがサンプリングホールドされ、
そのサンプリングホールド出力が分割器（ポデン
シヨメータ）２４によつて1/2に分割され、その
１／２に分割されたピークレベルが基準レベルとし
てコンパレータ２５に供給される。コンパレータ
２５よりの出力はアンプ２６を介して出力端子２
７に供給される。

この場合サンプリングホールド回路２３に供給
するサンプリングパルスは次の様にして得る。ア
ンプ２６の出力を微分回路２８に供給して光検出
出力の立上りエツジを検出し、その立上りエツジ
検出出力を単安定マルチバイブレータ２９に供給
して所定時間遅延させ、その単安定マルチバイブ
レータ２９の出力を他の微分回路３０に供給して
その遅延時点に応じたタイミングのパルスを得、
そのパルスを所定幅のサンプリングパルスを得る
為の単安定マルチバイブレータ３１に供給し、こ
れより得られたサンプリングパルスをサンプリン
グホールド回路２３に供給するものである。この
場合単安定マルチバイブレータ２９の出力の時間
幅としては、光検出器２１よりの検出出力（パル
ス）の略中央のタイミングが検出され得られる様
にする。

次に、第８図について第７図の動作を説明す
る。第８図Ａは上述の被測定物体（フエライトブ
ロツク）３のラツプ面５及び溝４の斜視図を示し
たもので、BPはこの被測定物体３に照射された
光ビームのスポツトを示す。この光ビームはヘリ
ウムネオンレーザ光源より得、その密度はガウス
分布を成している。又、Ｗはこのラツプ面５の
幅、Ｐはこのラツプ面５のピツチを示す。そし
て、光検出器２１よりの検出出力は、ラツプ面５
の両側の縁がシヤープエツジであるにもかかわら
ず、第８図Ｂに示す如く完全な矩形波ではなく、
それぞれ立ち上り時間及び立ち下り時間を有して
おり、これは光ビームがガウス分布を成している
ことに起因するものである。従つてラツプ面５の
正確な位置、特にその縁の位置を検出するには、
第８図Ｂの光検出出力のピークレベルＥの1/2即
ち、1/2Ｅをサンプリングホールド回路２３にて
サンプリングホールドし、これを基準レベルとし
てレベル比較器２５に供給して出力端子２７より
第８図Ｃに示す如き比較出力を得れば、この比較
出力たる矩形波の立ち上り及び立ち下りタイミン
グはそれぞれラツプ面５の両縁に対応することに
なる。

ところで、第７図の光学式位置検出装置の場合
は被測定物体３の送り速度が一定の場合には、そ
れに応じて単安定マルチバイブレータ２９の時定
数を所定値に固定すれば良いが、被測定物体３の
送り速度が一定で無い場合とか、ラツプ面５の幅
が様々の場合には、この様な光学的位置検出装置
では正確に第１面の位置を検出することが出来な
い。

かかる点に鑑み、本発明は、被測定物体の平坦
な第１面及びこれと深さの異なる第２面を走査す
るごとく光ビームにて照射して得られた反射光よ
り、その被測定物の第１面の位置を検出する様に
した光学式位置検出装置に於いて、被測定物体の
移動速度の有無及び第１面の幅に無関係に、その
第１面の位置を正確に検出することの出来るもの
を提案せんとするものである。

本発明は、走査方向において所定間隔を以つて
中央及び前後に配された主光ビーム並びに第１及
び第２副光ビームにて被測定物体の平坦な第１面
及びこれと深さの異なる第２面を走査する如く照
射して得られた各反射光をそれぞれ検出する主光
検出器並びに第１及び第２の副光検出器と、上記
主光検出器よりの検出出力を基準レベルと比較す
るレベル比較器と、上記検出出力のピークレベル
をサンプリングホールドするサンプリングホール
ド回路と、該サンプリングホールド回路の出力を
１／ｎ（但しｎ＞１）に分割してその分割レベルを 基準レベルとして上記コンパレータに供給する分
割器と、第１及び第２副光検出器よりの検出出力
の供給されるアンド回路とを有し、このアンド回
路より主光検出器よりの検出出力のピークレベル
をサンプリングするサンプリングパルスを得てサ
ンプリングホールド回路に供給する様にしたもの
である。

以下に第９図及び第１０図を参照して本発明の
一実施例について説明する。先ず、第９図につい
て説明する。３２は光源であつて、例えばヘリウ
ム・ネオンレーザ光源が用いられ、これよりの光
ビームL₀が位相回折格子３３に供給されて３本
のビームに分けられる。３本のビーム、即ち主ビ
ームLs、第１及び第２の副ビームLa，Lbはコリ
メータレンズ３４に供給されて互いに平行となさ
れ、偏光ビームスプリツタ３５−１／４λ板３６を 通じてダイクロイツクミラー３７に入射せしめら
れ、その各反射ビームLs，La，Lbは対物レンズ
１８によつて集光せしめられて被測定物体３のラ
ツプ面５上に焦点を結ぶ。４０は視野照明用のラ
ンプで、このランプ４０からの照明光が、集光レ
ンズ３９によつて集束せしめられた後、ハーフミ
ラー３８によつて反射され、その反射光がダイク
ロイツクミラー３７−対物レンズ１８を通じて、
被測定物体３のラツプ面５を照射し、そのラツプ
面５からの反射光が、対物レンズ１８−ダイクロ
イツクミラー３７−ハーフミラー３８−ヘリウ
ム・ネオンレーザ光源３２よりのヘリウム・ネオ
ンレーザビームの波長の成分を除去するフイルタ
４１を通じてミラー４２に入射せしめられ、その
反射光が接眼レンズ４３に入射せしめられて集束
せしめられる。更にダイクロイツクミラー３７よ
りの反射光ビーム、即ち主反射ビームLs及び第
１及び第２の副反射ビームLa，Lbは１／４λ板３６ を介して偏光ビームスプリツタ３５に供給され、
その各反射ビームがそれぞれ主光検出器２１ｓ並
びに第１及び第２の副光検出器２１ａ，２１ｂに
入射せしめられる。

次に、第１０図について説明する。主光検出器
２１ｓよりの検出出力がプリアンプ２２を介して
レベル比較器２５に供給されると共に、サンプリ
ングホールド回路２３にも供給される。サンプリ
ングホールド回路２３の出力は分割比が例えば1/
２の分割器に供給され、その分割器２４より得ら
れた分割出力が基準レベルとしてレベル比較器２
５に供給される。レベル比較器２５の出力はプリ
アンプを通じて出力端子２７に供給される。

光検出器２１ａ，２１ｂよりの光検出出力は、
それぞれプリアンプ４４ａ，４４ｂを介してレベ
ル比較器４５ａ，４５ｂに供給され波形成形さ
れ、その矩形波出力がアンド回路４６に供給され
る。そして、そのアンド出力がレベル変換器４７
を介してサンプリングホールド回路２３にサンプ
リングパルスとして供給される。

第１１図に上述の主光ビームLs、第１及び第
２の副光ビームLa，Lbの被測定物体３上のビー
ムスポツトBPs，BPa，BPbを示す。この場合そ
の走査方向における第１及び第２の副光ビーム
La，LbのビームスポツトBPa，BPbの間隔Δlは
第１面としてのラツプ面５の幅よりも小さく、各
ビームスポツトBPs，BPa，BPbの径よりも大に
選定される。

次に第１２図を参照して、第９図及び第１０図
の光学式位置検出装置の動作を説明する。第１２
図Ａは主光検出器２１ｓより得られた光検出出力
を示す。第１２図Ｂ及びＣは第１及び第２の副光
検出器２１ａ，２１ｂより得られた光検出出力の
波形を示す。第１２図Ｄ，Ｅはそれぞれレベル比
較器４５ａ，４５ｂの波形成形された矩形波信号
の波形を示す。第１２図Ｆはアンド回路４６の出
力を示す。そして上述のビームLs，La，Lbの被
測定物体３上の配置関係を選定することにより、
アンド回路４６の出力パルス（第１２図Ｆ）を丁
度第１２図Ａに示す主光検出器２１ｓのほぼ中央
に来る様にすることが出来る。これは被測定物体
３の移動速度に無関係となる。従つてこの第１２
図Ｆに示す如きアンド回路４６の出力をサンプリ
ングホールド回路２３に供給すれば、光検出器２
１ｓよりの光検出器のピークレベルがサンプリン
グホールドされることになる。そして、このサン
プリングホールド出力を分割器２４に供給して1/
２に分割し、その分割出力を基準レベルとしてレ
ベル比較器２５に供給すれば、第１２図Ｇに示す
如く、出力端子２７には被測定物体３のラツプ面
５の位置に対応した位置検出パルスが得られるこ
とになる。

上述せる本発明によれば、被測定物体の移動速
度及びその第１面の走査方向の幅にかかわらずそ
の第１面の位置を光学的に正確に検出することが
出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明光学式位置検出装置を製造時に
使用して好適な回転磁気ヘツドを示す斜視図、第
２図はその回転磁気ヘツドを形成する素材となる
フエライトブロツクを示す斜視図、第３図はその
フエライトブロツクの側面図、第４図は本発明装
置を適用して好適な光干渉式測長装置を示すブロ
ツク線図、第５図及び第６図はその説明に供する
波形図、第７図は本出願人より先に提案された光
学式位置検出装置の例を示すブロツク線図、第８
図はその説明に供する波形図、第９図は本発明の
一実施例の光学系を示す配置図、第１０図は本発
明の一実施例の回路を示すブロツク線図、第１１
図は本発明装置の光ビームスポツトの配置を示す
線図、第１２図は本発明装置の一実施例の説明に
供する波形図である。 ３は被測定物体、５は第１面、４は第２面、２
１ｓは主光検出器、２１ａ，２１ｂは第１及び第
２の副光検出器、２５はレベル比較器、２３はサ
ンプリングホールド回路、２４は分割器、４６は
アンド回路である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 走査方向において所定間隔を以つて中央及び
   その前後に配された主光ビーム並びに第１及び第
   ２の副光ビームにて被測定物体の平坦な第１面及
   びこれと深さの異なる第２面を走査する如く照射
   して得られた各反射光をそれぞれ検出する主光検
   出器並びに第１及び第２の副光検出器と、上記主
   光検出器よりの検出出力を基準レベルと比較する
   レベル比較器と、上記検出出力のピークレベルを
   サンプリングホールドするサンプリングホールド
   回路と、該サンプリングホールド回路の出力を
   １／ｎ（但しｎ＞１）に分割してその分割レベルを 基準レベルとして上記コンパレータに供給する分
   割器と、上記第１及び第２の副光検出器よりの検
   出出力の供給されるアンド回路とを有し、該アン
   ド回路より上記主光検出器よりの検出出力のピー
   クレベルをサンプリングするサンプリングパルス
   を得て上記サンプリングホールド回路に供給する
   ことを特徴とする光学式位置検出装置。