Brevet FR2506964A1 — publié le 19821203

L'invention concerne un appareil d'enregistrement optique à hautes performances 'permettant l'enregistrement automatique d'hologrammes et, plus généralement, d'informations optiques sur un support thermoplastique transparent et continu. Les utilisations de cet appareil entrent dans le domaine des enregistrements d'hologrammes à grande ouverture. Pour diverses applications industrielles à partir des mémoires optiques, de l'interférométrie holographique et à partir de bien d'autres nécessitant un traitement d'informations optiques, il faut pouvoir disposer rapidement et sur place de l'image optique fixée sur un support, ceci de préférence dans l'appareil même de prise de vue qui peut alors servir de lecteur. Les émulsions photographiques classiques ne répondent pas de manière satisfaisante à ces impératifs. En effet, la prise de vue nécessite un développement qui, même s'il est instantané, oblige à un déplacement du support hors de l'appareil. La remise en place ultérieure du support dans l'appareil s'avère particulièrement délicate. Comme indiqué, dans la majorité des cas d'application industrielle, plus particulièrement en production industrielle, il apparaît intéressant de pouvoir disposer rapidement d'informations nombreuses et précises sur la qualité technique du produit fabriqué ou sur l'échan- tillon ou le prototype examiné dans le cadre d'expérimentations et de mises au point. L'exploitation de différentes techniques de métrologie telle que l'interférométrie holographique, les méthodes dites "speckles" ..., ont permis d'obtenir des contrôles de qualité non destructifs simples et riches en informations sur la nature et la localisation des éventuels défauts ou sur la structure et le comportement de la matière à des sollicitations extérieures, tels que vérification de la qualité d'un collage, examen d'un pneu en vibration. Toutefois, la mise en oeuvre industrielle de ces contrôles se heurte à la difficulté de fixer, au moindre coût, toutes ces informations sur un support puis de les exploiter, ceci dans un espace de temps compatible avec les exigences d'exploitation industrielle, c'est à dire les impératifs de cadence. Les limites des matériaux photographiques classiques ont orienté les recherches vers d'autres types de matériaux photosensibles. Ainsi, on a mis en évidence les possibilités des supports photothermoplastiques dont les diverses propriétés laissent espérer des applications industrielles tout à fait intéressantes. L'appareil selon l'invention a pour but de permettre l'application industrielle des films thermoplastiques dans les contrôles de qualité en production ou l'observation des structures ou du comportement d'un objet soumis à des sollicitations extérieures. En effet, L'appareil d'enregistrement selon l'invention permet d'obtenir, en une courte durée et avec une maîtrise et un degré de fiabilité et de précision exceptionnels, l'enregistrement sur un support thermoplastique transparent des informations contenues dans une image holographique ou toute image de lumière cohérente utilisée à des fins industrielles. Les nombreux avantages et possibilités de cet appareil permettent d'envisager une exploitation industrielle aisée, meme dans les cas d'exigence de précision poussée rencontrée dans la recherche et les expérimentations notamment dans le domaine des techniques de pointe. Pour ce faire, l'appareil d'enregistrement selon l'invention présente une surface d'exposition suffisamment importante, 50 x 70 mm, pour fixer et restituer avec toute la précision souhaitée les informations optiques contenues dans le faisceau rétrodiffusé par l'objet à analyser. La durée totale d'enregistrement, comprenant le transport du film, la sensibilisation, l'exposition et la fixation, ne dépasse pas une seconde dans laquelle le temps d'exposition variable entre pour environ 400 m. sec. Cette faible durée correspond aux exigences d'exploitation industrielle. On peut, en outre, mentionner les avantages supplémentaires suivants Faible énergie d'exposition : des résultats satisfaisants apparaissent déjà pour une intensité du faisceau rétrodif fusé de 0,2 UJ/cm2 qui permettent l'utilisation de sources de faible puissance. On note une sensibilité avec meilleure brillance, tout à fait exceptionnelle de 0,8 pJ/cm2. Efficacité de diffraction exceptionnellement élevée de l'ordre de 35 % Sensibilisation, enregistrement et fixation réalisés dans le même appareil sur la partie du film en face de la fenêtre d'exposition évitant toute difficulté de remise en place. Grand taux de répétition de l'ordre d'une image par seconde. Réutilisation possible après effacement. Division par un facteur de trente de la durée d'enregistre ment et du coût d'enregistrement d'un hologramme. On contrôle la température de chauffage à + 0,5OC. L'ensemble de ces performances, au moins dix fois supérieures à celles des matériels connus, permet d'obtenir- une grande qualité d'enregistrement et de reproduction des hologrammes. L'appareil selon l'invention a résolu l'uniforme mité de dépôt des charges électrostatiques sur une grande surface d'ouverture et ceci avec une précision intéressante. D'autres avantages et caractéristiques techniques sont consignés dans la description ci-après effectuée à titre d'exemple non limitatif de la présente invention, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue générale schématique d'une disposition illustrant une phase d'enregistrement représen tant l'objet, la source lumineuse et les principaux organes de l'appareil selon l'invention. la figure 2 est une représentation schématique de l'ap pareil d'enregistrement selon l'invention. la figure 3 est le schéma électrique et électronique de l'appareil selon l'invention. la figure 4 représente les courbes d'efficacité de diffraction pour plusieurs valeurs de haute tension. la figure 5 représente les courbes de sensibilité, à savoir les courbes d'intensité de l'image reconstituée en fonction de l'énergie incidente. L'appareil d'enregistrement selon l'invention tient lieu de caméra pour la fixation d'informations photométriques sur un support thermoplastique et, plus particulièrement, d'hologrammes dans le cadre d'une application industrielle en recherche ou en production. Un exemple type de contrôle de qualité non destructif est représenté en figure 1. Le produit industriel ou l'article manufacturé 1 à contrôler est disposé en face de l'appareil d'enregistre.- ment 2 selon l'invention et éclairé par une source de lumière cohérente 3. Dans le cas de l'enregistrement d'un hologramme, le faisceau incident 4 est divisé en deux faisceaux 5 et 6. Le premier éclaire l'objet 1 et donne naissance à un faisceau rétrodiffusé 7. Ce faisceau interagit avec le faisceau de référence 6 pour former le réseau constituant l'hologramme. Le faisceau rétrodiffusé 7 et le faisceau de référence 6 traversent la fenêtre d'exposition 8 pour impressionner le film thermoplastique préalablement sensibilisé par dépôt uniforme de charges électrostatiques, comme indiqué ci-après. L'appareil dtenregistrement proprement dit est logé dans un coffret 9 abritant les organes mécaniques les circuits électroniques étant en principe logés dans un boîtier séparé. Le film thermoplastique 10 de composition connue avance par déplacement fractionné de longueur égale à un format derrière la fenêtre d'exposition 8 devant une plaque support 11 en verre formant plaque de charge et de chauffe. Cette plaque est recouverte sur sa face arrière par une mince couche d'or 12 constituant l'électrode de chauffage 13. Le film thermoplastique 10 se déroule d'une bobine débitrice 14 vers une bobine réceptrice 15. La bobine réceptrice est mise en rotation par un moteur électrique d'avance 16. Le film entraîne, à la sortie de la fenêtre d'exposition, un dispositif 17 de commande de l'avance constitué, par exemple, d'un rouleau 18 pourvu en partie inférieure d'une came 19 coopérant avec un interrupteur à palpeur 20 relié au circuit de commande du moteur d'avance 16. Un nombre entier de tours dudit rouleau 18 correspondra, par exemple, à la longueur d'un format. La plaque 11 est insérée dans un support passe-film 21 équipé en extrémités transversales de rouleaux guide-film 22. Le dispositif 17 de commande de l'avance est suivi d'un rouleau tendeur 23 permettant le passage devant une électrode de désensibilisation 24 avant son enroulage sur la bobine réceptrice 15. Un chariot 25 de dépôt de charges se déplace le long de la plaque de charge 11 et du support passefilm 21. Il est monté à coulissement en translation sur deux tiges guides parallèles telles que 26 et entraîné en mouvements longitudinaux de part et d'autre de la fenêtre d'exposition 8 par un moteur actionnant, par exemple, un ensemble à poulie et à fil d'acier (non représenté). Le chariot remplit deux fonctions distinctes: il réalise le dépôt de charges sur le film et ensuite le contact étroit du film avec la plaque, ceci avant et après le dépôt des chargeas. Pour ce faire, le chariot comporte une plaquette transversale de contact 27 délimitant un évidement central 28 s'étendant sur toute la largeur du film. Cette cavité 28 abrite une électrode 29 de dépôt de charges à pointes multiples disposées en succession linéaire sous la forme d'un peigne. Les bords de la plaquette transversale 27 restent en contact avec le film tout au long du déplacement du chariot de manière à garder un intervalle constant entre les extrémités des pointes métalliques de l'électrode et le plan du film. Le chariot est équipé, sur sa partie avant, côté plaque de charge, de deux rouleaux de pression tels que 30, destinés à appliquer le film contint ladite plaque de charge. L'effort de pression engendré par les rouleaux 30 se poursuit lors du trajet aller du chariot, mais aussi à s n retour. En raison de la position des rouleaux sur le chariot par rapport à l'électrode de charge, ils plaquent le film avant le dépôt des charges et avant son transfert. L'électrode de dépôt de charges permet, en raison de sa géométrie particulière, la distribution uniforme des charges électriques sur toute la surface du film présente devant la fenêtre d'exposition. Ces charges sont engendrées par effet Corona à l'extrémité des pointes portéesà une tension continue élevée. A cet effet, le chariot est relié à la source de haute tension continue par une liaison flexible 31. Le refroidissement du film peut être réalisé par aspiration au moyen d'une bouche 32, par exemple, ou tout autre moyen, disposée à la sortie de la chambre d'exposition et reliée à une turbine d'extraction. On a remarqué qu'un refroidissement naturel permet d'obtenir des effets sensiblement identiques. Concernant l'électrode de charge, il faut disposer d'un réseau linéaire relativement dense de pointes possédant un rayon de courbure très précis. L'expérience montre que le rayon de courbure optimal s'établit à 0,2mm et l'intervalle de séparation à 2,5mm. Par ailleurs, il faut que le réseau de pointes dépasse la largeur du film de manière à réduire les effets de bord. Il importe que les sommets des pointes soient parfaitement alignés et que leur distance par rapport au plan du film corresponde à une valeur telle que pour une distance donnée, elle permette une distribution uniforme des charges sans concentration ponctuelle ni interruption. On examinera maintenant le schéma électronique de l'unité de contrôle représenté de façon simplifiée en figure 3. La couche résistive 12 de la plaque de charge sert au chauffage du film thermoplastique dans sa phase de développement, mais aussi de capteur de température. La couche résistive est terminée le long des deux bords parallèles de la plaque par deux bandes conductrices 33 et 34 permettant le raccordement électrique. La couche résistive est utilisée simultanément comme thermistance pour la mesure de la température et la coupure du chauffage au moment approprié. Pour ce faire, la résistance de la plaque 35 est montée dans un pont de Thomson 36 formé avec les résistances variables 37, 38, la résistance shunt 39 et les résistances fixes 40 et 41 dans le circuit d'entrée d'un amplificateur différentiel 42. Pour des besoins particuviers, la résistance fixe 40 pourra être shuntée par une résistance variable 43 mise en circuit par l'interrupteur 44. Le pont 36 est équilibré à la température de développement à laquelle le chauffage doit être coupé. La quantité de chaleur apportée au film engendre une température moyenne située en dessous du point de fusion. En raison du mode impulsionnel de chauffage, la température de coupure dépasse la température de fusion. De ce fait, pour des conditions de températures initiales différentes, la durée de l'impulsion de chauffage variera corrélativement, mais la chaleur de développement restera constante. Le pont 36 est relié, à travers un interrupteur 45, à une source de faible tension continue 46 servant également à la polarisation du phototransistor d'un coupleur optoélectronique de commande OC. La plaque est reliée par ailleurs à une alimentation de chauffage 47 comprenant une source de tension continue 48 et un montage stabilisateur de tension 49 à transistor bal ast T1 et à diode ZD. Ce montage est commandé à partir du coupleur optoélectronique OC à travers un transistor de liaison T2. La courte durée de chauffage varie en fonction de l'impulsion de commande donnée sur le phototransistor du coupleur optique par une diode électroluminescente LED1 à partir d'une bascule FF du type "flip flop". Celle ci reçoit une impulsion de commande extérieure de départ sur sa première entrée S et une impulsion d'arret sur son autre entrée R. Cette dernière est reliée à la sortie de l'amplificateur différentiel 42 et à la tension continue générale d'alimentation par une branche résistive 50 à diode électroluminescente LED2. Ainsi, le pont de Thomson 36 permet le contrôle continu du chauffage par une mesure directe de la température et, par là, assure la régulation de ;a température de développement et de la quantité de chaleur apportée en tenant compte des variations de température ambiante et des conditions thermiques initiales. On rappellera brièvement avant d'examiner le fonctionnement, le principe d'enregistrement optique d'image sur film thermoplastique. Une couche de charges électriques est déposée uniformément sur la surface du film à utiliser par le chariot. Lors de l'exposition, sous l'action de la lumière, la conductivité de la couche photoconductrice augmente, laissant passer des électrons jusqu'au support thermoplastique. A la fin de l'exposition, les endroits du support thermoplastique ayant absorbé le maximum de photons sont soumis à des forces électrostatiques plus grandes engendrant des contraintes mécaniques dont la répartition est la réplique exacte de la distribution d'intensité lumineuse ayant causé le transfert des charges. Le développement a pour but de fixer, par effet thermique, cette répartition sur le film. Lors du chauffage, chaque force électrostatique crée une déformation équivalente du support thermoplastique qui réalise la transposition de la modulation du champ électrique en modulation d'épaisseur du film. Le fixage proprement dit se réalise lors du refroidissement. On examinera maintenant les différentes phases de fonctionnement de l'appareil d'enregistrement optique à hautes performances selon l'invention. Le chariot se trouve en bout de course côté bobine réceptrice. Phase de sensibilisation Elle comporte le dépôt des charges. Le chariot se déplace en trajet aller Les rouleaux 30 pressent le film contre la plaque 11 de dépôt de charges pour réaliser le décollement du film. Le film est ensuite avancé d'un format par la bobine réceptrice 15 sous l'action du moteur 16. Le chariot se déplace alors en trajet retour. Pendant ce trajet s'effectue le dépôt uniforme des charges. L'électrode 29 est mise sous forte tension continue. Le passage des rouleaux 30 assure un étroit contact du film avec la plaque 11 avant le dépôt des charges. La chariot revient à sa position initiale. Le film est sensibilisé. Phase d'exposition On impressionne le film en envoyant l'image laser pendant un temps court. La répartition des charges se modifie selon la distribution d'intensité lumineuse reçue. La distribution des charges produit un réseau de forces électrostatiques dans le matériau thermoplastique qui est la réplique exacte du réseau d'intensité lumineuse devant être enregistré. Phase de développement : a) Chauffage : révélation On chauffe la plaque rapidement par une impulsion de courant régulée en fonction des conditions thermiques. La température de développement est supérieure à la température de fusion, mais l'effet thermique moyen engendre une température moyenne inférieure au point de fusion. Devenant malléable, la surface se déforme sous l'influence des forces électrostatiques jusqu'à ce que s'établisse l'équilibre entre les forces de tension surfaciques et les forces électrostatiques. La distribution des charges se transforme en modulation d'épaisseur du matériau thermoplastique. b) Refroidissement : fixation En refroidissant, le matériau thermoplastlque durcit et les déformations résultant de la modulation sont ainsi figées. Les performances de l'appareil selon I' inven- tion apparaissent également à l'examen descourbes caractéristiques qui laissent apparaître un maximum d'efficacité de diffraction exceptionnellement élevé de I l'ordre de 35 do. De même, les dernières courbes montrentuoe sensibilité exceptionnelle. Les performances de cet appareil permettent la réalisation d'enregistrements d'hologrammes à grande ouverture exploitables industriellement. On peut mentionner ci-après ses principales caractéristiques techniques Durée d'exposition : environ 400 m sec. dans les conditions courantes d'utilisation. . Taux de répétition : 1 imageiseconde. Sensibilité : de 0,1 à 0,8J/cm2; 0,8 rJ pour le maximum de brillance. Maximum d'efficacité de diffraction : 35 %. Grande uniformité des charges. Grand format : 50 x 70 mm. II se montre remarquable par son automatisme intégral de fonctionnement et, d'une façon générale, par la grande maîtrise et le contrôle continu de tous les paramètres importants influant sur la qualité d'ure hologramme et sa vitesse d'enregistrement tels que : hygrométrie, température, contrôle du point de fusion, vitesse de défilement de l'électrode de dépôt de charges, maintien de son écart par rapport au plan du film, tension dufilm,... Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme particulière de réalisation, il est bien entendu que diverses modifications et variantes directes substitutions par des matériaux et moyens équivalents ne sauraient faire échapper à la présente protection mais entrent au contraire pleinement dans son cadre. REVENDICATIONS 1. Appareil d'enregistrement à hautes performances pour la fixation en continu d'informations optiques sur un support thermoplastique transparent caractérisé en ce qu'il est formé par des moyens d'entraînement d'un film thermoplastique (tO) derrière une fenêtre d'exposition (8) et devant une plaque de charge (11) associés à un chariot (25) de pression et de dépôt de charges se déplaçant devant le film et de part et d'autre de la fenêtre d'exposition, l'ensemble étant commandé en fonctionnement entièrement continu par une unité électronique pour la maîtrise des paramètres influant sur la qualité d'un enregistrement holographique. 2. Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que la surface utile du film est au moins égale à 50 x 70 mm. 3. Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que le chariot possède, dans sa partie avant, une électrode (29) disposée au fond d'une cavité (28) et, dans sa partie arrière, deux rouleaux de pression (30), ledit chariot étant monté en translation à coulissement le long de deux tiges guides (26). 4. Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que la plaque (11-) présente une mince couche conductrice (12) déposée sur sa face arrière formant électrode de chauffage (12), ladite électrode constituant le capteur du dispositif de régulation de l'énergie de chauffage. 5. Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens d'entraînement du film comporte un dispositif (17) de commande de l'avance constitué, par exemple, d'un rouleau (18) pourvu en partie inférieure d'une came (19) coopérant avec un interrupteur à palpeur (20) relié au circuit de commande du moteur d'avance (16) de la bobine réceptrice (15). 6. Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend une électrode de désensibili-ation (24) disposée entre le rouleau (18) et un rouleau intermédiaire de tension (23). 7. Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'électrode de dépôt de charge (29) se présente sous la forme d'un peigne formé d'une succession linéaire de pointes disposées à intervalle de 2,5 mm et possédant un rayon de courbure.de 0,2 mm. 8. Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'unité électronique comprend un pont de Thomson (36) incluant la couche conductrice (12) pour le contrôle, à tout moment, de la température de la plaque, ledit pont étant relié à un amplificateur différentiel équilibré pour la température de développement et alimenté par une source continue de faible tension (46). 9. Appareil selon les revendications 1 et 4 caractérisé en ce que le circuit de chauffage de la couche conductrice (12) de la plaque (11) comprend une alimentation stabilisée (47) à partir d'une source continue (48) de haute tension commandée par un montage à coupleur optoélectronique OC à diode électroluminescente LEI.. 10. Appareil selon les revendications 1, 8 et 9 caractérisé en ce que la diode LED1 est reliée à la sortie d'une bascule FF commandée, sur une entrée, par une impulsion extérieure, et sur son autre entrée, par la sortie de l'amplificateur différentiel (42), ledit amplificateur différentiel étant relié à l'alimentation continue des circuits à travers une deuxième diode électroluminescente LED2.