光学间隙测量装置和方法制造方法及图纸

高速测量两表面间距的光学方法和装置，其中第一表面是基本透明部件的部分，第二表面是测试物体表面，先用透镜将光束通过偏振部件以一个倾斜角度射到第一表面，并将测量光束定位在受测表面上，再利用从第一表面和受测物体表面上反射光束的合光效应使偏振光束通过透明部件后向反射，然后，用偏振灵敏强度探测器和相位探测器测量由入射平面限定的偏振分量的强度和相对相位，分析这些测量参数，测定两表面间隙，提供一附加方法和装置，由表面间隙测量物体表面的综合折射率。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及高速，高精度测量两表面之间的距离，其中一个表面基本上是一个透明的部件。尤其是，本专利技术涉及利用偏振光和干涉测量进行测试的装置和方法。在工业检验和质量控制过程中经常遇到的问题是表面之间小距离的精确测量。例如，在磁性数据贮存系统中，需要测量靠近接触一个快速旋转刚性圆盘上的滑动器运行高度。在此处所述的运行高度是磁头极与旋转刚性圆盘之间的距离，如参见由M.F.Garnier等人于1974年12月17日公布的美国专利U.S.P NO.3,855,625。这种运行是由刚性圆盘的旋转所产生的气动效应所致，根据滑动器的设计，通常运行高度小于250nm(10μ-inch)，有可能达到几十毫微米。本领域的发展趋势是朝着非常低的运行高度，即小于25nm。因此，测量的速度和可靠性尤为重要，因为通常一个滑动器制造者每月生产200,000-500,000个滑动器组件。已有测量滑动器组件的运行高度的装置和方法已公开在由B.Bhushan所撰写的“Tribology and Mechanis of ma-gentic storage devices”一文的P765-797中(New YorkSpringer-Yerlag，1990)。某些最新的发展已在“Proceed-ings of the IDEMA Sub-2 micro inch Workshop”，May12，1993中作出介绍。光学运行高度测试器几乎全部是依据干涉测量方法。干涉仪能够测定至某一物体的距离，物体的形貌，或其它包含物理长度的物理参数(例如，参见“Optical shop testing”书的第一章，由Daniel Malacara编写(Wiley，New York，1992)。光学技术的根本困难之一是，滑动器ABS和实际的硬盘之间的界面不能直接地予以检测。所以，基本上存在两种不同类型的OFHT，一种是对在实际硬盘上运行的滑动器后侧面进行相对测量，另一种是在实际硬盘位置用一块透明玻璃代替。第一种OFHT的例子可参见文章“Measurement ofhead/disk spacing with a laser interferometer”(由L.Y.Zhu，K.F.Hallamasek和D.B.Bogy(IEEE Tran.Magn MAG-23，2379，1988))。所公开的装置是一种能够对滑动器的后侧面上许多点测量物理位置的外差干涉仪，即，滑动器的侧面上的许多点实际上不与硬盘相接触。这种装置的优点在于，它与实际的磁性硬盘一起工作，它能测量运行中滑动器的取向(斜度和起伏)以及高度。对零运行高度的标定是由使滑动器着落在硬盘上来进行的。这种系统装置的主要缺点是，滑动器和硬盘的交界面直接观察不到，运行高度只能从滑动器后侧面上的位置推想而知。于是，必须假设，滑动器的厚度和ABS的形状是恒定的，而实际上由于在运行时的机械和热应力会使滑动器存在明显的畸变。其它的缺点是，对许多滑动器组件的滑动器后侧通常不是随意可接近的。首次报导利用干涉装置直接测量滑动器和硬盘界面的文章是“A proposed nethod for solving some problems inlubrication”(由W.Stone撰写，发表在(The Common-wealth Engineer，Nov.1921 and Dec.1921)中)。显然，作者Stone在1921年没有采用磁性存贮合质工作、但是基本的概念相同于现代OFHT的大部分设想。Stone的装置包括，一个直径约为125mm的玻璃圆盘，安装成在水平面内可以旋转。一个15mm的方块，其作用类似于一个滑动器的作用，利用一个合适的负载机构使该方块压在圆盘的下表面。由于圆盘是透明的，在运行中有可能通过圆盘观看到方块，用一个钠焰通过圆盘对方块照明，选用钠焰的目的在于采用一种近似单色的非偏振光源。反射光束是由从圆盘表面反射的光束和从方块反射的光束的复合光束组成。这二种反射光束的复合和同时探测导致涉及在圆盘上方块运行高度的一种干涉效应。方块与圆盘之间的间距以及方块的取向可以通过随着圆盘速度改变，目检干涉图样来推断。现代商用的直接测量滑动器和圆盘界面的OFHT是基于许多类似于由Stone专利技术的装置的物理原理，其不同之处主要是光源的类型、探测器和数据处理装置的不同。一个透明的代用圆盘替代磁性硬盘，以及滑动器ABS的干涉效应提供运行高度的信息。所有现有的这类OFHF均采用垂直入射通过圆盘照明ABS，并且探测与偏振无关的反射光强度的改变。一种形式的OFHT使用基本上单色的光源(侧如参见由G.L.Best，D.E.Horne，A.Chiou和H.Sussner公开的文章”Precise optical measurement of slider dynamics”,IEEE Trans.Magn，MAG-22，(1986)1017-1019)。反射光受到圆盘和滑动器ABS之间的薄膜效应调制。这种调制随着运行高度是周期性的，其周期等于源照明波长的二分之一。采用合适的探测和分析装置，有可能通过观察反射光强度的调制来追踪运行高度的变化。从调制曲线的某些部分，可能通过探测反射光强来测定相当精确的ABS和圆盘之间的间隙。原先，这样一种仪器包括一种纯粹的目检条纹推测。J.M.Fleischer和C.Lin首先把光电传感器用在单色的OFHT中，(参见“Infrared laser interferometer for measur-ing air-bearing separation”一文(IBM Journal of Researchand Development，186)，1974，PP·529-533))。一个更先进的单色OFHT例子由T.Ohkubo和J.Kishegami介绍(参见“Accurate Measurement of Gas-Lubricated SliderBearing Separation using Laser interferometry”，Trans.ASME，voc 110，pp148-155(Jan.1988)。该文介绍FM8801和FM2000运行高度测试仪(由ProQuip公司，在美国出售)的操作基础。所进行的测量依据一种周期性现象，单色OFHT的缺点是，进行测量的干涉环不清晰，因此存在干涉条纹模糊，运行高度测量局限于波长的范围内，即，通常小于150nm。还有一个困难是，运行高度的测量具有一个明显的范围，超过该范围测量灵敏度近似于零。在滑动器和圆盘之间的间隙小于25nm时，这种情况下的测量方法特别麻烦。最后，还需要对每个进行生产测试的滑动器作零运行高度的检验。在文章“A Visible Interferometer for Air Bearing Sep-aration Measurement to Submicro Accuracy”(A.Niagam，Trans.ASME，vol.104，pp.60-65(1982))中，介绍了一种依据单色光的OFHT，还提供了测定干涉条纹级数的附加装置。该装置包括一个氙灯和一个圆形的可变波长滤光器。灯和波长滤光器结合一起作为一个在400-700nm范围内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量受测试物体的表面相对于基本上透明部件的表面之间距离的方法，所述的物体表面是非常靠近所述的透明部件表面，所述的方法包括下述各步：将一束偏振光束以一个倾斜角度射向所述的圆盘表面，所述的光束其入射平面具有一个偏振基矢Ｐ和与其垂直的基矢 Ｓ，所述的光束入射到所述的透明部件的表面并具有Ｓ和Ｐ型的偏振；使所述光束通过基本上透明的部件后向反射，以形成包括Ｓ和Ｐ偏振分量的反射光束，所述的反射Ｓ和Ｐ偏振分量互相具有相关的相位和幅度；使反射光束中的Ｓ和Ｐ偏振分量互相干涉，以提供 有关所述相关的相位和幅度的信息；并基于所述的相关相位和幅度的信息来测定所述的距离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼德德格鲁特，
申请(专利权)人：载歌公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]