Brevet FR2570518A1 — publié le 19860321

PROCEDE ET DISPOSITIF D'ENREGISTREMENT D'UNE IMAGE SUR UN FILM THERMOPLASTIQUE La présente invention concerne un procédé d'enregistrement d'une image sur un film thermoplastique et, plus particulièrement, un procédé d'enregistrement par addition incohérente d'expositions multiples. De plus en plus, les émulsions photographiques argentiques sont remplacées par des films thermoplastiques qui présentent comme avantages de pouvoir être développés in situ très rapidement, de quelques secondes à quelques dizaines de secondes et de présenter une grande dynamique d'enregistrement. Les films thermoplastiques sont depuis peu utilisés pour les enregistrements appelés holographiques dont les applications sont nombreuses dans des dispositifs spécifiques dénommés corrélateurs optiques qui permettent notamment la reconnaissance des formes. Mais, ces corrélateurs optiques ont été limités au contrôle automatique des pièces industrielles parce qu'il était nécessaire de restituer une image tridimensionnelle. On rappelle brièvement que l'hologramme d'un objet est obtenu en éclairant l'objet avec une onde lumineuse cohérente à laquelle on superpose une onde lumineuse de référence issue d'une source ponctuelle, puis en fixant sur un support photographique les ondes lumineuses et le réseau d'interférences produites par lesdites ondes. Un corrélateur optique est un dispositif dans lequel on dispose une image (constituant un opérateur de de la corrélation) dans le plan focal objet d'une première lentille, ladite image étant éclairée par une lumière cohérente (laser), l'hologramme (constituant l'autre opérateur de la corrélation) étant situé dans le plan focal image de la première lentille et dans le plan focal objet d'une deuxième lentille. Dans le plan focal image de la deuxiène lentille, on a le produit de la corrélation qui peut être reçu sur une caméra CCD (charge coupled device). Tout ceci fait appel à l'optique de Fourier, bien connue des spécialistesj et qui ne sera pas décrite dans le détail. Pour mémoire, on rappelle que deux transformations de Fourier successives d'une fonction initiale restituent, au signe de l'argument et à un facteur K près, la fonction initiale. Parmi les films thermoplastiques les plus performants commercialisés à ce jour, on peut citer celui de la firme allemande ROTTENKOLBER, sous la référence PT 1000 HS. Ce film est constitué par une couche support de relative grande épaisseur, une couche photoconductrice de quelques microns d'épaisseur et, enfin, une couche thermoplastique d'épaisseur comprise entre 1 et 5 microns. Les caractéristiques d'un tel film sont une fréquence spatiale comprise entre 500 et 1500 traits/mm et une bande passante utile comprise entre 600 et 1000 traits/mm, la sensibilité maximum du film étant obtenue lorsque la fréquence spatiale est de 800 traits/mm. La sensibilité maximum varie dans une faible plage suivant l'éclairement et la longueur d'ande du faisceau lumineux. L'enregistrement d'une image sur ce film thermoplastique fait toujours appel à un enregistrement holographique dont l'hologramme résultant est une image de phase, et comporte quatre étapes distinctes 1) Dépôt de charges électrostatiques. 2) Neutralisation d'une partie des charges sur la couche photoconductrice, à travers la couche thermo plastique par une exposition d'une lumière, 3) Développement de l'image enregistrée, par chauffage bref, à la température de ramollissement de la couche thermoplastique, ladite image de phase enregistrée étant créée par une variation d'épaisseur de la couche thermoplastique, 4) Fixage de l'image de phase enregistrée par refroidissement. La deuxième étape qui n'est autre en réalité que la réalisation d'un hologramme, implique une superposition de l'onde de référence pour la création d'un ré- seau de franges d'interférence, ce qui nécessite un montage spécifique pour produire un faisceau optique cohérent (laser) fortement incliné, environ 300. Un tel montage doit être très précis et impose un soin minutieux dans les réglages et les positionnements des différents éléments constitutifs.Par ailleurs, il est à signaler que l'hologramme de phase obtenu est caractérisé par l'absence d'informations dans l'ordre zéro de diffraction (sur l'axe optique), tandis que la restitution sans distorsion de l'image enregistrée qui peut être effectuée en lumière cohérente ou incohérente nécessite également un faisceau incident de même inclinaison que la référence utilisée à l'enregistrement Indépendamment du fait que les enregistrements holographiques sont généralement réservés aux images devant être restituées suivant trois dimensions, il faut également noter que les procédés d'enregistrement holographiques sont relativement limités par la très forte dépendance entre la fréquence spatiale enregistrée et la sensibilité du film thermoplastique. La présente invention a pour objet de pouvoir enregistrer sur un film thermoplastique standard des images ayant une bande passante comprise entre le zéro et la limite inférieure dudit film, par exemple entre O et 500 traits/mm, et couvrant la pupille ou surface d'enregistrement standard qui a pour dimensions 30 x 30 mm ou 60 x 60 mm. Un autre objet de la présente invention est de pouvoir enregistrer une image par addition d'expositions multiples qui peuvent être effectuées dans un ordre quelconque, de façon simple et sans nécessiter un appareillage spécifique aux réglages complexes. Un autre objet de la présente invention est de des images permettre l'enregistrement soit par projection directe, en lumière cohérente ou incohérente, d'une image existante (photographie ou écran d'un tube cathodique) soit par enregistrement point par point utilisant un dispositif de modulation de flexion. Le procédé selon la présente invention utilisant un film thermoplastique de sensibilité donnée et de bande passante donnée est caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre séquentiellement et dans un ordre quelconque ledit film à au moins deux expositions lumineuses distinctes, l'une étant l'enregistrement d'une onde porteuse de fréquence spatiale constante, tandis que l'autre est l'enregistrement direct de ladite image à enregistrer, puis à développer et à fixer les enregistrements. Un avantage de la présente invention est de pouvoir indifféremment enregistrer l'onde porteuse avant ou après l'enregistrement de l'image, car les deux enregistrements peuvent être effectués avec une lumière cohérente ou incohérente. Un autre avantage réside dans le fait qu'à la différence du procédé d'enregistrement holographique, le procédé selon l'invention réalise la focalisation des images à enregistrer dans le plan exact du film thermoplasti-; que et conduit donc à l'obtention d'images cohérentes ou incohérentes du fait qu'il consiste à enregistrer exactement la distribution spatiale de l'intensité lumineuse formée dans le plan du film thermoplastique. Selon une autre caractéristique de l'invention l'enregistrement de l'onde porteuse est effectué avec un temps de pose de saturation, de manière à décharger complètement les points du film thermoplastique soumis à l'action des photons de l'onde porteuse. Selon une autre caractéristique de la présente invention, on procède également à l'enregistrement d'un fond continu, ce qui permet de réduire la luminance du faisceau lumineux utilisé pour l'enregistrement de L'image, le fond continu ayant pour effet d'écrêter les franges du réseau d'interférence enregistré. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux à la lecture d'un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, ainsi que du dessin annexé sur lequel - La figure 1 est une représentation très schématique d'un dispositif d'enregistrement d'images suivant le procédé de l'invention. - La figure 2a est une représentation partielle et à très grande échelle du nombre de charges électriques Q en fonction de la longueur L d'une partie de la surface d'enregistrement. - La figure 2b est une représentation analogue à celle de la figure 1, la distribution des charges électriques ayant été modulée par le signal correspondant à l'image à enregistrer. - La figure 3 est une coupe schématique d'une position du film thermoplastique; après développement. Le procédé selon l'invention constite à dérouler, à partir d'un rouleau 1 , un film thermoplastique 2 constitué par une couche support 3 de relative grande épaisseur, une couche photoconductrice 4 et une couche thermoplastique 5 (figure 3). La partie du film thermoplastique sur laquelle on souhaite enregistrer une image, ladite partie étant appelée pupille ou surface d'enregistrement et pouvant avoir des dimensions variables, est amenée dans un poste de charge référencé dans son ensemble par la référence 6. Dans ce poste, des charges électrostatiques positives et négatives sont réparties sur les deux surfaces extrêmes du film thermoplastique. La pupille passe ensuite dans un autre poste 7 dans lequel est effectué l'enregistrement du réseau de franges d'interférences. Pour un film 2 ayant la sensibilité maximum pour une fréquence spatiale de 800 traits/mm, on crée une onde porteuse lumineuse 8 dont la fréquence spatiale est constante et égale à 800 traits/mm. Sur la figure 2a est représentée la nouvelle distribution des charges produite par une telle onde porteuse 8 du type sinusoidale où les charges électrostatiques positives sont aux sommets 9 de la sinusoïde, tandis que les parties en creux 10 correspondent à des parties ne comportant plus de charges électrostatiques qui ont été neutralisées par l'action des photons du faisceau lumineux 8. L'onde porteuse 8 est obtenue par exemple au moyen de deux ondes planes cohérentes qui sont obtenues par deux faisceaux lumineux ponctuels obtenus à partir d'une source de lumière cohérente. L'éclairement du film thermoplastique par ces deux faisceaux lumineux donne lieu à un réseau d'interférences dont la fréquence spatiale est constante et égale à 800 traits/mm. La durée d'éclairement ou exposition est faite de préférence, avec un temps de pose de saturation de manière à décharger complètement les parties soumises à l'action des photons. En d'autres termes, on cherche à obtenir une sinusoide dont les creux 10 sont pratiquement tangents à l'axe L sur la figure 2a. La pupille, munie de son réseau de franges est ensuite amenée dans un poste 11 dans lequel s'effec tue l'enregistrement de l'image à enregistrer. Dans le cas d'un enregistrement point par point, le poste 11 comprend une source laser 12 dont le faisceau de lumière 13 traverse un modulateur d'intensité acousto-optique 14 ou electro-acoustique tel qu'une cellule de Pockels, ledit modulateur recevant également un signal correspondant à l'image à enregistrer, ledit signal étant introduit, par exemple , sous forme analogique. Un déflecteur 15 acousto-optique en x, y permet l'enregistrement de l'image délivrée sous forme spatial en x, y par le modulateur 8 sur la pupille suivant les axes x, y, l'écriture de ladite image étant matérialisée sur la figure 1 par les rayons lumineux pleins 16 et en pointillés 17. Au cours de cette écriture de l'image à enregistrer, incohérente avec le premier enregistrement du réseau d'interférences, qui se fait dans la bande passante de ladite image, par exemple dans la bande 0 à 500 traits/mm, les charges électrostatiques qui restent sont neutralisées proportionnellement à l'intensité du signal émis.Sur la pupille du film thermoplastique cela se traduit par une modulation de la distribution des charges électriques restantes après la première exposition, une telle modulation étant représentée sur la figure 2b où le signal de modulation est représenté par la courbe 18 qui est la représentation graphique du signal correspondant à l'ima- ge à enregistrer. Bien que les deux postes correspondant aux deux enregistrements du réseau de franges d'interférence et de l'image à enregistrer aient été décrits dans un certain ordre, il est bien entendu que cet ordre peut être interverti, et c'est là une des caractéristiques de l'invention, sans que cela n'affecte en rien le résultat final, alors qu'avec les procédés holographiques une telle commutation est impossible, le procédé holographique impliquant nécessairement l'enregistrement de l'image en une seule opération et non pas suivant deux opérations distinctes comme dans la présente invention. En effet, il est à noter que le signal 18 de l'image à enregistrer pourrait d'abord être enregistré dans une première étape, l'onde porteuse 8 étant ensuite enregistrée dans une deuxième étape. Dans le poste 11 ou à un autre endroit si cela est souhaitable, on procède au chauffage de la pupille au moyen d'une plaque chauffante 19, pendant une durée assez brève de manière à obtenir sur la couche thermoplastique du film une déformation relief 20 proportionnelle à la distribution des charges correspondant aux enregistrements des postes 7 et 11 (figure 3). Ce bref chauffage constitue, en fait, la phase de développement du film, le fixage étant réalisé dans un autre poste de refroidissement comprenant par exemple, des refroidisseurs 21 à effet Peltier. Après quoi, la pupille peut être extraite du dispositif et éventuellement séparée de la bande 2 qui peut être enroulée sur un autre rouleau d'extrémité 22. Une des caractéristiques du film thermoplastique est la possibilité qu'il offre de pouvoir être réutilisé par effacement des enregistrements au moyen d'un chauffage matérialisé par une plaque 23. Selon une autre caractéristique, on enregistre un fond continu par éclairement du film thermoplastique au moyen d'un faisceau lumineux constant en intensité Lorsque le fond continu est enregistré séparément entre les postes 7 et 11 on peut utiliser une lumière blanche. Une autre manière est de l'introduire lors de ltenregis- trement du réseau de franges, en augmentant l'intensité de l'une des deux ondes planes. Bien évidemment, le fond continu pourrait être enregistré lors de l'enregistrement de 1 image elle-même. Un avantage de l'enregistrement de ce fond continu est de s'affranchir de la non linéarité de la couche thermoplastique. L'enregistrement du fond continu est matérialisé sur la figure 2b par la courbe en pointillés 24. Dans la description précédente on a fait référence à des étapes successives du procédé et/ou de sa mise en oeuvre. Bien entendu, les enregistrements du - réseau de franges et du fond continu peuvent être réalisés en une seule opération au moyen d'un interferomètre; de la même façon, l'image à enregistrer, lorsqu'elle comprend un certain nombre d'éléments distincts, peut être enregistrée élément par élément, en réinsérant à chaque fois, le film thermoplastique, par exemple avant développement. Les applications du procédé selon l'invention sont nombreuses et diverses. En plus de la possibilité de synthétiser des images ou des hologrammes, et de réa- liser un imageur simple et performant pour corrélateurs optiques il faut noter que, grâce à la meilleure résolution procurée par le procédé décrit ci-dessus, résolution qui est de quelques microns dans une pupille de 30 x 30 ou 60 x 60 mm et qui équivaut au gain d'un facteur 10 à 20 en capacité de traitement, il est maintenant aisé de réaliser une projection d'images noir et blanc ou couleur sur grand écran. La restitution de l'image enregistrée sur la pupille peut être effectuée dans les mêmes conditions que pour l'enregistrement holographique c'est-à-dire au moyen d'un faisceau d'éclairement cohérent ou incohérent, incliné d'environ 30 degrés par rapport à la normale au plan image du système optique utilisé, l'image étant restituée alors dans la direction perpendiculaire à son plan sans distorsion. La restitution peut également être effectuée dans l'axe par éclairement en lumière cohérente (laser) ou quasi-mono-chromatique, le faisceau lumineux étant orthogonal au plan image. Cela donne, dans le même axe, une image de phase pure dont la transformée de Fourier est réelle. Une telle restitution convient mieux aux dispositifs de traitement d'images bidimensionnels. De ce qui précède, on constate aisément qu'un progrès considérable a été accompli car le procédé selon l'invention permet de réaliser et-d'utiliser en temps réel les images de signaux bidimensionnels dont la bande passante temporelle dépend essentiellement du choix des performances du déflecteur acousto-optique 9. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux exemples décrits et représentés, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans s'écarter pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé d'enregistrement d'une image sur un film thermoplastique de sensibilité donnée, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre séquentiellement et dans un ordre quelconque ledit film à au moins deux expositions lumineuses distinctes, l'une étant l'enregistrement d'une onde porteuse de fréquence spatiale constante, tandis que l'autre est l'enregistrement direct de ladite image à enregistrer, puis à développer et à fixer les enregistrements. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence spatiale de l'onde porteuse est égale à la fréquence spatiale correspondant à la sensibilité maximum du film thermoplastique. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'onde porteuse qui est constituée par un réseau de franges d'interférence est enregistrée préalablement à l'enregistrement de l'image. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à enregistrer également un fond continu. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le fond continu est enregistré avant l'enregistrement de l'image. 6. Procédé selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le fond continu est enregistré en même temps que ltenregistrement du réseau de franges d'interférence. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le réseau de franges dtinter- férence est enregistré avec un temps de pose de saturation. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enregistrement de l'image est réalisé au moyen d'un balayage point par point. 9. Dispositif pour la mise en oeuvre du procé- dé selon la revendication 1 à 8, du type comportant un film thermoplastique, au moins une source d'éclairement du film thermoplastique, des moyens de chauffage du film thermoplastique de manière à réaliser le développement de l'image lumineuse enregistrée sur ledit film thermoplastique, et des moyens pour fixer l'image développée, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour produire un réseau d'interférences dont la fréquence spatiale est égale à celle correspondant à la sensibilité maximum, du film thermoplastique ; et des moyens pour enregistrer une image donnée sous forme optique. 10. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens pour produire le réseau d'interférences sont constitués par deux ondes planes lumineuses issues d'une source cohérente. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'intensité des-ondes planes est différente de manière à enregistrer un fond continu simultanément à l'enregistrement du réseau de franges d'interférence. 12. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens pour enregistrer l'image sont constitués par une source de lumière dont le faisceau lumineux est modulé en intensité dans un modulateur d'intensité qui reçoit également l'image à enregistrer sous la forme d'un signal compatible avec un enregistrement optique, et par un déflecteur acousto ou électro-optique monté en série avec le modulateur d'intensité et apte à délivrer deux faisceaux lumineux dans deux directions différentes et réaliser un enregistrement par balayage point par point.