Brevet FR2968781A1 — publié le 20120615

La présente invention concerne un procédé d'enregistrement holographique d'une image volumique et de restitution holographique de cette image volumique de façon orthoscopique, partiellement ou totalement réelle, sans aberration, au moyen d'une onde sphérique divergente. Le domaine technique concerne l'imagerie holographique tridimensionnelle sans aberration. Selon l'état de la technique, il est connu des procédés pour produire des images holographiques sans aberration et qui soient volumiques, orthoscopiques, réelles ; mais qui, dans la pratique, nécessitent un dispositif de lecture peu aisé à mettre en oeuvre et, de plus, souvent encombrant. Dans l'usage, il s'agit de méthodes à deux étapes dans lesquelles la restitution de l'image réelle et orthoscopique s'effectue au moyen d'une onde plane. Mais encore faut-il pouvoir mettre en oeuvre un dispositif générant une onde plane et de façon suffisamment satisfaisante pour autoriser une restitution d'images sans aberration. Le procédé selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients. Les problèmes techniques à résoudre sont les suivants : - obtenir une image réelle ou partiellement réelle, c'est ce qu'un public observateur demande toujours, préférant invariablement la vision de l'image réelle plutôt que de l'image virtuelle - obtenir une image orthoscopique - obtenir une image sans aberration, ce qui constitue un problème principal en matière de restitution d'images holographiques volumiques - disposer d'un système de lecture de l'hologramme qui soit le plus simple possible à mettre en oeuvre et qui soit le moins encombrant possible. Suivant l'invention, ces problèmes techniques sont résolus à l'aide d'un procédé d'enregistrement holographique d'une image volumique en 3 étapes et de restitution holographique de cette image volumique pour qu'elle soit orthoscopique, partiellement ou totalement réelle selon le cas désiré, sans aberration, au moyen d'une onde sphérique divergente, caractérisé en ce que la première étape consiste à l'enregistrement holographique dit H1, enregistrement d'un hologramme de l'objet, en ce que la seconde étape consiste à l'enregistrement holographique dit H2, enregistrement d'un hologramme de l'image réelle mais pseudoscopique restituée par l'hologramme dit H1, en ce que la troisième étape consiste à l'enregistrement holographique dit H3 au moyen d'une onde sphérique divergente, enregistrement d'un hologramme de l'image réelle et orthoscopique restituée par l'hologramme dit H2. Selon une solution avantageuse, l'hologramme dit H1 et l'hologramme dit H2 s'enregistrent chacun au moyen d'une onde plane, ce qui autorise la restitution d'une image réelle et sans aberration, pour chacun de ces hologrammes, au moyen d'une onde plane ; l'onde conjuguée d'une onde plane demeurant une onde plane. L'exploitation de l'hologramme dit H3 s'effectue par une restitution au moyen d'une onde sphérique divergente identique à celle de référence lors de l'enregistrement ce qui autorise, en conséquence, une image restituée sans aberration, l'observateur voyant une image partiellement ou totalement réelle, selon le cas désiré, et pleinement orthoscopique. L'onde sphérique divergente est produite au moyen d'une source de lumière suffisamment ponctuelle, l'image holographique volumique se révélant d'autant plus floue que la source de lumière ne serait pas suffisamment ponctuelle. L'invention est décrite en référence aux 15 dessins annexés représentant, à titre d'exemples non limitatifs, les formes de réalisation préférées du procédé optique qu'elle concerne ainsi que les formes de réalisation préférées des dispositifs pour la mise en oeuvre du procédé. La figure 1 présente la première étape du procédé, il s'agit d'une méthode courante d'enregistrement d'un hologramme de transmission au moyen d'une onde de référence de forme plane. Ce faisceau de référence est formé à partir d'un filtre spatial (5) qui génère une onde sphérique ; une lentille (6) collimate le faisceau, ce qui forme une onde plane. Le filtre spatial (5) conditionne la cohérence spatiale nécessaire à un contraste de franges satisfaisant lors de l'enregistrement de l'hologramme. Un objet (1), représentant une figurine à l'avant d'un décor plan, à titre d'exemple, est illuminé par plusieurs faisceaux, à titre d'exemple, dits « objet » issus des filtres spatiaux (3,4). L'objet (1) rayonne en direction d'un support holographique (2) ; il y enregistrement d'une figure d'interférences des faisceaux objet et référence. À la restitution de cet hologramme, on a une image orthoscopique mais virtuelle ou alors une image réelle mais pseudoscopique. Les figures 2 à 5 présentent l'état de l'art au sujet de l'obtention d'une image réelle et orthoscopique à partir de l'image enregistrée au moyen de l'hologramme (2). La figure 2 illustre un montage dit H2. En retournant l'hologramme de 180°, on produit une image (7) réelle mais pseudoscopique et ceci en l'éclairant au moyen d'une onde plane de restitution identique à celle de référence lors de l'enregistrement. L'image (7) ne restitue que les parties de l'objet (1) qui ont été illuminées lors de l'enregistrement dit H1. On place un support holographique (8) au-devant de cette image (7) et on éclaire ce support holographique au moyen d'une onde de référence de forme plane. Ce faisceau de référence est formé à partir du filtre spatial (9) qui génère une onde sphérique ; une lentille (10) collimate le faisceau, ce qui forme une onde plane. II y enregistrement d'une figure d'interférences des faisceaux objet et référence. La figure 3 présente la restitution en image virtuelle ; l'hologramme (8) produit une image (11) conforme à l'image (7) à la condition d'une onde de lecture identique à l'onde de référence lors de l'enregistrement. Cette image ainsi présentée aux yeux d'un observateur (12) apparaît pseudoscopique. La figure 4 présente le cas d'obtention d'une image (13) réelle et orthoscopique. L'hologramme (8) est éclairé au moyen de l'onde conjuguée à celle de référence lors de l'enregistrement. La figure 5 illustre le fait de retourner l'hologramme (8) et de l'éclairer au moyen d'une onde plane pour obtenir une image réelle (14) orthoscopique, et à l'endroit pour l'observateur (12). Le problème pratique est qu'il faut disposer d'une onde plane pour restituer cette image réelle et orthoscopique. Les figures 6 à 8 illustrent la solution, au moyen d'un hologramme de transmission, suivant la présente invention pour produire une image réelle et orthoscopique à partir d'une onde sphérique divergente, plus simple à mettre en oeuvre dans un dispositif de lecture de l'hologramme. La figure 6 présente la seconde étape du procédé suivant l'invention. L'hologramme (2) produit une image réelle et pseudoscopique comme sur la figure 2 ; la différence est que le support holographique dit H2 (8) est placé bien plus en avant de l'image (7). Sur la figure 7, l'hologramme (8) est exploité pour restituer une image (15) réelle et orthoscopique au moyen d'un retournement (à 180°) de cet hologramme dit H2 (8) ; la distance entre l'image (7) et l'hologramme (8) sur la figure 6 (lors de l'enregistrement de l'hologramme dit H2) étant suffisante pour que celle-ci reproduite lors de la restitution de l'hologramme dit H2 (8) autorise le placement du support holographique (16) dit H3 entre l'image (15) et l'hologramme (8) avec l'espacement (entre H2 & H3) nécessaire à l'illumination de ce support holographique (16) au moyen d'une onde divergente sphérique issue du filtre spatial (17). Enfin, la figure 8 présente l'exploitation de l'hologramme (16) dit H3 ; la restitution s'effectue au moyen d'une onde sphérique divergente identique à celle de référence lors de l'enregistrement. En conséquence, l'image (18) est restituée sans aberration. L'observateur (12) voit une image totalement réelle et pleinement orthoscopique. Dans le cas où l'on souhaiterait une image, non pas totalement réelle, mais partiellement réelle, la solution (non représentée sur les dessins) consisterait à fixer une distance entre l'image (7) et l'hologramme (8) (lors de l'enregistrement de l'hologramme dit H2) qui soit suffisante pour que celle-ci reproduite lors de la restitution de l'hologramme dit H2 (8) autorise le placement du support holographique (16) dit H3 sur le lieu de l'image (15) avec l'espacement (entre H2 & H3) nécessaire à l'illumination de ce support holographique (16) au moyen d'une onde divergente sphérique issue du filtre spatial (17). La figure 9 illustre un dispositif destiné à l'exploitation de l'hologramme issu de ce procédé à trois étapes. Un hologramme (22) est illuminé au moyen d'une source ponctuelle de lumière monochromatique ou pseudo-monochromatique (24) produisant une onde sphérique divergente. L'hologramme est monté sur un socle (25) supportant la source de lumière (24). L'image (23) est sans aberration, réelle et orthoscopique. La source de lumière doit être suffisamment ponctuelle pour produire une onde sphérique divergente. L'image holographique volumique serait d'autant plus floue que la source de lumière ne serait pas suffisamment ponctuelle. Considérons aussi que la ponctualité de la source de lumière s'apprécie au regard des dimensions de l'hologramme (22). II peut s'agir d'une diode électroluminescente, d'une lampe à arc court associée à un filtre chromatique, d'une lampe à filament très court associée à un filtre chromatique, d'une diode laser, ou de toute autre source laser, à titre d'exemples non limitatifs. Une solution avantageuse consiste à employer une source laser la plus cohérente spatialement pour garantir une image holographique volumique le plus possible sans aberration. Une variante consiste à aménager un dispositif dans lequel l'onde sphérique divergente est produite au moyen d'une source de lumière (24,26) la plus ponctuelle possible associée à un filtre spatial, ce qui optimise la ponctualité de cette source de lumière. La solution la plus satisfaisante résiderait dans l'emploi d'une source laser de lecture, la plus cohérente spatialement et suffisamment monochromatique, associée de plus à un filtre spatial. Dans cette situation, l'image holographique restituée pourrait être considérée comme totalement (dans la pratique) sans aberration, l'observateur ne pouvant plus percevoir (à partir d'un certain seuil) les aberrations résiduelles encore présentes lors de la restitution de l'image holographique, dans ce cas présent d'une restitution aussi performante. Dans tous les cas, la solution la plus couramment recherchée consiste à aménager le dispositif d'obtention d'une onde sphérique divergente qui soit le plus miniaturisé possible. La figure 10 illustre une variante destinée à cette même exploitation. Un hologramme (22) est illuminé au moyen d'une source ponctuelle (26). Un socle (28) incorpore une source d'énergie (29) comme une pile ou une série de piles ou une batterie à titre d'exemples non limitatifs. Une fixation (27) permet de relier l'hologramme (22) au socle (28). Cette source d'énergie (29) alimente la source ponctuelle (26) et permet ainsi au dispositif d'être autonome et de ne pas nécessiter l'emploi d'un cordon d'alimentation pour fonctionner. Les figures 11 à 13 illustrent la solution, au moyen d'un hologramme de réflexion, suivant la présente invention pour produire une image réelle et orthoscopique à partir d'une onde sphérique divergente, plus simple à mettre en oeuvre dans un dispositif de lecture de l'hologramme. La figure 11 présente la seconde étape du procédé suivant l'invention. L'hologramme (2) produit une image réelle et pseudoscopique comme sur la figure 2 ; la différence est que le support holographique dit H2 (8) est placé bien plus en avant de l'image (7). Sur la figure 12, l'hologramme (8) est exploité pour produire une image (15) réelle et orthoscopique au moyen d'un retournement (à 180°) de cet hologramme dit H2 (8). La distance entre l'image (7) et l'hologramme (8) sur la figure 11 (lors de l'enregistrement de l'hologramme dit H2) étant suffisante pour que celle-ci reproduite lors de la restitution de l'hologramme dit H2 (8) autorise le placement du support holographique (19) dit H3 entre l'image (15) et l'hologramme (8) avec l'espacement (entre H2 & H3) nécessaire à l'évacuation de ce faisceau de référence, à l'émergence du support holographique (19), sans que ce faisceau, issu du filtre spatial (20), ne vienne illuminer tout ou partie de la surface de l'hologramme (8). Enfin, la figure 13 présente l'exploitation de l'hologramme (19) dit H3 ; la restitution s'effectue au moyen d'une onde sphérique divergente identique à celle de référence lors de l'enregistrement. En conséquence, l'image (21) est restituée sans aberration. L'observateur (12) voit une image totalement réelle et pleinement orthoscopique. Dans le cas où l'on souhaiterait une image, non pas totalement réelle, mais partiellement réelle, la solution (non représentée sur les dessins) consisterait à fixer une distance entre l'image (7) et l'hologramme (8) (lors de l'enregistrement de l'hologramme dit H2) qui soit suffisante pour que celle-ci reproduite lors de la restitution de l'hologramme dit H2 (8) autorise le placement du support holographique (19) dit H3 sur le lieu de l'image (15) avec l'espacement (entre H2 & H3) nécessaire à l'évacuation de ce faisceau de référence, à l'émergence du support holographique (19), sans que ce faisceau, issu du filtre spatial (20), ne vienne illuminer tout ou partie de la surface de l'hologramme (8). La figure 14 illustre un dispositif destiné à l'exploitation de l'hologramme de réflexion issu de ce procédé à trois étapes. Un hologramme (30) est illuminé au moyen d'une source ponctuelle de lumière pseudo-monochromatique ou de lumière blanche (32) produisant une onde sphérique divergente. L'hologramme est monté sur un socle (33) supportant la source de lumière (32). L'image (31) est sans aberration, réelle et orthoscopique. La source de lumière doit être suffisamment ponctuelle pour produire une onde sphérique divergente. L'image holographique volumique serait d'autant plus floue que la source de lumière ne serait pas suffisamment ponctuelle. Considérons aussi que la ponctualité de la source de lumière s'apprécie au regard des dimensions de l'hologramme (30). II peut s'agir d'une diode électroluminescente blanche ou pseudomonochromatique (dans le cas d'un hologramme monochrome), d'une lampe à arc court associée ou non à un filtre chromatique, d'une lampe à filament très court, d'une diode laser, ou de toute autre source laser, à titre d'exemples non limitatifs. Une solution avantageuse consiste à employer une source laser la plus cohérente 15 spatialement pour garantir une image holographique volumique le plus possible sans aberration. Une variante consiste à aménager un dispositif dans lequel l'onde sphérique divergente est produite au moyen d'une source de lumière (32,34) la plus ponctuelle possible associée à un filtre spatial, ce qui optimise la ponctualité de 20 cette source de lumière. La solution la plus satisfaisante résiderait dans l'emploi d'une source laser de lecture, la plus cohérente spatialement, associée de plus à un filtre spatial. Dans cette situation, l'image holographique restituée pourrait être considérée comme totalement (dans la pratique) sans aberration, l'observateur ne pouvant plus 25 percevoir (à partir d'un certain seuil) les aberrations résiduelles encore présentes lors de la restitution de l'image holographique, dans ce cas présent d'une restitution aussi performante. Dans tous les cas, la solution la plus couramment recherchée consiste à aménager le dispositif d'obtention d'une onde sphérique divergente qui soit le plus 30 miniaturisé possible. Dans le cas d'un hologramme de réflexion en couleurs de type trichrome, la source de lumière est blanche de façon continue ou alors se constitue de trois composantes plus ou moins pseudo-monochromatiques dans le but d'accroître la qualité de rendu des couleurs. L'hologramme de réflexion peut également être 35 exploité au moyen de trois sources laser correspondant aux trois couleurs utilisées lors de l'enregistrement. La figure 15 illustre une variante destinée à cette même exploitation. Un hologramme (30) est illuminé au moyen d'une source ponctuelle (34). Un socle (36) incorpore une source d'énergie (37) comme une pile ou une série de piles ou 40 une batterie à titre d'exemples non limitatifs. Une fixation (35) permet de relier l'hologramme (30) au socle (36). Cette source d'énergie (37) alimente la source ponctuelle (34) et permet ainsi au dispositif d'être autonome et de ne pas nécessiter l'emploi d'un cordon d'alimentation pour fonctionner. En conclusion, le procédé selon l'invention et toutes ses variantes, est particulièrement destiné au domaine de l'imagerie holographique tridimensionnelle pour des applications requérant la restitution d'une image sans aberration et requérant l'emploi d'une onde de restitution de forme simple comme une onde sphérique divergente. 15 20 25 30 REVENDICATIONS1 ) procédé d'enregistrement holographique d'une image volumique en 3 étapes et de restitution holographique de cette image volumique pour qu'elle soit orthoscopique, partiellement ou totalement réelle selon le cas désiré, sans aberration, au moyen d'une onde sphérique divergente, caractérisé en ce que la première étape consiste à l'enregistrement holographique dit H1, enregistrement d'un hologramme de l'objet, en ce que la seconde étape consiste à l'enregistrement holographique dit H2, enregistrement d'un hologramme de l'image réelle mais pseudoscopique restituée par l'hologramme dit H1, en ce que la troisième étape consiste à l'enregistrement holographique dit H3 au moyen d'une onde sphérique divergente, enregistrement d'un hologramme de l'image réelle et orthoscopique restituée par l'hologramme dit H2. 2 ) Procédé optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'hologramme dit H1 et l'hologramme dit H2 s'enregistrent chacun au moyen d'une onde plane, ce qui autorise la restitution d'une image réelle et sans aberration, pour chacun de ces hologrammes, au moyen d'une onde plane ; l'onde conjuguée d'une onde plane demeurant une onde plane. 3 ) Procédé optique selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'obtention d'une image sans aberration à la troisième étape se réalise au moyen que l'hologramme dit H2 (8) est exploité pour restituer une image (15) réelle et orthoscopique au moyen d'un retournement de cet hologramme H2. 4 ) Procédé optique selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que, dans le cas d'un hologramme de transmission, l'obtention d'une image totalement réelle et sans aberration à la troisième étape se réalise au moyen que la distance entre l'image (7) et l'hologramme (8), lors de l'enregistrement de l'hologramme dit H2, est suffisante pour que celle-ci, reproduite lors de la restitution de l'hologramme dit H2 (8), autorise le placement du support holographique (16) dit H3 entre l'image (15) et l'hologramme dit H2 (8) avec l'espacement (entre H2 & H3) nécessaire à l'illumination de ce support holographique (16) au moyen d'une onde divergente sphérique issue du filtre spatial (17). 5) Procédé optique selon les revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé en ce que, dans le cas d'un hologramme de transmission, l'obtention d'une image partiellement réelle et sans aberration à la troisième étape se réalise au moyen que la distance entre l'image (7) et l'hologramme (8), lors de l'enregistrement de l'hologramme dit H2, est suffisante pour que celle-ci, reproduite lors de la restitution de l'hologramme dit H2 (8), autorise le placement du support holographique (16) dit H3 sur le lieu de l'image (15) avec l'espacement (entre H2 & H3) nécessaire à l'illumination de ce support holographique (16) au moyen d'une onde divergente sphérique issue du filtre spatial (17). 6 ) Procédé optique selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que, dans le cas d'un hologramme de réflexion, l'obtention d'une image totalement réelle et sans aberration à la troisième étape se réalise au moyen que la distance entre l'image (7) et l'hologramme (8), lors de l'enregistrement de l'hologramme dit H2, est suffisante pour que celle-ci, reproduite lors de la restitution de l'hologramme dit H2 (8), autorise le placement du support holographique (19) dit H3 entre l'image (15) et l'hologramme dit H2 (8) avec l'espacement (entre H2 & H3) nécessaire à l'évacuation de ce faisceau de référence, à l'émergence du support holographique (19), sans que cette onde divergente sphérique, issue du filtre spatial (20), ne vienne illuminer tout ou partie de la surface de l'hologramme (8). 7) Procédé optique selon les revendications 1, 2, 3 et 6, caractérisé en ce que, dans le cas d'un hologramme de réflexion, l'obtention d'une image partiellement réelle et sans aberration à la troisième étape se réalise au moyen que la distance entre l'image (7) et l'hologramme (8), lors de l'enregistrement de l'hologramme dit H2, est suffisante pour que celle-ci, reproduite lors de la restitution de l'hologramme dit H2 (8), autorise le placement du support holographique (16) dit H3 sur le lieu de l'image (15) avec l'espacement (entre H2 & H3) nécessaire à l'évacuation de ce faisceau de référence, à l'émergence du support holographique (19), sans que cette onde divergente sphérique, issue du filtre spatial (20), ne vienne illuminer tout ou partie de la surface de l'hologramme (8). 8 ) Procédé optique selon les revendications 1, 4, 5, 6 et 7, caractérisé en ce que l'exploitation de l'hologramme (16,19) dit H3 s'effectue par une restitution au moyen d'une onde sphérique divergente identique à celle de référence lors de l'enregistrement ; ce qui autorise, en conséquence, une image (18,21) restituée sans aberration, l'observateur (12) voyant une image partiellement ou totalement réelle, selon le cas désiré, et pleinement orthoscopique. 9) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé optique selon les revendications 1 et 8, caractérisé en ce que l'hologramme (22), dans le cas d'un hologramme de transmission, est illuminé au moyen d'une source ponctuelle de lumière monochromatique (24) produisant une onde sphérique divergente ; l'hologramme étant monté sur un socle (25) supportant la source de lumière (24). ) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé optique selon les revendications 1 et 8, caractérisé en ce que l'hologramme (30), dans le cas d'un hologramme de réflexion, est illuminé au moyen d'une source ponctuelle de 10 lumière pseudo-monochromatique ou de lumière blanche (32) produisant une onde sphérique divergente; l'hologramme étant monté sur un socle (33) supportant la source de lumière (32). 11 ) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé optique selon les revendications 1, 8, 9 et 10, caractérisé en ce que l'onde sphérique divergente est produite au moyen d'une source de lumière (24,26,32,34) suffisamment ponctuelle, l'image holographique volumique se révélant d'autant plus floue que la source de lumière ne serait pas suffisamment ponctuelle ; cette source de lumière pouvant être, à titre d'exemples non limitatifs, dans le cas d'un hologramme monochrome, une diode électroluminescente, une lampe à arc court associée ou non à un filtre chromatique, une lampe à filament très court associée ou non à un filtre chromatique, une diode laser, ou toute autre source laser ; cette source de lumière pouvant être, dans le cas d'un hologramme en couleurs, constituée d'une pluralité de composantes chromatiques. 12) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé optique selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'onde sphérique divergente est produite au moyen d'une source de lumière (24,26,32,34) la plus ponctuelle possible associée à un filtre spatial, ce qui optimise la ponctualité de cette source de lumière. 13 ) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé optique selon les revendications 1, 8, 9, 10 et 11, caractérisé en ce que l'hologramme (22,30) est illuminé au moyen d'une source ponctuelle (26,34), un socle (28,36) incorporant une source d'énergie (29,37) comme une pile ou une série de piles ou une batterie à titre d'exemples non limitatifs ; une fixation (27,35) permettant de relier l'hologramme (22,30) au socle (28,36) ; cette source d'énergie (29,37) alimentant la source ponctuelle (26,34) et permettant ainsi au dispositif d'être autonome et de ne pas nécessiter l'emploi d'un cordon d'alimentation pour fonctionner.