JPH06267038A - 磁気ヘッドのギャップ深さ測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンポジット型磁気ヘッドのギャップ深さを
画像処理装置を用いて高精度に自動測定をする。 【構成】 本発明は、被測定物の画像を取り込むための
ＩＴＶカメラを搭載しオートフォーカス機能を有する顕
微鏡と、このＩＴＶカメラの出力信号を画像処理する画
像処理装置と、ＸＹＺ方向の位置調整を行って被測定物
を顕微鏡の視野内に位置決めするフレームとを有する微
小寸法測定装置において、顕微鏡より出力される合焦信
号を顕微鏡の位置決めにフィードバックして被測定物の
輪郭線の全ての合焦位置に顕微鏡を位置決めする手段
と、Ｈｏｕｇｈ変換法によりこの輪郭線の近似式を算出
する手段と、これら輪郭線の交点座標を演算しこの座標
からギャップ深さ寸法を算出する手段とを有する磁気ヘ
ッドのギャップ深さ測定装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固定磁気ディスク装置
に用いる、コンポジット型磁気ヘッドのギャップ深さ
（以下Ｇｄと言う）寸法を画像処理して測定する装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のコンポジット型磁気ヘッド構造の
代表的なものを図１５に、ギャップ部の拡大図を図１６
に示す。コンポジット型磁気ヘッドはセラミック、非磁
性フェライト等の非磁性材からなるハウジング２０２
と、磁性材のコア２０１からなっている。コア２０１は
ハウジング２０２に設けられたコア挿入溝に挿入され、
ガラス２０４により接合一体化されている。一体化後、
Ｇｄ２０６を計測管理されながら、所定のＧｄ寸法とな
るまで磁気媒体との摺動面２０３を研磨している。

【０００３】Ｇｄ２０６は、従来、光学顕微鏡を用いて
観察し、接眼部に設けた測微スケール等により、目視で
計測していた。また、図１６に示すように、ギャップ部
２０５はハウジング２０２とコア２０１を接合している
ガラス２０４に埋まっており、コア側面より垂直に観察
することが不可能なため、磁気ヘッドあるいは顕微鏡を
傾け、斜め方向からガラス越しに目視測定する方法が一
般的であった。

【０００４】また、図１７に特開平２−１３０７０７号
公報に開示されている従来技術を示す。この公報におい
ては、磁気ヘッドのスライダ３０１を構成するチップの
下部から透過光ＹＹを入射し、チップを構成するコアを
接合させるモールドガラスを透過した光ＹＹと所定の角
度から磁気ヘッドのスライダ３０１の表面を照明する合
成光ＸＸを用いることにより観察像を見易くしている。
そして、光学顕微鏡３０２により、これらの反射光ＺＺ
によって観察できる磁気ヘッドのチップの見かけ上のＧ
ｄを目視測定し、チップと光学顕微鏡の傾きθθから実
際のＧｄを換算するようになっている。

【０００５】更に、本出願人が先に出願した特開平０１
−２５０００７号公報に開示されているもの（図示せ
ず）は、この内、画像処理によるＧｄ算出は、設定した
ウインドウ内の輪郭座標の座標データより、最小二乗法
を用いて輪郭線の近似式とその相関係数を求め、この近
似式を仮の輪郭線の式とする。ただし、相関係数の値に
よっては、輪郭画素のデータを一部除去し再び最小二乗
法により近似式を求めることも可能としている。次に求
めた輪郭線のそれぞれの式より、それぞれの交点座標を
演算し、その交点間の距離で、見かけ上のＧｄ寸法を測
定し、チップと光学顕微鏡の傾きから実際のＧｄを換算
するようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術で
は、図１５に示すコンポジット型磁気ヘッド等に代表さ
れる磁気ヘッドについて、高精度なＧｄ寸法を測定しよ
うとすると以下の問題点があった。 顕微鏡の光軸に対して測定面が所定の角度とはなら
ず、傾いて位置決めされたとき、あるいは、顕微鏡の光
軸に対して測定面はもともと垂直ではなく所定の角度に
傾いているため一部の測定面の輪郭線にピントを合わせ
ると他の測定面の輪郭線のピントが合わず正確な目視計
測或いは画像計測ができない。 画像処理を用いたＧｄ算出方法においては、最小二乗
法等による輪郭線の近似式を求めることから、輪郭線の
近似式は、真の輪郭線の画素データ以外の画素データも
含めて計算されるため高精度なＧｄ寸法測定を行うこと
はできない。本発明は、上記の問題点を解消するために
なされたもので、磁気ヘッドのチップのＧｄを高精度に
計測できる装置を得ることを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、被測定物の画
像を取り込むためのＩＴＶカメラを搭載しオートフォー
カス機能を有する顕微鏡と、このＩＴＶカメラの出力信
号を画像処理する画像処理装置と、ＸＹＺ方向の位置調
整を行って顕微鏡の視野内に被測定物を位置決めするフ
レームとを有する微小寸法測定装置において、顕微鏡よ
り出力される合焦信号を、顕微鏡の位置決め装置にフィ
ードバックして被測定物の輪郭線の全ての合焦位置に顕
微鏡を位置決めする手段と、Ｈｏｕｇｈ変換法によりこ
の輪郭線の近似式を算出する手段と、これら輪郭線の交
点座標を演算しこの座標からギャップ深さ寸法を算出す
る手段とを有する磁気ヘッドのギャップ深さ測定装置で
ある。

【０００８】さらに本発明においては、画像処理による
Ｇｄ算出手段として、ウインドウ内の輪郭画素の座標デ
ータより、Ｈｏｕｇｈ変換法による正確な輪郭線上の画
素データのみを抽出し、この画素データより輪郭線の式
とし、次にこの輪郭線の式からそれぞれの交点座標を演
算し、その交点間の距離によりＧｄ寸法を測定する手段
を有している。

【０００９】

【実施例】本発明によるコンポジット型磁気ヘッドのＧ
ｄ寸法の測定装置の一実施例を図面に基づいて説明す
る。

【００１０】本発明の装置の概略構成図を図１及び図２
に示す。図において、フレーム２４はデスク３６に固着
したスライドテーブル３７を介して設けている。フレー
ム２４上には、ピン２５を介してシリンダ２７にて揺動
可能にアーム３５を設ける。アーム３５は、フレーム２
４上面からの垂線（デスク２４上面からの垂線とも一
致）に対して傾斜角θになるようにシリンダ２７にて揺
動する。またフレーム２４に設けたスライドテーブル３
７は、モータ２８にてデスク３６に対して矢印Ｘ方向に
スライドする。図１５に示すコンポジット型磁気ヘッド
（以下”ワーク１”と称す。）は、治具２６の水平面３
４と垂直面３３とに接するように載置する。

【００１１】レーザ式の光電センサ２９はデスク３６に
固定して設け、光軸３９がワーク１の端面、ピン２５に
重なるようにする。一方、光軸３９と交叉するようなオ
ートフォーカス顕微鏡２の光軸３８に対し、ワーク１か
ら遠ざかる方向に顕微鏡２とＩＴＶカメラ３を設ける。
顕微鏡２には高輝度な照明源２２（例えば、水銀灯ラン
プを光源とするケーラー型照明装置）を設け、フレーム
３０上に固着する。

【００１２】フレーム３０下面はベース３１に対し、モ
ータ２１にて矢印Ｙ方向にスライド可能にし、さらにベ
ース３１はデスク３６に対してモータ２３にて矢印Ｚ方
向に昇降可能になっている。即ち、デスク３６上面に対
してフレーム３０が矢印Ｙ方向にスライドするし、ベー
ス３１もＺ方向に昇降可能に設けているので、光軸３９
と光軸３８の両者がそれぞれワーク１の端面近くに移動
できるようになる。

【００１３】続いて、本発明の作用について説明する。
図２は本発明の装置のブロック図である。図において、
画像処理装置７は、Ａ／Ｄ変換器８、Ｄ／Ａ変換器１
０、画像メモリ９、演算部１１、入出力ポート１２から
構成している。入出力ポート１２は、その一つはシーケ
ンサ制御部１３を介して、各機械装置１５への出力装置
となり、他の一つはパソコン１４を介してキーボード１
６との応答ができるようにする。

【００１４】シーケンサ制御部１３とパソコン１４とは
信号応答可能とし、画像メモリ９からの信号はＤ／Ａ変
換器１０を介してモニタテレビ６へ出力可能にする。パ
ソコン１４とパソコン用ディスプレイ１８とはそれぞれ
独立して信号の応答が可能なように接続する。

【００１５】ワーク１の位置決めは、複数のワークを治
具２６の垂直面３３と水平面３４とに単に接するような
静置をし、また治具２６はアーム３５に真空吸引により
固着する。 次に、ワーク１の摺動面２０３が、顕微鏡
２の光軸３８と傾斜角（９０−θ）゜になるようにシリ
ンダ２７を操作してアーム３５を揺動し、所定の傾斜角
（９０−θ）゜を保持するようにする。このとき、θは
およそ２０〜７０°の範囲に設定する。

【００１６】ワーク１の端面２０７或いはワークの摺動
面２０３が光電センサー２９の光軸３９に交差する位置
のとき光電センサー２９からのレーザービームが照射さ
れる。すると、鏡面である摺動面２０３からの反射光を
光電センサ２９の受光素子が感知し、モータ２８を駆動
あるいは停止させる。この一連の操作によって、摺動面
２０３を顕微鏡２の光軸３８に対して所定の傾斜角（９
０−θ）゜にする。これにより、複数個並んだワークの
自動切り出しのために、デスク３６に固定した光電セン
サ２９のレーザビームの光軸３９に対して、ワーク１の
端面を合致させることができ、ワーク１の切り出しが可
能となる。

【００１７】顕微鏡２に対する図４に示すワーク１のア
ペックス部分までの距離は、オートフォカス顕微鏡２に
内蔵されているフォーカス制御部３２内で、前記ビデオ
信号を微分し、この微分値が最大或いは最小となる位置
までモータ２１及び２３が作動し、自動的に焦点が決ま
るようにする。

【００１８】ＩＴＶカメラ３からのビデオ信号は、画像
処理装置７にてアナログ信号からデジタル信号に変換さ
れ、走査線が５１２×５１２の画素データ及び２５６諧
調の画素の明るさ（以下、濃淡度と称す）として、画像
メモリー９に格納する。

【００１９】Ｇｄ計測の高精度化を計るためには、光学
顕微鏡を用いて、観察像を大きくする必要があるが、図
１５に示すように、ギャップ部はハウジング２０２とコ
ア２０１を接合しているガラス２０４に埋まっており、
コア側面２０２より垂直に観察することが不可能であ
る。このため、磁気ヘッドあるいは顕微鏡を傾け、例え
ば、斜め４５度方向からガラス２０４越しに測定する必
要がある。このときのワーク１内のコア２０１と顕微鏡
２の光軸３８との関係を図３に示す。顕微鏡２の光軸３
８に対してコア２０１は４５度傾くためＩＴＶカメラ３
の結像面４４に対しコア２０１の光学像４５は、やはり
４５度傾く。このため得られた画像は図４に示すような
コア２０１の一部分（点線Ａと点線Ａ′に囲まれた領
域）のみピントの合った画像しか得られず、後述するワ
ーク１の輪郭線を精度良く判別できないために、Ｇｄを
精度良く測定できなかった。

【００２０】そこで、本発明は、図４に示すウインドウ
５１内のコア２０１のエッジ２０８にフォーカス顕微鏡
２で合焦し、次にフォーカス顕微鏡の送りピッチ量を所
定値（送りピッチ量の上限は図４に示した画像のピント
が合う領域即ち、点線Ａと点線Ａ′に囲まれた領域以内
とする。）にして送り込みピッチ量分ほど図１の光軸３
８に沿ってワーク１から遠ざかる方向にフォーカス顕微
鏡２を移動させる。このときの画像を、任意のピッチ送
り回数ＰＰ（１６回程度が適量）分の画像を画像処理装
置７内に取り込み、記録する。

【００２１】得られたピッチ送り回数分ＰＰの画像か
ら、式（１）に従う画像の画素データを抽出し画像のピ
ントボケをなくした画像に再構成することが可能となる
のである。 ここで、Ｉ（ｍ，ｎ）は図５に示す画像メモリーのＸＹ
座標内に設けたローカルなｍｎ座標内の再構成された画
像の画素の濃淡度を、Ｉｉ（ｍ，ｎ）は、図６に示すｉ
番目（ｉは１からＰＰまでの任意の数である）の画像メ
モリーｉのそれぞれに設けたＸＹ座標内のローカルなｍ
ｎ座標内画素の濃淡度を、Ｓｉ（ｍ，ｎ）は、後述する
方法によって決まる図６に示すｉ番目の画像メモリーｉ
のＸＹ座標内のローカルなｍｎ座標内画素の濃淡度に対
する重みであり、フォーカス位置に最も近いときＳｉ
（ｍ，ｎ）＝１、それ以外の時はＳｉ（ｍ，ｎ）＝０の
値を採る。

【００２２】そこで、重みＳｉ（ｍ，ｎ）の決定方法に
ついて述べる。図７はＰＰ＝１２として画像取り込み回
数ｉを横軸に、この時のｉ番目の画像メモリーのＸＹ座
標内のローカルなｍｎ座標系における一定位置の画素
（ｍ，ｎ）の濃淡度を示す。図７及び図８に示される合
焦位置８１及び９１での画素の濃淡度Ｉｉ（ｍ，ｎ）は
他の位置での画素の濃淡度より大きいか或いは小さいか
のどちらかである。従って、Ｓｉ（ｍ，ｎ）の値を決め
るとき、同じ画像メモリー上の画素の位置（ｍ，ｎ）
で、全てのピッチ送り回数分ＰＰの画像メモリーの画素
を比べ、その画素の濃淡度Ｉｉ（ｍ，ｎ）が最も大きい
か、或いは最も小さいときＳｉ（ｍ，ｎ）＝１とし、こ
れ以外の時０とする。

【００２３】以上の方法を用いることにより、従来の方
法と比べ、ワーク１の輪郭線はピントボケのない鮮明な
輪郭線を得ることができる。

【００２４】次に、前記方法により得られた図５に示す
画像メモリーの画素データを画像処理装置７にて２値化
（所定の濃淡度より画素の濃淡度が大きいとき１とし、
小さいとき０とする）し、走査線が５１２×５１２の画
素データとして、図５に示す画像メモリーに再度格納す
る。

【００２５】複数のワークを測定するとき、前記装置に
よる位置決め誤差により画像メモリーのＸＹ座標に対し
てワークのアペックスの位置はワーク毎に異なる。この
位置決め誤差を除くため、まず、仮浮上面１１１と仮ア
ペックス１１２を求める。このとき図１０〜図１２に示
したようにの順にアペックス部分のエッジを成
すラインでの黒（０）若しくは白（１）画素の変化点を
抽出するのであるが、この時点ではワーク１のエッジの
不鮮明さや、量子化誤差などが起因して低精度である。

【００２６】図５に示す画像メモリー内のデータとして
は０→１なる黒画素から白画素に変化した点の座標によ
って、前記した仮浮上面１１１、仮アペックス１１２を
求められるのであるが低精度であるために、次にはウイ
ンドウを設定する。このウインドウを設定するために
は、図１０での仮浮上面をＸｆ，Ｙｆなる座標とし、仮
アペックスの座標をＸａ，Ｙａとし、こららと定数とで
演算部１１にて次のような演算処理をする。 Ｗ０：始点 Ｘｓ0＝Ｘｆ＋Ｃｘｓ0 、 Ｙｓ0＝Ｙｆ＋Ｃｙｓ0 （２） 終点 Ｘｅ0＝Ｘｆ＋Ｃｘｅ0 、 Ｙｅ0＝Ｙｆ＋Ｃｙｅ0 （３） Ｗ１：始点 Ｘｓ1＝Ｘｆ＋Ｃｘｓ1 、 Ｙｓ1＝Ｙｆ＋Ｃｙｓ1 （４） 終点 Ｘｅ1＝Ｘｆ＋Ｃｘｅ1 、 Ｙｅ1＝Ｙｆ＋Ｃｙｅ1 （５） Ｗ２：始点 Ｘｓ2＝Ｘｆ＋Ｃｘｓ2 、 Ｙｓ0＝Ｙｆ＋Ｃｙｓ2 （６） 終点 Ｘｅ2＝Ｘｆ＋Ｃｘｅ2 、 Ｙｅ0＝Ｙｆ＋Ｃｙｅ2 （７）

【００２７】次には、図１１のようにウインドウＷ０、
Ｗ１、Ｗ２としたときの画像データより、ワーク１のエ
ッジであろうところの輪郭の直線を求めるのである。こ
の直線式により、図１２に示すようなＬ０とＬ１との交
点がＰ０（Ｘ０，Ｙ０）となって、浮上面が決まり、同
じようにＬ１とＬ２との交点がＰ１（Ｘ１，Ｙ１）とな
りアペックスの位置が求まる。Ｐ０点とＰ１点の座標か
らは、次の式をもってＧｄ′を求める。 Ｇｄ′＝（（Ｘ０−Ｘ１）²＋（Ｙ０−Ｙ１）²）¹/² （８） このＧｄ′は、顕微鏡２の光軸３８に対してアペックス
面の成す角（９０−θ）゜によって、次の式で補正す
る。 Ｇｄ＝Ｇｄ′×（ＣＯＳ（９０−θ）゜）／２ （９）

【００２８】本発明においては、図９、図１３、図１４
に示すような輪郭直線の算出手段を有しているので、以
下に説明する。

【００２９】図９は、ワーク１のある部分の２値化画像
についての輪郭画素をＸＹ座標にて示した図である。従
来の方法では、前記方法から抽出したワーク１の輪郭線
の座標値データから最小二乗法により輪郭線の一次直線
式（１０） Ｙ＝ａＸ＋ｂ （１０） を求める。ここで、ａ，ｂは、最小二乗法で求められた
１次直線式の傾きと切辺を表す。

【００３０】しかしながら、図９に示すようにワーク１
の汚れ等で一部がカケた画像の場合、誤った輪郭線Ｌ′
を抽出してしまう。そこで本発明の方法は、Ｈｏｕｇｈ
変換法によってウインドウ内の画像から直線Ｌを抽出す
る方法について図１３、図１４により詳説する。

【００３１】図１３に示すように、ウインドウ内の画像
にＸＹ座標を設定する。画像をラスター走査して検出し
た輪郭の画素Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ）を、式（１１）に従がっ
てθρパラメータ平面上の曲線に変換する。 ρ＝ＰｘＣＯＳθ＋ＰｙＳＩＮθ （１１） 同様に点Ｑ，Ｒについてもパラメータ平面上の曲線に変
換する。ここで、θは、Ｈｏｕｇｈ変換で求められたＸ
Ｙ座標系の原点から直線Ｌに引いた垂線とＸ軸との成す
角であり、ρは、ＸＹ座標系の原点から輪郭線上の座標
点までの距離である。

【００３２】点Ｐ，Ｑ，Ｒが一直線上にある場合は、図
１４に示すθρパラメータ平面上の対応する曲線はただ
１点Ｃ（θｃ、ρｃ）で交わり、前記座標点Ｃを式（１
１）に代入した結果得られたＸＹ平面１４１上の直線
は、点Ｐ，Ｑ，Ｒを通る直線Ｌになる。このため、ウイ
ンドウ１４１内の全ての画素に対してθρ平面１５１上
に式（１１）に従って曲線を描き、これらの曲線の交点
を求めることによって画像中の直線を抽出できる。

【００３３】実際には、画像処理装置７内では、θρ平
面１５１を２次元配列として用意して各要素を０に初期
化し、曲線（例えば、Ｃｐ，Ｃｑ，Ｃｒ）を描く都度に
対応する要素の値を一ずつ増加させる処理を行った後、
要素の中で最も高い値を持つ座標を選別して決定する。
本方式による直線抽出では、単純判定で直線を正確に抽
出できること、雑音（ワークの汚れや雰囲気のゴミ等に
よる一部がカケた像）を含む画像を対象にできること、
及びワークの輪郭線が一部カケていたとしても適応でき
る利点を持つ。以上の方法を用いることにより、従来の
方法と比べ、量子化誤差等の雑音の影響が小さくなり精
度が向上すると同時に、ワークの汚れやカケにより誤っ
た輪郭線を抽出してしまうのを防ぐことができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、従来の方法に比べ、被
測定物を複数個載せた治具を検査ステージの所定の位置
に設置しておけば、Ｘ方向はレーザ式光電スイッチ、
Ｙ，Ｚ方向は、オートフォーカス顕微鏡により自動的に
被測定物が、ＩＴＶカメラの視野内に入るようにその都
度位置決めができる。またこのとき、ＩＴＶカメラで撮
像した複数枚の画像データより画像処理装置によって観
察画像の輪郭線をピントボケない画像に復元でき、か
つ、独自のアルゴリズムにより観察画像の輪郭線を更
に、高精度に抽出できるため、Ｇｄ寸法を自動的に高精
度に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図

【図２】図１のブロック図を示す図

【図３】本発明による磁気コアを光学顕微鏡でＩＴＶカ
メラの結像面に結像する関係図

【図４】光学顕微鏡にＩＴＶカメラを接続させた装置に
よるアペックス近傍の観察図

【図５】本発明による画像メモリー０の座標系の説明図

【図６】本発明による画像メモリーｉの座標系の説明図

【図７】所定画素の合焦位置近傍の濃淡度変化の説明図

【図８】所定画素の合焦位置近傍の濃淡度変化の説明図

【図９】本発明と従来方式により求めた輪郭線を比較す
る説明図

【図１０】本発明による仮浮上面及び仮アペックスを求
める説明図

【図１１】本発明による輪郭線にウインドウを設定する
ための座標値を求める説明図

【図１２】本発明によるＧｄ寸法を求める説明図

【図１３】本発明による輪郭線を精度良く求める説明図

【図１４】本発明による輪郭線を精度良く求める説明図

【図１５】本発明が適応されるコンポジット型磁気ヘッ
ドの外観図

【図１６】図１５に示すギャップ部の拡大図

【図１７】従来例のギャップ深さ測定装置を示すための
説明図

【符号の説明】

１ ワーク ２ オートフォーカス顕微鏡 ３ ＩＴＶカメラ ７ 画像処理装置 ９ 画像メモリー １１ 演算部 １４ パソコン ２１ モータ ２３ モータ ２７ シリンダ ２８ モータ ２９ 光電センサー ３２ オートフォーカス制御部 ３８ オートフォーカス顕微鏡の光軸 ３９ 光電センサーの光軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物の画像を取り込むためのＩＴＶ
   カメラを搭載しオートフォーカス機能を有する顕微鏡
   と、前記ＩＴＶカメラの出力信号を画像処理する画像処
   理装置と、ＸＹＺ方向の位置調整を行って前記顕微鏡の
   視野内に被測定物を位置決めするフレームとを有する微
   小寸法測定装置において、前記顕微鏡より出力される合
   焦信号を前記顕微鏡の位置決め装置にフィードバックし
   て前記被測定物の輪郭線の全ての合焦位置に前記顕微鏡
   を位置決めする手段と、Ｈｏｕｇｈ変換法により前記輪
   郭線の近似式を算出する手段と、前記輪郭線の交点座標
   を演算しこの座標からギャップ深さ寸法を算出する手段
   を有することを特徴とする磁気ヘッドのギャップ深さ測
   定装置。