Brevet FR2137780A1 — publié le 19721229

La présente invention concerne un corréiateur optique cohérent à plusieurs canaux, se composant d'une source qui produit une lumière cohérente pour l'éclairage d'un objet à étudier, d'une lentille de transformation de l'ourler, de plu-5 sieurs "filtres-hologrammes et d'un photodétecteur. Dans l'identification automatique de caractères tridimensionnels, par exemple de caractères alphanumériques, une certaine mai'ge de tolérance est nécessaire dans le plan d'entrée des signaux en ce qui concerne les coordonnées de position du 10 caractère. En cas d'utilisation de filtres holographiques adaptés, la formation du signal d'identification, de l'intégrale d'autocorrélation est, dans de larges limites, invariable en translation, par transformation de Fourier du caractère dans le plan des filtres-hologrammes . Par contre, l'invariance en ro-15 tation ne peut être obtenue qu'en réalisant le système d'identification sous la forme d'un corréiateur à plusieurs canaux. Il a déjà été proposé un corréiateur optique cohérent à plusieurs canaux, avec traitement rapide en parallèle des informations de tous les canaux bidimensionnels, mais pré-20 sentant encore cet inconvénient que, pour un grand nombre de canaux, le rapport signal/bruit et le rendement d'éclairage total ont des valeurs défavorables. Il existe déjà un grand nombre de canaux lorsque 26 caractères, par exemple les lettres a à z, doivent être identifiés dans 10 positions angulaires différentes 25 chacun. En outre, les transformées de Pourier appartenant à différentes orientations du caractere se superposent, en cas de corrélation parallèle de plusieurs canaux dans le plan des hologrammes, de sorte que toutes celles d'ordre de diffraction zéro coïncident localement. II en résulte, notamment, en cas de basses 30 fréquences de localisation le risque d'une surmodulation de la caractéristique du matériel de prise de vues holographique. la présente invention a pour but de fournir un corréiateur optique cohérent à plusieurs canaux, se composant d'une source produisant une lumière, cohérente pour l'éclairage 35 d'un objet à étudier, d'une lentille de transformation de Pourier, de plusieurs filtres-hologrammes et d'un photodétecteur, corréiateur qui permet une distribution d'intensité aussi uniforme que possible sur toute la plaque photographique, et qui présente un rapport signal/bruit élevé et un bon rendement d'éclairage 40 total. 72 16838 2137780 Pour atteindre ce but il est- proposé que le corréiateur présente yin modulateur par lequel peut être effectuée une modulation séquentielle des fréquences porteuses. Dans une première forme de réalisation préférée de l'invention, le modu-5 lateur contient deux réseaux tournants, l'un d'entre eux étant exécuté sous forme d'hologramme tridimensionnel en phase et l'autre réseau sous forme d'hologramme bidimensionnel en phase. Dans ces conditions, l'hologramme tridimensionnel en phase tournant est monté de préférence de manière à satisfaire à la con-10 dition de Bragg pour toute position angulaire. Dans une autre forme de réalisation préférée du modulateur, les deux réseaux sont réalisés sous forme d'hologrammes bidimensionnels. Dans une troisième forme de réalisation pré-15 férée du modulateur, les deux réseaux sont réalisés sous forme de réseaux de Ronchi. L'orientation relative dans l'espace des deux réseaux l'un par rapport à l'autre est de préférence variable de manière continue ou par paliers. 20 De préférence, le photodétecteur est segmenté, un seuil étant prévu pour chaque élément détecteur individuel. Le principe de la modulation optique de fréquences porteuses, également appelée modulation thêta pour abréger, a déjà été proposé dans un article "Thetamodulation in 25 Optics", Applied Optics, avril 1965, vol. 4, n° 4, pp. 399-403. On entend, par cette expression, que le caractère ou signe est modulé dans le plan d'entrée des signaux au moyen d'un réseau à diffraction, sur une porteuse dont la direction de propagation peut être placée dans différents canaux par rotation du réseau à 30 diffraction de différents angles 0) , ce qui donne lieu à une multiplicité séquentielle d'ondes d'éclairage. Or, il a été découvert qu'en cas de traitement séquentiel des signaux par modulation thêta dans un corréiateur optique cohérent, un rendement beaucoup plus élevé peut être 35 atteint par rapport au cas où les signaux sont traités en parallèle. Etant donné que les filtres individuels nécessaires sont offerts successivement au caractère à identifier, le temps de la corrélation est certes augmenté du même facteur, mais le rapport signal/bruit est amélioré de façon significative, car l'intensité 40 du signal du détecteur augmente du même facteur à 1'autocorréla- 72 16838 s 2137780 tion, lorsque l'intensité d'éclaj rage est envoyée entièrement dans le canal correspondant. Un corréiateur à plusieurs canaux fonctionnant en séquence peut être réalisé de manière simple lorsqu'une onde 5 plane d'éclairage de l'objet, se déplaçant sur un cône, active les canaux du filtre accordé dans le plan de Fourier. Dans ce cas, tous les canaux du filtre accordé sont réalisés avec la même onde de référence. Une lentille convergente assure 1'intégration de l'onde de référence reconstituée, du signal d'auto-10 corrélation, ou une onde de référence convergente est choisie lors de la réalisation du filtre accordé. Dans le plan focal des ondes de référence reconstituées est disposé un photodétecteur qui est composé de plusieurs éléments détecteurs individuels. Chaque élément détecteur ne délivre un signal qu'à la suite du 15 dépassement d'une valeur de seuil. De la sorte, l'intensité au niveau de la résistance de travail commune à tous les éléments détecteurs, intensité qui apparaît distribuée à la corrélation croisée, ne donne lieu à aucun signal d'identification lorsque l'intensité de seuil n'est pas dépassée au niveau d'un élément. 20 Ppt l'onde plane, se déplaçant sur une enve loppe conique, la met-ode de la modulation thêta est mise à profit. Dans ces conditions, pour l'identification d'un caractère, l'angle de rotation(H)à l'auto-corrélation doit être connu, puisque chaque caractère est associé sans équivoque à une 25 grandeur^déterminée par son filtre accordé particulier. La modulation thêta séquentielle peut être effectuée de la manière la plus simple avec un réseau tournant. Lors de la réalisation du filtre accordé, l'hologramme de Fourier d'un caractère déterminé est pris dans une position angulaire 30 déterminée au moyen d'une unique onde de référence pour chaque angle ©. Pour l'exposition des filtres d'un caractère dans différentes positions angulaires, il convient d'utiliser par exemple un laser à impulsions. Les hologrammes filtrants réalisés successivement sont placés sur un cercle dans le plan de trans-35 formation de Fourier. Lors du processus d'identification, le réseau tourne dans le plan d'entrée des signaux à une vitesse angulaire plus grande et, de ce fait, commande les différents .filtres-hologrammes suivant une succession rapide. L'invention va être expliquée de façon plus 40 détaillée en référence aux figures annexées. 72 16838 ♦ 2137780 La figure 1 est une représentation schématique d'un corréiateur à plusieurs canaux selon l'invention. Les figures 2, 4, 6 et 8 représentent différentes formes de réalisation du réseau tournant qui sert de 5 modulateur. Les figures 3> 5, 7 et 9 représentent les spectres de Fourier correspondant aux différents réseaux. La figure 10 illustre la commande d'une série de filtres-hologrammes sur une spirale située dans le plan 10 de Fourier. La figure 11 montre schématiquement le trajet des rayons dans un corréiateur à plusieurs canaux avec deux réseaux tournants. La figure 12 montre le spectre de fréquences 15 de localisation correspondant.* La figure 13 représente un modulateur non mobile mécaniquement. La figure 14 illustre une commande de canaux possible avec un modulateur de ce genre. 20 Sur la figure 1, 1 désigne un faisceau de lumière monochromatique cohérente, qui traverse un réseau à diffraction 2, ainsi qu'un support de caractère 4. La référence 5 désigne une lentille de transformation de Fourier, dans l'un des plans focaux de laquelle est placé un porte-hologramme 6 qui 25 porte les différents "filtres-hologrammes . La référence 7 désigne un détecteur segmenté sur lequel apparaissent, dans le cas de l'auto-corrélation, les ondes de référence reconstituées et focalisées par une lentille d'intégration 8, et qui délivre un signal électrique se prêtant à un traitement ultérieur. 50 La figure 2 représente une forme de réalisation d'un réseau à diffraction tournant 2, avec une seule fréquence porteuse fl, c'est-à-dire avec un écart de réseau constant. La figure 3 montre la position relative des spectres de Fourier SI* ©3? v dans le +1 et le -1 ordre de diffraction du caractère a a 35 examiner sur le porte-hologramme 6 (figure 1) pour une rotation du réseau 2 de l'angle ©• Par le choix de fréquences porteuses différentes, comme cela est représenté dans les réseaux à diffraction des figures 4, 6 et 8, les canaux peuvent aussi être disposés dans 40 le plan de transformation de Fourier à différentes distances 72 16838 5 2137780 radiales de l'axe optique, comme l'indiquent les figures 5, 7 et 9. C'est ainsi, comme le montre la figure 4, que des réseaux à diffraction à constantes de réseau différentes 5 peuvent être disposés sous la forme d'une couronne circulaire. Chaque réseau individuel forme l'image du caractère à identifier sur deux autres points d'une droite (figure 5). D'après la figure 6, deux segments de réseau demi-circulaires à deux constantes de réseau différentes sont 10 utilisés. De la sorte, les spectres de Fourier sont situés sur deux demi-cercles concentriques lors de la rotation du réseau, comme le montre la figure 7. Si le réseau à diffraction se compose de plusieurs segment de réseau croisés (figure 8), les spectres dans 15 le plan de Fourier donnent également lieu, à la rotation, à plusieurs cercles concentriques (figure 9). Les réseaux à diffraction, qui sont de préférence enregistrés holographiquement, sont alors maintenus par un dispositif de rotation dans le trajet des rayons, immédiate-20 ment avant support de caractère. Si, à la place d'un seul réseau, on en utilise deux dans deux plans différents du trajet des rayons, les points d'intersection des deux réseaux de base form&nt entre eux l'angle 0, il apparaît des fréquences spatiales de somme et de 25 différence. Une telle disposition peut être également utilisé en tant que modulateur thêta. Si les deux réseaux de base tournent à une vitesse angulaire constante, le spectre de fréquences de localisation d'un caractère dans le plan de Fourier, modulé à la fréquence porteuse de ce dispositif, donne lieu, là encore, 30 à un cercle. Du fait que les deux réseaux fondamentaux peuvent être appliqués sur des supports de réseau séparés, mais situés immédiatement l'un derrière l'autre, l'angle 0 est variable. Par une variation pas-à-pas de 0, on peut commander successivement des filtres-hologrammes sur des cercles de différents rayons, 35 c'est-à-dire des fréquences de localisation radiale différentes, Mais en cas de variation continue de l'angle 0, la commande des canaux peut être aussi effectuée selon une spirale dans le plan de Fourier, comme le montre la figure 10. La figure 11 montre schématiquement une forme 40 de réalisation d'un corréiateur optique cohérent à plusieurs 72 16838 6 2137780 canaux avec modulation de 0 et(^). Les réseaux- 2 et 3 ainsi que le porte-caractère 4 sont situés immédiatement les uns derrière les autres. Le réseau 2 est exécuté sous forme d'hologramme tridimensionnel en phase pour la réflexion de Bragg d'une unique 5 onde plane. L'onde diffractée sous l'angle de Bragg traverse le réseau 3 réalisé sous forme d'hologramme "bidimensionnel en phase, ainsi que le support de caractère 4 et elle est focalisée au point A dans le plan de Fourier par la lentille 5 de transfor- 63? 63? mation de Fourier. Le réseau 3 produit un +1 et un -1 ordre 10 de diffraction par rapport à l'onde diffractée au niveau du réseau 2. Ces ondes diffractées sont focalisées aux points B et C. Lorsque les réseaux 2 et 3 tournent ensemble, A, B, C se déplacent sur des cercles de rayons r^, r-g, rQ autour de l'origine du spectre de fréquences de localisation dans le plan de Fourier, 15 comme le montre la figure 12. Le cas considéré jusqu'ici est valable pour l'angle 0=0 entre les deux réseaux. Si cet angle 0 ^ 0, il apparaît des composantes spectrales correspondantes en A', B', C', avec r^ = r^,, mais r-g ^ r-g, et rc ^ rQt- Si les deux réseaux tournent avec un angle 0 constant, les composantes 20 spectrales se déplacent sur des cercles de rayons r^,, rQt« Ce cas est indiqué dans le spectre de fréquences de localisation pour quatre angles différents (0) 1» ©2'(0 3 et(0)4° Une autre possibilité de la modulation séquentielle de 0 et 0 sans élément mécaniquement mobile consiste à '25 utiliser, à la place des deux réseaux à diffraction tournants, un aéviateur de lumière magnéto-optique analogique, selon ce qui a été décrit par exemple par T.R. Johansen dans une communication à la "Conférence on Magne tisia and Magne tic I-Iaterials", 16-20 nov. 1970, Miami, USA. 30 Dans des échantillons magnétiques minces, dont les directions préférentielles ne sont pas parallèles au plan de l'échantillon, des domaines en bande étroits et réguliers sont observés après application d'un champ magnétique parallèle au plan de l'échantillon. La composante de magnétisation perpendi-35 culaire au plan de l'échantillon inverse la direction préférentielle d'une bande à l'autre. Si l'on place un miroir en arrière de l'échantillon et si l'on choisit l'épaisseur de l'échantillon pour que le plan de polarisation de la lumière ait tourné de +_ 90° après le passage à deux reprises à travers l'échantillon, 40 les ondes partielles réfléchies d'après la loi de réflexion 72 16838 2137780 s'effacent' mutuellement par interférence. l'intensité df.ns : réflexion d'ordre zéro est donc très petite. le principe de ce processus est illustré sur la figure 13. Sur cette figure, 1 désigne la lumière incidente 5 sur la couche magnétique 9. les directions de magnétisation dans les différents domaines en tonde 11 inversent leur sens préférentiel d'une bande à l'autre, ce qui est indiqué par les doubles flèches inscrites. Un miroir est désigné par 10, et 12 indique l'une des deux directions de diffraction de premier 10 ordre, dans lesquelles les ondes partielles se rassemblent en phase et dans lesquelles se trouve presque toute l'intensité réfléchie. Par modification des intensités des champs appliqués, on peut faire varier en continu la largeur des do-15 maines et, par suite, la constante de ces réseaux de phase. Une hystérèse peut être évitée par un champ à haute fréquence superposé. Dans des couches d'yttrium-grenat almandin de 25 p. d'épaisseur, on est parvenu à une largeur de domaine de 3 /i environ par un champ de 4 kA/m. De cette manière, on obtient un 20 déviateur de lumière à rendement optique très élevé, dont l'angle de déviation peut être réglé en continu entre 1° et 10°. Par rotation du champ, une déviation de lumière bidimensionnelle dans un étage est rendue possible. En cas d'utilisation de conducteurs en bande pour la modulation, on peut parvenir à un temps de 25 commutation de l'ordre de grandeur de 1 jis. La figure 14 représente un exemple de la commande possible des filtres accordés individuels dans le spectre de fréquences de localisation d'un modulateur en séquentiel 0-@ sur la base des domaines de magnétisation commandés. On 30 peut voir que la capacité de mémorisation dans le pian de Fourier peut être utilisée de façon optimale pour un grand nombre de filtres accordés individuels. 72 16838 2137780 iljïEliiilCAlIOIiS 1, Corréiateur optique cohérent à plusieurs canaux, se composant d'une source qui produit une lumière cohérente pour l'éclairage d'un objet à étudier, d'une lentille de 5 transformation de Fourier, de plusieurs filtres-hologrammes et d'un photodétecteur, caractérisé par le fait qu'il présente un modulateur par lequel peut être effectuée une modulation séquentielle des fréquences porteuses» 2. Corréiateur optique cohérent à plusieurs 10 canaux selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le modulateur contient deux réseaux tournants, l'un d'entre eux étant exécuté sous forme d'hologramme tridimensionnel en phase et l'autre réseau sous forme d'hologramme bidimensionnel en phase. 15 3. Corréiateur optique cohérent à plusieurs canaux selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le modulateur contient deux réseaux tournants, qui sont réalisés tous deux sous forme d'hologramme bidimensionnel en phase. 4. Corréiateur optique cohérent à plusieurs 20 canaux selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le modulateur contient deux réseaux tournants qui sont réalisés tous deux sous forme de réseaux de Ronchi. 5. Corréiateur optique cohérent à plusieurs canaux selon la revendication 2, caractérisé par le fait que 25 l'hologramme de tridimensionnel en phase tournant est monté pour que la condition de Bragg soit satisfaite pour chaque position angulaire. 6. Corréiateur optique cohérent à plusieurs canaux selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caracté- 50 risé par le fait que l'orientation spatiale relative des deux réseaux l'un par rapport à l'autre est variable en continu ou par paliers. 7. Corréiateur optique cohérent à plusieurs canaux selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le 35 modulateur est constitué par un réseau non mobile mécaniquement, dont la constante de réseau et l'orientation sont variables au moyen de champs continus magnétiques ou électriques ou au moyen de champs alternatifs électromagnétiques. 8. Corréiateur optique cohérent à plusieurs 40 canaux selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le 72 16838 9 2137780 réseau est en un matériau magnéto-optique à domaines en bandes. 9. Corréiateur optique cohérent à plusieurs canaux selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le photodétecteur est segmenté, un seuil étant prévu pour chaque élément détecteur individuel.