Au cours des dernières années, je suis tombé sur quelque chose qui s’appelle les polices Hershey. Après avoir fouillé, j’ai trouvé un rapport gouvernemental de 1967 rédigé par un collègue du nom de Dr. Allen Vincent Hershey. Dans les années 1960, il a travaillé comme physicien pour le Naval Weapons Laboratory à Dahlgren, en Virginie, étudiant l’interaction entre les coques de navires et l’eau. Ses recherches ont été aidées par le Naval Ordnance Research Calculator (NORC), qui a été construit par IBM et était l’un des ordinateurs les plus rapides au monde lors de sa première installation en 1954.

Les installations d’E / S du NORC, telles que les cartes perforées, les bandes magnétiques et les imprimantes en ligne, étaient typiques de l’époque. Mais le NORC disposait également d’une imprimante optique ultra-rapide. Cet appareil avait été développé à l’origine par la société de télécommunications Stromberg-Carlson pour la Social Security Administration afin d’imprimer rapidement des quantités massives de données directement sur microfilm.

Peut-être avez-vous entendu des histoires de programmeurs attendant impatiemment les impressions des opérateurs mainframe? Eh bien, vous auriez attendu encore plus longtemps vos tracés optiques. Comme ils utilisaient des films, ils nécessitaient un traitement chimique pour devenir des photos, des diapositives ou des microfilms. Mais malgré ce temps d’attente, la vitesse d’impression était beaucoup plus rapide que les imprimantes ligne de l’époque: 7000 lignes par minute contre 150. Si cette vitesse d’impression était certainement impressionnante, la possibilité de tracer des graphiques et des chiffres entiers en quelques fractions de seconde n’était pas doute bien apprécié des scientifiques de Dahlgren.

Diagramme du tube de Charactron
Diagramme du tube Charactron (brevet américain 2735956)

Qu’est-ce qui a rendu cet appareil si rapide? C’était le Charactron Tube que nous avons couvert en 2017. Ce CRT spécial a un écran métallique interne dans lequel une police est gravée. Le faisceau d’électrons projette une lettre entière sur la face du luminophore du tube en un «flash», qui à son tour expose le film photographique. Aucune numérisation raster ou dessin vectoriel n’était impliqué, le processus a donc été rapide. Mais bientôt, le système serait utilisé d’une manière que les concepteurs originaux n’imaginaient pas.

Inspiration

De retour à l’époque, avant roff, LaTex et les traitements de texte WYSIWYG, la préparation de rapports techniques remplis d’équations mathématiques complexes et de graphiques de données prenait beaucoup de temps. Le texte lui-même serait préparé à l’aide d’une machine à écrire ordinaire. Mais des machines à écrire spéciales comme le Varityper étaient nécessaires pour composer des équations mathématiques. Les graphiques et les figures sont généralement dessinés à la main ou à l’aide d’un traceur à plume. Hershey s’est rendu compte que l’imprimante optique du NORC pouvait assumer un nouveau rôle et être utilisée comme compositeur. Le Dr Hershey a non seulement vu cette possibilité, mais possédait un vif intérêt pour la calligraphie et ne craignait pas de passer ses soirées à développer cette nouvelle capacité.

Varityper utilisé pour la préparation du rapport

La clé pour y parvenir était de définir un nouveau mode de sortie qui contournait les polices de pochoir internes. Au contraire, le film serait exposé en utilisant le pochoir point (point) comme un «point» et en déplaçant le point sous le contrôle du programme. Lorsqu’il est appliqué au texte, c’est bien sûr plus lent que l’utilisation du pochoir, mais cela permet une sélection arbitraire de polices ou de répertoires comme les appelait le Dr Hershey. En outre, il ouvre la possibilité de tracer des données directement sur un film, en contournant les techniques de dessin à la main plus lentes et encore plus lentes de la journée.

Le Dr Hershey a appris que les ingénieurs des Bell Laboratories à Murray Hill, New Jersey avaient développé une police pour leur imprimante optique en utilisant une technique similaire, en l’abordant du point de vue de la rastérisation. Le Dr Hershey s’est rendu compte qu’il pouvait étendre cela pour embrasser des glyphes plus exotiques et artistiques. Il s’est concentré sur l’utilisation de vecteurs pour concevoir ses polices et s’est lancé dans le long voyage de recherche et de construction de sa collection de polices vectorielles.

Fonctionne pour toutes les langues (sauf les dragons en mouvement)

Avec le recul, il a non seulement construit un ensemble d’outils pour répondre aux besoins de la communauté Dahlgren, mais a poussé les limites du traceur optique à l’extrême. Dans ses rapports, il a démontré des polices non seulement en anglais, mais dans d’autres langues telles que le grec, le russe et le japonais. En plus des symboles mathématiques, il a montré comment le traceur pouvait dessiner des schémas électroniques, des cartes stellaires de la galaxie, des cartes en général, des liaisons chimiques, etc. Un exemple de sa minutie se trouve dans son rapport de 1967 «Calligraphy for Computers». Bien que Hershey n’implémente qu’un sous-ensemble de caractères japonais à titre de démonstration, il en a recherché plus de 5000 à la recherche de glyphes susceptibles de dépasser les limites de sa méthode. Il n’a pu trouver qu’un seul cas, qu’il a raisonnablement décidé d’ignorer:

Avec une certaine omission de détail dans les espaces restreints et un débordement dans les cas compliqués, cette taille [a height of 21 raster units] On pense qu’il convient à tous les caractères du dictionnaire de Nelson à l’exception du n ° 5444. Dans la mesure où ce personnage représente des dragons en mouvement, il est d’une utilité douteuse.

Composite de graphiques de polices créés par Paul Bourke

Au total, le Dr Hershey a généré environ 1 400 glyphes occidentaux et 800 glyphes japonais, tous dessinés minutieusement à la main sur du papier millimétré. Il y avait cinq tailles de police optiques différentes et trois types de traits différents, sans parler de toutes sortes de symboles utilisés dans la cartographie, la science, les mathématiques, etc.

L’importance de Hershey Font aujourd’hui

Hershey essayait de générer des polices agréables pour les rapports imprimés en utilisant la technologie de pointe du jour. De loin, le plus grand nombre de glyphes étaient complexes, c’est-à-dire qu’ils étaient construits avec plusieurs lignes, ou traits, pour donner une largeur de trait augmentée et variable. Ces traits sont souvent représentés aujourd’hui comme des lignes fines lorsque vous recherchez ses polices en ligne, mais lorsqu’ils sont correctement dessinés, en tenant compte de la taille du faisceau SC4020, des lettres pleines en résulteront. Aujourd’hui, nous avons une pléthore de polices à notre disposition, alors pourquoi les polices Hershey sont-elles encore utilisées? Vous pourriez être tenté de dire parce qu’ils sont du domaine public. Mais la principale raison est probablement la famille de polices à un seul trait, qui sont toujours très utiles dans de nombreuses applications différentes. Voici quelques exemples que j’ai rencontrés au fil des ans.

OpenSCAD (inutile depuis 2015)

Style de lettrage technique du manuel de 1865

Aujourd’hui, si vous souhaitez dessiner du texte dans OpenSCAD, il existe un support intégré. Mais lorsque j’ai appris OpenSCAD au début de 2015, ce n’était pas disponible. Un projet sur lequel je travaillais avait besoin de texte, alors j’ai décidé de créer le mien. En descendant le terrier du lapin de lettres simples que je pourrais implémenter en utilisant les primitives graphiques d’OpenSCAD, j’ai découvert que c’était une technique avec une longue histoire.

C’est au cours de cette recherche que je suis tombé pour la première fois sur les polices Hershey. J’ai appris depuis que ces styles de lettrage classiques étaient une source d’inspiration pour le Dr Hershey, y compris les ensembles de lettres Leroy utilisés par les dessinateurs et certains lettreurs de bandes dessinées.

À l’époque, je passais sur les polices Hershey car elles n’utilisaient que des lignes, et il semblait que les vraies courbes seraient meilleures. J’ai créé ma propre police vectorielle basée sur ces styles de lettrage de dessin simples qui n’utilisaient que des lignes et des arcs de cercle – des choses que je savais faire avec OpenSCAD. En y repensant maintenant, je vois que le texte a été intégré à OpenSCAD en mars de cette année. Si j’avais juste attendu trois mois, je me serais épargné du temps et des tracas.

Set de lettrage Leroy

Lettrage sur le panneau avant

Exemple de lettrage de panneau gravé

En tant que jeune ingénieur, certains des projets de mon entreprise nécessitaient des marquages ​​durables sur le panneau avant. Nous les avons fabriqués en faisant graver le lettrage et les symboles dans le panneau à l’aide d’une machine CNC. Une méthode éprouvée consistait à graver un panneau puis à remplir les rainures avec de la peinture époxy. Aujourd’hui, nous pouvons même éviter les tracas de la gravure à la machine. La gravure laser directe à faible coût offre une technique plus propre et souvent plus abordable. Ces deux méthodes fonctionnent en déplaçant la tête, un outil de fraisage ou un faisceau laser, le long de trajectoires définies par des paires XY. C’est un ajustement parfait pour les polices vectorielles. Ils peuvent être rendus plus ou moins audacieux en changeant le diamètre de l’outil de fraisage ou la taille du faisceau laser, et peuvent être facilement mis à l’échelle ou tournés selon les besoins en utilisant la trigonométrie de base. Essayer de faire cela avec une police bitmap serait au mieux gênant.

Lettrage d’illustration PCB

Nous avons tous mis du texte sur la sérigraphie et les couches de cuivre de notre PCB, mais nous ne nous sommes peut-être pas arrêtés pour réfléchir aux détails. Lorsque vous générez des fichiers pour la fabrication, les traces et les caractéristiques de votre carte, eux-mêmes naturellement vecteurs, sont exprimées dans le format Gerber familier (RS-274X). Les lettres sont exprimées de la même manière.

Photoplotter Gerber 6241 du début des années 1980

Les premiers photoplotters utilisés pour la réalisation d’illustrations de films PCB ont été fabriqués par la société Gerber Scentific dans les années 1960. Cet appareil est issu d’une famille de grandes tables XY contrôlées par ordinateur. Celles-ci étaient à l’origine utilisées pour des tâches telles que la découpe de motifs à partir de tissu et la fabrication de verres correcteurs. Le fonctionnement de base du photoplotter Gerber n’était pas sans rappeler un stylo-traceur ou une machine de gravure CNC, sauf qu’un faisceau de lumière brillerait à travers une ouverture sélectionnable pour exposer un film photographique. Une molette contenant différentes tailles d’ouverture vous permettait de modifier la largeur de la ligne et également utilisée pour «faire clignoter» les pads. Il était naturel que des commandes vectorielles soient utilisées pour contrôler le photoplotter. Plutôt que de réinventer la roue, Gerber a défini un sous-ensemble de la norme d’interface numérique CNC RS-274D qui existait depuis les années 1950. Avec quelques extensions et révisions, c’est toujours le format que nous utilisons aujourd’hui pour transmettre nos illustrations de PCB à l’atelier de fabrication.

Comme dans de nombreux domaines, la technologie évolue. Les ateliers de fabrication de PCB n’utilisent plus de photoplotters de type Gerber. De nos jours, le plus souvent, le fabricant convertit vos fichiers Gerber afin que l’illustration soit transférée sur film à l’aide d’une imprimante raster haute résolution et haute vitesse. Dans certains cas, l’illustration est projetée directement sur le PCB lui-même, en contournant entièrement le film et l’étape de transfert intermédiaire.

Cela dit, je ne pense pas que nous enverrons jamais des illustrations de PCB rastérisées aux fabricants. Les caractéristiques du PCB que nous envoyons à la boutique, les traces et les tampons, sont intrinsèquement de nature vectorielle. Et pour obtenir des résultats corrects, le fabricant doit identifier ces caractéristiques afin de les ajuster en fonction de son propre processus de fabrication unique. C’est le sens des notes de fabrication telles que «Les dimensions de la ligne, du tampon et des traversées sont spécifiées comme taille finie» et «Les traces d’impédance contrôlée xxxx doivent être de 75 ohms». Même les largeurs de lettrage sérigraphiées peuvent devoir être ajustées en fonction du processus utilisé. Ajuster ces paramètres sur une image raster, bien que cela ne soit pas impossible, serait beaucoup plus compliqué.

Outils de CAO

Hershey Format de la lettre H

J’avais besoin de mettre du texte coréen sur un PCB pour un client il y a quelque temps. Après en avoir discuté sur le forum KiCad, j’ai appris que dans KiCad, le lettrage PCB est stocké en interne sous forme de vecteurs – en utilisant le format de police original Hershey. Je n’entrerai pas dans les détails sanglants, mais le format original de Hershey est particulier, c’est le moins qu’on puisse dire. Hershey n’a utilisé que des lettres imprimables, ce que nous pourrions appeler aujourd’hui l’ASCII imprimable, pour décrire les coordonnées dans un style très compact. Il existe un système de grille cartésienne à base de lettres avec la lettre R comme zéro. La lettre S vaut 1, P vaut -2, etc. La lettre H apparaîtrait comme 508 9G]KFK[ RYFY[ RKPYP in this notation.

TTGO

TurtlePlotBot Draws Using Hershey Fonts

I was recently playing around with Micropython on the ESP32-based TTGO module, in order to experiment with text on the tiny TFT screen. I discovered that Hacakday.io user [Russ] a utilisé les polices Hershey dans son Turtle Plot Bot. Cela m’a donné un bon départ pour certaines de mes expériences, et c’est encore un autre exemple de recherche de polices Hershey sous le capot de projets modernes.

Machines à dessin vectoriel CRT

Horloge de l’oscilloscope utilisant les polices Hershey

Les projets CRT utilisant des graphiques vectoriels sont devenus populaires ces dernières années. Il existe des projets d’horloge et des affichages vectoriels à usage général. Ceci est encore une autre application où la description des polices avec des vecteurs correspond bien au fonctionnement sous-jacent de l’affichage. Et vous ne serez pas surpris d’apprendre que les polices Hershey se trouvent couramment sur ces projets. Par exemple, ce tutoriel par [Trammel Hudson] sur les bases de l’affichage vectoriel montre comment dessiner des lettres de police Hershey à l’écran.

L’héritage Hershey

Que penserait le Dr Hershey de ses polices à un trait simplistes encore utilisées plus de 60 ans plus tard? Compte tenu de toutes les lettres à traits multiples et des symboles japonais qu’il a si méticuleusement conçus à la main, il pourrait être un peu surpris, voire déçu. Faites-nous savoir si vous avez rencontré ou utilisé les polices Hershey dans vos projets. Si vous voulez en savoir plus, voici une présentation intéressante de Frank Grießhammer sur le Dr Hershey lui-même et le développement de ses polices.

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