Brevet FR2111659A1 — publié le 19720609

La présente invention concerne d'une façon générale l'holographie et plus particulièrement un appareil pour enregistrer des microhologrammes et pour les reproduire avec un agrandissement important sans qu'il soit nécessaire d'utiliser de lentille pour 5 voir l'image reproduite. Des systèmes d'enregistrement holographiques permettant l'agrandissement de l'image enregistrée sur l'hologramme existent déjà. Cependant, la plupart.de ces systèmes nécessitent l'utilisation de lentilles pour l'agrandissement de l'image reproduite. 10 Un tel système est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3.427.090 du 23 Octobre 1965. Suivant ce système, l'image réelle est focalisée sur un plan entre la ligne de focalisation et l'hologramme. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3.506.3 27 du 23 Avril 15 1964 décrit, avec référence aux figures 10 et 11, un système pour la reproduction de l'hologramme avec agrandissement. Un faisceau de référence divergent est utilisé et l'emplacement de sa source apparente est changé entre l'enregistrement et la reproduction. Le brevet anglais n° 1.139.955 du 22 Novembre 1965 décrit, 20 avec référence à la figure 4, un appareil pour l'enregistrement de microhologrammes. Dans ce cas, la lentille est disposée dans le faisceau de projection en avant de l'objet ou de la diapositive. La présente invention a pour objet un appareil pour l'enregistrement et la reproduction de microhologrammes de façon qu'une 25 image amplifiée de l'objet puisse être vue sans qu'il soit nécessaire d'utiliser de lentille pour voir l'image. L'invention a aussi pour objet l'enregistrement d'une image virtuelle de façon telle que n'importe quel agrandissement désiré puisse être obtenu pendant 1 ' enregistrement 30 L'invention a aussi pour objet l'enregistrement d'un holo gramme d'un objet au moyen d'un objectif ou d'une lentille, de façon que l'hologramme voit effectivement l'objet en une position et avec des dimensions différentes du fait de la combinaison de l'objectif et de l'objet. 35 Un appareil selon la présente invention sert à l'enregistre ment de microhologrammes. L'appareil comporte une source de lumière monochromatique cohérente telle qu'un laser. Cette lumière monochromatique est divisée en un faisceau de référence d'enregistrement et un faisceau pour la scène ou vue à enregistrer. Un 40 milieu d'enregistrement sensible à la lumière est disposé dans un 71 37021 2 2111659 plan prédéterminé pour l'enregistrement de l'hologramme. Le faisceau de référence d'enregistrement est dirigé vers ce plan. Le faisceau pour la scène ou vue est également dirigé vers le plan d'enregistrement. Finalement, une lentille est placée sur le tra-5 jet du faisceau de projection collimaté. Cette lentille a un plan focal avant qui coïncide en général approximativement avec le plan prédéterminé dans lequel est situé le milieu d'enregistrement. La lentille comporte aussi un plan focal arrière, de sorte qu'un objet peut être placé entre la lentille et son plan focal arrière 10 pour l'enregistrement sur le milieu d'un hologramme de l'image virtuelle agrandie de l'objet. La distance entre l'objet et le plan focal arrière de la lentille détermine l'agrandissement pouvant être obtenu. L'invention pourra, de toute façon, être bien comprise à 15- l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication. La figure 1 représente schématiquement un appareil pour l'enregistrement de microhologrammes selon un mode de mise en oeuvre 20 de l'invention. La figure 2 représente schématiquement une lentille avec un objet et son image pour expliquer certaines relations géométriques et l'agrandissement pouvant être obtenu avec la disposition de la figure 1. 25 La figure 3 représente schématiquement un appareil utilisé pour la reproduction de 1'image amplifiée d'un hologramme enregistré avec l'appareil de la figure 1, selon un mode de mise en oeuvre de l'invention. La figure 1 représente un appareil pour l'enregistrement de 30 microhologrammes selon l'invention qui comporte une source 10 de lumière monochromatique cohérente. Cette source peut être par exemple n'importe quel laser connu produisant un faisceau de lumière 11 qui est habituellement collimaté. Le faisceau de lumière 11 est divisé par un diviseur de faisceau 12 en un faisceau de ré-35 férence d'enregistrement 14 et un faisceau de scène ou vue 15. Le faisceau de référence 14 peut être dirigé par un réflecteur 16 et, par exemple, par un prisme 17 sur un plan 20. Un milieu d'enregistrement photosensible est placé dans ce plan 20, par exemple une plaque ou une pëllicule photographique ou un milieu photo- " 40 chrome pour l'enregistrement d'un hologramme. 71 37021 3 2111659 Le faisceau de scène 15 peut être élargi ou agrandi par une lentille convenable 21. La lentille 21 peut être, par exemple, une lentille convergente de la façon représentée, et le faisceau de lumière dépassant le foyer est élargi de la façon représentée. Le 5 faisceau de scène peut ensuite être collimaté par une seconde lentille 22, de façon que les deux lentilles 2'1 et 22 forment une lunette. Cependant, il doit être compris que le faisceau de scène a seulement besoin d'être élargi et ensuite être collimaté dans le cas où la dimension de l'objet représenté en 24 est supérieure 10 au diamètre du faisceau initial de lumière tel que le faisceau 15. Conformément à l'invention, une lentille 26 est placée entre l'objet 24 et le milieu d'enregistrement 20. La lentille 26 a une distance focale f de la façon représentée. L'hologramme 20 est en général placé approximativement, mais non exactement, dans le plan 15 focal avant de la lentille 26. Autrement dit, l'hologramme 20 est espacé de la lentille 26, par exemple à une distance un peu inférieure à la distance focale. De même, l'objet 24 est espacé d'une certaine distance du plan focal arrière 27. Cette distance est é-gale à f/m, expression dans laquelle m est le grandissement dési-20 ré. L'effet d'agrandissement est expliqué en considérant la figure 2. Sur cette figure, une lentille 30 a un plan focal avant 31 et un plan focal arrière 32, ces plans focaux étant à une distance f de la lentille, f étant la distance focale. Un objet 33 25 est placé en arrière du plan focal arrière 3 2 et une image correspondante 34 est projetée dans un plan situé au-delà du plan focal avant 31. Par suite, u est la distance entre l'objet 33 et la lentille 30 et v est la distance entre la lentille 30 et l'image 34. 30 En supposant que l'épaisseur de la lentille 30 puisse être •négligée, l'équation des lentilles minces donne 111 M1 — + — = — Cl; u v f Il ressort de cette équation que quand u tend vers f, la 35 distance v tend vers l'infini. Cela signifie que si l'objet est situé dans le plan focal arrière 3 2 l'image est à l'infini. Par contre, si u est plus petit que f, c'est-à-dire si l'objet est situé entre le plan focal arrière 3 2 et la lentille 30, v change de signe. Cela signifie que l'image 34 devient une image virtuel-40 le et apparaît à gauche de la lentille 30, c'est-à-dire du même 71 37021 4 2111659 côté que lfobjet 33. En supposant les conditions représentées sur la figure 1, suivant laquelle l'objet 24 est situé entre le plan focal arrière 27 et la lentille 28, la distance u peut être exprimée par l'équa-5 tion suivante u = f - ^ (2) m La distance f/m est indiquée sur la figure 1. Avec cette hypothèse, le grossissement m est donné par l'équation 10 - m « - (3) u Le grandissement est ainsi déterminé par le simple rapport entre la distance v de l'image à la lentille divisée par la distance de l'objet à la lentille. On voit donc que le grandissement peut être déterminé par le 15 réglage de la distance f/m. L'objet 24 est de préférence une diapositive. Cette diapositive peut être, par exemple, une image diapositive de film de 16 mm. Il est ainsi possible d'enregistrer plusieurs microhologrammes sur le milieu d'enregistrement 20 en projetant successi-20 vement plusieurs diapositives d'un film de cinéma. Dans ce cas, il doit être noté qu'en général le milieu d'enregistrement 20 doit être déplacé pour chaque enregistrement ou hologramme. On voit alors que la combinaison de la lentille 26 et de l'objet 24 produit une image virtuelle de l'objet 24, et que cet-25 te image virtuelle est agrandie. Par suite, ce n'est pas l'objet réel 24 qui est enregistré mais l'image virtuelle agrandie, de l'objet, créée par la lentille 260 De ce fait l'hologramme "voit" l'objet à un endroit différent et avec une dimension différente de celle de l'objet réel. 30 On notera qu'au lieu d'utiliser un faisceau de référence col limaté de la façon représentée sur la figure 1, il est possible aussi d'utiliser un faisceau de référence divergent ou même convergent, c'est-à-dire une onde de référence ayant un front d'onde sphérique. 35 On doit aussi noter qu'il n'est en général pas nécessaire que le milieu d'enregistrement 20 soit placé exactement au plan focal avant de la lentille 26. Toutefois, quand le milieu d'enregistrement 20 est situé entre la lentille 26 et le plan focal avant de la lentille, il existe un transfert efficace de lumière contenant 40 les basses fréquences spatiales de l'objet. Ces fréquences sont 71 37021 5 2111659 comprises à l'intérieur de la bande de fréquences créée par l'ouverture de l'hologramme. De même, dans ce cas la position de l'image reconstruite par reproduction est à peu près insensible aux variations latérales de position de l'hologramme. 5 Si le milieu d'enregistrement 20 est exactement dans le plan focal avant de la lentille, la lumière peut être trop concentrée. Une focalisation nette de l'image non diffractée de l'objet doit de ce fait être évitée. Ce résultat peut être obtenu en déplaçant le milieu d'enregistrement 20 jusqu'à une position située entre 10 la lentille 26 et son plan focal avant. L'hologramme 20 enregistré et développé ou traité peut être reproduit par l'appareil de la figure 3. Dans cet appareil, l'hologramme est éclairé par un faisceau de référence de reproduction 36 qui est le conjugué du faisceau de référence d'enregistrement 15 14 de la figure 1. De ce fait, une image réelle de l'image virtuelle agrandie et enregistrée est obtenue. Ce qui est reproduit est ainsi une image réelle agrandie de l'objet, sans utilisation d'une lentille. Cette image agrandie peut être projetée sur un écran de projection 3 7 et peut être vue dans différentes direc-20 tions de la façon illustrée par les positions 38, 39 et 40 de l'oeil. Une lentille 41, qui peut être une lentille de Fresnel, peut être associée à l'écran de projection 37 pour concentrer ou diriger la lumière vers une zone de vision prédéterminée. Cependant, on notera qu'une telle lentille n'est pas nécessaire. L'é-25 cran 3 7 peut être translucide ou blanc selon que l'objet doit être vu à travers l'écran ou être réfléchi par l'écran de la façon représentée en 40. En supposant par exemple que l'objet original 24 est une diapositive sur film de 16 mm ayant une largeur utile de 10,5 mm, 30 l'image réelle reproduite sur l'écran 3 7 peut avoir, par exemple, une largeur de 250 mm. Le grandissement résultant est de 23,8. Au lieu de reproduire l'hologramme de la façon expliquée ci-dessus, il est possible aussi de reproduire l'hologramme avec le même faisceau de référence que celui utilisé pour l'enregistrement 35 de l'hologramme. Ainsi, sur la figure 3 le faisceau de référence de reproduction représenté en 42 peut former une image projetée agrandie comme représenté en 43. Dans ce cas, il est possible aussi de déplacer l'objet comme représenté en 45 sur la figure 1. Autrement dit, l'objet peut être placé devant la lentille 22 à une 40 distance de la lentille 26 supérieure à la distance focale f. Dans 71 37021 6 2111659 ce cas, l'image réelle agrandie 43 est projetée comme représenté sur la figure 3. La description qui précède concerne ainsi un appareil pour 1'enregistrement de microhologrammes pouvant être reproduits avec 5 un grandissement important sans utiliser de lentilles. Le microhologramme enregistre effectivement une image virtuelle agrandie de l'objet réel par l'utilisation d'une lentille placée entre l'objet et l'hologramme. L'objet est décalé par rapport au plan focal arrière de la lentille d'une distance déterminant le gran-10 dissement. Ceci permet de voir le microhologramme à une échelle extrêmement agrandie, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser un moyen autre que le conjugué du faisceau de référence au moyen duquel l'hologramme a été initialement formé, et un écran. Si l'enregistrement est fait soigneusement, l'image n'a pas d'aberration. 15 Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation, de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. 71 37021 7 2111659 REVENDICATIONS 1. Appareil pour enregistrer des microhologrammes, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison : - une source de lumière monochromatique cohérente; 5 - des moyens pour diviser cette lumière monochromatique en un faisceau de référence d'enregistrement et en un faisceau pour la scène ou vue à enregistrer; - un milieu d'enregistrement photosensible placé dans un plan prédéterminé; 10 - des moyens pour diriger le faisceau de référence d'enre gistrement vers ce plan; - des moyens pour diriger le faisceau pour la scène ou vue vers ce plan; et - une lentille disposée sur le trajet du faisceau pour la 15 scène ou vue, cette lentille ayant un plan focal avant et un plan focal arrière de façon qu'un objet puisse être placé entre la lentille et le plan focal arrière pour l'enregistrement sur le milieu d'enregistrement d'un hologramme d'une image virtuelle agrandie de l'objet. 20 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'objet est une diapositive. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la diapositive est un film de 16 mm. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, 25 caractérisé en ce que la distance entre le plan de l'objet et le plan focal arrière est f/m, expression dans laquelle f est la distance focale de la lentille et m est le grandissement désiré. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le plan prédéterminé coïncide approximati- 30 vement avec le plan focal avant pour le transfert efficace de lu-'mière contenant les basses fréquences spatiales de l'objet. 6. Appareil pour la reproduction d'un hologramme enregistré avec un appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison : 35 - des moyens pour engendrer un faisceau de référence de reproduction et pour le projeter sur l'hologramme; et - des moyens de vision de l'image réelle agrandie reconstruite à partir de l'hologramme pour voir l'image réelle amplifiée sans utiliser de lentille. 40 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que 71 37021 8 2111659 le faisceau de référence de reproduction est le conjugué du faisceau de référence d'enregistrement. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les moyens de vision sont constitués par un 5 écran. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé par une lentille associée à l'écran pour diriger la lumière de l'écran dans la direction de vision désirée.