TWI401674B - 飛行高度與滑動器突起測量之設備及系統 - Google Patents

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Description

飛行高度與滑動器突起測量之設備及系統
本發明係關於一種用以測量諸如例如一飛行高度距離的距離之一設備。
通常希望準確地測量兩物體之間的距離。通常也希望測繪物體的表面，即、量測物體的表面上之變形或突起。當與奈米規格的物體一起運作時，這些工作變得日益困難。例如，難以測量的距離是滑動器之間的"飛行高度"，或滑動器上的突起，及位在毗連於此的碟。此外，難以測量滑動器的表面上之突起。
例如通常在資料儲存系統中使用滑動器/碟配置。增大的儲存密度變得日益重要，及降低的飛行高度讓資訊能夠被儲存在較小區域中，即、以較高磁錄密度。當飛行高度尺寸持續減少以支援增大的儲存密度時，能夠準確地量測飛行高度和滑動器之表面上的任何突起是重要的，以確保資料儲存系統如設計一般操作。
本發明的觀點係設置一設備，其包括滑動器，具有空氣軸承表面；及光學電容器組件，與滑動器的空氣軸承表面隔開。光學電容器組件包括光學帽；及光學基板，具有第一表面和第二表面。第一表面與光學帽隔開，而第二表面與滑動器的空氣軸承表面隔開。
本發明的另一觀點係設置一飛行高度測量系統，其包括光源，用以產生光束；滑動器，具有空氣軸承表面；光學電容器組件，用以引導光束朝向滑動器。光學電容器組件包括光學帽；及光學基板，具有第一表面和第二表面。第一表面與光學帽隔開，而藉由飛行高度將第二表面與滑動器的空氣軸承表面隔開。光學電容器組件又包括偵測器模組，用以接收從光學基板的第二表面所反射之光束；及處理器，用以依據偵測器模組的一輸出來決定飛行高度。
本發明的另一觀點係設置一設備，包括滑動器，具有空氣軸承表面；一光碟，具有一表面和一相對表面，其中表面與滑動器的空氣軸承表面間隔一第一距離；及引導機構，用以引導電磁波以測量第一距離。用以引導電磁波之機構與相對表面間隔一第二距離。
從下面詳細說明將可更加明白這些和各種其他特徵和優點。
圖1為能夠包括本發明的觀點之系統10圖。系統10包括外殼12(具有可移除的上部位和此圖式中可看得見的下部位)，按尺寸製作和組配成包含系統10的各種零件。系統10包括心軸馬達14，用以轉動外殼12內的至少一碟16。至少一手臂18包含在外殼12內，各個手臂18具有有著滑動器22的第一端20，及藉由軸承26樞軸式安裝於軸上之第二端24。致動器馬達28位在手臂的第二端24，用以樞軸轉動手臂18，以定位滑動器22在碟16的想要區段27上。藉由控制器調整致動器馬達28，本圖式並未圖示控制器，但是技藝中眾所皆知。
圖2為根據本發明的觀點之系統30的概要圖。設置系統30以測量滑動器34和碟38之間的距離32，滑動器34係由懸吊臂36支撐，而碟38具有第一表面40和相對的第二表面42。系統30能夠測量碟38的第二表面42和滑動器34的空氣軸承表面(ABS)44之間的距離32。在一觀點中，滑動器34可以是用在例如資料儲存系統中的滑動器，而碟38可表示資料儲存媒體。在此觀點中，距離32表示滑動器34飛行在自旋碟38上的飛行高度。然而，應明白，本發明並不侷限於資料儲存應用，並且此處對資料儲存應用的參考僅用於圖解說明目的。
依舊參考圖2，系統30能夠包括光源46，用以產生光束48，及引導光束到射束分裂器50。適合的光源46包括例如能夠產生適當電磁波之水銀弧燈、發光二極體、或二極體雷射。可線性極化之光束48通過射束分裂器50。將光束48引導到焦點52，此焦點52通常在碟38的第二表面42上或毗連於此。將光束48引導成，光束將反射離開碟38的第二表面42，並且引導回到射束分裂器50。在射束分裂器50中，將沿著偵測路徑54之反射的光束48引導到偵測器模組56。沿著路徑54引導到偵測器模組56之反射的光束48可具有旋轉的極化。然後，偵測器模組56將沿著路徑58的偵測資訊輸出到處理器60，以計算距離32，如、飛行高度。偵測器模組56通常測量反射(傳送)的光之一或多個特性。用以獲得距離32的測量之適當特性包括例如極化、強度分佈及/或相位分佈。使特性與距離特性有關聯，使得使用隨後的測量，處理器60能夠接收偵測器模組56輸出，並且提供關於距離32的輸出。
在小於臨界接受角度的接受角度中，部分光束48將折射到ABS 44和碟38之間的空氣隙內。當接受角度A(見圖2)等於或大於臨界接受角度時，總內部反射(TIR)發生在表面42中，及若滑動器34的ABS 44距表面42足夠遠，則隨後所有光束48被反射離開表面42。此外，具有產生在表面42下面的漸逝波，其強度遠離表面42以指數式衰退。當以小於漸逝波的衰退長度之距離使滑動器34更接近表面42時，表面42下面的漸逝波將與滑動器34相互作用。結果，一些光束48將穿隧到滑動器34內(此通常被稱作TIR的失敗")，及將降低反射的光束48之強度。漸逝波和滑動器34之間的相互作用是ABS 44和碟38的表面42之間的距離32之函數，因此，反射光束48的強度是ABS 44和碟38的表面42之間的距離32之函數。因此，距離32能夠由測量反射光束48的強度或反射比(反射光束的強度和入射光束的強度之間的比率)來決定。
偵測器56可以例如是光二極體，其收集反射的光束48，並且將光束強度信號轉換成電流或電壓信號。處理器60從偵測器56接收輸出信號58，並且利用輸入信號將輸出信號58正常化以獲得已處理信號，此輸入信號係相關於進入到系統30內之入射光束48的強度。可藉由例如使用用於已建立測量系統之標準(藉由模型所獲得)、或校準的飛行高度信號，從此已處理信號決定距離32。在此例中，標準或校準的飛行高度信號是飛行高度的已知函數。
依舊參考圖2，將更詳細說明用以引導光束48之光學組件。光束48離開射束分裂器50，及引導致光學零件，諸如例如物鏡62等，以將光束聚焦在想要的方向中。諸如例如平面鏡或透鏡等其他光學零件可被用於視需要進一步引導光束48。物鏡42引導光束到光學帽64。光學帽64可以例如是固體浸沒透鏡(SIL)(見圖3)或超級SIL(見圖4)。光學帽64被建構和配置成引導光束48朝向焦點52。光學帽64以接受角度A引導光束48，其中接受角度A是例如在約10°至約60°的範圍中。
將光學帽64安裝在或裝附於例如藉由懸吊臂68所支撐的光學滑動器元件66上。光學滑動器元件66與碟38的表面40隔開。光學滑動器元件66與表面40隔開距離72，此距離72可被視作光學滑動器元件66飛行在表面40上之飛行高度尺寸。光學滑動器元件66，或可利用的其他類型致動器元件可移動在至少"X"及"Z"方向(見座標系統70)。光學滑動器元件66的移動提供光學帽64能夠相對於碟38及/或滑動器34移動。當光學滑動器元件66移動光學帽64時，也將焦點52重新定位。此使得距離32能夠是在"X"及"Z"方向兩者中之滑動器34的ABS 44上之各點。
圖3圖示根據本發明的觀點之圖2所示圖解說明的光學電容器組件。尤其是，為了使光學帽64能夠引導光束48到焦點52，光學滑動器元件66和碟38需要被建構成使光束48能夠經此傳送。圖3之光學帽64是利用漸逝場將光線耦合至近場表面之SIL。因此，SIL的抵表面將需要定位在近場鄰近於相關表面，使得漸逝耦合能夠發生。例如，SIL將需要比以10分割的入射光之波長還要接近，或就波長488而言，SIL將需要比約49還接近。就圖3所示之配置而言，碟38的厚度將妨礙SIL(即、光學帽64)和滑動器34的ABS 44之間的近場鄰近。因此，根據本發明，可將碟38併入SIL，即、光學帽64內，並且當作其底部。例如以破折號線74圖示此，破折號線74從光學帽64的末端延伸，經過光學滑動器元件66，延伸到碟38的第二表面。以此方式，碟38當作由透明材料所形成之光學基板，使得最後的SIL具有一般半球形狀(藉由組合光學帽64與光學滑動器元件66和碟38，如此處所說明之由延長線74所指出一般)，使得第二表面42上的焦點52能夠定位在近場鄰近於滑動器34的ABS 44。
光學帽64可具有範圍約1.5至約2.5的折射率。光學滑動器元件66可由例如矽、立方氧化鋯、或GaP所形成。光學滑動器元件66可具有範圍約1.5至約2.5的折射率。光學滑動器元件66可具有範圍約0.25mm至約1.0mm的厚度76。碟38可以是單一或多層光學基板，係由例如Si、SiO2 、YSZ、GaP、或藍寶石所形成。碟38可具有範圍約1.5至約2.5的折射率。碟38可具有範圍約0.5mm至約1.0mm的厚度78。
圖4圖解根據本發明的觀點之超級SIL配置。尤其是，圖4圖解光學帽64能夠併入光學滑動器元件66和碟38，以形成由破折號線174所指出的超級SIL，藉以將焦點52定位成近場鄰近於滑動器34的ABS 44。
再次參考圖2，圖解有本發明的另一觀點。當例如用在資料儲存系統之滑動器34可能遭受操作期間的滑動器變形。例如，在資料儲存系統的操作期間，寫入電流、閱讀電流、加熱器電流、熱冷卻及/或空氣流會干擾滑動器形狀和飛行高度距離32。因此，滑動器34可具有變形或突起80在其ABS 44上。當嘗試測量滑動器34的ABS 44和碟38的表面42之間的距離32，即、飛行高度時，在進行想要的測量時，將任何此種突起80列入考量較為理想。例如，突起80可與表面42間隔距離82，此距離82小於距離32(或距離82可以大於距離32)。決定各種操作條件之距離82的能力將更準確地標繪和分析滑動器34的ABS 44。如此處所說明一般，光學帽64和光學滑動器元件66可移動在至少"X"及"Z"方向，使得可如想要的一般測量及/或標繪滑動器34的整個ABS 44。能夠使用例如Raster(光域)掃描技術來進行此種標繪。
上述的實施和其他實施都在下面申請專利範圍的範疇內。
10．．．系統
12．．．外殼
14．．．心軸馬達
16．．．碟
18．．．手臂
20．．．第一端
22．．．滑動器
24．．．第二端
26．．．軸承
27．．．區段
28．．．致動器馬達
30．．．系統
32．．．距離
34．．．滑動器
36．．．懸吊臂
38．．．碟
40．．．第一表面
42．．．第二表面
44．．．空氣軸承表面
46．．．光源
48．．．光束
50．．．射束分裂器
52．．．焦點
54．．．偵測路徑
56．．．偵測器模組
58．．．輸出信號
60．．．處理器
62．．．物鏡
64．．．光學帽
66．．．光學滑動器元件
68．．．懸吊臂
70．．．座標系統
72．．．距離
74．．．破折號線
76．．．厚度
78．．．厚度
80．．．突起
82．．．距離
174．．．破折號線
A．．．接受角度
圖1為能夠包括本發明的觀點之系統圖。
圖2為根據本發明的觀點之系統的概要圖。
圖3為根據本發明的觀點之圖2所圖解說明的光學電容器組件圖。
圖4為根據本發明的觀點之超級固體浸沒透鏡配置圖。
30‧‧‧系統
32‧‧‧距離
34‧‧‧滑動器
36‧‧‧懸吊臂
38‧‧‧碟
40‧‧‧第一表面
42‧‧‧第二表面
44‧‧‧空氣軸承表面
46‧‧‧光源
48‧‧‧光束
50‧‧‧射束分裂器
52‧‧‧焦點
54‧‧‧偵測路徑
56‧‧‧偵測器模組
58‧‧‧輸出信號
60‧‧‧處理器
62‧‧‧物鏡
64‧‧‧光學帽
66‧‧‧光學滑動器元件
68‧‧‧懸吊臂
70‧‧‧座標系統
72‧‧‧距離
76‧‧‧厚度
78‧‧‧厚度
80‧‧‧突起
82‧‧‧距離

Claims (22)

  1. 一種飛行高度與滑動器突起測量設備，包含：一滑動器，具有一空氣軸承表面；一光學電容器組件，與該滑動器的該空氣軸承表面隔開，該光學電容器組件包含：一光學帽；一光學基板，具有一第一表面和一第二表面，其中該第一表面與該光學帽隔開，而該第二表面與該滑動器的該空氣軸承表面隔開。
  2. 根據申請專利範圍第1項之設備，其中將該光學帽安裝至一致動器元件，以相對於該光學基板移動該光學帽。
  3. 根據申請專利範圍第1項之設備，其中將該光學帽安裝至一光學滑動器元件，以相對於該光學基板移動該光學帽。
  4. 根據申請專利範圍第3項之設備，其中該光學滑動器元件與該光學基板的該第一表面隔開。
  5. 根據申請專利範圍第3項之設備，其中該光學滑動器元件具有範圍約1.5至約2.5的折射率。
  6. 根據申請專利範圍第1項之設備，其中該光學帽是一固體浸沒透鏡或一超級固體浸沒透鏡。
  7. 根據申請專利範圍第1項之設備，其中該光學帽具有範圍約1.5至約2.5的折射率。
  8. 根據申請專利範圍第1項之設備，其中該光學基板 係由Si、SiO2 、YSZ、GaP、或藍寶石所形成。
  9. 根據申請專利範圍第1項之設備，其中該光學基板具有範圍約1.5至約2.5的折射率。
  10. 根據申請專利範圍第1項之設備，其中該光學基板具有範圍約0.5至約1.0的厚度。
  11. 根據申請專利範圍第1項之設備，其中該光學基板是一自旋碟。
  12. 根據申請專利範圍第11項之設備，其中藉由一飛行高度將該光學基板的該第二表面與該滑動器的該空氣軸承表面隔開。
  13. 一種飛行高度及滑動器突起測量系統，包含：一光源，用以產生一光束；一滑動器，具有一空氣軸承表面；一光學電容器組件，用以引導該光束朝向該滑動器，該光學電容器組件包含：一光學帽；一光學基板，具有一第一表面和一第二表面，其中該第一表面與該光學帽隔開，而藉由一飛行高度將該第二表面與該滑動器的該空氣軸承表面隔開；一偵測器模組，用以接收從該光學基板的該第二表面所反射之該光束；及一處理器，用以依據該偵測器模組的一輸出來決定該飛行高度。
  14. 根據申請專利範圍第13項之系統，其中該光學電 容器組件在範圍約10度至約60度的一接受角度將該光束引導朝向該滑動器。
  15. 根據申請專利範圍第13項之系統，其中該光學電容器組件將該光束引導到毗連該光學基板的該第二表面之一焦點。
  16. 根據申請專利範圍第15項之系統，其中該光學基板的該第二表面近場鄰近於該滑動器的該空氣軸承表面。
  17. 根據申請專利範圍第13項之系統，其中該光學基板是一自旋碟。
  18. 根據申請專利範圍第13項之系統，其中該滑動器的該空氣軸承表面包括通常自此朝外延伸之一突起，藉由一可選擇的飛行高度將該突起與該光學基板的該第二表面隔開。
  19. 根據申請專利範圍第13項之系統，其中將該光學帽安裝至一光學滑動器元件，以相對於該光學基板移動該光學帽。
  20. 一種飛行高度與滑動器突起測量設備，包含：一滑動器，具有一空氣軸承表面；一光碟，具有一表面和一相對表面，該表面與該滑動器的該空氣軸承表面間隔一第一距離；引導機構，用以引導一電磁波以測量該第一距離，用以引導一電磁波之該機構與該相對表面間隔一第二距離。
  21. 根據申請專利範圍第20項之設備，其中該光碟是一自旋碟。
  22. 根據申請專利範圍第20項之設備，其中用以引導一電磁波之該機構在範圍約10度至約60度的一接受角度將該電磁波引導朝向該滑動器。
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