JP3066362B2 - Apparatus for measuring the position of a magnetic head with respect to a rotating flat surface - Google Patents

Apparatus for measuring the position of a magnetic head with respect to a rotating flat surface

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JP3066362B2
JP3066362B2 JP10290521A JP29052198A JP3066362B2 JP 3066362 B2 JP3066362 B2 JP 3066362B2 JP 10290521 A JP10290521 A JP 10290521A JP 29052198 A JP29052198 A JP 29052198A JP 3066362 B2 JP3066362 B2 JP 3066362B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、1996年19月
24日に提出された米国特許出願番号第08/738,
034号の部分継続出願である。本発明は、物体、特に
は、磁気変換用ヘッドと透明媒体との間の、これら磁気
変換用ヘッドと透明媒体とが相対移動する際の間隙を測
定するための光学装置に関する。更に詳しくは、本発明
は、浮揚高さテスター内のテストディスクに関する磁気
ヘッドの浮揚高さ及び方向を測定するための装置に関す
る。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to U.S. patent application Ser. No. 08/738, filed Sep. 24, 1996.
No. 034 is a continuation-in-part application. The present invention relates to an optical device for measuring a gap between an object, in particular, a magnetic conversion head and a transparent medium when the magnetic conversion head and the transparent medium relatively move. More particularly, the present invention relates to an apparatus for measuring the flying height and direction of a magnetic head with respect to a test disk in a flying height tester.

【0002】[0002]

【従来の技術】大抵のコンピュータシステムにはデータ
記憶装置が組み込まれ、このデータ記憶装置には、回転
する、磁気コーティングされたディスクと、このディス
クの磁気材料上に情報を読み書きするための変換装置と
が含まれる。そうしたコンピュータシステムは通常、記
憶密度、データ場所へのアクセス速度、データ保全性に
よって特徴付けられる。システム特性に大きく影響する
主要なパラメータの一つは、回転するディスクに関する
磁気変換用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ヘッドとの間の
相対的な空気流れがヘッドを、この空気流れによって生
じた空気クッション上に浮揚せしめる。一般に、ヘッド
とディスクとの間が狭くなるほど、ディスク上に記憶さ
れる情報の変換精度は高くなって行く。ヘッドとディス
クとの間の間隙は“ヘッドギャップ”或いは“浮揚高
さ”と称され、従来からの高性能コンピュータシステム
では数10ナノメータのオーダーのものである。浮揚の
空力学は、ヘッド、ディスク、異なる浮揚高さ及びヘッ
ド方向、の下で生じる回転速度毎に変化する。従って、
設計プロセスのみならず製造プロセスにおいても、所望
の性能基準に合致させるためにはヘッドの浮揚高さ及び
方向を精密に制御することが重要である。現在、磁気ヘ
ッドと、回転する磁気ディスクとの間のナノメーターで
の間隙寸法を測定するために幾つかの光学的技法が使用
されている。
BACKGROUND OF THE INVENTION Most computer systems incorporate a data storage device, which includes a rotating, magnetically coated disk and a converter for reading and writing information on the magnetic material of the disk. And are included. Such computer systems are typically characterized by storage density, speed of access to data locations, and data integrity. One of the main parameters that greatly affects system characteristics is the position of the magnetic transducing head with respect to the rotating disk. The relative airflow between the rotating disk at high speed and the head biased toward the disk causes the head to float on the air cushion created by the airflow. In general, as the distance between the head and the disk becomes smaller, the conversion accuracy of information stored on the disk becomes higher. The gap between the head and the disk is called the "head gap" or "fly height" and is of the order of tens of nanometers in conventional high performance computer systems. The aerodynamics of levitation vary with the rotational speed occurring under the head, disk, different levitation height and head direction. Therefore,
In the design process as well as the manufacturing process, it is important to precisely control the flying height and direction of the head in order to meet a desired performance standard. Currently, several optical techniques are used to measure the gap size in nanometers between a magnetic head and a rotating magnetic disk.

【0003】1つの測定方法は光学干渉計を使用するも
のである。この方法では相互干渉効果が使用され、2本
の光ビームが、交互に明暗化する、あるいは色の異なる
ライン、バンド、あるいはフリンジを生じる。ほぼ平行
な相対する表面を有し、一方が透明である2つの物体間
のギャップを測定するには、透明な方の物体の胴体部を
貫いて光ビームをギャップに差し向け、この時、光ビー
ムの軸線は各物体の相対する表面と本来直交させるよう
にする。2つの物体の各表面から反射した光ビームは検
出要素の位置に重なり、干渉縞が読み取られる。光学的
には放射波長に対する2本の光ビーム間の路程差の比に
基づくものであることが知られている。この関係は、2
本の光ビーム間の路程差がギャップの2倍であるような
ギャップ測定値に対する校正表として使用される。
One measurement method uses an optical interferometer. In this method, a mutual interference effect is used, in which the two light beams alternately darken or create different colored lines, bands or fringes. To measure the gap between two objects having substantially parallel opposing surfaces, one of which is transparent, a beam of light is directed through the body of the transparent object into the gap, where the light The axis of the beam should be essentially orthogonal to the opposing surface of each object. The light beams reflected from each surface of the two objects overlap the location of the detection element and the interference fringes are read. It is known optically to be based on the ratio of the path difference between two light beams to the emission wavelength. This relationship is 2
It is used as a calibration table for gap measurements where the path difference between the light beams is twice the gap.

【0004】磁気ヘッドと、光学的に透明な、例えばガ
ラス等のような材料から作成した平坦な参照ディスクは
米国特許際4,813,782号に開示される。この米
国特許ではハードディスクドライブの運転条件は、高速
で回転する参照ディスクによってシミュレートされ、テ
ストするべき磁気ヘッドは、たとえばバネを使用して参
照ディスク方向に偏倚され、稠密な空気クッション上で
ディスク上方に浮揚される。参照ディスクが回転するに
際し、この透明な参照ディスクを通して磁気ヘッドとは
反対の側から光ビームが差し向けられる。光ビームは参
照ディスクの表面とヘッドの表面とから反射されて相互
に干渉して干渉縞を生じ、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
が校正曲線を使用して決定される。
A magnetic head and an optically transparent, flat reference disk made from a material such as glass are disclosed in US Pat. No. 4,813,782. In this U.S. patent, the operating conditions of the hard disk drive are simulated by a reference disk rotating at high speed, and the magnetic head to be tested is biased in the direction of the reference disk, e.g. Levitated. As the reference disk rotates, a light beam is directed through the transparent reference disk from the side opposite the magnetic head. The light beam is reflected from the surface of the reference disk and the surface of the head and interferes with each other to form interference fringes, which are detected.
Analyzed, the gap between the magnetic head and the reference disk is determined using the calibration curve.

【0005】米国特許際4,813,782号の測定方
法の大きな欠点は、ギャップの変動に伴う信号変化が小
さいことから測定精度が著しく低くなる、校正曲線の最
大及び最小の各ポイント位置(校正曲線のいわゆる“フ
ラット領域”)での不正確さにある。この問題は、先の
原理に基づく、光学的波長の4分の1よりもずっと小さ
いヘッドギャップを測定するために意図されたシステム
にあって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、磁気ヘッド上の幾つかのポイント
位置での測定を同時に行うことができない。従って、表
面間近さのマップを得るためには手間のかかるポイント
毎の測定を行う必要がある。
A major drawback of the measurement method of US Pat. No. 4,813,782 is that the maximum and minimum point positions of the calibration curve (calibration curve) are such that the measurement accuracy is significantly reduced due to the small signal change due to the gap variation. Inaccuracy in the so-called "flat area" of the curve). This problem is particularly pronounced in systems intended to measure head gaps much smaller than one quarter of an optical wavelength, based on the above principles. Furthermore, commercially available devices cannot simultaneously measure at several point locations on the magnetic head. Therefore, in order to obtain a map of the closeness of the surface, it is necessary to perform a troublesome point-by-point measurement.

【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、“漏れ”内部全反射として知ら
れる現象に基づいたものである。内部全反射は、電磁放
射(例えば光ビーム)が、鋭角の入射角で2つの媒体間
の界面に入射する際に観察される。もし、電磁放射が2
つの媒体のうちの光学的に高密度の、例えば、以下に第
1の媒体として参照される、屈折率の大きい方の媒体の
側方から伝搬され、入射角度が(伝搬軸線から測定して
の)、これら2つの媒体の屈折率の比に依存するある臨
界値を越えたとき全ての電磁放射は第1の媒体で逆反射
されて他方の、即ち第2の媒体には全く入り込まず、斯
くして”全”反射される。
[0006] Another optical method used to measure the gap between objects is based on a phenomenon known as "leakage" total internal reflection. Total internal reflection is observed when electromagnetic radiation (eg, a light beam) is incident on the interface between two media at an acute angle of incidence. If the electromagnetic radiation is 2
Propagated from the side of the optically dense one of the two media, for example, the medium with the higher index of refraction, hereinafter referred to as the first medium, and the angle of incidence (measured from the propagation axis). ), Above a certain critical value which depends on the ratio of the refractive indices of these two media, all electromagnetic radiation is reflected back from the first medium and does not penetrate into the other, i.e. the second medium at all, Thus, it is "total" reflected.

【0007】しかしながら、第2の媒体が薄いフィルム
であり、この第2の媒体に続いて第1の媒体よりも高屈
折率の第3の媒体が存在する場合、放射する電磁放射の
一部分が反射して第1の媒体中に戻る。しかしこの時に
も電磁放射の一部分が第3の媒体に入り込む。言い換え
ると、この場合の内部反射は全反射ではない。従って、
電磁放射の入射角並びに第1の媒体と第2の媒体との各
屈折率が内部全反射のために適しているように思える場
合ではあっても、この場合の内部反射は漏れ内部全反射
と呼ばれる。漏れ内部全反射では、第1の媒体中に反射
して戻る放射の画分は、放射の波長に対する第2の媒体
の厚さの比と、第3の媒体の複合屈折率と、入射する放
射の偏光(polarization)と、に依存す
る。そうしたシステムは、ナノメータ寸法でのギャップ
変動に対してずっと鋭敏であり、従って、参照ディスク
の上方の磁気ヘッドとの間の“浮揚高さ”を、光学的な
干渉の原理に基づく装置によって測定するよりもずっと
正確に測定するために好適なものである。
However, if the second medium is a thin film, followed by a third medium having a higher refractive index than the first medium, a portion of the emitted electromagnetic radiation will be reflected. To return to the first medium. However, a portion of the electromagnetic radiation still enters the third medium. In other words, the internal reflection in this case is not total reflection. Therefore,
Even if the angle of incidence of the electromagnetic radiation and the respective indices of refraction of the first medium and the second medium seem to be suitable for total internal reflection, the internal reflection in this case will be the leakage total internal reflection and be called. In leaky total internal reflection, the fraction of radiation reflected back into the first medium is the ratio of the thickness of the second medium to the wavelength of the radiation, the composite index of the third medium, and the incident radiation. And the polarization of the light. Such systems are much more sensitive to gap variations in nanometer dimensions, and thus the "fly height" between the magnetic head above the reference disk is measured by a device based on the principle of optical interference. It is suitable for measuring with much more accuracy than that.

【0008】米国特許第4,681,451号には、内
部全反射の屈折の現象を使用して、静置されたガラス表
面と別の表面との距離を決定する装置が開示される。こ
の装置では、ガラスブロックが従来からの磁気ヘッドに
代替されている。ガラスブロックと磁気ディスクとの間
の距離が、反射してガラスブロック内に戻る光の強さの
分布を検出するビデオカメラにより画像化される。磁気
ディスクは空力特性をシミュレートするために回転され
得る。
[0008] US Patent No. 4,681,451 discloses an apparatus that uses the phenomenon of total internal reflection refraction to determine the distance between a stationary glass surface and another surface. In this device, the glass block is replaced with a conventional magnetic head. The distance between the glass block and the magnetic disk is imaged by a video camera that detects the distribution of light intensity that reflects back into the glass block. The magnetic disk can be rotated to simulate aerodynamic characteristics.

【0009】この装置の主な欠点は動的特性をテストす
ることができない点、及び、品質管理目的上、磁気ヘッ
ド製造者あるいは消費者にとって必要となり得る、実際
の磁気ヘッドの浮揚高さを測定することができない点に
ある。ディスクドライブ内の幾つかの条件が、ガラス製
のヘッド代替品によってシミュレートされるとはいえ、
この方法で得られる結果は不正確なものである。更に、
光学システムの要求寸法及び質量は相当なものでありそ
れ故、本装置は浮揚する小さい磁気ヘッドのテストに使
用することができないのみならず、ほんの僅かなグラム
数の重さの、実際のバネ取り付けされたヘッドの動力学
を示すこともできない。斯くして、米国特許第4,68
1,451号の装置を、実際のヘッドの特性をテストす
るために使用することはできない。
The major disadvantages of this device are the inability to test its dynamic characteristics and the measurement of the actual flying height of the magnetic head, which may be necessary for a magnetic head manufacturer or consumer for quality control purposes. Is that you can't do that. Although some conditions in the disk drive are simulated by the glass head replacement,
The results obtained with this method are inaccurate. Furthermore,
The required dimensions and mass of the optical system are substantial and therefore the device cannot only be used for testing small flying magnetic heads, but also weigh only a few grams, actual spring mounting Nor can we show the dynamics of the performed head. Thus, US Pat.
The 1,451 device cannot be used to test actual head characteristics.

【0010】米国特許第5,257,093号には、漏
れ内部全反射を使用して、回転するガラス表面と別の表
面との間の近さを決定する別の装置が示される。ここで
は、実際の磁気ヘッドと、一対のガラスレンズ製の代用
磁気ディスクとの間のギャップを決定するための装置が
使用される。一方のガラスレンズは、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の距離を確立
する空力特性を発現する運動状態に設定することができ
る。他方のガラスレンズは静置され、2つのプリズムを
有し、光エネルギーを漏れ内部全反射を受ける表面内に
カップリングし、ヘッドまでの距離を決定する目的下
に、生じた内部反射を観察し且つ測定するために使用さ
れる。
US Pat. No. 5,257,093 shows another device that uses leaky total internal reflection to determine the proximity between a rotating glass surface and another surface. Here, an apparatus for determining a gap between an actual magnetic head and a pair of substitute magnetic disks made of glass lenses is used. One glass lens can be set to a motion state that exhibits aerodynamic characteristics that establishes a distance between the surface of the glass lens and a magnetic head close to the actual device. The other glass lens is stationary, has two prisms, couples light energy into the surface that undergoes leaking total internal reflection and observes the resulting internal reflection for the purpose of determining the distance to the head. And used to measure.

【0011】米国特許第5,257,093号の装置で
は、2つのガラスレンズと2つのプリズムとは物理的に
大きくかつ重いものである必要がある。この装置は、一
方の表面にプリズムを複雑な整合状態で取り付けなけれ
ばならない。毎分数千回転での相対運動に耐えるため
に、これらのガラスレンズは厳しい許容誤差の下に作成
し、回転中に破壊する場合に備えて強靱なハウジング内
に収納するべきである。更には、回転するレンズは急速
に劣化し、従って、頻繁に交換しなくてはならない。交
換には完全かつ複雑な整合手順を伴う。斯くして、こう
したシステムはコストがかかり、複雑である上に適用範
囲も限定的である。
In the device of US Pat. No. 5,257,093, the two glass lenses and the two prisms need to be physically large and heavy. This device requires that the prism be mounted on one surface in a complex alignment. To withstand relative movements at thousands of revolutions per minute, these glass lenses should be made with tight tolerances and housed in a strong housing in case of breaking during rotation. Furthermore, the rotating lens degrades rapidly and therefore must be replaced frequently. The exchange involves a complete and complex alignment procedure. Thus, such systems are costly, complex and have limited application.

【0012】上述の問題は、現在出願中の米国特許出願
番号第08/476,626号に記載される装置では解
決済みであり、この装置では、ガラスのような透明材料
から作成した平坦な、極めてシンプルな参照ディスクが
使用される。光はディスクの一方の側から内部全反射の
臨界角よりも大きなある角度で平坦表面に入射され、ガ
ラスを通して伝搬する。磁気ヘッドがディスクの平坦表
面に接近すると、漏れ内部全反射が生じる。光学的に
は、漏れ内部全反射はいわゆる光子トンネル効果を常に
伴うことも知られている。この効果は、光が、第1の媒
体から、薄い第2の媒体を通して第3の媒体に突き抜け
得ることに基づいたものである。考慮下の場合では磁気
ヘッドと参照ディスクとの間のギャップであるところの
薄い第2の媒体を突き抜ける光の強さは、先に言及した
漏れ内部全反射の場合に参照ディスクに反射して戻る光
の強さに相補するものである。
The above-mentioned problem has been solved in the device described in co-pending U.S. patent application Ser. No. 08 / 476,626, in which a flat, transparent material such as glass is used. A very simple reference disk is used. Light is incident on a flat surface from one side of the disk at an angle greater than the critical angle for total internal reflection and propagates through the glass. As the magnetic head approaches the flat surface of the disk, leaking total internal reflection occurs. Optically, it is also known that leaky total internal reflection always involves the so-called photon tunneling effect. This effect is based on the fact that light can penetrate from a first medium through a thin second medium to a third medium. The light intensity penetrating the thin second medium, which in the case under consideration is the gap between the magnetic head and the reference disk, reflects back to the reference disk in the case of leaky total internal reflection mentioned above. Complementary to light intensity.

【0013】米国特許出願番号第08/476,626
号に記載される装置では、ディスクまでの磁気ヘッドの
距離は、光子トンネル効果に基づいてディスクを離れ、
磁気ヘッドの表面で散乱される光の強さとして測定され
る。ディスクが透明であることから、散乱光はディスク
の、ヘッドと反対の側に位置付けた検出器により測定さ
れる。この測定システムは非常にシンプルかつ安価では
あるが、発生する信号が弱く、そのため暗騒音の中で検
出するのは難しいという欠点がある。そうしたシステム
は小バッチ製造される磁気ヘッドをテストするためには
好適である。即ち、より高感度かつ正確な測定システム
の製造が経済的に引き合わない状況のためには好適なも
のである。
US patent application Ser. No. 08 / 476,626
In the device described in the above item, the distance of the magnetic head to the disk leaves the disk based on the photon tunnel effect,
It is measured as the intensity of light scattered on the surface of the magnetic head. Because the disc is transparent, the scattered light is measured by a detector located on the side of the disc opposite the head. Although this measurement system is very simple and inexpensive, it has the disadvantage that the signals generated are weak and therefore difficult to detect in background noise. Such a system is suitable for testing small batch manufactured magnetic heads. That is, it is suitable for situations where the production of a more sensitive and accurate measuring system is not economically justified.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】前述の米国特許出願番
号第08/476,626号に記載される装置の欠点を
解消する、参照媒体に対する磁気ヘッドの浮揚高さ及び
方向を測定するための測定装置であって、漏れ内部全反
射に基づいてナノメーターでのギャップを高精度で測定
することを特徴とする前記測定装置を提供することであ
る。参照ディスクと磁気ヘッドとの間のギャップを、磁
気ヘッド上の幾つかのポイント位置で同時に測定するた
めの前記測定装置を提供することである。参照ディスク
の表面までの磁気ヘッドの近さのマップを短時間のうち
に得るようにした前記測定装置を提供することである。
実際の磁気ヘッドの浮揚高さを測定し且つ動的挙動をテ
ストするために好適な前記測定装置を提供することであ
る。小型且つ軽量であり、複雑な整合手順が不要であり
しかも厳しい許容誤差を伴わずに製造することのできる
前記測定装置を提供することである。製造費用が安価で
あり、実用用途の範囲が広い前記測定装置を提供するこ
とである。信号対騒音比が高く、大量製造される磁気ヘ
ッドをテストするために好適な前記測定装置を提供する
ことである。
SUMMARY OF THE INVENTION A measurement for measuring the flying height and direction of a magnetic head relative to a reference medium, which overcomes the disadvantages of the device described in the aforementioned U.S. patent application Ser. No. 08 / 476,626. It is an object of the present invention to provide an apparatus for measuring gaps in nanometers with high accuracy based on leaky total internal reflection. It is an object of the present invention to provide a measuring device for simultaneously measuring a gap between a reference disk and a magnetic head at several point positions on the magnetic head. It is an object of the present invention to provide a measuring apparatus which can obtain a map of the proximity of a magnetic head to the surface of a reference disk in a short time.
An object of the present invention is to provide a measuring device suitable for measuring the flying height of an actual magnetic head and testing dynamic behavior. It is an object of the present invention to provide a measuring device that is small and lightweight, does not require complicated alignment procedures, and can be manufactured without tight tolerances. An object of the present invention is to provide a measuring device which is inexpensive to manufacture and has a wide range of practical applications. An object of the present invention is to provide a measuring apparatus suitable for testing a magnetic head which has a high signal-to-noise ratio and is manufactured in large quantities.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、漏れ内
部全反射に基づき、透明なディスクに関する磁気ヘッド
の浮揚高さ及び方向を測定するための測定装置が提供さ
れる。好ましい実施例では、本発明の測定装置は、前述
の透明なディスクを回転状態で支持する電気モーターを
取り付けたハウジングを含む。ディスクは傾斜された側
面を有し、この側面の一方にはレーザーのような光放射
手段が組み付けられ、ディスクの、レーザーと直径方向
に反対側の側面上には光検出手段が取り付けられる。レ
ーザーからの光は、ディスクの傾斜された側面に直交す
る方向に放射される。ディスクの前記傾斜された側面の
傾斜角は45°でありそれ故、光はディスクの胴部を貫
いて伝搬され、ディスクの平行な2つの表面から公称で
の内部全反射をしつつディスクの胴部に入る。その結
果、テストするべき磁気ヘッドが存在しない場合には、
光検出手段は反射光の強度が均一な部分を示す。しかし
ながら、磁気ヘッドがディスク表面に接近され、ディス
ク回転中にある浮揚高さ、即ち、空気クッション上に支
持された場合、接近された磁気ヘッドが内部全反射に漏
れを生じさせ、その結果、検出器の検出する反射光の強
度が減少する。この減少の度合いは、適宜の電子的手段
及びコンピューターを介して浮揚高さの値として変換す
ることができる。本発明の別の実施例では、米国特許出
願番号第08/476,626号に開示される形態の測
定装置が増設され、更にはプロセス処理用ネットワー
ク、例えば平均処理用ネットワークが増設された、前述
の測定装置が含まれる。このデュアルモード構成によれ
ば、各モードのみのための浮揚高さの測定値が別個に提
供され得、あるいは所望に応じて加重平均値あるいは非
加重平均値であり得る単一の複合測定値が提供され得
る。斯くして、このデュアルモードあるいは2サブシス
テム型の測定装置が、上述の前に説明した実施例におけ
る測定装置と、前記米国特許出願番号第08/476,
626号に開示される測定装置との各長所を併せ持つ、
浮揚高さ測定システムを構成する。出力信号は、浮揚高
さの測定改善のために結合され且つプロセス処理するこ
とができる。
According to the present invention, there is provided a measuring device for measuring the flying height and direction of a magnetic head with respect to a transparent disk based on leaky total internal reflection. In a preferred embodiment, the measuring device of the present invention comprises a housing fitted with an electric motor that supports the transparent disk described above in rotation. The disc has inclined sides, one of which is fitted with light emitting means, such as a laser, and the disc is provided with light detecting means on the side diametrically opposite the laser. Light from the laser is emitted in a direction perpendicular to the inclined side of the disk. The angle of inclination of the inclined side of the disk is 45 °, so that light is propagated through the body of the disk and the body of the disk with nominal total internal reflection from the two parallel surfaces of the disk. Enter the department. As a result, if there is no magnetic head to test,
The light detecting means indicates a portion where the intensity of the reflected light is uniform. However, if the magnetic head is approached to the disk surface and is supported on a flying height during rotation of the disk, i.e., on an air cushion, the approached magnetic head causes a leak in total internal reflection, and as a result, the detection The intensity of the reflected light detected by the detector decreases. The degree of this reduction can be converted into a value of the flying height via appropriate electronic means and a computer. In another embodiment of the present invention, a measuring device of the type disclosed in U.S. patent application Ser. No. 08 / 476,626 is added, and further a processing network, for example an averaging network, is added. Measuring devices are included. With this dual mode configuration, the fly height measurement for each mode only can be provided separately, or a single composite measurement that can be a weighted or unweighted average as desired. Can be provided. Thus, this dual-mode or two-subsystem type measuring device is similar to the measuring device in the above-described embodiment in the above-mentioned US patent application Ser. No. 08 / 476,763.
626, which has the advantages of the measuring device disclosed in No. 626,
Construct a flying height measurement system. The output signals can be combined and processed for improved fly height measurement.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】図1から図3には、透明な参照デ
ィスクに関しての磁気ヘッドの浮揚高さ及び方向を測定
するための本発明の1実施例に従う装置が例示される。
磁気ヘッドは屈折率IRを有している。図1は図2を線
I−Iに沿って切断した装置の概略側方断面図であり、
図2は図1の装置の平面図、図3は図1及び図2の装置
の各部品を含む斜視図である。各図から理解されるよう
に、本発明の装置は、垂直上方に伸延し回転軸Zを有す
る出力シャフト14を有する電気モーター12を支持す
るハウジング10を有する。
1 to 3 illustrate an apparatus according to one embodiment of the present invention for measuring the flying height and direction of a magnetic head with respect to a transparent reference disk.
The magnetic head has a refractive index IR. FIG. 1 is a schematic side cross-sectional view of the apparatus taken along line II of FIG.
FIG. 2 is a plan view of the apparatus of FIG. 1, and FIG. 3 is a perspective view including respective parts of the apparatus of FIGS. As can be seen from the figures, the device of the invention comprises a housing 10 supporting an electric motor 12 having an output shaft 14 extending vertically upward and having an axis of rotation Z.

【0017】透明な参照ディスク20(以下、単にディ
スク20とも称する)が、回転駆動及び支持アセンブリ
上に位置決めされた4本のピン19a、19b、19
c、19dにより、取り付けプレート18に装着され
る。ディスク20は表面20b内の相当位置に位置決め
された凹所内に伸延する。前記4本のピンは回転軸Zか
ら等距離離間され、これら回転ピンよりも内側の参照デ
ィスクの中心部には光を伝搬させる透明な部分が残され
る。4本のピン19a、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つの平行面、即ち、第1の平坦面20a及び第2の平
坦面20bと、これら各平坦面間の傾斜側面20cとを
有する切頭円錐形状を有する。例示された実施例ではこ
の傾斜側面20c、は各平坦面20a、20bに対し、
45°に等しい角度で下方に収斂される。ディスク20
の全表面は1ナノメーターrmsあるいはそれ以上の光
学等級に研磨される。第1の平坦面20aの直径D1
と、第2の平坦面20bの直径D2とはディスクの厚さ
Tの偶数倍に等しく、D1−D2=2Tであるのが好ま
しい。好ましい実施例でのディスク20はガラス製であ
り、従来からの磁気ディスクの機材として使用されるガ
ラスのタイプのものであるのが好ましい。ガラス製のデ
ィスクの屈折率IR1は約1.52である。この場合、
IR1はIR未満である。ディスク20は少なくともそ
のチャンネル部分49が光学的に透明である。
A transparent reference disk 20 (hereinafter simply referred to as disk 20) has four pins 19a, 19b, 19 positioned on a rotary drive and support assembly.
It is mounted on the mounting plate 18 by c and 19d. Disk 20 extends into a well-positioned recess in surface 20b. The four pins are equidistant from the rotation axis Z, and a transparent portion for transmitting light is left at the center of the reference disk inside the rotation pins. The four pins 19a, 19b, 19c, 19d extend partially through the disk 20. The disk 20 has a truncated cone shape having two parallel surfaces, a first flat surface 20a and a second flat surface 20b, and an inclined side surface 20c between each of these flat surfaces. In the illustrated embodiment, this inclined side surface 20c, for each flat surface 20a, 20b,
It is converged downward at an angle equal to 45 °. Disk 20
Is polished to an optical grade of 1 nanometer rms or better. Diameter D1 of first flat surface 20a
And the diameter D2 of the second flat surface 20b is equal to an even multiple of the thickness T of the disk, and it is preferable that D1-D2 = 2T. The disk 20 in the preferred embodiment is made of glass and is preferably of the type of glass used as conventional magnetic disk equipment. The refractive index IR1 of the glass disk is about 1.52. in this case,
IR1 is less than IR. The disc 20 has at least its channel portion 49 optically transparent.

【0018】本装置は、例えばボルト(図示せず)によ
ってハウジング10に固定した照射アセンブリ22をも
含んでいる。照射アセンブリ22は、レーザー24、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)のような光源と、光をディスク2
0の内部に結合させるための関連するカプラーとから成
り立つ。カプラーは、視準レンズ26と、平凹レンズ2
8とを含む。レーザー24と、視準レンズ26と、平凹
レンズ28とはレーザー24からの光の放射方向にシー
ケンス的に配列される。平凹レンズ28はディスク20
と同じ材料から作成される。図2から理解されるよう
に、平凹レンズ28はディスク20と同じ材料から作成
され、前述の傾斜側面20cと同一の曲率を有し且つデ
ィスク20の傾斜側面と相対する表面28aをその上部
に有する。この表面28aは、約0.1mmといった非
常に短い距離、傾斜側面20cから離間される。
The apparatus also includes an illumination assembly 22 secured to the housing 10, for example, by bolts (not shown). The illumination assembly 22 includes a light source such as a laser 24, for example, a semiconductor diode laser (wavelength 670 nm) driven by a power supply 25,
And an associated coupler for coupling inside 0. The coupler includes a collimating lens 26 and a plano-concave lens 2.
8 is included. The laser 24, the collimating lens 26, and the plano-concave lens 28 are arranged in sequence in the emission direction of the light from the laser 24. The plano-concave lens 28 is
Created from the same material as As can be seen from FIG. 2, the plano-concave lens 28 is made of the same material as the disc 20, has the same curvature as the above-mentioned inclined side face 20c, and has a surface 28a on the upper side opposite to the inclined side face of the disc 20. . This surface 28a is spaced from the inclined side surface 20c for a very short distance, such as about 0.1 mm.

【0019】検出器アセンブリ30(図2参照)が、照
射アセンブリ22とは反対側でディスク20の傾斜側面
20cに近接してハウジング10内で支持される。検出
器アセンブリ30は、平凹レンズ32と、干渉フィルタ
34と、偏光フィルタ36と、検出器38とを含み、こ
れら全ての要素は照射アセンブリ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と同じ材料から作成され、傾斜側面20cと同
一の曲率を有し且つディスク20の傾斜側面と相対する
表面32aをその上部に有する。表面32aは、約0.
1mmといった非常に短い距離、傾斜側面20cから離
間される。干渉フィルタ34は、運転波長の光のみを通
し、その他の波長の光、即ち暗騒音光は遮断する。
A detector assembly 30 (see FIG. 2) is supported in the housing 10 on the side opposite the illumination assembly 22 and adjacent the inclined side surface 20c of the disk 20. The detector assembly 30 includes a plano-concave lens 32, an interference filter 34, a polarizing filter 36, and a detector 38, all of which are arranged in sequence in the direction of propagation of light from the illumination assembly 22. The plano-concave lens 32 is made of the same material as the disk 20, has the same curvature as the inclined side surface 20c, and has a top surface 32a opposite the inclined side surface of the disk 20. The surface 32a is approximately 0.
It is separated from the inclined side surface 20c by a very short distance such as 1 mm. The interference filter 34 allows only light of the operating wavelength to pass, and blocks light of other wavelengths, that is, background noise light.

【0020】信号対騒音比を高めるために、偏光フィル
タ36が、平坦面20a及び平坦面20bと直交する軸
線に沿って直線的に偏光された光のみを検出器に通すべ
く配列される。検出器38はディスク20から結合され
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(以下、単にCCDとも称する)カメラあるい
は高感度の3つ1組の感光性半導体素子であり得る。検
出器38は、この検出器からの出力信号を分析する、デ
ータ分析ユニット、例えばコンピュータ40に接続され
る。コンピュータは、分析結果を表示するディスプレー
ユニット42を有する。分析結果は一般に、平坦面20
aに関する磁気ヘッドの位置を表す。
To increase the signal-to-noise ratio, a polarizing filter 36 is arranged to pass only light linearly polarized along an axis perpendicular to the flat surfaces 20a and 20b to the detector. Detector 38 generates a signal representative of the light coupled from disk 20. The detector 38 may be a rectangular charge-coupled device (hereinafter simply referred to as CCD) camera or a sensitive triplet of photosensitive semiconductor devices. The detector 38 is connected to a data analysis unit, for example a computer 40, which analyzes the output signal from this detector. The computer has a display unit 42 for displaying the analysis result. The results of the analysis are generally
represents the position of the magnetic head with respect to a.

【0021】テストするべき磁気ヘッド44が磁気ヘッ
ド支持アセンブリに取り付けられる。磁気ヘッド支持ア
センブリのポジショナー48内にはヘッドローダ46が
固定される。ポジショナー48は、ディスク20の平坦
面20a上の任意の所望のポイント位置でのヘッドの正
確なポジショニングを可能とし、磁気ヘッドの半径に関
するヘッドの角度、所謂“スキューアングル”の変更を
可能とする。この目的に適したポジショナー48は米国
特許第5,254,946号に記載される。ディスク2
0は空気、あるいはハウジング10の内部に収納した液
体のような流体環境A内(図1)で回転される。ディス
ク20の材料は、周囲環境の屈折率IR2よりも大きい
屈折率IR1を有することが重要である。空気の場合、
屈折率IR2は約1.00に等しい。
A magnetic head 44 to be tested is mounted on a magnetic head support assembly. A head loader 46 is fixed in a positioner 48 of the magnetic head support assembly. The positioner 48 allows for accurate positioning of the head at any desired point on the flat surface 20a of the disk 20, and allows for changing the head angle with respect to the radius of the magnetic head, the so-called "skew angle". A positioner 48 suitable for this purpose is described in U.S. Pat. No. 5,254,946. Disc 2
Numeral 0 is rotated in a fluid environment A (FIG. 1) such as air or a liquid stored inside the housing 10. It is important that the material of the disc 20 has a refractive index IR1 that is greater than the refractive index IR2 of the surrounding environment. In the case of air,
Refractive index IR2 is equal to about 1.00.

【0022】(装置の運転の説明) 装置の運転を開始するに際し、先ず光源24のスイッチ
を入れる。光源24からの光は視準レンズ26を通過
し、ディスク20の傾斜側面20cの側方長さと等しい
直径Dを有する視準光ビームB(以下、単に光ビームB
とも称する)に変換される(図1)平凹レンズ28が、
この視準光ビームBを平行状態で傾斜側面20cを通過
できるようにする(図2)。
(Explanation of Operation of Apparatus) When the operation of the apparatus is started, first, the light source 24 is turned on. Light from the light source 24 passes through the collimating lens 26 and has a collimated light beam B having a diameter D equal to the lateral length of the inclined side surface 20c of the disk 20 (hereinafter simply referred to as light beam B).
(FIG. 1) is converted into
The collimating light beam B is allowed to pass through the inclined side surface 20c in a parallel state (FIG. 2).

【0023】図1に示されるように、光ビームBは傾斜
側面20cと直交する状態でディスク20に入り、ガラ
ス−空気界面からの内部全反射の臨界角度41°よりも
大きい45°の角度で平坦面20a及び20bに照射さ
れる。図1ではそうした界面の位置は平坦面20a及び
20bと一致している。言い換えると、ディスク20を
通過して伝搬するに際し、光ビームBは平坦面20a及
び20bから何度も内部全反射し、従って鋸歯状の経路
を通過する。光ビームBは平坦面20a及び20bの直
径の方向に沿って且つこの直径方向に重なるチャンネル
部分49(図4)内を伝搬する。
As shown in FIG. 1, the light beam B enters the disk 20 at right angles to the inclined side surface 20c and at an angle of 45 ° which is greater than the critical angle of total internal reflection 41 ° from the glass-air interface. Irradiation is performed on the flat surfaces 20a and 20b. In FIG. 1, the position of such an interface coincides with the flat surfaces 20a and 20b. In other words, as it propagates through the disk 20, the light beam B is totally internally reflected many times from the flat surfaces 20a and 20b, and thus passes through a sawtooth path. The light beam B propagates along the direction of the diameter of the flat surfaces 20a and 20b and in the diametrically overlapping channel portion 49 (FIG. 4).

【0024】先に言及したように、第1の平坦面20a
の直径D1と、第2の平坦面20bの直径D2とはディ
スク20の厚さTの偶数倍に等しく、光は、検出器アセ
ンブリ30の側の位置でディスク20を出るが、この場
合、光が出る表面上での位置は入射する表面での位置と
同じである(図1)。言い換えると、傾斜側面20cの
光源側での光の入るポイント位置a1は検出器側での光
の出るポイント位置a2に相当する。更には、光ビーム
Bの第1の平坦面20a(図2)への投射はディスクの
中心に関して対称的である。図1に示されるように、D
1=6Tであり、D2=4Tであり、光ビームBは第2
の平坦面20bで3回反射する。D1=4TでありD2
=2Tである別態様例では、光ビームBは第2の平坦面
20b位置でただ1度反射する。
As mentioned above, the first flat surface 20a
And the diameter D2 of the second flat surface 20b are equal to an even multiple of the thickness T of the disc 20, and light exits the disc 20 at a location on the side of the detector assembly 30, where light The position on the surface where the light exits is the same as the position on the incident surface (FIG. 1). In other words, the point position a 1 of the start of light at the light source side of the inclined side surface 20c corresponds to a point located a 2 out of light at the detector side. Furthermore, the projection of the light beam B on the first flat surface 20a (FIG. 2) is symmetric with respect to the center of the disc. As shown in FIG.
1 = 6T, D2 = 4T, and the light beam B is the second
Are reflected three times on the flat surface 20b of the light source. D1 = 4T and D2
= 2T, the light beam B reflects only once at the position of the second flat surface 20b.

【0025】ディスク20を出た光ビームBは、この光
ビームBを平行状態に維持する平凹レンズ32、干渉フ
ィルタ34を通り、次いで偏光フィルタ36を通過して
検出器38に入る。検出器38は、光ビームの光学的強
度の信号を電気信号に変換し、これをコンピュータ40
に送る。コンピュータ40はこれらの電気信号を分析
し、その結果をディスプレー42上に表示する。検出器
38がCCDセンサ列形態のものである場合、検出結果
はこのCCDセンサ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5に示される。デ
ィスク20が理想的なものであり、光ビームが均質なも
のであれば矩形領域50全体の明るさは一様となる。
The light beam B exiting the disk 20 passes through a plano-concave lens 32 and an interference filter 34 which maintain the light beam B in a parallel state, and then passes through a polarizing filter 36 and enters a detector 38. The detector 38 converts the signal of the optical intensity of the light beam into an electric signal,
Send to Computer 40 analyzes these electrical signals and displays the results on display 42. When the detector 38 is of the CCD sensor array type, the detection result is displayed as a rectangular area 50 corresponding to the shape of the detection area of the CCD sensor array. This is shown in FIG. If the disk 20 is ideal and the light beam is uniform, the brightness of the entire rectangular area 50 will be uniform.

【0026】次いで磁気ヘッド44が、先に言及した位
置決め機構48を使用して、第1の平坦面20aの上方
での、伝搬する光ビームBが投射される位置に相当する
所定の位置に正確に位置決めされる。次いで磁気ヘッド
はディスク20の第1の平坦面20aに向けて移動され
る。ディスク20は、モータ12により約4000rp
mの速度で中心軸線Zの周囲を回転され、これにより生
じる相対的な空気流れが磁気ヘッド44を空気クッショ
ン上で浮揚する、即ちディスク20からある距離Gの位
置に浮揚させる状態で支持する。この距離あるいはギャ
ップGは20ないし30ナノメータのオーダーのもので
ある。ギャップが十分に小さい場合、磁気ヘッド面の下
方のポイント位置で漏れ内部全反射が生じる。漏れ内部
全反射が生じると、第1の平坦面20aの、磁気ヘッド
44を位置付けた領域で反射しディスク20の胴部内に
戻る光の強さが低下する。その結果、コンピュータのデ
ィスプレー42上には、第1の平坦面20aに接近され
た磁気ヘッド44の部分が暗くなることで、磁気ヘッド
44のイメージが再生される。この暗い部分は図5では
磁気ヘッド44の投射部分44c及び44dに相当する
ストリップ44a及び44bとして示される。
Next, the magnetic head 44 is precisely positioned above the first flat surface 20a at a predetermined position corresponding to the position where the propagating light beam B is projected, using the above-mentioned positioning mechanism 48. Is positioned. Next, the magnetic head is moved toward the first flat surface 20a of the disk 20. The disk 20 is driven at about 4000 rpm by the motor 12.
Rotated about the central axis Z at a speed of m, the resulting relative airflow supports the magnetic head 44 so that it floats above the air cushion, i.e., at a distance G from the disk 20. This distance or gap G is of the order of 20 to 30 nanometers. If the gap is small enough, leaking total internal reflection will occur at the point below the surface of the magnetic head. When leakage internal total reflection occurs, the intensity of light reflected on the first flat surface 20 a in the region where the magnetic head 44 is positioned and returned into the body of the disk 20 decreases. As a result, the portion of the magnetic head 44 approaching the first flat surface 20a becomes dark on the display 42 of the computer, so that the image of the magnetic head 44 is reproduced. This dark portion is shown in FIG. 5 as strips 44a and 44b corresponding to the projection portions 44c and 44d of the magnetic head 44.

【0027】先に述べたように、明るさは、光学的波長
その他に対するギャップの比に依存する関数を有してい
る。従って、コンピュータの出力データをギャップGの
絶対値に変換することが可能である。ディスク20が回
転するに従い、ある時間の時に光ビームBはピン19
(図2)により遮られる。光の散乱を回避し且つ信号対
騒音比を高めるために、光ビームBがピン19と遭遇し
ている間、光源24及び検出器38を、共に電気的に遮
断されるように同調させる。CCDセンサ列の場合、通
常は標準的なCCDカメラの一体部分である電子シャッ
タを使用することにでそうした遮断を実施する事ができ
るため、その説明を省略する。レーザー源の場合、遮断
は電源25による電流変調原理により斯界に既知の様式
下に実現され得る。
As mentioned earlier, brightness has a function that depends on the ratio of the gap to the optical wavelength and others. Therefore, it is possible to convert the output data of the computer into the absolute value of the gap G. As the disk 20 rotates, at a certain time, the light beam B
(FIG. 2). While light beam B encounters pin 19, light source 24 and detector 38 are tuned together so that they are electrically isolated to avoid light scattering and increase the signal to noise ratio. In the case of a CCD sensor array, such an interruption can be implemented by using an electronic shutter which is usually an integral part of a standard CCD camera, and therefore, the description thereof is omitted. In the case of a laser source, the interruption can be achieved in a manner known in the art by the principle of current modulation by the power supply 25.

【0028】(本発明のその他の実施例) 本発明の装置は、高感度の一組の感光性半導体素子の形
態を有する検出器38を有し得る。そうした検出器の1
実施例が図6に概略例示され、3つの高感度のスモール
エリア型感光性半導体素子P1、P2、P3が、第1の
平坦面20a上の磁気ヘッド44の投射範囲内での所定
ポイントに相当する所定ポイントに位置付けられてい
る。
Other Embodiments of the Invention The device of the present invention may include a detector 38 in the form of a sensitive set of photosensitive semiconductor elements. One of such detectors
An example is schematically illustrated in FIG. 6, in which three high-sensitivity small-area photosensitive semiconductor elements P1, P2 and P3 correspond to predetermined points in the projection range of the magnetic head 44 on the first flat surface 20a. It is positioned at a predetermined point.

【0029】本実施例での検出器を有する装置は第1実
施例の装置と同じ様式で運転されるが、第1の平坦面2
0aで反射される光ビームの強さが前述の3つの所定ポ
イント位置で決定される点が異なっている。これら所定
のポイント位置で測定された光ビームの強さは既知の関
係式を使用して再計算され、それらポイント位置でのギ
ャップの値として算出される。言い換えると、3つの所
定のポイント位置での測定値がディスクの第1の平坦面
20aに関する磁気ヘッドの表面44c及び44dの相
対的な位置及び方向に関する完全な情報を提供する。
The device with the detector of this embodiment operates in the same manner as the device of the first embodiment, but with the first flat surface 2.
The difference is that the intensity of the light beam reflected at Oa is determined at the aforementioned three predetermined point positions. The light beam intensities measured at these predetermined point positions are recalculated using a known relational expression, and are calculated as the value of the gap at those point positions. In other words, measurements at three predetermined point locations provide complete information regarding the relative position and orientation of the surfaces 44c and 44d of the magnetic head with respect to the first flat surface 20a of the disk.

【0030】図7には本発明の第3実施例が示される。
本実施例は、ディスク120がその底面120bを上側
にした、反射コーティング121を有するものとして例
示される。反射コーティング121は、別のガラスディ
スク123のような支持ディスクに接着剤などにより装
着され、このガラスディスク123は結局、電気モータ
132のシャフト160に取り付けられる。この第3実
施例では装置には、ディスクが回転する間に光ビームを
遮るピン19a、19b、19c、19dは装備されな
い。従って、この第3実施例では検出器及び光源を遮断
させる必要はない。そうでない場合には本システムは前
に説明したような様式下に運転される。
FIG. 7 shows a third embodiment of the present invention.
This embodiment is illustrated as a disk 120 having a reflective coating 121 with its bottom surface 120b on top. The reflective coating 121 is attached to a support disk, such as another glass disk 123, with an adhesive or the like, and the glass disk 123 is eventually mounted on the shaft 160 of the electric motor 132. In this third embodiment, the device is not equipped with pins 19a, 19b, 19c, 19d which block the light beam while the disc is rotating. Therefore, it is not necessary to shut off the detector and the light source in the third embodiment. If not, the system operates in the manner described above.

【0031】図8には別態様での本発明のシステムが示
される。本システムは図1に示されるそれと類似のもの
であるが、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を追加的に含んでい
る。図8では図1のそれに相当する要素には同じ参照番
号が付記されるが、それら要素は、コンピュータ40を
除き、図1に関連して先に説明したような機能を有して
いる。図8のシステムは検出器130と、この検出器1
30をディスク20の下面に向けて、磁気ヘッド44に
向けて、本第3実施例では磁気ヘッド44と軸方向に整
列する位置に位置決めするアセンブリとを更に有してい
る。検出器130とこのアセンブリとは機能的には、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16に相当する機能を有する
ものである。
FIG. 8 shows an alternative embodiment of the system of the present invention. The system is similar to that shown in FIG. 1, but additionally includes a subsystem of the type described in U.S. Ser. No. 08 / 476,626. In FIG. 8, elements corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, but have the same functions as those described above with reference to FIG. The system of FIG. 8 includes a detector 130 and this detector 1.
The third embodiment further includes an assembly for positioning the disk drive 30 toward the lower surface of the disk 20 and toward the magnetic head 44. In the third embodiment, the assembly is positioned to be aligned with the magnetic head 44 in the axial direction. Detector 130 and this assembly functionally correspond to detector 84 and assembly 16 described in U.S. patent application Ser. No. 08 / 476,626.

【0032】斯くして、磁気ヘッド44がディスク20
の図で上側の表面上を横断して移動するに従い、この移
動に追随して検出器がディスク20の図で下側を移動す
る。検出器130は、ディスク20の上面と磁気ヘッド
との間のギャップを横断しディスク20の内部から出る
光を検出する。この場合、ディスク20から出た光は磁
気ヘッド44で反射され、前記ギャップを横断して戻
り、ディスク20を横断して検出器130に入る。米国
特許出願番号第08/476,626号に記載されるシ
ステムにおけるように、検出器130は入射光を表す信
号を発生し、発生した信号をコンピュータ40に送る。
Thus, the magnetic head 44
As it moves across the upper surface in the figure, the detector moves down in the figure of the disc 20 following this movement. The detector 130 detects light exiting from the inside of the disk 20 across the gap between the upper surface of the disk 20 and the magnetic head. In this case, the light exiting the disk 20 is reflected by the magnetic head 44, returns across the gap, and enters the detector 130 across the disk 20. As in the system described in US patent application Ser. No. 08 / 476,626, detector 130 generates a signal representative of the incident light and sends the generated signal to computer 40.

【0033】コンピュータ40はその1運転モードにお
いて、検出器130と、図1に関連して説明した検出器
アセンブリ30とにより送られる各信号からギャップG
の値を別々に決定する。別の運転モードにおいて、コン
ピュータ40は予め決定された様式下にこれらの決定さ
れた測定値を結合し、ギャップGの単一の複合測定値を
算出する。例えばこの複合測定値は、所望に応じ、別個
に入手したギャップGの測定値の単純平均値であり、あ
るいは加重平均値であり得る。図8に示す形態では、ユ
ーザーはディスク20の上方での磁気ヘッド44の浮揚
高さの決定を最適化するために、コンピュータ40の運
転モードを選択的に決定することができる。
In one of its operating modes, the computer 40 calculates the gap G from each signal sent by the detector 130 and the detector assembly 30 described with reference to FIG.
Are determined separately. In another mode of operation, the computer 40 combines these determined measurements in a predetermined manner and calculates a single composite measurement of the gap G. For example, the composite measurement may be a simple average or a weighted average of the separately obtained gap G measurements, as desired. In the embodiment shown in FIG. 8, the user can selectively determine the operation mode of the computer 40 in order to optimize the determination of the flying height of the magnetic head 44 above the disk 20.

【0034】斯くして、本発明が透明な媒体に関しての
磁気ヘッドの浮揚高さ及び方向を測定するための装置で
あって、漏れ内部全反射に基づいてナノメーターでのギ
ャップ寸法を高精度で測定する装置を提供することが示
された。本発明の装置によれば、磁気ヘッドの幾つかの
ポイント位置での、この磁気ヘッド及び参照ディスク間
のギャップの測定を同時に行うことができる。本発明に
よれば、短時間の内に参照ディスクの表面に対する磁気
ヘッドの近さのマップを得ることもできる。本発明によ
れば、実際の磁気ヘッドの動的挙動及び浮揚高さを測定
する事ができる。本発明の装置は小型且つ軽量であり、
複雑な整合手順を必要とせず、しかも厳しい許容誤差を
伴わずに製造することが出来、製造及び運転コストも安
価であり、広範な実用用途がある。最後に、本発明の装
置は高い信号対騒音比を特徴とし、大量製造される磁気
ヘッドをテストするために好適である。
Thus, the present invention is an apparatus for measuring the flying height and direction of a magnetic head with respect to a transparent medium, wherein the gap size in nanometers is accurately determined based on leaky total internal reflection. It has been shown to provide a device for measuring. According to the apparatus of the present invention, it is possible to simultaneously measure the gap between the magnetic head and the reference disk at several point positions of the magnetic head. According to the present invention, a map of the proximity of the magnetic head to the surface of the reference disk can be obtained within a short time. According to the present invention, the actual dynamic behavior and flying height of a magnetic head can be measured. The device of the present invention is small and lightweight,
It can be manufactured without the need for complex alignment procedures and with tight tolerances, has low manufacturing and operating costs, and has a wide range of practical applications. Finally, the device according to the invention is characterized by a high signal-to-noise ratio and is suitable for testing magnetic heads manufactured in large quantities.

【0035】以上、本発明を実施例を参照して説明した
が、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解され
たい。たとえば、光源24は白熱光源あるいは発光ダイ
オードとして良く、光ファイバーを含むものであっても
よい。ディスクの傾斜側面を全反射コーティング材でコ
ーティングすることも可能である。空間解像度及び信号
対騒音比は低くなるが、レンズ28、32、フィルタ3
4、36を省略しても良い。CCDセンサ列及び一組の
感光性半導体素子を、ビームスプリッタを使用する状態
下に一体システムとして結合させてもよい。更には、デ
ィスクの第1及び第2の各平坦面を磁気ヘッド位置に関
して逆転させても良い。また、信号対騒音比は低下する
が、ディスクの傾斜角度と、ディスクの第1の平坦面2
0a及び第2の平坦面20bと光ビームBとの間の角度
との間の角度を45°以外の角度とすることもできる。
While the present invention has been described with reference to illustrative embodiments, it will be understood that various modifications can be made within the present invention. For example, the light source 24 may be an incandescent light source or a light emitting diode, and may include an optical fiber. It is also possible to coat the inclined side surface of the disk with a total reflection coating material. Although the spatial resolution and the signal-to-noise ratio are low, the lenses 28 and 32, the filter 3
4 and 36 may be omitted. An array of CCD sensors and a set of photosensitive semiconductor elements may be combined as an integrated system using a beam splitter. Further, the first and second flat surfaces of the disk may be reversed with respect to the position of the magnetic head. Also, although the signal-to-noise ratio is reduced, the tilt angle of the disc and the first flat surface 2 of the disc are reduced.
The angle between Oa and the angle between the second flat surface 20b and the light beam B may be an angle other than 45 °.

【0036】[0036]

【発明の効果】参照媒体に対する磁気ヘッドの浮揚高さ
及び方向を測定するための測定装置であって、漏れ内部
全反射に基づいてナノメーターでのギャップを高精度で
測定することを特徴とする測定装置が提供される。参照
ディスクと磁気ヘッドとの間のギャップを、磁気ヘッド
上の幾つかのポイント位置で同時に測定するための前記
測定装置が提供される。参照ディスクの表面までの磁気
ヘッドの近さのマップが短時間のうちに得られるように
なる。実際の磁気ヘッドの浮揚高さを測定し且つ動的挙
動をテストするために好適な前記測定装置が提供され
る。小型で軽量であり、複雑な整合手順が不要でありし
かも厳しい許容誤差を伴わずに製造することのできる前
記測定装置が提供される。製造費用が安価であり、実用
用途の範囲が広い前記測定装置が提供される。信号対騒
音比が大きく、大量製造される磁気ヘッドをテストする
ために好適な前記測定装置が提供される。
According to the present invention, there is provided a measuring apparatus for measuring the flying height and direction of a magnetic head with respect to a reference medium, wherein the gap in nanometer is measured with high accuracy based on total internal reflection of leakage. A measuring device is provided. A measuring device is provided for simultaneously measuring the gap between a reference disk and a magnetic head at several point locations on a magnetic head. A map of the proximity of the magnetic head to the surface of the reference disk can be obtained in a short time. The above-described measuring apparatus suitable for measuring the flying height of an actual magnetic head and testing dynamic behavior is provided. The measuring device is provided which is small and lightweight, does not require complicated alignment procedures and can be manufactured without tight tolerances. The above-described measuring device is provided which has a low manufacturing cost and a wide range of practical applications. The above-described measuring apparatus is provided, which has a high signal-to-noise ratio and is suitable for testing a magnetic head manufactured in large quantities.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の1実施例に従う、透明なディスクに関
する磁気ヘッドの浮揚高さ及び方向を測定するための測
定装置の概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a measuring device for measuring the flying height and direction of a magnetic head with respect to a transparent disk according to one embodiment of the present invention.

【図2】図1の測定装置の概略平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view of the measuring device of FIG.

【図3】図1及び図2の測定装置実施例の基本的部品を
例示する斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view illustrating basic components of the embodiment of the measuring apparatus of FIGS. 1 and 2;

【図4】ガラス製のディスクと、光が伝搬するところの
チャンネル部分とを例示する斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view illustrating a glass disk and a channel portion through which light propagates.

【図5】電荷結合センサ列の形態での装置の検出部分の
例示図である。
FIG. 5 is an illustration of the detection part of the device in the form of a charge-coupled sensor array.

【図6】高感度の感光性半導体素子の形態での本装置の
検出部分の例示図である。
FIG. 6 is an illustration of the detection part of the device in the form of a highly sensitive photosensitive semiconductor element.

【図7】透明なディスクを電気モーターに装着するため
の別態様での手段を伴う、図1の実施例と類似の概略断
面図である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view similar to the embodiment of FIG. 1, with alternative means for mounting the transparent disc to the electric motor.

【図8】図1に示す形態での測定装置を含み、米国特許
第08/476,626号に示す形態の装置を増設し、
プロセス処理用ネットワークを増設した、別態様での測
定装置の概略断面図である。
8 includes a measuring device in the form shown in FIG. 1 and an additional device in the form shown in US Pat. No. 08 / 476,626;
It is a schematic sectional drawing of the measuring device in another aspect which added the network for process processing.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

14 出力シャフト 12 電気モーター 10 ハウジング 20 参照ディスク 19a、19b、19c、19d ピン 18 取り付けプレート 20 ディスク 20a 第1の平坦面 20b 第2の平坦面 20c 傾斜側面 49 溝部分 22 照射アセンブリ 24 レーザー 25 電源 26 視準レンズ 28 平凹レンズ 30、130 検出器アセンブリ 34 干渉フィルタ 36 偏光フィルタ 38 検出器 40 コンピュータ 42 ディスプレーユニット 44 磁気ヘッド 48 ポジショナー 46 ヘッドローダ Reference Signs List 14 output shaft 12 electric motor 10 housing 20 reference disk 19a, 19b, 19c, 19d pin 18 mounting plate 20 disk 20a first flat surface 20b second flat surface 20c inclined side surface 49 groove portion 22 irradiation assembly 24 laser 25 power supply 26 Collimating lens 28 plano-concave lens 30, 130 detector assembly 34 interference filter 36 polarizing filter 38 detector 40 computer 42 display unit 44 magnetic head 48 positioner 46 head loader

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【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、 前記磁気ヘッドが1つの参照ポイント位置を有する参照
表面を含み、 A.直径D1の平坦な第1の円形表面と、直径D2の平
坦な第2の円形表面と、これら第1及び第2の各円形表
面間を伸延する側面とを有し、前記第1及び第2の各円
形表面が共通の中心軸線と直交し且つ該中心軸線の周囲
に配置されてなる切頭円錐形状のディスクにして、前記
第1及び第2の各円形表面の各直径方向に沿って伸延し
且つこれらの直径方向に重なる少なくとも1つのチャン
ネル部分を有し、該チャンネル部分が光学的に透明な切
頭円錐形状のディスクと、 B.磁気ヘッドを、該磁気ヘッドの前記参照表面を第1
の円形表面に近接して相対する状態に選択的に支持する
ための手段を含む磁気ヘッド支持アセンブリと、 C.前記切頭円錐形状のディスクをその第2の円形表面
位置で支持し且つ該切頭円錐形状のディスクを前記中心
軸線を中心として選択的に回転させるための回転駆動及
び支持アセンブリにして、該回転により、前記磁気ヘッ
ド支持アセンブリにより支持された磁気ヘッドが、第1
の円形表面からギャップGの距離、少なくとも部分的に
は流体の動的力により離間される回転駆動及び支持アセ
ンブリと、 D.光源及び、該光源からの光を前記側面を通し、前記
中心軸線に関し変位した角方向で切頭円錐形状のディス
ク内に部分的に連結するための、前記光源と関連するカ
プラーにして、連結された光が第1及び第2の各円形表
面間で内部全反射される光源及び関連するカプラーと、 E.前記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、
該カプラーが、前記チャンネル部分及び側面を通過した
光を前記第1の光検出器に連結し、該第1の光検出器
が、該第1の光検出器に連結された光を表し且つ第1の
円形表面に関する磁気ヘッドの位置を表す第1の信号を
発生するための手段を含む、第1の光検出器及び関連す
るカプラーと、 F.切頭円錐形状のディスクの第2の円形表面に相対し
て配置され、磁気ヘッドに相対して配置された検出手段
を含む第2の光検出器にして、磁気ヘッドの参照表面上
の参照ポイント位置に相対するポイント位置での、切頭
円錐形状のディスクの内部領域から伝搬される光の強度
を検出し、該強度を表す第2の信号を発生するための第
2の光検出器と、 を含み、 G.前記切頭円錐形状のディスクの屈折率がIR1であ
り、該切頭円錐形状のディスクが屈折率がIR2である
流体媒体内に位置決めされ、前記該屈折率IR1がIR
2よりも大きく且つIR未満であり、前記第1の信号及
び第2の信号がコンピュータに送られ、該コンピュータ
が第1の信号及び第2の信号の夫々から前記ギャップG
の測定値を別々に決定しまたはこれら別々に決定された
測定値を結合してギャップGの複合測定値を算出するよ
うにした、 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。
1. An apparatus for measuring a position of a magnetic head with respect to a rotating flat surface, the magnetic head including a reference surface having one reference point position, A first circular surface having a diameter D1; a second circular surface having a diameter D2; and a side surface extending between the first and second circular surfaces; A circular frusto-conical disk, each circular surface of which is orthogonal to a common central axis and disposed about the central axis, extending along each diametric direction of said first and second circular surfaces. B. at least one diametrically overlapping channel portion, said channel portion being an optically transparent frusto-conical shaped disc; A magnetic head, the reference surface of the magnetic head being a first
B. a magnetic head support assembly including means for selectively supporting in close proximity to said circular surface; A rotational drive and support assembly for supporting the frusto-conical disk at its second circular surface location and for selectively rotating the frusto-conical disk about the central axis; The magnetic head supported by the magnetic head support assembly is
C. a rotary drive and support assembly spaced apart from the circular surface of the gap G by at least partially the dynamic force of the fluid; A light source and a coupler associated with the light source for partially coupling the light from the light source through the side surface into an angularly frustoconical disk displaced with respect to the central axis; B. a light source and an associated coupler whose total light is totally internally reflected between the first and second circular surfaces; A first photodetector and associated coupler positioned opposite the light source and associated coupler;
The coupler couples light passing through the channel portion and the side surface to the first photodetector, wherein the first photodetector represents light coupled to the first photodetector and A. a first photodetector and an associated coupler, including means for generating a first signal representative of a position of the magnetic head with respect to the one circular surface; A second photodetector disposed opposite the second circular surface of the frustoconical disk and including detection means disposed relative to the magnetic head, wherein the second optical detector includes a reference point on a reference surface of the magnetic head. A second photodetector for detecting the intensity of light propagating from the interior region of the frustoconical disk at a point location relative to the location and generating a second signal indicative of the intensity; G. The truncated conical disk has an index of refraction IR1, the frustoconical disk is positioned in a fluid medium having an index of refraction IR2, and the index of refraction IR1 is IR1.
2 and less than the IR, the first signal and the second signal are sent to a computer, which calculates the gap G from each of the first signal and the second signal.
Apparatus for measuring the position of a magnetic head with respect to a rotating flat surface, wherein the measured values of the magnetic heads are separately determined or the separately determined measured values are combined to calculate a composite measured value of the gap G. .
【請求項2】 第1の信号及び第2の信号に応答し、浮
揚高さの複合測定値信号を発生するためのプロセス処理
ネットワークを含んでいる請求項1の装置。
2. The apparatus of claim 1 including a processing network responsive to the first signal and the second signal to generate a composite fly height measurement signal.
【請求項3】 プロセス処理ネットワークが、第1の信
号及び第2の信号の平均値である浮揚高さ信号を確立す
る請求項1の装置。
3. The apparatus of claim 1, wherein the processing network establishes a fly height signal that is an average of the first signal and the second signal.
【請求項4】 第1の信号及び第2の信号の平均値が加
重平均値である請求項3の装置。
4. The apparatus of claim 3, wherein the average of the first signal and the second signal is a weighted average.
【請求項5】 第1の信号及び第2の信号の平均値が加
重平均値であり、第1の信号の加重値が第2の信号の加
重値とは不等である請求項3の装置。
5. The apparatus of claim 3, wherein the average of the first and second signals is a weighted average, and the weight of the first signal is unequal to the weight of the second signal. .
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