Brevet FR2297531A1 — publié le 19760806

L'invention est relative aux dispositifs pour enregistrer point par point sur une surface photosensible une image partir de données numériques délivrées par un calculateur ou par une mé- moire vive ou morte, les dites données concernant d'une part les coordonnées de chaque point et d'autre part les niveaux de gris ou densité optique à assigner a chaque point, autrement dit la auantité d1 énergie lumineuse a délivrer pour former chaque point c te tenu des caractéristiques de la surface photosensible. Il convient de préciser des maintenant aue l'zon entend - par "points", des plages de petites dimensions, contigues ou non, a limites abruptes ou non, dont la juxtaposition forme l'imaqe, - par "surface photosensible", tout support surfacique d'image sensible a la lumière, tel qu'une émulsion photographique. un matériau thermoplastique ou vitreux dont l'indice ou la densité sont affectés par l'illumination, une surface électrostatique, un dispositif a support maqneto-optique ou ferro-électrique enregistreur d'image, etc... Les dispositifs du genre défini ci-avant peuvent être utilisés pour la restitution, la transmission, le stockage ou l'éla- boration d'images miniaturisées, de textes, de symboles, de masques pour fabrication de circuits électroniques, etc... On connait déj a de tels dispositifs mettant en oeuvre une source lumineuse - par exemple une photodiode - émettant un pinceau de lumière, des moyens pour commander point par point les déplacements relatifs du pinceau et de la surface phatosensible par les données relatives aux coordonnées et pour commander le flux 1 neux du pinceau, autrement dit 1s puissance lumineuse qu'il transporte, par les données relatives a l'énergie lumineuse assignée en chaque point, la durée d'illumination en chaque point étant une constante. Ces dispositifs du genre connu présentent un certain nombre d'inconvénients. La nature des sources lumineuses utilisées limite la définition des images, leur faible puissance oblige a prolonger les durées d'exposition et leur mauvais rendement est cause d'échauffement. En outre, les circuits de commande de la puissance lumineuse par les données relatives a l'illumination en chaque point sont complexes et leur réglage est difficile. Enfin, la fidélité des résultats est affectée par les éventuelles fluctuations de luminance de la source lumineuse. L'invention permet d'éviter ces inconvénients en donnant par des moyens simples, faciles a commander par des données numériques, des images d'une très bonne définition tirant un parti optimal de supports a définition élevée tels que les émulsions photographiques à grain ultra-fin avec des niveaux de gris ou densité optique précis et constants. Elle permet en outre d'obtenir volonté des plages de gris mitoyennes, ou se recouvrant partiellement ou encore séparées (images tramées). Le dispositif de l'invention est caractérisé en ce que a) L'illumination en chaque point est assurée par commande de la durée d'illumination. Cette disposition permet de fixer l'énergie d'illumination avec une très bonne précision car il est facile de commander une durée par des données numériques alors que la commande de d'une intensité lumineuse par les mêmes données exiqe la mise en oeuvre de circuits intermédiaires électriques (asservissement de la puissance d'alimentation) ou de circuits électro-optiques ou électro-mécaniques (réglage du faisceau par des atténuateurs) gui sont cause d'écarts de linéarité. b) La durée d'illumination est asservie a la valeur de la lumi nuance de la source a l'aide d'un organe de mesure de ladite luminance; les densités optiques obtenues sont ainsi indépendantes des fluctuations de luminance, des dérives et, dans une certaine mesure, du vieillissement de la source. c) La source lumineuse est une source cohérente (laser); du fait de la cohérence spatiale et de la monochromaticité de la lumière émise par ce type de source, la divergence du pinceau d'illumination est très faible et il est possible d'obtenir des plages d'ins- cription de très petites dimensions, au moyen d'une énergie lumi- neuse très faible. D'autres dispositions et les avantages qui en découlent apparartront a la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisation conformes a l'invention, en référence aux dessins an nexés dans lesquels - la figure 1 est un schema-bloc dlune première forme de réalisé sation du dispositif de l'invention, - la figure .2 est un schéma détaillé de certains circuits repré sentés dans la figure 1, - la figure 3 est un schéma-bloc d'une deuxième forme de réalisation. On se réfère d'abord à la figure 1 dans laquelle les circuits sont, ainsi que-les composants électro-optiques ou électro-mécani ques, groupés en sous-ensembles encadrés par des traits interrompus, tandis que les liaisons électriques sont représentées en traits continus et les pinceaux lumineux en double trait L'appareillage de l'invention illustré par la figure 1 comprend - un sous-ensemble numérique de programmation 10 élaborant et adret sant aux autres sous-ensembles de l'appareil les instructions de commande et de synchronisation pour l'exposition et le balayage;; - un sous-ensemble opto-électronique d'inscription 20 destiné a illuminer chaque plage auasi-ponctuelle à impressionner sur la surface sensible 50 par un fin pinceau lumineux avec une durée d'illumination qui est fonction, d'une part du niveau d'énergie lumineuse assignée par le calculateur et qui est déterminée ou réglée compte tenu de la densité optique désirée et des caractéristiques de la surface sensible, d'autre part des variations de l'intensité lumineuse du pinceau; - un sous-ensemble opto-électronique 30 adressant au sous-ensemble d'inscription 20 le signal de mesure d'intensité lumineuse du pinceau; - un sous-ensemble électro-mécanique 40 supportant la surface sensible 50 et lui imposant les déplacements pas-à-pas correspondant a l'emplacement de chaque plage quasi-ponctuelle à inscrire. Le sous-ensemble 10 de programmation comporte un programmateur 11 adressant par la liaison 111 les signaux de prograrmation a l'unité d'interface 12 chargée de la répartition desdits signaux et de leur vérification. Le programmateur il est par exemple un calculateur ou processeur qui contient en mémoire les signaux numériques codés d'instruction ou qui est commandé par un dispositif d'analyse d'image du genre connu que l'on n'a pas représenté. La liaison 111 peut être une ligne de transmission ou un faisceau herr zien. Les instructions adressées a l'unité de répartition 12 comprennent des données de dimensions de l'image a inscrire - représentant par exemple, si le balayage est réalisé en boustrophédon (lignes consécutives a sens de balayage alterné), le nombre de points par ligne et le nombre de lignes -, des données de niveau d'énergie d'inscription de chaque plage et des bits de parités internes de vérification. L'unité d'interface 12 adresse les signaux numériques de niveau d'énergie au sous-ensemble d'inscription 20 par la liaison 121, les données de dimensions à l'unité de commande de déplacement 41 du sous-ensemble électro-mécanique 40 par la liaison 122 en même temps qu'uh signal de "donnée présente et sans erreur"par la liaison 123 et reçoit de l'unité de commande 41 - chaque fois qu une opération "exposition-déplacement" est terminée - des signaux de demande de données par la liaison 411. Le sous-ensemble 20 d inscription comporte a) un convertisseur digital analogique 21 transformant les signaux numériques de niveau d'énergie reçus par la liaison 121 en signaux analogiques a échelons de tension; b) une unité 22 de commande de durée d'exposition transmettant par la liaison 221 des la réception d'un ordre adressé par la liaison 412 depuis l'unité 41 de commande de déplacement, un signal de commande de fonctionnement d'un laser modulable a gaz 23, signal dont la durée est déterminée d'une part par le niveau du signal reçu du convertisseur 21 par la liaison 211, d'autre part par le signal de mesure d'intensité lumineuse reçu du sous-ensemble de mesure 30 par la liaison 331; lorsque la signal de commande du fonctionnement du laser prend fin, l'unité de commande d'exposition 22 le notifie a l'unité de commande de déplacement 41 par un signal transmis par la liaison 222, c) un laser modulable a gaz 23, dé,à mentionné, émettant un flux lumineux tant que persiste le signal de la liaison 221; d) un atténuateur optique 24, par exemple un coin optique a échelons ou un coin de Goldberg, permettant de régler l'intensité du pinceau lumineux en fonction de divers paramètres tels que I 1in- tensité du faisceau laser et le facteur gamma de la surface photosensible;; e) un diviseur de faisceau optique 25, par exemple un cube semiréfléchissant. traversé par le flux du pinceau laser et en réf lé- chissant une fraction vers le sous-alsemblp 30 de mesure d'intensite lumineuse; f) un objectif collimateur 26 collectant le flux lumineux transe mis et le projetant dans le plan de l'orifice d'un diagramme d'occultation 27; g) un miroir de renvoi 28; h) enfin un objectif de projection 29, du tyPe objectif de microscope, formant sur la surface photosensible 50 des plages lumineuses pseudo-ponctuelles de dimensions prédéterminées. Le sous-ensemble 30 de mesure d'intensité comporte a) une photodiode 31 polarisée par une source de tension non représentée et découplée par un condensateur 32; b) un amplificateur opérationnel 33 dont l'entrée "plus" est à la masse, dont l'entrée "moins" est connectée à la photodiode 31 par une liaison 311 et est bouclée sur la sortie par un potentiomètre 34 de réglage de gain et qui délivre le signal de mesure à l'unité de commande de durée d'exposition 22 par la liaison 331. Le sous-ensemble électro-mécanique 40 comprend une table 42 à déplacements orthogonaux commandés par deux moteurs pas a pas, l'un, 43, agissant dans les directions et sens +X et -X de balayage de ligne et l'autre, 44, dans la direction perpendiculaire Y de balayage de trame. Ces deux moteurs sont respectivement commandés par des amplificateurs opérationnels 45 et 46. Tamplificateur 45 reçoit de l'unité de commande 41 des impulsions par la liaison 413 pour les déplacements de sens positif en X (le sens étant fixé conventionnellement) ou par la liaison 414 pour les déplacements de sens négatif. L'amplificateur 46 n'agissant que dans un seul sens, reçoit les signaux de l'unité 41 par la liaison 415. Ainsi qu'on l'a dé, à indiqué, l'unité de commande 41 élabore les signaux de commande des moteurs d' après les indications qui lui sont adressées depuis l'unité d'interface 12 par la liaison 'données1 122 et confirmées par la liaison "donnée présente et sans erreur" 123. Mais elle n'adresse lesdits signaux que lorsqu'elle a reçu par la liaison 222 un signal de fin d'exposition de l'unité de commande d'exposition 22. Enfin, lorsque l'ordre de déplacement a été exé cuté, elle adresse à l'unité d'interface 12 un signal de demande de nouvelles données par la liaison 411, puis un ordre de commande d'exposition par la liaison 412 à l'unité 22 de commande d'exposition.On remarquera que les liaisons des différents sous-ensembles de la figure 1 forment des boucles de fonctionnement séquentiel évitant l'emploi d'une horloqe interne de synchronisation. Toutes les opérations d'exposition sont réalisées en temps réel et la fin de chacune d'elles provoque une demande de nouvelles données au sous-ensemble 10 de programmation. Les unités et composants définis ci-dessus sont disponibles sur le marché ou réalisables par l'homme de l'art qui disposerait des données nécessaires. Aussi se contentera-t-on, pour la plupart d'entre eux, de donner quelques indications numériques correspondant à un exemple de réalisation. On va oependant décrire maintenant en se référant à la figure 2, l'unité 22 (figure 1) de commande d'exposition en raison des dispositions oriqinales qu'elle met en oeuvre. Cette unité comporte, selon la figure 2 a) un circuit logique 223 pour transmettre, lorsque le laser 23 est à l'état off" le signal d'ordre d'exposition adressé par l'unité 41 de commande de déplacement (figure 1) au moyen de la lia-ison 412; b) un étage 224 commandé par ledit signal d'ordre pour transmettre le signal de niveau d'énergie lumineuse assignée venant du convertisseur numérique-analogique 21 (figure 1) par la liaison 211; c) un étage 225 intégrant ledit signal de niveau de puissance lumineuse pour mesurer la quantité d'énergie lumineuse délivrée au fur et à mesure de l'exposition d'une plage d'image;; d) un étage comparateur 226 dont les deux entrées sont respectivement connectées aux sorties des étages 224 et 225 et dont le rôle est de transmettre le signal de commande au laser 23 tant aue le signal de niveau d'énergie délivrée, adressé par l'étage intégrateur 225, est inférieur au signal de niveau d'énergie assignée, transmis par l'étage 224, puis de remettre le laser 23 à l'état "off" lorsque l'égalité desdits signaux de niveau est atteinte tout en commandant l'ouverture d'une porte analoqique pour annuler le signal de l1intégrateur 225 et en adressant à l'unité de commande de déplacement 41. par la liaison 222. le signal de fin d'exposition. On détaille maintenant la constitution de ces étages ou circuits. Le circuit logique 223 comporte, suivie d'un inverseur alogique P4, une bascule à deux portes NAND P2 et P3 dont une entrée est connectée à la liaison 412 (ordre) par l'intermédiaire d'un différentiateur C1,R2 (dont- le niveau de fonctionnement est réglé par la résistance R1) et d'une porte P1 (servant à la mise en forme du signal de commande), et l-'autre entrée à la sortie de l'étage comparateur 226 qui commande le fonctionnement du laser 23. L'étage 224 comprend un amplificateur opérationnel A1 con necté en soustracteur, dont l'entrée "plus" est reliée à la liaison 211 (niveau d'énergie) par un pont de résistance R3 et R4, R3 étant réglable,et dont l'entrée "moins" est reliée a ia sortie de la pote P4 par une résistance atténuatrice R5; la sortie de Al, bouclée sur l'entrée "moins" par une résistance R6, attaque l'entrez "plus" de l'amplificateur opérationnel A2 de l'étage comparateur 226. L'étage intégrateur 225 comprend un amplificateur opérationnel A3 dont l'entrée "plus" utilisée comme référence de zéro, est polarisée au moyen d'un pont diviseur de résistances R7 et R8. R8 étant réglable. L'entrée 'moins", bouclée sur la sortie nar une capacité de stockage C2, est connectée à la liaison 331 de sortie de l'unité 30 de mesure de niveau lumineux par une résistance réglable R9. L'étage comparateur 226 comporte, comme on l'a dit, un amplificateur opérationnel A2 dont l'entrée "moins" est connectée directement à la sortie de l'étage intégrateur 225, et l'entrée "plus" à la sortie de l'étage soustracteur 224. Sa sortie est reliée par la ligne 221 à l'entrée de commande du laser 23, par la ligne 222 à l'unité de commande de déplacement et par une ligne 229 à une entrée de bascule du circuit logique 223. Elle commande en outre par une porte inverseuse 228 la base du transistor 227 qui joue le rôle d'une porte analogique connectée aux bornes de la capacité C2. On suppose, dans ce qui suit, que les différentes résistances réglables sont ajustées pour que les niveaux loqiques 1 éventuellement présents aux différentes entrées soient de 5 volts. Lorsqutun signal analogique de niveau d'exposition, par exemple compris entre 0 et 6 volts, est présent sur B liaison 211 et que la liaison 412 adresse un ordre d'exposition. la sortie de la porte P2 de la bascule passe au niveau logique 1; la sortie de l'inverseur P4, et par conséquent l'entrée "moins" de Al, sont alors au niveau 0. Al adresse à l'entrée "plus" de A2 un signalsde niveau 1. A2 commande le déclenchement du laser 23 et met l'entrée de bascule de la porte P3 au niveau 1 sans modifier le niveau de sortie de P2. Simultanément, la sortie de l'inverseur 228 est mise au niveau 0 et le transistor 227 est rendu "non passant". Le condensateur C2 se charqe progressivement par le signal de niveau de puissance lumineuse délivré par l'unité de mesure 30 et le signal de sortie de A3 passe progressivement de 0 à 5 volts. le signal de sortie de A2 décroissant simultanément pour revenir au niveau 0. L'exposition est alors terminée. Le retour du signal de A2 à 0 met le laser 23 en état "off", le signal de sortie de l'inverseur 228 passe au niveau 1 et rend le transistor 227 "passant" en court-circuitant les bornes de la capacité C2 qui se décharge. La sortie de A3 retombe donc au niveau 0. En outre, l'entrée de bascule de la porte P2 retombant au niveau 0, l'entrée "moins de Al revient au niveau 0. Le retour de A2 au niveau 0 est utilisé comme siqnal de fin d'exposition adressé à l'unité de commande de déplacement 41 par la ligne 222 222; ladite unité adresse un signal de demande de données à l'unité 12 et 1 cycle recommence iusqu'à ce que le dernier point de l'image ait été inscrit. Pour terminer la description de cet exemple de réalisation, on remarquera a) que l'emploi d'un laser comme source lumineuse est ici particulièrement avantageux du fait que la radiation émise est rigoureusement monochromatique et spatialement cohérente; la divergence du pinceau est donc extrêmement faible et ne contribue pas a l'élargissement de la tache de diffraction à l'endroit de l'impact sur la surface sensible; b) que, par le réglage de la position de l'objectif 29 (fig. 1) on peut agir sur la microstructure de l'image; si l'objectif est réglé de telle sorte que le plan de l'image est conjugué avec celui du diaphragme 27, on obtient dans le plan de la surface sensible de petites images nettes du diaphragme, permettant par exemple le tracé point par point de traits fins; si le réglaqe est réalisé de telle sorte que la surface sensible est au foyer de l'obiectif, on obtient des taches de diffraction; c) que l'on' pourrait utiliser d'autres systèmes de coordonnées que le système de coordonnées rectangulaires de la table à déplacement pas à pas 42, mais que l'emploi d'un tel système présente de notables avantages du fait qu'il permet d'obtenir une définition homogène de l'image par des déplacements à pas constant et par un balayage en lignes à sens alterné; d) que la limite inférieure que l'on peut assigner à la raison de la progression suivie par les niveaux de gris ou de densité optique de l'image obtenue est éventuellement fonction de la réponse de la surface photo-sensible et de sa définition; si ladite surface est par exemple une émulsion photographique, les densités ont en fait des valeurs statistiques liées au contraste de l'émul- sion, à la densité du voile de fond et à la grosseur du grain, ces paramètres dépendant eux-mêmes des opérations de développement. Un appareil prototype conforme à la description ci-dessus a été réalisé. I1 met en oeuvre un laser monomode modulable héliumnéon, délivrant une puissance de sortie de 500 mW dont le temps de montée est inférieur à 3 microsecondes, le temps de descente inférieur à 5 microsecondes, la puissance à l'extinction étant de l'ordre de 0,2 microwatts et le rapport on/off supérieur à 2500. La modulation est réalisée par impulsions codées en durées variant de 5 à 160 microsecondes. Le nombre de bits de codage de durée est de 7. La table-support a un pas de déplacement de 5 microns dans les deux directions, la durée d'un déplacement étant de 2,5 millisecondes. La surface photosensible utilisée est une plaque photographique Agfa-Gevaert 10 E 75. Le diamètre de chaque plage de gris est de 2 microns. Le nombre de niveaux de gris obtenu est de 16. Une image de 2,5 x 2,5 mm à 500 lignes et 500 points par ligne est ainsi obtenue en 10 minutes. Ces performances peuvent être évidemnent très sensiblement améliorées en utilisant un appareillage plus élaboré, avec des moteurs pas à pas plus rapides et un pas plus réduit. I1 devient alors possible d'enregistrer sans difficulté des images de 1024 x 1024 points. On se réfère maintenant à la figure 3 qui représente une autre forme de réalisation du dispositif de l'invention dans laquelle, à la différence de celle de la figure 2 - la modulation code en durée du pinceau lumineux est obtenue par un obturateur occultant ledit pinceau et non plus par commande du laser1 - le déplacement relatif du pinceau lumineux et de la surface photosensible est réalisé par déflexion dudit pinceau et non plus par déplacement de ladite surface. Cette déflexion peut être réalisée au moyen d'un déflecteur mécanique, galvanométrique, électrooptique, acousto-optique, etc... Les emplois de ces deux dispositions n'étant pas liés, elles sont interchangeables avec celles de la réalisation de la figure 1. On a utilisé pour désigner ceux des composants représentés dans la figure 3 qui sont identiques ou jouent un rôle analogue à ceux de la figure 1, les mêmes repères accompagnés de 1'indice a. L'unité 22a de commande de durée d'exposition actionne non plus le laser 23a, mais le fonctionnement d'un obturateur 60 à commande électrique, tel qu'un dispositif électro-optique - par exemple une cellule de Kerr ou de Pockels - ou qu'un modulateur acoustooptique utilisé en obturateur. La table-support 80 de la surface photo-sensible 50a est fixe. La déflexion du pinceau lumineux est assurée par un système 70 de deux déflecteurs acousto-optiques croisés du genre connu repérés 72 et 75, comportant chacun un cristal photoélastique au molybdate de plomb excité par un oscillateur à fréquence commandé par la tension d' attaque. La déflexion selon la direction Y dans le plan de figure est assurée par le déflecteur 72 interposé entre deux lentilles cylindriques 71 et 73 à génératrices perpendiculaires au plan de figure.La déflexion selon la diree tion X perpendiculaire au plan de figure est assurée dans les deux sens par le déflecteur 75 interposé entre deux lentilles cylindriques à génératrices parallèles au plan de figure. La commande des deux déflecteurs est respectivement assurée par les deux amplificateurs 46 a et 45a dont les entrées sont connectées à l'unité 41a de commande de déplacement. Les autres circuits ou composants jouent le même rôle que les éléments correspondants de la figure 1. On remarquera cependant que l'unité de mesure d'intensité 30a intervient ici pour compenser à la fois les fluctuations de puissance lumineuse du laser et les variations du coefficient de transmission des déflecteurs en fonction de leur fréquence d'excitation qui commande la déflexion. L'appareillage de la figure 3 est plus complexe et plus coûteux que celui décrit en référence à la figure 2. En l'état actuel de la technique, la définition obtenue est limitée par les performances des déflecteurs. Mais il présente deux avantages a) le balayage est plus rapide du fait du délai réduit de réponse du modulateur 60 et du déflecteur 70; b) le balayage peut être cavalier et/ou sélectif, c'est-à-dire que l'ordre de succession des points impressionnés peut être programmé à volonté et en outre limité à certaines régions de l'image. REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour enregistrer point par point sur une surface photosensible une image déterminée par des données de valeurs numériques d'énergie lumineuse d'enregistrement liées à des valeurs numériques de gris ou de densité optique et fonctions de données de valeurs numériques de coordonnées de points, ledit dispositif comprenant une source lumineuse, des moyens pour former un pinceau lumineux à partir de ladite source, des moyens commandés par les donnes numériques de coordonnées pour illuminer point par point la surface sensible par le pinceau lumineux et des moyens commandés par les données numériques d'énergie lumineuse pour assigner à ladite énergie les valeurs correspondant à celles desdites données de coordonnées et étant caractérisé en ce que lesdits moyens d'assignation sont des moyens pour commander l'illumination de chaque point pendant une durée fonction desdites valeurs assignées. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande de durée d'illumination comportent des moyens pour élaborer un signal de mesure de la puissance lumineuse transportée en chaque point par le pinceau, des moyens pour intégrer ledit signal de mesure par rapport au temps, des moyens pour comparer la valeur du signal intégré à celle d'un signal de niveau proportionnel à la valeur assignée à l'énergie lumineuse en chaque point et des moyens pour arrêter l'illumination lorsque lesdites valeurs sont égales. 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la source lumineuse est un laser. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens pour explorer point par point la surface photosensible sont constitués par une table supportant ladite surface photosensible et mue par des moteurs pas à pas. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens pour explorer point par point la surface photosensible sont constitués par un dispositif déflecteur du pinceau lumineux. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens pour illuminer chaque point pendant une durée assignée sont des moyens de commande de fonctionnement de la source lumineuse. 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens pour illuminer chaque point pendant une durée assignée sont des movens d'interception du pinceau délivré par la source lumineuse. 8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens d'interception sont constitués par un modulateur opto-électronique.