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RÉSUMÉ
Les optiques binaires sont des composants optiques codés par une succession de motifs, soit opaques ou transparents, soit gravés ou non gravés. Cet article traite plus particulièrement des Composants Optiques Binaires Auto-Imageant. Les COBAI sont des composants qui ont pour spécificité de répéter, selon l’axe de propagation de la lumière, un même motif de diffraction, certains même de canaliser la lumière selon des lignes focales. Cela leur donne des propriétés d’imageries remarquables différentes de celles des optiques conventionnelles.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Guillaume DRUART : Chercheur, ingénieur Supoptique ONERA Palaiseau, France
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Florence DE LA BARRIERE : Chercheur, ingénieur Supoptique ONERA Palaiseau, France
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Nicolas GUERINEAU : Chercheur, Ingénieur Supoptique ONERA Palaiseau, France
INTRODUCTION
Les optiques binaires sont des composants optiques codés, soit en phase, soit en amplitude, par une succession de motifs. Par rapport aux composants optiques classiques, qui utilisent la réfraction ou la réflexion pour modifier la direction des rayons lumineux, les composants binaires exploitent le phénomène de la diffraction qui sollicite l’aspect ondulatoire de la lumière. La diffraction longtemps considérée comme une limitation (on parle de systèmes optiques en limite de diffraction) a été progressivement exploitée dans des architectures optiques.
L’imagerie à partir d’optiques binaires est prisée dans le domaine des rayons gamma et des rayons X où la matière est très absorbante. Cela rend en effet délicat la réalisation de lentilles réfractives qui impose des épaisseurs optiques importantes ou bien l’utilisation de miroirs où l’empilement de couches diélectriques réfléchissantes peut être problématique. Avec l’avènement des capteurs digitaux, qui permettent de manipuler les images après leur acquisition, certaines équipes de chercheurs envisagent maintenant de mettre à profit des propriétés d’imagerie originales des optiques diffractives pour remplacer les optiques réfractives et réflectives, afin de réaliser des systèmes légers, peu coûteux et compacts. En effet, la présence systématique de caméras dans les smartphones a permis de réduire considérablement le coût des capteurs d’imagerie. La réalisation de senseurs bas coût à partir de composants peu onéreux pour des applications domotiques rend les composants binaires attractifs également dans le domaine du visible et de l’infrarouge.
Cet article met en avant les capacités d’imagerie des Composants Optiques Binaires Auto-Imageants (COBAI). Ceux-ci ont la propriété de répéter un même motif de diffraction, certains même canalisent la lumière selon des lignes focales. Les COBAI considérés sont les seuls « ingrédients » optiques pour former une image.
Le formalisme de formation d’image ne sera pas rappelé dans cet article, le lecteur pourra se reporter à l’article [E 4 045]. Par contre, plusieurs exemples de COBAI sont détaillés. Pour chacun, les équations utiles à leur modélisation sont décrites, ainsi que des exemples d’application à l’imagerie.
Tout au long de l’article, des encadrés abordent des effets originaux des différents COBAI.
Enfin, un tableau comparatif est exposé récapitulant les COBAI présentés avec leurs caractéristiques. Ils sont comparés avec les optiques binaires focalisantes développées dans l’article [E 4 045].
Le lecteur trouvera en fin de l’article un tableau de sigles, notations et symboles utilisés.
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1. Propriétés des COBAI
1.1 Description du COBAI
Un COBAI est une optique binaire particulière codée en amplitude ou en phase. Un exemple de COBAI est illustré figure 1.
Le COBAI est décrit par une transmittance T COBAI(x,y) (fonction complexe introduisant une variation complexe – phase et amplitude – du champ scalaire incident) s’écrivant comme la somme de transmittances élémentaires périodiques d’amplitude complexe
, selon l’intégrale de Fourier suivante :
La répartition bidimensionnelle
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DRUART (G.) - Nouvelles briques de conception de systèmes intégrés pour la vision infrarouge. D’une approche minimaliste à la camera sur puce. - Thèse (2009).
-
(2) - DICKE (R.H.) - Scatter-hole cameras for X-rays and gamma rays. - Astrophys. J., 153, p. L101 (1968).
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(3) - WOUTERS (A.), SIMON (K.M.), HIRSCHBERG (J.G.) - Direct method of decoding multiple images. - Appl. Opt., 12, p. 1871-1873 (1973).
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(4) - FENIMORE (E.E.), CANNON (T.M.) - Uniformly redundant arrays : digital reconstruction methods. - Appl. Opt., 20, p. 1858-1864 (1981).
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(5) - GOTTESMAN (S.R.) - Coded apertures : past, present, and future application and design. - Proc. SPIE 6714, Adaptive Coded Aperture Imaging and Non-Imaging Sensors, p. 671405, 26 sept. 2007.
-
(6) - FENIMORE...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
M. Piponnier, J. Primot, G. Druart et N. Guérineau, « Procédé et dispositif d’imagerie télémétrique », FR2994735(B1), EP2700902(B1), US2014055606(A1), JP2014041126(A), CN103632161(A), 2012
HAUT DE PAGE
https://en.wikipedia.org/wiki/Coded_aperture
https://en.wikipedia.org/wiki/Modified_Uniformly_Redundant_Array
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Unified optical design software « Wyrowski VirtualLab Fusion », developed by Wyrowski Photonics UG, distributed and supported by LightTrans GmbH, Jena, Germany
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L’étude des optiques binaires est une discipline ancienne et appartient à la boîte à outil du chercheur/ingénieur qui pourra revisiter ces concepts en fonction de ses besoins applicatifs. Le gros du travail actuel en photolithographie se situe dans le domaine...
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