Brevet FR2111977A1 — publié le 19720609

L'invention concerne un dispositif optique permettant de former simultanément plusieurs images d'un objet, comportant une source de rayonnement permettant de représenter l'objet et un hologramme disposé dans le trajet du faisceau provenant 5 de l'objet. La formation d'un grand nombre d'images d'un objet constitue une opération fréquente dans les techniques optiques. Deux cas limite intéressants sont la multiplication de spectres de Pourier de structures optiques, comme dans les systèmes 10 de filtrage multiplex optiques et la multiplication d'images bidimensionnelles habituelles. Comme exemple du dernier cas, on peut citer la multiplication de configurations de masques pour la réalisation de circuits intégrés. Selon l'état actuel de la technique, on utilise à cet effet des photorépéteurs, qui 15 sont cependant des appareils appliqués et coûteux. Il est connu, entre autres par un article de "Applied Optics" "]_ (1968) pages 1643 à 1644 par G. Groh, d'effectuer une multiplication optique à l'aide d'holographie. De plus, il existe d'autres procédés connus, par exemple celui selon lequel 20 on utilise une lentille à facettes. Comparativement au procédé holographique, lesdits procédés connus, présentent de grands inconvénients et se passent de ce fait de commentaires. Les procédés holographiques permettant la multiplication optique présentent en majeure partie les désavantages 25 suivants : 1. Le rendement obtenu par reproduction holographique est assez faible, de sorte que la majeure partie de la lumière utilisée pour la reproduction est perdue. 2. Si, lors de l'enregistrement de l'hologramme, 30 le faisceau de référence atteint le plan de l'hologramme de façon à former un angle déterminé avec le faisceau provenant de l'objet, les images obtenues à l'aide dudit hologramme sont situées toutes à côté de l'axe optique du faisceau de reproduction, d'un coté dudit axe. Cela est très ennuyeux pour plusieurs appli-35 cations pratique. De plus, les erreurs de représentation, qui augmentent fortement avec l'écart compris entre une image et l'axe optique sont très grandes pour les images extrêmes. L'invention vise à fournir un dispositif du genre mentionné dans le préambule et ne présentant pas les susdits 40 inconvénients. Le dispositif conforme à l'invention est caractérisé 71 38748 2 2111977 en ce que l'hologramme est composé par plusieurs hologrammes de phase égaux rangés de façon régulière et constitués par une configuration constituée par des figures symétriques et déterminant la répartition de l'intensité lumineuse sur les 5 images à former. Le nombre d'images et leur position spatiale ne sont déterminés que par les paramètres de l'hologramme composé. La description ci-après, en se référant aux dessins annexés fera bien comprendre comment l'invention peut être 10 réalisée. La figure 1 représente schématiquement un dispositif permettant de représenter d'une façon multiple un objet. Les figures 2 et 3 représentent des formes de réalisation d'un hologramme utilisé conformément à l'invention dans 15 le dispositif représenté sur la figure 1. Dans le dispositif représenté sur la figure 1, l'objet M est exposé à une source de rayonnement disposée à gauche de l'objet et non représentée sur le dessin. La lentille Informe une image de l'objet M. Lorsque l'hologramme composé V 20 est disposé dans le trajet des rayons et exposé à des rayons cohérents, par exemple des rayons laser, il se forme, outre l'image centrale d'autres images My, dont les intensités peuvent être préalablement choisies comparativement à celle de M^, La répartition de l'intensité sur les images et 25 est déterminée par la structure des hologrammes dans l'hologramme composé. Cette structure peut être choisie de telle façon qu'une répartition uniforme de l'intensité s'obtienne dans une zone centrale située autour de l'axe optique et que ces images douées de la même intensité présentent la majeure 30 partie de la lumière. Il existe plusieurs façons dont on peut réaliser des hologrammes simples ou dont on peut déterminer la structure desdits hologrammes. En principe, il est possible de réaliser, conformé-35 ment aux procédés d'enregistrement holographiques connus, des hologrammes simples à partir desquels peuvent être formés des hologrammes composés, par exemple par des procédés d'impression. Une autre possibilité intéressante réside dans la réalisation par voie synthétique de l'hologramme composé. A 40 cet effet, il faut être àu courant de la structure de l'hologramme simple, ce qui implique en général que celle-ci doit 71 38748 3 2111977 être déterminée d'abord à l'aide d'une calculatrice électronique. Ce calcul peut s'effectuer suivant des méthodes connues, par exemple celles décrites par A.W. Lohmann et D.P. Paris dans "Applied Optics" 6 (1967) 1739 et par L.B. Lesem, P.M. Hirsch 5 et J.A.Jordan dans "i.B.M. J. Res .Develop." 13 (1969 ) 150.. Il est possible de calculer des structures de phase satisfaisantes, voire des structures de phase optimales. Le calcul et la réalisation des hologrammes simples et des hologrammes composés synthétiques sont notablement sim-10 plifiés dans le cas où la structure de l'hologramme est binaire, c'est-à-dire lorsqu'elle ne peut influer que de deux façons sur un faisceau qui la traverse. La figure 2 montre la structure d'un hologramme de phase binaire très simple. Cet hologramme est constitué par deux petites zones 15 de phase différentes^ et La structure est symétrique et la même dans les deux directions spatiales. Dans le cas particulier d'un hologramme de phase binaire, il peut être très avantageux de recourir à une méthode de calcul assez simple très appropriée, qui part directememnt 20 de la structure binaire représentée sur la figure 2..Dans le cas d'un déphasage invariable - ^p2, cette structure est entièrement déterminée par les deux grandeurs a1 et a2, en comparaison de a. Dans le cas particulier, il existe n grandeurs a.j, a2, ... an et leur choix permet de déterminer les 25 intensités relatives de n images. My (voir la figure 1) comparativement aux intensités de D'une façon générale, un choix déterminé des intensités relatives permet d'obtenir de nombreuses valeurs pour les grandeurs a^, a2, ... a^. Les solutions possibles se distinguent les unes des autres du 30 fait que la somme des intensités de toutes les images (M^ et My) pour les diverses solutions est différente. Dans le cas le plus favorable, la participation de cette somme à l'intensité totale, c'est-à-dire le rendement de l'hologramme composé est située à environ 70 35 Dans le cas d'une structure symétrique dans deux directions présentant M valeurs de a (a^, a^, ... an), on obtient généralement (2n + 1 )2 images IV^ + Mv> La structure représentée sur la figure 2 dans laquelle n = 2 fournit une matrice de 5 x 5 = 25 images. 71 38748 4 2111977 Surtout les hologrammes simples présentant une structure simple, qui sont susceptibles de fournir une matrice carrée ou rectangulaire complète d'images présentant la même intensité sont importants en pratique. Pour une matrice carrée de 11 x 11 images de la même intensité, dans laquelle n est donc égal à 5 et dont l'intensité de la sômme est d'environ 45 %, le susdit procédé de calcul fournit, pour les grandeurs a^, a2, ... a^, par exemple les valeurs suivantes : 10 a1 = 0,072 a2 = 0,352 = 0,748 a4 = 0,786 a5 = 0,938 15 a . •= 1. Tout comme dans la figure 2, l'hologramme est constitué par des z.ones de phase et ^ Qui forment une structure présentant 5 valeurs différentes de a. La différence absolue entre les deux zones de phase 20 ^ et ^2 de l'hologramme de phase binaire est égale à tt . Les zones de phase sont sous forme de carrés et de rectangles. Il est cependant également possible d'utiliser d'autres polygones ou polyèdres symétriques. ■ Eventuellement, on peut utiliser des structures à 25 symétrie de révolution. Pour réaliser un holograrane composé, on peut transformer une configuration telle que celle représentée sur la figure 2 en une configuration noir et blanc correspondante, dans laquelle les zones comprenant la zone de phase vp sont 30 noires et les zones comprenant la zone de phase 2 sont blanche (ou inversement). Ensuite, cette configuration noir et blanc peut être représentée de façon multiple à l'aide d'un photorépéteur de façon à former une configuration composée. La figure 3 représente une telle configuration composé 35 comportant 4 configurations correspondant à la figure 2. Le photorépéteur n'est utile qu'une seule fois. L'hologramme compc~ ainsi obtenu permet de réaliser à volonté des images multiples de toutes sortes d'originaux. La technique de photogravure connue permet de trans--40 former la configuration composée en la configuration de phase 71 38748 5 2111977 correspondante. A cet effet, on recouvre d'abord une plaque en verre de qualité optique suffisante d'un vernis photosensible, après quoi on la soumet à une irradiation de façon qu'elle soit en contact avec la configuration composée. 5 Puis, on développe le vernis photosensible, ce qui implique que, suivant le type de vernis photosensible utilisé, soit les zones irradiées, soit les zones non irradiées se dissolvent dans un solvant approprié et sont enlevées. La configuration de phase ainsi obtenue peut être 10 utilisée de façon directe pour la multiplication optique (par exemple de la façon décrite à l'aide de la figure 1), si la couche en vernis photosensible présente une épaisseur optique correspondant au retard de phase pour un faisceau qui la traverse. Cela peut être atteint sans inconvénients. Toute-15 fois, il est également possible d'appliquer par évaporation une couche diélectrique fournissant un retard de phase de sur les zones non recouvertes de vernis photosensible après développement de ce dernier et d'éliminer ensuite les zones recouvertes du vernis et du diélectrique. 20 Le fonctionnement de l'hologramme composé s'explique de la façon suivante. L'hologramme présente un effet de trame ou bidimensionnel pour des configurations respectivement mono-dimensionnelle ou bi-dimensionnelle. Ainsi, il existe, dans le plan image, certains points où coopèrent les ondes repro-25 duites par les hologrammes simples, donc où peuvent, être additionnées les amplitudes desdites ondes. Lesdits points correspondent aux endroits de l'ordre de déviation d'une trame ordinaire ou d'une trame bidimensionnelle ordinaire. La répartition de l'intensité lumineuse sur les 30 différents points est donc déterminée par la structure des hologrammes simples. Dans le cas d'utilisation d'hologrammes de phase appropriés, on peut obtenir que les points centraux situés dans l'axe optique ou autour de ce dernier contribuent à la commande de l'intensité. 35 Une telle répartition des points lumineux peut être rendue visible si, au lieu de la configuration M, on utilise une source lumineuse ponctuelle sur la figure 1. Toutefois, après irradiation à l'aide d'une répartition cohérente lumineuse provenant d'un objet, par exemple 4-0 celle déterminée par M sur la figure 1, il se forme, aux 71 38748 6 2111977 endroits des points lumineux, des images, dont les intensités sont déterminées par la configuration de l'hologramme simple. Une possibilité très intéressante réside dans l'application directe de l'hologramme composé sur une surface 5 d'une lentille, de préférence la face de sortie de la lentille (voir la figure 1). Ainsi, on évite que le trajet des ràyons ne soit perturbé par le support de l'hologramme. De plus, dans tous les cas on peut admettre une certaine composante d'absorption dans la structure de l'holo-10 gramme, afin d'améliorer davantage par exemple la qualité de l'image. 71 38743 7 2111977 REVENDICATIONS 1.- Dispositif optique permettant de former simultanément plusieurs images d'un objet, comportant une source de rayonnement permettant de représenter l'objet et un hologramme 5 disposé dans le trajet du faisceau provenant de l'objet, ce dispositif optique étant caractérisé en ce que l'hologramme est composé par plusieurs hologrammes de phase égaux rangés de façon régulière et constitués par une configuration constituée par des figures symétriques et déterminant la répar-10 tition de l'intensité lumineuse sur les images à former. 2._ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'hologramme est formé de façon que les images à former soient situées dans une zone centrale autour de l'axe optique du faisceau provenant de l'objet. 15 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la configuration des hologrammes de phase est telle que les images situées dans la zone centrale présentent la même intensité. 4.- Dispositif selon l'une quelconque des reven-20 dications 1, 2 ou 3* caractérisé en ce que l'hologramme composé est disposé sur une surface d'un système de lentilles à l'aide duquel s'effectue la représentation. 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que les hologrammes 25 de phase présentent une composante d'absorption.