JPS586405A - 微小隙間の光学的測定方法 - Google Patents

微小隙間の光学的測定方法

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JPS586405A
JPS586405A JP10335281A JP10335281A JPS586405A JP S586405 A JPS586405 A JP S586405A JP 10335281 A JP10335281 A JP 10335281A JP 10335281 A JP10335281 A JP 10335281A JP S586405 A JPS586405 A JP S586405A
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JP
Japan
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optical path
laser beam
minute gap
optical
electric
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Pending
Application number
JP10335281A
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English (en)
Inventor
Shunichi Akiba
俊一 秋葉
Toshio Akatsu
赤津 利雄
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS586405A publication Critical patent/JPS586405A/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
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/026Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

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】 本発明は二つの部材間におけるサブミクロンオーダーの
微小隙間を光学的に高精度で測定する方法に関するもの
で、゛磁気ディスク装置のディスクとヘッド間の微小隙
間量や%’TRのテープとヘッド間の微小隙間量の測定
などに利用できる。
第1図は従来の光干渉を利用した微小隙間の測定方法の
原理図を示したもので、この原理によシ例えば磁気ディ
スク装置のディスクとヘッドとの間の微小隙間を測定す
る場合について説明する。
1は波長λの直線偏光され友し−ザビームヲ発振する発
光源であるレーザ発振器、2は入射するレーザビームの
振動面に応じてレーザビームを透過または反射させるビ
ームスプリッタ、3は入射スルレーザビームの振動面に
応じてレーザビームを透過または反射させる偏光ビーム
ス1リツタ、光軸方向に対して鏡面9.10を変位させ
ることによシ光路の長さを可変にする調節器、例えば電
わい素子で、電わい素子7は検出される干渉光の明るさ
に応じて鏡面9を変位させることにょシフイードバック
制御相として使用され、電わい素子8は鏡面10を後述
する高周波発振器からの^周波振動で変位させることに
より搬送用として使用される。11は偏光板、12は干
渉光の明るさを電気信号に変換して検出する光電変換素
子、13は一方の被測定物で不透明な実物のディスク、
14は他方の測定物で不透明な実物のヘッドで、このヘ
ッド14は中心部分に小孔14aか形成され、且つディ
スク13と対向する面に前記成長板6が設けられている
。15は前記電歪素子7t−フィードバック制御する回
路でこの制御回路15は正弦波の周波数を発振する高周
波発振器16、増幅器17.1g、21,22、光電変
換素子12からの出力信号と高周波発振器16からの出
力信号とを同期検波する同期検波回路19およびローパ
スフィルタ20か牧成っている。
上記の測定装置において、レーザ発振器1から発振され
几レーザビームは(このレーザビームtB0とよぶ)、
ビームスプリッタ3t−透過した後、の内、一部のレー
ザビームは反射しくこのレーザビームt B t  と
呼ぶ)、他の一部のレーザビームは透過した後、ディス
ク13の表面で反射しくこのレーザビームをB、と呼ぶ
)、再び一波長板6に入射する。このとき前者のレーザ
ビームB、の振動面は、レーザ発振器1から発振された
レーザビームの振動面と等しくなるため、レーザビーム
B1は偏光ビームスプリッタ3t−再び透過した後、ビ
ームスプリッタ2で反射して偏光板11に入射する。
また後者のレーザビームB、の振動面は、レーザビーム
B、の振動面と90度異なるため、レーザビームBIB
偏光ビームスプリッタ3で反射し、リッタ3に入射する
。この偏光ビームスプリッタ往復しておシ、振動面がレ
ーザ発振器1からの振動面と等しくなるため、レーザビ
ームB、は偏光を経て偏光ビームスプリッタ3、ビーム
スプリッタ2で反射して偏光板11に入射する。このと
き、偏光板11に入射されたレーザビームBt、Btの
振動面は9011異なっているので偏光板11の透過軸
をレーザビームB+の偏向方向に対してθの角度に設定
すると、偏光板11を透過後のレーザビームBs、Bt
の明るさは、偏光板11を透過前のレーザビームB1.
Btの明るさをIIs■、とすると、それぞれ工l5i
pθ、1.cosθとなシ、かつ振動面が等しくなるの
で、両レーザビームB、、B、は干渉する。この干渉光
の明る−さを光電変換素子12によシミ気信号に変換し
て検出する。
ヘッド6とディスク13の微小隙間がθ〜−に変化し、
電わい素子8に制御回路15の高周波発振器16から1
%同波正弦電圧を印加し鏡面10t−変位させると光路
差が変わシ干渉光の明るさは変化する。この干渉光の明
るさの変化を光電変換素子12で電気信号に変換し、同
期検波回路19で高周波発振器16からの高周波正弦電
圧を参照信号として同期検波を行ないローパスフィルタ
ー20を通し増幅器21.22で増幅し、電わい素す 子7にフィードバックすれば微小隙間が0〜−に変化し
光路差が変ってもその変化分に相当するだけ鏡面9が微
小変位して光学系全体としての光路差は常に一定になる
様に動作する。電わvh累子7に印加する電圧と鏡面9
の変位量との関係をあらかじめ校正しておけは電わい素
子7への印加電圧を測定値よシ微小隙間の変化を測定す
る事ができる。
前記干渉光は、レーザビームBs 、Bt O光Wr差
によって生じるがつぎにこの光路差について説明する。
第1図において、レーザ発振器1から′発振され一ムB
1は、偏光ビームスプリッタ3、ビームスプリッタ2、
および偏光板11′tでか光路長とな往復距離りと、電
わい素子7の鏡面9と電わい素を 子8の鏡面10までの光学的距離−の往復距離tだけレ
ーザビームB1の光路長より長くなる。すなわちレーザ
ビームB1 とレーザビームB、との光路差は(z+h
)とする。
ところで、レーザビームB、とB、の光路差を十りは被
測定量であるhK対してtの値が大きいために、この光
路中での空気のゆらぎあるいは外部振動等によシ生じる
t自体の変化などが外乱として加わってくるため、測定
精度が低下する。この測定精度の低下要因としては次の
点が考えられる。
(a)  レーザビームB、は鏡面9.10を往復する
を通過するので減衰しレーザビームB、との干渉が起C
シにくい。
すい状態とな)干渉光の8/Nが悪くなる。
(C)  出力信号成分に外乱の影響を受けた成分が加
ると非線形となシフイールドバック制御が困難となシ発
振する場合もある。
(d)  外乱の成分によっても電ゎい素子7の鏡面9
が変位するので誤差となり、高分解能、高成分が望めな
い。
本発明は上記の点に鑑み、二つの部材間に形成される微
小隙間の測定を容易に行なうことができ、しかもその測
定精度が高い微小隙間の光学的測定方法を提供すること
を目的とする。
以下本発明の測定方法の一実施例を第2図に示す原理図
によシ説明する。
23は波長λの直線偏光されたレーザビームを発振する
光源であるレーザ発振器、24はレーザ発振器23よシ
発振されたレーザビームの振動面ムの振動面に関係なく
レーザビームを透過または反射させるビームスプリッタ
、26は入射するレーザビームの振動面に応じてレーザ
ビームを透過または反射させる偏光ビームスプリッタ、
27゜ムの光軸方向に対して鏡面32,33t−変位さ
せることによシ光路の長さを可変にする調節器、例えば
電わい素子で、この電わい素子30は検出される干渉光
の明るさに応じて鏡面32を変位させることによりフィ
ードバック制御相として使用され、電わい素子31は鏡
面33を後述する高周波発振器からの高部波振動で変位
させることにより搬送用として使用する。34は偏光板
、35は干渉光の明るさt−X気信号に変換して検出す
る光電変換素子、36は一方の被測定物で不透明な実物
のディスク、37は他方の被測定物で不透明な実物のヘ
ッドで、このヘッド37は中心部分に小孔37aが形成
され、且つディスク36と対向する面に前記波長板29
が設けられている。38は前記電わい素子30をフィー
ドバック制御する回路で、この制#回N38は正弦波の
周波数を発振する高周波発振器39、増幅器40.41
,42、光電変換素子35からの出力信号をバンドパス
フィルタ44t−通し高周波発振器22からの出力信号
とを同期検波する同期検波回路43およびローパスフィ
ルタ45から成っている。
次に本発明の測定方法について説明する。
レーザ発振器23から発振されたレーザビーム24を透
過しビームスプリッタ25で反射した後、Boの内、一
部のレーザビーム蝶反射しくこのレーザビームをB1と
呼ぶ)、他の一部のレーザビームは透過した後、ディス
ク360表面で反射し板29に入射する。このとき前者
のレーザビームB、の振動面は紙面に対して垂直である
ので偏光透過し友後電わい素子32の鏡面で反射し、再
び入射する。この偏光ビームスプリッタ26に入射した
レーザビームB1は一波長板27を一往復し振動面が紙
面に対して平行となるので偏光ビーム大プリッタ26t
−透過して偏光板34に達する。
一方、後者のレーザビームB、は振動面は紙面に対し平
行となるので偏光ビームスグリツタ26Ofi面33.
偏光ビームスプリッタ26を経て偏光板34に達する。
偏光板34に入射されたレーザビームB、 、 B、は
振動面が90度累々っており、このままでは干渉しない
。このため、偏光板34によりレーザビームBl 、B
!のうち偏光板34の透過軸に平行な成分のみを透過さ
せると二つの透過光は互いに干渉する。この干渉光の明
るさを光電変換素子35によシミ気信号に変換して検出
する。
前記干渉光は、レーザビームB、、B、の光路差によっ
て生じるが、つぎにこの光路差について説明する。
第2図において電わい素子30の鏡面32と偏光ビーム
スプリッタ26の中心までの光路長をり、l電わい素子
31の鏡面33と偏光ビームスプリッタ26の中心まで
の光路長t−L* 、ヘッドの光路長2hとするとレー
ザビームB、、B、の光路差は2(11+Lt  L+
)となる。ここでり。
とL+の差をΔLとした場合、L、とLlが等しければ
ΔL=0とな〕レーザビームBt−Btの光路差はhと
なる。一方ΔLの値が大きくなると空気のゆらぎ、外部
の振動等外乱の影響を受けやすくなり分解能が低下し精
度が悪くなるため、本発明においてはLlとり、の光路
長を等しくなるように光学系を配置している。
前に戻ってヘッド29とディスク36の微小隙間がΔh
だけ変化し、電わい素子31に制御回路38の高周波発
振器39から高周波正弦電圧を印加し鏡面33を変位さ
せると光路差が変わり干渉光の明るさは変化する。この
干渉光の明るさの変化を光電変換素子35で電気信号に
変換し、バンドパスフィルター44を通した信号を電わ
い素子31に印加した高周波電圧を参照信号として同期
検波回路43で同期検波した後ローパスフィルター45
を通し増幅して電わい素子30にフィードバックすれば
微小隙間がΔh変化して光路差が変ってもその変化分に
相当するだけ鏡面32が微小変位して光学系全体として
の光路差は常に一定になる様に動作する。電わい素子3
0に印加する電圧と鏡1fi32の変位蓋との関係をあ
らかじめ校正しておき、電わい素子30への印加電圧を
測定すれば微小隙間の弯化蓋Δhを測定する事ができる
又微小隙間りの測定は初め微小隙間を零にしておいてか
ら微小隙間をhにするとそれに追従し電わい素子30が
hだけ変位するので電わい素子への印加電圧を測定すれ
ばhを測定する事ができる。
本発明の微小隙間の光学的測定方法は、反射光の光路中
に、それぞれの反射光を二方向に分光させる偏光器を配
置し、この偏光器により分光された反射光の光路長がほ
ぼ等しくなる位置に、光路の光学距離を可変にする調節
器を設置し、光路差によって発止する干渉光の明るさを
光電変換素子によシ検出し、この検出信号に応じて制御
される調節器の制御量から微小隙間を測定するようにし
たので、を気のゆらぎ、外部振動等の外乱を受けること
がないため、測定精度を大幅に向上させることができる
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の微小隙間の光学的測定方法を示す原理図
、第2図は本発明の微小隙間の光学的測定方法を示す原
理図である。 23・・・レーザ発振器、26・・・偏光ビームスグリ
ツタ%30.31川調節器、35・・・光電変換素子、
36.37・・・被測定物。 第  1  図 13 第 21¥]

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 二つの部材の間に形成される微小隙間を、それぞれの部
    材からの反射光によ多発生する光干渉を利用して測定す
    る方法において、前記反射光の光路中に、それぞれの反
    射光を二方向に分光させる偏光器を配置し、この偏光器
    によシ分光された反射光の光路長がほぼ等しくなる位置
    に、光路の光路距離を可変にする調節器を設置し、光路
    差によって発生する干渉光の明るさを光電変換素子によ
    シ検出し、この検出信号に応じて制御される調節器の制
    御量から微小隙間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。
JP10335281A 1981-07-03 1981-07-03 微小隙間の光学的測定方法 Pending JPS586405A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60182203A (ja) * 1984-02-29 1985-09-17 Hitoshi Tokumaru 二周波共用マイクロストリツプアンテナ
US5568155A (en) * 1992-12-07 1996-10-22 Ntt Mobile Communications Network Incorporation Antenna devices having double-resonance characteristics

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60182203A (ja) * 1984-02-29 1985-09-17 Hitoshi Tokumaru 二周波共用マイクロストリツプアンテナ
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