JP2960905B2

JP2960905B2 - 洩れ内部全反射に基づいて磁気ヘッドの透明媒体に対する浮動高さ及び方位を測定する装置

Info

Publication number: JP2960905B2
Application number: JP9329372A
Authority: JP
Inventors: ネイハム・ガジック
Original assignee: GAJIKU TEKUNIKARU ENTAAPURAIJIZU Inc
Current assignee: GAJIKU TEKUNIKARU ENTAAPURAIJIZU Inc
Priority date: 1996-10-24
Filing date: 1997-10-24
Publication date: 1999-10-12
Anticipated expiration: 2017-10-24
Also published as: JPH10318720A; US5932887A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は物体間のナノメータ
ーでの距離を測定するための装置、特に、相対移動する
磁気ヘッド及び透明媒体間のギャップを測定するための
光学装置に関し、詳しくは、浮動高さテスター内のテス
トディスクに関しての磁気ヘッドの浮動高さ及び方位を
測定するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】大抵のコンピューターシステムは、磁気
コーティングを施した回転するディスクと、このディス
クの磁気材料上に記憶された情報を読み出しまた書き込
むためのトランスジューサーとを含むデータ記憶装置を
含んでいる。そうしたコンピューターシステムは、通
常、記憶密度、データ位置へのアクセス速度、信頼性、
データの完全性とにより特徴付けられる。システム特徴
に重大な影響を与える主要パラメーターの１つは、回転
するディスクに関する磁気ヘッドの位置である。高速で
回転するディスクと、このディスクに向けて偏倚された
磁気ヘッドとの間の相対空気流れが空気のクッションと
なり、磁気ヘッドは浮動する。一般磁磁磁気ヘッドとデ
ィスクとの間の間隔が狭い程、ディスク上に記憶された
情報の変換精度は高まる。従来の構成のシステムでの、
“ヘッドギャップ”或は“浮動高さ”として参照される
ヘッド及びディスク間のギャップは数十ナノメーターの
オーダーのものである。浮動の空気力学はヘッド、ディ
スク、回転速度が異れば変動し、浮動高さやヘッド方位
は異なったものとなる。従って、設計プロセスのみなら
ず製造に際しては、ヘッドの浮動高さ及び方位を精密に
制御して望ましい性能基準に合致させることが重要であ
る。

【０００３】現在、磁気ヘッドと、回転するディスクと
の間のナノメーター距離を測定するために幾つかの光学
測定法が使用されている。その１つは光学干渉計を基本
とするものであり、２本の光線が、交互に明暗を作る或
は色の違うライン、バンド、即ち縞模様を作り出す相互
干渉効果を使用する。ほぼ平行に向い合う表面を有し、
一方が透明の２つの物体間のギャップを測定するため
に、その光軸を前記向い合う表面と基本的に直交させる
ようにした光線を、この透明な物体の胴部を貫かせて、
測定するべきギャップに導入する。２つの物体の各表面
から反射する光線を検出器素子の位置で重ね合わせ、で
きた干渉縞を読み取る。検出される光の強度は、光の波
長に対する２つの光路間の差の比に基づくことが光学的
に知られている。この関係は、各光路間の差は２物体間
のギャップの２倍であるという、ギャップ値測定のため
の較正表として用いられる。

【０００４】磁気ヘッドと、光学的に透明な、例えばガ
ラス材料から作製した平坦な参照ディスクとの間のナノ
メーターギャップを測定するために特に光学干渉計を使
用することが、１９８９年の米国特許第４，８１３，７
８２号に記載される。この米国特許の装置では、ハード
ディスクドライブの運転状況が、参照ディスクを高速で
回転させることにより模擬され、例えばばねにより参照
ディスクに向けて偏倚された検査するべき磁気ヘッド
が、濃い空気によるクッションに乗って参照ディスクの
上方に浮動する。ディスクが回転する時、磁気ヘッドと
は反対の側から透明な参照ディスクを貫いて光線が照射
される。ディスク及び磁気ヘッドの各表面からの反射光
線は互いに干渉して干渉縞を生じる。これらの干渉縞が
検出され、分析され、磁気ヘッドと参照ディスクとの間
のギャップが較正曲線を基に決定される。

【０００５】上記方法の主要な欠点は、較正曲線がその
最大及び最小の各点付近で不正確なことである。これら
の点位置ではギャップの変動に伴う信号の変化が小さい
（較正曲線の、所謂“平坦領域”）ので測定精度が著し
く低くなる。この問題は、上記原理に基いて光学的波長
の１／４よりもっと小さいギャップを測定することが意
図されたシステムでは特に顕著なものとなる。更に、市
販入手することのできる装置は、磁気ヘッドの数カ所で
同時に測定をすることができず、従って、表面間距離の
マップを得るためには一か所づつの測定を行わなければ
ならない。

【０００６】物体間のギャップを測定するために使用さ
れる別の光学的方法は、“洩れ”内部全反射として知ら
れる現象に基づくものである。内部全反射は、電磁放射
（例えば光線）を２つの媒体間のインターフェースに斜
めに入射させる時に観察される。もし、光が２つの媒体
の、光学的に高密度の媒体、例えば、２つの媒体の内
の、以下に第１の媒体として参照する高屈折率の媒体の
側から伝搬され、その入射角度が２つの媒体の屈折率の
比に基く或る臨界値を上回る（伝搬軸線から測定して）
とき、光はその全てが反射されて第１の媒体に戻り、他
方の媒体、即ち第２の媒体には全く入らず、従って、反
射は内部“全”反射となる。

【０００７】しかしながら、この第２の媒体が薄いフィ
ルムであり、第１の媒体よりも高屈折率の第３の媒体が
第２の媒体に続く時は、入射する光の一部は反射して第
１の媒体に戻るが、光の一部分は第３の媒体内に伝搬す
る。言い換えると、内部反射は全反射ではなくなる。従
って、この場合は、光の入射角度と、第１及び第２の各
媒体の屈折率とは内部全反射と称するに妥当なもののよ
うであるが、洩れ内部全反射と称されるのである。この
洩れ内部全反射の場合、反射して第１の媒体に戻る光
は、光の波長に対する第２の媒体の厚さの比と、第３の
媒体の複合屈折率と、入射光の偏光とに基いて屈折す
る。そうしたシステムはナノメーターギャップの変動に
対してはずっと敏感であるから、参照ディスクとその上
方の磁気ヘッドとの間の“浮動”高さを、光学的干渉の
原理に基づく装置よりも更に正確に測定するために適し
ている。

【０００８】洩れ内部全反射の現象を使用して、静置し
たガラス面と別の表面との距離を決定する装置が米国特
許第４，６８１，４５１号に記載される。この装置で
は、従来の磁気ヘッドに代えてガラスブロックが使用さ
れる。ガラスブロックと磁気ディスクとの間隔が、反射
してガラスブロック内に戻る光の強度分布を検出するビ
デオカメラにより映像化される。磁気ディスクは、空力
特徴を模擬するべく回転され得る。こうした、間隙を映
像化する装置の主要な欠点は、品質管理目的上、磁気ヘ
ッド製造者或は消費者が要求する、実際の磁気ヘッドの
動的挙動検査や浮動高さ測定を実施できないということ
である。ガラスブロック内で磁気ヘッドの複製品を使用
することで、ディスクドライブ内の状況を或る程度模擬
することは可能であるが、そうして得た結果は精度が低
い。更には、光学システムの必要寸法及び質量はかなり
のものであるために、浮動する小さい磁気ヘッドをテス
トするために使用することはできないし、ばねで取り付
けたほんの数グラムの重さの実際の磁気ヘッドの力学を
明らかにすることもできない。かくして、本装置は実際
の磁気ヘッドの特徴を調べるために使用することができ
ない。

【０００９】洩れ内部全反射を使用して回転するガラス
表面と他の表面との距離を決定する別の装置が米国特許
第５，２５７，０９３号（１９９３発行）に記載され
る。この装置では一対のガラスレンズで表される装置を
使用して、実際の磁気ヘッドと複製の磁気ディスクとの
間のギャップを決定する。一方のガラスレンズを、この
ガラスレンズの表面と、実際の装置に近い磁気ヘッドと
の間に間隙を確立する空力特徴を発現させるための動作
状態にセットすることができる。静置され、２つのプリ
ズムを備える他方のガラスレンズは、全反射の洩れを受
ける表面内に光のエネルギーを結合させ、生じた内部反
射を観察及び測定して磁気ヘッドまでの距離を判定する
ために使用される。

【００１０】この装置に必要な２つのレンズ及び２つの
プリズムは物理的に大きく且つ重い。この装置では、表
面の一方に取り付ける各プリズムを複雑に整合させる必
要もある。毎分数千回転での相対運動に耐えるためにこ
れらのレンズを厳しい許容誤差の下に作製せねばなら
ず、しかも回転中に破壊される場合を考慮して頑丈なハ
ウジング内に配置する必要もある。加えて、回転するレ
ンズは急速に劣化し、従って頻繁に交換する必要がある
が、その交換に際しては多くの且つ複雑な整合作業を伴
う。かくして、こうした装置はコスト高であり、複雑で
ありしかも用途範囲は限られている。

【００１１】この問題は、本件出願人の現在出願中の米
国特許出願番号第００８／４７６，６２６号に記載され
る装置において解決されている。この米国特許出願に記
載される装置は、ガラスのような透明な材料で作製した
極めて簡単な一枚の平らな参照ディスクを使用する。光
はこのディスクの一方側から、ディスクの平面に対し全
反射の臨界角度よりも大きなある角度で入射され、ガラ
スを貫いて伝搬する。磁気ヘッドが参照ディスクの平面
に接近すると洩れ内部全反射が起きる。光学の分野で
は、洩れ内部反射現象は常に所謂フォトン−トンネル効
果により生じることも知られている。フォトン−トンネ
ル効果は、第１の媒体からの光が、薄い第２の媒体を貫
いて第３の媒体に突き抜け得るということにある。ここ
では磁気ヘッドと参照ディスクとの間の間隙であると考
えられるところの薄い第２の媒体を貫く光の強度は、先
に説明した洩れ内部全反射の場合の参照ディスク中に反
射して戻る光の強さに対し相補的なものである。

【００１２】前記米国特許出願番号第００８／４７６，
６２６号では、磁気ヘッドからディスクまでの距離を、
フォトン−トンネル効果によりディスクを出て磁気ヘッ
ド表面により散乱される光の強度として測定する。ディ
スクは透明であるから、散乱する光は、ディスクの、磁
気ヘッドと相対する側に位置付けられた検出器により測
定される。この測定システムは極めて簡単且つ安価では
あるが、発生される信号はかなり弱く、背景ノイズの中
からこれを見つけ出すのは難しい。そうしたシステム
は、少量バッチ生産される磁気ヘッド、即ち、もっと高
感度且つ正確な測定システムの使用が経済的に引き合い
そうもない状況下に生産される磁気ヘッドを検査するた
めには好適なものである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】洩れ内部全反射に基く
高精度でのナノメーターギャップ測定を特徴とする、参
照媒体に関する磁気ヘッドの浮動高さ及び方位を測定す
るための装置を提供することであり、磁気ヘッド及び参
照ディスク間のギャップを、磁気ヘッド上の幾つかの箇
所で同時に測定するための装置を提供することであり、
短時間の内に、磁気ヘッドから参照ディスク表面までの
距離マップを入手することであり、実際の磁気ヘッドの
動力学的挙動を検査し且つ浮動高さを測定するために好
適な装置を提供することであり、小型且つ軽量であり、
複雑な整合手順が不要であり、厳しい許容誤差無しに製
造することのできる装置を提供することであり、製造及
び運転のコストが低く、広範な実用的用途を持つ前記装
置を提供することであり、信号対ノイズ比が大きいこと
を特徴とし、大量生産される磁気ヘッドを検査するため
に好適な形式の前記装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、洩れ内
部全反射に基き、透明なディスクに関する磁気ヘッドの
浮動高さ及び方位を測定するための装置が提供される。
好ましい実施例では本装置は、前記ディスクを回転自在
に支持する電気モーターを搭載するハウジングを含んで
いる。ディスクはテーパ付き側面を有し、この側面の一
方側にはレーザーのような光線発射手段が組み込まれ、
ディスクの、直径位置でこの光線発射手段と対向する側
面には光検出手段が組み込まれる。レーザーから発射さ
れた光はディスクのテーパ付き側面に直角に入る。ディ
スクのテーパ付き側面のテーパ角度は４５度であるの
で、ディスクに入った光は、実質的に、ディスクの２つ
の平行表面間で内部全反射されてディスク胴部に入り、
ディスクの胴部を貫いて伝搬される。その結果、検査す
るべき磁気ヘッドが存在しない場合には、光検出手段の
示す領域の反射光の強度は一様である。しかしながら、
磁気ヘッドをディスク表面に近づけ、ディスク回転中に
或る浮動高さ、即ち空気クッション上の高さに支持する
と、磁気ヘッドがそうした近さにあることで内部全反射
の洩れが生じ、その結果、検出器に検出される反射光の
強さが弱くなる。反射光の強度の程度は適宜の電子手段
及びコンピューターを介して浮動高さの値に変換させる
ことができる。本発明の別態様には、前記米国特許出願
番号第００８／４７６，６２６号に記載される形式の装
置を付加し、ネットワーク、例えば平均ネットワークを
付加したものが含まれる。この二重モード構成の別態様
によれば、各モードだけのための浮動高さの測定値を個
別に、或は浮動高さのそうした測定値の、所望に応じて
加重平均値或は非加重平均値であり得るところの単一の
測定成分を提供することができる。かくして、この二重
モード装置、即ち、二重サブシステム装置は上述の、か
くして前記米国特許出願番号第００８／４７６，６２６
号に記載される２つの装置の利益を含む、浮動高さ測定
システムを形成する。出力信号を結合し且つプロセス処
理して浮動高さの測定を改善することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】透明な参照ディスクに関する磁気
ヘッドの浮動高さと方位とを測定するための本発明の第
１実施例に従う装置が図１から図３に示される。磁気ヘ
ッドの屈折率はＩＲである。図１には、本装置の平面図
であるところの図２を線Ｉ−Ｉで切断した概略側方断面
図が示される。図３は図１及び図２の装置の分解斜視図
である。図示されるように、本発明の装置は、垂直上方
に配向され回転軸線Ｚを有する出力軸１４を持つ電気モ
ーター１２を支持するハウジング１０を有する。出力軸
１４にはスピンドル１６が連結され、このスピンドルが
取り付けプレート１８を支持する。

【００１６】回転駆動体及び支持アセンブリー上に位置
決めされた４つのピン１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ
により、取り付けプレート１８に透明な参照ディスク２
０（以下、単にディスク２０とも称する）が取り付けら
れる。各ピンは表面２０ｂの相当位置に位置決めされた
凹所内に入る。ディスクの中心は出力軸の回転軸線Ｚと
一致する。各ピン１９ａ〜１９ｄはこの回転軸線Ｚから
等距離離間され、参照ディスク２０の、回転軸線Ｚから
これらのピンまでの間に残る内側部分は光の伝搬に対し
て透明な部分となる。図示されるように、各ピン１９
ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄはディスク２０を部分的に
貫いて伸延する。ディスク２０は２つの平行表面、即ち
第１の平面２０ａと第２の平面２０ｂと、これら第１及
び第２の各平面間の、テーパ付きの側面２０ｃとを有す
る切頭円錐形状を有している。ディスク２０の表面は全
体的に、１ｎｍ２乗平均或はそれ以上の光学等級に研磨
される。ディスク２０の第１の平面２０ａの直径Ｄ１と
第２の平面２０ｂの直径Ｄ２とは、ディスク２０の厚さ
の偶数値であり、好ましくはＤ１−Ｄ２＝２Ｔである。
好ましい実施例ではディスク２０はガラス製であり、好
ましくは、従来からの磁気ディスクの基材として使用す
る形式のガラス製である。このガラス製のディスクの屈
折率ＩＲ１は約１．５２である。ここでＩＲ１はＩＲ未
満である。ディスク２０は少なくともその溝部分４９が
光学的に透明である。

【００１７】本発明は、ハウジング１０に、例えばボル
ト（図には示さない）により固定した照明アセンブリー
２２も含んでいる。照明アセンブリー２２は、例えば、
電源２５により駆動される半導体ダイオードレーザー
（波長６７０ｎｍ）であるレーザーのような光源２４
と、ディスク２０の内側に光を結合するための関連する
カプラーとから成り立つ。カプラーは、コリメーターレ
ンズ２６と、平凹レンズ２８とを含み、光源２４と、コ
リメーターレンズ２６と平凹レンズ２８とは、光源２４
から放射される光の方向にシーケンス的に配列される。
平凹レンズ２８はディスク２０と同じ材料から作製され
る。図２に示されるように、平凹レンズ２８の表面２８
ａは、ディスク２０のテーパ面２０ｃと相対し且つこの
テーパ面２０ｃと同曲率を有している。表面２８ａは約
０．０３から０．１ｍｍといった極めて短い距離だけ、
テーパ面２０ｃから離れている。

【００１８】検出器アセンブリー３０がハウジング１０
内の照明アセンブリー２２とは反対の側で、ディスク２
０のテーパ面２０ｃに接近して支持される。検出器アセ
ンブリー３０は、平凹レンズ３２と、干渉フィルター３
４と、偏光フィルター３６と、検出器３８とを含み、こ
れら全ての要素は照明アセンブリー２２からの光の伝搬
方向にシーケンス的に配列される。平凹レンズ３２はデ
ィスク２０と同じ材料から作製され、その、ディスク２
０のテーパ付き表面と相対する表面３２ａは、約０．０
３から０．１ｍｍといった極めて短い距離、テーパ面２
０ｃから離れている。干渉フィルター３４は運転波長の
光だけを通過させ、その他の波長の光、即ち背景光はカ
ットする。

【００１９】信号対ノイズ比を高めるために、偏光フィ
ルター３６は第１の表面２０ａ及び第２の２０ｂと直交
する軸線に沿って直線的に偏光された光だけを検出器に
向けて通過させるように配列される。検出器３８はディ
スク２０から連結された光を表す信号を発生する。検出
器３８は矩形の電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラ或は３つ
一組の高速フォトダイオードである。検出器３８は、こ
の検出器３８から出力される信号を分析するためのデー
タ分析ユニット、例えばコンピューター４０に接続され
る。コンピューターはディスプレーユニット４２を有
し、このディスプレーユニットには、一般には、第１の
表面２０ａに対する磁気ヘッドの位置を表すところの分
析結果が表示される。

【００２０】検査するべき磁気ヘッド４４は磁気ヘッド
支持アセンブリーに取り付けられる。磁気ヘッド支持ア
センブリーのヘッドローダー４６は、ポジショナー４８
内に固定される。ポジショナー４８は磁気ヘッドの、デ
ィスク２０の第１の表面２０ａ上での任意の所望位置で
の正確な位置決めを可能とし、またディスク２０の、所
謂、“スキュー角度”の半径に関する磁気ヘッドの角度
を変化させる。この目的のために好適なポジショナーは
米国特許第５，２５４，９４６号に記載されるようなも
ので良い。ディスク２０は空気のような流体環境Ａ内
（図１）で回転されるが、或はまたハウジング１０内に
収納した液体中で回転され得る。ディスク２０の材料
が、周囲環境に於ける屈折率ＩＲ２よりも大きな屈折率
ＩＲ１を有することが重要である。空気を使用する場
合、屈折率ＩＲ２は約１．００に等しい。

【００２１】装置の運転の説明本装置の運転を開始するに際しては、先ず、光源２４を
点灯させる。光源２４を出た光はコリメーターレンズ２
６を通過し、ディスク２０のテーパ面２０ｃの側方長さ
Ｌと等しい直径Ｄ（図１）を有する平行光Ｂに変換され
る。平凹レンズ２８が、この平行光Ｂをして、テーパ面
２０ｃの平行状態での通過（図２）を可能とする。図１
に示されるように、平行光Ｂはテーパ面２０ｃに直交
し、また第１の表面２０ａ及び第２の表面２０ｂに関し
ては４５度、即ちガラス−空気界面からの内側全反射の
臨界角度である４１度よりも大きな角度を有している。
図１ではそうした界面位置は第１の表面２０ａ及び第２
の表面２０ｂと一致している。言い換えると、ディスク
２０の材料を貫いて伝搬する平行光Ｂは、第１の表面２
０ａと第２の表面２０ｂとの間で何度も内側全反射し、
結局は鋸歯状の通路を通る。溝部分４９（図４）を伝搬
する平行光Ｂは、第１の表面２０ａと第２の表面２０ｂ
の各直径位置に沿って且つこの直径位置間を伝搬され
る。

【００２２】先に説明したように、ディスク２０の第１
の表面２０ａの直径Ｄ１と第２の表面２０ｂの直径Ｄ２
とはディスク２０の厚さの偶数値に等しいことから、平
行光Ｂは、ディスクに入射する側の位置と同じ位置で、
検出器アセンブリー３０の側の表面からディスク２０を
出る。言い換えれば、例えば、光源側のテーパ面２０ｃ
での入口位置をａ₁ とすると、この位置ａ₁ は検出器ア
センブリーの側のテーパ面２０ｃの出口位置ａ₂ に相当
する。更に、表面２０ａ（図２参照）に向けての平行光
Ｂの投射はディスク中心に関して対称的である。図１に
示すように、Ｄ１＝６Ｔ、Ｄ２＝４Ｔであると平行光Ｂ
は表面２０ｂ位置で３回反射する。別態様でのＤ１＝４
Ｔ、Ｄ２＝２Ｔであると平行光は表面２０ｂ位置ではた
だ１度反射することになる。

【００２３】ディスク２０を出た平行光Ｂは次いで、凹
レンズ３２をは平行光Ｂの平行性を維持する平凹レンズ
３２と、干渉フィルター３４と、偏光フィルター３６と
を経た後、検出器３８に入る。検出器３８は平行光の光
学的強度の信号を、コンピューター４０に送る電気信号
に変換する。コンピューター４０はこの電気信号を分析
してその分析結果をディスプレー４２上に表示する。Ｃ
ＣＤセンサー列の形態の検出器４０の場合、分析結果は
このＣＣＤセンサー列の検出領域の形状に相当する矩形
領域５０として表示される。これは図５ａに示される。
ディスク２０が理想的なものでありしかも光が同質性の
ものであれば、この矩形領域５０の明るさは一定のもの
となる。

【００２４】次いで磁気ヘッド４４が、表面２０ａの上
方の、伝搬する平行光Ｂが表面２０ａ上に投射される位
置に相当する要求位置に、前述の位置決め機構４８を使
用して正確に位置決めされる。次ぎに、ヘッドをディス
ク２０の表面２０ａに向けて移動する。ディスク２０は
モーター１２により、中心軸線Ｚを中心として約４００
０ｒｐｍの速度で回転されそれにより、相対的な空気流
れが、磁気ヘッド４４を空気クッション上に浮動させ
た、即ちディスク２０から或る距離浮動させた状態とす
る。この不要距離或はギャップＧは２０から３０ｍｍの
オーダーのものである。ギャップＧが十分に小さければ
ヘッド表面下方の点位置に内部全反射の洩れが発生す
る。これにより、磁気ヘッド４４を位置付けた部分で
の、表面２０ａで反射されてディスク２０の内部に戻る
光の強度が減少する。その結果、磁気ヘッド４４のイメ
ージが、表面２０ａに磁気ヘッド４４を接近させた部分
の明るさの減少としてコンピューターのディスプレー４
２上に再現される。この、明るさが減少した部分は、磁
気ヘッド４４の突出部分４４ｃ及び４４ｄに相当するス
トリップ４４ａ及び４４ｂとして、図５ａに示される。

【００２５】先に言及したように、表面２０ａに磁気ヘ
ッド４４を接近させた部分の明るさは、光学的波長に対
するギャップの非、等の関数的従属性を有している。従
って、コンピューター出力データをギャップＧの絶対値
に変換することができる。ディスク２０が回転するに従
い、或る時間部分、平行光Ｂはピン１９（図２参照）に
よって遮蔽される。光の散乱を回避し且つ信号対ノイズ
比を高めるために、光がピン１９に遭遇する時間間隔の
間に同調させて光源２４と検出器３８とを電気的に遮蔽
する。ＣＣＤセンサー列のためには、この遮蔽は電子シ
ャッターを使用して実施することができる。電子シャッ
ターは通常はＣＣＤカメラと一体化されているのでその
説明は省略する。レーザー光源の場合、前記遮蔽は斯界
に既知の様式で、電源２５による電流変調原理を使用し
て実施され得る。

【００２６】（その他の実施例）本発明の装置は、一組
の高速フォトダイオードの形態での検出器３８を有し得
る。そうした検出器の第２実施例が図５ｂに３つの小エ
リア型の高速フォトダイオードＰ１、Ｐ２、Ｐ３の形態
のものとして概略示されている。これらの高速フォトダ
イオードＰ１、Ｐ２、Ｐ３は、表面２０ａ上の磁気ヘッ
ド４４の突出部の輪郭の範囲内で、表面２０ａ上の特定
の点位置に相当する特定の３つの点位置に位置付けられ
る。本第２実施例での検出器を備える本発明の装置は、
表面２０ａで反射される光の強度が前述の特定の３つの
点位置で決定される点を除き、第１実施例の装置と同一
態様で作動する。それらの特定の３つの点位置で測定さ
れた光の強度は既知の関係を通してそれらの点位置での
ギャップの値として再計算される。言い換えると、それ
らの３つの点位置での測定により、ディスクの表面２０
ａに関しての磁気ヘッドの表面４４ｃ及び４４ｄの相対
的な位置と方位とに関する完全な情報が提供される。

【００２７】図６には本発明の第３実施例が示され、デ
ィスク１２０はその底面１２０ｂが反射コーティング１
２１でカバーされ、例えば、接着物質により支持ディス
ク、例えば別のガラス製ディスク１２３に付設されてい
る。ガラス製ディスク１２３は結局、電気モーター１３
２のシャフト１３０に付設されている。本第３実施例で
の装置には、ディスクの回転中に光を遮るピン１９ａ、
２９ｂ、１９ｃ、１９ｄは無い。従って、検出器と光源
とを遮光する必要は無い。つまり、本第３実施例でのシ
ステムは先に説明したと同じ態様で作動される。

【００２８】図７には図１と類似するシステム１１０の
形態での本発明の別態様が示されるが、ここでは米国特
許出願番号第０８／４７６，６２６号に記載される形式
のサブシステムが追加されている。図７のシステムで
は、図１の要素に相当する要素には同じ参照番号が付記
され、また、コンピューター４０を除き、これらの要素
の機能は図１に関連して先に説明したそれと同じであ
る。システム１１０には更に、検出器１３０と、この検
出器１３０をディスクの裏側の、磁気ヘッド４４と相対
し且つ本実施例では磁気ヘッド４４と軸線方向に整列し
て相対する位置に位置決めするアセンブリー１４０とを
含んでいる。検出器１３０とアセンブリー１４０との各
機能は、米国特許出願番号第０８／４７６，６２６号に
記載される検出器８４及びアセンブリー１６のそれに夫
々相当するものである。

【００２９】かくして、磁気ヘッド４４をディスク２０
の表面の上方を横断して移動させる（図示されるよう
に）に従い、検出器がディスク２０の裏側での移動（図
示の如き）を追随する。検出器１３０は、ディスク２０
の内部から出て磁気ヘッド４４との間のギャップを横断
し、磁気ヘッド４４に反射されてギャップを横断し、デ
ィスク２０を貫き、そして検出器１３０に入射する光を
検出する。米国特許出願番号第０８／４７６，６２６号
に記載されるシステムのように、検出器１３０は検出し
た光を表す信号を発生し、この信号をコンピューター４
０に送る。

【００３０】コンピューター４０はその１つのモードに
おいては、検出器１３０及び（図１に関連して説明した
ような）検出器３０から送られる各信号から、ギャップ
Ｇの別個の測定値を独立的に決定する。別モードではコ
ンピューター４０は、決定された測定値を所定の様式で
結合し、ギャップＧのただ１つの複合測定値を決定す
る。例えばこの複合測定値は、個別に得られた２つのギ
ャップＧの測定値の単純平均値であり、或は所望に応じ
ては加重平均であり得る。図７の形態を使用する場合、
ユーザーは、ディスク２０上での磁気ヘッド４４の浮動
高さの決定を最適化するために、コンピューター４０の
運転モードを選択的に決定することができる。

【００３１】かくして、本発明により、透明媒体に関す
る磁気ヘッドの浮動高さと方位とを測定するための装置
にして、盛れ内部全反射に基いてナノメーターギャップ
を高い精度で測定することを特徴とする装置が提供され
ることが示された。本発明の装置によれば、磁気ヘッド
と参照ディスクとの間の、磁気ヘッド上の幾つかの点位
置でのギャップの測定を同時に実施することが可能とな
る。本発明によれば、磁気ヘッドから参照ディスク面ま
での距離のマップを短時間で入手することも可能とな
る。本発明によれば、実際の磁気ヘッドの動的挙動の検
査と、浮動高さの測定とが可能となる。本発明の装置は
小型でしか模型量であり、複雑な整合手順も浮動であ
り、厳密な許容誤差無しに製造することができる。上述
の装置は製造及び運転費用が安価であり、広範囲な実用
的用途がある。最後になるが、本発明の装置は高い信号
対ノイズ比によって特徴付けられるものであり、大量生
産される磁気ヘッドを検査するために好適なものであ
る。

【００３２】以上本発明を具体例を参照して説明した
が、本発明の内で多くの変更を成し得ることを理解され
たい。例えば、光源２４は白熱灯或は発光ダイオードで
あって良く、また、ファイバーオプティクスをも含み得
るものである。ディスクのテーパ付けされた側面を、抗
反射性コーティングを使用してコーティングすることが
できる。空間解像力や信号対ノイズ比が悪くなると言う
犠牲の下に、レンズ２８、３２、フィルター３４、３６
を省略することができる。ＣＣＤセンサー列及び一組の
フォトダイオードの両方を、ビームスプリッターを使用
して結合し、一体システムとしても良い。更には、ディ
スクの第１及び第２の各平面を磁気ヘッドの位置に関し
て逆転しても良い。また、ディスク２０のテーパ角と、
平行光Ｂとディスク２０の表面２０ａ及び２０ｂの間の
角度とを、信号対ノイズ比が悪くなると言う犠牲の下
に、４５度とことなったものとすることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】透明ディスクに関する磁気ヘッドの浮動高さ及
び方位を測定するための、本発明の１実施例に従う装置
の概略断面図である。

【図２】図１の装置の部分平面図である。

【図３】図１及び図２の装置の基本的部分を例示する概
略斜視図である。

【図４】ガラス製のディスクと、その内部を光が伝搬す
る溝部分とを例示する概略斜視図である。

【図５ａ】電荷結合素子センサー列の形態での本発明の
装置の検出領域を示す例示図である。

【図５ｂ】フォトダイオード形態での本発明の装置の検
出領域を示す例示図である。

【図６】透明ディスクを電気モーターに装着するための
別態様の実施例での、図１に示すと類似の斜視図であ
る。

【図７】米国特許出願番号第０８／４７６，６２６号に
示される形態の装置と、プロセス処理用のネットワーク
とを付加した状態での、図１に示す形態の装置を含む別
態様での本発明の概略断面図である。

【符号の説明】

１０ハウジング１２電気モーター１４出力軸１６スピンドル１８取り付けプレート１９ａ、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄピン２０参照ディスク２０ａ、２０ｂ表面２２照明アセンブリー２４光源２５電源２６コリメーターレンズ２８、３２平凹レンズ２０ｃテーパ面３０検出器アセンブリー３４干渉フィルター３６偏光フィルター３８検出器４０コンピューター４４磁気ヘッド４６ヘッドローダー４８ポジショナー４９溝部分

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】回転する平坦な表面に関する磁気ヘッド
の位置を測定するための装置であって、Ａ．厚さＴを有し、屈折率がＩＲ２よりも大きいＩＲ１
であることを特徴とするディスクにして、屈折率がＩＲ
２であることを特徴とする流体媒体中に位置決めされ、
前記ディスクが、直径がＤ１である円形の第１の表面
と、直径がＤ２である円形の第２の表面と、第１の表面
と第２の表面との間を伸延する側面とを有し、第１の表
面及び第２の表面が共通の中心軸線と直交し且つ該中心
軸線の周囲に配置され、前記ディスクが、第１の表面及
び第２の表面の直径に沿って且つ重なり合う直径間を伸
延する少なくとも１つの溝部分を含み、該溝部分が光学
的に透明であるディスクと、Ｂ．磁気ヘッドを第１の表面に近接させて選択的に支持
するための手段を含む磁気ヘッド支持アセンブリーと、Ｃ．ディスクを第２の表面位置で支持し、且つ前記中心
軸線を中心としてディスクを選択的に回転させるための
回転駆動及び支持アセンブリーにして、磁気ヘッド支持
アセンブリーにより支持される磁気ヘッドが、少なくと
も部分的には流体動力学的な力により、第１の表面から
ギャップＧだけ分離される回転駆動及び支持アセンブリ
ーと、Ｄ．光源及び関連するカプラーにして、該光源を前記側
面を通して、部分的にはディスクの直径方向で、そして
部分的には前記中心軸線に関して角度偏倚された方向で
ディスクに結合させ、結合された光が前記第１の表面及
び第２の表面間で実質的に内部全反射する光源及び関連
するカプラーと、Ｅ．光源及び関連するカプラーとは反対の側に位置決め
された光検出器及び関連するカプラーにして、前記溝部
分からの光と、前記側面からの光とを該光検出器に結合
させるようになっており、該光検出器及び関連するカプ
ラーに結合される光を表す信号を発生するための手段を
含み、該信号が、前記第１の表面に関する磁気ヘッドの
位置を表す光検出器及び関連するカプラーと、を含む装置。
【請求項２】Ｄ１がＤ２よりも大きい請求項１の装
置。
【請求項３】第２の表面が、複数の凹所にして、ディ
スクの共通の中心軸線の周囲に分散され且つ上方に伸延
してディスクの内部に入る複数の凹所を含み、支持アセ
ンブリーが、回転自在の部材と、該支持アセンブリーの
外側下方に且つディスクに向けて伸延する複数の駆動要
素とを含み、各駆動要素が、前記凹所の関連する１つに
おける形状及び位置に一致し且つ該関連する凹所内に伸
延する請求項２の装置。
【請求項４】第２の表面の凹所がディスク内に部分的
においてのみ伸延する請求項３の装置。
【請求項５】第２の表面が、複数の凹所にして、ディ
スクの共通の中心軸線の周囲に分散され且つ上方に伸延
してディスクの内部に入る複数の凹所を含み、支持アセ
ンブリーが、回転自在の部材と、該支持アセンブリーの
外側下方に且つディスクに向けて伸延する複数の駆動要
素とを含み、各駆動要素が、前記凹所の関連する１つの
形状及び位置に相当し、且つ該関連する凹所内に伸延す
る請求項１の装置。
【請求項６】ディスクの内側部分と相対する第２の表
面位置に、光学反射性の表面を含む請求項１の装置。
【請求項７】支持アセンブリーが、ディスクの第２の
表面の少なくとも中央部分に隣り合って配置された支持
面を含み、また、該支持面と前記中央部分との間の接着
材を含みそれにより、ディスクが該支持面に剛着される
請求項６の装置。
【請求項８】支持アセンブリーが、ディスクの第２の
表面の少なくとも中央部分に隣り合って配置された支持
面を含み、また、該支持面と前記中央部分との間の接着
材を含みそれにより、ディスクが該支持面に剛着される
請求項１の装置。
【請求項９】光検出器が、ディスクの溝部分から結合
された光の強度分布を表す信号を発生するための手段を
含んでいる請求項１の装置。
【請求項１０】屈折率がＩＲであり、少なくとも１つ
の参照点位置を有する参照面を含む磁気ヘッドの、回転
する平坦な表面に関する位置を測定するための装置であ
って、Ａ．厚さＴを有し、屈折率がＩＲ２よりも大きく且つＩ
Ｒ未満であるＩＲ１であることを特徴とするディスクに
して、屈折率がＩＲ２であることを特徴とする流体媒体
中に位置決めされ、直径がＤ１である円形の第１の表面
と、直径がＤ２である円形の第２の表面と、第１の表面
と第２の表面との間を伸延する側面とを有し、第１の表
面及び第２の表面が共通の中心軸線と直交し且つ該中心
軸線の周囲に配置され、前記ディスクが、第１の表面及
び第２の表面の直径に沿って且つ重なり合う直径間を伸
延する少なくとも１つの溝部分を含み、該溝部分が光学
的に透明であるディスクと、Ｂ．磁気ヘッドを、前記参照面が第１の表面に対面する
状態で第１の表面に近接させて選択的に支持するための
手段を含む磁気ヘッド支持アセンブリーと、Ｃ．ディスクを第２の表面位置で支持し、且つ前記中心
軸線を中心としてディスクを選択的に回転させるための
回転駆動及び支持アセンブリーにして、磁気ヘッド支持
アセンブリーにより支持される磁気ヘッドが、少なくと
も部分的には流体動力学的な力により、第１の表面から
ギャップＧだけ分離される回転駆動及び支持アセンブリ
ーと、Ｄ．光源及び関連するカプラーにして、該光源を前記側
面を通して、部分的には前記中心軸線に関して角度偏倚
された方向でディスクに結合させ、結合された光が前記
第１の表面及び第２の表面間で実質的に内部全反射する
光源及び関連するカプラーと、Ｅ．光源及び関連するカプラーとは反対側に位置決めさ
れた第１の光検出器及び関連するカプラーにして、前記
溝部分からの光と、前記側面からの光とを該第１の光検
出器に結合させるようになっており、該第１の光検出器
及び関連するカプラーに結合された光を表す第１の信号
を発生するための手段を含み、該第１の信号が、前記第
１の表面に関する磁気ヘッドの位置を表す光検出器及び
関連するカプラーと、Ｆ．ディスクの第２の表面の反対側に配置された第２の
光検出器にして、磁気ヘッドの反対側に位置決めされ参
照面の少なくとも１つの参照点の反対側の点位置での、
ディスクの内側部分から出て伝搬する光の強度を検出
し、該検出した光の強度を表す強度信号を発生するため
の検出手段を含む第２の検出器アセンブリーと、を含む装置。
【請求項１１】第１の信号及び第２の信号に応答し
て、複合化された浮動測定値信号を発生するプロセス処
理ネットワークを含んでいる請求項１の装置。
【請求項１２】プロセッサが、第１の信号及び第２の
信号の平均値としての浮動高さの信号を確立する請求項
２の装置。
【請求項１３】平均値が加重平均値である請求項２の
装置。