Brevet FR2065720A1 — publié le 19710806

La présente invention concerne les mémoires holographiques et plus particulièrement l'orientation d'un faisceau dans la construction et la reconstruction d'images holograohiques. ■ L'art antérieur, se comoosant principalement de publications, traite extensivement gb la construction et de la roconszrvjcticn c ' i~a.:vc3 cans l'emmanas nage d' informations numériques. Par exemple, dans IBf" 7ecr.nical 3isc;:l:.>sure Bulletin, 5, d'Avril 1955, oags 1551, V.A. Vitols. décrit Line mémoire holographique pour emmagasiner des données numériques. La conception d'une mémoire optique semioermanente est décrite dans le Bell System Technica! Journal de Juillet 19S7 par F.H. Smits et al, Une mémoire optique serniperma-nente de haute capacité est décrite dans le IEEE Journal on Quantum Electronics, de Juillet 1967, par L.K. Anderson et al. En dépit de ces études dans les publications de l'art antérieur citées ci-dessus, on ne considère pas," cependant, la possibilité d'utiliser au maximum la capacité d'emmagasinage d'un système de mémoire holoeraoniauB. En particulier, la capacité d'une telle mémoire, c'est-à-dire, la capacité d'emmagasinage d'informations, est fonction de la longueur d'once de la lumière utilisée, des pouvoirs séparateurs des plaques photogranhiques employées, des surfaces de la matrice holographique et de la matrice de photo-détection, et de la disnosition géométrique de ces matrices. L'objet principal de l'invention est de réaliser un système de mémoire holographique dans lequel une possiblité d'emmagasinage maximum est obtenue pour parvenir à un prix de revient par unité d'information emmagasinée inférieur à celui obtenu par les systèmes de mémoire c-e l'art antérieur. Un autre objet est de diminuer les fréquences spatiales pendant la construction ce la matrice o'hologrammes de sorts qu'une cacacité emmagasinage maximum puisse être réalisée pour un. film ce pouvoir séparateur -jonné. Un autre objet de l'invention est de diminuer l'angle formé entre le faisceau de référence et une ligne s'étendant entre 1'hologramme le plus éloigné et la diode dans leurs matrices respectives! Un autre objet est de maintenir à un minimum l'angle compris eni:re. l'ordre G et" le premier ordre d'un faisceau de référence a'incidence angulaire maximum. Un autre objet de l'invention est de pousser au maximum la capacité d'emmagasinage en amenant beus les ^aisccaux lecture 1 ur. ceint cs convergence especc par rac-ccrt l'axe .:.j CyCC.'.me. r-t -uc '•cv-r o :îs Jcscticns. D'autres objets carac; = riscicu«c; et dv=r: csj nr-'.-ierce invtsncicn. rassortiront mieux ce 1'exposi c:ui cuit, Paie an rl--cr . •ce aux ;assirs annexes a ce texte, qui r«?prés3nzent jr. -oc3 jj rudii-ià^ion ;:r'=?-•*ré ce cslla-ci. La figure 1 représente vn prc-.; .ca 1'a.ntûrisur de lecture j partir 70 36289 2 2065720 d'une matrice d'hologrammes et elle insiste Darticulièrement sur l'orientation du faisceau de lecture de référence. Les figures 2a et 2b représentent des procédés de l'art antérieur employant des faisceaux de référence parallèles pour la lecture de l'information 5 à partir d'une matrice d'hologrammes. La figure 3a est une vue latérale du dispositif de la figure 3b représentant la relation entre l'image ds corrélation mutuelle et le point de convergence de tous les faisceaux de lecture. La figure 3b représente un dispositif destiné à réduire les fréquences 10 spatiales en faisant converger les faisceaux de lecture de référence en un point commun. La figure 4 est une vue isométrique montrant l'orientation du faisceau de.lecture conformément aux enseignements de l'invention. La figure 5 est un dispositif détaillé représentant l'utilisation de 15 lentilles parmi d'autres éléments, pour réaliser différentes orientations de faisceaux pour le faisceau de lecture. La figure 6 représente une techniaue de construction d'hologrammes pour réaliser la matrice d'hologrammes utilisée dans la pratique de l'invention. La méthode de construction d'images holographiques est généralement 20 bien connue dans l'art. L'hologramme, pendant sa construction, est formé en enregistrant la configuration d'interférences entre deux faisceau cohérents de lumière, un faisceau de référence et un faisceau objet, sur une plaque photographique. La configuration d'interférences est le résultat de l'interaction entre le faisceau de référence et le faisceau objet. Lors de la recons-25 truction, si l'un ou l'autre des deux faisceaux est utilisé pour illuminer l'hologramme, le contenu du deuxième faisceau sera reconstitué. Dans des buts d'emmagasinage, on construit une matrice d'hologrammes se composant de plusieurs hologrammes individuels contenant chacun, dans le cas d'emmagasinage de données, une configuration codée unique: représentant l'informa-30 tion codée. Dans la figure 1, sont représentés quelques hologrammes 1a~1n appartenant à la matrice d'hologramme 1» La reconstruction de l'image est démontrée en faisant les passer les faisceaux de référence 2a, 2n à travers les hologrammes individuels 1a, 1ns les faisceaux étant orientés parallèlement l'un par 35 rapport a l'autre suivant un certain angle par rapport au Dlan de la matrice d'hologrammes 1. L'information emmagasinée dans l'hologramme la est représentée sur la plaque image 3 sous la commande du faisceau de référence 2a lequel, lorsqu'il sort de la matrice d'hologramme 1, est diffracté pour former un faisceau 2a" qui donne une configuration unique des points codés sur le plan 40 de la plaque image 3„ L'information emmagasinée dans l'hologramme 1n est 70 36289 3 2065720 représentée de même sur la plaque 3 et, lorsqu'elle sort de la matrice d'hologrammes 1, sile est diffractée pour former un faisceau diffracté 2n' qui forme un angle maximum a avec le faisceau d'interférence 2n. La planue image 3, dans une mémoire holographique, prend généralement 5 la forme d'un moyen de détection c'images, Bar exemple, une matrice es lecture c diodes contenant une ciode pour chaque spot codé possible projeté à partir de n'importe quel hologramme de la matrice d'hologrammes, et conformément aux techniques de l'art antérieur, la matrice de diodes est espacée d'une distance D par rapport à la matrice d'hologrammes. En examinant la figure 10 1, on peut voir que la distance F entre l'hologramme le plus éloigné et la diode la plus éloignée représente la distance maximum entre les doux matrices. En considérant l'arrangement géométrique, on peut voir que l'angle a est l'angle maximum entre le faisceau de lecture le plus éloigné et la diode la plus éloignée dans la matrice de diodes et il est plus grand que tout 15 autre angle dans l'arrangement géométrique de la figure 1. □n a démontré expérimentalement que lorsque ces angles maxima dans une mémoire ayant la disposition géométrique de la figure 1 augmenteBt, les fréquences spatiales dans la configuration de diffraction enregistrée de l'hologramme augmentent également. Ainsi, dans la construction de l'hologramme 20 initial, si l'angle entre le faisceau de référence et le faisceau objet est important, l'angle entre le faisceau de lecture et le faisceau diffracté sera également important. On peut donc en déduire en conséquence, que los variations des configurations d'intensité dans l'hologramme enregistré donnent des fréquences spatiales plus grandes que celles obtenues dans le cas où les angles 25 seraient rendus plus petits dans le procédé de construction. Les techniques de l'art antérieur ont proposé une solution au problème ci-dessus qui consistait à augmenter la séparation, (distance D), entre les matrices de la figure 1. Ceci, jusqu'à un certain point, n'était pas très souhaitable puisqu'un hologramme de dimension donnée nécessiterait nécessairement une projection 30 de l'image sur une distance supérieure et se traduirait ainsi par la projection d'un spot image plus grand. Ceci entraîne la nécessité d'augmenter la dimension des diodes dans la matrice de diodes et provoque ainsi une diminution de la capacité de la mémoire puisque la capacité est une fonction directe du nombre des diodes dans l'alignement multipliée par le nombre d'hologrammes 35 dans la mémoire. Qn peut voir ainsi qu'une réduction eu nombre de diodes pour une surface donnée entraîne une réduction de ia capacité de la mémoire. L'orientation spatiale des différents faisceaux rie lecture peut en outre être observée dans les vues en élévation représentées aux figures 2a et 2b à partir desquelles on montre qu'une séoaration donnée doit être maintenue 40 entre le faisceau de lecture et la matrice de diodes le long d'une ligne 70 36289 2065720 imaginaire passant verticalement à travers la matrice de diodes. Cette séparation est représentée par la distance A qui est équivalente à la dimension verticale de la matrice 3'. Cette séparation est nécessaire pour empêcher l'interférence entre des fréquences non désirées, connues sous le nom de fac« 5 teur d'image de corrélation mutuelle, entourant les faisceaux de lecture. Puisque le facteur de corrélation mutuelle entoure tous ces faisceaux de lecture et puisque le faisceau 2n est orienté parallèlement aux autres faisceaux, il est compréhensible que le facteur de corrélation mutuelle devienne un paramètre important dans la détermination de la dimension de l'angle a dans 10 les dispositifs géométriques des figures 1 et 2. A cause des variations des différents angles entraînés par les différents faisceaux de lecture parallèles, on a trouvé que des variations dans les intensités incidentes sur les différentes diodes dans la matrice de diodes 3' sont extrêmement importantes et on a trouvé que sous certaines conditions de fonctionnement, le rapport signal/ 15 bruit est si faible qu'il provoque une lecture incorrecte entre le signal et les conditions de non signal. La plupart des systèmes prévus pour l'enregistrement des configurations holographiques dans une mémoire utilisent l'interférence entre un faisceau de référence et un faisceau objet dérivé de celui-ci en passant à travers 20 un masque qui représente l'image à afficher ultérieurement. Cette méthode particulière de construction d'image permet à chaque bit dans la configuration objet d'agir comme faisceau de référence pour chaque autre bit pendant le procédé d'enregistrement. En conséquence, lors de la reconstruction, l'image de corrélation multuelle se trouve autour du faisceau de référence d'ordre 25 zéro transmis à travers l'hologramme. Cette dernière image est physiquement deux fois plus grande que l'image à emmagasiner et l'image de premier ordre doit être disposée de manière à éviter cette image non désirée afin d'empêcher le bruit aux emplacements où aucun bit n'est détecté lors de la lecture. Ainsi, comme représenté dans la figure 1, le dispositif de lecture pour un 30 schéma holographique doit être tel qu'il empêche le chevauchement de l'image de corrélation mutuelle et de l'image emmagasinée. Dans la figure, les faisceaux de lecture d'ordre zéro sortant de la plaque d'hologramme donne naissance à une zSne d'image de corrélation mutuelle comme représenté dans la partie ombragée autour de la zSne réservée à la transmission des faisceaux d'ordre 35 zéro. La configuration image doit être déplacée au-delà de cette zSne de corrélation transversale et de ce fait l'angle entre le bit extrême et l'hologramme est relativement important comme représenté dans la figure. Le dispositif dans les figures 3a et 3b surmonte toutes les insuffisances des mémoires de l'art antérieur en réduisant à un minimum 1'-"angle a pour 40 la condition extr'ims traitée dans le dispositif des figures 1 et 2, Dans la 70 36289 5 2065720 figure 3b, on voit que les matrices 1 et 3' sont disposées parallèlement de manière espacée et que l'axe optique passe à travers les centres desdites matrices. En examinant la figure 3b on peut noter que tous les faisceaux de lecture sont rendus convergents en un point commun situé au-dessous de 5 l'axe optique et se trouvant sur une ligne en pointillés s'étendant verticalement à partir de la matrice de diodes 3' et espacée du rebord inférieur 3" de la matrice 3" d'une distance A qui est suffisante pour éviter les effets de tous les facteurs d'images de corrélation mutuelle entourant tous les faisceaux de lecture. A l'aide de la ré-orientation de tous les faisceaux 10 de lecture on réduit considérablement de cette manière la condition pour l'angle a dans le cas extrême. Les limites principales pour la capacité d'une telle mémoire holographique sont déterminées par les nombres de lignes résolvables par millimètre qui peuvent être enregistrés sur la plaque d'hologrammes et par les dimensions 15 des diodes qui peuvent être placées sur la surface totale de la plaque image. Pour une distance donnée entre le plan irnageet le pian d'hologramme et pour des distances et dimensions données de ces deux plans, [c'est-à-dire une géométrie donnée) la fréquence spatiale dans le cas extrême Cou le nombre de lignes par millimètre sur l'hologramme) est fixée. De plus, la dimension 20 d'une diode détermine le nombre de diodes qui peuvent être placées dans le plan image et la dimension de l'hologramme détermine le nombre d'hologrammes qui peuvent être placés dans la plaque d'hologramme. La capacité totale du système est définie par le nombre de diodes m multiplié par le nombre d'holo** 2 grammes n. Puisque n est proportionnel à C1/d' ),d' étant le diamètre d'une 2 25 diode et m étant proportionnel à (1/d ), d étant la dimension d'un hologramme nous avons: C = mn = k C1/d2d'2) où C est la capacité du système. La relation entre d' et d relève de l'optique physique et elle est d = k/d' de telle sorte que pour un arrangement géométri-30 que donné 2 C = k/k = constante On peut ainsi noter que pour une géométrie donnée, la capacité du système est fixée indépendamment des dimensions relatives des diodes et des hologrammes . 35 Afin de parvenir à une capacité cntinais du système, une analyse du système montrée à la figure 1 a été réalisée avec les paramètres et valjurs suivantes: Capacité du système, C - 79593472 Longueur d'onde de la lumière, ZLAMDA = Q,6326fl 40 Dimension de l'hologramme, D, = 0,130cm 70 36289 S 2065720 Distance entre les plans, F, 23,2cm Dimension d'une diode, DELT, = 0,0254cm Dimension de la plaque d'hologrammes, CAPD, = 10cm x 10cm Dimension de la plaque de diode, E, C, = 6,97 x 8,97cm 5 La fréquence spatiale dans les cas extrêmes calculée à 1310 lignes par millimètre s'est avérée trop importante pour la plupart dès méthodes de construction d'hologrammes. Conformément à l'invention, la fréquence spatiale maximum a été réduite à une fréquence de 862 lignes par millimètre. Cette réduction de la fréquence spatiale permet une augmentation de la capacité 10 du système d'un facteur supérieur à deux. La mise en application de l'invention est réalisée au moyen du dispositif montré à la figure 5 qui utilise une matrice de diodes laser à GaAs comme source à partir de laquelle les faisceaux orientés spatialement de. manière différente sont issus et dirigés à travers un système optique composé d'une 15 lentille 7, d'une lentille 9 et. de la matrice d'hologrammes 1. La lentille 7 détermine le diamètre du faisceau et elle est distante de la matrice 5 d'une longueur focale f. Les différents faisceaux sortant de la source 5 coupent l'axe optique en un poitot commun 8' sur l'axe optique 8 et sont dirigés à travers la deuxième lentille 9 et à travers les différents hologrammes 20 dans la matrice d'hologrammes 1. Les ordres zéros de tous les faisceaux sortant de l'hologramme sont amenés en un point de convergence 9' sur l'axe optique 8. La matrice d'hologrammes utilisée dans la pratique de l'invention est construite au moyen du dispositif représenté dans la figure 6. Le dispositif 25 comprend essentiellement une paire de lentilles 11, 12 à travers lesquelle un faisceau objet et un faisceau de référence respectivement 11' et 12' sont dirigés et sont amenés à interférer dans une zone discrète dans laquelle une configuration d'interférences est formée et développée pour former l'hologramme. Une plaque image 13 qui est une configuration de points codés repré-30 sentant une configuration unique d'informations est interposée dans la trajec-toire"~du faisceau 11' et pour chaque hologramme différent une configuration différente d'informations est employée dans la plaque image 13. • Pour chaque hologramme construit sur la matrice d'hologrammes, les faisceaux doivent avoir une orientation spatiale 11. En conséquence, la source 35 pour chacun des faisceaux peut être orientée par n'importe quel système optique classique bien connu dans lBart, utilisant une source laser commune telle qu'un laser de balayage pour obtenir plusieurs faisceaux de sortie orientés spatialement de manière différente. Au moyen de ce système optique, le faisceau objet et le faisceau de référence 11' et 12' prennent tous deux des 40 orientations spatiales uniques pour chaque hologramme développé dans la matrice 70 36289 7 2065720 d'hologrammes. Ou bien, il est également possible de construire des hologrammes suivant un procédé qui évite la corrélation mutuelle déjà nommée en exposant de manière séquentielle des bits dans le procédé de construction ou en enregistrant 5 les configurations d'ondes nécessaires dérivées par des procédés de calcul spéciaux Grâce à ces techniques de construction, les frsnuences spatiales peuvent être réduites à une valeur située à l'intérieur des possibilités de pouvoir séparateur du film laquelle valeur donne une capacité d'emmagasinage maximum réalisable dans le procédé de reconstruction en utilisant le 10 nombre maximum d'hologrammes par matrice d'hologrammes et un maximum correspondant pour le nombre de diodes dans le moyen de détection de lecture pour un arrangement géométrique donné de la mémoire. Bien que l'on ait décrit dans ce oui précède et représenté sur le dessin, les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de 15 réalisation préféré 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. 70 36289 2065720 REVENDICATIONS 1.- Systems de mémoire holographique caractérisé en ce qu'il comprend: une matrice d'hologrammes constituée de plusieurs hologrammes individuels espacés, 5 des moyens de détection d'image disposés parallèlement à ladite matrice d'hologrammes et adaptés pour recevoir des images projetées à partir des hologrammes dans ladite matrice d'hologrammes, lesdits moyens et ladite matrice d'hologrammes situés sur l'axe optique du système, et des moyens d'orientation de faisceaux pour diriger un faisceau de lecture 10 de référence à travers chaque hologramme de telle sorte que chaque direction corresponde à une orientation spatiale unique, et que les ordres zéros desdites orientations convergent en un point commun dans le plan desdits moyens de détection et soient espacés de l'axe optique du système tandis que les images diffractées de premier ordre desdites orientations frappent lesdits moyens 15 de détection. - 2.~ Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espacement dudit point commun est suffisant pour éviter une interférence entre l'image de corrélation mutuelle entourant chaque orientation de faisceaux et les images d'ordre diffracté frappant lesdits moyens de détection. 20 3.- Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les hologrammes constituent chacun une configuration d'interférences représentant une configuration unique de bits codés d'information, lesdits moyens de détection comprenant une matrice de photodiodes dont chacune des diodes est sensible à un bit de code spécifique. 25 4.- Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite matrice d'hologrammes est constituée par un film de pouvoir séparateur donné. 5.- Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'angle maximum entre les ordres zéro et un d'un faisceau de lecture ayant l'angle d'incidence maximum par rapport à ladite matrice d'hologrammes soit tel que les 30 fréquences résultantes ne dépassent pas les possibilités du pouvoir séparateur donné dudit film. 6.» Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'orientation de faisceaux comprennent une source laser donnant plusieurs faisceaux de lecture orientés spatialement de manière différente et un système 70 36289 9 2065720 optique à travers lequel lesdits faisceaux de lecture sont dirigés, ledit système optique comprenant une première et une deuxième lentilles destinées respectivement à calibrer le faisceau et à le faire converger audit point commun pour les différentes orientations de faiscaux. 5 7.- Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les hologrammes de ladite matrice d'hologrammes sont construits suivant un système de construction dans lequel les angles entre un faisceau de: référence et un faisceau objet approprié sont maintenus à des valeurs donnant des fréquences spatiales situées à l'intérieur du domaine de possibilité du pouvoir séparateur des 10 hologrammes.