JP3027769B2 - 干渉計方式浮上量測定装置 - Google Patents

干渉計方式浮上量測定装置

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JP3027769B2 JP6524341A JP52434194A JP3027769B2 JP 3027769 B2 JP3027769 B2 JP 3027769B2 JP 6524341 A JP6524341 A JP 6524341A JP 52434194 A JP52434194 A JP 52434194A JP 3027769 B2 JP3027769 B2 JP 3027769B2
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    • G01B11/14—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 本発明は、回転ディスクなどの上方の読取／書込ヘッ
ドの浮動高（又は浮上量）を正確に測定する装置、特
に、ほとんどゼロ・マイクロインチに至るまでずっと極
めて僅かの浮動高（又は浮上量）を測定できる白色光干
渉計装置に関する。
関連技術の説明 磁気記憶装置の読取／書込ヘッドは記憶媒体上を“浮
動”するように設計されている。Winchester−タイプの
ハード・ドライブの場合、ドライブの立ち上げ時に、記
憶ディスクが或る角速度に達すると、ディスク表面の循
環空気の緩衝材は、ヘッドをディスク表面から強制的に
上昇させて、浮動高を生成する。非常に低い浮動高を有
していると幾つかの長所を提供するが、その中の主な長
所として、ヘッドをディスク表面のごく近くに浮動する
と、高いデータ・ビット密度（すなわち、記憶ディスク
のデータ・トラックの１インチあたりのデータ・ビット
の数）が可能になる。そこで、業界は、読取／書込ヘッ
ドが記録表面上で保持される高さを低くするように努め
てきた。1960年代に、浮動高は一般的に約100マイクロ
インチ（μ″）だった。いま、読取／書込ヘッドとディ
スク・ドライブの設計の技術的な進歩はミクロンという
低い単位に浮動高を減少することを可能にした。
ディスク・ドライブの動作と性能を設計して効果的に
評価するために、ヘッドがディスク上を浮動する高さを
正確に求めて、ディスクが回転する時に浮動高に任意の
十分な変動容量が存在するかどうか決定することが必要
になる。ヘッドの浮動高が大きい時に、白色光または単
色光を用いる従来の干渉計のような方法が高さを正確に
測定するために用いられた。
従来の白色光干渉計の場合、図1aに図示されるよう
に、白色光源15（すなわち、全ての可視周波数電磁波の
スペクトル）は、例えばガラス・ディスク16の底部に向
けられている。光15aの第１部分はディスクの上面で下
向きに反射されるが、光15bの第２部分は、ディスクを
通過して、空気支持摺動器17の低面で下向きに反射され
る。光の第１と第２の両方の部分の複数の波長の各々は
反射時に同じ位相を有しているが、第１部分の位相は第
２部分に対して推移することになる。従って、光の第１
と第２の部分が再び結合する時に、それらは干渉パター
ンを形成する。この干渉パターンは可視光線スペクトル
の少なくとも１つの色を含んでいるので人の目に見える
（一般的な例の干渉パターンとして、他に、舗道上の油
膜の反射から見られるものがある。可視色は、油の最上
面と底面で跳ね返った後に再結合する光の波に起因する
干渉パターンから生じる）。ディスクと空気支持摺動器
の上面で反射する光の波から生じる干渉パターンの色
は、ディスクの表面の空気支持摺動器の高さを独自に表
している。
このような方法に付随する問題、干渉パターンの色
は、そこに含まれている光の波の周波数の優れた推測を
与えるが、パターンの数多くの光の波の実際の周波数を
裸眼で決定することが非常に難しいことにある。周波数
が分からないと、浮動高の決定は単純な推測になる。こ
の問題は、干渉パターンを、パターンに存在する周波数
の全てを正確に測定できる分光測光計に入力することに
依って解決された。分光測光計は、浮動高を正確に決定
するために、コンピュータ演算に依って分析される強度
曲線を生成する。
このような干渉計浮動高測定装置の１例はPacific Pr
ecision Laboratories Inc.（PPL）,9207 Eton Avenue,
Chatworth,CA 91311が製作している。PPL装置は約４〜
５マイクロインチ（μ″）の浮動高を測定できる。しか
し、PPL装置や他の従来の干渉計浮動高測定装置は、そ
れより低い浮動高を測定することが非常に難しい。４〜
５μ″未満の浮動高の場合、ディスクの上面で反射する
光の第１部分の位相推移は、空気支持摺動器で反射する
光の第２部分に対して非常に小さい。この僅かな位相推
移が干渉パターンを導き、その場合、各々波長の強度は
比較的弱く、全ての波長の強度曲線は互いに比較的平ら
な曲線になる。図1bは、幾つかの強度曲線と、それらが
生成された浮動高を示す。図から、４〜５μ″未満の曲
線は比較的平らで見分けがつかないことが分かる。従っ
て、これらの曲線から浮動高を正確に求めることは非常
に難しい。ディスク・ドライブは４〜５μ″未満の浮動
高を有して現在製作されているので、従来の白色光干渉
計装置はこれらの浮動高を正確に測定できない。
従来の浮動高の干渉測定方式の別の欠点は、ガラス・
ディスクの表面が好ましい反射器でないので、摺動器で
反射される光の強度はディスクの上面から反射される光
の強度より遙かに大きいことにある。これは弱い干渉パ
ターンを導く結果になる。
単色の干渉計もヘッドの浮動高を測定するために用い
られてきた。このようなシステムでは、例えば、レーザ
からくる単色光線の波は、ガラス・ディスクと空気支持
摺動器に向けて送られて、干渉パターンが前述のように
生じる。単一周波数の光源を使用すると、最終的な干渉
パターンの容易な測定が可能になる。単色の干渉測定装
置はごく僅かの浮動高も測定できるが、それらは非常に
高価になる。このようなマシンの平均コストは、白色光
の干渉浮動高測定装置の約５〜10倍も高価になる。更
に、単色の装置は、較正が難しいので、特に管理された
環境で使用しなければならない。これらの要因の全て
が、単色装置を、読取／書込ヘッド浮動高の製造ライン
試験に於ける大規模な使用のために非現実的なものにす
る。
発明の要約 従って、本発明の目的は、ほとんどゼロ・マイクロイ
ンチに近い、ごく僅かの浮動高に対して、ディスク上の
読取／書込ヘッドの浮動高を正確に測定できる構造を提
供することにある。
本発明の更なる目的は、白色光源を用いる干渉計から
浮動高を計算することにある。
本発明の更に別の目的は、廉価であり且つ既成の浮動
高測定装置に容易に廉価に取り入れることができる前述
の構造を提供することにある。
本発明のこれらと他の目的は、ゼロ・マイクロインチ
に近い浮動高を正確に測定する装置を意図された本発明
に依って達成される。装置は、薄い金属基質層を其の上
面に有するガラス・ディスクを含んでいる。均一なスペ
ーサ層が金属基質層に付着されていて、スペーサ層は水
晶または白色光に対して透過性の他の類似の材料から構
成されている。本発明は、ディスク上の浮動高をディス
クのスピンアップまたは回転時に保持する、空気支持摺
動器を更に含んでいる。スペーサ層のすぐ近くに、空気
支持摺動器と実質的に同じ反射特性を有するように、同
じまたは類似の材料から構成された摺動器のような構造
部が取り付けられている。
ディスク表面のヘッドの浮動高は、白色光を回転ディ
スクの下側に向けて計算される。薄い金属基質層は、ビ
ーム分割器として作用して、ビームの第１部分を下向き
に反射し、ビームの第２部分が其こを通過して空気支持
摺動器の底面で下向きに反射されることを可能にする。
いちど反射されると、光の第２部分の位相は第１部分に
対して推移し、２つの部分は再び結合して干渉パターン
を形成する。スペーサ層の追加が、干渉パターンの位相
推移を大きくして、比較的大きく変動される波長を含ん
でいるパターンを生じる。このパターンは分光測光計に
入力され、それは、強度曲線を、干渉パターンに属する
光の各々波長の強度のグラフィック表現を用いて示す
（図1b）。各々強度曲線はビーム分割層上の空気支持摺
動器の独自の高さを表していて、高さはコンピュータ・
プログラムを用いて計算される。
浮動高計算のための較正基準を得るために、第２の光
ビームが、前述のように、スペーサ層の表面に取り付け
られた摺動器のような構造部に向けられて、ビーム分割
層上の摺動器のような構造部の高さ（すなわちスペーサ
層の厚み）が計算される。浮動高は、そこで、ビーム分
割層上の空気支持摺動器の高さと、ビーム分割層上の摺
動器のような構造部の高さの差から与えられる。
図面の簡単な説明 本発明は図面を参照してこゝに説明することにする。
図において、 図1aは、従来の干渉計に於いて、それに与えられた光
源を具備するヘッド／ディスク・インタフェースの断面
図である。
図1bは従来の干渉計に依って決定された幾つかの浮動
高の強度曲線を示し、 図２は本発明の従うヘッドと作動アセンブリとディス
ク・アセンブリの等角図であり、 図3aは本発明のヘッドとディスク・アセンブリの拡大
断面図であり、 図3bは本発明のヘッドとディスク・アセンブリの別の
実施例の拡大断面図であり、 図４は、図２に図示されるヘッドとディスク・アセン
ブリのライン４−４に沿う断面図であり、従来の干渉計
に於いて、そこに与えられた光源を更に示していて、 図5aは干渉パターンを得るために本発明に従う構造の
略図であり、 図5bは干渉パターンを得るために本発明に従う別の構
造の略図であり、 図６は本発明のシステムの略図であり、 図7aは本発明の別の実施例に従うディスク・アセンブ
リの拡大断面図であり、 図7bは本発明の別の実施例に従うヘッドとディスク・
アセンブリの拡大断面図である。
好適な実施例の詳細な説明 本発明は、一般的に、Winchester−タイプのハードデ
ィスク・ドライブの回転記憶ディスクの上方に於ける読
取／書込ヘッドの特に僅かに浮動する高さを正確に測定
するための構造に関する。この構造は、干渉計の原理を
用いて、ヘッド／ディスク・インタフェースに向けられ
た白色光源ビームから干渉パターンを得ている。分光測
光計が、浮動高を独自に表す波長強曲線として干渉パタ
ーンを示すために用いられている。
ここで図２〜７を見ると、本発明は、例えばPPL浮動
高試験装置に用いられているように、標準ガラス・ディ
スク20を具備するディスク・アセンブリ18を含んでい
る。ディスク20は、厚みが均一の割合で変わるが、光を
透過する特性を示す（約3.84×1014Hz〜約7.69×1014Hz
の周波数帯域の可視スペクトル）。ディスク・アセンブ
リ18はディスク20の上面に塗布された薄い反射層22を更
に含んでいる。発明の背景に記されたように、ガラス・
ディスク20の上面は、約1.5の屈折率（ｎ）を有する、
比較的低性能の光の反射器を具備していて、層22の介在
がディスク20の上面に於ける光の反射率を大幅に高め
る。層22はクロムから構成されることが好ましいが、例
えば2.5のような高屈折率を有する任意の幾つかの材料
も使用できる。層22は、代わりに酸化チタン（TiO2また
はTi2O3）からも構成できる。高届折率なことに加え
て、酸化チタンは、内部吸収率が非常に小さい優れた光
透過物質である。層22が形成できる他に可能性がある材
料として、幾つかの金属基質と金属基質合金と誘電体が
ある。層22は、そこに入射する光が分割され、最初の部
分が反射され、第２の部分が透過されるようにして選択
される。このような材料は“ビーム分割器”と広く呼ば
れている。ビーム分割層22は、表面被覆またはメッキの
ような薄膜塗布プロセスに依って塗布される。層22がク
ロムから形成される時に、最適の厚みは約10.0ナノメー
タであり、約８〜10ナノメータの範囲にあることが望ま
しい。
ディスク・アセンブリ18はビーム分割層22の上面にス
ペーサ層24を更に含んでいる。スペーサ層24は水晶また
は少なくとも可視光線の周波数に対して透過性の他の材
料から好都合に製作できる。スペーサ層24は、ビーム分
割層22に均一に一様に付着され、且つ読取／書込ヘッド
に依る衝撃と他のショックに十分に耐える硬度を備えた
滑らかな上面を具備している。スペーサ層が水晶から形
成される時に、最適の厚みは約300.0ナノメータにな
る。この厚みは、与えられた厚みのスペーサ層24から干
渉方式により得た干渉パターンが、ゼロの浮動高の場合
でも、可視光スペクトルの状態を保つ範囲で、増減でき
ることが理解される。
ビーム分割層22は、強くて堅固な接着層をディスク20
とスペーサ層24の表面間に与える更なる機能として作用
する。ビーム分割層22の接着特性は、それら自体に依る
単純なディスク20とスペーサ層24より、更に堅固なディ
スク・アセンブリを与える。
次に詳細に説明されるように、光がディスク・アセン
ブリ18の下側に与えられると、第１部分27a（図3a）は
ビーム分割層22で反射され、第２部分27bは摺動器36の
下側で反射される。これらの部分27aと27bは、再び結合
して、浮動高を表す干渉パターンを形成する。部分27a
と27bは共に高強度／高振幅の波になり、明確に定めら
れた最高点と最低点を有する干渉パターンを生成するこ
とが望まれる。
しかし、光が第１基質から第２基質に進む際に、基質
が異なる届折率を有していると、或る量の光は、第１基
質を介して反射して、第２基質に進まない。そこで、ス
ペーサ層24からスペーサ層と摺動器36の間の流体を進む
光の或る部分（27c）は、スペーサ層24の最上面で反射
してスペーサ層24に戻るので、その部分27bの強度が減
少する。スペーサ層が水晶から構成され、スペーサ層と
摺動器の間の流体が空気である時に、約３％の光が反射
される。
これを防止するために、図3bに図示されるように、ス
ペーサ層24の上面は通常の非反射性コーティング25を含
んでいる。コーティング25は、スペーサ層24の上面で反
射される光の量を大幅に減少するので、その光が通過し
て摺動器36の下側で反射することを可能にする。このよ
うにして部分27bの強度が最大になる。コーティング25
は引っ掻きと磨耗を防止するために高い硬度を更に備え
ている。
本発明はディスク表面と摺動器の間の流体として液体
を更に用いて作動している。このような場合、液体の届
折率がスペーサ層24の届折率にほぼ等しくなるように、
液体が選択されるか、または添加剤が液体に加えられ
る。このようにして、液体とスペーサ層の間の境界で反
射される光の量は最小限になる。
図４に図示されるように、ディスク20には、好都合に
ディスク20の外径部にランプ基準部26が組み込まれてい
て、その部分は露出していて、ビーム分割層22またはス
ペーサ層で塗布されてない。ランプ基準部26の意図はラ
ンプ28を較正することにある（図5aと5b）。ランプ28の
強度は任意の与えられた日時に於いて僅かに変動するの
で、この変動は、如何なる場合でも、干渉パターンを生
成する前に決定しなければならない。従って、浮動高を
測定する前に、ランプ28からの光は部分26に向けられ
る。部分26を反射する光の量が測定され、部分26の届折
率と反射率が分かると、ランプ28の強度が計算できる。
ランプ28は、好都合に通常の水銀蒸気ランプやハロゲ
ン・ランプまたは他の類似の光源になる。ランプから放
出された光は、ディスクの入射光が約１〜2mmの直径に
なるように、光学的レンズ（図示されていない）を用い
て焦点が定められる。光源は他の手段を用いて他の直径
に相応して焦点が定められることが理解される。
読取／書込ヘッド30は、ヘッドをディスク・アセンブ
リ18を基準にして位置設定するために、作動アセンブリ
32に依って支えられている。読取／書込ヘッド30は、代
わりに、ディスク20の表面と平行するＸ−Ｙ面で移動す
るようにコントローラ54（図６）に依って制御される支
持アームに取り付けられることもできる。作動または支
持アームの何れかを用いて、コントローラ54は、弓形通
路（湾曲角部を含めて）または直線通路の何れかでディ
スク・アセンブリ18の表面を基準にしてヘッド30を移動
する。読取／書込ヘッド30は変換器34と空気支持摺動器
36を含んでいる。作動ディスク・ドライブの場合、変換
器は、制御回路の信号に相応して、データを記憶ディス
クから読み取り、そこにデータを書き込む。本発明の場
合、変換器34は、データを読み取ったり書き込んだりし
ない、むしろ、浮動高の試験条件が、読取／書込ヘッド
がディスク・ドライブの通常動作中にディスク上を浮動
する条件と同じであることを保証するために存在する。
図２と４に図示されるように、変換器34が空気支持摺
動器36に取り付けられていて、それは作動アセンブリま
たは支持アーム32に依って順に取り付けられているか支
えられている。空気支持摺動器36の構造は、一般的に、
摺動器36の前端から後方に延長する側面レール38aと38b
を含んでいる。本発明は浮動高を任意の幾つかのヘッド
・デザインで測定するために用いられるので、摺動器36
は幾つかの異なる状態で構成されることが理解される。
例えば、レール38aまたは38bあるいはその両方は楔形状
の傾斜構造を其の立ち上がり端または立ち下がり端に含
んでいる。そのうえ、レール38aまたは38bあるいはその
両方の幅と高さも変わる場合がある。更に、レール38a
または38bあるいはその両方は、Whiteのアメリア特許番
号4,673,996に説明され特許請求されているように、横
方向加圧輪郭部を含む場合がある。横方向加圧輪郭部に
依り、溝または輪郭部は、レール38aと38bの片方または
両方の長手方向に沿って（すなわち、摺動器36の前端か
ら後方に延長して）両方のレールの内部または外部ある
いはその両方で切断されている。摺動器36は、チタン・
カーバイドまたはチタン・カーバイド／酸化アルミニウ
ム合成物、または通常の摺動器が形成される一部の他の
非透過性の反射材料から形成される。摺動器36のレール
38aと38bは、均一の浮動高と均一の反射特性を共に与え
るように滑らかに構成されている。
作動アセンブリまたは支持アーム32は、読取／書込ヘ
ッド30が組み込まれている湾曲部42を支えるアーム40を
含んでいる。アーム40は、読取／書込ヘッド30をディス
ク・アセンブリ18の表面に向けて、試験されるディスク
・ドライブのデザインに基づいて変動するグラム荷重に
準じて片寄せする。湾曲部42はレール38aと38bの底面を
水晶スペーサ層24の上面と平行する面で支えるように作
用する。
回転ディスク・アセンブリ18の直線速度は、ヘッド30
から見ると、ディスク・アセンブリ18上でｖ＝ω×ｒの
関係に従って瞬時に変わり、ここで、ｖはヘッドから見
る直線速度と等しく、ωはディスク・アセンブリ18の角
速度に等しく、ｒはヘッド30が位置するディスク・アセ
ンブリ18の回転軸からの半径と等しい。そこで、ディス
クの外部に位置する時にヘッド30から見るディスク・ア
センブリ18の直線速度は、ディスクの内部に位置する時
にヘッド30から見る速度よりはやい。ディスクの直線速
度は、ヘッドが高速の速度でディスク上で高く浮動する
ように浮動高に作用する。従って、ディスク・アセンブ
リ18の表面を横断するヘッド30の位置を調整すると、異
なる浮動高が測定できる。
水晶スペーサ層24の上面に、摺動器のような構造部44
が取り付けられている。摺動器のような構造部44は、表
面被覆またはメッキのような周知の薄膜塗布方式を用い
て水晶スペーサ層24に塗布され、スペーサ層24の表面の
残りの部分は遮蔽される。構造部44の材料は、摺動器36
と同じか或いは実質的に同じ反射率を有するように好都
合に選択されているので、スペーサ層24の露出された上
面と恒久的に直接接触する状態で空気支持摺動器を光学
的に意味している。しかし、或る浮動高試験に対して、
摺動構造部44は摺動器36より大きい反射率をもつ場合が
あることも考えられる。
構造部44は、スペーサ層24の外径と同心状態で環状に
好都合に構成されている。構造部44を形成する際に用い
る材料は、チタン・カーバイド、チタン・カーバイド／
酸化アルミニウム合成物、または試験中の空気支持摺動
器36と実質的に同じ表面反射特性を有する任意の他の材
料になる。このような摺動器は、一般的に光学的に非透
過性であり、そこに入射する光の約19〜20％を反射す
る。次に詳細に説明されるように、摺動器のような構造
部44の意図は、ビーム分割層22上の摺動器36の高さが摺
動器36の実際の浮動高を得るために相殺される、ゼロ浮
動高基準高を与えることにある。
従来の浮動高試験装置の場合、ゼロ基準浮動高は、ヘ
ッドを幾つか異なる場所のディスクに置き、その平均を
とって計算される。前述のように４μ″未満の浮動高を
計算する際の難しさに加えて、この方式は時間消費型で
あり、ディスクまたは読取／書込ヘッドの表面の凹凸が
ヘッドとディスク表面との全体的な接触を妨げるので、
真のゼロ基準測定も妨げることになる。摺動構造部44を
ディスクに直接付着すると、瞬間的に正確なゼロ基準測
定が、ディスクを回して幾つかの測定を行うと実現でき
る。更に、摺動構造部44とディスク表面との滑らかな全
体的な接触が存在するので、測定は真のゼロ基準測定に
なる。
ディスク・アセンブリ18は、一定または可変速度で回
転するように構成されている通常の回転モータ46に依っ
て回転される。前述のように、ヘッド30から見るディス
ク・アセンブリ18の速度は、ディスク・アセンブリ18を
基準にしてヘッド30の放射位置に従って変わる。しか
し、ディスクの速度を更に調節することが望まれるの
で、それは、発明の範囲内で可変速度回転モータを与え
る。ディスク・アセンブリ18はディスク・クランプ50に
依ってハブ48に好都合に取り付けられている。ハブ48
は、回転モータ46がディスク・アセンブリ18の中心に位
置するように、回転モータ46の周囲に取り付けられてい
る。
動作中に、ランプ28からくる光ビームは、最初にラン
プ基準部26に向けられて、ランプ28を前述のように較正
する。ランプ28が正常に較正されると、光ビームは、ガ
ラス・ディスク20の下側から読取／書込ヘッド30に向け
られる。ビームの直径は、摺動器36の側面レール38aま
たは38b上にビームの焦点を十分に定めることができる
ように細くできる。図3aと3bと４に図示されるように、
層22は、光ビームの第１部分がガラス・ディスク20を通
ってビーム分割層22の表面から下向きに反射されるよう
に、ビーム分割器として作用する。光ビームの第２部分
は、ビーム分割層22を通って、摺動器36のレール38aま
たは38bの１つから下向きに反射される。
ビーム分割層22の厚みを変えると、それが反射する光
の量と、それが透過する光の量の比率が変わる。比較的
厚いビーム分割層22は、透過された光の量と比べると、
そこに入射する光の大部分を反射する。同様に、比較的
薄いスペーサ層22は、反射された光の量と比べると、光
の大部分を透過する。スペーサ層22の厚みは、ディスク
20の底面からくる光の第１部分（図3aと3bで27a）の強
度がディスク20の底面からくる光の第２部分（図3aと3b
で27b）の強度と実質的に等しくなるように最適に選択
される。光の第１と第２の部分は、互いに位相外にあ
り、再び結合して干渉パターンを形成する。ビーム分割
層22の最適な厚みは、最大強度干渉パターンが達成され
るまで、ビーム分割層の厚みを調節して達成される。
位相差から生じるパターンは、ビーム分割層22のレー
ル38aと38bの高さを独自に表している。白色光が用いら
れているので、全ての異なる可視波長の光は、ビーム分
割層22と摺動器36の両方で反射され、結合して干渉パタ
ーンを形成する。そこで、パターンの種々の可視波長の
存在と強度を確かめるために、それは、Pacific Precis
ion Laboratories製の干渉浮動高測定装置に用いられて
いるように、通常の分光測光計52に入力される。図６に
図示されるように、ディスク・アセンブリ18から生成さ
れた後に、干渉パターンはパターン検出器51に依って周
知の方式で感知される。パターン検出器51は干渉パター
ンを分光測光計52に伝える。分光測光計52は、干渉パタ
ーンの光の各々波長の強度を決定して波長強度曲線を生
成できる（図1bに図示されるように）。スペーサ層24の
介在は、ビーム分割層22で反射された光と摺動器36で反
射された光の間の位相差を大きくする。従って、最終的
な干渉パターンは、容易に測定される相対的に調節され
た強い波長を含んでいる。
干渉パターンの強度曲線は、ビーム分割層22上の側面
レール38aと38bの高さを独自に表している。この高さは
従来の方法を変更して決定される。或るこのような従来
の方法はPacific Precision Laboratories製の干渉浮
動高測定装置に依って行われるコンピュータ演算を用い
ている。このようなシステムの場合、コンピュータ56の
プログラムは、強度曲線の、最大値と最小値を含めて、
形状を分析して、対応する高さを出力する。本発明で
は、このプログラムはスペーサ層24の厚みを考慮するた
めに変更されている。スペーサ層24に依り、強度曲線
は、非常に低い浮動高の場合でも、確実に認識できて正
確に測定できる最大値と最小値を示すので、ビーム分割
層22上の摺動器36の高さがコンピュータ・プログラムに
依って正確に計算できる。
ビーム分割層22上の摺動器36の高さの決定後に、プロ
セスは、光ビームを摺動器のような構造部44から引き離
すことを繰り返す。空気支持摺動器に依り、光の一部は
ビーム分割層22で下向きに反射され、第２部分は、ビー
ム分割層22を通過して、摺動器のような構造部44の下側
で下向きに反射される。そこで得た干渉パターンは分光
測光計52に入力され、前述の強度曲線が求められる。こ
の曲線は、前述のように本発明に従ってコンピュータ・
プログラムに依って分析されて、ビーム分割層22上の摺
動器のような構造部44の高さを決定する。ビーム分割層
22はスペーサ層24と直接接触し、それは順に摺動器のよ
うな構造部44と直接接触するので、求められたビーム分
割層22上の摺動器のような構造部44の高さは単純にスペ
ーサ層24の厚みになる。この高さをビーム分割層22上の
空気支持摺動器の高さからマイナスすると、スペーサ層
24の上面の空気支持摺動器の高さが求められる。これが
ディスク・アセンブリ18上のヘッド30の浮動高になる。
図5aに図示されるように、ガラス・ディスクを基準に
する光ビームの入射角度（すなわち、光ビームが、ディ
スク20が位置する面と垂直の軸に対して形成する角度）
は０度になる。この実施例の場合、ランプ28からくる光
は、ミラー60で反射し、ビーム分割器62を通って、ディ
スク・アセンブリ18の下側に進む。そこで、光は、分割
され、前述のように再び結合されて、干渉パターンを形
成する。パターンは、ビーム分割器62から反射して、分
光測光計52に送られる。
図5aを参照しながら説明された実施例の１つの欠点
は、ディスク・アセンブリ18と摺動器36から反射された
干渉パターンの一部がビーム分割器62に戻ることであ
る。そこで、分光測光計52に向けて反射された干渉パタ
ーンの一部は適度に低い強度になる。しかし、この問題
は図5bに図示される実施例では軽減される。この実施例
では、光の入射角度は０度でない或る角度になる。ラン
プ28からくる光は、ミラー62で反射されて、ディスク・
アセンブリ28に進む。そこで、光は、分離され、前述の
ように再び結合して、ミラー64を介して分光測光計52に
送られる干渉パターンを形成する。抑制要素66は、干渉
パターンがディスク・アセンブリ18に進入する前にラン
プ28からの光に依って影響を受けないことを保証するた
めに含まれている。
図６に図示されるように、本発明は、ヘッド30とディ
スク・アセンブリ18の動作と相互作用を制御するコント
ローラ54を含んでいる。コントローラ54は、制御信号を
生成して作動アセンブリまたは支持アーム32に送って、
ヘッド30の位置をディスク・アセンブリ18を基準にして
定めるために、制御回路を含んでいる。更に、コントロ
ーラ54は、制御信号を生成して回転モータ46に送り、デ
ィスク・アセンブリ18が回転する速度を調節して制御す
るために、制御回路を含んでいる。別の実施例では、コ
ントローラ54は、ランプ28の光源の強度と方向と周期を
制御するように変更されている。コントローラ54は、分
光測光計52とシステムの残りの部分との相互作用を制御
するためにも変更できる、すなわち、コントローラ54
は、パターン検出器51を制御して、干渉パターンを分光
測光計52に入力し、更に、高さを強度曲線から決定する
ために強度曲線を分光測光計52からコンピュータ56に転
送することも制御できる。コントローラ54は好都合にコ
ンピュータ56の一部になる。ユーザは、システム・パラ
メータをコントローラ54に、コンピュータ56の一部とし
て含まれているキーボードまたは類似の構造を介して入
力できる。
図7aと7bに図示される本発明の別の実施例では、ディ
スク・アセンブリ18上の摺動器36の浮動高は、摺動器36
が規定の位置にない状態で第１干渉パターンを得て記憶
し、且つ摺動器36が規定の位置にある状態で第２干渉パ
ターンを得ると、正確に計算できる。第１と第２の干渉
パターンの差はディスク・アセンブリ18上の摺動器36の
高さを独自に表している。特に、図7aを見ると、ランプ
28からくる光70は、前述のように、ディスク・アセンブ
リ18の下側に送られている。光はディスク・アセンブリ
18の各々境界で下向きに反射される。すなわち、部分70
aはディスク20の下側で反射され、部分70bはビーム分割
層22で反射され、部分70cはスペーサ層24の上面で反射
される。（図３〜５では明確にするために省略されてい
るが、ランプ28からくる光の部分、図7aの部分70aは、
ディスク・アセンブリ18に進まないで、ディスク20の下
側に常に反射される）。
この実施例では、各々、層22とスペーサ層24の上面で
反射される部分70bと70cの強度を最大にすることが望ま
れる。そこで、非反射性コーティングはスペーサ層24の
上面に塗布されない。更に、抑制要素、またはディスク
20の底面に塗布される非反射性コーティングは部分70b
と70cに相応して部分70aの強度を最小限にするために用
いられる。摺動器が無いと、部分70dは反射されない状
態を続ける。部分70aと70bと70cに依る干渉パターンは
分光測光計52に依って分析され、結果はコンピュータ56
に記憶される。
その後、図7bに図示されるように、摺動器34はディス
ク・アセンブリ18上に保持され、光70はランプ28から前
述のように送られる。ここで、更なる部分70eは摺動器3
6から下向きに反射される。そこで、部分70aと70bと70c
と70eから得た干渉パターンは分光測光計52に入力さ
れ、結果は図7aに図示される構成で得た結果と比較され
る。２つの干渉パターンの差は、摺動器36の下側で反射
する更なる構成要素70eの結果である。２つの結果は、
コンピュータ56のコンピュータ演算に依って分析され
て、ディスク・アセンブリ18上の摺動器36の浮動高を導
く。
本発明の実施例の前述の説明から分かるように、特に
僅かの浮動高が、比較的廉価な白色光干渉計技術を用い
て測定できる。実際に、本発明はゼロ・マイクロインチ
の浮動高も測定できる。これは、もちろん、空気支持摺
動器36が回転ディスク・アセンブリ18の表面に静止し且
つビーム分割層22上の空気支持摺動器36と摺動器のよう
な構造部44の両方の高さが同じであるケースである。実
際に、ディスク・ドライブは、ヘッドとディスクの間の
磨耗摩擦がディスク・ドライブの故障を瞬時に招くの
で、ゼロ・マイクロインチの浮動高をもたないように設
計されている。しかし、ゼロ・マイクロインチに近づけ
ることはディスク・ドライブとコンピュータの設計者の
願いであり、技術の進歩が将来の浮動高の更なる減少を
可能にするので、本発明は任意の浮動高を正確に測定す
るために使用できる。
発明はここで詳細に説明されてきたが、発明はここで
開示された実施例に限定されないことが理解されるべき
である。例えば、本発明の重要な特徴であるが、ビーム
分割層22は、ディスク20の上面がビーム分割器として作
動するために省略される場合もあることが理解される。
更に、ヘッドがディスク上に保持される流体は、従来の
ディスク・ドライブのように、空気の緩衝材、またはLe
mkeのアメリカ特許番号5,097,368に開示されているよう
に、液体の緩衝材でもよい。浮動高の測定が液体を用い
て行われる場合、強度曲線を分析するコンピュータ56の
コンピュータ・プログラムは、液体の届折率を考慮する
ために変更される。種々の他の変更と交換と修正は、添
付の特許請求の範囲に依って説明され定義される発明の
精神または範囲から逸脱せずに当業者に依って本発明に
対して実施できると思われる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダンソン，デビッド ピー. アメリカ合衆国，コロラド 80503，ニ ウォット，カントリー クリーク 7776 (56)参考文献 特表 平８−509812（ＪＰ，Ａ) 特表 平７−503315（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】回転ディスク上の読取／書込ヘッドの浮動
    高を測定する装置であって、該装置は、 光を生成する手段を有し、 読取／書込ヘッドを前記ディスク上の流体の緩衝材上に
    支持する空気支持摺動器を有し、この空気支持摺動器は
    下面部分を備えており、かつ前記ディスクはビーム分割
    器層と前記ビーム分割器層の最上面に設けられたスペー
    サ層を含んでおり、 前記光生成手段から放射される複数の電磁波波長の位相
    差から生ずる干渉パターンを有し、この干渉パターン
    は、前記ビーム分割器層から反射する前記光の第１部分
    と、前記ビーム分割器層を通過しかつ前記空気支持摺動
    器の前記下側から反射して、そこで前記光の前記第１部
    分と再び結合する前記光の第２部分とによって形成され
    る干渉パターンであり、 ここにおいて、前記複数の電磁波の波長のそれぞれの電
    磁波の波長は可視スペクトルの内部にあるように、前記
    スペーサ層は前記位相差を増大するように構成されてお
    り、かつ 前記干渉パターンは前記ビーム分割器層上の前記空気支
    持摺動器の高さを独自に表していることを特徴とする、
    読取／書込ヘッドの浮動高を測定する装置。
  2. 【請求項２】前記スペーサ層の最上面と接触する底面を
    有する摺動構造部と、 前記ビーム分割層で反射する前記光の第３部分と、前記
    ビーム分割層を通過し且つ前記摺動構造部の前記底面で
    反射してそこで前記光の前記第３部分と再び結合する前
    記光の第４部分に依る干渉から生じる基準干渉パター
    ン、を更に具備していて、 前記基準干渉パターンは前記スペーサ層の厚みを独自に
    表している、請求の範囲第１項に記載の装置。
  3. 【請求項３】前記ビーム分割層上の前記空気支持摺動器
    の前記高さを前記干渉パターンから決定し且つ前記スペ
    ーサ層の前記厚みを前記基準干渉パターンから決定する
    手段を更に具備する、請求の範囲第２項に記載の装置。
  4. 【請求項４】前記スペーサ層は水晶から構成されている
    請求の範囲第１項に記載の装置。
  5. 【請求項５】前記決定手段は、 前記干渉パターンの第１波長強度曲線を得るために且つ
    前記基準干渉パターンの第２波長強度曲線を得るための
    分光光度計と、 前記第１波長強度曲線を分析して前記高さを決定するた
    めに且つ前記第２波長強度曲線を分析して前記厚みを決
    定するためのコンピュータ手段を具備している、請求の
    範囲第３項に記載の装置。
  6. 【請求項６】回転ディスク上の読取／書込ヘッドの浮動
    高を測定する装置であって、 光を生成する手段と、 読取／書込ヘッドをディスク上の流体の緩衝材上に支え
    る空気支持摺動器であって、前記のディスクはビーム分
    割層と、前記ビーム分割層の最上面に設けたスペーサ層
    とを含んでいて、下側を有する前記の空気支持摺動器
    と、 複数の電磁波長の位相差から生じる干渉パターンであっ
    て、前記ビーム分割層で反射する前記光の第１部分と、
    前記ビーム分割層を通過し且つ前記空気支持摺動器の前
    記下側で反射してそこで前記光の前記第１部分と再び結
    合する前記光の第２部分に依って形成される、前記干渉
    パターンを搭載していて、ここにおいて、 前記スペーサ層は前記の位相差を大きくするように構成
    されているので、前記複数の電磁波長の各々電磁波長は
    可視スペクトルの内部にあり、 前記干渉パターンは前記ビーム分割層上の前記空気支持
    摺動器の高さを独自に表していて、 摺動構造部は前記スペーサ層の最上面と接触する底面を
    備えていて、 基準干渉パターンは前記ビーム分割層で反射する前記光
    の第３部分と、前記ビーム分割層を通り且つ前記摺動構
    造部の前記底面で反射しそこで前記光の前記第３部分と
    再び結合する第４部分に依る干渉から生じ、ここにおい
    て前記基準干渉パターンは前記スペーサ層の厚みを独自
    に表していて、 前記ビーム分割層上の前記空気支持摺動器の前記高さを
    前記干渉パターンから決定し且つ前記スペーサ層の前記
    厚みを前記基準干渉パターンから決定する手段を搭載
    し、 読取／書込ヘッドの浮動高は前記高さと前記厚みの差で
    ある、前記装置。
  7. 【請求項７】回転ディスク上の読取／書込ヘッドの浮動
    高を決定する方法であって、 そこにビーム分割層とスペーサ層を備えたディスクに向
    けて光を送り、 第１干渉パターンを、前記ビーム分割層と前記スペーサ
    層の最上面で前記光を反射することに依って得て、 前記第１干渉パターンのデジタル表現をコンピュータ・
    メモリに記憶し、 前記ディスク上の読取／書込ヘッドを流体の緩衝材上に
    保持し、 前記光をディスクに向けて２回目に送り、 第２干渉パターンを、前記ビーム分割層と前記スペーサ
    層の前記最上面と前記読取／書込ヘッドの下側で前記光
    を反射することに依って得て、 前記第１干渉パターンと前記第２干渉パターンを比較し
    て、前記パターン間の差を得て、 コンピュータ・プログラムに依って、ディスク上の読取
    ／書込ヘッドの浮動高を、前記差に基づいて計算するス
    テップを具備することを特徴とする、前記読取／書込ヘ
    ッドの浮動高を決定する方法。
  8. 【請求項８】ビーム分割器層をその上に備える廻転ディ
    スク上のヘッドの浮動高を決定する方法であって、該方
    法は、 ａ）ディスクに向けて光を送るステップを有し； ｂ）干渉パターンを得るステップを有し、このステップ
    は 前記光の第１部分をビーム分割層で反射させ、 前記光の第２部分をビーム分割器層を通過させ、 前記光の前記第２の部分の通路長を、前記光の前記第２
    部分をスペーサ層を過すことにより増大し、 前記光の前記第２部分をヘッドの下側で反射させ、そこ
    で前記光の前記第１部分と再結合させる各ステップを具
    備し； ｃ）前記干渉パターンを分析することにより、ビーム分
    割器層の上のヘッドの前記下側の第１の高さを決定する
    ステップを有し； ｄ）基準干渉パターンを得るステップを有し、このステ
    ップは 前記光の第３部分をビーム分割器層で反射させ、 前記光の第４部分をビーム分割器層を通過させ、 前記光の第４部分を前記スペーサ層を上面で反射させ
    て、そこで前記光の前記第３部分と再結合させる各ステ
    ップを具備し； ｅ）前記基準干渉パターンを分析することにより、ビー
    ム分割器層上の前記スペーサ層の前記上面の第２の高さ
    を決定するステップを有する； ヘッドの浮動高を決定する方法。
  9. 【請求項９】回転ディスク上の読取／書込ヘッドの浮動
    高を決定する方法において、該方法は、 ａ）ビーム分割器層をその上に備えるディスクに向けて
    光を指向するステップを有し； ｂ）干渉パターンを得るステップを有し、このステップ
    は 前記光の第１部分を前記のビーム分割器層から反射さ
    せ、 前記光の第２部分を前記のビーム分割器層を介して送
    り、 前記光の前記第２部分をスペーサ層を通過させることに
    より前記光の前記第２部分の通路長を増大させ、 前記光の前記第２部分を読取／書込ヘッドの下側から反
    射して、そこで前記光の前記第１部分と再結合する各ス
    テップを具備し； ｃ）前記干渉パターンを分析することにより前記ビーム
    分割器層上の前記読取／書込ヘッドの前記下側の第１の
    高さを設定するステップを有し； ｄ）基準干渉パターンを得るステップを有し、このステ
    ップは 前記光の第３部分を前記ビーム分割器層から反射させ、 前記光の第４部分を前記ビーム分割器層を介して透過さ
    せ、 前記光の前記第２部分を前記スペーサ層の上面で反射さ
    せて、そこで前記光の前記第３部分と再結合させる各ス
    テップを具備し； ｅ）前記基準干渉パターンの分析により、前記ビーム分
    割器層上の前記スペーサ層の前記上面の第２の高さを決
    定するステップを有する； 読取／書込ヘッドの浮動高を決定する方法。
  10. 【請求項１０】前記上面の上の前記読取／書込ヘッドの
    浮動高を、前記第１の高さと前記第２の高さとの間の差
    により計算するステップを更に有する請求の範囲第９項
    記載の方法。
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