Brevet FR2345778A1 — publié le 19771021

La présente invention concerne un nerfectionnement aux disoositifs relais optiques comportant une plaquette de matériau à effet électro-optique dont la biréfringence est lue par réflexion du faisceau de lumière de lecture au voisinage-de l'une des faces de ladite plaquette. Ce perfectionnement est utilisé notamment lorsque la lecture s'effectue à l'aide d'une lumière cohérentes par exemple issue d'un laser. I1 stapelique en particulier aux relais optiques présentant l'effet Pockels (effet optique longitudinal) dans lesquels cet effet est utilisé pour moduler un faisceau lumineux extérieur convenablement polarisé. Un relais de ce type est décrit dans le brevet fran çais NO i 479 284. Dans ce relais1 la lame du cristal électro-optique est recouverte sur une face d'une première électrode en forme de couche transparente à la lumière de lecture ; une seconde électrode, généralement en forme de grille est placée en regard de l'autre face. Pour fonctionner en réflexion, la seconde face de la lame est revêtue d'un miroir diélectrique. L'image projetée est par exemple une image de télévision. Les grille et seconde face de la lame sont balayées par un faisceau d'électrons, tandis que le signal vidéo est appliqué entre grille et électrode transparente. Le champ électrique à l'intérieur du cristal se trouve de ce fait spatialement modulé de même que sa biréfringence transversale, celle-ci constituant une réplique de l'image visuelle.Cette biréfringence est lue à l'aide d'un faisceau de lumière polarisée entrant dans la lame par la face munie de ladite première électrode et se réfléchissant sur le miroir diélectrique. Dans le brevet français NO 2 098 522-on décrit un relais directement sensible à un flux de photons contenant l'information à transmettre. Ce relais comporte également une lame à effet électro-optique revetue d'un coté d'une électrode transparente à la lumière de lecture qui se réfléchit sur un miroir diélectrique recouvrant l'autre face. Parallèlement à cette autre face, se trouve disnosée une couche photosensible, par exemple photoconductrice, celle-ci étant recouverte d'une seconde électrode transparente. Tandis qu'une tension électrique continue est appliquée entre les deux électrodes, la couche photoconductrice est soit balayée par le faisceau de photons contenant l'information à transmettre, ou encore quand ladite information est contenue dans une image optique, celle-ci est directement projetée sur l'élément photoconducteur.La biréfringence de la lame électrooptique se trouve modulée par suite du relief de charges électriques qui apparait sur la face de ladite lame au voisinage du miroir diélectrique. Dans une variante de ce dispositif faisant l'objet de la demande de brevet français NO 75 31 674 au nom de la demanderesse, en date du 16 Octobre 1975, l'adressage de l'information s'effectue au moyen d'un faisceau d'électrons, le photoconducteur étant lui-même sensible auxdits électrons. Dans une autre variante, le matériau à effet électro-optique présente également l'effet de photoconduction. Ce matériau est par exemple un cristal dont la formule chimique est Zn S ou Bi12Si 0201 comme il est proposé dans l'article de P. Vohl P. Nisenson et D.S. Oliver intitulé : "Real Time Incoherent to Coherent Optical Converter" paru dans I E E E Transaction on Electrical Devices 1973 vol. ED 20, pages 1032 à 1037.La lame de cristal est recouverte sur une de ses faces d'un miroir diélectrique réfléchissant pour la lumière de lecture et transparent pour la lumière d'inscription. L'ensemble ainsi constitué est revetu sur chacune de ses faces d'une couche d'un matériau isolant en matière plastique transparente et d'une couche conductrice transparente. L'image à inscrire est projetée sur le cristal du côté du miroir diélectrique en présence d'une tension électrique continue appliquée entre les électrodes. La biréfringence du cristal se trouve modulée par les charges qui apparaissent dans le cristal. Comme dans les exemples précédents cette biréfringence est lue a l'aide d'une lumière polarisée qui effectue un trajet aller et retour dans le cristal à la suite d'une réflexion sur le miroir diélectrique. Dans tous ces dispositifs, la lumière de lecture traverse un assez grand nombre de milieux avec,parconséquentl nais- sanve à chaque interface d'un faisceau réfléchi parasite notam- ment sur la face du cristal électro-optique non pourvu de miroir diélectrique. Si la longueur de cohérence de la lumière de lecture est assez grande et supérieure au double de l'épaisseur de la lame en matériau électro-optique les divers faisceaux peuvent interférer. Les phénomènes d'interférence se produsent d'autant plus facilement que la lumière de lecture est issue d'un laser. Ils existent notamment lorsque le parallélisme entre les faces du cristal n'a nas été assez bien réalisé et qu'après polissage par suite d'inhabileté du polisseur ou difficultés inhérentes à la nature du cristal, celles-ci font un angle faible de l'ordre de la demi minute par exemnle.La forme en coin prise par la lame correspond à des écarts au parallélisme qui sont égaux à plusieurs longueurs d'onde de la lunière de lecture. Comme il est indiqué plus loin il se forme alors par réflexions parasites simples et multiples sur les faces du cristal, des images parasites de la source de lecture qui sont cohérentes et qui, interférant avec l'image principale, produisent des franges d'interférences d'égale épaisseurXse supernosant à l'image obtenue par lecture de la biréfringence de la lame cristalline. Ces franges sont spécialement gênantes lorsque l'interfrange est supérieur à la limite de résolution du dispositif. Cet interfrange est lié à l'angle du coin auquel on assimile en première approximation la lame cristalline et d'autant plus grand que cet angle est petit. Cette forme en coin peut aussi provenir du mode de construction du relais. Ce peut être le cas des relais selon les brevets NO l 474 284 et 2 098 522. Dans ces relais la lame de cristal revetue de ses électrodes se trouve être fixée sur un support de manière, d'une part, à lui conférer solidité et rigidité, et, d'autre part, à servir de radiateur thermique pour le refroidissement du cristal au voisinage de son point de Curie afin de moduler sa biréfringence à l'aide de tensions électflques relativement faibles. Le support est une glace à faces parallèles trans parenteà la lumière de lecture, la partie active du relais proprement dite étant collée sur ladite glace du côté lecture de la lame électro-optique. Après collage le système constitué subit généralement une opération de polissage de manière à réaliser le parallélisme entre ses deux faces externes, la face de référence étant la face externe de la lame support, avec espoir en meme tempsvde réaliser le parallélisme des faces du cristal. C'est au cours de ce polissage que la lame de cristal électro-optique peut prendre une forme en coin gênante si elle ne l'avait pas auparavant. En effet, au cours du cdlage, la colle prend souvent elle-même la forme d'un coin qui est conmuniaué au cristal au cours du polissage. En fait la couche de colle prend une forme plus compliquée que le coin et présente une légère courbure concave ou convexe.Il en est de même de l'interface avec le cris taxi. Il s'ensuit que les images parasites de la source de lecture qui se forment et qui interfèrent avec la source principale sont en réalité de petites taches floues. On observe alors sur l'écran de lecture tout un réseau de franges encore plus désagréable pour l'observation de l'image. Le but principal de l'invention est de remédier à ces inconvénients et de faire en sorte que ces franges ne soient plus gênantesJautrement dit, que l'interfrange soit inférieur à la limite de résolution du dispositif. Pour cela, l'invention introduit dans le dispositif relais une lame cristalline prismatique d'angle au sommet notable, très supérieur à celui du coin de colle auouel on assimile la couche de colle introduite dans le cas où ladite lame est rapportée sur un support transparent, de telle sorte que les phénomènes d'interférences des faisceaux parasites réfléchis sur les faces de la lame, soient principalement gouvernés par la valeur de l'angle introduit, l'interfrange devenant plus faible et inférieur à la limite de résolution du dispositif. La valeur de cet angle est par exemple de l'ordre de 1 à 4 degrés et peut faire l'objet de tolérances larges par exemple 10 à 20 minutes. Un autre but de l'invention est aussi atteint de parvenir à rendre la construction du relais plus facile à réaliser par l'homme de l'art, notamment le polissage de la lame électrooptique, celui-ci n'ayant plus à respecter des tolérances aussi exigeantes. Ainsi selon l'invention il est mis au point un perfectionnement aux dispositifs relais optiques du genre comprenant une lame de matériau électro-optique à biréfringence variable en fonction du champ électrique parallèle à la direction de propagation de la lumière, ladite lame étant munie sur une face d'une couche conductrice et transparente à la lumière, sur l'autre face d'un miroir diélectrique de même, qu'en regard de cette autre face, d'électrodes permettant d'appliquer à la lame cristalline en coopération avec d'autres moyens électriques et/ou optiques, supplémentaires, un champ électrique renfermant l'information visuelle à transmettre, des moyens de lecture de la biréfringence induite dans la lame de matériau électro-optioue comportant une source de lumière polarisée linéairement' située au voisinage du foyer d'une oDtique envoyant un faisceau de lumière parallèle à travers le matériau électro-optique en direction du miroir isolant1 remarquable en ce que la lame de matériau électro ontique a la forme tUI1 coin prismatique d'angle de l'ordre de 1 à 4 degrés et en ce eue le plan focal de l'optique comporte au moins un ecran occultant les images dans ce plan de la source de lumière de lecture dues a des réflexions parasites sur les faces de la lame électro-o^atique. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante dominée à titre d'exemple d'un mode de réalisation de l'inventioll, ladite description étant accompagnée de dessins qui représentent figure 1 : une vue schématique en coupe par un plan de symétrie d'un dispositif de l'art antérieur selon un mode de réalisation. figure 2 : une vue schématique et partielle en coupe par un plan de symétrie du même dispositif de l'art antérieur com portant collage de la lame électro-optique sur une gla ce à faces parallèlesoavec mise en évidence des effets d'une structure en coin apparaissant lors de sa cons truction. figure 3 : une vue schématique et partielle en coupe par un plan de symétrie d'un mode de réalisation du dispositif se lon l'invention comportant l'introduction volontaire d'une structure en coin d'angle notable avec mise en évidence de ses effets. Sur la figure 1, on a représenté pour mémoire un exemple de relais optique selon l'art antérieur concerné par l'invention. Il comporte une plaquette 1 à faces planes et parallèles de matériau électro-optique (choisi par exemple parmi ceux de formule chimique K D P, présentant l'effet Pockels), un miroir diélectrique multicouche 2 et une couche photoconductrices 3, par exemple en sélénium pur ou allié à d'autres éléments tels que arsenic, soufre ou tellure en proportions variables. Deux couches conductrices et transparentes 4 et 5 permettent d'appliquer à l'ensemble une tension électrique par l'intermédiaire du générateur 6 et des fils de connexion 7 et 7'. L'interrupteur 8 permet soit d'appliquer la tension au dispositif, soit de le mettre hors tension.L'ensemble formé par le matériau électro-optique, le miroir diélectrique multicouche, le photoconducteur et les deux couches conductrices transparentes est en général assez mince et fragile ; aussi le colle-t-on sur un support transparent et rigide 9 au moyen d'une colle transparente 10. Le dispositif précédent est éclairé par une source lumineuse 11 qui peut être une lampe ou un laser. Le faisceau lumineux 13 issu de ladite source pénètre dans un dispositif optique destiné à le faire converger et à le faire pénétrer dans un séparateur polarisant 14. Le faisceau linéairement polarisé pénètre alors dans l'objectif 15 et traverse successivement le support 9, la colle 10, la couche conductrice transparente 5 et le matériau électro-optique 1 puis se réfléchit sur le miroir diélectrique 2 et traverse les mêmes éléments en sens inverse. Lorsqu'une tension est appliquée au matériau électrooptique, celui-ci devient biréfringent et rend elliptique la polarisation de la lumière qui le traverse. La polarisation du faisceau réfléchi se trouve donc modulés Cette modulation de la polarisation est transformée en une modulation d'amplitude par le sé- parateur polarisant 14 qui dirige sur l'écran 17 le faisceau 16. L'adressage se fait par photoconduction dans la couche photoconductrice 3 de la manière suivante : le dispositif comporte des moyens de projection, par exemple l'objectif 18, projetant l'image de l'objet 19 sur ladite couche 3 à travers l'électrode semitransparente 4, alors que la tension du générateur est appliquée à l'ensemble de l'empilement photoconducteur, plaquette électrooptique. L'image projetée sur la couche 3 se trouve de ce fait transformée en une image de charges électriques stockées dans le photoconducteur qui module la biréfringence de l'élément électro-optique 1, laquelle est donc reproduite sur l'écran 17 sous forme d'une image visible. Sur la figure 2, on a représenté partiellement la structure du même relais selon ltart antérieur'en mettant en évidence et'en stylisant les imperfections de collage des différeXS éléments. Cette imperfection apparat sous la forme d'un coin de colle 20 prismatique de faible angle au sommet U, entre le support 29 du relais et la lame de matériau électro-optique 21. La valeur de i'angle est par exemple de l'ordre de 1 minute. La construction de ce relais comporte comme oDera- tion préliminaire le collage de 21 muni de la couche conductrice 25, sur le s ort 29. Ensuite, le système subit généralement une opération ie polissage de telle sorte à réaliser le para; lélisme entre la face 23 du support et la face 24 de la lame 21. Devrait etre réalisé également en même temps le parallélisme des faces de la lame électro-optique 21. Mais par suite de la pré sence de la couche de colle en forme de coin, cette lame devient prismatiaue au cours du polissage, l'angle au sommet, ayant la même valeur U que celui du coin de colle. Ensuite cette lae 21 est munie du miroir diélectri que 22. Sur cette figure on a omis de représenter la couche pho toconductrice 3 de la figure 1. Pour examiner le fonctionnement du système on suppo sera qu'une biréfringence est induite dans l'élément 21, que d'autre part une source de lumière polarisée rectilignement en voie depuis le foyer 34 de l'objectif 35, analogue à 15 de la figure 1, un faisceau de lumière perpendiculaire à la face 24 de l'élément 21 électro-optioue. 30 représente l'un des rayons de cette lumière. Ce rayon traverse l'objectif 35, le support 29, la colle 20, ltéle trode transparente 25, le milieu électro-optique 21 perpendicu idrementa la face 24 puis se réfléchit sur le miroir diélectri que 22 et parcourt le meme chemin en sens inverse. Pour simplifier on suppose que les indices des dif férents milieux sont très proches les uns des autres et que la propagation de la lumière est rectiligne. Ce rayon 30 donne naissance â d'autres rayons issus de réflexions parasites, d'une part le rayon 31 issu avant la traversée du matériau électro-optique d'une réflexion parasite sur l'électrode 25 d'indice assez fort, d'autre part un rayon 32 issu d'une réflexion du rayon 30 sur la couche 25, suivie d'une seconde réflexion sur le miroir diélectrique 22. Ces deux rayons 31 et 32 sont inclinés à l'intérieur du milieu 29) compte tenu des aoproximations indiquées d'un angle de l'ordre de 2U de part et d'autre de l'axe optique 36 et sont d'intensité plus faible que le rayon 30. On ne considère pas les réflexions parasites qui se produisent sur les faces du support 29. En effet ledit support est généralement muni sur sa face libre 23 d'une couche antireflet et d'autre part on s'efforce d'utiliser une colle 20 d'indice très voisin de celui du support 29, ce qui rend négligeable la réflexion parasite à l'interface colle support. Dans nos explications on a par ailleurs confondu en une seule réflexion les deux réflexions sur les deux faces de la très mince couche 25. Enfin on a négligé les réflexions parasites multiples, c'est-à-dire celles au cours desquelles le rayon lumineux 30 se réfléchit plusieurs fois sur l'électrode transparente 25 et le miroir 22. Ces réflexions sont en effet très peu intenses par rapport à celles considérées. Les rayons 31 et 32 pour lesquels, sur la figure 2, on a négligé la réfraction au passage du dioptre 23, coupent le plan focal 37 en deux points 38 et 39 symétriques du foyer 34 et indépendants du rayon 30 considéré. Ces points sont des images parasites de la source de lecture. Dans le demi espace situé à droite du plan focal l'é- clairement est ainsi produit par trois sources, l'une située au foyer 34 et deux autres situées aux points respectivement 38 et 39. Ces sources sont cohérentes et donc susceptibles d'interférer si la largeur spectrale de la lumière est assez faible eu égard au double de l'épaisseur de la lame 21 en matériau électro-optique. Toutefois/le faisceau de rayon 31 qui ne traverse pas le maténau électro-optique possède une polarisation linéaire tandis que les faisceaux de rayon 30 et 32)qui ont tous deux traversé le matériau électro-optiqueJont une polarisation elliptique. Seuls donc les faisceaux de rayons 30 et 32 peuvent traverser en partie le séparateur polarisant 40 et interférer dans le demi espace situé à droite dudit séparateur. Il se produit ainsi des franges visibles sur l'écran d'obsèrvation où elles viennent se superposer à limage qu'on désire observer. Ces franges sont assez intenses bien que le faisceau parasite de rayon 32 soit d'une intensité faible par rapport à celle du faisceau principal de rayon 30.Le faisceau parasite parcourt en effet dans le matériau électro-optique un trajet double de celui parcouru par le faisceau principal ; le faisceau parasite subit ajonc une modulation plus iraportante dont une fraction également plus importante, passant à travers le séparateur polarisantvat- tint l'écran d'observation,ce oui renforce le contraste des forme ges. Sur la figure 3, on a représenté une structure du relais selon l'invention. Au lieu de subir passivement les inconvénients d'une structure de lame électro-optique en coin de faible angIe,aParaissant fortuitement lors de la construction du relais ou encore lors du polissage de la lame, une lame en coin d'angle notable estwolontairement introduite dans le relais. Les faces 41 et 44 de cette lame 41' font un angle U de l'ordre du degré nar exemple cette valeur n'introduisant pas un astigmatisme trop élevé. Pour la clarté de la figure cet angle a été fortement exagéré. Devant cette valeur d'angle relativement élevée, la non uniformité d'épaisseur du film de colle est négligeable, c'est pourquoi on l'a représentée sur cette figure en 50 sous la forme d'un film mince à faces planes et parallèles. Par ailleurs cette valeur d'angle peut faire l'objet lors de sa réalisation d'une grande tolérance par exemple quelques minutes. Le trajet des rayons lumineux à travers l'ensemble représenté sur la figure 3 est semblable à celui de la figure 2 à la légère déviation près imposée aux rayons par l'inclinaison notable du support 49 sur l'axe optique 46. Sur cette figure est représenté le rayon principal 51 de la lumière polarisée rectilignement passant par le foyer 58 de l'objectif 55. Ce rayon se réfléchit sur lui-mbeme après réflexion sur le miroir 42 et également, d1une part, selon le rayon parasite 52 après réflexion parasite sur la couche 45 et, d'autre part, selon le rayon parasite 53 après réflexions- para- sites successives sur la couche 45 et le miroir 42. Les rayons 52 et 53 sont également inclinés à l'intérieur du support 49 d'un angle d tordre de ZU sur l'axe optique 46 et percent le plan focal 54 respectivement aux points 56 et 57 de part et (l'autre du foyer 58, où passe le rayon principal 51. On observe ainsi dans le plan focal 3 sources lumi neuses. - - la source principale située au foyer 58 puis deux autres sources parasites respectivement aux points 56 et 57, correspondant aux réflexions parasitesset séparées du foyer d'une distance approximativement égale à respectivement (n+1)Uf et (3n-1)Uf, f étant la distance focale de l'objectif 55, n l'indice de réfraction du support 49 et U exprimé en radian. Seul, comme expliqué précédemment, le faisceau de rayon 53 est composé de lumière à polarisation elliptique et traverse donc le séparateur polarisant 60 pour venir interférer avec le faisceau de rayon principal 51. Sur un écran analogue à 17, si on observe comme dans la figure 1, l'image donnée par l'obåectif 55 de la biréfringence de l'élément électro-optique, on constate la présence de franges d'interférences qui sont les franges d'égale épaisseur du matériau électro-optique 41'. Ces franges sont d'autant plus serrées que l'angle U est plus grand. L'expérience montre qu'en donnant à l'angle U une valeur assez élevée, de l'ordre de quelques degrés par exemple, 1'interfrange est nettement inférieur à la limite de résolution du relais optique tout en ne-provoquant qu'un astigmatisme limité. Dans ces conditions, la perception des fins détails de l'image n'est limitée ni par la présence des franges qui sont trop serrées pour constituer une g8ne, ni par l'astigmatisme introduit par la forme prismatique du matériau électro-optique. Selon l'invention, on élimine complètement les fran ges en plaçant dans le plan focal 54 un couteau 59,d'aret61. 61 per- pendiculaire au plan de symétrie du dispositif, qui occulte la source lumineuse 57 sans occulter la source principale au foyer 58. Ceci est possible sans atténuer les détails fins de l'image du fait que l'interfrange correspond à une fréquence spatiale plus élevée que les fréquences spatiales présentes dans l'image. L'invention a été décrite et introduite à l'aide d'un exemple de relais comportant collage de la lame électro-optique sur un support en forme de faces et où la modulation de la biréfringence de la lame électro-optique s'effectue au moyen d'un photoconducteur recouvrant la lame et par affichage direct de l'information visuelle sur ledit photoconducteur. Il va de soi oue selon l'invention le perfectionnement s'applique aux relaies où de tels support et collage ne sont pas utilisés de même qu'aux relais où la modulation de la lame électro-ottique s'effectue par d'autres moyens. REVENI?ICÂTI0S la Perfectionnement aux dispositifs relais optiques du genre comprenant, une lame de matériau électro-optique à biréfringence variable en fonction du champ électrique parallèle à la direction de propagation de la lumière, ladite lame étant munie sur une face d'une couche conductrice et transparente à la 7;;umière,ur l'autre face d'un miroir diélectrique de même, qu'en regard de cette autre face, d'électrodes permettant d'appliauer à la lame cristalline en coopération avec d'autres moyens électriques et/ou optiques suppUmentaires, un champ électrique renfermant l'information visuelle à transmettre, des moyens de lecture de la biréfringence induite dans la lame de matériau élec tro-ortique comportant une source de lumière polarisée linéairement située au voisinage du foyer d'une optique envoyant un faisceau de lumière parallèle à travers le matériau électro-optique en direction du miroir isolant, caractérisé en ce que la lame de matériau électro-optique a la forme d'un coin prismatique d'angle de l'ordre de 1 à 4 degrés et en ce que le plan focal de l'optique comporte au moins un écran occultant les images dans ce plan de la source de lumière de lecture dues à des réflexions parasites sur les faces de la lame électro-optique. 2. Perfectionnement aux dispositifs relais optiques selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lame élec tro-optique munie de sa couche conductrice transparente est collée du cote lecture sur un support en forme de glace transparente. 3O Perfectionnement aux dispositif relais optiques selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les électrodes en regard de ladite autre face de la lame sont constituées d'une couche se comportant comme une couche à résistivité transversale variable sous l'faction de photons ou de particules chargées déposée sur le miroir diélectrique et d'une couche conductrice transparente déposée sur la couche à résistivité variable, en ce cue les moyens électriques supplémentaires sont des moyens nécessaires pour appliquer une différence de potentiel électrique continue entre les deux couches conductrices de l'empilement réalisé, et en ce que les moyens optiques supplémentaires sont des moyens de projection sur la couche à réstivité variable sous l'action de photons, de l'image à transmettre ou de balayage d laite co-t & e par le faisceau de photons contenant l'in formation. 4. Perfectionnement aux dispositifs relais optique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les électrodes en re-ard de ladite autre face comportent au moins une grille et en ce que les moyens électriques supplémentaires sont des moyens pour appliquer le signal d'information visuelle entre ladite grille et la couche conductrice transparente ainsi que pour créer un pinceau électronique et le faire balayer ladite autre face.