Brevet FR2222634A1 — publié le 19741018

La présente invention concerne le domaine des mesures optiques et découle de la nécessité de pouvoir mesurer la séparation d'une tête et d'un disque en mouvement dans une mémoire à disques à tête flottante avec application d'un minimum de perturbation à la mémoire. Le dispositif de la présente invention s'est révélé comme présent une sensibilité appropriée et a été utilisé avec succès dans d'autres buts. Sous un aspect. la présente invention permet de réaliser une mémoire à disques à tête flottante comprenant un moyen générant deux faisceaux lumineux monochromatiques polarisés en plan, présentant des axes de polarisation mutuellement perpendiculaires, un moyen dirigeant un faisceau sur la surface du disque et un faisceau sur la tête, un moyen collectant, polarisant circulairement et combinant les parties réfléchies des faisceaux et un moyen donnant une mesure du déplacement en rotation du plan de polarisation du faisceau résultant à partir d'un repère. Sous un autre aspect, la présente invention permet de réaliser un instrument de mesure optique comprenant un moyen générant deux faisceaux dirigés de lumière monochromatique polarisée en plan et présentant des axes de polarisation mutuellement perpendiculaires, un moyen collectant, polarisant circulairement et combinant des parties réfléchies des faisceaux et un moyen donnant une mesure du déplacement en-rotation du plan de polarisation du faisceau résultant par rapport à un paramètre donné. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit fait en référence aux dessins annexés à ce texte qui représentent des modes de réalisation préférés de celle-ci. La figure 1 est une représentation schématique d'un détail d'un- type de mémoire à disques à tête flottante réalisée selon un aspect de la présente invention La figure 2 est un schéma tenon à l'échelle) du système optique de la mémoire de la figure 1; et la figure 3 est un schéma simplifié (non à l'échelle) d'un détail d'un système optique modifié selon la présente invention. Les mémoires à disques à tête flottante sont bien -connues dans l'art antérieur et consistent principalement en un disque 10 revêtu d'oxyde, monté sur un axe 11 entraîné par un moteur, par l'intermédiaire d'un mécanisme 12. La tête 13 est montée sous un bloc 14 porté par un bras 15 disposé sur un rayon fixe du disque~et partant d'un boîtier 16 contenant un mécanisme de sortie et de rentrée du bras. Le disque comporte des configurations magnétiques enregistrées de données dans son revêtement d'oxyde, ces données étant enregistrées suivant des pistes concentriques et la tête est positionnée sur une piste sélectionnée par une extension ou une rétraction appropriée du bras. Cependant, la séparation entre la surface adjacente de la tête et la couche d'oxyde 10 est déterminée par divers facteurs et en particulier par l'effet Bernoulli du disque tournant sous la tête. De plus, la surface du revêtement d'oxyde n'est pas suffisamment lisse pour être supposés plane en ce qui concerne l'établissement d'une séparation désirée entre les deux surfaces, et un mécanisme est donc nécessaire pour contrôler dynamiquement cette séparation. Les contraintes imposées par les divers degrés de mouvement et l'interférence minimale désirée avec le système ont conduit à l'utilisation de l'interférométrie. En conséquence, des miroirs (non représentés) furent montés sur le bloc 14 pour diriger deux faisceaUx lumineux vers le bloc à partir d'un dispositif optique 17 monté sur le boîtier 16, l'un sur la tête 13 et l'autre sur la surface d'oxyde proche de la tête, et pour renvoyer les faisceaux réfléchis au dispositif optique. On constata que les propriétés de réflexion de la surface d'oxyde convenaient mais qu'une petite surface réfléchissante devait être ajoutée à la tête parallèlement à la surface inférieure de celle-ci et que la distance entre la surface inférieure de la tête et la surface réfléchissante devait être mesurée. Ceci expliquait l'interférence totale avec le système et fut considérée comme suffisamment minime. Le système optique ainsi que ses prolongements de trajectoires optiques à la tête et à la surface d'oxyde, est représenté schématiquement dans la figure 2 bien que les miroirs réfléchissants montés sur le bloc soient omis. Le système optique comprend un laser 20 produisant un faisceau 21 de lumière cohérente monochromatique dirigée sur un polariseur 22 produisant un faisceau 23 de lumière polarisée en plan. Un diviseur de faisceau 24 produit deux faisceaux polarisés en plan égaux 25, 26 renvoyés au diviseur de faisceau 24 après passage au travers d'une plaque de phase 27 ou 28 et réflexion à une surfa ce réfléchissante 29 ou 30. La surface réfléchissante 29 ne provoque aucun déplacement du faisceau tandis que la surface réfléchissante 30 provoque un déplacement latéral du faisceau de façon qu'après une autre interaction au diviseur de faisceau 24, soient produits deux faisceaux polarisés en plan déplacés latéralement et parallèles 31, 32, de lumière cohérente monochromatique mais à plans de polarisation perpendiculaires.Ces faisceaux sont projetés le long du bras 15 et dirigés par les miroirs portés par le bloc 14 sur la tête 13 et la surface d'oxyde du disque 10, respectivement. Les faisceaux réflêchis 33, 34 sont renvoyés par les miroirs du bloc 14 le long du bras et dans le système optique 17 et sont dirigés par les miroirs 35 et 36 sur un autre diviseur de faisceau 37 au travers d'une plaque de phase 38. Le diviseur de faisceau 37 produit quatre faisceaux intermédiaires, les faisceaux 39 et 40 issus du faisceau 33 et les faisceaux 41 et 42 issus du faisceau 34.Cependant, les faisceaux 39 et 42 sont réfléchis et déplacés latéralement d'une manière égale et opposée à la surface réfléchissante 43 et les faisceaux 40 et 41 sont simplement réfléchis par. la surface réfléchissante 44 de façon que le diviseur de faisceau 37 produise deux faisceaux de sortie 45, 46, le faisceau 45-comprenant les faisceaux 39 et 41 et le faisceau 46 comprenant les faisceaux 40 et 42. L'un des faisceaux identiques 45 et 46 (disons le faisceau 45) le faisceau 46 étant stoppé) peut être appliqué sur un autre diviseur de faisceau 47 produisant les faisceaux 48 et 49 Le faisceau 46 traverse une lame de polarisation 52 d'un photodétecteur 53 et le faisceau 49 traverse une lame de polarisation 54 d'un photodétecteur 55. Les sorties électriques des photodétecteurs 53 et 55 fournissent deux signaux sinusoîdaux identiques modulés en fréquence et déphasés de 900. La modulation représente la différence de phase dans les trajectoires optiques et avec un ajustement approprié du système, représente deux fois la séparation entre la surface réfléchissante de la tête 13 et la surface d'oxyde du disque 10. Ces signaux sont appliqués sur les conducteurs 56 et 57 vers un indicateur 58 qui, dans sa forme la plus simple, comprend un étage d'amplification, un étage de détection et un étage d'affichage agencé pour présenter la figure de Lissajous correspondant aux deux signaux. Il s'ensuit que le système décrit ici pourra fournir une mesure deux fois plus sensible de la séparation des deux surfaces en raison du fait que le déphasage dû à la séparation apparait deux fois dans chaque faisceau grâce à la conception du système de réflexion, et est à nouveau doublé en raison de la configuration optique de l'étage de détection (37 à 553. Le fonctionnement théorique du système est le suivant. Considérons les deux faisceaux lumineux 33 et 34 incidents à la plaque de phase 38 à l'entrée de l'unité de détection 17. Ces faisceaux sont polarisés en plan, leurs plans étant mutuellement perpendiculaires.0n suppose un déphasage 2d entre eux, dû aux longueurs de trajectoire différentes vers la tête 13 et le disque 10. Les axes de référence sont considérés comme étant parallèles aux axes rapide F et lent S de la plaque de phase 38. On suppose que les plans de polarisation des faisceaux incidents sont inclinés à un angle 6.par rapport aux axes de la plaque de phase: le premier faisceau faisant un angle O avec l'axe rapide et l'autre faisceau faisant un angle s avec l'axe lent Les paramètres de la lumière sont définis par le terme wt dans lequel w est égal à 2nf, f étant la fréquence de radiation.Les composants des deux faisceaux incidents à la plaque de phase, résolus comme indiqué précédemment, peuvent s'écrire comme suit: Faisceau 34 Faisceau 33 F A Cos 6 Cos wt + di B Cos e Cos (wt - d) S A Sin Q Cos (wt + d) B Sin e Cos Iwt - d ) La plaque de phase 38 est telle qu'un déphasage de 900 est introduit entre des faisceaux traversant la plaque parallèlement aux axes rapide et lent.Les faisceaux sortants peuvent ainsi être décrits par les équations suivantes: F A Cos e Cos (wt + d + 90) B Cos e Cos (wt - d + 903 S A Sin O Cos (wt + d g B Sin 6 Cos (wt - dl Un déphasage 2# est inclus pour représenter la différence de trajectoire constante introduite entre les deux faisceaux par la nature du système.Les faisceaux arrivant au diviseur de faisceau sont donc les suivants: F A Cos e Ces (wt+ d + 90 + # ) B Ces O Ces Iwt - d + 90-) S A Sin O Ces (wt + d + f) B Sin e Cos (wt - d Pendant l'alignement de l'instrument, les intensités de faisceau à la plaque de phase 38 sont égalisées, d'où: A=B et, étant donné que: Ces (# + 90) = -Sin e ces dernières équations peuvent être réduites comme suit:: F -A Cos e Sin [ wt + d + # ) - A Cos e Sin (wt - d - S A Sin e Cos (wt + d + #) A Sin 6 Ces (wt - d - #) La sommation par le diviseur de faisceau donne: F + F = FF et S + S = SS donnant FF -2A Ces 6 Sin (d + #) Ces wt et SS 2A Sin e Ces Id + #) g Cos wt A nouveau, pendant l'opération d'alignement, on donne à 0 une valeur de 450, si bien que le faisceau 45 est représenté par ses composants:: Ce faisceau est polarisé en plan par l'intermédiaire des termes communs Cos wt en phase, mais le plan tourne avec d et Sin et Cos. La période de répétition de cette rotation est de 2v radians. Les lames de polarisation 52 et 54 présentent un tel sens de polarité optique qu'ils transmettent des faisceaux lumineux polarisés en plan aux cellules photo-électriqu dont la période de répétition dans d n'est que fl radians. C'est ce dernier effet qui donne naissance à la haute sensibilité de l'interféromètre. Une autre configuration possible et plus pratique à certains égards, en ce qui concerne la section de génération de faisceaux du système optique, consiste à utiliser un laser de bonne qualité du type comprenant un orientateur de polarisation monté comme une fenêtre de sortie sur le boîtier du laser. Une telle unité produit un faisceau cohérent monochromatique polarisé en plan qui est dirigé directement sur un diviseur de faisceaux sensible à la polarisation. Le diviseur de faisceaux produit automatiquement deux faisceaux polarisés en plan dont les plans de polarisation sont mutuellement perpendiculaires, les intensités relatives pouvant être commandées par la rotation du polariseur du laser. Des surfaces réfléchissantes sont utilisées pour diriger les faisceaux. Le système optique de la figure 3 est basiquement similaire à celui de la figure 2 à l'exception du fait qu'il comprend un miroir vibrant 70 facilitant l'ajustement initial du système et que l'étage de détection utilisé est plus efficace que celui utilisé dans le système de la figure 2. Les trajectoires optiques des faisceaux 33 et 34 comprennent des miroirs 70 et 71, le miroir 70 pouvant vibrer sous commande et le miroir 71 étant fixe. Cet équipement supplémentaire signifie que, la tête et le disque étant au repos, un mouvement peut être introduit artificiellement dans le système de façon qu'un signal détectable puisse être produit. Cette caractéristique permet l'ajustement initial du système optique. L'étage de détection de la figure 2 a été simplifié pour augmenter l'efficacité.Dans le système de la figure 2, la moitié de la lumière disponible était rejetée par le blocage du faisceau 46, mais dans le système de la figure 3, cette lumière est utilisée. Les faisceaux 33 et 34 après passage au travers de la plaque de phase 38, frappe le diviseur de faisceaux 72 à partir des côtés opposés et suivant des directions mutuellement perpendiculaires, le faisceau 34 ayant été tourné sur un angle droit par le miroir réglable 73. Les sorties pour-les lames de polarisation 52, 54 et les photodétecteurs 53 et 55 sont prises directement au diviseur de faisceaux 72. Le diviseur de faisceaux 24 peut comprendre une fonction d'erreur ou de distorsion qui est sans doute inhérente à ce type de diviseur de faisceaux. Cependant, en utilisant des structures de chrome sur verre comme surfaces réfléchissantes 35, 73, cette fonction peut être éliminée, en raison, d'une fonction d'erreur de compensation inhérente à ce genre de surface réfléchissante. lia lame de polarisation 52 peut être avantageusement montée en rotation sur l'entrée du photodétecteur 53 et la lame 54 peut être montée d'une manière similaire sur le photodétecteur 55. On appréciera le fait que dans un système sensible, l'ajustement de la plupart des éléments du système pendant une période dite de "mise en fonction" est nécessaire et l'on a constaté qu'en affichant les sorties sur un oscilloscope tout en provoquant la vibration du miroir 70, cet ajustement était très simplifié. En dehors de l'utilisation pour laquelle il est conçu, le dispositif peut être utilisé pour la calibration de micromètres et d'accéléromètres pour mesures d'accélérations peu élevées, ainsi que pour l'étude des distortions produites dans un système vibrant, par addition de revêtements de structures et, naturellement, introduction d'un accéléromètre. On notera qu'il n'existe pas de restrictions de fréquences effectives impliquées lors de l'utilisation d'un instrument de mesure du type présenté dans cette invention et que cette caractéristique est pour un appareil l'une des plus recherchées. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à des modes de réalisation préférés de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. REVENDICATIONS 1.- Instrument de mesure optique caractérisé en ce qu'il comprend: un moyen générant deux faisceaux dirigés de lumière polarisée en plan monochromatique, à axes de polarisation mutuellement perpendiculaires, un moyen collectant, polarisant circulairement et combinant des parties réfléchies des faisceaux, et un moyen indiquant une mesure du déplacement en rotation du plan de polarisation du faisceau résultant par rapport à un paramètre donné. 2.- Instrument selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen de génération comprend un laser, un polariseur monté en rotation, un diviseur de faisceaux sensible à la polarisation et des surfaces réfléchissantes. 3.- Instrument selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que le moyen collecteur comprend, des surfaces réfléchissantes collectrices, une plaque de phase commune, une surface réfléchissante ajustable, en position, un diviseur de faisceaux, des lames de polarisation et deux cellules photo-électriques. 4.- Instrument selon la revendication 3 caractérisé en ce que chaque cellule photo-électrique comporte sa propre lame de polarisation montée en rotation sur son entrée optique. 5.- Instrument selon la revendication 2 ou 3 caractérisé en ce que les diviseurs de faisceaux initiaux et au moins certaines des surfaces réfléchissantes assurent des fonctions inhérentes de correction d'erreurs. 6.- Instrument selon la revendication 5 caractérisé en ce que le diviseur du faisceau initial est sensible à la polarisation et en ce que la surface réfléchissante à position réglable est une structure de chrome sur verre. 7.- Mémoire à disques à tête flottante caractérisé en ce qu'elle comporte: un moyen générant deux faisceaux de lumière polarisés en plan et monochromatique présentant des axes de polarisation mutuellement perpendiculai res, un moyen dirigeant un faisceau sur la surface du disque et un faisceau sur la surface de la tête, un moyen collectant, polarisant circulairement et combinant les parties réfléchies des faisceaux, et un moyen indiquant une mesure du déplacement en rotation du plan de polarisation du faisceau résultant par rapport à un paramètre donné.