Brevet FR2687484A1 — publié le 19930820

FILTRE HOLOGRAPHIQUE DE PROTECTION CONTRE DES RAYONNEMENTS, NOTAMMENT LASER La présente invention concerne un filtre holographique de protection contre des rayonnements, notamment laser Elle s'applique particulièrement à la réalisation de lunettes ou de visières pour la protection efficace des yeux face à une illumination laser monoraie ou multiraies tout en offrant une bonne transmission sur le reste du spectre visible, de manière à garder un confort de vision au travers des lunettes ou des visières Plus généralement, elle s'applique à la protection de tous capteurs physiques susceptibles d'être détruits ou endommagés par des rayonnements, émis par laser par exemple. Il existe plusieurs solutions pour atténuer des rayonnements, par exemple par absorption d'une ou de plusieurs de leurs raies Les absorbants classiques ne sont pas assez sélectifs et toute protection efficace altère considérablement la transmission du reste du spectre visible Par exemple, pour se protéger d'une raie donnée et obtenir une atténuation correspondant à une densité supérieure à 5, l'ensemble du spectre visible devient très fortement atténué La densité précitée exprimant l'atténuation de la raie signifie que, dans ce cas seulement une partie inférieure à 10-5 de l'énergie de la raie à atténuer est transmise. Plus généralement, une densité égale à N signifie que l'énergie transmise à travers l'absorbant est égale à 10-n de l'énergie reçue par cet absorbant. Les seuls absorbants sélectifs connus sont les absorbants "upasse-rouge" ne filtrant que les raies de longueur d'onde inférieure à 520 nm environ, mais ces absorbants dégradent grandement la vision, le paysage ayant un aspect jaune, voire rouge. Une autre solution consiste à utiliser des dispositifs de filtrage réalisés à base de couches minces; celles-ci sont constituées par un empilements de couches métalliques ou diélectriques représentant une variation d'indice dont le but est de dévier et réfléchir la lumière Dans de tels dispositifs, la largeur de la bande spectrale réfléchie est directement liée au domaine angulaire à protéger Par exemple, s'il est envisagé de protéger un fort domaine angulaire, plus ou moins 45 par exemple, contre une raie laser ( 532 nm par exemple), il faut, pour un angle d'incidence donné, 300 par exemple, réfléchir une large bande spectrale, comprise entre 490 et 570 nm, ce qui détériore la vision Si cette solution paraît suffisamment sélective au niveau de l'angle d'incidence, elle ne l'est pas au niveau de la longueur d'onde. Le but de l'invention est de pallier les inconvénients précités. A cet effet l'invention a pour objet un filtre holographique de protection d'un capteur contre des rayonnements, comprenant au moins un support recouvert d'un premier hologramme composé d'un empilement de strates,caractérisé en ce que la géométrie des strates de l'hologramme varie en fonction de l'angle sous lequel elles sont vues par le capteur. L'invention a pour principaux avantages qu'elle permet de filtrer de façon sélective un ou plusieurs rayons lumineux sur une grande plage angulaire tout en assurant une bonne transmission du reste du spectre visible, qu'elle permet une protection efficace de l'oeil ou de tout autre capteur face à des rayonnements laser, enfin qu'elle permet de garder un confort de vision dans le cas d'application à des lunettes ou des visières par exemple. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit, faite en regard des dessins annexés qui représentent: la figure la, la position d'un oeil ou d'un capteur par rapport à un filtre selon l'invention; la figure lb,un premier exemple de réalisation possible d'un filtre selon l'invention; la figure 2, un principe de méthode d'enregistrement d'hologramme pour la réalisation du filtre précité; la figure 3, un deuxième exemple de réalisation possible d'un filtre selon l'invention; la figure 4, un principe de méthode d'enregistrement d'hologramme pour la réalisation du filtre précité; la figure 5 a, un troisième exemple de réalisation possible d'un filtre selon l'invention; la figure 5 b, un principe de méthode d'enregistrement d'hologramme pour la réalisation du filtre précité; la figure 5 c, des zones d'acceptance angulaire du filtre précité. Les figures la, et lb, illustrent un exemple possible de filtre réalisé selon l'invention dans le cas o l'oeil ou le capteur restent fixes par rapport au filtre Sur la figure la, un support 1, transparent à la lumière, qui peut être plan, est recouvert par un hologramme 2 Cet hologramme 2 est vu par un oeil humain 3 ou un capteur par exemple, l'hologramme 2 est composé d'un empilement de strates L'indice de réfraction de l'hologramme 2 présente une modulation d'indice L'indice varie périodiquement suivant l'épaisseur du matériau d'enregistrement de l'hologramme, la période de variation constitue le pas des strates, cette variation peut par exemple être sinusoïdale. Selon l'invention, dans le but de filtrer une ou plusieurs raies optique de façon sélective, le support 1 recouvert de l'hologramme 2 étant à une distance sensiblement constante de l'oeil 3, la géométrie des strates varie suivant l'angle O sous lequel elles sont vues par l'oeil 3. La figure lb présente une réalisation possible selon l'invention en illustrant une variation de géométrie possible des strates de l'hologramme 2 Le support 1 et l'hologramme 2 sont principalement agrandis dans le sens de leurs épaisseurs par rapport à la figure la La géométrie des strates est représentée telle qu'elle est par exemple à un point A et à un point B de l'hologramme Le point A est vu par l'oeil 3 selon une direction 4 perpendiculaire au support 1 comme le montre la figure la alors que le point B est vu par l'oeil 3 selon une direction 5 faisant un angle O avec la direction 4 précitée Dans le cas de la figure 1 b, la différence de géométrie entre les strates 8 au point A et les strates 9 au point B tient à la variation du pas entre celles-ci Si X désigne la longueur d'onde d'une raie à filtrer au point B et O l'angle d'incidence de s cette raie par rapport à la normale de l'hologramme 2 sur le support 1, le pas des strates de l'hologramme dans le matériau d'enregistrement holographique produisant la réflection de la raie sur ce dernier est donné par la relation Bragg: P= X o( 1) p désignant le pas 2 cos O Ainsi le filtrage de la raie est obtenu par réflexion de celle-ci sur l'hologramme. Par exemple, au point A, p = Selon l'invention, pour protéger l'oeil 3 ou tout autre capteur contre un rayonnement de longueur d'onde donnée dans toutes les directions suivant lesquelles l'oeil voit l'hologramme 2 entre les bords 6 et 7 de celui-ci, le pas des strates peut varier par exemple en fonction de l'angle O sous lequel elles sont vues selon la relation ( 1) mentionnée précédemment. Il serait possible de superposer plusieurs filtres de pas différents permettant de filtrer des longueurs d'ondes différentes sur des zones angulaires différentes. L'avantage de la réalisation du filtre selon l'invention illustré par la figure lb est qu'il est aisé d'enregistrer l'hologramme 2 par des méthodes holographiques connues de l'homme de l'art Il faut néanmoins que le pas des strates soit défini de façon suffisamment précise pour que le filtre réalisé selon l'invention soit suffisamment sélectif La figure 2 présente un premier mode de réalisation d'un tel hologramme à strates parallèles au support et à pas variable. Pour améliorer la stabilité, le support 1 ayant une de ses faces recouverte d'un matériau photosensible 21 pour l'enregistrement de l'hologramme 2, une méthode possible consiste à le mettre au contact d'un miroir 22, la réflexion des rayons laser d'enregistrement 23 issus d'un point source 24 sur le miroir 22 générant des rayons interférant avec les précédents Cette solution permet d'obtenir une seconde source d'émission parfaitement stable par rapport au support L'angle d'incidence de chaque rayon d'enregistrement fixe le pas des strates et par voie de conséquence, le futur rayon incident filtré, à longueur d'onde 1 o donnée. La figure 3 présente une autre configuration possible du filtre selon l'invention en illustrant une autre variation possible de géométrie des strates de l'hologramme 2 Dans ce mode de réalisation, le pas des strates au point A vu par l'oeil 3 suivant une direction normale par rapport au support 1 est par exemple identique au cas précédent, de la figure 1 b, si la raie à filtrer est la même Au point A, d'après la relation ( 1), le pas PA est donné par la relation suivante: PA 2 2 puisqu'en ce point cos O = 1. Au point B, les strates 1 ont le même pas que les states 8 au point A, mais elles sont inclinées par rapport a ces dernières Les strates au point B sont toutes parallèles entre elles mais elles sont inclinées de façon à être vues par l'oeil 3 suivant une direction perpendiculaire à leur plan d'inclinaison, raison pour laquelle le pas des strates au point B est toujours donné par la relation ( 2) Dans ce second mode de réalisation possible, les strates de l'hologramme 2 sont orientées de façon à être vues par l'oeil 3 suivant une direction perpendiculaire à leur plan tangent, quelque soit l'endroit o elles se situent. La configuration illustrée par la figure lb offre l'avantage d'être simple à enregistrer et conduit à un hologramme sans images parasites. Elle présente par contre une forte largeur spectrale en bord de champ, et permet un débattement de l'oeil ou du capteur limité. La configuration illustrée par la figure 3 présente une meilleure sélectivité angulaire donc une meilleure transmission du paysage par contre elle est plus difficile à réaliser, l'oeil ou le capteur est figé et l'hologramme peut présenter des images parasites. Une méthode d'enregistrement des strates pour la réalisation de ce second mode de réalisation est illustrée par un schéma de principe présenté par la figure 4 Le support 1 est recouvert sur une de ses faces d'un matériau d'enregistrement photosensible 21, son autre face étant soumise à un rayonnement 23 de lumière cohérente Le rayonement 23 traverse le support 1 et le matériau d'enregistrement 21, celui-ci étant plaqué contre une lentille plan convexe 41 dont la face convexe 42 est traitée réfléchissante La courbure est telle que tout rayon issu de la source 43 se réfléchit normalement sur la face convexe 42, correspondant à l'enregistrement d'une onde sphérique en autocollimation au centre d'un miroir concave La sélection de la longueur d'onde filtrée peut se faire en jouant sur la longueur d'onde du rayonnement 23 qui doit être voisin de la longueur d'onde de portection. La figure 5 a illustre une réalisation possible d'un filtre selon l'invention permettant à l'oeil 3 ou à tout autre capteur d'être protégé et mobile par rapport à l'hologramme, selon un axe coplanaire à la figure. Pour cela le filtre de la figure 5 a comporte un premier support 1 recouvert d'un premier hologramme 2 dont les strates symbolisées par des traits 31 ont une inclinaison constante, la normale Ni à ces states faisant un angle a avec la normale N du support 1. Une méthode d'enregistrement des strates inclinées à pas constant est illustrée par le schéma de principe présenté par la figure 5 b. Le support 1 est recouvert sur une de ses faces d'un matériau d'enregistrement photosensible 21, son autre face étant soumise à un rayonnement 23 de lumière cohérente Le rayonnement 23 traverse le support 1 et le matériau d'enregistrement 21, celui-ci étant plaqué contre un prisme 51 d'angle, au sommet, a Le rayonnement se réfléchit selon un angle 2 a contre un miroir 52, fixé sur le prisme 51 Les interférences créées par les rayons incidents et réfléchis à l'intérieur du prisme 51 sont enregistrées par le matériau 21 avec des strates inclinées d'un angle a par rapport au support. Sur le premier hologramme 2 de la figure Sa est superposé un deuxième hologramme 34 Ces deux derniers sont par exemples fixés l'un à l'autre par une colle optique 33 Les strates du deuxième hologramme 34 sont parallèles au support 1, leur normale N 2 est donc parallèle à la normale N du support 1 et leur pas est constant Il s'obtient selon le principe de la figure 5 b mais en supprimant le prisme, correspondant ainsi à l'enregistrement d'un faisceau collimaté sur un miroir Le deuxième hologramme 34 est recouvert par un troisième hologramme 36 Ces deux derniers sont par exemple assemblés par une colle optique 35 L'hologramme 36, sur un support 37, a des strates inclinées symbolisées par les traits 32, identiques par exemples à celles du premier hologramme 2 à l'exception près que leur normale N 3 fait un angle a avec la normale N du support 21 mais est symétrique à la normale Ni par rapport à cette normale N Les longueurs d'onde filtrées selon la normale aux hologrammes 2, 34, 36 sont identiques. Le mode de réalisation d'un filtre selon l'invention de la figure a permet de rendre mobile l'oeil 3 par rapport au filtre parallèlement au filtre dans le plan de la figure. Chaque hologramme possède en pratique une zone angulaire autour de sa normale appelée zone d'acceptance angulaire o l'oeil ou tout autre capteur peut se mouvoir tout en restant protégé contre un rayonnement de longueur d'onde donnée Ces zones font cependant un angle d'ouverture relativement faible et en conséquence, une seule zone offre peut de mobilité à l'oeil 3. C'est le cas des figures 1 b et 3 o un seul hologramme impose pratiquement à l'oeil de rester fixe par rapport au filtre pour être protégé. Le filtre de la figure 5 a en augmentant le nombre de ces zones d'acceptance angulaire permet une mobilité de l'oeil 3 comme le montre la figure 5 c. La figure 5 c illustre les zônes d'acceptances angulaires a 1 a 2 a 3 relatives respectivement aux hologrammes 2, 34, 36 filtrant par exemple chacun la même longueur d'onde A condition que ces zones se chevauchent, comme c'est le cas sur la figure 5 c l'oeil peut se déplacer dans la zone globale d'acceptance augulaire rassemblant ces trois zones angulaires a 1, a 2, a 3 tout en restant protégé contre des rayonnements selon un axe coplanaire à la figure Il serait possible d'augmenter le nombre d'hologrammes superposés pour augmenter la zone globale d'acceptance angulaire, ces hologramme ayant des strates plus ou moins inclinées La transmission globale du filtre en serait affectée. Les exemples de réalisation de filtres selon l'invention présentés précédemment étaient monoraie, c'est à dire qu'ils filtraient le rayonnement dans une bande autour d'une longueur d'onde donnée, la bande pouvant être la plus étroite possible. De manière analogue à l'exemple de réalisation de la figure 5 b, il est possible de superposer plusieurs hologrammes, dans les limites acceptables de la qualité de vision Mais dans ce cas, chaque hologramme filtre une longueur d'onde donnée. Cela permet de réaliser un filtre multiraies, filtrant plusieurs longueurs d'ondes. Les hologrammes peuvent alors être réalisés suivant une géométrie variable de leurs strates analogue au premier mode de réalisation de la figure lb, c'est à dire par variation du pas de ces dernières, ou analogue au second mode de réalisation de la figure 3, c'est à dire par variation d'inclinaison des strates. Il est possible de combiner ce dernier mode avec celui présenté par la figure 5 b et réaliser un filtre multiraies. Les matériaux d'enregistrement des hologrammes peuvent être par exemple de la gélatine argentique, de la gélatine bichromatée ou un photopolymère, tous sensibles au rayonnement contre lequel il faut se protéger. Les supports 1, 37 peuvent être par exemple en verre, en plastique ou tous matériaux transparents aux ondes à transmettre et s permettant la mise en oeuvre de l'enregistrement des hologrammes selon des méthodes connues de l'homme de l'art. Enfin, un filtre selon l'invention peut être associé à une autre technique de filtre, notamment non holographique, constitué par exemple d'absorbant et de couches minces. REVENDICATIONS 1 Filtre holographique de protection d'un capteur ( 3) contre des rayonnements, comprenant au moins un support recouvert d'un premier hologramme ( 2) composé d'un empilement de strates ( 8, 9, 10), caractérisé en ce que la géométrie des strates ( 8, 9, 10) de l'hologramme ( 2) varie en fonction de l'angle ( capteur ( 3). 2 Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pas des strates ( 8, 9) varie en fonction de l'angle ( vues par le capteur ( 3). 3 Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le pas des strates ( 8, 9) varie comme le rapport de la longueur d'onde à filtrer sur deux fois le cosinus de l'angle (O) sous lequel elles sont vues par le capteur ( 3). 4 Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'inclinaison des strates ( 8, 10) par rapport à la normale du support ( 1) varie en fonction de l'angle ( 0) sous lequel elles sont vues par le capteur ( 3). Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 ou 4, caractérisé en ce que les strates ( 8, 10) sont orientées de façon à être vues par le capteur ( 3) suivant une direction perpendiculaire à leur plan tangent. 6 Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les strates ( 8) vues par le capteur ( 3) sous un angle nul (A) sont perpendiculaires à la normale du support ( 1). il 7 Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un deuxième hologramme ( 34) superposé au premier hologramme ( 2), le deuxième hologramme ( 34) ayant des strates dont la géométrie est différente de celles du premier hologramme ( 2). 8 Filtre selon la revendication 7, caractérisé en ce que le premier hologramme ( 2) et le deuxième hologramme ( 34) sont superposés et sont fixés par une colle optique, la colle optique étant associée à un absorbant sélectif. 9 Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support ( 1) est en verre. Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support ( 1) est en plastique. 11 Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capteur ( 3) est un oeil humain. 12 Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les rayonnements filtrés sont des rayonnements laser.