Brevet FR2007947A1 — publié le 19700116

La présente invention se rapporte à des procédés et à des appareils servant à former de Wologrammes d'objets, lesquels hologrammes peuvent être utilisés pour former des reconstructions optiques des objets, en enregistrant photographiquement les configurations d'interférence entre la lumière qui émane directement d'une source cohérente et la lumière qui est réfléchie de l'objet; et plus particulièrement bides procédés et des appareils dans lesquels on forme un hologramme d'un objet à son état initial et oW on superpose la reconstruction optique de l'objet original observé à travers lthologramme, à l'objet, pendant qutil se trouve à un second état de dimensions et qu'il est éclairé par la lumière de reconstruction, de telle sorte qu'il se produit des configurations d'interférence entre la lumière produisant la reconstruction visuelle et la lumière réfléchie sur l'objet réel, ce qui permet de détecter les variations de dimensions de l'objet. 'les procédés et les appareils utilisés pour former des hologrammes ont présenté un développement et des perfectionnements étendus pendant ces quelques dernières années. Ces hologrammes sont constitués par des enregistrement photographiques de la configuration d'interforence entre une lumière (en général une lumière cohérente telle que celle produite par un laser) arrivant sur un milieu photographique directement depuis une source, et la lumière qui est réfléchie sur un objet éclairé par la source Après développement du milieu photographique, et après avoir éclairé d'une manière appropriée l'hologramme résultant on peut observer une reconstruction optique de l'objet original,présentant des caractéristiques optiques identiques à celle de l'objet.On a également mis au point des procédés pour détecter de faibles variations de dimensions d'un objet, ou des anomalies dans sa configuration de changement de dimension , en formant un hologramme d'un objet à son état initial et en observant ensuite l'objet à travers lthologramme développé, avec des agencement d'éclairement sensiblement identiques à ceux utilisés pendant la formation de l'hologramme, de sorte que la reconstruction optique de objet est superposée à l'objet lui-même.Si l'objet est déplacé par rapport à son état initial, par exemple par des vibrations, ou Si ses dimensions sont modifiées, une interfLrence entre la lumière réfléchie sur l'objet et la lumière qui atteint l'oeil et qui provient de la source à travers l'hologramme, se traduit par des familles de franges apparentes dans lesquelles le réseau de franges est une fonction du changement de dimensions de l'objet. Cette technique holographique e1temps réel" peut être utilisée pour un certain nombre d'applications, telles que par exemple pour la détermination des dtats dynamiques d'objets vibrants, la détection des défauts, et la mesure d'une croissance thermique. Be procédé d'analyse en temps réel a de ce fait été extrêmement compliqué, il prend du temps et il est co8teux. L'une des difficultés principales a résidé dans la difficulté qu'on éprouve pour superposer la reconstruction optique de l'objet à son état initial observé à travers l'hologramme à la position de l'objet dans son étatiltérieur. Du fait que le procédé en temps réel est capable de détecter des variations de dimensions de l'ordre d'une petite fraction de la longueur d'onde de la lumière utilisée, la superposition doit-8tre réalisée avec une précision supérieure à cette sensibilité, dans une mesure considérable. lie problème de la remise en posi tion est encore aggravé par les variations de dimensions iné vitales, quoique peut-être minuscules qui se produisent dans l'appareil entre le moment de l'exposition initiale et la remise en position, du fait des forces ambiantes et des modifications des conditions atmopshériques. Le délai qui s'écoule entre l'exposition initiale du cli ohé et l'utilisation ultérieuride l'hologramme pour l'analyse est souvent considérable du fait du temps nécessaire pour enlever la pellicule ou le cliché initial du. porte cliché et pour le développement, la fixation et le séchage qui suivent, ainsi que la remise en position de lthologramme développé dans le porte-cliché.Par exemple, il faut au moins 20 minutes pour le traitement extérieur,-Pendant cette période, on ne peut utiliser l'appareil pour faire des hologrammes d'objets différents sans enleverwltobjet original, ce. qui compliqùe doublement le problème consistant à- remettre en position.l'objet pour une observation en temps réel, Ces difficultés ont empêché d'utiliser le procédé~en temps réel sur une base de production pour examiner les caracterirtiques d'un grand nombre d'objets. Dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 726.661 du 6 Mai 1968, déposée par L.A. SERSCX, C.F. JACOBSON et K.R. PORTER, on décrit un appareil qui supprime dans une certaine mesure ces difficultés et qui permet d'effectuer une analyse holographique en temps réel avec une rapidité, une précision qui dépassent de loin celles qu'il était possible d'obtenir avec les procédés de la technique antérieure.L'invention qui y est décrite est constituée par une chambre de fluide, dans laquelle la pellicule ou le cliché photographique sur lequel l'hologramme est réalisé peut entre disposé,un moyen servant à faire passer des fluides successifs à travers la chambre, qui permettent successivement d'exposer la pellicule de manière à former un hologramme initial en lui permettant ensuite d'être développé, fixé et utilisé pour observer l'objet suivant une analyse en temps réel.La chambre comporte des parois transparentes et pendant les phases suivant lesquelles la pellicule est initialement exposée et l'hologramme développé est utilisé plus tard pour observer l'objet, le fluide qui remplit la chambre est un liquide transparent qui est inerte vis-à-vis de la matière photographique et qui de préférence présente un indice de réfraction sensiblement égal à celui des parois transparentes de la chambre. A la suite du processus d'exposition, le liquide est évacué et on introduit une solution de développement dans la chambre. La solution de développement est suivie, après une période de durée appropriée, par une solution de neutralisation et ensuite par une solution de fixage. Finalement, de l'eau ou un autre fluide inerte transparent est introduit à nouveau. A ce moment, l'image photographique est complètement développée et elle est prote pour être utilisée afin d'observer à nouveau l'objet. Pendant ce processus, les positions de la pellicule, de la source de lumière cohérente, de Ilobjet et des-autres appareils sont restées fixes, de sorte que'aucune remise zen position n'est nécessaire pour retrouver la forme géometrique initiale de la situation. L'image reconstruite de l'objet est par suite disposée par rapport à l'objet dela manière initiale, ce qui supprime les processus de remise position,de précision 1imitée , qui étaient nécessaires avec les techniques antérieures. appareil et le procédé qui sont décrits ici se tra- duisent par des durées de cycle de travail considérablement réduites et assurent que la source de lumière et la forme géométrique des éléments optiques ne sont pas modifiées pendant le développement de la pellicule. La présente invention fournit un procédé et un appareil servant à former des hologrammes qui constituent un perfectionnement considérable par rapport à l'invention de base décrite dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique précitée. lie perfectionnement réside dans l'utilisation d'un bain de développement et de fixation monolithique à la place des fluides utilisés successivement dans l'invention précédente. Ceci permet d'utiliser un appareil de construction plus simple, de réduire encore plus la durée du cycle et permet d'obtenir une plus grande précision du fait de la durée réduite du cycle et également du fait que le nombre de variables qui sont introduites dans le procédé est réduit . D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront au cours de la description détaillée qui va suivre, faite en regard des dessins annexés qui donnent à titre explicatif mais nullement limitatif plusieurs formez réalisation conformes à l'invention. Sur ces dessins, la figure 1 est une vue en perspective d'un récipient préféré faisant partie d'un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 2 est wle vue en plan du récipient représenté sur la figure 1, I la figure 3 est un schéma représentant la manière suivant laquelle on utilise le dispositif de la figure l pour former des hologrammes la figure 4 est une vue en perspective d'un récipient préféré faisant partie d-'un second mode de réalisation de la présente invention la figure 5 est une coupe horizontale à travers le récipient du second mode de réalisation préféré, suivant la ligne 5-5 de la figure 4 ; et la figure 6 est une coupe verticale à travers le récipient suivant la ligne 6-6 de la figure 4. En se reportant maintenant aux dessins pour une description plus détaillée de la présente invention, les figures de 1 à 3 représentent un Premier mode de réalisation préféré du nouvel appareil servant à mettre en pratique l'invention, comme comprenant un récipient 10. Te récipient 10 peut présenter une hauteur égale,dùne façon générale,à sa largeur, et il peut entre relativement peu profond, la hauteur et la largeur du récipient étant toutes les deux légèrement supérieures aux dimensions semblables de cliehés phtographiqueistandard qui-doivent être utilisés avec l'appareil. lie récipient 10 est fermé sur tous ses côtés, à l'exception de son sommet, et sa paroi avant 12 et sa paroi arrière 14 sont transparentes, du fait qu'elles sont en verre ou en une matière plastique transparente. Les parois d'extrémité 16 et la paroi inférieure 18 peuvent également être réalisées avec la m8me matière. Deux parois courtes 20 a'étendent vers l'intérieur depuis les côtés intérieurs de chacune des parois d'extrémité 16 du récipient 10, et elles s'étendent sur la hauteur complète des parois d'extrémité 16. 'les parois 20 s'étendent parallèlement l'une à l'autre, et ltespacement qui les sépare permet d'introduire entre elles un cliché photographique 22. Be cliché 22 est maintenu contre deux bords de référence verticaux parallèles plans 24 (figure 2) disposés à chacune des extrémités par deux éléments élastiques 26 d'une substance inerte, telle qu'une matière plastique ou du caoutchouc. Pour obtenir une stabilité optimale, les bords de référence verticaux 24 doivent venir en contact avec le côté verre du cliché photographique 22, les ressorts 26 exerçant une poussée contre le c8té émulsion. lie fond 18 du récipient est pourvu d'un orifice de vidange 28 relié à une vidange appropriée pour le fluide- par l'intermédiaire d'un robinet 30. Le robinet 30 peut entre, soit actionné à la main, soit être constitué par un robinet commandé par une source appropriée d'énergie électrique ou pneumatique ou d'énergie semblable. Lorsque le robinet 30 est ouvert, il permet à tout fluide qui peut se trouver dans le récipient 10, d'en etre évacué. La manière d'utiliser le récipient 10 des figures 1 et 2 pour une holographie en temps réel est représentée schématiquement sur la figure 3. On commence d'abord par remplirle récipient 10 avec un fluide de développement et de fixage monolithique. De tels fluides peuvent Autre trouvés dans le commerce, et à titre d'exemple, on a trouvé qu'un fluide connu comme Eodak 448-5A est satisfaisant lorsqu'on l'utilise avec une pellicule Kodak 649F.Un autre bain monolithique approprié comprend de l'hydroquinone comme agent de développement, à raison de 50 g par litre ; de l'acide thioglycolique comme agent de fixation, à raison de 50 cm par litre, et comme accélérateur, de l'hydroxyde de potassium suivant une quantité amenant le niveau alcalin un PH de 13. Comme on le voit sur la figure 9, un laser 60 est aligné de telle sorte qu'un faisceau traverse un diviseur 62 et qu'une partie du faisceau vient frapper un objet 64 dont un hologramme doit Autre formé. D'autre partie du faisceau traverse un affaiblisseur 66 et vient frapper le centre du récipient 10. Lorsque le laser 60 est eteint, on dispose un cliché photographique 22 et on le laisse reposer pendant une période de durée prédéterminée, par exemple de 20 secondes. Cette période de trempage stabilise le gonflement du cliché 22, en donnant un angle de Bragg constant et en augmentant par suite la précision des configurations d'interférence qu'on obtient plus tard. Lorsque le cliché 22 a trempé pendant la période de durée déterminée, le laser 60 qui de préférence est du type à ondes continu, est excité pendant une période de durée suffisante pour former une exposition holographique appropriée sur la pellicule. On éteint ensuite le laser et on laisse la pellicule se développer et se fixer. A ce stade, l'hoîogramme initial de l'objet est complètement développé, et l'agencement optique est identique à celui à l'aide duquel l'hologramme a été réalisé. On met à nouveau en action le laser et un observateur observe à travers l'hologramme depuis le ctté opposé à l'objet. Du fait que le bain monolithique est transparent,l1hologramme peut être observé sans enlever le bain du récipient. Du fait que c'est le même liquide qui se trouve dans le récipient lorsque la pellicule est exposée et lorsqu'elle est observée, les distorsions dues à des diff4- rences de réfraction sont réduites. I1 peut être nécessaire d'enlever le filtre d'affadi blissement 66 à ce moment , ou de lui substituer un filtre d'opacité différente afin d'obtenir l'éclairement approprié pour l'observation. L'observateur observe alors une image virtuelle de l'objet. Si l'objet et l'agencement optique sont restés dans le même état que lorsque l'hologramme initial a été formé, la reconstruction optique de l'objet coïncide exactement avec l'objet tel qu'il est observé à vers l'hologramme. On a trouvé qu'il est également nécessaire que le laser agisse pendant ltobservation d'une manière identique à celle utilisée pour produire l'hologramme et il est évident que l'appareil et le procédé de l'invention permettent d'obtenir ce résultat du fait que le laser n'est pas dérangé pendant la période de courte durée de développement et de fixage. Tout écart de l'objet 64 par rapport à son état initial se traduit par des lignes de franges qui apparaiasent sur la reconstruction optique. Ces lignes de franges représentent la configuration d'interférence entre la lumière réfléchie sur l'objet et la lumière qui traverse l'hologramme et qui produit la reconstruction optique de l'objet.Si l'agencement est maintenu d'une manière appropriée à son état initial, ces lignes de franges ne sont pas visibles, à moins que l'objet 64 ne soit excité d'une manière approprié pour lui faire subir une progression continue de variations de dimensions. Par exemple, si la nature de la croissance thermique de objet pour des variations de températures est intéressante, l'objet peut être chauffé ou refroidi d'une manière appropriée, et il peut Autre observé à travers lthologramme initial pendant le processus. lies variations de dimensions de l'objet se manifestent d'elles-m8meapar l'apparition d'un réseau de familles de franges, en fonction du déplacement de l'objet par rapport à sa position initiale. De même, si la réponse de l'objet à des vibrations~ d'excitation de diverses fréquenceiest intéressante, on peut produire dans l'objet des vibrations appropriées et on peut modifier la fréquence de ces vibrations pendant une période d'une certaine durée. La durée totale pour le processus consistant à exposer st à développer un hologramme suivant l'appareil et le procédé de la présente invention ne doit pas prendre plus de 40 ou 50 secondes y compris la période de trempage initiale. Cette durée doit etre comparée avec les 74 secondes environ nécessaires dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique précitée et les 20 ou 30 minutes nécessaires pour exposer et développer un hologramme d'une manière normale.Le processus présente également l'davantage important de supprimer une opération de remise en position extrgmement difficile, et de réduire les effets optiques résultants d'une surface de pellicule non parfaite du fait du rev8tement de fluide effectif sur la surface pendant l'exposition et l'observation et provenant également des variables introduites par l'utilisation d'un certain nombre de fluides différents et d'opérations minutées. L'appareil des figures 1 et 2 est relativement rudimentaire et un appareil plus compliqué, qui permet de diminuer d'une façon importante la durée de la période nécessaire pour former et développer un hologramme est représenté sur les figures 4 à 6. Ce second mode de réalisation de l'invention opère sur une pellicule en bande 70 qui, initialement est enroulée autour d'une boibne d'alimentation 72 et qui après exposition et développement est enrouléqiutour d'une bobine de sortie 74. Les bobines 72 et 74 sont représentées comme étant animées à la main à l'aide de boutons 76 et 78, respectivement, mais il est évident qu'on pourrait utiliser un moyen d'entraSnement automatique de la pellicule, si ceci était souhaitable. La pellicule 70 est enfilée à travers un support indiqué d'une façon générale en 80, lequel est forte par un élément de couverture rectangulaire 82, et par un élément arrière rectangulaire 84. L'élément de couverture 82 est divisé en une première section opaque 86 et une seconde section transparente 88, et comme on peut le voir en particulier sur la figure 5, ltélément arrière 84 est divisé de la meme manière en une section opaque 90 et une section transparente 92. Les sections transparentes 88 et 92 peuvent entre en verre ou en une matière plastique transparente. A nouveau, comme on le voit en particulier sur la figure 5, l'intérieur du support 80 est divisé en un compartiment de préparation 94 et un compartiment d'exposition 96 par un joint vertical intérieur 98 qui sépare les sections transparentes 88 et 92 dss sections opaques 86 et 90. De préférence, le joint 98 est en caoutchouc ou en un élastomère et il est en deux parties. Une section 99 est fixée à ltelément de couverture 82 et est constitué par une bande de caoutchouc présentant une extrémité rainurée. D'autre section 100 du 3oint 98 est fixée à l'intérieur de l'élément arrière 84 et présente une extrémité rainurée qui est destinée à s'associer aux rainures de la section 99. La section 100 diffère de la section 99 par le fait qu'elle est réalisée en un caoutchouc plus tendre et qu'elle porte un plongeur 102 qui est destiné à etre mis en action par un solé noise électrique 104. lie plongeur 102 s'étend sur toute la longuette la section 100 du joint.Lorsque le solénoEde 104 est excité, le plongeur 102 recule et tend à séparer les bords rainurés des deux sections du joint, l'un de l'autre. 'lorsque le solénoïde est désexcité, l'élasticité naturelle du caoutchouc entratne le plongeur 102 vers l'avant et tend à former un joint étanche au fluide entre les deux sections de joint rainurées. La pellicule 70-pénètre dans le support 80 par une fente 106 formée à une première extrémité du compartiment de préparation 94 et elle sort par une fente semblable 108 formée à l'extrémité du compartiment d'exposition 96. Un joint formé par deux frotteurs en caoucthouc 110 qui s1 étendent verticalement le long des bords intérieurs du support, au voisinage de la fente 106, maintiennent un joint pour le fluide à travers lequel la pellicule 70 peut passer en entrant dans le compartiment de préparation 94 depuis la bobine 72. Deux joints 112 semblables empêchent le fluide de traverser la fente de sorts 108 avec la pellicule développée 70. La pellicule 70 stétend entre les sections de joint 99 et 100. Lorsque le solénorde 104 fait reculer le plongeur 102. la pellicule 70 peut être enroulée librement à travers le support a4. Lorsque le solénolde 104 est désexcité, le joint 98 se ferme et maintient le fluide intact dans les compartiments 94 et 96. Des compartiments 94 et 96 sont desservis par un conduit de sortie 120 qui va à une vidange en passant par un robinet 122 et par un conduit d'entrée 124 qui forme un moyen permettant de remplir les compartiments avec un fluide. L'entree 124 sert à permettre de remplir le récipient 80 avec le bain monolithique décrit plus haut. Be bain qui se trouve dans le compartiment de préparàtion 94 agit de manière à tremper la section de pellicule qui est supportée dans ce compartiment, de sorte qu'elle a gonflé au maximum avant d'entrer dans le compartiment d'exposition 96, ce qui permet d'exposer immédiatement la pellicule après qu'elle a été amenée dans le compartiment d'exposition.On voit que du fait que le compartiment de préparation et le compartiment d'exposition 96 contiennent tous les deux le meme fluide, toute fuite légère qui peut se produire à travers les joints 99-100 pendant le dégagement du joint 98 pour permettre à la pellicule 70 de passer du compartiment de préparation 94 au compartiment d'exposition 96, ne nuit pas au fonctionnement du dispositif. En supprimant la période nécessaire pour saturer le film avec le bain avant son exposition, on réduit la durée du cycle de fonctionnement. lie fait de faire avancer la pellicule à travers le dispositif permet également de diminuer la durée du cycle de fonctionnement. Des cycles d'une durée de l'ordre de 20 secondes sont obtenus de cette manière0 L'appareil selon l'invention permet par suite de mettre en pratique l'holographie en temps réel sans déplacer physiquement le milieu photographique utiiisé pour former l'hologramme initial entre son stade d'exposition etle stade suivant lequel il est utilisé pour observer -la superposition de la reconstruction optique de l'objet et 1'objet lui-m8me. I1 permet également de réduire la durée du'cycletout en présentant les autres avantages indiqués plus haut. Il-va de soi que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à -titre: explicatif mais nullement limitatif et qu'elle est susceptible de diverses variantes sana sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Appareil servant à former un hologramme d'un objet, caractérisé en ce qu'il comprend un milieu photographique, un récipient pour le milieu photographique,comportant des côtés optiquement transparents, de sorte que le milieu photographique peut entre exposé et observé pendant qutil est disposé à l'intériete du récipient, un liquide dans le récipient servant à la fois à développer et à fixer une image sur le milieu photographique, un moyen supportant le milieu photographique à l'intérieur du récipient et à l'intérieur du liquide et un moyen servant à exposer le milieu photographique à une lumière émanant directement d'une source de lumière cohérente, et à une lumière provenant de la source et réfléchie vers le milieu par ltobjet, de façon à déclencher le développement et la fixation d'une image holographique sur le milieu photographique. 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le récipient est pourvu d'une chambre, des moyens servant à faire avancer des sections successives d'une bande de pellicule dans la chambre et hors de celle-ci. 3. Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que des moyens servent à tremper une section de bande de pellicule dans le liquide immédiatement avant que la pellicule n'entre dans ladite chambre. 4. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide qui est utilisé pour développer et fixer une image sur le milieu photographique est constitué par une solution contenant un agent de développement, un agent de fixage et un agent d'accélération. 5. Procédé pour exécuter une holographie en temps réel, caractérisé en ce qu'il consiste à remplir un récipient avec une solution monolithique de développement et de fixage d'une pellicule photographique, à disposer un milieu sensible photographiqî:ement à l-)intérieur du récipient, à-mtw le récipient de oStEs transparents, de sorte que le milieu sensible peut être observé par les deux cotés , à soumettre le milieu à des éclairements simultanés par une source de lumière cohérente et par une lumière provenant de la source et réfléchie gar un objet pour exposer le milieu sensible à permettre au milieu sensible d'être développé et autre fixé pendant un période de durée suffisante pendent qu'il est supporté dans le récipient, et à observer objet à travers 1'hologramme ainsi développé, pendant qu'il se trouve encore disposé dans le récipient. 6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le milieu photographique est disposé sur une surface plane, le récipient présentant deux surfaces transparentes planes parallèles qui sont destinées à entre disposées parallèlement à ladite surface plane. 7. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le récipient comprend deux compartiments qui sont isolés l'un de autre, les deux compartiments étant remplis à tous moments avec le liquide, et la pellicule traversant le premier compartiment. avant de pénétrer dans le second compartiment dans lequel est mis en oeuvre le processus suivant la revendication 5.