JPS60131408A - 微小隙間測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は磁気ディスク装置の磁気ヘッド浮上量の高精度
自動測定装置に関するもので、磁気ディスクにかえてガ
ラスディスクを用い、磁気ヘッドアッセンブリの浮上量
を測定するものである。

〔発明の背景〕

磁気ヘッドアッセンブリは高速回転する磁気ディスク（
情報記録媒体）の表面に対向して流体力学的なくさび力
の作用によりサブミクロンオーダのすき−１（これを浮
上量と称する）を保って浮上している。この浮上量を安
定にしかも小さく保持できる磁気ヘッドアツセンタリの
信頼性確保のために浮上量の検証が不可欠の条件である
。なお磁気ヘッドはスライダに搭載されて浮上しており
浮上条件はスライダによる。以下では磁気ヘッドをスラ
イダと称する。

第１図は例えば、特開昭５７−５９１０６号公報に開示
されている光干渉法を利用した測定方法の原“理図を示
したもので、この原理図によシ磁気ディスク装置の模擬
ガラスディスクとスライダとの間で空気力によって浮上
する微小すきま（以下□゛浮上量）を測定する場合につ
いて説明する。

１け広帯域の波長を含む白色光源、２は白色光源１に対
設されたフィルタ、３Ｆｉカメラ、４はフィルタ２およ
びカメラ３に対設されたハーフミラ−１５はハーフミラ
−４からの光束を有効に入射させるために表面に反射防
止膜をコーティングしたガラスディスクで、このガラス
ディスク５はハーフミラ−４に対設されている。６はガ
ラスディスク５と対向して設けられたスライダである。

上記フィルター２は白色光源１からの光を単色光の光束
となし、この光束の一部はハーフミラ−４に、よりガラ
スディスク５に入射し、一部がディスクの裏面で反射し
、残りの一部がスライダ６によ如反射する。スライダ６
の表面からの反射光とガラスディスク５の裏面からの反
射光とによシ干渉縞が発生し、この干渉縞をハーフミラ
−４を介してカメラ３によシ観察する。

カメラ３は例えばポラロイドカメラ等を使用し、撮影し
た写真を目視により測定して浮上量を算出する。

従来は写真記録もしくは目視によりスライダ面上の干渉
縞の位置を読み取シ浮上量をめていたがこの測定方法で
は中手間と時間がかかる（１１）干渉縞の次数判別が直
接的にできないＱ１Ｄ測定測定水悪いなどの欠点を有す
る。また上記の次数判別は白色光を入力し、反射光の干
渉色によシ浮上量を決定する方法ゞもある。しかしこれ
では測定精度に限界がある。

また別な方法として、前記と同様々干渉光学系を用い、
スライダ上のスペーシング測定位置をあらかじめパター
ン位置検出手段によシ定めておき、光電変換手段により
上記測定位置での干渉信号の変化を波長を走査しながら
検出し、電気信号が極大もしくは極小になる時の波長か
ら浮上量をめることも可能である。この測定方法では（
１）干渉光の極大もしくは極小領域は測定位置であるス
ポット点に比べて広がりをもち、正確に走査波長との対
応がつけにくい。

（２）スライダの反射率、面アラサの影響をうけ易（３
）アらかじめパターン位置検出手段により測定位置を定
めるため、測定が２重となる。また測定中の微小振動な
どの影響によりあらかじめ決定し九ｍＩＩｍ位置が変動
するとこの補正は困難であるため測定精度が悪い。

最近の磁気ディスク装置の大谷量化により記録密度が向
上し、磁門ヘッドと記録媒体との間のスペーシングは増
々小さくなシ（０，３〜０．４５μｍ）、信頼性を確保
する上からスペーシング測定の高精度化と精゛密化それ
に測定時間の短縮と省力化が重要な課−として切望され
ている。

〔発明の目的〕 本発明は前記の欠点を解消し、スライダ浮上量を迅速か
つ高精度に測定する画像走査式浮上量自動測定装置を提
供することを目的゛とする。

〔発明の概要〕　□ 本発明の第１の実施例によればスライダ浮上量に対応し
た干渉パターンからスライダのエツジ検出、干渉縞のピ
ーク検出９次数判別を符号化したディジタル信号によシ
実施して電算機によりスライダ表面の浮上量を高精度に
自動測定できる。

次に第２の実施例によれば測定精度を低下する雑音除去
を有効に実施でき更に高精度自動測定が実現できる。次
に第３の実施例によれば干渉縞を発生する光源波長を変
化することにより、スライダの浮上量が高精細にまシス
ライダ表面の浮上量分布からスライダ表面形状が判別で
きる。

〔発明の実施例〕

以下本発明の詳細な説明する。まず本発明の第１の実施
例を第２図、第３図、第４図において説明する。第２図
において、５は透明ガラスディスク、６はスライダを示
す。透明ガラスディスク５はスピンドル７で支持されて
モータ（図示せず）により回転される。

スライダ６は保持アーム８に保持され、保持アーム８は
ロードアンロードメカ９に固定される。

このロードアンロードメカ９はパルスモータ１０、リー
ドスクリュー１１により、走行レール１２の上をガラス
ディスク５の半径方向に移動する。この移動中、保持ア
ーム８は押下げアーム１３によシ下側に押下げられてお
り、スライダ６がガラスディスク５上の所定の測定位置
に来たとき押下げアーム１３が解放状態になり、スライ
ダ６はガラスディスク５上を浮上する。

スピンドル７及びロードアンロードメカ９は定盤１４の
上に固定されている。

キセノン光源１５からの光束は、モノクロメータ１６に
入射し、回折格子の回転角によシ白色光あるいは一次回
折した単色光として出射する。モノクロメータ１６から
の光束は光量むら除去レンズ１７を介し、レンズ１８に
よシ平行光束となってハーフミラ−４により２分割され
る。

一方はガラスディスク５を通って、スライダ６との間の
浮動スペーシング部に入射する。浮動スペーシング部に
入射した光束は浮上量に対応した干渉光として反射する
。　（ 反射光はハーフミラ−４を介し、ミラー１９で光路を曲
げてレンズ２０によ多光電変換部２゛１上に干渉パター
ンを結像する。光電変換部２１は画像走査部２２によシ
任意の走査位置を走査して干渉縞に対応した電気信号を
出力する。また光電変換部２１、走査部２２にかえてＴ
Ｖ左カメラ利用しても同様の自動測定は可能である。す
なわち固体撮像素子、ビジョンカメラの類である。次に
光電変換部２１からの出力信号は変換部２３に入力し離
散サンプリング信号処理を行うための水平及び垂直の同
期分離を実施する。まず変換部２３に入力した電気信号
から同期分離回路２５によシ同期信号を分離し、更に水
平、垂直分Ｍ回路２６により水平同期信号、垂直同期信
号をそれぞれ分離し、垂直系のタイミング信号、水平系
のタイミング信号を水平タイミング信号発生器２７及び
垂直タイミング信号発生器２８によシ生成する。水平タ
イミング信号発生器２７は例えば一般的な通常のＴＶ信
号を採用する場合、水平走査のために使蜆慢 用するキ＝≠状波の有効走査区間を５１２（２９）分割
する場合を例にとると、１２Ｍ）ＩＦのタイミング周期
で動作信号パルスを発生する。通常のＴＶ系のフレーム
信号は有効走査線数が４８０本であシ、そのタイミング
は１５．７５［Ｈｘである。

従って垂直タイミング信号発生器２８Ｆｉ、　１５．７
５ＫＨ２のタイミング周期で動作パルスを発生すれば良
い。上記のタイミング信号はＡ／Ｄ変換器２４の変換レ
ート制御用信号として入力するとともにフレームメモリ
３０のメモリアドレス制御回路２９に入力する。Ａ／Ｄ
変換器２４はビデオ信号を水平タイミング信号のサンプ
ルレート（１２ＭＨ２）でＡ／Ｄ変換される。１サンプ
ルのビデオ信号の分解能はＡ／１）変換器の能力に左右
される。ここでは８ビツト（２５６階調）を使用する。

９ビツト以上のＡ／Ｄ変換器も同様に利用できる。

フレームメモリ３ｏけ５１２Ｘ４８０のアドレス空間を
もちそれぞれは８ビツトで、このアドレス空間はメモリ
アドレス制御回路２９によってコントロールする。ディ
ジタル化ビデオ信号の記録はメモリアドレス制御回路２
９によってメモリアドレス空間を制御して順次記憶され
る。全アドレス空間に記憶後は記憶を先頭番地に戻って
続行するか、そのまま停止するかはメモリアドレス制御
回路２９により実行する。フレームメモリ３０には、従
って、干渉パターン像の１画面、１フレームが記憶され
る。次に記憶後のメモリ内の情報は外部の演算部３２に
インタフェイス回路３１を介して転送できる構成になっ
てお如、演算部３２からみたメモリは画像データを任意
の１次元のラインとして抽出可能な構成になっている。

従って演算部３２では５１２Ｘ４８０のアドレス空間の
８ビツトの輝度データを任意方向の１次元ラインのつな
がりとして抽出し、このデータからエツジ検出。

干渉縞のピーク検出を行い、アドレス番地を用いて浮上
量を演算する。

システム制御部３３は干渉縞パターンを効果的に発生し
、演算部３２に浮上量の算出に必要な情報（波長９回転
数等）を転送する。

主な動作は次の通りである。

（１）モノクロメータを制御して単色光の波長を制御す
る。同時にその波長を読み取って演算部３２に転送する
。

（２）　スライダ６のロード、アンロードのコントロー
ルとスライダ押下刃の解除制御を行う。

（３）ガラスディスク５の回転数の制御を行う。

次に第３（ａ）図、第３（ｂ）図、第３（ｃ）図及び第
４（ａ）図、第４（ｂ）図、第４（ｃ）図において浮上
量の算出例を示す。以下では干渉縞の暗部に着目して説
明をすすめるが、明部に対しても全く同様である。

第３（ａ）図のガラスディスク５及びスライダ６のすき
まｈｔ　、　ｈ、、、に対して第３（ｂ）図に示す干渉
縞像が得られ、これはそのまま５１２Ｘ４８０のアドレ
ス空間を有するフレ、−ムメモリ３ｏに８ビツトの輝度
データとして記憶されたとする。スライダ６の流入端の
浮上量をり、８、流出端の浮上量を）Ｉｎｌ＋＋　とす
る。第３（ｂ）図において座標をＸ。

ＹＫとるとＸ方向は１〜５１２、Ｙ方向け１〜４８０と
なる。

今Ｎｙのアドレスを固定してＸ方向に画像走査した場合
を考える。Ｙ方向は固定でなくても直線的に変化しても
同様に扱うことができる。第３（ｃ）図にメモリ上の輝
度データを示す。これは５１２画素に分割されており、
それぞれは８ビツトでディジタル化されている。この信
号に対して次の処理を行いスライダのエツジ検出、ピー
ク位置検出を行う。

（１）　背影の輝度データに対して、輝度変化が最大に
なる位置をエツジとしこれをＮｚとする。

（１１）明、暗の干渉信号に対して、変化率がφになる
位置をピーク位置としこれをＮｂ　Ｉ、　Ｎｈ　ｌ　４
１とする。

０１１）干渉縞の明、暗信号から流入端に至る輝度デー
タの変化率が最大になる位置をスライダ流入端のエツジ
としこれをＮｃとする。

以上からスライダのエツジ及びピーク位置が決定する。

とすると浮上量は次式でまる。

・・・・・・・・・・・・（２） よシ ここでλ：波長、４７次数、θはスライダの傾き角で次
式で決定できる。　゛ 次に次数１の決定方−を示す。第４（ａ）図に示すガラ
スディスク５及びスライダ６のすきまにおいて、２つの
独立また波長に対する干渉縞の暗部のピーク位置のずれ
量から決定する。第４（ｂ）図にそめ方法を余す。この
決定方法にｂｂて、λ、〈λ２とする。例えげλ１＝０
．４０μｍ、λ−，＝　０．４４４μｍの場合を例にと
る。スライダの傾きθの変動量は小さく、一定であるた
め、波長λｌと波長λ２との間には次式が成立する。

波長λ２の測定結果に１を付加して表わすとここで とおくと ΔＮ＋＋ｔ−ΔＮ＋　７２．　ｔａｎ　、　（λ２−λ
１）・・・・・・（７）（７）式はλ１→λ２に波長を
変化したとき、干渉縞の暗部のピーク位置のずれ量は、
結像倍率ｍ１スライダの傾きθ、波長λ！、λ２が与え
られると一意的に決定されることを示している。すなわ
ちｉ＝Ｑのとき浮上誓は零であるから（７）式けとなる
。すなわち２波長による干渉縞の暗部のビーｊ位置を測
定して、その変化量を検出したときΔＮ＋ ２　ｔａｎθ−−−−＝ｉ・−・・−−−−（９）（λ
２−λｌ） として次数を決定できる。第４（Ｃ）図は各次数ごとで
増加していることが分る。

次数が例えば１＝＝ｌと決定すれば（２）式及び（３）
式よＦ）　）ｌｌａｌｌｌ　１　ｈｗｍ＊＊は外挿法に
より次式でめることができる。

次に明部と暗部のピーク位置を併用すれば情報量は更に
増加しより高精度化を図ることができる。

浮上量の測定範囲の下限も明らかにできる。第５（ａ）
図、第５（ｂ）図、第５（Ｃ）図はその算出例を示す。

第５（ａ）図のガラスディスク５及びスライダ６のすき
ま部において、第５（ｂ）図及び第５（Ｃ）図に示すよ
うに暗部のエツジからの画素の位置をＸ１％明部のエツ
ジからの画素の位置をＸｓとすれば次式が成立する。

より 但し λ ｔａｎθ＝ ４　（Ｘｓ　ＸＩ　） となる。従って外挿法では明部、暗部の干渉縞が最低で
１つ発生していればスライダの浮上量は測ン 部）となる（第５（Ｃ）図参照）。

上記第２図に示す例において、画像走査後の電気信号に
対しては次のいずれかのノズル処理を施すことが可能で
ある。

（１）　スムージング： Ｉ（ｎ−２）＋Ｉ（ｎ−１）＋Ｉ（ｎ）＋Ｉ（ｎ＋１）
＋Ｉ（ｎ＋２）（２）重み付スムージングニ Ｉ　（ｎ−２）　＋２Ｉ　（ｎ−１）＋３Ｉ　（ｎ）＋
２Ｉ　（ｎ＋１　）十Ｉ　（ｎ＋２　）（３）ＦＦＴ これらは、演算部３２において実施する。このノイズ処
理は、エツジ検出、ピーク位置検出の前処理として実施
すれば良い。

以上説明した側においては、波長λ！、λ２に対して次
数が決定されるとそれぞれの干渉縞の明部と暗部のピー
ク位置はスライダ面上に対し−４一意的に決定する。こ
れに対して第６図に示すようにガラスディスク５とスラ
イダ６において、λ１の波長に対してそれぞれのピーク
位置での浮上量は口で決定できる。同様にλ２は◎、λ
３はΔ、λ４は○と決定される。也れらの浮上量は干渉
縞のピーク位置で示される浮上量でスライダ６やガラス
ディスク５の反射率の変化の影響を受けない。

第６図に示すように各波長を変化した時の浮上量はスラ
イダ６０表面形状の分布曲線を示している゛ことが分る
。多波長による干渉縞の明部、暗部のピーク位置を検出
することにより、スライダ６０表面形状が把握できる。

各点を連ねた曲線が走査位置での断面曲線を与える。他
の走査位置を順次連ねることによシ、３次元の表面形状
を測定することも可能である。

次に第４の実施例を示す。第７図忙実施例を示す。スラ
イダ６にかえて基準スケール３４を光電変換部２１に結
像したときの各格子点の座標を測定して、それぞれを表
にして補正表を作成する。

補正表での値は、光電変換部２１のシェーディング、光
学系のひずみ等をすべて含んだ形で測定されてｂる。従
って光電変換部２１に結像した１画面はフレームメモリ
（図示せず）の５１２Ｘ４８０のアドレス空間の各点に
対してひずみ量に対応した位置に存在する。本来正方格
子の持つ精度を実用上十分にとれば、基準スケール３４
からひずみ量を補正することができる。スライダのエツ
ジ位置、干渉縞のピーク位置を補正表により補正して浮
上量を演算すれば高精度測定が可能となる。

以上の実施例を自動測定を行う場合、次の順序で実施す
れば良い。

（１）　あらかじめ光学ひずみ１画像ひずみを測定して
補正表を演算部に準備する。

（２）画像走査位置（例えば第３（ｂ）図のＮＹ）をあ
らかじめ定めるか、もしくはこれをＹ方向画像走査によ
請求める。

（３）干渉縞の電気信号から自動的にエツジ検出。

明部のピーク検出を行う。これを波長をかえて行う。

（４）　次数判別及び浮上量の演算を実施する。

（５）結果を出力する。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、ガラスディスク
とスライダの浮上蓋を昼精度に測定することができ、ま
たスライダの表面形状を測定することができる。またす
べての測定は自動的に測定できるので測定時間を大幅に
短縮でき浮上量測定の高速化に大きな効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のスライダの浮上量の測定方法を示す回、
第２図は本発明の第一の実施例の全体構成を説明する図
、第３（ａ）図、第３缶）図、第３（Ｃ）図、及び第４
（ａ）図、第４（ｂ）図、第４（Ｃ）図は浮上量の算出
及び次数判別を説明する図、第５（ａ）図、第５（ｂ）
図及び第５（Ｃ）図は浮上量の測定範囲の下限を説明す
る図、第６図は本発明の詳細な説明する図、第７図は本
発明の更に他の例を説明する要部構成図である。 ５・・・ガラスディスク、６・・・スライダ、１６・・
・モノクロメータ、２１・・・光電変換部、２２・・・
画像走査部、２９・・・メモリアドレス制御回路、３Ｏ
・・・フレームメモリ、３２・・・演算部、３３・・・
システム制御部、３４・・・基準スケール。 ｆＪ　１　図 ％　３（０図 ″￥１　３　（ｂ、）口 第３６）図 猶　４　（幻　国 Ｍ　５　ど久ノ　図 第５（ｂ）図 １ＦＪ５（Ｃ）図 ￥Ｊ　Ｋ　図 佳置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、情報記憶装置における磁気ヘッドと情報記録媒体０
   一方ぎ光学的透明体′置きかえ１光干渉法により干渉縞
   を創生じて浮上量を２次元の干渉縞パターンの位置情報
   として検出し測定する装置において、多波長を有する光
   源部出力光束の波長可変手段と光量むら平滑化手段を有
   し、２物体間の浮上量発生部に入力光束を照射する光学
   系手段と浮上量発生部からの反射光を結像する結像手段
   と、結像面下の光の強度を検出する光電変換手段と光電
   変換面上の干渉像を画像走査する手段と走査後得られた
   電気信号を離散サンプル後ディジタル信号憾変換する手
   段とこれを記憶する記憶する手段とこれを演算する演算
   処理手段を有し、単色波長照射時の光電面上の干渉画像
   を走査したときの検出信号から磁気ヘッドの輪郭形状検
   出、干渉縞の明部、暗部ピーク発生位置検出、次数判別
   によシ磁気へラド浮上量を自動測定することを特徴とす
   る画像走査式浮上量自動測定装置。 ２　光電変換面上の光干渉像を画像走査す゛る手段によ
   り画像走査後得られる電気信号に対して、雑音除去平滑
   化手段と、この雑音除去平滑化手段によシミ気信号を整
   形する手段を付加し、この手段からの隼号を演算手段に
   よ如演算した磁気ヘッドの輪郭形状検出、干渉縞の明部
   、暗部ピーク発生位置検出によ如浮上量を測定すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の画像走査式浮
   上量自動測定装置。 ３、光源部の出力光束を単色光の波長する手段と、この
   単色光の波長を順次可変にする手段と、各波長に対する
   光干渉像を光電変換部に結像する手段と、画像走査後得
   られる電気信号から磁気ヘッドの輪郭形状検出、干渉縞
   の明部、暗部ピーク位置検出する手段と、この検出信号
   によシ磁気ヘッドの浮上量と磁気ヘッドの表面形状を同
   時自動測定する手段とを備えたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項または第２項に記載の画像走査式浮上量
   自動測定装置。