Brevet FR2256457A1 — publié le 19750725

La présente invention concerne un procédé pour former des images holographiques de configuration de mémoire optique, en particulier des images susceptibles de reproduire les configurations de zones opaques et transparentes dans des mémoires "mortes'J optiques. On connait déjà un procédé d'enregistrement d1 informations dans des mémoires mortes photographiques qui consiste à exposer une plaque photographique à une configuration appropriée de points opaques et transparents correspondant à la configuration de bits de l'information qui doit être enregistrée. Ce résultat peut être obtenu de différents moyens, par exemple en explorant pas à pas au moyen d'un faisceau lumineux la totalité de la plaque photographique et en interrompant le faisceau en face des points de la plaque qui ne doivent par être exposés. Un autre procédé consiste à construire manuellement un modèle à grande échelle de la configuration requise et à réduire aux dimensions désirées 1' i- mage du modèle par des moyens photographiques. On connait également le procédé qui consiste à enregistrer la configuration de mémoire sous forme d'un hologramme, à partir d'une plaque de mémoire sur laquelle la configuration binaire requise des zones opaques et transparentes est enregistrée et en réalisant un hologramme de ladite plaque en provoquant l'interférence d'un faisceau de lumière cohérente diffracté par ladite plaque avec un faisceau de référence cohérent avec le premier faisceau sur une seconde plaque photographique sur laquelle 1' hologramme désiré est ainsi formé. L'image binaire d'origine peut autre reconstituée à partir de cet hologramme en éclairant la seconde plaque - avec un faisceau de lumière cohérente approprié. On connait également les avantages de 11 enregistrement holographique des données de mémoire par rapport à l'enregistrement direct. Ces avantages résident essentiellement dans le fait que l'enregistrement est moins susceptible d'être altéré, par exemple du fait de la présence de particules de poussière, de taches, d'irrégularités de l'émulsion photographique, etc., dans le fait qu'une densité d'informations plus élevée peut être-obtenue, et dans la capacité d'obtenir l'image reconstituée dans un emplacement prédéterminé sans utilisation de systèmes optiques.L'inconvénient principal de ce procédé réside dans la nécessité d'utiliser deux opérations optiques et photographiques successives, à savoir une première opération pour obtenir l'enregistrement binaire de la configuration de mémoire désirée et une seconde opération pour obtenir l'image holographique. Ceci signifie un temps de préparation plus long, un appareillage plus important et un risque accru d'altération des informations enregistrées. La présente invention#évite ces inconvénients en réalisant un procédé pour obtenir l'image holographique d'une configuration de mémoire, ce procédé consistant à former successivement l'image holographique latente d'un unique point dans tous les emplacements appropriés de la plaque photographique où un point doit être enregistré puis à développer l'image résultante qui est l'hologramme de la configuration de points résultant de la superposition des hologrammes aux divers emplacements. L'image holographique d'un unique point peut être obtenue par les procédés holographiques appropriés en faisant interférer la lumière diffractée par une zone en forme de point avec un faisceau de référence mais il est préférable, conformément à l'invention, de construire un hologramme d'un unique point en dessinant directement, à grande échelle, un diagramme de diffraction de Fresnel et en réduisant le dessin aux dimensions requises par des procédés photographiques. Ces caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui suit de son mode de réalisation préférentiel et à l'examen des dessins annexés dans lesquels: la Fig. 1 représente un nombre limité de zones d'un diagramme de Fresnel obtenu au moyen d'un dessin à grande échelle; la Fig. 2 représente schématiquement un dispositif servant à former l'image holographique de la configuration de points sur une plaque photographique conformément à l'invention; la Fig. 3 représente schematiquement une variante du dispositif permettant d'obtenirl'image reconstituée de chaque région d'enregistrement en un emplacement prédéterminé. La Fig. 1 représente, d'une manière simplement indicative et pour un nombre limité de zones, un diagramme de diffraction de Fresnel d'un point lumineux obtenu à une grande échelle par construction directe, selon le procédé décrit ci-après. Ce diagramme est essentiellement constitué par une série de cercles concentriques délimitant alternativement des anneaux opaques et des anneaux transparents. Dans l'hologramme à échelle réduite, le- rayon du nème cercle est donné d'une manière générale par l'expression: Rn = # f. # .(n+h) dans laquelle X est la longueur d'onde d'une lumière monochromatique, f est un paramètre correspondant à la distance focale de la lentille équivalente et h est une constante de phase inférieure à un. Selon le procédé de ltinvention, l'hologramme d'un point lumineux est obtenu à grande échelle au moyen d'un appareil connu appelé "coordinogra- phe" au moyen duquel il est possible de graver des lignes droites et des cercles sur un support d'un type connu constitué par une feuille de matière plastique transparente recouverue d'une mince couche détachable de matière opaque. Au moyen du coordinographe, la série de cercles concentriques est gravée sur le support et là couche opaque est alors enlevée, par exemple à l'intérieur du cercle central et dans les anneaux formés entre un cercle intérieur d'ordre pair et le cercle extérieur suivant. Par conséquent, si l'on admet, par exemple, que R = O, et si on limite le rayon maximal à 400 imri, un nombre total de 625 cercles peuvent Etre tracés. Comme R = k S on a, pour le 625ème cercle, R = 400 mm; #n = 25 et k = 16 mm. Le cercle central a, par conséquent, un rayon de 16 mm, le second cercle un rayon de 16 #2 mm, le troisième un rayon de 16 6 mm etc. L'anneau le plus extérieur a une largeur d'environ 0,3 ms, de sorte que lienlèvenent de la couche opaque peut être facilement effectué. Il est avantageux d'enlever la couche opaque également du reste de la feuille à l'extérieur des cercles afin d'obtenir un diagramme à grande échelle constitué par une feuille transparente sur laquelle sont formés une série d'anneaux opaques et un cercle central transparent. Il n'est nécessaire de réaliser qu'un seul exemplaire de cette image primaire étant donné que des images secondaires peuvent en être obtenues en un nombre quelconque d'exemplaires à échelle réduite, par exemple dans le rapport 7:1, par des moyens photographiques. Ces images secondaires ont un rayon maximal d' approximativement 57 mm et sont négatives par rapport à l'image primaire, c' est-a-dire qu'elles colportent un cercle central opaque et une partie extérieure opaque avec des anneaux transparents. Si nécessaire, des images positif ves à la m#e échelle peuvent être obtenues par tirage par contact. Il est également possible, en choisissant une valeur appropriée du paramètre h, de changer le diamètre du cercle central sans changer sensiblement le diamètre du cercle le plus extérieur. Par exemple si, dans l'exemple précédent, on admet h = 0,25, le rayon du cercle central devient 8 mm. Ceci peut titre utile pour réduire la quantité de lumière non diffractée traversant le cercle central qui peut perturber la reproduction de l'image. supposons maintenant qu'un certain nombre de bits doivent autre enre bistrés sur une région d'une plaque photographique utilisée comme mémoire optique. Cette région peut erre un carré de 10 mm de ctte et la plaque photographique peut comporter 100 régions de ce type. La diagonale d'une région a une longueur de 14,2 mm. Ainsi, en réduisant à nouveau de quatre fois les dimensions de l'image secondaire, l'image finale résultante, ayant alors un rayon de 14,2 mmt peut couvrir la totalité de la surface d'une région, même dans le cas où son centre est disposé en correspondance avec un angle de la région carrée. La plaque photographique est placée dans un dispositif connu et utilisé dans les techniques de fabrication des circuits intégrés et des microcircuits pour obtenir des images répétitives et espacées les unes des autres d'un pas constant, selon la technique dite de reproduction pas à pas. Cet appareil comporte essentiellement, comme représenté sur la#Fig. 2, une source lumineuse 11 éclairant, par exemple par transparence, une image secondaire 12 portée par un support fixe approprié, un objectif photographique 13 muni d'un obturateur 14, l'objectif étant capable de former, à une distance appropriée, une image focalisée réduite par exemple dans un rapport 4:1 de l'image secondaire. La plaque photographique 15 est placée dans le plan de l'image focalisée et est portée par un cadre qui peut être déplacé dans deux directions orthogonales par deux vis micrometriques 1# et 17. On supposera que l'hologramme d'une configuration prédéterminée de zones élémentaires transparentes et opaques#doit être enregistré sur une région 18 de la plaque photographique. L'image secondaire est projetée dans le plan de la plaque d'une manière telle que son centre cotncide avec l'emplacement d'une zone élémentaire à l'angle de cette région. Si l'inìrmation qui doit être enregistrée le nécessite, l'ensemble de la région est exposé à l'image pendant une durée prédéterminée par l'obturateur 14. puis on déplace la plaque d'une distance ou pas prédéterminé suivant la direction d'un coté, en manoeuvrant l'une des vis micrométriques, par exemple la vis 16.Le pas peut être de 0,1 mm. Ainsi, le centre de l'image projetée est amené en cotncidence avec l'emplacement de la seconde zone élémentaire et 'la plaque est exposée ou non, selon la valeur binaire qui doit être enregistrée dans cette zone. Ce processus est répété pour toutes les zones élémentaires de la première ligne et ensuite successivement pour toutes les zones élémentaires des autres lignes jusqu'à ce que l'ensemble de la région 18 ait été exposé avec des images holograohirlues latentes ayant leurs centres dans celles des zones élémentaires où, par exemple, un bit de niveau Uni doit être enregistré. Au cours du processus d'exposition, les régions restantes de la plaque sont protégées par un masque approprié pour empêcher qu'elles soient impressionnées par la lumière servant à impressionner la région qui est exposée. Le même processus est répété pour les régions restantes puis la plaque est développée. Chaque région comporte ainsi l'hologramme de la configuration désirée de zones opaques et transparentes selon la configuration de mémoire qui doit etre enregistrée et la configuration d'origine peut être facile ment reconstituée en éclairant l'hologramme au moyen d'un faisceau de lumière monochromatique cohérente de longueur d'onde appropriée. On doit noter que, dans un hologramme obtenu par ce procédé, il existe une transition brusque entre les anneaux opaques et les anneaux transparents et vice-versa tandis que dans un hologramme obtenu par l'interférence des rayons lumineux, il existe une transition graduelle sinusotdale de la transparence maximale à l'opacité maximale. Cette di*lérence est en faveur du procédé selon l'invention. Comme indiqué aux pages 224-226 de l'ouvraye"0ptic- al HOlography" de J. R. Collier, C. B. Burckart, et L.H.Lin (Academie Press, New York - Londres, 1961) le rendement lumineux maximal de l'hologramce construit est de 33,96 par rapport au rendement de 6,75% d'un hologramme obtenu par interférence. Il est évident que pour obtenir une mémoire photographique telle que celle indiquée dans l'exemple, comportant 100 régions comprenant 10.000 zones élémentaires et capable par conséquent d'enregistrer un million de bits, il est extrémement désirable d'automatiser le procédé. En particulier, il est avantageux de remplacer la source lumineuse 1 1 et l'obturateur 14 par une source lllmineuse électriquement commandée, telle qu'un photoémetteur ou un laser à semi-conducteur, capable d'émettre des impulsions lumineuses, par exemple une à chaque milliseconde, d'une intensité suffisante pour exposer la plaque. Le déplacement coordonné de la plaque peut etre effectué au moyen de moteurs pas à pas. La génération des impulsions lumineuses et le déplacement de la plaque peuvent autre commandés, par exemple, par un ordinateur capable de lire une bande magnétique contenant un enregitrement de la configuration de mémoire qui doit être enregistrée sur les diverses régions de la plaque. Le brevet italien no 959.979 délivré le 10 novembre 1973 au nom de la Société Honeywell Information Systems Italia, Spa décrit un système de mémoire optique associative. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention décrite dans ce brevet, les configurations binaires de mémoire optique enregistrées dans un nombre approprié de régions d'une plaque photographique sont transformées, par un procédé connu, en autant cie régions enregistrées holographiquement sur une seconde plaque d'une manière telle que lorsque cette seconde plaque est éclairée par un faisceau de référence, les images des différentes régions sont reconstituées d'une manière binaire et sont superposées sur une unique région dans laquelle tous les points situés au même emplacement de toutes les régions sont superposés en un senl emplacement. Ceci s'effectue sans l'utilisation de système optique mais du fait des propriétés caractéristiques des images holographiques. Le meme effet peut être-obtenu par le procédé objet de l'invention. Il est suffisant à cette fin que l'image projetée du diagramme de diffraction soit suffisamment grande pour exposer tous les points de la plaque photographique, comme expliqué ci-après. Comme représenté sur la Fig. 3, le cercle 25, c'est-à-dire le cercle le plus extérieur de l'image secondaire 22 éclairé par la source lumineuse 21 à travers l'objectif 23 et l'obturateur 24, est suffisamment grand pour que son image projetée sur la plaque 26 circonscrive ltensemble de la plaque, mê- me lorsque le centre du cercle tombe en correspondance avec l'un des angles d'une région centrale fictive 27 égale aux régions d'enregistrement. Dans ces conditions, l'ensemble de la plaque est masqué de sorte qu'aucune région n'est éclairée à l'exception de la région dans laquelle la configuration de mémoire doit être enregistrée, par exemple la région 28.Cette région est exposée en succession à une séquence d'images latentes en déplaçant pas à pas la plaque 26 d'une manière telle que le centre de l'hologramme cotncide successivement avec toutes les zones élémentaires de la région 27 et l'obturateur est actionné conformément à la configuration de mémoire qui doit être enregistrée sur la région 28. Après que cette opération a été effectuée, la région exposée 28 est masquée et une autre région est exposée aux images latentes correspondant à la configuration de mémoire qui doit Etre enregistrée dans cette région. Lors- que ces opérations ont été effectuées pour toutes les régions de la plaque, la plaque est développée. Lorsque la totalité de la plaque est éclairée par un faisceau de lumière cohérente convenable, chaque région produit une image binaire reconstituée- en un emplacement correspondant à celui de la région centrale fictive; et toutes les images binaires reconstituées de toutes les régions sont superposées dans cet emplacement. Il est évident que, dans certains cas, la région centrale 27 peut co trucider avec une région dans laquelle un enregistrement doit etre effectué et également que, dans des cas particuliers, la région fictive 27 peut ne pas oc cuper une région centrale mais un autre emplacement quelconque dans le plan de la plaque: les images reconstituées de toutes les régions sont alors superpo suées dans l'emplacement correspondant à l'emplacement de cette région fictive. L'application de ce procédé est clairement préférable et avantageux pour obtenir un hologramme d'une configuration d'origine composée d'éléments constitués par des points, Cependant, le procédé peut être appliqué chaque fois que la configuration d'origine est composée par la superposition d' élé- ments géométriques simples, tels que des rectangles élémentaires de meme largeur et de mem-#e longueur, à condition que le diagramme de diffraction de Fresnel pour des tels éléments puisse être calculé ou obtenu d'une autre manière. Si ceci ne peut autre réalisé d'une manière commode, une image holographique de 1' élément unique peut wetre réalisée par les moyens holographiques normaux de façon à obtenir ainsi un hologramme ayant des dimensions comparables à celles des images secondaires des Fig. 2 et 3. La plaque photographique est alors exposée à l'image holographiqae de l'élément unique dans les diverses positions et orientations selon la configu-~ ration d'origine à reproàui#. Il est évident que cette description ne représente qu'un mode de réalisation préférentiel du procédé de l'invention et que de nombreuses modifications peuvent ventre réalisées par les spécialistes de la technique sans sortir du cadre ni s'écarter de l'esprit de l'invention. R4vNDICATIONS 1 - Un procédé pour former des hologrammes d'une configuration de zones élémentaires assimilables à des points ayant l'une de deux réponses optiques discré- tes,sur au moins une région d'enregistrement d'un support photographique ca ractérisé en ce qutil comporte les étapes qui consistent:: a construire, par des moyens graphiques, un modèle à grande échelle d'un diagramme de diffraction de Fresnel pour une zone, le diagramme étant constitué par des anneaux concentriques ayant alternativement la première et la seconde valeur de réponse optique; à réduire par des procédés photographiques connus le diagramme en un diagramme à échelle réduite; à exposer au cours dlétapes successives une région d'enregistrement du support photographique a l'image à échelle réduite du diagramme de diffraction au moyen d'une source de lumière convenable pour obtenir une série d'images latentes superposées correspondant à la configuration des zones élémen- taires; et à développer la région exposée pour obtenir un hologramme de la configuration de zones élémentaires. 2 - Procédé pour former des hologrammes selon la revendication 1 caractérisé en ce que le support photographique comporte un certain nombre de régions d'enregistrement pour enregistrer un nombre correspondant de configurations de zones élémentaires, les centres des images latentes étant amenés successivement en cotricidence avec les emplacements des régions drenregistrement dans lesquels une valeur de réponse optique correspondant à l'une des deux valeurs discrètes précitée doit être enregistrée, selon la valeur de la région optique des zones élémentaires de la configuration en cause, les dimensions de l'image latente étant telles qu'elle couvre la totalité de la région d'enregistrement pour chaque position du centre de l'image à l'intérieur de la région d'enregistrement. 3 - Procédé de formation d'hologramme selon la revendication i caractérisé en ce que le support photographique comprend une série de régions d'enregistrement, pour enregistrer une série correspondante de configurations de zones élé- mentaires, les centres des images latentes étant en cotricidence avec les zones élémentaires d'une région fictive égale aux régions d'enregistrement et située dans un emplacement approprié, les dimensions de l'image latente étant telles quelle couvre la totalité du support photographique pour chaque position de son centre à l'intérieur de la région'fictive, le support étant exposé region par région, le centre de chaque image latente étant situé dans la zone élémen- taire de la réqion fictive correspondant à la zone élémentaire ayant la même position dans la région d'enregistrement dans lanuelle une valeur prédéterminée de réponse optique doit autre enregistrée. 4 - Procédé de formation d'hologramme selon la revendication 1 caractérise en ce sue les valeurs discrètes de réponse optique du modèle à grande échelle sont sensiblement la transparence et l'opacité à la lumière utilisée pour obtenir les modèles à échelle réduite. i -Procédé de formation d'hologramme selon la revendication 4 caractérisé en ce oue le modèle à grande échelle est obtenu en gravant des cercles concentriques de diamètre convenable sur un supDort on#i'ue constitué par une veuille transparente et en enlevant la couche opaque antre les paires alternées de cercles graves. 6 ~ procédé pour former des hologrammes de configuration ontiques comprenant des confiqurations répétitives de nii#sieurs formes éléynentaires caractérisé en ce qu'il comporte les étapes nui consistent: à construire un nombre de diagrammes de diffraction à crande échelle correspondant à celui des formesélémentaires: : à exposer au cours d'étapes successives un support photographique de façon à obtenir des macres larentes photographiques de @iagrammes de di9frac- tion des diverses formes élémentaires dans des positions et orientations cor respondant à la configuration nui doit etre reproduite holographiquement; et h développer le supnort photographique pour obtenir un hologramme e la configuration qui résulte de lasuperposition de ces images.