Brevet FR2965643A1 — publié le 20120406

La présente invention concerne un procédé holographique d'enregistrement en une seule étape d'une image volumique, orthoscopique, réelle ou partiellement réelle, et de restitution de celle-ci, rendue conformément à son homothétie volumique, soit restituée conformément à ses proportions tridimensionnelles, procédé assurant la fonction que l'onde restituée est identique à l'onde enregistrée. Le domaine technique concerne les procédés holographiques d'enregistrement d'images en une seule étape, à partir d'un objet matériel ou d'une scène matérielle, notamment en application aux portraits holographiques. Selon l'état de la technique, il est connu des procédés d'enregistrement d'images volumiques, orthoscopiques, réelles ou partiellement réelles, en une seule étape. Le problème principal est que d'une part, les proportions tridimensionnelles ne sont pas restituées, ce qui constitue une déformation de l'image et que d'autre part, un ensemble d'autres aberrations détériore cette même image. L'aberration de déformation tridimensionnelle de l'image volumique est la plus gênante. Les procédés connus utilisent une lentille ou un miroir concave pour former une image volumique intermédiaire que l'on exploite pour l'enregistrement holographique. Dans les faits, on limite la profondeur des objets ou des scènes pour limiter les effets de ces aberrations, mais ce qui réduit la capacité volumique des enregistrements d'images holographiques. Les problèmes techniques à résoudre sont les suivants : - enregistrer une image volumique qui ne soit pas limitée en volume, ou autrement dit, qui ne soit pas limitée dans ses proportions tridimensionnelles - restituer l'homothétie volumique - sur l'image holographique, rendre le champ angulaire maximal par rapport au champ angulaire saisi (ou capturé) - pouvoir choisir, sans limitation, le plan de séparation entre les deux images volumiques, l'une virtuelle et l'autre réelle, ce qui implique qu'il est possible d'obtenir une image entièrement réelle ou partiellement réelle - lire ou restituer l'image holographique au moyen d'une onde sphérique divergente, ce qui est le plus facile d'utilisation et le plus avantageux - pour une application aux portraits holographiques, pouvoir choisir, de façon aisée, la part du visage qui apparaîtra en avant de l'hologramme et en conséquence, la part du visage qui apparaîtra à l'arrière de ce même hologramme - pouvoir réaliser des hologrammes de transmission et de réflexion au moyen d'un même montage holographique Le procédé selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients. Il s'agit d'un procédé holographique d'enregistrement en une seule étape d'une image volumique, orthoscopique, réelle ou partiellement réelle, et de restitution de celle-ci, rendue conformément à son homothétie volumique, soit restituée conformément à ses proportions tridimensionnelles, procédé assurant la fonction que l'onde restituée est identique à l'onde enregistrée, caractérisé en ce que le procédé exploite un système optique centré afocal composé de lentilles ou d'objectifs équivalents en longueur focale à ces lentilles. L'homothétie volumique, nécessaire à la restitution fidèle de l'objet, est obtenue au moyen d'un système afocal consistant au fait qu'un objet matériel ou qu'une scène matérielle soit localisé sur le lieu du plan focal objet d'une première lentille et qu'une seconde lentille, identique à la première lentille, soit placée sur le plan antiprincipal image de cette première lentille ; ce qui produit en conséquence, une image réelle volumique se formant sur le lieu du plan focal image de cette seconde lentille, le support holographique étant placé sur ce même plan focal ; l'homothétie volumique étant obtenue aussi au moyen de ce système afocal dans le cas d'un objet matériel ou d'une scène matérielle localisé en avant ou en arrière du plan focal objet de la première lentille. Le champ angulaire rendu de l'image formée, à l'émergence du système afocal, est maximal au moyen que, si la distance focale de chaque lentille (ou objectif équivalent) présente la valeur F, alors, la valeur maximale de ce champ angulaire rendu, est obtenue lorsque l'objet ou la scène se localise à une distance de 4F de l'image formée. L'image holographique se divise en deux parties, l'une virtuelle et l'autre réelle ; il est possible de choisir le plan de séparation entre ces deux images volumiques, ce qui implique qu'il est possible d'obtenir une image entièrement réelle ou partiellement réelle, au moyen d'un déplacement longitudinal de l'objet d'avant en arrière, autour de sa position initiale sur le lieu du plan focal objet de la première lentille composant le système afocal. L'invention est décrite en référence aux 9 dessins annexés représentant, à titre d'exemples non limitatifs, les formes de réalisation préférées du procédé holographique qu'elle concerne. Suivant l'invention, les problèmes techniques exprimés ci-avant sont résolus à l'aide de ce procédé. La figure 1 présente l'état de l'art. On réalise l'hologramme d'un objet au moyen d'une lentille (ou d'un groupe de lentilles). Un obturateur (1) contrôle la durée d'exposition de l'hologramme. Un miroir de renvoi (2) dirige le faisceau laser sur un séparateur (5) formant un faisceau dit de référence en direction du miroir de renvoi (3) et un faisceau dit objet en direction d'un miroir de renvoi (4). Le filtre spatial (6) assure la cohérence spatiale nécessaire à l'obtention d'un contraste de franges satisfaisant. Le filtre spatial (7), agissant comme un épurateur de faisceau, assure un éclairage satisfaisant de l'objet (9) à enregistrer. La lentille (8) forme une image réelle volumique de l'objet (9) ; la plaque holographique (10) est placée sur le lieu de cette image volumique. Considérons l'objet comme centré sur le plan anti-principal objet, une image réelle volumique de grandissement -1 se forme, centrée sur le plan anti-principal image. On a donc enregistré une image holographique de même dimension que l'objet. Néanmoins, l'homothétie volumique ne peut être réalisée. Un ensemble d'aberrations déforme l'image volumique produite : l'image holographique ne peut être fidèle à l'objet initial (9). La figure 2 précise les conditions de cette homothétie volumique qui ne peut être réalisée. Présentons un objet (11) de forme cubique, à titre d'exemple. Une lentille (8) forme une image volumique (12) de cet objet. Considérons que le centre de ce cube coïncide avec le plan anti-principal objet. En conséquence, l'image de ce cube en son centre se forme sur le plan anti-principal image, lieu où se localise la plaque holographique (13) ; le grandissement sur ce plan est -1. L'image volumique formée (12) illustre les déformations inévitables : à l'avant de l'objet correspond une image élargie et étirée ; et à l'arrière de l'objet correspond une image rétrécie et réduite. Cette aberration est considérée comme principale ; le fait de la traiter autoriserait l'enregistrement holographique d'un objet dans les conditions satisfaisantes d'une homothétie volumique nécessaire à la restitution fidèle de l'objet. La figure 3 présente une solution ; un système afocal est proposé, l'objet volumique (16) est localisé sur le lieu du plan focal objet d'une première lentille. Une seconde lentille, identique à la première lentille, est placée sur le plan antiprincipal image de cette première lentille ; en conséquence, une image réelle volumique (17) se forme sur le lieu du plan focal image de cette seconde lentille. Une plaque holographique (18) est placée sur ce plan focal. Chacune des lentilles peut être constituée d'un objectif équivalent en longueur focale à ces lentilles. Dans ces conditions, l'homothétie volumique est réalisée ; le grandissement de l'image formée est -1. Ainsi, l'image volumique (17) présente les mêmes dimensions que l'objet initial (16). Si on déplace longitudinalement l'objet, d'avant en arrière, l'image volumique se forme plus en avant ou plus en arrière de la plaque holographique (18). Ainsi, l'homothétie volumique est obtenue aussi dans le cas d'un objet localisé en avant ou en arrière du plan focal objet de la première lentille. On agit ainsi sur la partie réelle et sur la partie virtuelle de l'image holographique lors de sa restitution. En conséquence, l'image holographique peut être entièrement réelle ou entièrement virtuelle ou partiellement virtuelle et réelle. Cette possibilité est exploitée dans la mise en oeuvre de la présente invention. Au champ angulaire, saisi par la première lentille, correspond un champ angulaire, rendu par la seconde lentille. La présente invention propose une solution destinée 40 à optimiser la valeur de ce champ angulaire, saisi et rendu. La valeur de champ angulaire est maximale pour un objet ou une scène localisé sur le plan focal objet de la première lentille, et en conséquence pour son image formée au plan focal image de la seconde lentille ; ce qui constitue le cas optimisé. Au-delà de cette localisation optimisée de l'objet ou de la scène, examinons les autres cas : Si l'objet ou la scène se rapproche de la première lentille, la valeur de champ angulaire saisi serait supérieure à celle du cas optimisé, mais la valeur de champ angulaire rendu serait inférieure ; l'image formée à l'émergence de la seconde lentille s'éloignant et ainsi, la distance augmentant entre cette image et cette seconde lentille. Si l'objet ou la scène s'éloigne de la première lentille, la valeur de champ angulaire saisi serait inférieure à celle du cas optimisé ; en effet, il ne peut y avoir restitution d'un champ angulaire plus grand que celui saisi ; en conséquence, la valeur de champ angulaire rendu serait inférieure. En conclusion, si la distance focale de chaque lentille présente la valeur F, alors, la valeur maximale de champ angulaire rendu, est obtenue lorsque l'objet ou la scène se localise à une distance de 4F de l'image formée. La figure 4 présente la solution d'obtention d'une image holographique réelle volumique et orthoscopique réalisée en une seule étape. À titre d'exemple, une scène (19) est représentée, il s'agit d'un objet localisé en avant d'un décor plan. Cette scène est éclairée de façon homogène au moyen de deux faisceaux, issus des filtres spatiaux (20,21). Le système afocal, formé des lentilles (14,15), produit une image volumique en avant d'une plaque holographique (23). Chacune des lentilles (14,15) peut être constituée d'un objectif équivalent en longueur focale à ces lentilles. La position de cette plaque holographique est ajustée de façon à choisir précisément le lieu de l'image de la scène (19). En pratique, il est avantageux, pour des raisons cognitives, de faire coïncider le décor plan de la scène (19) avec le plan de la plaque holographique (23). L'image (22) est représentée en fonction de ses parties visibles. Toutes les zones non éclairées de la scène (19) sont invisibles. La scène est disposée en position renversée pour l'obtention d'une image holographique en position à l'endroit. La figure 5 présente le principe de restitution de l'image holographique. L'onde de lecture, issue du filtre spatial (6), est identique à celle de référence utilisée lors de l'enregistrement qui est sphérique divergente et qui est issue d'un filtre spatial identique (6); en conséquence, l'onde restituée est conforme à l'onde enregistrée. Par suite, considérons que l'image restituée (24) est conforme à l'image enregistrée (22). L'image holographique produite est donc réelle entièrement, volumique et orthoscopique. Cette situation est avantageuse : utiliser une onde sphérique divergente comme faisceau de référence lors de l'enregistrement et ensuite, utiliser la même onde sphérique divergente pour restituer l'image holographique. En général, il y a disparité entre la forme de l'onde de référence et l'onde de lecture. Dans la plupart des cas pratiques, il est nécessaire d'utiliser, à la lecture, une onde conjuguée à celle utilisée en référence lors de l'enregistrement. En conséquence, si l'onde de référence est sphérique divergente, l'onde de lecture doit être sphérique convergente ; et si l'onde de référence est plane, l'onde de lecture doit être plane. En conséquence, la présente invention constitue une possibilité avantageuse. La figure 6 présente l'application aux portraits holographiques dans le cas d'un hologramme de réflexion. Un sujet (25) est éclairé au moyen d'un faisceau issu d'un filtre spatial (7) ou au moyen de plusieurs faisceaux (non représentés). Un système afocal constitué des lentilles (14,15) forme une image réelle, volumique, de grandissement -1, orthoscopique (26). Chacune des lentilles (14,15) peut être constituée d'un objectif équivalent en longueur focale à ces lentilles. Un support holographique (28) se constituant d'une plaque ou d'un film à titre d'exemple est placé sur le lieu de l'image volumique formée. La position de ce support holographique (28) est ajustable en translation longitudinale de telle façon que l'on choisit la part du visage qui apparaîtra en avant de l'hologramme et que l'on choisit, en conséquence, la part du visage qui apparaîtra à l'arrière de ce même hologramme. Le support holographique (28) est illuminé par un faisceau dit de référence issu du filtre spatial (27). L'enregistrement de cet hologramme de réflexion est possible au moyen que l'hologramme peut être illuminé, lors de l'enregistrement, par un faisceau de référence sur sa face recto ou sur sa face verso, indépendamment, parce qu'il n'y a pas d'obstacle matériel du côté recto ou du côté verso de l'hologramme, et ceci au moyen de la distance suffisante entre la lentille (14) et l'hologramme ou support holographique (28), ce qui satisfait aux conditions d'incidence et d'émergence de ce faisceau de référence. La figure 7 présente le principe de restitution de l'image holographique dans ce cas d'un hologramme de réflexion. L'hologramme est retourné parce que l'image enregistrée (26) est formée selon un grandissement -1 à partir d'un sujet (25). En conséquence, l'image holographique restituée est à l'endroit. L'image est produite au moyen d'une source ponctuelle (30) générant un faisceau de lecture. La forme de ce faisceau de lecture est identique à celle du faisceau dit de référence utilisée lors de l'enregistrement ; en conséquence, l'image restituée (29) est conforme à l'image enregistrée (26). L'image holographique produite est donc volumique et orthoscopique, partiellement réelle et virtuelle. Selon une variante, la source ponctuelle (30) est de lumière blanche ; ce qui constitue une situation avantageuse. Cette restitution de l'image holographique se réalisant au moyen d'un hologramme de réflexion, celui-ci opère une sélection chromatique à partir de la lumière blanche produite par la source ponctuelle (30). La figure 8 présente l'application aux portraits holographiques dans le cas d'un hologramme de transmission. Un sujet (25) est éclairé au moyen d'un faisceau issu d'un filtre spatial (7) ou au moyen de plusieurs faisceaux (non représentés). Un système afocal constitué des lentilles (14,15) forme une image réelle, volumique, de grandissement -1, orthoscopique (26). Chacune des lentilles (14,15) peut être constituée d'un objectif équivalent en longueur focale à ces lentilles. Un support holographique (32) se constituant d'une plaque ou d'un film à titre d'exemple est placé sur le lieu de l'image volumique formée. La position de ce support holographique (32) est ajustable en translation longitudinale de telle façon que l'on choisit la part du visage qui apparaîtra en avant de l'hologramme et que l'on choisit, en conséquence, la part du visage qui apparaîtra à l'arrière de ce même hologramme. Le support holographique (32) est illuminé par un faisceau dit de référence issu du filtre spatial (31). L'enregistrement de cet hologramme de transmission est possible au moyen que l'hologramme peut être illuminé, lors de l'enregistrement, par un faisceau de référence sur sa face recto ou sur sa face verso, indépendamment, parce qu'il n'y a pas d'obstacle matériel du côté recto ou du côté verso de l'hologramme, et ceci au moyen de la distance suffisante entre la lentille (14) et l'hologramme ou support holographique (32), ce qui satisfait aux conditions d'incidence et d'émergence de ce faisceau de référence. La figure 9 présente le principe de restitution de l'image holographique dans ce cas d'un hologramme de transmission. L'hologramme est retourné parce que l'image enregistrée (26) est formée selon un grandissement -1 à partir d'un sujet (25). En conséquence, l'image holographique restituée est à l'endroit. L'onde de lecture, issue du filtre spatial (31), est identique à celle de référence utilisée lors de l'enregistrement ; en conséquence, l'image restituée (33) est conforme à l'image enregistrée (26). L'image holographique produite est donc volumique et orthoscopique, partiellement réelle et virtuelle. Le procédé selon l'invention et toutes les variantes présentées, est particulièrement destiné au domaine de l'enregistrement d'hologrammes en une seule étape et produisant une image volumique, orthoscopique, réelle ou partiellement réelle et virtuelle ; notamment en application aux portraits holographiques.40 REVENDICATIONS1) Procédé holographique d'enregistrement en une seule étape, à partir d'un objet matériel ou d'une scène matérielle, d'une image volumique, orthoscopique, réelle ou partiellement réelle, et de restitution de celle-ci, rendue conformément à son homothétie volumique, soit restituée conformément à ses proportions tridimensionnelles, procédé assurant la fonction que l'onde restituée est identique à l'onde enregistrée, caractérisé en ce que le procédé exploite un système optique centré afocal composé de lentilles ou d'objectifs équivalents en longueur focale à ces lentilles. 2) Procédé holographique, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'homothétie volumique, nécessaire à la restitution fidèle de l'objet, est obtenue au moyen d'un système afocal consistant au fait qu'un objet matériel ou qu'une scène matérielle (16) soit localisé sur le lieu du plan focal objet d'une première lentille et qu'une seconde lentille, identique à la première lentille, soit placée sur le plan anti- principal image de cette première lentille ; ce qui produit en conséquence, une image réelle volumique (17) se formant sur le lieu du plan focal image de cette seconde lentille, le support holographique étant placé sur ce même plan focal ; l'homothétie volumique étant obtenue aussi au moyen de ce système afocal dans le cas d'un objet matériel ou d'une scène matérielle (16) localisé en avant ou en arrière du plan focal objet de la première lentille. 3) Procédé holographique, selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'image holographique se divise en deux parties, l'une virtuelle et l'autre réelle, et qu'il est possible de choisir le plan de séparation entre ces deux images volumiques, ce qui implique qu'il est possible d'obtenir une image entièrement réelle ou partiellement réelle, au moyen d'un déplacement longitudinal de l'objet (16) d'avant en arrière, autour de sa position initiale sur le lieu du plan focal objet de la première lentille composant le système afocal. 4) Procédé holographique, selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le champ angulaire rendu de l'image formée (17), à l'émergence du système afocal, est maximal au moyen que, si la distance focale de chaque lentille (ou objectif équivalent) présente la valeur F, alors, la valeur maximale de ce champ angulaire rendu, est obtenue lorsque l'objet ou la scène (16) se localise à une distance de 4F de l'image formée (17). 5) Procédé holographique, selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'image holographique est restituée au moyen d'une onde sphérique divergente et que cette possibilité avantageuse se réalise au moyen que l'onde de lecture, issue du filtre spatial (6), est identique à celle de référence, utilisée lors de l'enregistrement, qui est sphérique divergente et qui est issue d'un filtre spatial identique (6); l'onde restituée étant ainsi conforme à l'onde enregistrée. 6) Procédé holographique appliqué aux portraits holographiques, selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que l'on choisit la part du visage qui apparaîtra en avant de l'hologramme et que l'on choisit, en conséquence, la part du visage qui apparaîtra à l'arrière de ce même hologramme au moyen que la position de ce support holographique (28,32) est ajustable en translation longitudinale. 7) Procédé holographique appliqué aux portraits holographiques, selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'image holographique (29,33) est restituée à l'endroit au moyen que l'hologramme (28,32) est retourné parce que l'image enregistrée (26) est formée selon un grandissement -1 à partir d'un sujet (25). 8) Procédé holographique, selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que l'hologramme (28) est de réflexion au moyen que l'hologramme peut être illuminé, lors de l'enregistrement, par un faisceau de référence sur sa face recto ou sur sa face verso, indépendamment, parce qu'il n'y a pas d'obstacle matériel du côté recto ou du côté verso de l'hologramme, et ceci au moyen de la distance suffisante entre la lentille (14) et l'hologramme ou support holographique (28), ce qui satisfait aux conditions d'incidence et d'émergence de ce faisceau de référence. 9) Procédé holographique, selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que l'hologramme (32) est de transmission au moyen que l'hologramme peut être illuminé, lors de l'enregistrement, par un faisceau de référence sur sa face recto ou sur sa face verso, indépendamment, parce qu'il n'y a pas d'obstacle matériel du côté recto ou du côté verso de l'hologramme, et ceci au moyen de la distance suffisante entre la lentille (14) et l'hologramme ou support holographique (32), ce qui satisfait aux conditions d'incidence et d'émergence de ce faisceau de référence. 10) Procédé holographique, selon les revendications 1, 2, 5 et 8, caractérisé en ce que l'image holographique est restituée au moyen d'une source ponctuelle de lumière blanche, ce qui est une solution avantageuse, et que l'onde restituée est identique à l'onde enregistrée, tout cela au moyen d'un hologramme de réflexion, que celui-ci opère une sélection chromatique à partir de la lumière blanche produite par la source ponctuelle (30).40