JP3095418B2 - 記憶媒体に関する変換用のヘッドの動的な位置及び方位を決定するための装置 - Google Patents

記憶媒体に関する変換用のヘッドの動的な位置及び方位を決定するための装置

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JP3095418B2
JP3095418B2 JP09502011A JP50201197A JP3095418B2 JP 3095418 B2 JP3095418 B2 JP 3095418B2 JP 09502011 A JP09502011 A JP 09502011A JP 50201197 A JP50201197 A JP 50201197A JP 3095418 B2 JP3095418 B2 JP 3095418B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は短い距離の測定に関し、特に、磁気ヘッド及
び磁気記憶ディスクのような、接近状態で離間する物体
間の、これら物体が相対的に移動する際の間隙を測定す
るための装置及び方法に関する。
〔従来の技術〕
大抵のディジタルコンピューターシステムにはデータ
記憶装置が含まれ、このデータ記憶装置には、磁気材料
をコーティングした回転するディスクと、このディスク
上の磁気材料に情報を記憶させ、また情報を取り出すた
めの関連する変換器とが含まれる。情報は、高密度記
憶、データ位置への素早いアクセス、システムコンポー
ネンツの高い信頼性のみならずデータの完全性を可能な
らしめるとともに全体的にサイズの小さい、周知のコン
ベンションやフォーマットに従い記憶されそして引出さ
れる。システムのこうした特性を改善するための多くの
方策が用いられた。例えば、記憶媒体、トランスデュー
サーその他の改良である。高性能システムにおいて特に
取り組まれた１つの主領域は、トランスデューサーと回
転するディスクとの相対位置制御における改善である。
高性能の記憶システムではディスクとトランスデューサ
ー或はヘッドとは、良好に管理された物理的公差内の構
造のものとされている。一般にディスクは高速で回転
し、ヘッドはディスクに向けて偏倚される。ヘッドとデ
ィスクとの間の相対的な空気の流れにより、ヘッドは、
ディスクが高速回転することと、ヘッドの空気力学とが
結合して生じるエアクッション上に乗り上がる。或る形
態では、ヘッドはばね偏倚力を使用してディスクに関し
て吊り下げられ、別の形態ではヘッドは、ヘッドの空気
力学によって、回転するディスクから離れて比較的狭い
運動範囲で“浮いている”ように見える。
そうした全てのシステムでは、回転するディスクに関
するヘッドの偏倚を制御することが重要となる。一般的
に、ヘッドとディスクとの間の距離が小さい程、ディス
クに記憶する情報をより正確なものとすることができる
ようになる。ヘッドとディスクとの間の距離は“ヘッド
間隙”或は“間隙”と称され、従来の高性能システムで
のそれは100万分の１インチ（約25.4mm/106）、即ちマ
イクロインチのオーダーのものである。
ヘッド間隙を正確に制御するためには、ヘッドの空気
力学が主要な設計パラメーターとなる。設計プロセスの
みならず製造においても、システムが望ましい性能基準
に合致し得ること、或は合致することを保証するために
は、ヘッド間隙だけでなくヘッドの方位をも計測できる
ことが重要である。そうした計測値を、最適システムの
設計及び運転を実現するための十分な精度とともに得る
ことは困難であることが分かった。
現在、幾つかの光学的技法が、コンピューターデータ
記憶システムの磁気トランスデューサー或はヘッドと、
回転する磁気ディスクとの間のナノメーターでの間隙を
動的に測定するために最も有効裡に使用されている。
１つの計測方法は、光線間の干渉現象に基づいた光学
干渉計使用法と称するものである。この方法は、２つの
光学的波列が交互に明暗をなす或は種々の色のライン、
バンド或は縞を作り出す相互干渉効果に基づくものであ
る。２つの物体の相対するほぼ平行な表面間の間隙を測
定する場合、一方の物体が透明であれば、光のビーム
を、このビームの軸が各表面と基本的に直交するように
して透明な物体の胴部を貫かせ、測定するべき間隙内に
送り込む。２つの物体の各表面で反射された光のビーム
は検出要素の位置で最終的に再結合し、その縞模様が
“読み取られ”る。光学システムは、光のビーム間の行
路の差が、この光学システムを使用して計測しようとす
るところの距離と関連付けられるような設計とされる。
光学上、検出要素の収集する本来の光の僅かな部分は部
分的には、光の波長に対する行路の差の比に基づくこと
が知られている。この関係は間隙計測のための較正表と
して使用される。
米国特許第4,813,782号に記載される特定用途におけ
る光学干渉計使用法は、コンピューターディスクドライ
ブの磁気ヘッドと、平坦な参照ディスクとの間のナノメ
ーターでの間隙を測定するものである。ハードディスク
ドライブの作業状況をシュミレートするために参照ディ
スクが高速で回転され、ばねにより押し下げられたヘッ
ドがディスク上で、このディスクの回転により生み出さ
れた濃密なエアクッション上で浮揚する。かくして、ヘ
ッドは参照ディスクの上方を“浮揚”し、或は“浮揚高
さ”を有し、参照ディスクを使用して磁気ヘッドの浮揚
の挙動を動的に試験することができる。参照ディスクは
ガラスのような、光学的に透明な材料で作製し、光のビ
ームは磁気ヘッドと相対する側からディスクを貫くよう
にして配向される。エアクッションを境界付ける表面で
反射された光のビームの成分が、結局、干渉を生じ、こ
の干渉により生じた縞が読み取られ、較正曲線の使用を
通して間隙値が求められる。
上述の方法の主たる欠点は、較正曲線がその最小点及
び最大点付近では平坦であって計測の精度が著しく低下
して不正確となることである。こうした不正確さは、ヘ
ッドとディスクとの間隙が光の波長の1/4に近い場合に
特に生じる。加えて、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点位置での測定値を同時に
得ることができず、従って、表面間の間隙のマップを得
るためには時間浪費的な測定点ごとの測定を行う必要も
ある。今のところ、反射光のスペクトル強度を測定する
ための市販入手可能な分光光度機器を使用して確実に測
定し得る最小間隙は90ナノメーターである。
物体間の間隙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くも
のである。内部全反射は、電磁波、例えば光線が２つの
媒体間のインターフェースに斜め方向から入射する時に
観察される。２つの媒体の、より高密度の側から発せら
れた光線の入射角度が、Brewster角度として知られる或
る臨界値を越えると全ての放射エネルギーは反射され、
その発生源であるところの媒体中に戻る。
第２の媒体が薄膜の形態を有し、この第２の媒体に更
に高密度の第３の媒体が続く場合、入射光の一部分はBr
ewster角度に拘らず薄膜を貫き、第３の媒体内に伝搬す
る。この現象は漏れ内部反射として知られるものであ
り、“フォトントンネリング”としても知られている。
この場合、反射して第１の媒体内に戻る光の小部分、の
みならず薄膜を通して伝搬される小部分は、部分的には
光の波長に対する第２の媒体の厚さの比から、また部分
的には第３の媒体の複素屈折率から、そして入射する光
線の偏光によっても決まってくる。
静置したガラス面と別の表面との間の距離を、ガラス
面からの漏れ内部全反射現象を用いて決定する装置が米
国特許第4,681,451号に記載される。この装置は磁気ヘ
ッドと磁気記録媒体との間の間隙を決定するために使用
される。機構的には、従来の磁気ヘッドに代えてガラス
ブロックが使用され、媒体、例えば磁気ディスクが、或
る表面とガラスブロックの表面との間に間隙を確立する
ことに付随する空力特性を発現させるための運動状態に
セットされ得る。
間隙をイメージ化するこの装置の主たる欠点は、磁気
ヘッド製造業者或は消費者が品質管理の目的上知りたい
実際の磁気ヘッドの動的挙動を試験することや、浮揚高
を測定することができない点である。ガラス製の、複製
の磁気ヘッドを用いることでディスクドライブ内部の幾
つかの状況をシミュレートすることができたとしても、
この方法で得られる結果は不正確である。加えて、ガラ
ス製のヘッドに固定した繊維光学アタッチメントが、デ
ィスク／ヘッド系の空力特性を変化させる。この装置で
必要とされる光学システムはかなりの大きさと質量とを
有するので、この装置を使用して小さい設計形状の浮揚
する磁気ヘッドを試験することは出来ないし、ばねで取
り付けた重さ僅か数グラムの実際の磁気ヘッドの動力学
を明らかにすることもできない。
米国特許第5,257,093号に記載されるこの装置の別バ
ージョンでは、回転するガラス面と別の表面との間の距
離を漏れ内部反射を使用して決定している。ここでは装
置は、実物の磁気ヘッドと、一対のガラスレンズにより
表される磁気記録媒体の代用物との間の間隙を決定する
ために使用される。機構的には、従来の磁気ヘッドと、
透明媒体、例えば、外側面が平らなガラスレンズとが、
このガラスレンズの表面と磁気ヘッドとの間に、実際の
使用時に類似する状況での間隙を確立することに付随す
る空力特性を生じさせるための運動状況にセットされ得
る。
この装置では２枚のレンズと２つのプリズムを用いて
放射エネルギーを漏れ内部全反射を受ける表面内に結合
し、磁気ヘッドまでの距離を決定するために光の損失分
を測定するに先立って光の損失を生じさせた内部反射を
観察する必要がある。使用するレンズは、物理的に大き
く且つ重く、一方のレンズの表面に取り付けた正確に整
合されたプリズムのための必要上、ずっと複雑なものと
なっている。毎分数千回転での相対運動に耐えるため
に、これらのレンズは厳しい許容誤差のもとに作製せね
ばならず、また、動作中に破壊されることを考慮して丈
夫なハウジングに収納する必要もある。このように、こ
の装置はコスト高であり、複雑でありしかもその有益性
は限られている。
〔解決しようとする課題〕
上述の欠点を解決する、ナノメーターでの距離を測定
するための装置を提供することであり、 回転するディスクに関する変換用のヘッドの位置を決
定するための改良された装置を提供することであり、 回転するディスクに関する変換用のヘッドの方位を決
定するための改良された装置を提供することである。
また他には、開発、製造、そして品質管理の目的のた
めの、実際の磁気ヘッドの浮揚高さを測定し且つ動的挙
動を試験することのできる装置を提供することである。
本発明による装置はシンプルであり、丈夫であり、可動
部分も少なく、製造費用は比較的安価である。
〔課題を解決するための手段〕
本発明によれば、回転するディスクに関する変換用の
ヘッドの位置及び或は方位を決定するための装置が提供
される。本発明の機能は、２つの表面が相互に極めて接
近している状況下に起こり得るフォトントンネリング現
象に基づくものである。詳しくは、本発明においては、
磁気記憶媒体の代用物のような透明材料の第１の表面
と、変換用のヘッドのような第２の表面との間の小間隙
を横断するフォトンのトンネリングが観察される。透明
材料の第１の表面は、第２の表面に極めて接近する表面
位置にエバネッセント電磁界が出現するように発光を受
ける。フォトンのトンネリングが生じるところのこのエ
バネッセント電磁界の強さは、発光を受ける第１の表面
と第２の表面との間の間隙により決定され、距離と共に
指数関数的に減衰する。本装置によれば、エバネッセン
ト電磁界の波長の3/4未満の距離を測定することができ
る。バックグラウンド強度に対する、トンネリングする
フォトン流束の強度を比較することにより、２つの表面
間の間隙の直接的で正確な且つ再現性のある測定値が求
められる。
本発明の距離測定のための装置は時間的な帯域幅が非
常に大きく、エバネッセント電磁界に現れる電磁流束量
と、トンネリングを生じるフォトンのための検出器の電
子光学的速度及び感度とによる限界があるのみである。
高速型のシリコンフォトダイオード検出器を使用すれ
ば、この帯域幅を数十メガヘルツを上回らせることもで
きる。かくして、本発明は磁気記録ディスクと類似する
表面に近接する磁気記録用の変換器の動的特性を決定す
る上で有益なものとなり得る。
現在のデータ記憶用途の場合、トランスデューサーは
磁気記録用のヘッド或は単に“読み書き用ヘッド”とも
参照され、ばねにより、磁気記録用ディスク或は単に
“磁気ディスク”に向けて数百ミリグラムから数グラム
の力で負荷される。
磁気ディスクと読み書き用ヘッドとの相対運動が十分
に高速になると、ヘッドは空気のクッションによりディ
スクから離れて支持されるようになる。この時ヘッドは
浮揚状態にあると言い、ヘッドとディスクとの間の距離
は浮揚高さとして参照される。
数多くの因子がヘッド／ディスクシステムの空気力学
に影響を及ぼす。それらの因子には、ヘッドの形状、ヘ
ッド及びディスクの表面の平坦性、ディスク半径に関す
るディスクの波打ち、そしてヘッドの角度、が含まれ
る。これらの因子の幾つか、例えばディスク半径に関す
るヘッドの角度或は“スキュー角度”は、使用中に変化
する。ヘッドは、境界を越える回転軸線での幾つかの同
時的な運動を含む複雑な空気力学的挙動を示す。本発明
の装置によれば、特定設計形状のヘッドの浮揚高さ及び
浮揚特性を観察、監視、そして計測することができる
が、こうした浮揚高さ及び浮揚特性は、この特定設計形
状のヘッドの製造中に装置の性能を試験し評価する上で
先ず重要なものである。
１形態において、本発明は磁気変換用のヘッドの特性
を決定するための装置であり、ヘッドには、少なくとも
１つの参照点を有する参照面が含まれる。
実質的に透明で剛性のディスクが、予め決定された屈
折率により特徴付けられる流体環境内に配置される。デ
ィスクは、平坦且つ円形の第１の表面と平坦且つ円形の
第２の表面との間を伸延し且つ外側周囲側面内に存在す
る内側領域を有している。第１の表面と第２の表面とは
平行であり、また、これらの表面と直交する中心軸線に
関して同中心を有している。ディスクの内側領域は、流
体環境の予め決定された屈折率よりも屈折率が大きいこ
とにより特徴付けられる。
記録用のヘッドはその表面をディスクに相対する状態
で位置決めされ、少なくとも部分的に、中心軸線の方向
に伸延する偏倚軸線に沿って、ディスクに向けて偏倚さ
れる。ディスクドライバが、ヘッドの参照面と第１の表
面との間の空気の相対流れに応じて、このヘッドの参照
面が、回転するディスクの第１の表面から離間するよう
中心軸線を中心としてディスクを回転させるようになっ
ている。
発光アセンブリーが、ディスクの内側領域内に、この
ディスクの第１の表面と第２の表面とに関する光の実質
的な内部全反射が確立されるような角度でディスク内に
光を放射する。ディスクの第２の表面に相対して検出器
アセンブリーが配置される。検出器アセンブリーはディ
スクの内側領域の、ヘッドの参照面上の参照点位置での
光の強さを検出し、検出した光の強度を表す強度信号を
発生する。幾つかの実施例では、検出器はディスクの内
側領域の、ヘッドの参照面上の３つの参照点に相対する
点位置での光の強度を検出し、検出した強度を表す信号
を発生し、この信号から、ディスクの第１の表面に関す
る参照面の位置及び方位が決定される。
本発明によれば、磁気読み出し／書き込み用のヘッド
の迅速で正確な、しかも再現性のある、浮揚高さの測定
並びに空力的試験を実施することが可能となる。本発明
では、所定設計形状のヘッドの浮揚高さ及び空力特性
は、ヘッドの表面とディスクの表面との間の間隙内に観
察される限定数のサンプル点に対応する光の強度を測定
することにより正確に決定することができる。点が３つ
あれば平面が描けることから、ヘッドの動力学は、ヘッ
ドの３つの各参照点で測定した光の強度から与えられ
る、３つの参照点とディスクとの間の距離の測定値から
容易に決定される。
本発明は、磁気読み出し／書き込み用のヘッドの浮揚
高さ試験のための電子光学システム、磁気読み出し／書
き込み用のヘッドの空力学的測定値、試験及び測定ソフ
トウェア、測定上必要とされる浮揚高さ測定ディスクに
して、ディスクと一体の浮揚高さ較正手段を含む測定デ
ィスク及びその他の補助光学システム、そして、浮揚高
さテスターと一体の較正部品、を画定するためにも使用
することができる。本発明の、装置の幾何形状及び設計
の変更例としての追加的な実施例には、その他の光学イ
メージシステムや発光手段が含まれる。本発明の基本概
念は数多くの形状において保護され得る。
〔図面の簡単な説明〕
図１は、本発明を具体化した測定システムの斜視図で
ある。
図２は、図１のシステムの断面図である。
図3Aは、図１のシステムのための例示的なヘッドの斜
視図である。
図3Bは、図3Aを下側から見た平面図である。
図４は、別態様での本発明の断面図である。
図5Aは、本発明に従う較正領域を有し、該較正領域が
溝を有している例示的なディスクの断面図である。
図5Bは、本発明に従う較正領域を有し、該較正領域が
充填された溝を有している例示的なディスクの断面図で
ある。
図5Cは、本発明に従う較正領域を有し、該較正領域が
隆起部を有している例示的なディスクの断面図である。
図5Dは、本発明に従う較正領域を有し、該較正領域が
平坦化された隆起部を有している例示的なディスクの断
面図である。
図5Eは、本発明に従う較正領域を有する例示的なディ
スクの半径方向線を示す平面図である。
図5Fは、本発明に従う較正領域を有する例示的なディ
スクの一様なドットパターンを示す平面図である。
〔発明の実施の形態〕
図１及び図２には本発明を具体化した測定システム10
が例示される。測定システム10は、ディスクアセンブリ
ー12と、発光アセブリー14と、ヘッド／検出器アセンブ
リー16とを含んでいる。ディスクアセンブリー12は流体
環境内に存在する。流体環境は好ましくはガス状、例え
ば空気であるが、或はまた、液体或はディスク上の液体
コーティング及び気体状のその他のものであり得る。流
体環境は予め決定された屈折率（IR）により特徴付けら
れる。流体環境が空気である場合、IRは約1.000に等し
い。
ディスクアセンブリー12は中心軸線22を中心として回
転するようになっている光伝達性のディスク20を含む。
ディスク20は、実質的に平坦な上方円形表面20Aと、実
質的に平坦な下方円形表面20Bとの間を中心軸線22に沿
って伸延し、外側周囲側面20Cにより半径方向を境界付
けられ、これらの各平面の内部に内側領域を画定する。
好ましい実施例ではディスク20は、従来のディスクメモ
リーシステムで使用するそれと類似の、しかし磁気材料
の薄膜コーティングを有さない構造形式及び寸法形状を
有し、以って、メモリーディスクの類似物を形成するガ
ラスから作製するのが好ましい。外側周囲側面20Cは、
この外側周囲側面20Cを貫いてのディスク20の内側領域
への光の放射を効率化させるために45度の角度で研磨さ
れている。
ディスク20は、中心軸線20に沿って伸延するスピンド
ル32によりＺ軸駆動モーター30に連結される。駆動コン
トローラー34が、Ｚ軸駆動モーター30による、中心軸線
22を中心とするディスク20の回転を制御するために選択
的に作動される。
発光アセンブリー14は、光源40と、関連する電源42
と、レンズ43と、偏光フィルター44とを含む。光源40
は、白熱灯、レーザー、或は発光ダイオードとすること
ができる。例示した実施例では偏光フィルター44は、上
方円形表面20A及び下方円形表面20Bと直交する軸線に沿
って直線偏光のみを外側周囲側面20Cに向けて通過させ
るように配列されそれにより、比較的良好な信号対騒音
比性能を提供する。別態様では偏光フィルター44を省略
することができるが、信号対騒音比性能は低下する。
光源40は集光用のレンズ43を含む。レンズ43は、ディ
スクの外側周囲側面20Cに向けて光を、この外側周囲側
面20Cへの入射光がディスクの内側領域に入り込み、外
側周囲側面20Cを、ディスク20及び流体環境の屈折率を
考慮に入れた、上方円形表面20A及び下方円形表面20Bに
関する内部全反射が生じるような所定角度で通過する角
度で放射する。
光源40には、光を、ガラス製のディスクと空気とのイ
ンターフェース位置に存在するエバネッセント電磁界に
結合させるためのファイバーオプティクス、単数或は複
数のプリズム、回析格子を使用することもできる。色々
の薄膜コーティングをディスクに塗布し、エッジ放射効
果を向上させると共に、検出された、トンネリングした
フォトンの信号対騒音比を増長させることができる。デ
ィスクのコーティング及び或はガラス製ディスクの表面
の、溝、ひっかき傷、ピット、突起、その他の印を、以
下に説明するように較正手段として使用することができ
る。
ヘッド／検出器アセンブリー16は、上方円形表面20A
の上方に配置したヘッド部分50と検出器部分52とを含
む。ヘッド部分と検出器部分52とはコネクターバー56で
しっかりと連結され、一体構造物を形成する。一体構造
物は、この一体構造物を中心軸線22を横断するＸ線に沿
って選択的に移動させるようになっているＸ軸駆動モー
ター60に連結され、また、中心軸線22及びＸ軸と直交す
るＹ軸に沿って選択的に移動させるようになっているＹ
軸駆動モーター62にも連結される。
ヘッド部分50は、カップリングアセンブリー72及び剛
性アーム74によりコネクタバー56に直列状態に連結され
たヘッド70を含む。以下に詳細を説明するように、この
カップリングアセンブリー72は全体的にたわみ性を有
し、ヘッド70の、垂直軸ZLに沿った直線運動と垂直軸ZL
を中心とする回転とを可能とし、またヘッド70の、垂直
軸ZLと直交するXL軸及びYL軸とを中心とする回転をも可
能とする。本発明の好ましい形態においては、モーター
76が、垂直軸ZLに沿ったヘッド70の角度を、ディスク20
に関する所望のスキュー角度が得られるように選択的に
制御するようになっている。
この、モーターによる選択的な制御は全て、例えばプ
ログラムされたデジタルコンピューターであり得るコン
トローラー180の制御下に実現される。この構成を使用
してヘッド70を、上方円形表面20Aの任意の所望部分上
に位置決めすることができるようにＸ−Ｙ平面内で選択
的に駆動させ、ディスク20に関してスキューさせること
ができる。
検出器部分52は、アーム85によりコネクターバー56に
連結された検出器84を含む。この連結により検出器84
は、ディスク20の下方円形表面20Bに相対し且つ常にヘ
ッド部分50のヘッド70の下側となる。
ヘッド70の１例の詳細が図3Aに示される。ヘッド70は
その一端に電磁コイル92と、YL軸に沿って伸延する矩形
の平行パイプ形のトランスデューサーブロック90と、そ
の下側、即ちディスクの上方円形表面20Aと最も近い下
側の軸線の方向に伸延する２つの浮揚レール、即ちスラ
イダー94、96とを含む。例示したヘッド70は例示的なも
のに過ぎないものであって、実際には、空力的に特に設
計された形状と共にその他の形状のヘッドを使用するこ
とができる。カップリングアセンブリー72は、例えばヘ
ッド70を、有効なばね力を使用して、所望の運動範囲を
垂直軸ZLに沿って上方円形表面20Aに向けて偏倚させる
一方で、ヘッド70の、垂直軸ZLに沿った僅かな直線方向
運動のみならず、XL軸及びYL軸を中心とする僅かな回転
運動を可能とする加圧空気ピストン／シリンダーアセン
ブリーとすることができる。図3Bには、ヘッド70を下側
から見た平面図が例示され、参照点P1、P2、P3がスライ
ダー94、96の最も下側の面上に例示されている。参照点
P1、P2、P3はヘッド70の、Ｘ軸及びＹ軸の平面、そして
結局は上方円形表面20Aの平面に関する方位を表す参照
平面を画定する。
検出器84は図２に概略例示される。検出器84は、垂直
軸ZLを中心とするヘッド70の回転運動を追随するよう、
モーター76に連結される。検出器84は、レンズ86、88
と、ビームスプリッター95と、第１の検出器列98及び第
２の検出器列99とを含む。ビームスプリッター95は下方
円形表面20Bに相対して且つヘッド70の下側に位置決め
され、下方円形表面20Bからの垂直軸ZLの方向での光線
を、その一部が検出器列98に入り、他の部分が検出器列
99に入るように分割する。例示した実施例では、検出器
列99はヘッド70の最下方面の形状に相当する矩形のCCD
列である。これにより結局、検出器列99は、ヘッド70全
体の下方位置での、ディスク20の内側領域から伝搬され
る光を表す信号を提供し、かくして、前記下方位置のイ
メージを提供する。検出器列98は、参照点P1、P2、P3に
相当する位置に光学的に相対して位置決めした３つで一
組のダイオード検出器要素を含む。その結果、検出器列
98の各検出器は、前記各参照点の各１つの下方位置で
の、ディスク20の内側領域からの光を検出し、検出した
光の関心事項を表す信号を提供する。
作動に際し、ヘッド70の位置及び方位が変化するに従
い、参照点P1、P2、P3から上方円形表面20Aへの距離が
変化する。この距離の変化に応じて異なる量でのフォト
ンのトンネリングが生じる（即ち、ヘッドの間隙内のエ
バネッセント電磁界でディスク20の内側領域からの光が
それるので）。結局、検出器84の側から見たヘッド70の
下方位置でのディスクの内側領域の明るさが変化する。
検出器84は、検出器列98と、検出器列99の参照点P1、P
2、P3における全体的な変化を画像化する。その結果生
じた信号がコンピューター100でプロセス処理され、検
出された光の強度の変化に基く、各参照点P1、P2、P3と
上方円形表面20Aとの間の距離が決定される。コンピュ
ーター100は、決定されたこれらの距離を使用して、デ
ィスク20の上方円形表面20Aに関するヘッド70の動的位
置及び方位を表す信号を発生する。
図４には本発明の別態様が示される。ここでのシステ
ム10′は図１及び図２のシステム10と全体的に類似した
ものであるが、ディスク20は環状であり、発光アセンブ
リー14はスピンドル32からの光をディスク20に向けて半
径方向に放射する。システム10′ではディスク20は内側
周囲表面20Dから中心軸線22を横断する方向で外側周囲
表面に伸延される。この形態において、内側周囲表面20
Dは光源20から送られる光を受けてディスク20の内側領
域内に内側全反射を生じさせるようになっている。言い
換えると、システム10′は先に説明したシステム10と同
じように作動する。
本発明のシステム10は、自己較正ができるようにする
ことも可能である。このために、検出器部分52はディス
クの特定の較正領域の下方位置への移動を独立に調整す
ることが（即ち、ヘッド部分50を追随することなく）で
きる。ディスク20の、ディスク20の内側領域から所定量
の光が引出されるところの上方円形表面20Aには較正領
域が設けられ、この較正領域が結局、下方円形表面20B
の側から見た場合の、ヘッドの所定の間隙に相当すると
ころの明るさの低減を確立する。かくして、較正領域の
下方位置で検出器部分52を使用することにより、この検
出器部分の位置で発生した信号（下方円形表面20Bの上
側の部分からの光の強度を表す）を、関連するヘッドの
間隙値に対する参照値としてコンピューター100に記憶
させることができる。本発明に従えば、較正領域を確立
させる多くの方法が存在する。例えば、ディスク表面に
は顕微鏡的な溝、隆起部、ピット、突起、その他の印が
含まれ得る。なぜなら、これらの全ての形状部分がディ
スクの内側領域からの光を引き出すからである。
仮に、これらの印の高さ或は深さが、放射される光の
波長と僅かでもそろっていると上方円形表面20Aには光
が一様に広がり、その結果、光学的な信号の強度は、そ
の位置でのエバネッセント電磁界内の光の絶対強度によ
ってのみ変化する。この位置での光の強度の減少を、較
正し、引き続き浮揚高さの測定値と比較することができ
る。
更に、種々の実施例においては、光を引き出す能力に
実質的な影響を及ぼさないが、そうでない場合には溝、
ピット、隆起部或は突起によって生じてしまういかなる
空力的効果をも低減させる表面を確立する物質を用い
て、溝或はピットを充填し、隆起部或は突起の周囲を包
囲させることもできる。ディスク20のためのそうした較
正領域の形状例が、図5Aから図5Dには夫々、溝102、充
填された溝104、隆起部106、平坦化された隆起部108及
び109として、また図5Eから図5Fには夫々、半径方向ラ
イン110、一様なドットパターン112として示される。本
発明のこうした自己較正の特徴により、光変調、結合変
調、伝搬損失に対する自動調節が可能となる。
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。
（発明の効果） 1.構造が簡易であり、丈夫であり、可動部分も少なく、
製造費用も比較的安価であり、従来装置よりも軽量且つ
小型の、回転するディスクに関する変換用のヘッドの位
置及び或は方位を決定するための装置が提供される。
2.ナノメーターでの距離を測定するための前記装置が提
供される。
3.回転するディスクに関する変換用のヘッドの位置を決
定するための改良された前記装置が提供される。
4.回転するディスクに関する変換用のヘッドの方位を決
定するための改良された前記装置が提供される。
5.開発、製造、そして品質管理の目的のための、実際の
磁気ヘッドの浮揚高さを測定し且つ動的挙動を試験する
ことのできる前記装置が提供される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ガジック，ネイハム アメリカ合衆国 94306 カリフォルニ ア，パロアルトー，オールド アドービ ロード 4183 (72)発明者 フレドキン，エドワード アメリカ合衆国 02146 マサチューセ ッツ，ブルックライン，ヒズロップ ロ ード 166 (56)参考文献 特開 昭62−20124（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−82211（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−227277（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−31387（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−274836（ＪＰ，Ａ) 米国特許5257093（ＵＳ，Ａ) 米国特許3695767（ＵＳ，Ａ) 米国特許3759618（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G11B 21/21

Claims (26)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも１つの参照点を有する参照面を
    含む磁気変換用のヘッドの特性を決定するための装置で
    あって、 A.予め決定された屈折率により特徴付けられる流体環境
    と、 B.該流体環境内に配置され、平坦且つ円形の第１の表面
    と平坦且つ円形の第２の表面との間で、且つ外側周囲側
    面の内側を伸延し、第１の表面及び第２の表面が、これ
    ら第１の表面及び第２の表面を横断する中心軸線に関し
    て平行であり且つ同中心を有し、内側領域が流体環境の
    予め決定された屈折率よりも大きい屈折率により特徴付
    けられる実質的に透明な剛性のディスクと、 C.磁気変換用のヘッドの参照面をディスクの第１の表面
    に相対して位置決めするための位置決め手段にして、前
    記中心軸線の方向に少なくとも部分的に伸延する偏倚軸
    線に沿って磁気変換用のヘッドをディスクに向けて偏倚
    させるための偏倚手段を含んでいる位置決め手段と D.駆動体にして、ディスクを中心軸線を中心として回転
    させるための手段を含むそれにより、ヘッドの参照面と
    ディスクの第１の表面との間での流体の相対流れに応じ
    て、回転するディスクの第１の表面から参照面が離間す
    る駆動体と、 E.発光アセンブリーにして、光源と、該光源からの光を
    ディスクの第１の表面及び第２の表面に関する或る角度
    でディスク内に入射するための手段を含みそれにより、
    ディスクの内側領域の内部に、入射された光の実質的な
    内側全反射が確立される発光アセンブリーと、 F.ディスクの第２の表面と相対して配置された検出器ア
    センブリーにして、磁気変換用のヘッドの参照面上の少
    なくとも１つの参照点と相対する点位置でのディスクの
    内側領域の内部の光の強度を検出し、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器手段を含み、該
    検出器手段及び磁気変換用のヘッドが、ディスクの第１
    の表面及び第２の表面と直交する検出用の軸線に沿って
    整列されている検出器アセンブリーと、 を含む装置。
  2. 【請求項２】磁気変換用のヘッドの参照面の、ディスク
    の第１の表面に関する距離を決定するための、検出した
    光の強度を表す強度信号に応答する手段を含んでいる請
    求の範囲１の装置。
  3. 【請求項３】検出器手段が、磁気変換用のヘッドの参照
    面上の３つの参照点と相対する点位置でのディスクの内
    側領域の光の強度を検出するための手段を含んでいる請
    求の範囲１の装置。
  4. 【請求項４】磁気変換用のヘッドの参照面の、ディスク
    の第１の表面に関する位置及び方位を決定するための、
    強度信号に応答する手段を含んでいる請求の範囲１の装
    置。
  5. 【請求項５】流体環境がガス状である請求の範囲１の装
    置。
  6. 【請求項６】流体環境が少なくとも部分的に液体である
    請求の範囲１の装置。
  7. 【請求項７】発光アセンブリーが、ディスクの第１の表
    面及び第２の表面に関する或る角度でディスク内に入射
    された光源からの光を、ディスクの外側周囲側面を貫い
    てディスクの内側領域内に結合させるための手段を含ん
    でいる請求の範囲１の装置。
  8. 【請求項８】光源と、ディスクの外側周囲側面との間に
    位置決めされたフィルター手段にして、ディスクの第１
    の表面及び第２の表面と実質的に直交する軸線に沿って
    直線偏光のみを通過させるフィルター手段を含んでいる
    請求の範囲７の装置。
  9. 【請求項９】ディスクが環状であり且つ該ディスクの外
    側周囲側面から内側周囲側面へと伸延する請求の範囲１
    の装置。
  10. 【請求項１０】発光アセンブリーが、ディスクの内側周
    囲側面を通して入射された光をディスクの内側領域内に
    結合させるための手段を含んでいる請求の範囲９の装
    置。
  11. 【請求項１１】光源と、ディスクの内側周囲側面との間
    のフィルター手段にして、ディスクの第１の表面及び第
    ２の表面と実質的に直交する軸線に沿って直線偏光のみ
    を通過させるフィルター手段を含んでいる請求の範囲10
    の装置。
  12. 【請求項１２】検出器アセンブリーが、検出器手段と位
    置決め手段とを中心軸線に関して少なくとも部分的に半
    径方向に於て共に選択的に移動させ、一方、検出器手段
    を、磁気変換用のヘッドの参照面上の参照点に相対する
    位置でのディスクの光の強度を検出するための位置に維
    持するための手段を更に含んでいる請求の範囲１の装
    置。
  13. 【請求項１３】位置決め手段の偏倚手段が、磁気変換用
    のヘッドに隣り合う流体環境内の圧力により有効作用す
    る請求の範囲１の装置。
  14. 【請求項１４】位置決め手段の偏倚手段が、距離に比例
    し且つ偏倚軸線の方向で且つディスクに向う力を磁気変
    換用のヘッド上に確立する請求の範囲１の装置。
  15. 【請求項１５】ディスクが、その第１の表面及び第２の
    表面の一方の上に、ディスクの内側領域からの内側反射
    光の一部分を引き出すための較正手段を含んでいる請求
    の範囲１の装置。
  16. 【請求項１６】ディスクの内側領域からの内側反射光の
    一部分を引き出すための較正手段が、 ディスクの内側領域の屈折率とは異なる屈折率を有し、
    ディスクの第１の表面と相対して配置され且つ第１の表
    面から予め決定された距離ｄ離間されることにより特徴
    付けられる較正要素を含み、検出器アセンブリーが、該
    較正要素と相対する点位置でのディスクの内側領域の内
    部の光の強度を検出するための手段を含んでいる請求の
    範囲15の装置。
  17. 【請求項１７】較正手段がディスクの第１の表面内の溝
    を含み、 検出器アセンブリーが、該検出器アセンブリーと相対す
    る前記溝を使用して、ディスクの内側領域内の光の強度
    を検出するための手段を含んでいる請求の範囲15の装
    置。
  18. 【請求項１８】第１の表面の内部の溝内に配置されたフ
    ィルター材料を含み、該フィルター材料と第１の表面と
    が円滑で平坦な表面を形成する請求の範囲17の装置。
  19. 【請求項１９】第１の表面の内部の溝が中心軸線に関し
    て少なくとも部分的に半径方向に伸延する請求の範囲17
    の装置。
  20. 【請求項２０】較正手段がディスクの第１の表面上の隆
    起部を含み、 検出器アセンブリーが、該検出器アセンブリーと相対す
    る前記隆起部を使用してディスクの内側領域内の光の強
    度を検出するための手段を含んでいる請求の範囲15の装
    置。
  21. 【請求項２１】ディスクの第１の表面上の隆起部の周囲
    に配置されたフィルター材料を含み、該フィルター材料
    と第１の表面とが円滑で平坦な表面を形成する請求の範
    囲20の装置。
  22. 【請求項２２】ディスクの第１の表面上の隆起部が、デ
    ィスクの中心軸線に関して少なくとも部分的に半径方向
    に伸延する請求の範囲20の装置。
  23. 【請求項２３】ディスクの第１の表面内の複数のピット
    を含み、 検出器アセンブリーが、該検出器アセンブリーに相対す
    る少なくとも１つの前記ピットを使用してディスクの内
    側領域内の光の強度を検出するための手段を含んでいる
    請求の範囲15の装置。
  24. 【請求項２４】ピットの内部に配置されたフィルター材
    料を含み、該フィルター材料及び第１の表面が円滑で平
    坦な表面を形成する請求の範囲23の装置。
  25. 【請求項２５】較正手段がディスクの第１の表面上の複
    数の突起を含み、 検出器アセンブリーが、該検出器アセンブリーと相対す
    る少なくとも１つの前記突起を使用してディスクにおけ
    る光の強度を検出するための手段を含んでいる請求の範
    囲15の装置。
  26. 【請求項２６】突起の周囲にフィルター材料が配置さ
    れ、該フィルター材料と第１の表面とが円滑で平坦な表
    面を形成する請求の範囲25の装置。
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