Brevet FR2614998A1 — publié le 19881110

DISPOSITIF OPTIQUE HOLOGRAPHIQUE CONSTITUANT UN DIFFUSEUR ET PROCEDE D'OBTENTION La présente invention concerne un dispositif optique holographique constituant un diffuseur ainsi que son procédé d'obtention. L'invention est relative, plus particulièrement, à la réalisation d'un diffuseur transparent à indicatrice orientée et sélectif en longueur d'onde. On entend par indicatrice en un point d'un élément optique diffuseur, le diagramme de répartition angulaire énergétique du rayonnement diffusé en ce point par transmission ou par réflexion, selon qu'il s'agit d'un diffuseur transparent ou réfléchissant. Les diffuseurs sont couramment utilisés pour former une image dans un système optique. Ils ne sont pas sélectifs en longueur d'onde. Ils diffusent la lumière comprise dans une large bande spectrale. Les indicatrices sont homogènes sur tout le diffuseur, c'est-à-dire qu'elles présentent pratiquement un même diagramme de répartition énergétique en chaque point. La diffusion peut être quasiment omnidirectionnelle se rapprochant de la loi de Lambert; dans ce cas, la distribution de l'énergie autour du point diffusant est indépendante de l'orientation du faisceau incident. Selon d'autres diffuseurs l'indicatrice présente un diagramme plus réduit et donc une certaine directivité de l'énergie diffusée et dans ce eas, la distribution de l'énergie au niveau du point diffusant est fonction de l'orientation du faisceau incident. L'énergie est distribuée autour de la direction du faisceau incident lorsqu'il s'agit de diffuseur travaillant en transmission. L'énergie est diffusée autour de la direction symétrique de la direction du faisceau incident par rapport à la 26 1 4998 normale au diffuseur, lorsqu'il s'agit d'un diffuseur travaillant en réflexion. Pour accroître la luminance de l'image dans la direction principale de diffusion, ou axe du diagramme énergétique, on utilise une indicatrice réduite et un effet directif. La limite à la réduction de la largeur de l'indicatrice est rapidement atteinte lorsque l'ensemble des indicatrices ne couvre plus une zone ou pupille d'observation prévue. En effet, pour observer une image diffusée par le support diffusant, l'image ayant été projetée ou formée sur ce support, il est nécessaire de pouvoir observer la totalité des points à partir de cette zone d'observation. Il faut donc bien que les indicatrices des différents points de la surface diffusante passent - au moins partiellement par l'oeil de l'observateur et donc par la zone d'observation située dans une portion de l'espace environnant le diffuseur. Le but de l'invention est de concillier à la fois des impératifs de luminance importante et de faculté d'observation préservée d'une image diffusée en mettant en oeuvre les propriétés des hologrammes, ces propriétés permettant en outre une sélection spectrale du rayonnement diffusé. Selon l'invention, il est réalisé un dispositif optique holographique comportant un hologramme obtenu par enregistrement d'une plaque photosensible et qui est déterminé pour produire la diffusion d'un rayonnement lumineux selon des indicatrices qui convergent dans une portion de l'espace, en s'appuyant sur au moins un contour fermé donné, pour délimiter au moins une zone à travers laquelle peut s'effectuer l'observation du rayonnement diffusée par l'hologramme. En outre, l'hologramme peut être déterminé pour constituer un diffuseur dans une bande spectrale restreinte La plaque support de l'hologramme peut être transparente pour laisser passer les autres longueurs d'ondes et permettre l'observation de deux Images distinctes, l'une par diffusion et l'autre par transmission. 26 1 4998 Les particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit donnée à titre d'exemple, à l'aide des figures annexées qui représentent: - Fig.1, un schéma de rappel d'un diffuseur conventionnel travaillant en réflexion; Fig. 2, un schéma de rappel d'un diffuseur conventionnel travaillant en transmission - Fig.3, un schéma d'un dispositif optique holographique diffuseur conforme à l'invention travaillant -en réflexion - Fig. 4, un schéma d'un dispositif optique holographique diffuseur conforme à l'invention travaillant en transmission; - Fig.5, un schéma relatif au procédé d'obtention d'un dispositif optique holographique diffuseur selon la figure 3; - Fig.6, un schéma d'un procédé d'obtention d'un dispositif optique holographique diffuseur selon la figure 4; - Fig.7, un schéma de détail d'un montage de l'optique dans le procédé selon figure 5 ou figure 6; - Fig.8, un schéma montrant l'utilisation du dispositif optique holographique selon la figure 3 combiné avec des moyens annexes pour produire une image diffusée par réflexion et éventuellement une deuxième image transmise à travers le diffuseur - Fig. 9, un schéma montrant l'utilisation du dispositif holographique selon la figure 4 combiné avec des moyens annexes pour produire une image diffusée par transmission et éventuellement une deuxième image transmise à travers le diffuseur. - Fig. 10, un schéma d'un dispositif optique holographique diffuseur selon la figure 3 et produisant plusieurs zones d'observation distinctes - Figs. 11l et 12, des schémas partiels relatifs à l'aménagement du procédé d'obtention selon la figure 5 ou 6 pour 26 1 4998 obtenir un dispositif optique holographique diffuseur selon la figure 10. Les figures 1 et 2 montrent un diffuseur conventionnel D respectivement réfléchissant et transparent. Il a été considéré une source ponctuelle S placée à distance du diffuseur D et qui éclaire le diffuseur. En considérant par exemple le rayon R1 issu de la source et aboutissant au point A extrémité, ce rayon est diffusé au point A selon un cône ou indicatrice I1 d'angle 01. La répartition énergétique est symbolisée par le diagramme de rayonnement DR et la direction prévilégiée ou axiale de l'indicatrice est indiquée par IA. Le rayon R2 aboutissant à l'autre extrémité en B est également diffusé selon une autre indicatrice I2 d'angle 02. Dans les diffuseurs conventionnels, les valeurs 01 et 02 sont du même ordre. Les directions axiales IA et IB correspondent sensiblement aux rayons symétriques par rapport à la normale des rayons R1 et R2 respectivement en A et en B, ceci dans le cas de la figure 1 o l'hologramme est réfléchissant. Dans le cas de la figure 2 les directions axiales IA et IB correspondent aux directions originelles respectives R1 et R2. On a considéré sur ces schémas des indicatrices réduites, c'est-àdire à effet relativement directionnel pour accroître la luminance du rayonnement diffusé. On se rend bien compte que l'observation simultanée de tous les points de l'hologramme n'est pas accessible aisément pour l'observateur, ou même impossible, d'autant plus que l'ouverture angulaire des indicatrices est réduite. La figure 3 représente -un dispositif optique holographique diffusant par réflexion conforme à l'invention. L'hologramme H est obtenu par enregistrement d'une plaque photosensible V. L'hologramme H est déterminé pour produire la diffusion du rayonnement lumineux selon des indicatrices qui convergent dans une portion de l'espace P0 en s'appuyant sur au moins un contour fermé CO pour délimiter au moins une zone d'observation ZO à travers laquelle est vu le rayonnement 26 1 4998 diffusé par l'hologramme H en n'importe quel point de celui-ci par un observateur qui sera situé dans l'espace P0 au niveau ou en aval de la zone Z0. Les indicatrices Il, I2 et autres des divers points de l'hologramme s'appuient sur le contour CO et présentent ainsi une certaine convergence délimitant la zone d'observation ZO à travers laquelle est vue la totalité de l'hologramme diffusant H. La figure 4 montre de manière similaire un dispositif optique holographique diffusant par transmission conforme à l'invention. Dans ce cas la plaque V support de l'hologramme H est en matériau transparent, par exemple en verre. On remarque sur ces figures que, contrairement aux systèmes connus selon figures 1 et 2, les directions axiales des indicatrices dans le cas des figures 3 et 4 ne répondent pas aux lois conventionnelles de la réflexion ou de la transmission mais à des propriétés directionnelles particulières résultant de l'enregistrement holographique, propriétés diffractives qui permettent d'assurer la convergence désirée des indicatrices et la délimitation de la zone d'observation ZO. La zone d'observation Z0 peut être restreinte et ainsi le rendement énergétique de la diffusion est important. Le fait d'utiliser un hologramme permet de régler l'indicatrice à la fois- en orientation de sa direction axiale, en largeur angulaire, et en profil c'est-à-dire répartition énergétique. Il en résulte, en particulier, que l'on peut également avoir une densité d'énergie variable dans la zone d'observation ZO et qui pourrait être par exemple plus forte vers la périphérie qu'au centre, ou inversement. Ce choix est A considérer en fonction de l'application prévue. - Le fait d'utiliser un hologramme permet d'assurer, en outre, une sélection spectrale en longueur d'onde et qui peut être très fine. Par exemple, la répartition lumineuse A diffusée peut être une image produite A partir d'un tube A rayons cathodiques qui émet donc dans une bande spectrale réduite; l'hologramme sera déterminé pour être diffusant dans cette bande 26 14998 spectrale et sans effet donc transparent pour les autres longueurs d'onde. Sur un même élément optique holographique diffusant H, pour une même direction d'éclairement ou une même source éclairante, le cône de diffusion (I1, I2,...) peut être orienté différemment suivant la position du point sur la plaque; l'ouverture du cône peut être variable ainsi que la répartition d'énergie dans le cône. L'élément optique holographique diffusant assure ainsi une fonction dlffusante uniquement pour des longueurs d'onde comprises une bande spectrale délimitée, ou éventuellement plusieurs bandes spectrales distinctes prédéterminées. Il est transparent pour les autres longueurs d'onde. Cette transparence n'est limitée que par la transmission intrinsèque des matériaux utilisés, notamment pour constituer la plaque support de l'enregistrement. La luminance de l'image formée peut être optimisée dans la zone d'observation, indépendamment de la géométrie du dispositif holographique. Le fait d'utiliser un élément optique holographique permet en effet d'avoir un support V de forme quelconque et non obligatoirement plan comme représenté sur les figures, quoique la version plane soit la plus commode à envisager pour l'exécution. Le rendement énergétique peut être proche de 1, c'est-à-dire que l'énergie transportée par le faisceau incident se retrouve réparti à la demande en quasi-totalité dans la zone d'observation ZO prévue. Les figures 5 à 7 sont relatives à l'obtention de l'hologramme en faisant interférer deux ondes lumineuses. En chaque point de l'élément optique holographique à enregistrer, une première onde a la direction du faisceau incident prévu en ce point. La deuxième onde est divergente dans un cône s'appuyant sur le contour de la zone d'observation. La première onde est fournie par la source S qui est orientée de même façon que pour l'utilisation prévue, vis-à-vis de l'élément optique 26 14998 holographique H.La deuxième onde est plus complexe; elle peut être créée par le montage indiqué comportant un diffuseur transparent D éclairé par une source S' non figurée. Cette source S' peut, par exemple, produire un rayonnement parallèle homogène éclairant l'arrière du diffuseur. Chaque point M du diffuseur D émet selon une indicatrice un rayonnement diffusé. Ce rayonnement diffusé est repris par une optique O1 qui forme une image ID du diffuseur à l'emplacement de la zone d'observation ZO prévue et ayant la dimension de cette zone d'observation. Ainsi en chaque point de l'hologramme H interfère une première onde représentative de l'onde incidente et une deuxième onde divergente couvrant la zone d'observation, ceci indépendamment de la forme et de l'orientation du support V. Dans ces montages, l'hologramme H et son support représenté par une plaque transparente V sont accolés à l'optique 1. La figure 7 montre une disposition avantageuse suivant laquelle l'optique O1 est une lentille plan-convexe dont la face plane est utilisée pour l'accoler avec une face plane correspondante du support V. L'hologramme H peut être compris, comme représenté entre deux plaques transparentes V1 et V2 selon un montage en sandwich. Les figures 8 et 9 sont relatives à l'utilisation de l'élément optique diffuseur qui est prévu en premier lieu pour diffuser une première image lumineuse. Des moyens annexes 2 projettent cette image sur le plan de l'hologramme H du dispositif diffuseur 1. L'ensemble 2 peut être constitué par une optique de transposition d'image 21 et un générateur d'image lumineuse 22, par exemple une matrice à cristaux liquides ou un tube à rayons cathodiques. En outre, avec un support V transparent l'observation d'une deuxième image transmise à travers le dispositif 1 et comportant un rayonnement situé dans une bande extérieure à celle du rayonnement diffusé peut être observée simultanément. Les moyens correspondants sont 2 6 1 4 9 98 symbolisés de même façon 'par un ensemble 3 et les éléments correspondants optique 31 et générateur d'image lumineuse 32 pour la deuxième image. Il peut s'agir simplement de la vision du paysage extérieur à travers le dispositif 1. Dans le cas du dispositif optique holographique fonctionnant par transmission selon la figure 9, étant donné que la source S représentée par l'ensemble 2 et que les moyens générateurs d'une deuxième image 3 se trouvent d'un même côté par rapport au dispositif 1, il y a lieu de prévoir une optique mélangeuse 4. Celle- ci peut être constituée avantageusement par un miroir dichroîque 4 qui laisse passer les bandes spectrales de rayonnement correspondant à chaque image, respectivement par réflexion et par transmission. Le dispositif optique holographique diffuseur conforme à l'invention admet de nombreuses variantes, notamment comme on l'a vu, selon que le fonctionnement du diffuseur est en réflexion, en transmission, avec sélection spectrale, avec transmission d'une deuxième image, etc... Il y a lieu de remarquer également que l'invention n'est pas réduite à la formation d'une unique zone d'observation Z0 et que l'hologramme 4 peut être conçu pour produire plusieurs zones coplanaires ou non, de mêmes dimensions ou de dimensions différentes, jointives ou non, etc... La figure 10 reprend le montage de la figure 3 travaillant en réflexion et Illustre à titre d'exemple la formation de deux zones Z01 et Z02. Pour réaliser l'hologramme correspondant, le procédé de la figure 5 (ou de la figure 6 par un fonctionnement en transmission) est à aménager en conséquence. La figure 11 montre une possibilité d'aménagement dans le cas de deux zones coplanaires avec un diffuseur D plan transparent et un cache opaque associé CH. Celui-ci, normalement appliqué contre le diffuseur, ne laisse passer le rayonnement S' que par ses parties transparentes ST1 et ST2 qui délimitent les zones de diffusion SD1 et SD2 sur le diffuseur D. L'optique 01 forme ensuite les images de ces deux 261 4998 zones SD1 et SD2 de diffusion à l'emplacement des zones d'observation désirées Z01 et Z02. La figure 12 montre une autre possibilité d'aménagement dans le cas o les zones d'observation Z01 et Z02 -à former ne sont pas coplanaires. On utilise deux éléments diffuseurs plans transparents D1 et D2 qui sont disposés relativement dans des plans distincts comme doivent l'être les zones à former. Les éléments diffuseurs sont éclairés à travers le cache associé CH qui comporte deux aires transparentes ST1 et ST2, par exemple de forme circulaire comme représenté. On a considéré dans cette version une source ponctuelle S' qui illumine les parties SD1 et SD2 des diffuseurs qui sont délimitées par action du cache CH interposé sur le trajet Optique. Comme on l'a vu l'hologramme peut être sélectif en fréquence et rien n'empêche, à titre d'exemple, d'avoir des bandes spectrales différentes dans les deux zones de la figure , une première bande spectrale étant diffusée à travers la première zone d'observation Z01 et une deuxième bande spectrale étant diffusée à travers la deuxième zone d'observation Z02. On considère dans ce cas qu'il y a une première source de rayonnement S qui rayonne dans une première bande spectrale et une deuxième source de rayonnement SO (tracé en pointillé) qui rayonne dans une deuxième bande de rayonnement. De manière généralisée on voit que l'on peut produire une pluralité N de zones d'observation distinctes et une pluralité P de bandes spectrales distinctes le paramètre P de bandes spectrales à diffuser étant au plus égal au nombre N de zones. Chaque zone peut être prévue pour passer au moins une bande spectrale, sinon plusieurs. Dans le cas simple de la figure 10 la source S peut correspondre à un générateur d'une première image à diffuser et la source SO à un générateur d'une deuxième image à diffuser en superposition avec la première. 2 6 1 4 9 98 REVENDICATIONS 1. Dispositif optique holographique comportant un hologramme obtenu par enregistrement d'une plaque photosensible, caractérisé par le fait que l'hologramme (H) produit la diffusion d'un rayonnement lumineux selon des indicatrices (II,I2,...) qui convergent dans une portion de l'espace (PO), s'appuyant sur au moins un contour fermé donné (CO), pour y délimiter au moins une zone (Z0) à travers laquelle s'effectue l'observation du rayonnement diffusé par l'hologramme. 2. Dispositif holographique diffuseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'hologramme produit la diffusion d'un rayonnement lumineux compris dans au moins une bande spectrale déterminée. 3. Dispositif holographique diffuseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que des moyens de visualisation (2) annexes forment une image lumineuse sur l'hologramme (H), l'observation de cette image s'effectuant à travers ladite zone (ZO) dans un champ d'observation délimité par ladite portion de l'espace (PO). 4. Dispositif holographique diffuseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'hologramme (H) produit la diffusion par réfexion dudit rayonnement lumineux incident lequel est produit par lesdits moyens de visualisation annexe (2) qui sont situés du même côté que l'observateur par rapport au dispositif diffuseur (1). 5. Dispositif holographique diffuseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite plaque (V) est un support transparent permettant d'observer une deuxième image par transmission à travers celle-ci et l'hologramme (H). 6. Dispositif holographique diffuseur. selon la revendication 5, caractérisé en ce que des moyens de visualisation complémentaires (3) projettent une seconde image lumineuse sur ledit dispositif diffuseur (1), ces moyens de 261499 visualisation complémentaire étant situés de l'autre côté du dispositif diffuseur par rapport à l'observateur. 7. Dispositif holographique diffuseur selon l'ensemble des revendications 2 et 6, caractérisé en ce que les moyens de visualisation complémentaires (3) produisent un rayonnement compris dans une bande spectrale différente de celle desdits moyens de visualisation annexes (2). 8. Dispositif holographique diffuseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le support (V) est transparent et lesdits premiers moyens de visualisation (2) sont situés de l'autre côté du dispositif diffuseur (1) par rapport à l'observateur. 9. Dispositif holographique diffuseur selon l'ensemble des revendications 2 et 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de visualisation complémentaires (3) pour projeter une deuxième image lumineuse sur ledit dispositif diffuseur (1), lesdits moyens de visualisation complémentaires émettant un rayonnement dans une bande spectrale distincte de celle d'émission desdits moyens de visualisation annexes (2), un miroir dichroique (4) étant prévu pour combiner lesdits rayonnements en direction du dispositif diffuseur (1). 10. Dispositif holographique diffuseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque (V) support de l'hologramme est plane. 11. Procédé d'obtention d'un dispositif optique holographique diffuseur selon l'une quelconque des revendications i à 10, caractérisé en ce qu'il utilise une première source (S) pour produire une première onde orientée par rapport à l'hologramme (H) de la même manière que dans les conditions d'utilisation envisagées, une deuxième source (S') qui éclaire un élément diffuseur (D) pour produire un objet lumineux diffusant, et une optique (O1) pour produire dudit objet lumineux une image (ID) située à l'emplacement de ladite zone d'observation (Z0) et ayant les dimensions de cette zone, ledit rayonnement diffusé repris par l'optique et divergent dans 26 1 499' un cône s'appuyant sur le contour de la zone d'observation constituant la deuxième onde d'enregistrement. 12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel l'optique (01) utilisée est plan-convexe, la plaque photosensible (V-H) à enregistrer étant transparente et accolée sur la face plane de l'optique. 13. Dispositif holographique diffuseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'hologramme (H) produit plusieurs zones d'observation distinctes (ZO1,Z02). 14. Dispositif holographique diffuseur selon l'ensemble des revendications 2 et 13, caractérisé en ce que la diffusion est produite pour un rayonnement lumineux compris dans au moins deux bandes spectrales distinctes. 15. Dispositif holographique diffuseur selon la revendication 14, caractérisé en ce que le rayonnement lumineux diffusé à travers chaque zone d'observation et relatif à un spectre distinct, les bandes spectrales étant en nombre (P) égal à celui (N) des zones d'observation. 16. Dispositif holographique diffuseur selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que les zones d'observation ne sont pas coplanaires. 17. Procédé selon la revendication 11 ou 12 pour l'obtention d'un dispositif holographique diffuseur selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que l'élément diffuseur (D) est associé à un cache (CH) comportant autant de zones transparentes (ST1,ST2) qu'il y a de zones d'observation (ZO01,Z02) à obtenir, et dont les dimensions sont déterminées en conséquence. 18. Procédé selon la revendication 17 pour l'obtention d'un dispositif holographique diffuseur selon la revendication 16, caractérisé en ce que le diffuseur est en plusieurs morceaux (D1,D2) pour produire des zones diffusantes (SD1,SD2) non coplanaires.