Brevet FR2591765A1 — publié le 19870619

La présente invention concerne un procédé de production industrialisable d'un support holographique destiné à servir d'élément optique de diffraction. On a cherché à réaliser des supports holographiques performants à l'aide de matières bon marché et par un procédé d'élaboration simple et facile à mettre en oeuvre, associé à des qualités optiques T déa3es. A cet effet, les chercheurs ont beaucoup travaillé sur la gélatine bichromatée qui présente l'énorme avantage d un prix de revient faible. Les nombreuses études et expérimentations réalisées n'ont pas permis de maîtriser la qualité sur de grandes quantités et les travaux expérimentaux entrepris sont restés au stade du laboratoire. En effet, l'industrie réclame, pour assurer des applications et un développement, une maîtrise suffisante de la qualité et des performances dignes d intérèt, c'est-a'-dire une efficacité de di#fraction au moins égale u 95 Vo. L'invention vise ce double but en proposant un procédé de production industrielle d'un support holographique mettant en oeuvre une solution de gélatine bichromatée, caractérisé par un prédurcissement au formaldéhyde, un couchage et un séchage à température ambiante sous hygrométrie contrôlée à environ 40%, une sensibilisation a concentration variable en bichromate d'ammonium, une exposition à faisceau contrôle, un développement à température ambiante suivi d'une fixation à température ambiante par des bains d'alcool isopropylique à concentration croissante pour terminer par un séchage et une protection. La présente invention présente d'importants avantages liés aux performances exceptionnel les et au haut degré de maintien de la qualité. On peut citer ainsi les nombreux avantages suivants grande résolution qui peut dépasser facilement 6.000 traits/mm, la seule limite théorique étant la dimension des molécules. La limite pratique provient des instruments d'optique nécessaires à la mise en oeuvre du procédé. efficacité exceptionnelle de diffraction qui peut aller jusqu'à la limite théorique de 1007ou limitée toutefois dans la pratique par les caractéristiques des supports mécaniques. résultats modulables selon les valeurs données aux paramètres dans les phases opératoires. bruit optique très faible. grandes dimensions possibles dépassant 20 x 20 cm. sélectivité spectrale et angulaire ajustable selon les valeurs des paramètres. la fonction optique réalisée est indépendante de la forme du support. le procédé mis en oeuvre présente de nombreuses phases opératoires à température ambiante. Le procédé selon l'invention a pour but de permettre la réalisation d'une grande variété de supports holographiques de caractéristiques différentes selon le type d'applications visé. Ainsi, parmi les nombreuses applications, les principales sont mentionnées ci-dessous . miroirs fi filtres spectraux . multiplexeurs/démultipiexeurs concentrateurs solaires déflecteurs de faisceau pour imprimantes ou lecteurs à laser . marquage antifaussaire . système de sécurité. On décrira ci-après, à titre illustratif non limitatif, les différentes étapes du procédé selon l'invention et quelques variantes spécifiques permettant par variation de certains paramètres de viser des applications particulières. 10) PREPARATION DE LA GELATINE Elle se prépare de façon connue en agitant continuellement la gélatine -dans l'eau distillée ou inversement, à température ambiante, jusqu'à une dissolution complète de façon à obtenir une solution de 1 à 20% en poids de gélatine selon les applications visées et les méthodes de couchage. Une concentration de 4% constitue une valeur optimale pour de nombreuses applications mais elle peut varier. La solution est ensuite progressiveinent chauffée avec agitation jusqu'à une température de 700C, puis filtrée à cette température et thermostatée à 400 C. 20) PREDURCISSEMENT Le prédurcissement s'effectue soit par action du bichromate d'ammonium à une concentration de 0,5% du poids de gélatine introduit pendant la préparation de la solution de gélatine et agité jusqu 7 à dissolution complète du bichromate d'ammonium; soit par action d'une solution de formaldéhyde en concentration de 1-2 % en volume. 30) DEPOT DE LA GELATINE On procède sur une plaque de verre ou de matière plastique convenablement traitée au dépot de la gélatine à une température de 400 C. Diverses techniques spécifiques à chaque type d'application sont employées a) par couchage Les supports d'accueil, plaques de verre, films ou plaques en matière plastique sont fixés sur une monture qui leur assure une position horizontale parfaite. On coule la gélatine par passage d'un bec verseur sur les supports d'accueil et on l'étale rapidement jusqu'à l'obtention d'une couche ou d'un film d'épaisseur désirée fonction de l'utilisation ultérieure. b) par gravitation Le support d'accueil, identique au précédent, est posé ou fixé sur un plan horizontal. On y déverse ensuite uniformément une quantité définie de solution de gélatine et on laisse reposer. La quantité de gélatine déversée ainsi que le pourcentage de la solution détermineront l'épais- seur finale de la couche. c) par centrifugation Le support d'accueil est fixé sur une plaque tournante. On y déverse la gélatine alors même que la plaque est en rotation. La vitesse de rotation et le pourcentage de la solution détermineront l'épaisseur de la couche finale. d) par trempage On dépose dans la solution le support d'ac cueil. Ce dernier est alors retiré de la solution suivant un mouvement vertical et à une vitesse constante lente de 1 à 5 cm par minute. La vitesse d'extraction et le pourcentage de la solution détermineront l'épaisseur de la couche. 40) SECHAGE ET DURCISSEMENT THERMIQUES On procède ensuite à un séchage servant à évaporer l'eau de la solution à température ambiante d'une durée minimum d'une heure, suivi d'un durcissement thermique facultatif à l'étuve pour parfaire le durcissement sans ou avec adjuvant chimique. Ce traitement supplémentaire est conditionné par le type d'application visé. 50) STOCKAGE Les plaques non sensibilisées peuvent etre stockées dans des conditions d'ambiance précises. Ge) SENSIBILISATION ET SECHAGE Les plaques sont sensibilisées à température ambiante sous lumière inactinique par trempage dans un bain de bichromate d'ammonium de concentration variable de 1 à 25%, de préférence 1 à 10% et d'un agent mou i I lant, pendant une durée de 2 à 10 minutes selon l'application. En fin de sensibilisation, afin d'évacuer l'excédent de solution, les plaques sont déposées verticalement pendant une durée de 10 à 60 minutes pour égouttage-séchage en lumière inactinique à degré d'humidité contrôlé et régulé à 40%. On peut parfaire le séchage dans l'obscurité par circulation d'air chaud. 7?) STOCKAGE DES PLAQUES SENSIBLES Les plaques sensibles, prêtes -pour l'enre- gistrement holographique peuvent être stockées dans un lieu obscur pendant une semaine à température ambiante et degré d'humidité à 40%, plusieurs semaines à température comprise entre 2 et 60 C et degré d'humidité régulé à 40%. 8') EXPOSITION HOLOGRAPHIQUE Les plaques sont exposées à un rayonnement laser de longueur d'onde déterminée avec une énergie précise. #Disposition du faisceau On a observé que le faisceau placé du côté de la gélatine apporte aux hologrammes une bande spectrale plus large. Ainsi, selon l'application, on disposera le faisceau d'un côté ou de l'autre. 9J) DEVELOPPEMENT et FIXATION Il existe deux procédés particuliers de développement : le développement à chaud et le dévelop pement à température ambiante précédés par un traitement commun. Traitement commun durcissement par action d'une solution de 0,5% de bichromate d'ammonium à température ambiante d'environ 200 C pendant 2 minutes immersion dans un bain de fixateur photographique rapide en concentration de 25% ou un bain de fixateur + durcisseur à température ambiante de 10 secondes à 5 minutes . le bichromate qui n'a pas réagi est évacué par un rinçage à l'eau courante suivi d'un lavage à l'eau distillée. a) Développement et fixation à chaud . immersion dans l'eau distillée à température com prise entre 40 et 45 C, durée 2 à 5 minutes ; . bains de déshydratation à l'alcool à température croissante. Divers alcools sont utilisables pour ces opérations tels le méthanol, L'méthanol et I'isopropanol. Toutefois, l'alcool isopropyl ique donne les meilleurs résultats car il permet d'obtenir des efficacités élevées à des longueurs d'onde de reconstruction ajustables. Variante no 1 ler bain 50% alcool/50% eau - 500 C - 5' 2ème bain 100 alcool/0 eau - 600 C - 5' Variante n0 2 Pour hologramme à large bande spectrale, passage direct de l'immersion dans l'eau distillée à 400 C dans un bain d'alcool pur à 700 C. c) Développement et fixation à température ambiante Après sortie du bain d'eau distillée, on procède à la succession des bains d'alcool/eau suivants à température ambiante 25% / 75% - 5' 50% / 50% - 5' 90% / 10% - 5' 100% / 0% - 5' D'autres variantes sont possibles, par exemple variation du pH en ajoutant une solution d'acide chlorhydrique dans l'eau distillée au moment du rinçage ; en ajoutant du triéthanolamine ou des sels dans la solution de bichromate. 10 ) SECHAGE et PROTECTION Le séchage s'effectue soit par jet d'air chaud soit à température ambiante, soit sous vide, soit en étuve, le degré d'humidité étant maintenu en dessous de 40 %. L'hologramme est ensuite protégé par une plaque de verre rapportée, une feuille ou un film de plastique ou une couche de pulvérisation. REVENDICATIONS 1. Procédé de production industrialisable d'un support holographique mettant en oeuvre de la gélatine bichromatée et du bichromate d'ammonium caractérisé en ce qu'après préparation de la gélatine à une concentration de 1 à 20 % en poids par chauffage jusqu'à 700 C, puis filtration à une température thermostatée à 400 C, on effectue un prédurcissement par action du bichromate d'ammonium, que l'on dépose, sèche et durcit la gélatine sur un support plan transparent par des techniques connues, que l'on sensibilise ces plaques par trempage dans un bain de bichromate d'ammonium en concentration de 1 à 10 % suivi de l'action d'un agent mouillant pendant une durée de 2 à 10 minutes, que l'on expose, que l'on évacue le bichromate d'ammonium n'ayant pas réagit par un un rinçage à I'éau ou dans un bain de fixateur suivi d'un rinçage à l'eau, que l'on développe dans une solution de bichromate d'ammonium à 0,5 % à température ambiante pendant deux minutes et développement et fixation à température ambiante ou à chaud, que l'on sèche et que l'on protège par un film ou une pulvérisation. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le taux d'humidité est régulé à 40 %. 3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on utilise en remplacement du bichromate d'ammonium dans la phase de prédurcissement, une solution de formaldéhyde. 4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que la solution de formaldéhyde est utilisée en concentration de 0,2 % en volume. 5. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le faisceau d'exposition est disposé côté gélatine pour obtenir des hologrammes à bande spectrale plus large. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la phase de développement et fixation à chaud comprend une immersion dans l'eau distillée à 40-50 C, de 2 à 5 minutes et une série de bains de déshydratation à température croissante. 7. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que le premier bain d'alcool s'effectueà 50/50 % à 500 C pendant cinq minutes et le deuxième bain est un bain d'alcool pur à 600 C pendant cinq minutes. 8. Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'alcool préféré est l'alcool isopropy lique. 9. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'on passe directement de l'immersion dans l'eau distillée à 400C dans un bain d'alcool pur à 700C. 10. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que pour le développement et la fixation à température ambiante, on procède à la sortie du bain d'eau distillée, à la succession des bains d'alcool/eau suivants 25% / 75 % pendant cinq minutes 50% / 50 % pendant cinq minutes 90% / 10 % pendant cinq minutes 100% / O % pendant cinq minutes. 11. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on développe et fixe sans action de bichromate d'ammonium.