Brevet FR2214937A1 — publié le 19740819

La présente invention se rapporte à des dispositifs de stockage en mémoire, et en particulier à une méthode de mise en mémoire de l'information et à un dispositif de mémoire qui peut titre obtenu par ladite méthode. Dans ses aspects plus spécifiques, l'invention concerne la mise en mémoire permanente d'une grande quantité d'informations dans un petit espace. Le demandeur a trouvé que l'on pouvait emmagasiner des unités d'information binaires dans un petit volume de matière en altérant sélectivement une propriété aisément détectable de ladite matière en des zones qui définissent, à l'intérieur dudit volume, un réseau tridimensionnel. Dans une forme type de réalisation de l'invention, le dispositif de mise en mémoire de l'invention est constitué par un solide ou corps de matière transparente au sein duquel des éléments opaques sont répartis aux intersections de trois ensembles ou familles de lignes parallèles, les lignes de chaque famille intersectant ou croisant celles des deux autres familles.L'information ainsi emmagasinée peut autre lue sans difficulté si la plus grande dimension de chaque élément opaque est nettement inférieure à l'espacement des lignes au sein de chaque famille0 La lecture est en outre plus facile lorsque les lignes de chaque famille sont équidistantes, et il est plus commode de disposer les éléments opaques sur des lignes droites qui se coupent à angle droit que sur des lignes se coupant sous un autre angle. De graves erreurs peuvent 'introduire soit au cours de la préparation du dispositif à mémoire, soit au cours de la lecture, si le corps transparent n'est pas fait d'un seul morceau de matière, ou s'il n'est pas, d'une façon ou d'une autre, optiquement homogène. On prépare le dispositif de mémoire en transformant en impulsions d'énergie rayonnante l'information à emmagasiner, et en appliquant ces impulsions en ues zones correspondantes d'un solide fait d'une matière sensiblement transparente à ladite énergie rayonnante tant que le niveau de l'intensité de celle-ci reste à une première valeur, ladite matière réagissant à une impulsion d'énergie faite à un second niveau, plus élevé, en subissant une modification décelable de ses propriétés physiques. C'est audit second niveau (supérieur) de l'intensité que les impulsions sont appliquées aux zones du solide ou corps transparent qui leur sont associées, tandis que l'intensité de rayonnement est maintenue, dans le reste du corps transparent, audit premier niveau inférieur0 Il est très commode, pour réaliser la concentration d'énergie voulue dans lesdites zones choisies au sein du solide, d'appliquer cette énergie rayonnante sous la forme d'un faisceau dont les rayons convergent au moment considéré sur l'une desdites zones.On connut des procédés permettant de focaliser des faisceaux d'énergie électromagnétique de longueur d'onde quelconque ; mais, le plus commode, pour les faisceaux appartenant au spectre de la lumière visible, est de les concentrer par des lentilles à grand angle d'ouverture, l'intensité du faisceau n'étant alors plus, à très faible distance du foyer, qu'une faible fraction de ce qu'elle est au foyer. Les matières transparentes qui conviennent le mieux pour le dispositif de mise en mémoire de l'invention sont, à ce jour des polymères ou des plastiques organiques synthétiques, mais on peut également utiliser des matières inorganiques telles que le verre ou le quartz. Lorsqu'un faisceau lumineux suffisamment intense, tel qu'un faisceau de laser, fournit les impulsions d'énergie rayonnante les polymères se carbonisent localelent,et le verre ou le quartz perdent localement leur pleine transparence en raison de la formation de fissures. Dans un cas comme dans l'autre il est aisé de déceler la diminution du facteur de transmission (transmitivité) pour la lumière visible. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparattront à la lecture de l'exemple non li mitatif suivant de réalisations préférées, décrit en se référant au dessin annexé dans lequel : La FIG. 1 représente schématiquement une vue en plan d'un appareil selon l'invention, servant à réaliser un dispositif de mémoire t La FIG. 2 montre une partie du dispositif de mémoire préparé dans l'appareil de la Pig. 1 ; le dispositif, représenté à très grande échelle, est coupé selon Il-Il de la Fig. 1 ; et La FIG. 3 montre schématiquement et selon une vue en plan, un appareil servant à lire l'information emmagasinée dans le dispositif de la Fig. r; Si l'on examine le dessin en détail, on y voit un banc optique 10 qui supporte tous les élément fonctionXiels de l'appareil.Un laser à rubis 12, muni d'un cristal cylindrique de rubis d'une longueur voisine de 10 cm et d'un diamètre voisin de 12 mm, classique en soi, est monté à l'une des extrémités du banc 100 L'autre extrémité soutient une platine mécanique de précision 14, équipée de volants à main 16, 18 et 20 qui permettent de déplacer le chariot de la platine horizontalement, soit parallèlement à l'axe du banc, soit perpendiculairement à cet axe, et verticalement, ces déplacements se faisant par déplacements élémentaires ou incréments reproductibles de 0,0025 Bo Des graduations d'indexation 22, portées sur les volants 16, 18 et 20, permettent de lire à tout moment la position du chariot par rapport au banc dans les trois directions de mouvement dudit chariot. Quatre supports 24, 26, 28 et 30 se suivent sur le banc 10, entre le laser 12 et la platine à chariot 14 s le support 24 porte un filtre en verre 32. Le support 26 porte un condenseur à lentille 34 ayant un diamètre efficace de 19 mn et une longueur focale de 50 cm. Un diaphragme 36 en tôle d'acier, dont ltouver- ture 38 est de 0,25 mm de diamètre est monté sur le support 28. Le support 30 porte un objectif biconvexe 40 ayant un aiamètre de 35 mm et une longueur focale de 50 min. Deux butées fizes 42, 44, et deux butées mobiles 46, 48 maintiennent un bloc 50 de poly(méthacrylate de méthyle) dans une position définie avec précision sur le chariot de la platine 14o Le laser 12, le filtre 32, le condenseur 34, le dia phragme 36 et l'obJectif 40 sont alignés sur un axe optique commun, de façon que le foyer du condenseur se trouve dans 11 ou verture 38 du diaphragme 36 et que le point de focalisation de l'objectif puisse titre amené à balayer la presque totalité du bloc 50 lorsque l'on agit sur les volants 16, 18, 20. Le filtre 32 appartient à un jeu de filtres colorés interchangeables, non représentés, qui affaiblissent d'une façon en soi connue, et à des degrés divers, le faisceau du laser. Ce dernier, 12, peut aussi être utilisé sans filtre atténuateur, et l'on peut alors régler son débit en faisant, ue iaçon connue, varier l'énergie qui y entre. Le bloc 50, en poly(méthacrylate de méthyle) est un matériau de qualité optique, mesurant 32 x 64 x 64 rem ; ses faces carrées verticales sont polies de façon à autre optiquement planes et parallèles. Lorsque l'on fait fonctionner le laser 12, il émet des impulsions de rayonnement dont la FIG. 1 montre conventionnellement le trajet 520 L'ouverture du diaphragme 36 se projette, à l'intérieur du bloc de plastique 50 en formant une image d'un diamètre voisin de 0,01 mm. La forte concentration d'énergie dans la zone de focalisation provoque une décoiposition et une carbonisation partielles de la matière plastique. Comme l'objectif 40 a une focale courte et une grande ouverture relative, la zone où le rayonnement est assez intense pour provoquer le noircissement du plastique se limite à une sphère d'un diamètre voisin de 0,015 mm. La transparence du poly(méthacrylate de méthyle) environnant la sphère n'est pas affectée significativement. On peut former à l'intérieur du bloc 50 un motif quelconque, constitué par des zones ponctuelles opaques de 0,015 de diamètre, en déplaçant le bloc vers le haut ou vers le bas, et/ou vers la droite ou vers la gauchepar des déplacements élémentaires ou incréments de 0d125 mm, et vers l'ayant ou l'arrière par incréments de 0,084 mm. Cette différence entre le pas vers l'avant ou vers l'arrière et les autres pas est nécessaire en raison de l'indice de réfraction élevé du plastique.0n peut donc emnagasiner dans le bloc, à chaque intersection de trois familles (perpendiculaires) de droites espacées de 0,125 mm (intersections située à l'intérieur du bloc), un des signaux d'un couple binaire. Chaque couple de signaux est représenté par une tache carbonisée et par l'absence d'une telle tache. Le réseau mémoriel formé par les intersections des droites a une capacité de 500.000 chiffres binaires par centimètre cube, On forme le motif constitué par les taches carbonisées en procédant successivement au positionnement des points du réseau, pour les faire coïncider avec le point de focalisation de Itobjectif 40, et à l'excitation du laser 12 pour qu'il émette une impulsion unique.Cette énergie suffit à produire le résultat voulu (dans la disposition représentée) si le laser est alimenté à raison de 5000 joules par impulsion, et a un rende -ment global de 2%. Les pertes dues au passage du faisceau par les lentilles 30, 40 et le diaphragme 36 sont approximativement de 509. Si le débit du laser dont on dispose est plus grand qu'il n'est besoin, il est recommandé d'utiliser un filtre coloré 32 pour éviter l'élargissement des taches de carbonisation créées dans le bloc 50. La FIG. 2 montre le dispositif de mémoire produit dans l'appareil de la Fig. 1. C'est une coupe selon Il-Il. Les taches carbonisées 54, 56 et 58, lar#gement espacées dans le plan de coupe et à différentes distances de ce plan de coupe ont été indiquées, pour plus de clarté, par des hachures différentes, mais on voit Dien que l'apparence des taches n'est pas sensiblement affectée par le matériau plastique surfacent, parfaitement transparent. Comme on le voit å l'évidence sur la FIG. 2, les taches carbonisées 54, 56 et 58 n'occupent pas toutes les intersections des trois familles de droites sur lesquelles s'alignent les groupes de taches, le nombre des intersections se trouvant à l'intérieur du corps transparent étant bien plus grand que le nombre de taches. La distance séparant deux taches consécutives selon leur droite d'alignement est donc égale à ltespacement unitaire des droites qui la coupent, ou à un multiple entier de cet espacement. L'appareil de lecture représenté sur la FIG. 3 est monté sur un banc optique 60 et équipé de sept supports non représentés semblables aux supports 24, 26, 28, 30 et réglables de la méme façon le long de l'axe du banc0 Le banc supporte directement une platine à chariot 14,identique à celle de la Fige 1 et commandée par des volants 16, 18, 20. Un support non représenté, à une des extrémités du banc o0, porte une lampe 62 pour projecteur de 300 W, séparée par un diaphragme protecteur 64 des autres organes portés sur le banc 60.L'ouverbure 66 du diaphragme est examinée par un objectif identique à l'objectif 40 déjà décrit.Le point de focalisation de l'obJectif 40 balaie le réseau des chiffres binaires inscrits dans le bloc 50 lorsque celui-ci se déplace avec le chariot de la platine 14 sur lequel il est fixé comme on l'a dit en décrivant la Fig. 1,sans que cela soit explicitement représenté sur la FIG. 3 La lumière transmise au travers du bloc 50 est concentrée par une lentille convergente 68 qui a un diamètre efficace de 35 mm et une distance focale de 500 mmc Un diaphragme 70 est positionné sur le banc 60 de telle sorte que son ouverture 72, de 2o5 mm de diamètre, soit au point de focalisation de la lentille 68.Un obturateur 74, intercalé entre la lentille 68 et le diaphragme 72, est essentiellement constitué par un disque à fentes radiales qu un moteur 76 fait tourner autour d'un axe parallèle à l'axe du banc 60. L'obturateur expose un tube photomultiplicateur 78 à la lumière transmise par la lentille 68 et passant par le-diaphragme 72. Un amplificateur 80 reçoit -le signal de sortie du tube 78 de façon à engendrer une impulsion lorsque la fente de l'obturateur 74 découvre l'ouverture 72. Si l'on manoeuvre les volants 16, 18, 20 pour exposer séquentiellement, pendant chaque ouverture de l'obturateur, le réseau de chiffres binaires du bloc 50, ltamplificateur produit une suite correspondante d'impulsions. Avec un tube photomultiplicateur du commerce, les signaux de sortie du tube 78 sont à peu près cinq fois plus fortsJlorsque l'objectif 68 focalise la lumière sur une zone non carbonisée du bloc 50*que lorsqu'il focalise sur une zone carbonisée. L'amplificateur 80 comporte un discriminateur de hauteur d'impulsions agencé de sorte que les signaux engendrés en présence d'une tache carbonisée sont supprimés.Le signal sortant de l'amplificateur est donc constitué par une suite d'impulsions correspondant aux noeuds non carbonisés du réseau du bloc 50. Les impulsions reproduisent la séquence de valeurs binaires mise en mémoire dans le bloc lorsqu'il était dans l'appareil de la Fig. 1 ceci à condition que les positions du bloc 50 sur les deux platines à chariot 14 soient modifiées dans le même ordre. -On comprend que la rise en mémoire d'information dans un bloc fait d'une matière décomposable par la chaleur, et la lecture sur le bloc de cette information peuvent aisément être automatisées,par- des méthodes évidentes, Les volants 16, 18 20 ou les arbres sur lesquels ils sont montés peuvent Entre de -- fa- çon classique, mis en rotation par des synchroiachines ou selsyns, et l'on peut, si on le désire# lire sur l'appareil de la FIG. 3 des éléments individuels d'information Le poly(méthacrylate de méthyle) et le laser à rubis représentés sur la Fig.1 peuvent titre remplacés par un autre couple d'une source d'énergie rayonnante et d'un bloc d'une matière (celle-ci restant transparente audit rayonnement à un niveau énergétique inférieur, mais répondant audit rayonnement à un niveau énergétique supérieur en modifiant ses propriétés optiques). On peut remplacer le poly(méthacrylate de méthyle) par d'autres plastiques bien qu'il ne soit pas aussi facile de les trouver sous forme parfaitement ttansparente. On a utilisé le verre, associé à un laser à rubis, avec des résultats moyens. Il se forme, au point de focalisation de l'objectif 40, un motif constitué par des microfissures lorsque l'on remplace le bloc plastique 50 par un bloc de verre, et la réduction de transparence des zones fissurées peut être lue comme un élément d'information dans l'appareil de la FIG. 3 . Il faut toutefois que l'appareil détecteur ait des circuits plus raffinés qu'il n'est nécessaire pour déceler les taches carbonisées dans le plastique, On peut remplacer le laser à rubis-12 par un laser continu à gaz si l'on prend tes mesures pour abriter le bloc 50 de l'énergie radiante du laser tandis que le bloc passe d'une position à une autre en vue de l'exposition des différents noeuds du réseau.On peut à cet effet interposer entre le laser et le condenseur 34 un obturateur tournant analogue à l'obturateur 74. Dans l'appareil de lecture de la FIG. 3, on peut aussi remplacer la lampe à projection 62 par un laser à gaz, ce qui permet de lire à une cadence très élevée l'information du bloc 50o le rayonnement utilisé pour la lecture des éléments dtin- formation du bloc 50 est de préférence un rayonnement électromagnétique appartenant au spectre visible, mais il est clair que l'on peut recourir à d'autres types de rayonnement si la matière du bloc 50 leur offre une transparence normale, et si les taches produites à 11 aide de 11 appareil enregistreur de la IG. 1 sont moins transparentes, aans une mesure significative, Des systèmes lenticulaires ou focalisants appropriés pourront être substitués aux lentilles de verre 40, 68 des figures, (ces systèmes pouvant même comporter des lentilles électromagnétiques). Il est clair que l'on peut apporter bien des modifications et des variations à la présente invention à la lumière des considérations précédentes, et que, sans sortir du cadre de l'invention, celle-ci peut titre mise en oeuvre autrement qu'il n'a été décrit dans l'exemple choisi. - REVE#fl:#ICATIO# - 1 - Méthode de mise en mémoire d'information caractérisée en ce qu'elle comporte les opérations suivantes : (a) transformer ladite information en une succession d'impul sions d'énergie rayonnante, chaque impulsion s'étendant sur un laps de temps fixé à l'avance ; (b) appliquer chaque impulsion à un solide matériel, ceci sous forme d'un faisceau de rayons convergents, et avec les condi tions et modalités suivantes :: (1) la matière dudit solide est pratiquement transparente à ladite énergie rayonnante, ceci pendant ledit laps de temps, et en présence d'un premier niveau d'intensité de ladite énergie, et répond à ladite énergie - ceci dans ledit laps de temps et en présence d'un second niveau d'intensité supérieur audit premier niveau - en subissant une modification décelable d'une de ses pro priétés physiques (2) lesdits rayons convergent dans des zones dudit solide associées auxdites impulsions (3) l'énergie du faisceau associé à chaque impulsion atteint ledit second niveau d'intensité dans la zone associée mais ne dépasse pas ledit premier niveau d'intensité lorsque que le faisceau traversed'autres zones dudit solide (4) lesdites zones associées sont réparties dans ledit soli de de façon à définir un réseau tridimensionnel. 2 - Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite énergie est électromagnétique. 3 - Méthode selon la revendication 2, caractérisée en ce que la fréquence de ladite énergie correspond à celle de la lumière visible, et en ce que ladite modification inclut une réduction du facteur de transmission de matière dudit solide à l'égard de la lumière visible. 4 - Méthode selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite matière est un polymère organique de synthèse et en ce que 'est par carbonisation de ce polymère que le facteur de transmission dudit solide est réduit au moins partiellement. 5 - Dispositif de mise en mémoire et de lecture de mémoire caractérisé en ce qu'il comporte : (a) un appareil d'enregistrement comprenant une source d'un premier faisceau de rayonnement (b) un solide fait d'un milieu servant de support d'enregistre ment, ledit milieu étant, lorsque le premier faisceau est à un niveau inférieur d'énergie, transparent au rayonnement de ce faisceau, et répondant audit rayonnement lorsque celui ci est à un niveau supérieur d'énergie, par une transition d'un premier état physique à un second état physique (c) un appareil de lecture comprenant une source d'un second faisceau de rayonnement, ledit milieu étant lorsqu'il est dans ledit premier #état, sensiblement transparent au rayon nement dudit second faisceau, et étant plus opaques ce rayonnement lorsqu'il est dans ledit second état, ledit appareil d'enregistrement comprenant en outre s (1) des premiers moyens constituant une platine à chariot servant à supporter ledit solide et à déplacer celui ci en lui fanant prendre une première pluralité de positions décalées les unes par rapport aux autres dans trois directions qui se croisent ; (2) des moyens servant de condenseurjpour concentrer sélec tivement ledit premier faisceau sur des zones respec tives dudit solide décalées les unes par rapport aux autres dans lesdites trois directions, lorsque ledit solide occupe les positions respectives de ladite plu ralité, ledit appareil de lecture comprenant en outre :: (1) des seconds moyens, constituant#une platine à chariot, qui sont sensibleMent identiques auxdits premiers moyens constituant une platine à chariot et servent à faire prendre audit solide une seconde pluralité de positions correspondant à ladite première -pluralité ; (2) Des moyens servant de condenseur, pour effectuer,loraque ledit solide a été déplacé par lesdits seconds moyens constituant une platine à chariot,une concentration sé lective dudit second faisceau sur des zones respectives audit solide décalées les unes par rapport aux autres dans lesdites trois directions ;; (3) des moyens générateurs de signaux servant à engendrer différents signaux éiectriqaes en réponse au rayomne- ment dudit second faisceau respectivement transmis au travers de zones qui, dans ledit milieu, se trouvent dans ledit premier état et dans ledit second était ; (4) des moyens transmetteurs de rayonnement, servant à transmettre ledit second faisceau auxdits moyens généra teurs de signaux après que le second faisceau ainsi concentré a traverse lesdites zones dudit solide. 6 - Dispositif de mémoire caractérisé en ce qutil comprend : (a) un solide fait d'une matière transparente pleine (b) une pluralité d'éléments ne laissant pas passer les rayon nements électromagnétiques appartenant à une plage déter minée de longueurs d'onde, lesdits éléments étant répartis dans ledit solide ; et (1) lesdits éléments étant alignés sur trois familles de lignes parallèles et équidistantes ; (2) un groupe d'éléments étant aligné sur chacune desdites lignes, et les éléments de chaque groupe s'espaçant sur la ligne d'alignement qui leur est associée ; (n) les lignes de chaque groupe coupant transversalement les lignes des deux autres familles ; (4) lesdits éléments se trouvant aux intersections desdites lignes (tj) et la dimension maximale de chaque élément étant substantiellement inférieure à l'espacement des lignes de chacune desdites familles. 7 - Dispositif de mémoire selon la revendication 6, caractérisé en ce que le nombre desdites intersections est sensiblement supérieur à celui desdits éléments, en ce que celles des intersections qui sont exemptes d'éléments sont intercalées entre des paires consécutives d'éléments dans une pluralité desdits groupes, l'espacement desdites paires au sein de chaque groupe de ladite pluralité de groupes étant égal à l'espacement d'une famille de lignes coupant la ligne d'alignement dudit groupe,ou étant égal à un multiple entier de l'espacement desdites lignes intersectantes. 8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit rayonnement est constitué par de la lumière, et en ce que lesdits éléments sont essentiellement constitués par du carbone. 9 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits éléments sont sensiblement identiques quant à leurs formes et à leurs dimensions, en ce que lesdites familles de lignes sont des familles de droites sensiblement orthogonales,et en ce que ledit solide est optiquement homogène. 10 - Dispositif selon la revendication 6, dans lequel lesdits éléments ne se trouvent qu'auxdites intersections, le reste dudit solide étant optiquement homogène et séparant lesdits éléments les uns des autres.