Brevet FR2797708A1 — publié le 20010223

TETE DE LECTURE MAGNETIQUE La présente invention se rapporte à une tête lecture magnétique. Pour la lecture de support magnétique, un type connu de têtes magneto-optiques met en oeuvre un effet Faraday et/ou un effet Ces effets consistent à magnétiser un matériau magnéto-optique, tel que du grenat, par le flux magnétique produit par le support magnétique, et à détecter cette magnétisation grâce au pouvoir rotatoire qu'elle sur une lumière polarisée. Le principe physique exploité est l'effet magnéto-optique, connu sous nom de rotation Kerr ou de rotation Faraday. Dans effet, une onde électromagnétique se réfléchissant sur un milieu magnéto optique ou le traversant, subit une modification de son état de polarisation. Cet état dépend de la direction de l'aimantation du milieu. Le pôle de lecture étant constitué d'un tel matériau, un faisceau laser s'y réfléchissant voit sa polarisation modulée par les variations d'aimantations induitent par support magnetique. Cette modulation est ensuite transformée en variations d'intensité lumineuse qui sont alors mesurées à l'aide d'un photodétecteur permettant ainsi de remonter à l'information inscrite sur support magnetique. L'information magnétique n'est donc plus véhiculee par un courant électrique mais par une onde électromagnétique. Une telle tête de lecture a été décrite dans le brevet français n 2 723. La figure 1 représente le schéma simplifié d'un mode de réalisation de cette tête. Elle comporte une couche 9 de matériau magnétique ' bonne perméabilité magnétique, d'une épaisseur pouvant atteindre plusieurs microns par exemple. Sur la couche 9 sont formées une couche 10 de matériau non magnétique, d'une épaisseur comprise, par exemple entre 50 et 3 nm, et typiquement de 300 nm environ, et une couche mince 11 de matériau magnétique formant la couche à effet magnéto-optique (effet Kerr par exemple). L'épaisseur de la couche 11 est par exemple comprise entre 10 et 200 nm environ. Un faisceau optique incident oblique 12 arrive sur couche 11, qui réfléchit un faisceau 13. Les couches 9 à 11 sont polies un de leurs chants, exemple perpendiculairement à leur surface principale, et la bande magnétique à lire 14 est appliquée sur la surface ainsi polie. La tete de la figure 1 peut être facilement réalisee en une seule opération de dépôt de couches, et il n'est pas absolument nécessaire de graver les couches déposées, pour réaliser des têtes de lecture multipistes. On a représenté en figure 2 un système 20 de lecture magnéto- optique multipiste comportant une tête de lecture conforme à l'invention. L'intérêt principal, pour la lecture d'un enregistrement multipiste, de l'utilisation d'une tête à effet Kerr est dû au principe de la lecture active dont les performances ne sont pas handicapées par une faible vitesse de défilement la bande à lire. Le système 20 comporte en amont de la tête 21 à effet Kerr une source ponctuelle de lumière 22, de préférence une diode laser, un objectif de collimation 23, un dispositif 24 comprenant un polariseur servant à rendre la polarisation du faisceau lumineux la traversant perpendiculaire à la direction de défilement de la bande à lire, et une lentille cylindrique 26 orientée de façon à focaliser le faisceau collimaté par l'objectif 23 selon une ligne perpendiculaire à la direction défilement de la bande 25. tête 21 comprend, comme exposé dans la présente description, un capteur à effet Kerr et, le cas échéant, un réflecteur optique. En aval de la tête 21, le système 20 comporte un dispositif optique 27 d'imagerie ; un dispositif 28 comprenant un analyseur et le cas échéant un compensateur de phase; et un capteur optique linéaire 29 dont la zone active est la conjuguée optique par le système optique, de la ligne éclairée sur la tête à effet Kerr. Ce capteur optique comporte par exemple une barrette CCD. Le grandissement de la partie aval du système 20 étant typiquement de l'ordre de l'unité, on peut avantageusement le réaliser en optique intégrée. La figure 3 représente un mode de réalisation d'une tête de lecture magnéto-optique selon l'invention dans lequel les différentes couches de la figure 1 sont realisées sur un prisme 35 en matériau transparent à la longueur d'onde du faisceau de lecture. Ce matériau est exemple en SGGG (Grenat Galidonium et Gallium). Les différentes faces 30 à 33 de ce prisme sont orientées de façon que le faisceau de lecture pénètre sans réflexion dans prisme et soit réfléchi sur la face 32 portant la couche magnéto-optique 11 de la tête, à proximité de la zone de lecture de la bande magnétique à lire. La face de sortie 33 est orientée de façon que le faisceau 13 sorte sans réflexion du prisme. II est à noter les faces 30 et 33 peuvent etre revêtues d'une couche de matériau antireflet en Si02 par exemple. couches 9, 10, 11 correspondent aux couches portant les mêmes références sur la figure 1 sont réalisées sur la face du prisme. Dans ce type de têtes magnétiques connues, la couche magnéto- optique 11 est Sendust (FeXSiyAlZ), la couche d'entrefer 0 est en Si3N4 ou A1203 et la couche magnétique 9 est en Sendust. A titre d'exemple, une tête de lecture magnéto-optique peut être actuellement constituée de l'empilement des matériaux suivants # couche 11 de Sendust, d'une épaisseur 30 nm et qui sert de pôle de lecture, # une couche de Nitrure de Silicium de 180 nm d'epaisseur, # couche de Cuivre de 50 nm d'épaisseur ces deux couches servant de couche d'entrefer magnétique et optique 10. # couche 9 de Sendust de 1 pm d'épaisseur permettant de fermer le flux et jouant un rôle de blindage magnétique, # couche d'alumine 10b de 2 Nm d'épaisseur sert de protection de l'ensemble. Le tout est déposé sur un substrat de Grenat 35. L'ensemble est ensuite façonné de manière à former un prisme tel qu'illustré sur figure 3a. Les dimensions des différentes faces 30 à 33 sont de l'ordre du millimètre à quelques millimètres, celle du méplat M, de l'ordre de la centaine de pm, la hauteur de la tête (dimension perpendiculaire au plan de la feuille) étant de 1 à 2 mm. Cependant, une telle géométrie présente inconvénients suivants # couches magnétiques 9 et 11 étant situees au bord du méplat M (quelques pm), il est très difficile de positionner le méplat sur la bande de manière à ce qu'il y un contact intime entre la bande et ces couches. # Les dimensions du méplat selon sa hauteur étant très petites devant la largeur de la bande ('/2 pouce) il délicat d'assurer un bon contact du méplat avec la bande lors déplacements verticaux de la tête perpendiculairement au sens de défilement de la bande. En effet, comme cela est représenté sur les figures 3b à 3d lorsque hauteur de la tête est inférieure la largeur de la bande, celle-ci se plie selon sa largeur. Elle a deux effets néfastes D'une pari la bande frotte sur les bords A1 et (figure 3d) dont l'état surface peut présenter des éclats (quelques pm). Cela risque de déchirer la bande lors du défilement de celle-ci. Pour remedier à ce problème il faudrait soit casser les angles A1, A2 soit après la découpe des têtes Kerr, repolir côtés C1 et C2. Ces opérations nécessitant la manipulation d'objets très petits et individualisés auront une incidence sur le coût de réalisation des têtes de lecture. D'autre part, comme nous le voyons sur figure 3d, un espacement z va apparaître entre le méplat et la bande. espacement va être à l'origine de perte sur ce signal de plusieurs décibels. L'invention propose des solutions pour remédier à ces inconvénients. L'invention concerne donc une tête de lecture magnétique à structure multicouches réalisée sur un substrat, la tranche substrat de la multicouche constituant la surface active de la tête magnétique, caractérisée en ce qu'elle comporte une contre-plaque accolée à la structure multicouche, affleurant surface active et d'une épaisseur mesurée sur surface active sensiblement équivalente à celle du substrat. L'invention concerne également une tête de lecture caractérisée en ce elle comporte deux pièces de montage enserrant l'ensemble substrat/multicouches/contre-plaque et disposées sur deux faces opposées dudit ensemble et perpendiculaires au plan du multicouches. différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre fournie à titre d'exemple et dans les figures annexées qui représentent # les figures 1 à 3, des têtes de lecture magnéto-optique selon l'art connu et décrites précédemment ; # les figures 4a et 4b, un exemple d'une tête de lecture selon l'invention ; les figures 5 à 8, un ensemble de schémas expliquant les limitations actuelles et l'amélioration apportée par solution sur le positionnement de la tête sur la bande ; les figures 9 à 11, un ensemble de schémas expliquant le mode de réalisation du support de la tête lecture permettant de faciliter le contact de la tête avec la bande. se reportant à la figure 4a, on va tout d'abord décrire une tête de lecture selon l'invention permettant de symétriser la position . couches magnétiques 9 et 11 sur le méplat. Pour cela, on prévoit une contre-plaque (ou deuxième substrat) 66 accolée à la tête de lecture du côté opposé au premier substrat 60. Le matériau de la contre-plaque 66 est similaire en dureté à celui du substrat 60. L'épaisseur de ce deuxième substrat 66 selon le méplat est de préférence sensiblement égale à celle du premier substrat 60. Le deuxième substrat 66 fournit une géométrie du méplat permettant d'améliorer le contact et le réglage de la tête sur la bande magnétique et de réduire considérablement les contraintes de fabrication pesant sur les tolérances de la partie de la tête de lecture en contact avec la bande. La figure 4b fournit un mode de réalisation de l'invention dérivé de la figure 3a, et comportant une contre-plaque 66 solidaire de l'empilement de couches 9, 10, 11. Dans les têtes actuelles, les éléments et paramètres principaux caractérisant le contact de la tête avec la bande magnétique sont les suivants (figures 5a à 5c). Pour le système # l'angle de wrap a, de l'ordre de 0.5 , # la distance 2D séparant les guides, de l'ordre de 10 mm, # l'enfoncement h de la tête dans la bande, de l'ordre de 50 pm, # la tension T de la bande. Pour le méplat # la largeur C, de l'ordre de 100 Nm, # le rayon de courbure R de l'ordre de 5 mm, # la position de la zone active de la tête sur le méplat, les pôles de blindage/fermeture du flux et de lecture se trouvant respectivement à des distances d2 et d1 de 3 et 5 Nm du bord du méplat. Ses différents paramètres ne sont pas indépendants et sont reliés par les relations suivantes h=Da C=2Ra Compte tenu des contraintes liées à l'encombrement du système (paramètre D), à la réalisation du méplat (paramètres R et C) et la qualité du contact (paramètres a et h), les valeurs données ci-dessus sont un bon compromis (D, a et h). Dans cette géométrie, les couches magnétiques sont à l'extrémité du méplat (M), ce qui rend critique le positionnement de la tête sur la bande (paramètres h, D et w) et impose de fortes tolérances sur la fabrication du méplat (paramètres R et C). Evaluons ces contraintes. Calculons dans un premier temps, l'intervalle de valeur dans lequel doit se situer l'enfoncement h de la tête dans la bande pour qu'il y ait contact. Sur les figures 6a-6b, nous voyons que si l'enfoncement h est insuffisant, il n'y aura pas contact avec la zone active l'opposé si celui-ci est trop important la bande sera en porte-à-faux sur les bords du méplat, la pression exercée alors par la bande sera beaucoup plus forte dans la zone de contact ce qui entraînera une usure accélérée de la portion du méplat en contact avec la bande. Ainsi, le dernier point de contact Cd, Cd1 et Cd2 entre la bande et le méplat doit être compris entre les points C1 et C2, cela définit deux largeurs de contact de la bande avec le méplat soit C et C-2 d2. L'enfoncement h associé à cet intervalle se calcule aisément à l'aide des formules précédentes et nous obtenons h = CD/2R (1-d2IC) t Dd2/2R = hmed t hint hmed est la valeur nominale de l'enfoncement, hint est la marge de réglage sur cet enfoncement et doit être inférieure aux incertitudes de réglage et de fabrication. Evaluons différentes incertitudes. - incertitude de fabrication du méplat hfab = CD/2R (Ri/R+CÏ/C) - incertitude de positionnement de la tete # latéralement: hlat : CD/2R DiID # angulairement : hang = wi # en enfoncement: hiz soit: hpos = CD/2R DiID + + D wi Nous obtenons donc la relation suivante CDl2R DiID + hiz + D wi + CD/2R (Ri/R+Ci/C) Si nous acceptons de perdre 1 dB sur le signal lu à 0.8 pm, nous obtenons d 8.5 pm. La marge de réglage hint est alors de 5 pm. Malgré cela, pour être dans la zone de fonctionnement voulue, il faut être capable de repositionner la tête avec une précision sur l'enfoncement de 1 Nm et sur l'azimut de 2' et de maintenir la bande lors de son défilement devant la partie active de la tête dans le même domaine de variation (hband Nous voyons donc que dans cette géométrie réaliser un contact correct avec la bande se traduira par des coûts de fabrication du composant élevé et par une mécanique perfectionnée et cela alors même que nous tolérons une perte de 1 dB sur le signal. Selon l'invention, on prévoit donc pour relâcher les contraintes de fabrication et de positionnement de la tête de symétriser la position des couches actives par rapport aux bords du méplat (figure 7). Nous réalisons cela en collant une contre-plaque 66 de même nature que le substrat 60 sur les couches. Nous voyons sur la figure 8 que la marge de réglage hint peut être choisie de manière à rendre les contraintes pesant sur la précision du réglage de la tête par rapport à la bande et sur les tolérances de réalisation du méplat aussi faible que nécessaire. Par exemple pour un méplat de 1 500 Nm, dont la surface de contact avec la bande est comprise entre pm et 1 100 pm, nous obtenons une marge de réglage hint sur l'enfoncement de t 150 Nm, et cela sans perte de signal et sans que la bande ne vienne frotter sur le bord du méplat, ce qui permet également de relâcher la qualité du polissage dans cette zone. En se reportant aux figures 9 à 11 c, on va maintenant decrire un système permettant de résoudre le problème décrit précédemment l'aide des figures 3b à 3d. Comme cela est représenté sur la figure 9, le composant de la figure 7, constitué du substrat 60, des couches 9, 10, 11 et de contre- plaque 66 est compris entre deux pièces support 90 et 91 de telle façon que le méplat M affleure les faces m0 et m1 des pièces 90 et 91 ou émergent légèrement par rapport à ces faces. La largeur @0 et 1 des pièces 90 et 91 est nettement plus large que l'épaisseur du composant de la figure 7 de façon que l'inconvénient représenté en figure 3d ne se produise pas. Selon un autre mode de réalisation, le composant de la figure 7 peut être fixé sur un support B (figure 10b), lui-même placé dans un support D, permettant d'assurer un contact de la bande sur le méplat M de la tête de lecture, quelle que soit la position de cette tête sur la bande (figure 11 a, 11 b et 11c). Le dépassement h de la tête est choisi de telle sorte qu'il y ait toujours contact du méplat avec la bande magnétique, et ce quelle que soit sa position sur la bande. Ce dépassement h est typiquement de l'ordre de quelques dizaines de microns (10 à 30 par exemple). Selon l'exemple de réalisation des figures 10a à 10c, le composant de la tête de lecture de la figure 7 est placé dans une ouverture 92 de la pièce support D et émerge légèrement de cette ouverture ou affleure la surface extérieure de la pièce support D. La figure 10a fait apparaître que la pièce support encadre la tête de lecture et, notamment, possède des surfaces portantes m0, m1 situées de chaque côté de la tête de lecture. Comme cela est représenté sur les figures 11 a à 11 c, la tête de lecture émerge légèrement de l'ouverture 92 de la pièce support D. Les surfaces latérales m0 et m1 permettent d'éviter une déformation de la bande 14 quelle que soit la position de la tête de lecture sur la bande. REVENDICATIONS 1. Tête de lecture magnétique à structure multicouches (9, 10, 11) réalisée sur un substrat (60), la tranche du substrat de la multicouche constituant la surface active de la tête magnétique, caractérisée en ce qu elle comporte une contre-plaque (66) accolée à la structure multicouche, affleurant la surface active et d'une épaisseur mesurée sur la surface active sensiblement équivalente à celle du substrat (60). 2. Tête de lecture selon la revendication 1, caractérisée en ce la tête de lecture est magnéto-optique et que la structure multicouches comporte une couche en matériau présentant un effet magnéto-optique. 3. Tête de lecture selon la revendication 2, caractérisée en ce que le matériau de la contre-plaque (66) est en matériau similaire à celui du substrat (60). 4. Tête de lecture selon la revendication 1, caractérisée en ce que la contre-plaque est collée à la multicouche. 5. Tête de lecture selon la revendication 1, caractérisée en ce qu elle comporte deux pièces de montage (90, 91) enserrant l'ensemble substrat/multicouches/contre-plaque et disposées sur deux faces opposées dudit ensemble et perpendiculaires au plan du multicouches. 6. Tête de lecture selon la revendication 5, caractérisée en ce que pièces de montage (90, 91) sont collées audit ensemble. 7. Tête de lecture selon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit ensemble est monté dans une pièce support permettant d'augmenter ses dimensions selon le sens perpendiculaire au sens de défilement de la bande. 8. Tête de lecture selon la revendication 5, caractérisée en ce que la face active (M) est plane. 9. Tête de lecture selon la revendication 5, caractérisée en ce que la face active (M) est bombée. 10. Tête de lecture selon la revendication 5, caractérisée en ce que la hauteur soit supérieure à la somme de la largeur de la bande et de l'écart entre les pistes externes des deux derniers blocs de piste écrits sur la bande de manière à ce qu'il y ait un contact suffisant entre la face (M) et la bande.