FR2645976A1 - Appareil electronique d'holographie - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un appareil d'holographie électronique dont la sortie électrique représente l'amplitude et la phase de la lumière cohérente réfléchie à partir d'un objet tridimensionnel et renvoyée vers l'ouverture 14 de l'appareil. Un faisceau cohérent provenant d'un laser 10 éclaire l'objet pour créer un motif de taches dans l'ouverture. Un faisceau de référence provient d'une source virtuelle 23 et crée des franges dans le motif de taches. L'agencement détecteur 16 consiste en une caméra à dispositif à injection de charge, plusieurs détecteurs étant disposés par rapport au motif de taches pour détecter l'amplitude et la phase spatiale de chaque tache (en moyenne). Les sorties échantillonnées des détecteurs CID sont traitées pour isoler les informations d'amplitude et de phase représentant le front d'onde optique complexe de l'hologramme de termes créés par le processus d'interférence.

Description

APPAREIL ELEITFQNIaUE D'HOLOGRAPIE La présente invention co re

l'holographie et plus particulièrement un appareil électronique d'holographie dont la sortie électrique représente l'amplitude et la phase de la lumière ohrente réfléchie à partir d'un objet tridimensionnel et répartie sur l'ouverture de l'appareil. Ces informations, une

fois détectées et convenablement traitées, permettent la recréa-

ticn du front d'onde optique et donc la reconstitution du champ de l'objet qui a produit oe front d'acde dans des buts tels qu'une formation d'image, une interfératrie, un filtrage

accordé, ou une corrélaticn.

L'holographie est une technologie bien établie qui trouve des applications dans de nombreux danaines. Un hologramme est essentiellement un enregistriement contenant l'amplited et la phase lumineuse d'une longueur d'onde unique en fnction de la

position dans une certaine ouverture de réception. Pour l'obser-

vateur, un hologramme d'un objet tridimensionnel, quandri il est affiché de façon appropriée, dcnne une impression de profondeur à l'objet. Ceci s'oppose & la reconstitution bidimensionnelle plate

d'un objet tridinensionnel obtenue par photographie classique.

La recherche d'une reconstitution tridimensionnelle a conduit aux clichés stéréoscopiques du début du 20me siècle, o deux images étaient obtenues par deux caneras placées cote à côte (ou par une caméra unique avec deux objectifs et deux films séparés) qui étaient soumises simultanrment à une exposition. Les

films exposes étaient traités pour obtenir une paire d'impres-

sions et étaient placés pour être observes dans un viseur tenu à la main qui permettait à un oeil de voir une image et à l'autre la deuxième image, et l'observateur percevait une impression tridimensiornnelle. Dans les clichés stbréooiques, il était clair que des images légrement différentes étaient fournies aux

yeux orrespondant à deux points de vue séparés.

L'éclairement pour les premiers stéréosopes était de la lumière blanche en large bande mais le procédé a continué à être utilisé quand des films couleur ont été introduits et deux

images couleur oomplètes ont été utilisées pour créer une imrpres-

sicn tridimensionnelle.

La percepticn tridimensionnelle a été ensuite provcquée sans développer les deux images en pleine couleur mais plutôt en développant une image à renforcement de rouge et une image à renforcement de bleu-vert pour chacun des yeux. Ce processus a été utilisé dans des films, dans lesquels les observateurs portaient una paire de lunettes, chaque paire ayant un verre laissant passer l'image à renformrent de rouge et l'autre verre 1 image à renforemnt de bleu. Ceci permettait à l'observateur de voir deux images superposées sur un écran unique. Il est clair que les yeux pouvaient être piégés et percevoir une profondeur

par divers mooyens.

Toutefois, les scientifiques, conscients de la nature

ondulatoire de la lumière, ont toujours désiré recueillir l'am-

plitude et la phase de la lumière d'une longueur d'cnde unique provenant d'un objet tridimensionnel et atteignant une ouverture, et utiliser ces informations d'amplitude et de phase de la lumière pour reconstituer les fronts d'onde initiaux d'une façon qui pourrait approcher une identité avec l'objet tridimensionnel d'origine. Si cela était possible, alors, l'observateur, avec ses deux yeux ouverts, sans filtre ou autres accessoires, pourrait voir la reconstitution et, en déplaçant sa téte légèrement d'un octé à l'autre, verrait des images légèrement différentes tandis

qu'il se déplacerait, et serait amenr à penser qu'un objet tridi-

ensionnel se trouve en face de lui. En pratique, oci signifie qu'une image holographique utilisant de la lumière de longueur d'c-de unique pourrait être projetée dans l'espaoe en face de l'cobservateur à partir d'un enregist re t à front d'onrce plat, pour reconstituer un objet tridimensionnel et que l'observateur penserait que la feuille plane à partir de laquelle la lumière a été transmise ou réfléchie vers ses yeux est une fernêtre qui

contient l'objet tridimensionnel. Le test de peroeption tridimen-

sionnelle à deux yeux d'un hologramme est une mesure approchée de

la crnstitution convenable d'un hologramme.

Toutefois, il est clair par utilisation des informa-

tions pour de l'interférumétrie et autres buts, que la restaura-

tion des fronts d'ondce initiaux par restauration de l'amplitude et de la phase sur une ouverture est en fait réalisable et peut être effectuée avec une précision extrêm de lonrgueur d'onde optique partielle. En principe, un hologramTe peut être obtenu en éclairant la scene désirée par de la lumière à longueur d'onde

unique, c'est-à-dire de la lumière cohérente. La lumière disper-

sée à partir d'un champ objet présente une distribution d'ampli-

tude et de phase particulière (sur une ouverture de réception).

Cette distribution est associée de façon univoque aux détails optiques du champ objet. L'hologramme est un enregistrement aconvenablement codé de oes informations d'amplitude et de phase

en fonction de la position dans l'ouverture de réception. L'holo-

gramme permet la reconstitution du front d'corle dispersé à partir

du champ objet tel qu'il est vu dans l'ouverture de réception.

Des fronts d'onde cnvenablement reconstitués aproernt alors une c ruene avec la lumière cohérente initiale dispersée à

partir du champ objet.

Dans le cadre de la technologie actuelle, les holo-

grammes sont typiquement enregistrés sur film photographique ou milieu d'enregistrement équivalent. Un traitement ultérieur de reonostitution de l'image doit alors être réalisé pratiquement avec un éclairement laser, des objectifs coûteux limités en diffraction, etc, lors d'une seconde étape séparée. La mise en oeuvre du processus en deux étapes dès 1950 est attLribuIée au Professeur Dennis Gabor en Angleterre (Van Nostrand's Scientific Encyclopedia) 1968, D. Van Nostrand Campany, Inc. Le procédé tel qu'il est pratiqué habitullement nrces- site que le film soit expose, développé, et placé dans un

appareil de reconstitution optique. D'autres agencements holo-

graphiques ont été proposés, tels par exemple ceux destines à des études de mouvement interférométrique, dans lesquels un élément vibrant est observé dans un système de camera de télévision actif et les motifs de frange étudiés en un processus continu pour

déterminer de petits déplacements.

A présent, un appareil universel pour former une image

holographique électrique d'un champ objet, qui peut être directe-

ment affichée ou traitée, n'est pas disponible. De préférence, la

sortie électrique d'un tel appareil devrait fournir une représen-

tation électrique de l'holograimme, la representation électrique pouvant alors être enregistrée, filtrée, affichée et/ou mise à jour à une cadence convenable pour détecter des champs objets

statiques ou dynamiques de façon continue.

Un avantage que l'on s'attend à obtenir d'un tel appa-

reil électronique pour détecter un chanmp objet en temps réel

serait de servir d'interface entre un front d'oncde optique oaeé-

rent et un système de traitement de données numériques. Dans un tel appareil, un traitement informatique pourrait être utilisé pour réaliser des fonctions telles qu'une formation d'image, uns interféromètrie, un filtrage adapté, une corrélation, etc. Ainsi, un matériel optique coûteux limité en diffraction serait dans une grande mesure non rncessaire et remplra par un logiciel. En

outre, le processus pourrait être direct et continu.

Ainsi, un objet de l'invention est de prévoir un appa-

reil électronique universel nouveau pour détecter des données holographiques.

Un autre objet de l'invention est de prévoir un appa-

rail holographique électronique universel pour détecter des dcn es holographiques destinées à être utilisées à la formation

d'image, l'interféramétrie, le filtrage adapté, ou la corré-

lation. Un autre objet de l'invention est de prévoir un nouvel appareil holographique qui détecte des données holographiques, descriptives d'un objet tridimensionnel détaillé éclairé par de la lumière cohérente, et convertit le signal optique en un signal électrique représentant les informations complexes d'amplitude et de phase des données hDlographiques, de façon appropriée à une

formation d'image.

Un autre objet de l'invention est de prévoir un appa-

reil holographique électronique nouveau pscur détecter des champs

objets statiques ou dynamiques.

Un autre objet de la présente invention est de prévoir un appareil électronique nouveau d'holographie pour obtenir des données holographigques sous forme électrique, permettant aux

données d'être traitées de façon directe et continue.

Ces objets, ainsi que d'autres de la présente invention sont atteints par un appareil électrique nouveau d'holographie cmprenant des moyens pour produire des faisceaux optiques mutuellement cohérents d'éclairrement et de référence, et une caméra. Le faisceau d'éclairement illumine le champ objet et amène la lumière réfléchie en provena3ne du champ objet à entrer dans l'ouverture d'une caméra et à former un motif de taches, qui sont une caractéristique intrinsèque de la lumière diffusée à partir d'objets diffus sous un éclairement cohérent. Ces "taches" sont les caractéristiques que l'on peut résoudre dans un frait d'onde cohérent. Le faisceau de référence éclaire l'ouverture à partir d'une position virtuelle décalée d'un côté du champ objet, de sorte qu'une superposition lirnéaire des franges sinusdidales est créée sur le motif de taches. Cet agencement crée des franges qui sont sensiblement parallèles et ont des phases et amplitudes indépendantes. En outre, la position de la source de référence et le centre du champ objet sont choisis pour avoir une séparation

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arngulaire, mesurée au niveau de l'ouverture de la caméra, créant en moyenne au moins une region sombre et une région lumineuse par

tache, oe qui est essentiel pour déterminer la phase et l'ampli-

tude de la tache.

L'ouverture de la camera est rendue suffisamment grande pour permetLLtre la résolution d'éléments séparés du champ objet et un réseau de détecteurs optiques est prévu et disposé en rangées et en colonnes, les rangées étant perpendiculaires aux franges et les colonnes parallèles aux franges. Les sorties des détecteurs sont périodiquement échantillcrzees, et sont sensibles, selon une loi quadratique a la lumière incidente pour produire des termes

de produit croisés quand ils sont frappés par les deux souroes.

L'image des taches est formé avec un grandissement suffisant pour que, en moyenne, une onde complète (une région sombre et une région lumineuse) d'une tache tombe sur un nombre

adéquat de détecteurs dans une rangée pour déterminer sans ambi-

giité l'amplitude et la phase spatiale de Ia frange. Typiquement,

ceci rnécoessite quatre détecteurs.

Ainsi, un signal électrique est obtenu dans les sorties échantillonnées du détecteur représentant la phase spatiale et

l'amplitude de chaque tache en moyenne. Quarnd oe signal élec-

trique est traité pour éliminer des termes externes, les fronts d'cnde d'origine, c'est-à-dire l'hologramme, peuvent être

restaurés et la scène reconstituée d'une faQçon approchant 1'opé-

ration de transformation de Fresnel/Fourier fournie par une lentille, mais ne nécessitant pas de lentille, si un traitement

convenable des fronts d'onde est assure.

Dans ce prooessus, le champ objet éclairé et la réfé-

rence produisent un spectre spatial sur l'ouverture de la caméra

donnant lieu à quatre termes spatialement superposés qui appa-

raissent dans les sorties échantillonnées du détecteur. Ces termes comprenent un terme spectral de valeur uniforme dû à l'illumination par le faisceau de référence, un terme spectral représentant le motif de taches dû au champ objet éclairé, un

terme spectral indésiré de fréquence spatiale négative cfrrespon-

dant au terme conjugué du produit crouisé dû à la lumière en provenance du champ objet éclairé et à la référence, et un terme spectral désiré à fréquence spatiale positive correspcdant au terme de produit croisé direct dû à la lumière en provenance du champ objet éclairé et à la référence. Selon l'invention, la position du point de référene virtuel est déplacée par rapport au oentre du champ objet d'un

arngle, mesuré au niveau de la canera, supérieur à l'angle sous-

tendu par le champ objet. Cette disposition physique amene les quatre termes, bien que spatialement superposés sur l'ouverture, à être répartis dans le domaine du spectre spatial fréquentiel à des positions mutuellement séparées. En bref, ils sont dans un état dans lequel ils peuvent être séparés par un filtre approprié à réponse impulsionnelle finie (FIR) capable de séparer les

termes par leurs fréquerces spatiales.

Selon un autre aspect de l'invention, la référence est une source virtuelle ponctuelle, le centre du champ objet et le point de référence virtuel étant disposés sensiblement à la même distance du plan du détecteur pour amener les franges dans toutes les taches à être sensiblement à des fréquernces spatiales égales, et les détecteurs sont espacés à des intervalles égaux le lncrg

des rangées pour une mesure efficaoe de phase et d'amplitude.

Selon un autre aspect de l'invention, les sorties _échantillonnées de n détecteurs successifs dans chaque rangée sont combinées soustractivement pour obtenir un ensemble de (n-l) différences de sortie. L'effet de la différence est d'éliminer le terme spectral de valeur uniforme et une partie notable du terme spectral du motif de taches en lui-même de la sortie de la caméra. Le terme spectral du motif de taches est en outre réduit en réglant l'intensité du faisceau de référence de façon élevée par rapport à l'intensité de l'éclairement réfléchi par le champ

objet vers la région plane liée.

Les deux mesures susmentionnées peuvent être considé-

rées comme une partie du filtre FIR par leur fronction d'isolement du terme de produit croisé souhaité contenant les informations holographiques, oau ccme des moyens pour simplifier la tâchae finale d'un filtre FIR final dont la tâcha restante est de séparer les deux termes de produit croisé pour isoler le terme de

produit croisé désiré.

&rEnfin, un filtre classique à réponse inmpulsicnnelle finie (FIR), auquel la séerx de différences de sortie dans les sorties du détecteur est couplée, est prévu pour enlever le terme

spetral de produit croisé à fréquen négative inésiré, four-

nissant le tenme spectal de produit croisé de fréuenc positive

désiré.

Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détail

dans la description suivante de modes de réalisation particuliers

faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1A est une vue en perspective d'un appareil pour enregistrer l'holograire d'un champ objet en utilisant un dispositif à transfert de charge (CrD); la figure lB représente un dessin de motif de taches raye qui est formé quarnd de la lumière en provenance d'un champ objet illuminé de façon coeérente et de la lumière en provenane d'un second emplacement et provenant de la nmre source coherente éclairent le plan de détection du CTD et interfèrent;

la figure lC représente le motif de détecteurs consti-

tuant le plan de détection sur lequel se forme le motif de taches rayé; la figure 2 illustre la distribution d'intensité sur

l'ouverture du plan détecteur et, dans des buts d'analyse, repré-

sente un agencement élémeintaie dans lequel un point unique en

provenance du champ objet et un point unique de source de réfé-

rencs éclairent un point d'observation dans le plan de détection; la figure 3 traite du spectre spatial de la répartition d'intensité dans le plan du détecteur dû à tous les points du champ objet dans les conditions d'illumination illustrées en figure 1A, illustrant en particulier les spectres de fréquence spatiale dans la direction X de cette distribution; la figure 4 illustre un motif de podtération d'antenne angulaire imposé sur les distributions X et Y des spectres de fréguence spatiale selon les axes X et Y en raison de la surface finie des détecteurs; la figure 5 est une représentation dans le plan

complexe "Z" du spectre de fréquence spatial des données échan-

tillonnees dans la direction X, utile à l'exposé des contraintes de filtrage pour sélectionner le spectre complexe désiré du champ du détecteur et pour rejeter les spectres inlésirés;

la figure 6 illustre le spectre angulaire répété bidi-

mensionnel dû à l'échantillcrnnage des sorties en provenanoe de détecteurs successifs, utile à l'exposé des contraintes de filtrage;

la figure 7A est une représentation de circuits équiva-

lents de la "différentiation" qui prend place dans les sorties des détecteurs individuels du plan de détecteurs et qui est

mathématiquement une partie d'un filtrage à réponse impulsion-

nelle finie (FIR);

la figure 7B est une représentation de circuit équiva-

lent du filtre FIR requis pour sélectionner le spectre complexe désiré et rejeter les spectres =6ésirés; la représentation illustrant optionnellenent à la fois les différentiations sur le

plan de détecteurs et le filtre FIR externe ou seulement le fil-

tre FIR exterrne; la figure 8A est une représentation schématique d'un détecteur CID pouvant être utilisé comme CTD dans la caméra et connux en particulier pour réaliser des différences entre des détecteurs successifs dans la dimension X;

la figure 8B et sa transposition illustrent respective-

ment les caracteristiques de circuit de l'analyseur de sélection verticale et de l'analyseur de verrouillage vertical; la figure 8C représente les particularités des circuits de l'analyseur horizontal;

les figures 9A et 9B illustrent deux étapes du proces-

sus de lecture pendant lesquelles une différenciation prend place dans le détecteur CID des figures 8A, 8B et 8C; les figures 10A et 10B illustrent l'effet de filLtrage de la différenciation, la figure 10A illustrant l'emplacement zéro de 'axe Z sur le cercle unité et sur l'axe réel positif, et la figure lOB illustrant la différenciation de réjection dans la réponse en fréquence de la camera à des fréquences spatiales continues et fhaibles combinees avec l'effet de filtrage des détecteurs de zone finie; la figure 11 représente les emplacements zéro dans le

plan Z pour un filtre FIR externe ajouté selon un mode de réali-

sation particulier dans lequel de un à quatre zéros sucessifs

sont ajoutés au cercle unité au niveau de l'axe imaginaire néga-

tif, en nmême temps qu'un zéro unique sur le oercle unité au niveau de l'axe réel négatif;

la figure 12 illustre la répnse fréquentielle d'ensem-

ble due aux spectres. de signal désiré et indésiré du système

total incluant un filtre FIR externe ajouté ayant des emplaoe-

ments de zéros dans le plan Z de la figure 11 et fournissant une division par deux;

la figure 13 représente la réponse en fréquence d'en-

semble du même mode de réalisation, en supposant qu'il y a une énergie négligeable au oentre de la bande passante;

la figure 14 illustre la réponse fréquentielle d'ensem-

ble d'un mode de réalisation indiqué à titre d'exemple ayant des

emplacements de zéros dans le plan Z de la figure 11, et fournis-

sant une division supplémentaire par deux (en tout quatre); et la figure 15 est un graphique de 1 'erreur de phase maximale en fncntion de la fréquence spatiale exemplaire du mode

de réalisation donné à titre d'exemple dont la réponse est carac-

térisée par la figure 14.

La figure lA repr&sente une vue en perspective d'un

appareil pour enregistrer l'hologramme d'un champ objet. L'appa-

reil enregistre des informations holographiques du champ objet à

travers une ouverture de taille suffisante pour résoudre des élé-

ments individuels du champ objet. L'enregistLUent hlographique peut être utilisé dans divers buts, y compris la détection de

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déplaOaents ou la recznstitution du chap dbjet, come oela est représenté.

L'appareil ccpred des mnyens pour produire des fais-

eaux optiques mutuellement cl&ents d'illumination et de réfé-

rence, et une caméra à dispositif à transfert de charge (CID) nunie d'une ouverture dirigée vers le champ objet, recevant le faiseau de référence, et ornvenablement alignée par rapport aux

faisoeaux et au champ cbjet pour enregistrer des donres hologra-

phiques. La camera, qui fconctioune sans objectif classique,

échantillonne l'illumination frappant des photodétecteurs dispo-

sés dans le plan de détection. L'illumination frappant le plan de détection peut être caractérisée comme une transformée de Fresnel/Fourier de la lumière réfléchie à partir de l'objet illuminé.

Les signaux électriques obtenus à partir des photodé-

tecteurs sont convertis en un format numérique dans le convertis-

seur analogique/nmrique 24, et sont soumis à un filtre à répcnse impulsionnelle finie (FIR) 25 pour enlever des termes d'illumination indésirés et pour séparer les informations de

phase et d'amplitude désirées requises pour caractériser l'holo-

gramme. Une caractéristique importante de l'appareil réside dans la prise de différenres entre les sorties de photocétecteurs adjacents. Alors que, physiquement, ceci peut faire partie des circuits sur le plan de détection, mathématiquement, cela peut être considéré oamme une partie du filtre FIR. La division des données par 2 ou 4 (c'est-à-dire en prenant chaque seornd ou quatrième échantillon des données filtrées) simplifie normalement le traitement éventuel des données et est indiqué par le bloc 26. Un traitement matriciel supplémentaire des données filtrées peut être assuré par un transformateur de Fresnel/Fourier 27 pour

reconstituer le champ objet pour un affichage 28.

Comme on peut le voir en figure lA, les faisceaux d'illumination et de référence proviennent d'un laser unique 10, le faisceau en provenance du laser frappant une séparatrioe 11 qui envoie une partie de l'énergie laser dans un trajet séparé commte faisceau de référence. La partie du faiseau laser qui n'est pas déviée est envoyée à un système optique d'éclairement

12 dans lequel le faisceau laser subit une expansiaon pour éclai-

rer le champ objet 13. Ainsi, de la lumière cohérente réfléchie à partir du champ objet entre dans l'ouverture 14 de la camera CTD et crée un motif de taches sur le plan de détection 16 de la caméra. La partie de l'énergie laser qui est déviée au niveau de la séparatrioe 11, traverse un système de retard optique 17, un miroir 18, un système de mise en forme de faisceau de référence 19 et un miroir 20. Le miroir 20 projeta le faisoeau de référence

à rnouveau vers l'ouverture 14 du plan détecteur 16 de la caméra.

La fonction du systme de mise en forme de faisoeau d'éclairement

est d'éclairer la partie du champ objet observée par la caméra.

La fonction du système optique de mise en forme de faisceau de référence 19 est d'éclairer le plan du détecteur qui fournit un

moyen pour obtenir les informatiaons de phase de l'hologramme.

Ccmme cela sera exposé, le systme optique 19 est prévu pour plaer la source virtuelle du faisoeau de référenoe à la même distance (coordonrAe Z) du plan de détection que le oentre du

champ objet.

Dans la représentaticn de la figure 1A, les trajets optiques des faisoeaux d'éclairement et de référernce proviennent du laser 10 et se terminent sur le plan de détection de la camera. Si les longrueurs de trajets des deux faisceaux sont rendues suffisamment égales, les deux faisceaux atteindront le plan de détection en même temps en moyennr et toute instabilité

du laser sera minimisée, préservant ainsi la précision de lon-

gueur d'cnde optique partielle dans les informations hologra-

phiques lues au niveau du plan de détecteurs. Le système optique de retard temporel 17 constitue un moyen pour rendre égaux les chemins optiques des deux faisoeaux. Les différences de chemins optiques des deux faisoeaux en provenance du laser 10 vers le - plan de détecteurs 16 existeront toujours si le champ objet est de profondeur étendue (dans la directicn de l'axe Z). Une plus grande différence entre les deux chemins optiques peut toutefois être toléree quard la lcrnueur de cohérence du laser augmente. En suerre, plus le laser est stable, plus on pora tolérer de grardes différexes de chemins optiques et plus la profondeur de chmp sera graxne, avant que l'instabilité des mesures devienne

xnotable.

Le faisceau de référnce fournit un moren pour obtenir les informations de phase pour l'hologramme. Quand le faisceau de référence frappe le motif de taches déjà Présent sur le plan de détection de la caméra, d au faisceau d'élairemmnt, un motif d'interférence spatialanet périodique, qui sera appelé "motif de taches rayé, est cré. Le motif d'interférence avec ses régions rsuemssives lumineuses et sarbres permet à des détecteurs placs de façon appropriée qui détectent seulement l'intensité de la lumière de déterminer son amplitude et sa phase. La phase est,

bien sûr, mesurée par rapport à la phase du faisoeau de réfé-

rence. Une analyse montre que si un échantillonnage spatial adéquat de chaque tache est obtenue en moyenne, on peut obtenir les informations d'amplitude et de phase de chaque tache (en moyenne) et, de façon génrale obtenir une quantité adéquate d'informations du front d'oncde complexe au niveau du détecteur pour enregistrer h'hologramme pour une renstitution ultérieure

du champ objet.

La caméra CID peut prendre plusieurs formes, étant entendu qu'il est essentiel pour une préaplificaticn efficace du signal et un filtrage FIR de la sortie des photodétecteurs que la caméra cmprenre des moyens pour fournir des différernos de

signaux entre des photodétecteurs suocessifs de mêmes rangées.

Une canera adaptée à oette application est un dispo-

sitif à injection de charge (CID) ompenant un réseau de typi-

quement 256 x 256 sites photodétecteurs sujets à une lecture par rançée, comme cela est illustré en figures 8A, 8B et 8C. Des détails de la canéra et des moyens par lesquels des différenoes

sont prises seroet exposés ci-après.

L'enregistrement des informations holographiques gagna beaucoup en prdcision de mresure d'amplitude et de phase et en sensibilité totale si les relations spatiales illustrées en figure 1A sont maintenues. Le faisceau d'illumination, la souroe

de faisceau de référex, les emplaceints du champ objet éta-

blissent un à à trois coordonnées, avec leuel l'ouverture angulaire et le plan de détection de la caméra doivent être amenés en alignl ent pour unefidélité optimale de phase et d'amplitude et pour une sensibilité maximale. Un positionnment crlvenable de la source de référeroe, du champ objet, et de la

caméra, établit la position, l'orientation et la fréquenoe spa-

tiale des franges et, dans la disposition préférée, rend la fúúuernc spatiale des franges sensiblement constante sur l'ouverture de la camara. Une orientation convenable du plan de

détection de la caméra en relation avec les franges, et un gran-

dissement ccivenable des franges en relation avec l'intervalle

entre détecteurs du plan de détection améliorent encore la préci-

sion de l 'enrgistrent des informations holographiques. Ces

points vont maintenant être exposés en détail.

Coze le représente la figure IA, la canéra est de façon idéale positionnée pour placer le oentre 21 de l'objet dans une ligne perpendiculaire au plan de détection tra à partir du centre 22 de son ouverture. Ainsi, l'origine d'un systéae à trois axes de coordonnées est le centre du plan de détection, l'axe Z étant la ligne perpenciculaire au plan de détection passant par le oentre 21 de l'objet. Tes axes X et Y se trouvent dans le plan de détection, mais leurs orientations restent indétermirées

jusqu'à oe que la position du plan de référence soit fixée.

Le systète optique 19 de mise en forme du faisoeau de

référerne est réglé pour plaoer la position de la source virtuel-

le du faisceau de référeroe à un point 23. La source virtuelle 23 du faisceau de référene est petite par rapport au champ de l'objet et peut être traitée comme une souroe poçrtuelle. Tes franges d'interférenoe produites par l'illumination de référenc et le champ objet éclairé sont perpeniiculaires en moyenne au plan défini par les points 21, 22 et 23. D'autre part, seule la lumière provenant de la ligne d'intersection du plan 21, 22, 23

avec le champ objet produira des franges exactement perpendicu-

laires à oe plan. Une exactitude n'est pas neressaire pour obte-

nir des résultats précis sur une plage raisonnable d'observa-

tion. Ainsi, pour échantillonner la fréquence spatiale des franges produites à partir de tout point du cdap objet, les photodétecteurs doivent être disposes en rangées parallèles au plan (21, 22, 23). L'intersection de oe plan (21, 22, 23) avec le plan de détection définit ainsi l'axe X et, en cnséquence, la position de l'axe Y qui est défini cormme perpendiculaire à l'axe X. Les colonnes de détecteurs sont parallèles à l'axe Y. Les rangées de détecteurs, qui sont utilisées pour déterminer la phase spatiale des franges sont doc parallèles à l'axe X. En outre, selon l'invention, la source de référence virtuelle est disposée à la même distance selon Z de l'origine que le oentre du champ objet. Ceci présente l'avantage de réduire

les erreurs de parallaxe en provenaoxe de points de vue diffé-

rents dans l'ouverture de réception pour le mêmne point objet, et

tend à rendre l'écart entre franges plus uniforme. Avec une uni-

formité de l'écart entre franges, la oenstance du taux d'échan-

tillocnage spatial devient meilleure.

Le spectre angulaire spatial dépend de l'angle (e) entre le point origine (23) du faisoeau de référence et les points de résolution dans le champ objet. Quand le champ objet est dans le dchamp proche de l'ouverture de réception, l'angle entre un point donna du champ objet et la normale au plan de l'ouverture de réception (c'est-à-dire l'axe Z) est identique

pour tous les points d'observation dans l'ouverture de récep-

tion. Dans ces conditions, un faisoeau de référence collimaté semblant venir du champ lointain est souhaitable. Toutefois, quand le champ objet est dans le champ proche de l'ouverture de réception, ce qui est le cas habituel, un point fixe dans le

champ objet apparait à différents angles comme on le voit à par-

tir de différents points dans l'ouverture. Dans ces conditions, la superposition d'un faisceau de référence ollimaté à un angle fixe fournit une figure d'interférenoe dont l'écart entre franges varie considérablement avec la position dans l'ouverture. Une

grande variation de 1'écart entre franges entraine un échantil-

loennage inefficaoe de cette figure. on peut trouver un compcris en plaçant le point 23 du faisoeau de référene à sensiblement la nmême distance selon Z que le centre du champ objet. Dans ces conditions, il n'y a pas de parallaxe entre des points dans le champ objet et le point de référence. I1 en résulte que l'angle entre le point de référence et tout point fixe dans le champ objet est rninalement le nmême pour tous les points d'observation dans l'ouverture de réception et ceci conduit à une uniformité dans l'écart entre franges et à une efficacité d'échantillonnage

de as franges à une cadence d'échantillonnage spatiale cons-

tante. La figure lB est une représentation d'une partie du motif de taches apparaissant sur le plan de détection de la caméra 15. Le motif de taches est illustré à la même échelle et

orientation que le motif de détecteurs illustré en figure lC.

Dans la représentation de la figure lB, une petite partie du motif total de taches rayé est représentée et le rendu en noir et blanc est une approximation grossière des gradations

plus progressive de lumière et d'ombre qui surviennent en fait.

En supposant une application à une camera classique, l'illustra-

tion représente seulement environ 0,2 % du motif de taches utile et du plan de détection. Le frangeage ou rayage des taches peut être attribuée à l'interférence entre la lumière mnochromatique en provenance du champ objet et la lumière mnochrmatique en provenane de la souroe de référence. Les deux sources, comme cela a été décrit, sont mutuellement corhrentes, et, tant que les éléments du champ objet sont fixes, le motif reste également sensiblement fixe, une certaine perturbation étant provoquée par le passage des faisceaux dans de l'air en mouvement ou par de

petites vibrations des éléments du système optique.

L'orientation et l'écart des franges sont établis par le positionnement des points 21, 22 et 23. Ainsi, chaque frange est parallèle à l'axe Y et des frarnges successives de la tache d'échantillon sont espacées selon l'axe X. Une région sombre et une région lumineuse constituent une cnde complète (2nr radians) de la fréque spatiale de la tache, et une tache de dimension moyenne est choisie pour coàrres re au moins une onde complète de frange de façon à permettre la détection de la phase

spatiale de la tache. Le nombre de franges par tache est déter-

miné par le déplacement angulaire (e0) de la source de référence virtuelle par rapport à l'axe Z. Les informations holographiques en provenane d'une tache sont captées dans leur luminosité et leur phase spatiale instantanée. Canne cela est représenté en figure lB, la phase spatiale de chaque tache difrfère de celle de ses voisines d'une

façon qui senmble être tout à fait aléatoire.

Le motif de détecteurs qui, dans un cas typique, est quatre fois plus fin que le motif de franges, fournit un moyen pour échantillocner les taches rayées de façrn à restaurer la phase et l'amplitude de chaque tache (en moyenne) et à capter

ainsi les informaticns ressaires à la construction d'un holo-

gramme. L'illumination crée à la fois des termes désirés et indésirés auxquels les capteurs répondent tandis que le processus d' échantillonnage est la source d'artéfacts. Les termes désirés et ind, ésirés, et une partie des artéfacts introduits par le

processus d'échantillonnage, sont traités en figures 3, 4 et 6.

La figure 5 est une représentation dans le plan criple-

xe Z des perforanes de filtrage requises pour sélectionner le

terme spectral désiré et rejeter les tenrmes spectraux indésirés.

La sélection des termes utiles est réalisée par une différentia-

tion prenant place dans les sorties du photodétecteur, par réglage de l'intensité du faisceau de référernce par rapport à l'intensité du champ objet et par filtrage FIR, cumea cela sera

davantage expliqué ci-après.

En revenant à la figure 3, le spectre de fréquence

spatiale mesuré dans la direction X de la distribution d'inten-

sité (carré de l'amplitude lumineuse) dans l'ouverture de récep-

* tion est représenté. les uni-tés mesurées le long de l'axe:xri-

zontal sont des radians par unité de longueur. Le paraètre k est égal à 2ir divisé par la lnue d' ax3e optique. L'angle ex est l'angle central mesuré à l'originm 22 (figure 1A) entre un point unique choisi 27 dans le champ objet et le point souroe du fais- Ceau de réfèrernc 23. (Ainsi, la position angulaire d'un point

unique dans le champ objet est vue com, directement cartogra-

phiée dans une composante de fréquezce spatiale unique correspon-

dante). Le spectre de fréyquene spatiale dans la direction X de la distribution d'intensité dans l'ouverture de réoepticn de la

figure lA est illustré en figure 3. Le spectre de fréquenoe spa-

tiale représente une intégration spatiale Fourier/Fresnel de la distribution de puissance optique frappant les zones élméntaires

de détection sur l'ouverture.

En tant que première étape d'analyse de ce spectre, la puissancx optique par unité de surfaoe à la position p dans le plan de l'ouverture de réception I(p) peut étre ccsidété et s'exprime de la façcn suivante (p) + [(p)J2 + I +(p)(p) (1) ou. iR est l'intensité sensiblement constante sur le plan de l'ouverture due au faisoeau de référenoe; ([S(p) est la valeur de 1 intensité optique totale de l'objet au point p dans l'ouverture de réception due au champ objet illuminé total;

Ira(p) est la cxposante indésirée (fréquence néga-

tive) de la distribution d'intensité d'ensemble ozzes ant au conjué de la lumière en provenarc du champ objet, c'est-à-dire le produit du conjugué de l'amplitude coaplexe de la lumiè-e en provenanoe du dhamp objet éclairé et de l'amplitude cxmplexe de la lumière en provenane de la souroe de référerie; et I1, (p) est la canposante désirés (fréquen0e positive) de la distribution d'intensité d'ensemble oorresprndant à la lumière en provenance du champ objet, c'est-à-dire le produit de l'amplitude ccoplexe de la lumière en provenance du champ objet éclairé et du conjugué de l'amplitude complexe de la lumière en

proveanae de la source de référence.

Les quatres termes de l'expression (1), quand ils sont intégrés par un transformateur spatial de Fourier/Fresnel sur

l'ouverture, forment quatre termes spectraux spatiaux correspcn-

dants. Quand la caméra, la forme de l'illumination, et le champ objet sont agencés de façon appropriée, les termes spectraux résultants sont répartis dans des positions nmutuellement séparées

sur le spectre des fréquenoes spatiales illustré en figure 3.

La base mathématique des termes de l'expression (1) peut être mieux expliquée en recourant à une analyse de la distribution d'intensité sur l'ouverture du plan de détection en

utilisant l'exemple élémentaire de deux sources lumineuses pOnc--

tuelles représentées en figure 2. Ici, on suppose qu'un faisceau

de référence envoie de la lumière à partir d'un point de réfé-

rence situé de façon arbitraire, et qu'un champ objet proche est présent, constitué de la lumière réfléchie rayonnant à partir

d'un point unique. Une description mathématique de la figure

d'interférenoe résultante sur un plan de détection à distance dans l'ouverture de réception de la camira est l'objet de

l'exposé ci-après.

L'exemple de la souroe à deux points de la figure 2 est

établi pour le système de coordonres cartésiennes déjà décrit.

Les trois points concnés sont les emplacements des souroes ponctuelles (appelées source ponctuelle de référerce et source ponctuelle du champ objet) et un point d'observation dans l'ouverture de réeption. Des vecteurs intercrnectant les points sont définis oeane cela est représenté. Les définitions suivantes s' appliquent: [YX, Y9, Z,] sont les coordonnées de la source porctuelle du faisoeau de référenoe [Xs, Ys, Z s] sont les coordnrées de la source ponctuelle du champ objet (x, y, O) sont les c donnes du point d'observation dans l'ouverture de réception

VR est le vecteur distance entre le point de réfé-

rence et le point d'observation Vs est le vecteur distance entre le point dans le champ objet et le point d'observation VR, V, sont les amplitudes des vecteurs distance respectifs. On considère des ondes sphériques rayonnant a partir de

chaque point. Ces crdes peuvent ête drites de la façon sui-

vante. L'amplitude complexe d'une onde à partir du point de réfé-

rence & la distance r d'un point d'observation sur le détecteur est: (AR /r)e Il.e j k r ou A, /r est la valeur de l'amplitude complexe d'une ronde en provenance du point de référence à la distance r d'un point d'observation sur le détecteur (l'amplitude élevée au carré étant égale à la puissance optique par unité de surface à la distance r du point de référence). OR est la phase de la référence au point source (c'est-à-dire à r = 0). L'amplitude complexe d'une onde à partir du point du champ objet à une distance r d'un point d'observation sur le détecteur est: (A^/r)e Il. e-] k r o A /r est la valeur de l'amplitude complexe d'une onde en provenance d'un point du champ objet à la distance r d'un point d'observation sur le détecteur (l'amplitude au carré étant égale à la puissance optique par unité de surface à la distance r du point de référence). s est la phase du point objet à sa source

(c'est-à-dire à r = 0).

L'amplitude complexe d'ensemble pour un point d'obser-

vation choisi est la superposition de oes deux composantes, les

valeurs appropriées pour les amplitudes vectorielles étant uti-

lisées pour r de la façon requise.

L'intensité I pour un exemple de source à deux points

varie avec la position (x,y) du point d'observatiaon dans l'cuver-

ture de réoepticn. L'expression pour l'intensité I qui peut être obtenue en utilisant osertaines hypotses simplificatrices (par exemple que la distance entre les deux points source est petite par rapport à leur distance au point d'observation), peut prendre la fcrme suivante I(P) = IR + Is (2a) + 2f -Is -cos [k, x+ky+ s -P. +k(Vs -VR)] ai:

IR AR 2/V 2

est l'intensité de la source de référenie pouxr (x,y) (2b) Is = As 2/V2 est l'intensité de la souroe objet pour (x,y) (2c) k- ks _ -]e

VS VR

(2d) = k[sinG3x - sinx.1 S R (2e) ky = k[siney - sine, y] Ainsi, on voit que l'intensité dans 1'ouverture de réception varie sinusdidalaemnt avec la position par rapport à une valeur de polarisaticn. On voit que les frúqueroes spatiales dans les directions x et y de oette variation dépeent de l'angle entre les points de référence et objet, anoe on le voit à partir du point d'observation dans l'ouverture de réoeption. Le fait de placer le point de référence à la mne distance que le point objet élimine le parallaxe entre ces points, d'o il résulte que oet angle et la frquenxe spatiale coúespcdante

sont constants sur l'ouverture de réception.

On voit que la phase spatiale de oette variation sinu-

soidale dépend de la différence de phase entre les points 'objet et de référence, ainsi que de leurs positions. Ceci est indiqué

par %, R et Vs, V., respectivement.

Le terme de polarisation (IR+Is) dans l'équation 2a

ne contient pas d'information utile et doit être éliminé par dif-

férernce dans la caéra coume cela sera explique ci-après.

La position du point objet par rapport au point de référence peut être detezrmi de façon univoque à partir des

fréuenres spatiales en utilisant les équations 2d à 2e.

La position du motif sinusdidal peut être mesurée à partir des donées. du détecteur et utilisée pour déterminer la

phase des points objets en relation avec le point de référence.

Ceci correspond à la quantité donnrée dans l'équation (2a) par

Qs -R + k(Vs -V). -

L'amplitude As du point objet peut être déternminée à partir de l'équation (2c) en connaissant l'intensité I et la

distance Vs. La distance est Connue à partir de la reconstitu-

tion de l'objet. L'intensité est détemn/rne à partir de l'ampli-

tule de la variation sinusoïidale comroe on le voit en équation

(2a). On suppose que l'intensité de référence IR est cornnue.

En xésumé, oennaissant la position, l'amrplitude et la phase du point du faisceau de référence, et en utilisant les

relations des expressions (2a) à (2e), on peut déterminer l'am-

plitude, la position et la phase irnonues d'un point objet voisin à partir des détails du motif d'intensité résultant de la surperposition de la lumière en provenanc du point de référence

et d'un point objet incornnu au niveau d'une ouverture de récep-

tion. L'analyse ci-dessus se base sur un exemple à deux points.

Toutefois, le dchamp objet occupe un volume étendu fini

dans l'espace plutôt que le point unique qui vient d'être consi-

déré. Le point de référence se distingue des points dans le champ objet du fait qu'il est situé en dehors des limites du champ objet et, pour des raisons qui seront expos ci-après, est rendu plus brillant que le champ objet. Ainsi, l'intensité en un point quelconque de l'ouverture de réception due au faisceau de référence est supérieure à l'intensité en oe point due à la lumière en provenance du champ objet total. L'équation (3) ci-dessous donnre l'amplitude complexe S(p) en un point p dans l'ouverture de réception due au champ objet étendu total. Le vecteur champ électrique d'ensemble en un point quelconque de cette ouverture est la superposition des champs dus à l'ensemble des souroes dans le champ objet, et leur amplitude complexe est donnée par: -j.k-rs (p, P) j2(P) e S(p) = IA(p)I.e dr (3) ou: p est un point dans 1'ouverture de réception, _s est un point rayonnant de la lumière dans le champ objet (qui contient plusieurs tels points), S(p) est l'amplitude complexe d'ensemble (amplitude et phase) du vecteur E au point p dans l'ouverture de réception,

|A(vp) I. cD() P) sont l'amplitude et la phase respec-

tivement e la souroe lumineuse au point ps dans le champ objet, rs (p,ps) est l'amplitude de la distance entre le point ps dans le champ objet et le point p dans l'ouverture de réeptiocn, et dV est un incrment de volume otenant des points

source du champ objet.

Dans tous les cas actuellement concernés, c'est la distribution complexe S(p) qui est disponible pour une mesure au niveau de l'ouverture de réception. La distribution de source

correspordante au niveau de l'objet, qui est décrite par l'ampli-

tude A(ps) et la phase ((ps) est définie comme "l'objet équi-

valent".

L'objet réel est typiquement constitué de faoettes physiques réfléchissantes éclairées par un rayoeremelt laser cohrent. Ces faoettes peuvent être des particules dispersantes discrètes omme dans un brouillard ou un aérosol ou ce peut-être des objets plus grands avc dies surfaces réflchissantes conti- Rues. La distribution lumineuse complexe sur l'ouverture de rception doit être coenablement traitée pour rxeconstituer la

perception de l'objet équivalent. Optiquement, icec est typique-

ment effectué par une lentille. Dans la présente demande, une

technique de formation de faisoeau est utilisée dans ce but.

En prenant l'amplitude cmplexe S(p) dans l'équation (3), en ajoutant la lumière du faisoeau de référence, et en multipliant cette same par le complexe conjugué, on obtient l'intensité d'ensemble I(p) suivante: i(p) = iR + [S(p)112 + 2. '|S(p).osc [S P (p)-4P (p)] (4) o: I(p) est l'intensité optique totale au point p dans l'ouverture de réception, IR est l'intensité due au faisceau de référence, qui est unifcrme en fonction de la position dans l'ouverture de réception, |S(p) est l'anplitude du signal optique d'ensemble au point p dans l'ouverture de réception due au champ objet total, À$p (p) est la phase d'ensemble de la lumière au point

p dans l'ouverture de reptiCn due au champ objet total, c'est-

à-dire é p (p) = s - krs (P,Ps), et Rp (p) est la phase de la lumière au point p dans

l'ouverture de réception due au faisoeau de référence, c'est-à-

dire,,RP (p) = R - kR(P,pR) o rR (p, pR) est la valeur de la distance depuis le point de

référence jusqu'au point p dans 1'ouverture de l'observateur.

La nature du motif d'intensité donné par l'équation (4)

peut être appréciée en la considérant en termes d'une distri-

bution à deux points dnnée par les équations (2a-2e). Dans tous les rca, l'amplitude complexe d'ensemble est la superposition linéaire des mplitues complexes dues à chaque point, incluant

le point de référence. Quand on multiplie par le complexe conju-

gué pour obtenir l'intensité, toutes les -combinaisons possibles de paires de points surviennent. Chaque paire de points peut être cosidérée salon les équations (2a-e). La somme de l'effet de toutes les combinaisons de paires de points possibles est le

résultat d'ensemble et est dorée par l'équation (4).

Les combinaisons de paires de points peuvent être co.sidéréeesS Ciime étant de l'un de trois types orrespnant aux trois termes de l'équation (4) . Ces types sont: - point de référence et point de référence - point objet et point objet

- point de référenoe et point objet.

Le point de référence multiplié par son complexe conju-

gué fournit le terme IR qui est le grarn terme de polarisation

uniforme présent dans les équations (2a) et (4).

Un point objet multiplié par le complexe conjugué d'un autre point objet (incluant lui-même) contribue à l'amplitude carrée de S(p) qui est le seornd terme de l'équation (4). La forme de chaque telle oombinaison de paires est similaire à oelle décrite dans les équations (2a-e), sauf que les indices R et S utilisés pour désigner le point de référence et le point objet, respectiveent, dans les équations (2a-e) sont remplacés par m et

n pour désigner les points m et n dans le champ objet.

COn voit que les fréques spatiales les plus élevées k, et k. qui peuvent exister pour des termes de ce type sent limitées par l'étendue angulaire maximale de la scène dans les

directions x et y, respectiveaent (voir les équations 2d et 2e).

Cette fréquenoe maximale impose une dimension spatiale iriale d'une caractéristique qui peut exister dans l'ouverture

de réceptiron en raison de ce second terme. Ceci est fcrdamenta-

lement la dimension de tache minimale qui peut exister. Cette distribution de taches est donrne par l'amplitude carrée de S(p). C'est la distribution d'intensité qui existerait dans l'ouverture de réception si aucun faisceau de référence n'était présent. Puisqu'aucune information de phase n'est présente dans ce terme, il est sans intérêt et est supprimé dans la caméra

omme cela sera décrit ci-après.

TLes deux termes finaux, qui comprennent le terme concerné, résultent du produit de la lumiire a partir du champ

objet et du conjugué de la lumière à partir du point de réfé-

rence, plus le conjugué de oe produit. La some de cas termes est directement décrite par le terme cosinus dans l'équation (2a). La soame de tous cas termes cosinus pour chacun des points dans le

champ objet fournit le terme cosinus de l'équation (4).

Le point de référence doit avoir la mfme oeordià-es y que le centre du champ objet, la coordonnée x étant déplacée par rapport au centre du champ objet d'une quantité suffisante pour

être en dehors des limites du champ objet.

Dans ces oonditicns, le spectre de fréquence spatiale dans la direction y est le même pour le terme en cosinus de l'équation (4) que oe qu'il était pour le motif de taches docne

par l'amplitude carrée de S(p).

Toutefois, dans la direction x, la fréquence centrale du spectre est dictée par l'angle entre le point de référence et le centre du champ objet (de facon stricte, la différene entre

les sinus des arngles de référenoe et de l'objet selon les équa-

tions 2d et 2e). Ce spectre est étalé sur une largeur de bande

dictée par la dimensicn angulaire du champ objet dans la direc-

ticn x, qui est la même largeur de bande que celle du spectre de

taches dans la direction x.

Le motif d'intensité d'ensemble donnr par l'équation (4) est une faoncticn réelle. Ainsi, son spectre de fréquenie

spatiale présente des cmposantes de fréquence positive et néga-

tive qui sont les complexes conjugués l'une de l'autre.

La figure 3 représente schmatiquement un tel spectre de fréquence spatiale dans la direction x. La composante qui est présentée en hachures dans la figure est la comçosante qui nous intéresse. TRes autres c osantes représentées sont le resultat de l'opération quadratique non lirdaire réalisée pour coivertir

une amplitude en intensité.

La composante désirée de l'équation (4) est obtenue en

exprimant la fncxtion cosinus cuxne la somme de deux expcnentiel-

les coplexes et en prenant seulement l'exponentielle positive.

I (p) = fR. S(p) - e eP.e j (p) (5) o IP (p) est la composante désirée (fréquence positive) de

l'intensité d'ensemble correspondant au champ objet.

I (p) = fR - [ S(p) -e.esP.e Rp (6) o. (p) est la composante indésirée (fréquence négative) de

l'intensité d'ensemble correspondant au conjugué du champ objet.

En combinant des définitions des équations (5) et (6) à l'équation (4), on obtient la distribution d'intensité d'ensemble

fournie dans l'expression (1).

Il est maintenant clair que oes quatre termes représen-

tent des contributions additives à la fncntion d'intensité qui décrit l'intensité optique incidente sur l'ouverture de la caméra. Ces quatre contributions sont spatialement superposées les unes aux autres, chacune d'elles couvrant toute l'ouverture

de la caméra. Ces termes peuvent être séparés par filtrage spa-

tial, oe qui est équivalent à être traité par une transformation

spatiale de Fourier/Fresnel.

L'opération de Fourier est linéaire, de sorte que la transformée de Fourier de la fnction totale peut être réalisée terme par terme d'o il résulte quatre termes de transformée de Fourier, avec une co - 'oe biunivoque avec les quatre ternes d'origine. Après la transformaticn, oes ternes rn sont plus superXpsés et sont trvu,4s à des positioes différentes dans le dmainae objet ou domiaine specral spatial, cxoe oela est

représenté en figure 3.

Ainsi, le terme rcrc e peut être transforme par

Forier/Fresrel pour produire une description mabtmatique de

"l'objet équivalent" (région bachurée de la figure 3).

L'algorithme math-matique par lequel oeci est réalisé est indiqué dans les formules suivantes l0 A(p) E/jx<v,>]. IIS(x,y).elkrs[xyY].dxdy (7) o: = valeur de la distance entre p et ps <Vs > = valeur nmyenoe de V3 En utilisant les équations (5) en substitution: A3(p3) jx\<v, > [[Ip (xy) À k [rs (x,y,ps)-r, (x,y)] *dxdy (8)

Ceci est fondamentalement une description mathématique

de 1'algorithme par lequel l'objet est reoonstitué à partir des

doenrs de la caméra. Ceci suppose que la description cohérent du frcnt d'onde optique en provenanc de l'objet a été restaurée aveC

précision en isolant (par filtrage spatial) celui approprié

(Iv) des quatre ternes d'intensite qui scnt directement détec-

tés par la camér-a selon la présente inventicn, puis en enlevant

de ce profil de front d'cnde la foirne connue du faisceau de réfé-

rence. Il en résulte une foncticn de froet d'onde qui décrit la

lumière en provenanc de l'objet dans le plan de la caméra.

L'objet équivalent peut être restauré à partir de cela dans un plan quelnue au voisinage de l'objet par la transfortue de

Fourier appropriée.

C'est un aspect iortant de l'enseignement de la présente invention que le filtrage FIR très cptimise fournit la façon la plus efficaoe d'isoler le terme désiré, et de réaliser simultanément une haute précision en phase. Ces moyens permettent l'utilisation de données qui représentent des différences adja- oentes qui sont réalisées sur le réseau de la camera, oe qui limite la polarisation optique, et fournit une bcnne détection même si le faisceau de référen est beaucoup plus intense que la lumière en provenance de l'objet. En outre, il en résulte une transmnission des données plus efficaoe en provenance de la camera en ce que des échantillons I et Q qui représentent seulement le terme désiré peuvent être transmis au filtre FIR à partir de la camra, réduisant ainsi la cadence de données requise dans une

trame temporelle damée.

Dans le cas d'un point objet unique, ce point peut être localisé par des formules simples au lieu qu'il soit roesaire d'utiliser toute la complexité d'une transformée de Fresnel conplète. La phase optique, dans le cas d'un objet poctuel unique, associée au terme Ip désiré, peut s'exprimer par 4 = k[V - V] + % - % (9) O Vs, VR est la distance oblique au point objet et au point de référence virtuelle, respectivement, a partir du point d'observation p = x, y, et 4%, 4>, désignent la phase de réflexion optique des

points objet et de référence, respectiverment.

Dans de norimbreuses applications, b est modulé dans le tfeps (par exemple sinusdidalement au moyen d'une cible vibrante)

ou bien par modulation de l'indice optique dans le milieu inter-

venant, ou bien par déplacment du point cible.

Par une différentiation appropriée par rapport à x et y de la formule cidessus, les relations suivantes entre la forme de la configuration objet/référence et les dérivées successives peuvent être présentées

2645976-

1 dO x - X

1 - - +. _

vs(x)=k dx V( 1 d2 ( 1 X- 2 -k -w -+ -. y] -1 = dX -_5 [y (12) - Vs dD Vs Ys =Y- -_ --' [y - y] (12) k dy VR

Les dérivées dD/dx, d2? /dx2, et les dérivées correspon-

dantes par rapport à y, peuvent être trvées à partir des danées de phase qui sont fournies & partir du filtre FIR. Ces dérivées peuvent être calculées en utilisant un algorithme d'interpolation globale qui utilise la plus grande partie ou toutes les dnnées passant dans l'ouverture de la caméra, oe qui fournit ainsi une haute quantité de gain spatial d'intégration

pour améliorer le rapport signal sur bruit. Ainsi, tous les élé-

ments du cSté droit de l'équation (10) sont connus et Vs peut être calculé. Avec cette valeur, tous les élérments des ctés droits des équations (11) et (12) sont connus et XY, et Ys peuvent êtrLLe calculés, d'o il résulte une localisation oomplète

du point objet.

On peut rnoter à partir des équations (10-12) qua la position angulaire (dans les directions x et y) de l'objet à partir du point d'observation dans l'ouverre de la canera est proportiionnlle à la dérivée première de la phase, qui est la

fréque spatiale en x ou y. La distance oblique Vs est appro-

ximativement proportionrelle a l'inverse de la dérivée secode de

la phase.

En revenant & l'équation (5), le terme désiré I,(p) a un facteur d'échelle d'amplitude égal à la racine carré de l'intensité du faisoeau de référence. Augmenter l'intensité du faisoeau de référence augmente ainsi l'amplitue du terme désiré

au-dessus de tout bruit électronique du circuit.

En outre, l'équation (5) indique la présence d'une

phase supplémentaire de %p soustraite de la phase du signal.

Cette phase est due au faisceau de référence et est du type suivant R (P) R= - 1kr (PPR) (13) r(p,pR) est la distance radiale du point de référence

au point p dans l'ouverture de réception (cmme oela a été pr&cé-

demment défini), % est la phase du faisoeau de référence au point de

référence (comme oela a été pr cdement défini).

L'implication de l'équaticn (5) est que le signal désiré doit avoir sa phase corrigée en soutrLLayant un dc'aage de phase supplémentaire de krR (p,PR) pour obtenir un resultat identique à oelui qui serait présent en raison du champ objet seul sans mesures holographiques. Cam.e cela sera exposé ci-après, une correction de cette phase peut être réalisée par un

traitement informatique ultérieur.

L'équation (1) donne la puissance optique par unité de surfae à la position p dans le plan de l'ouverture de réception. Cette ouverture contient des znes de détection discrètes, omme cela est représenté en figure lC qui intègre la puissanoe totale sur une surface donnée pour fournir un nombre réel unique qui est la valeur d'éc3hantillon nesurée pour oette

position.

Les paramètres suivants, illustrés en figure lC, sont

utilisés pour définir la forme du détecteur.

w est la largeur dans la direction x de chaque zone de détecteur, h est la hauteur dans la direction y de chaque zae de détecteur, d; est la distance dans la direction x entre des centres de détecteurs, d, est la distance dans la direction y entre des centres de détecteurs, m,n sont des indicoes entiers coúr x-xdant au détecteur

m dans la direction x et au détecteur n dans la direc-

ticn y, (md,,rÈi) sant les coordonnées x,y respectivement

du oentre de l'élément détecteur m,n.

Avec ces définitions, la puissance totale détectée par l'élément m,n de la caméra est donnée par: r),+(h/2)] [rúlc+(w/2)" P(m,n) = f j I(x,y)dxdy [nd,-(h/2)] I,[4-(w/2)] (14) o: P(m,n) est la puissance optique totale détectée par i'élément m,n dans le réseau de la caméra I(x,y) est l'intensité I(p) au point x,y (c'est-à-dire le point p) dans l'ouverture de réception, telle qu'elle est

donnée par l'équation (1).

En substituant l'équation (3) dans les équaticns (5) et (6) et en combinant avec l'équation (1), l'intensité au point x, y dans 1'ouverture de réception s'exprime en fonction de la distribution d'amplitude A(ps) de l'objet. Cette combinaison

contient une intégrale en volume sur l'objet à partir de l'équa-

tion (3).

Substituer ce motif d'intensité résultant dans l'équa-

ticn (14). conduit à la sortie d'ensemble du détecteur m, n dans

le réseau de la caméra. Celle-ci cctient une intégrale de sur-

faoe en x, y sur la surface du détecteur, ainsi qu'une intégrale

volumiquge sur l'objet.

L'ordre d'intégration est inversé, effectuant l'inté-

gration de surfaoe en premier.

En faisant cette intégraticr de surfac:, l' amplitude S(p) de la distribution lumineuse sur la surfa cd'un détecteur unique est supposée costante et égale à sa valeur au centre du détecteur. Cette approximaticn est justifiée puisqoe l'écart oentre à centre x, y des surfaoes de détection doit êtreL suffi-

samment petit pour satisfaire à l'échantillcnnage spatial (c'est-

à-dire au toins deux échantillcons spatiaux par tache). Ceci est illustré par les dimensions relatives des motifs de taches rayés illustrés en figure lB et la dinmension du détecteur illustrée en

figure 1C.

Dans les limites de cette approximatic, le résultat suivant est obtenu P(m,n) = P0 + Ps (m,n) + Pn (m,n) + Pp (m,n) (15a)

P0 = h-w-I.

(15b) Ps(m,n) = h-w-[IS(mnxi,n)liJ2 (15) Pp (m,n) = nh-w-i,À j [$(mnps)-$ (m,n)] JiA(p)1.e -F[6X,%y]-dv

F(eG,ey) = sirnc[w-(k/2n)-.sin( e)]-

sinc [h- (k/2n) -sin(ey)] (15e) Pn(m,n) = [Pp (m,n)]* = ccmplexe oonjugué de Pp (m,n) (15f) sinc(") = [sin(na)]/na (15g) 06: A(PS) = amplitude complexe du point Ps dans le dchanp objet, "(m,n,Ps) = déphasage de la lumière en se propageant du point Ps dans le champ objet au détecteur m,n, (R (mn) = déphasage de la lumière en se propageant du point de référenoe virtuel au détec- teur m,n,

k. k = coordcrr)e de fréquence spatiale asso-

ciee & l'angle entre un point objet et un

point de référence, omme cela est indi-

qué dans l'équation (2).

L' quation (15) résume l'effet de la surface finie de

chaque détecteur. La puissance mesurée est pondérée par la sur-

face wh de chaque détecteur. Les dimensions finies w et h dans les deux directions entraînent l'existece de motifs d'antenne angulaires donnés par les deux fonctions sini de l'angle tel que représenté en figure 4. Le terme de phase restant est simplement

la phase d'ensemble au oentre du détecteur doerm m,n.

La figure 4 montre l'effet de la figure de diffraction angulaire sur le chanp objet. Il est clair à partir de oette figure que l'étendue angulaire du champ objet et du point de

référence doivent être suffisawrent petites pour que les fornc-

ticns sine contienent la scène Noere largement à l'intérieur de leurs lobes prixripaux, ocarme cela est représenté. Dans oes coditions, les effets des détecteurs à surfaoe finie et de leurs

motifs d'antenne correspodants sont petits et peuvent génera-

lement être négligés.

Ces échantillons à surface finie sont pris came des approximatiocs d'échantillons à des points de surface nulle au

centre de chaque cellule détectrice. En interprétant oes chan-

tillous de cette façon, le spectre se répète à la cadence d'échantillonnage à l'infini dans les directions x et y. Cet

effet est tracé en figure 6. Les spectres des échantillons pcnc-

tuels sont mdifiés par les motifs de diffraction de la foaction sine conte cela est exposé ci-dessus pour tenir compte des

surfaces finies des détecteurs.

En pratique, les surfaces de détecticn peuvent être rendues sensiblement contigus de sorte que les largeurs w et h sont sensiblemrient égales aux séparations oentre à oentre 4 et

d4, respectivemnt.

d = w (16a) d, = h (16b) Dans oes ccrditions, les premiers zéros des motifs sine à ksinex = 2n/w et ksine7 = 2n/h corresp ent aux fréquenes d'échantillonnage ai les ordres zéros se répètent à 2n/dx et

2n/d, respectivesent. Ceci est rnominalaeent la fcrticon repré-

sentée en figures 4 et 6.

En résumé, la surface de chaque cellule de détection doit être petite en cmparaison de la dimension d'une tache,

c'est-à-dire inférieure à 1/4. Dans ès iconitions, l'effet prin-

cipal de la dimension finie rnon nulle de la surfaoe de détection est de plaoer la petite pondération d'amplitude sur le champ objet. La mesure résultante faite au niveau de chaque site de détection est considérée cmme une approxmaticn d'un échantillon de point spatial qui conduit au spectre répété classique dû à

l'échantillonnge périodique, tel que représenté en figure 6.

* La puissane optique totale détectée par chaque cellule de détection dans la camera est doene par l'équation (15). Comme oela a été exposé préc ent, le terme dcninant dans cette expression est P0, alors que le terme le plus faible corcerrm est P,. RPour epêcher la plage dynamique utile de la sortie de la caméra d'être onsomée par le terme de polarisation Irmportant indésiré, ce terme est enlevé en faisant la différence entre les cellules adjaoentes dans la direction x et en fournissant cette

différersnce en sortie.

C(m,n) = P(m+l,n) - P(m,n) (17) ai: C(m,n) = échiantillon de sortie de la camnra, m dans la

direction x et n dans la direction y.

En gardant la nrcmenclature utilisée dans l'équation (15), les définitions suivantes sont effectues et combinées avec

les équations (15) et (17).

Cs (m,n) = Ps (m+l,n) - Ps (m,n) (18a) C (m,n) = Pn (m+l,n) - Pn (m,n) (18b) C(m,n) = Pp (m+l,n) - Pp(m,n) (18c) C(m,n) = C,(m,n) + C (m,n) + C (m,n) (18d) Le terme important de polarisation continue Po0 n'apparait pas dans les équations ci-dessus dcrivant la sortie de la camera. Ainsi, la plage dynamique est utilisée par des

d es significatives.

Dans le domaine des freéquences spatiales, illustré en figures 3, 4 et 6, ce processus de formation de différence

supprime effectivement l'impulsion continue d'ordre zéro à l'ori-

gine. L'information intéressante est limitée aux zones hachurées

dans les figures. Ceci correspond à Pp dans l'équation (15).

Il est évident que tout Pp(m,n) désiré peut être obtenu dans un terme qui est constant avec m (c'est-à-dire dans la direction x) à partir d'une combinaiscn linéaire appropriée de diverses sorties C(m,n). Ainsi, aucuns information significative

c_-ernée n'a été perdue dans oette opération de différence.

Les figures 8A, 8B et 8C illustrent un agencement pour "différencier" dans la caméra. Ceci peut être considéré camme le premier étage d'un filtre à réponse inpulsionnelle finie (FIR)

agissant sur les données échantillonnées.

La caméra CID peut prendre diverses formes; il est essentiel pour une préarplification efficace du signal et pour un filtrage FIR, que la caméra comprenne des moyens pour fournir N différences de signaux entre des photodétecteurs successifs dans une ranée de (N+l) photodétecteurs (c'est-à-dire Pl-Po, P2-P1,

P3 -P2,...- P -P,-1) O PT est la sortie d'un photodàtec-

teur, l'irndioe "i" indiquant sa position dans la rangée.

Une caméra adptée à cette application est un disposi-

tif à injecticn de charge (CID) omprenant un réseau de typique-

ment 256 x 256 sites photodétecteurs soumis à une lecture par

rangée, comme cela est représenté en figures 8A, 8B et 8C.

2645;976

La figure 8A représente le réseau dans sa totalité, la figure 8B illustrant le détail de la co.mmalde interne au niveau des deux accès de sortie inférieurs R2, R4 de l'analyseur de sélection verticale et, quand la figure 8B est transposée (de droite à gauche), elle fournit le détail de la commarnde interne

au niveau des deux accs de sortie inférieurs R2, R4 de l'analy-

seur de sélection verticale. La figure 8C représente les détails applicables aux trois premiers aos à l'extrmité gauche de l'analyseur horizontal. Cet agenment décrit ainsi la lecture par rangée classique, telle que plus complètement présentée dans les brevets des Etats-Unis d'Amrérique 4 011 441, 4 084 257 et 4 241 421. Ces brevets, qui sont considérés ici comme connus, illustrent des opérations de lecture par rangée et la prise de

différence d'une façon appropriée au présent mode de réalisa-

ticn. Les figures 9A et 9B représentent trois pixels du réseau pendant la lecture, la figure 9B illustrant la lecture à un moment ultérieur. Chaque pixel du CID contient deux puits de memorisation, l'un associé à une ligne de rangée et l'autre à une ligne de colonne. La lecture prend plaoe le long des lignes de rangée qui relient deux accès VEE et VEO qui conduisent à des amplificateurs de rangée pairs et impairs (non représentés). Le transfert de charge entre des puits de meorisation de rangée et

de colonne prend plaoe tan-dis que des potentiels propres à écra-

ser les puits sont appliqués aux colonnes analysées de façon

appropriée par l'analyseur horizontal illustré en figure 8A.

Perndant l'analyse du réseau, après injection de la charge précé-

demment lue dans le substrat, de nouvelles charges s'accumulent

et sont mrmorisées dans les puits de olonne.

La lecture qui produit des différences prend place dans un processus essentiellement à trois étapes qui sera mieux compris en faisant référeonce aux figures 9A et 9B. Le puits de

oelonne est prévu pour avoir deux fois la capacité de mnmorisa-

tion du puits de rangée pour assurer que le puits de colonne se remplit d'abord et que le puits de rangée reste vide. Ceci est l'état "0" avant lecture. En figure 9A, les (i+l)iême et (i+2) iême pixels sont à l'état "O" alors qu'en figure 9B seul le (i+2)iême pixel est à l'état "0". La rangée de lecture prend plaoe dans un processus en deux étapes se répétant. A l'état un, un potentiel est appliqué au bus de i-nm colonne qui écrase les puits de i-oem oolonne amenant les charges photoinduites à se transférer vers les puits de rangées du i-eme pixel came cela est représenté en figure 9A. A cet instant, si le i-ème pixel est le premier élément de la rangée, un courant de déplaoement peut être détecté dans l'amplificateur de rangée dO seulement à la charge photo induite sur oette colonne. Cette sortie, qui n'est

pas différenciée, peut être rejetée à la sortie de la caéra.

La figure 9B représente l'instant suivant, dans lequel le i-eme pixel entre maintenant dans le second état. Dans le

second état, les puits de la (i+l)ieme colonne sont écrasés tan-

dis que les puits de la i-ème colonne sont rétablis. Ceci amre la charge photoinduite du i-éme pixel à se déplacer du puits de rangée en retour vers le puits de colonne, alors que la charge phtoinduite du (i+l)ieme pixels se déplace depuis le puits de colcnne vers le puits de rangée. Le déploement d'ensemble de charge à l'entrée de l'amplificateur de rangée est la charge

phDtoinduite du second pixel moins oelle du premier pixel, c'est-

à-dire (Pi -Pi). A un instant postérieur à celui representé en figure 9B, les puits de la (i+2)iême olonne sont écrasés, tandis que les puits de la (i+l)ieme colonne sont rétablis, et le courant de déplacement d'ensemble sur le préamplificateur de rangée est la charge photoinduite du (i+2)irme pixel moins celle du (i+l)imoe pixel, et ainsi de suite, tandis que-le processus se

répète le long de la ligne de rangée.

La sortie de la caméra peut être traitée pour fournir un spectre similaire à celui représenté en figure 6, sauf que l'impulsion continue à l'origine a été enlevée. Le spectre de - signal concerné peut être décrit par sa fréquence spatiale

oentrale et sa largeur de bande de la façon suivante.

x ksinx (19a) = k-sin[x=+(p./2)] - k.sin[oc-(<p/2)] (19b) oa: kox est la fréquerx porteuse spatiale dans la direc- tion x au oentre de la bande de signal, est l'arngle dans la direction x à partir du point de référence jusqu'au oentre de la scène cible, B. est la largeur de bande de fréquence spatiale dans la direction x de la scene, p est l'angle dans la direction x sous-tendue par

la scOne cible cOncerne.

- Une condition similaire existe dans la direction y,

sauf qu'il n'y a pas de porteuse décalée dans oe cas.

By = k.sin(py/2) + k.sin(py/2) = 2k.sin(py/2) (20) o: By est la largeur de bande de fréquence spatiale dans la direction y de la scène, py est l'angle dans la direction y sous-tendu par la

scène cible ccoerrnée.

Corne on le voit en figures 4 et 6, le spectre de base concerné est constitué de la composante désirée dans la bande

supérieure, d'un spectre de bande de base irndésiré et d'un spec-

tre conjugué irnésiré dans la bande inférieure. Ce spectre de base se repète à l'infini à la cadence d'échantillonnage spatial, oxmme oela est représenté. Les relations entre la fréquence centrale, la largeur de bande et la fréquence d'échantillcnnage dictent les séparations entre les parties désirées et indésirées

de ce spectre.

Selon l'amplitude lumineuse relative du faisceau de référence et du signal de l'cbjet au niveau de l'ouverture de réception de la camvra, il y a deux critères séparés pour choisir

ces relations.

Dans le cas typique, le faisoeau lumineux de référence peut être rendu arbitrairement grand par rapport à la lumière en provnanoea de l'objet. Dans ces conditions, le terme P (m,n) dans l'équation (15) peut être rendu rnégligeable en comparaison des deux autres termes. Ceci correspcod à un terme négligeable

d'ordre zéro dans la partie de bande de base du spectre.

Dans ce cas, le spectre désiré et son conjugué inr'siré peuvent être séparés de façon maximale en plaçant la fréquence

centrale à un quart de la cadenre d'échantillonnage.

kx = i/2dC (21) Cette -ontrainte donrne par l'équation (21) entrains que les centres du spectre désiré et de son conjugué indésiré sont uniformément séparés de n/d,- sur tout le spectre échantillnore. Ceci réduit les exigences imposées au filtre

suivant qui doit isoler le spectre désiré.

Le terme d'ordre zéro résulte de la conrvolution du spectre désiré avec lui-même. Ainsi, il a une largeur totale des deux côtés égale à deux fois la largeur de bande du signal. Un xecuvreent effectif du spectre désiré par oe terme irdésiré d'ordre zéro peut ainsi être évité en limitant la bande du signal désiré pour qu'elle ne dépasse pas un quart de la fréquence

d 'échantillonnage.

B. < n/2d, (22) Dans ces onditions, une bande de garde au moins égale à la bande de signal existe entre le spectre de signal et son conjugué indésiré. Bien qu'aucun _re ireent n'existe avec le spectre de bande de base indésiré, il n'y a pas de place pour une

barde de garde entre celui-ci et le signal.

Une autre ccriticn de foctionnemnt possible cnsidé-

rablement moins probable implique un niveau de lumière très fort en provenarce de l'objet de sorte que le faisceau de référence ne peut pas être rerdu dominant sans saturer les détecteurs de la canra. Dans ces cwditions, le terme de bande de base ne pourra

être nrgligeable et la frêqe centrale devra alors lêtre choi-

sie pour espacer le spectre désiré à mi-chemin entre les bords des deux spectres inlésirés, pour faciliter le filtrage. Cette

approche ne sera pas complètement exposée.

Puisqu'aucun filtrage n'est requis dans la direction y, une bande de garde significative n'est pas nr*essaire entre les spectres désirés se répétant dans oette direction. La seule contrainte notable est qu'aucun recouvrement ne doit prendre place. Il en résulte la limitation suivante: E < 2n/d7 (23)

Ainsi, la cadence d'échantillonnage spatial dicte l'éten-

due angulaire maximale de la scène qui peut être traitée sans re vreent à partir de termes indésirés présents à la sortie de

la caméra.

Toutefois, une optique de grandissement convenable peut être utilisée pour adapter la cadence d'échantillonnage spatial

existant sur la face de la caméra à toute cadenoe d'éhantillon-

nage requise nécessaire pour traiter l'angle réel sous-tendu par

la scène physique.

Si l'étendue angulaire de la scène est la même dans les directions verticale (y) et horizontale (x) et est à sa valeur maximale permise, la cadence d'éc hantillonrange requise dans la direction horizontale est quatre fois plus élevée que celle dans

la direction verticale.

B = B, (24a) d, = 4d. (25b) Un traitement ultérieur de la sortie de la caméra peut être mis en oeuvre directement ou bien sans passer d'abord par le filtre FIR ou bien par un filtrage adapté de la scène. Toutefois, de telles mises en oeuvre doivent agir sur tous les échantillons spatiaux de la canéra. Puisque la scène présente seulement une largeur de bande spatiale dans la direction x qui occupe un quart de la largeur de bande disponible, la cadence d'échantillonnage roessaire pour dérire la scène est seulement un quart de celle

disponible à la sortie de la caméra.

Puisque la scène désiré est complexe, les échantillons requis sont également complexes. La sortie de la caméra consiste toutefois en échantillons réels, pour lesquels la cadence d'échantillconnage doit être réduite & un quart de la cadence initiale si des valeurs complexes n'étaient pas impliquées. Avec des valeurs complexes, la cadence de données d'ensemble réelle en dehors de la camera peut être réduite seulement d'un facteur deux. Cette réduction dans la cadence des données est la raison

essentielle de mise en oeuvre du filtre FIR et permet à des logi-

ciels de traitement de données ultérieurs tels que de formation d'image, de corriélation, etc., d'être actionnés à la cademne de

données réduite.

La première étape pour réduire la cadence de donnes à partir de la caméra consiste à filtrer sa sortie de sorte que seul le spectre désiré dans la bande supérieure soit transmis

alors que les bandes inférieure et nmédiane sont supprimées.

Ainsi, le filtre idéal doit avoir une fonction de transfert non

unité sur oette bande supérieure et zéro ailleurs. (Aucun fil-

trage n'est requis dans la direction y).

Apres filtrage, l'étape finale de réduction de la cadence de sortie de données de la camera est une divisicn par quatre. Cnceptuellement, ceci consiste à rééchantillcnnerr la sortie du filtre à une cadence qui est le quart de la cadence initiale. En pratique, cela signifie que seulement une donnée sur quatre du filtre FIR est évaluée. L'effet de cette division est de répéter le spectre à la cadence d'échantillonnage réduite, avec la duplication résultante qui place une réplique du spectre

du signal désiré oentré sur la bande de base (allant de -rr/4d.

à +T/4d). Des filtres FIR réalistes pour approcher le filtre

idéal vont maintenant être présentés.

La réponse d'un filtre idéal à synthétiser autant que possible doit choisir une région mise à l'échelle du spectre de base ccrnxrné illustré en figure 6. Mie si les dncrnées d'entrées sont bidimensionnelles, le filtre désiré est unidimensionnel. Il agit iépendnaent sur chaque ligne d'analyse successive de la

caméra dans la direction x.

L'axe horizontal de la figure représente des fréquences

spatiales angulaires, en radians par unités de longueur.

Pour des foctions d'entrée continues, des filtres linéaires sont traditionnellement synthétisés à l'aide de la variable complexe s. Seuls les emplacements des pôles et des zéros de la fonction de transfert du filtre dans oe plan complexe s dictent la réponse du filtre, indpendamnent des détails de mise en oeuvre du filtre. Les axes réel et imaginaire de ce plan s sont donnes par la relation suivante pour la frquence spatiale

angulaire exposée ci-dessus.

s = S + jksin(e) (25) Quand on traite des donnrgs échantillonnes discrètes plutôt que des entrées continues, la réponse requise devient

cyclique sur l'axe des fréuerres imaginaires du plan s, s'éten-

dant à l'infini. Pour tenir oapte de cette situation, la trans-

formation suivante à partir du plan s vers un plan complexe z est classiquement utilisée z = esx (26a) z = eO-X.ei-X-k-sinex (26b) Ainsi, l'axe imaginaire du plan s (correspnant à o=0)

se transforme en un cercle unité dans le plan z (à ne pas confon-

dre avec la ooordonnée spatiale z, la distance vers le plan des détecteurs). L'origine dans le plan s, ainsi que toutes ses répétitions à des multiples de la fréquence d'échantillonnage, se transforment en le point z égal un dans le plan z. Toute la partie gauche du plan s (c < O) se transformte en la région interne au oercle unité dans le plan z alors que toute la partie droite du plan s (0 > 0) se transforme en la région externe au cercle unité dans le plan z. Ainsi, les diverses régions defréquence spatiale

représentées sur les axes horizontaux de la figure 6 sont repré-

sentés sur des segments d'arcs sur le cercle unité dans le plan z en figure 5. Une synthèse de filtre, utilisant oette approche, consiste à localiser des pôles et des zéros dans oe plan z de sorte que la réponse soit aussi proche que possible de l'unité sur la plus grande partie de l'arc de signal désiré et aussi près

de zéro que possible au-dessus de l'arc restant.

Tes filtres de donn-es échantillonners linéaires consis-

tent essentiellement à ajouter plusieurs chantillons pondérés pour former une sortie unique. Tes pncrérations sont en général

complexes, avec d'éventuelles entrées et sorties complexes.

Diverses configurations peuvent être mises en oeuvre, en utili-

sant une réaction si on le souhaite.

Le rcnbre de sites de détection sur une ligne de bala-

yage horizontale de la caméra peut être relativement petit. Ceci peut amener les effets de bord au début et à la fin d'une ligne

de balayage à devenir notables si trop d' échantillons sont utili-

sés pour fournir une sortie unique. Ainsi, il est souhaitable de

minimiser le norbre d'échantillons traités pour chaque sortie.

Un filtre à réponse impulsionnelle finie (FIR) est idéal dans cette application. Il consiste simplement en une somme pordérée d'un nombre fini d'échantillons adjaoents, cmme cela est représenté en figure 7B. Il y a au total M+l échantillons

d'entrée de filtre allant de P(m) à P(m-M), carme oela est repré-

senté dans la figure. Tes échantillons sont séparés dans l'espace

par l'intervalle d'échantillonnage d,, ormue oela est irndiqué.

Ce filtre présente la sortie suivante, crome on le voit

à partir de sa définition dans la figure.

u=O... M F(m) = w.-P(m-u) u (27) o:

F(m) est la sortie du filtre pour la position m.

La transformée en z d'un paramètre décalé peut être présentée oeoe associée à oelle du paramtre rnon décalé came suit. COn suppose que P'(z) désigne la transformée en z de la séquence p(m). Alors, zuPz(z) devient la transformée en z

de la séquence décalée P(m-u).

En utilisant ceci pour prendre la transformée en z de l'équation (27) on arrive à: u=O...M Fz (z) = wU.z u-Pz(z) u (28) La fonction de transfert du filtre est définie comme le

rapport de la sortie sur l'entrée de la façon suivante.

F, (z) H(z) = = fonction de transfert du filtre Pz (z) (29) En combinant les équations (28) et (29) et en mettant en facteur, on obtient: u=0...M H(z) = (1/z1) 5 wu --U u (30) La smmation consiste en un polyntme d'ordre M dont les

coefficients sont les poids complexes w,. En général, ce poly-

nôme comprend m racines et peut être factorisé sous une forme qui contient ces racines, ce qui conduit à: u=O... M H(z) = (1/zM) [z- Zu] u (31) o:

z, est la racine du polyrôme de filtrage.

La réponse en fréquenre désirée présentée dans la fonc-

tion de transfert du param"tre H est la suivante: u=l...M H(Q) = e-iMF n [e- z] u (32a) Q = d-.k.sin(ex) (32b) L'équation (30) est la réponse en fréquence du filtre FIR représenté en figure 7B et définie par l'équation (27). Elle

est donnée en fonction des zéros du polynôe de filtrage.

L'effet des pôles multiples à l'origine est simplement un dphasage lirnéaire, correspondant à un retard pipeline fixe nécessaire pour remplir le filtre. Le retard ne modifie pas la forme de la carctéristique d'amplitude ou de la dispersion de

fréquee du filtre.

Comme cela a été expose prcdemment, la cnfiguration initiale du détecteur présente une grande impulsion continue à l'origine. En terme de filtre FIR de donres échantillonnées exposées dans la section préente, ceci peut être sumpprM par un zéro placé à z égale un. Ce filtre et sa réponse en fréquenre sont obtenus directement à partir des équations (30) et (32) de

la façon suivante.

H(z) = - 1z- (33a) (Q2) = eQ [ej -1] (33b) 2j [(Q/2)-(T/2)] % (Q) = esin[Q/2 (33c) o: Ho est la réponse fréquentielle du filtre avec un zéro

unique pour z égal un.

L'équation (33a) indique que la mise en oeuvre de oe filtre est simplement la différence d'échantillons adjaoents, oe qui est exactement le système mis en oeuvre dans la caméra, comme cela a été exposé précédemment. L'équation (33c) indique que la réponse tend à atténuer sévêrement la région de bande de base indésirée du spectre sans imposer d'atténuation sérieuse à la

région désirée du spectre du signal concerné.

Ainsi, la première étape de filtrage de la sortie du détecteur est un zéro unique pour z égale un, ommue oela est repréenté en figure 10A. Ce filtre est mis en oeuvre sur la

camera.

Un effet de filtre supplémentaire survenant sur la caméra est oelui dû à la surface finie des sites de détection. A partir des équations (15d) et (15e), on voit que oe filtre dans la direction x est une fonction sinc ayant pour argument (w k

sinO)/(2H). Cet argument s'exprime par (Qw)/d,2n) en uti-

lisant l'équation (32b). Cette fonction sine a son effet le plus inmortant quarnd w devient aussi grand que possible, (c'est-à-dire que pour w égale zéro, la fonction sinc est unité pour tout Q et

n'a pas d'effet). Dans le cas d'une limitation, la largeur maxi-

nmale du détecteur que w peut réaliser est dx, l'écart centre à centre (voir figure 1C). Ainsi, dans ce cas d'une limitation, le filtre à fonction sinr dû à la surface finie du détecteur a un

argument Q/(2n).

En combinant la réponse de la fnc-tion sinc due à la surface finie à la réponse dcore par l'équation (33c) due à une différenciation par la camera, on arrive à la réponse d'ensemble

suivante pour tout le filtrage de la caméra.

H( e [(Q/2)-(n/2)].[sin2(Q/2)]/Q/2 (34) o: Hc (Q) est la répoxnse d'ensemble du filtrage sur la caméra, incluant l'effet des détecteurs de surface finie et la suppression de la polarisation continue par différenciation de

sorties adjacentes des détecteurs.

L'amplitude de cette réponse est tracée en figure lOB.

La fonction de transfert gérérale du filtre est donnée

par les équations (31) et (32).

L'amplitude de la réponse en db est obtenue à partir de

celles-ci de la façcn suivante.

u=l...M Hdb(Q) = y 20-1Og[JeiQZ - Zl] (35) u La première tâche du filtre externe est d'atténuer le

spectre conjugué indésiré, come cela est suggéré dans la repré-

sentation du plan complexe z de la figure 5. Le plus simple de ces filtres a un zéro unique disposé au centre du spectre pour z égale -j. Un tel filtre aura une réponse rnon symétrique sur l'objet concerné, atténuant le bord de l'objet le plus proche du point de référencre davantage qu'il n'atténue le bord cçppos de la scene.

Cet effet peut être oens en plaçant un zero supplé-

mentaire à Z=-l, pour équilibrer le zéro à Z=+l. Il en résulte une bande passante plus symtrique contenant l'objet ccrierne. La conception du filtre, qui sera exposée maintenant plus en détail, suppose que l'obijet cAncernr est limité à un quart de l'espace angulaire disponible qui est échantillonne sans ambiguité, comme cela est représenté en figures 5 et 6, et que la lumière du faisceau de référence domine la lumière en provenae de l'objet total d'une quantité suffisante pour que les effets de

la lumière de bande de base soient négligeables pour toute appli-

cation prévue de ce systéoe.

Dans ces onditions, les bandes de fréquence spatiales de Q allant de -n à -3n/4, de -n/4 à +n/4 et de 3n/4 à nne cotiennent aucune énergie. Ainsi, la réponse du filtre pour es bandes est sans intérêt. En cciséquence, les emplacements de zéros sont bien plus utiles s'ils sont placés dans la bande

d'arrêt de la région corné pour Q allant de -nT/4 à -3nr/4.

En utilisant ces lignes directrices, la mise en oeuvre la plus simple des zéros multiples pour z égale -j est une cocreption très efficace. Les figures 11 et 12 illustrent une

telle conception avec le décalage spectral résultant de la divi-

sion par deux.

En prenant pour hypothse qu'il n'y a pas d'énergie significative dans la bande centrale ou la bande latérale, la réponse illustrée en figure 13 est équivalente à celle de la figure 12 sur les régions cSxxe_ées. En divisant oe filtre par deux (division totale par quatre à partir de la fréquence d'échantillonnage initiale), la réponse de la figure 13 duplique la bande désirée dans la région de bande de base centrale, conduisant au résultat final désiré. Ceci est représenté en

figure 14.

L'échelle horizontale de la figure 14 est dilatée par rapport à celle de la figure 13 et l'ordonéee angulaire est renommée, de la façon indiquée. Cette nouvelle ordonnée est nulle

au centre de la scene.

La fréue d'échantillonnage initiale est choisie égale à quatre fois celle requise par l'étendue angulaire de la scêne concernes. Le point de référence est placé nominalement dans la même gamme que celle de la scène cible cxxYrnée, et à un angle par rapport au centre de la scène qui est égal à l'étendue angulaire de la scène. L'intensité du faisoeau de référence est amerce à dominrer de plusieurs ordres de grandeur l'intensité

d'ensemble en provenance de la soène totale en un point quelcon-

que dans l'ouverture de réception. Dans ces conditions, le filtre FIR externe est prévu pour avoir un zéro unique à z égale -1 et

des zéros multiples à z égale -j.

La réponse d'ensemble de oe système, incluant l'effet de la différenciation par la caméra et de la surface finie des détecteurs, est telle que représentée en figure 14. Celle-ci

consiste en deux composantes. La composante désirée est relative-

ment plate sur la bande conoernée, comprenant un ombrage moDtcane avec moins de dix db d'atténuation aux bornes extrmes de la bande. La composante idésirée due à la duplication du spectre

conujugué supprime présente une réponse nulle au centre de la ban-

de et augmente de façon monrtone vers les bords de la bande.

La figure 14 contient un tracé de la réponse en ampli-

tude du système ainsi qu'un tracé de l'erreur d'amplitude maxi-

male dans la sortie du système. La figure 15 contient un tracé de l'amplitude de l'erreur de phase maximale dans la sortie du systeme. Ces tracés résunent les performances du systèe dans les

conditions de fonctionnement préoàdament notées.

Le filtre FIR, ayant les performances préférées pour les objets de la présente invention, présente le motif de Zéros illustré en figure 11. Comrne on l'a noté pr femment, le zéro pour z égale un est dû au traitement interne de la camera et le

filtre externe fournit les zéros pour Z = -1 et les zéros multi-

ples pour Z = -j.

TLs poids suivants conduisent aux réponses d'ensemble du systèm représentées en figure 14. Ils correspxndent & la partie externe du filtre FIR représenté en figure 7B. Ces poids ne scont pas uniques puisque de nombreux ensembles de poids différents peuvent fournir la même configuration de pôles et de zéros dans le plan Z. Une multiplication de oes poids par une constante complexe arbitraire (A+jB) fournit la m&me focmtion de filtre sauf en e qui concerne un charnement d'amplitude et un

déasage.sans conséquen.

N=1 N=2

W(N,n) W(N,n) W(l,0) = 0,177-0,177j W(2,0) = -0,125j W(1,1) = 0,354 W(2,1) = 0,25+0,125j W(1,2) = 0,177+0,177j W(2,2) = 0,25+0,125j W(1,2) = 0,177+ 0,177j W(2,3) = 0,125j

N=3 N=4

W(N,n) W(N,n) W(3,O) = -0,044-0,044j W(4,0) = -0,031 W(3,1) = 0,088-0, 177j W(4,1) = -0,031-0,125j W(3,2) = 0,265 W(4,2) = 0,188-0,125j W(3,3) = 0,088+0,177j W(4,3) = 0,188+0,125j W(3,4) - -0,044+0,044j W(4,4) = -0,031+ 0,125j

W(4,5) = -0,031

Comme on l'a expliqué en relation avec l'expression (13), le filtre FIR peut produire une reconstitution imparfaite

du champ objet jusqu'à e que sa phase soit corrigée en soustra-

yant un déphasage supplémentaire ayant la valeur krR (P, PR) Ceperndant, une telle correction de phase est exactement celle qui résulte du placement d'une lentille divergente au

niveau de l'ouverture de réception. Cette lentille ayant une dis-

tance focale égale à la distance du point de référernce à l'ouver-

ture. Quand une formation d'image est réalisée par un logiciel d'ordinateur, l'qgdivalent d'une lentille supplémentaire doit exister pour réaliser la formation d'image. La lentille unique équivalente à la lentille de formation d' image et à la lentille de correction de phase peut être utilisée pour réaliser les deux

fnctions dans une mise en oeuvre unique.

Une autre façon que considérer le problème est de considérer la composante de phase inrésirée fournie par l'équa- tion (13) cmme étant équivalente à celle prcvoquée par une lentille convergente au niveau de l'ouverture de réception. Cette hypothétique lentille convergente a une distance focale égale à

la distance entre le point de référence et l'ouverture de récep-

tion. Ainsi, la scène est au plan focal de la lentille de sorte qu'une image virtuelle de la scéoe est formée à l'infini. Le point de référence apparaît également comme étant à l'infini de sorte que tous les froncts d'crle sont ncminalement collimatés oe

qui conduit à la production de franges uniformes droites.

De oe point de vue, il est évident que l'hologranxmme non corrigé corresnd à l'observation de la scne équivalente à travers une lentille convergente appropriée. L'effet de oette

hypothatique lentille convergente peut être supprimé par l'équi-

valent logiciel de la lentille divergente appropriée au niveau de

l'ouverture de réception. A titre de variante, la lentille diver-

gente peut être omise et tout logiciel ultérieur formant l'image de la lentille équivalente peut être conçu supposant que la scèoe

originale a été observée à travers une lentille convergente.

En résumé, un filtrage ultérieur par un filtre FIR après la camera est rcessaire pour supprimer les composantes indésirées et fournir le terme souhaité. Ce terme souhaité est la

disLtribution d'amplitude ccmplexe qui résulterait de l'cbserva-

tion de la scène à travers une lentille corvergente hypothétique au niveau de l'ouverture de réception. La distance focale de cette lentille hypothtique est telle qu'une image virtuelle du point de référence apparait à l'infini. Aucune telle lentille n'existe en fait. Son effet apparent est de plar le point de référence nrmninalement à la même distance de l'ouverture de

récoeption que la distarnce a l'cbjet. Cette sélection de la posi-

tion du point de référernsce présente l'avantage notable souligrné

précédemment d'améliorer l'efficacité de l',écantillonage réali-

sé par les phototecteurs. Cet avantage surpasse habitoement toute autre sélection, telle que par exemple le placement du

faisceau de référence à l'infini.

La ocnfiguraticn préférée des détecteurs représentée en figure lC est une configuration dans laquelle les régions de détection individuelles sont de quatre unités dans -la direction Y et d'une unité dans la direction X, les détecteurs étant environ à des intervalles de lambda/4 selon la dimension X aux fréquences spatiales des franges de taches. Ce rapport est efficace en oe

qu'une résolution spatiale égale est assurée dans les deux direc-

tions X et Y, la région partagée par quatre détecteurs utilisés pour échantillonner une tache uniq'ue étant commotdément carrée. kOn peut utiliser un grand rnombre de détecteurs (par exemple 5 ou 7) pour accroître la précision dans la détermination d'amplitue et de phase comme cela a été précdement exposé, auquel cas il est génréralement commIde de malintenir le mme rapport gcmrétrique

pour les régions de détection indlividuelles.

Le filtre FIR peut également être mis en oeuvre d'un grand nombre de façons différentes qui dépendent beaucoup des exigexnces du sytèti. L'approche utilisant des poids complexes choisis pour produire un zéro du n-ième ordre (o "n" est compris entre 1 et 4) à Z = -j sur l'axe imaginaire négatif est ainsi desti/ée à servir d'exemple. On pourrait utiliser d'autres distributions plus régulières de "zéros" pour éliminer les termes irdésirés. Le schéma bloc de l'appareil holographique électronique peut prendre la forme illustrée en figure lA dans laquelle la sortie finale est une image. L'appareil roessaire comprend (habituellement un convertisseur analogique/num&rique 24) un filtre FIR 25 et un bloc diviseur 26 précédant un transformateur

de Fresnel/Fourier 27 qui reconstitue une image adaptée à l'ap-

plication directe à un affichage 28. La capacité de traitement demandée du transformateur de F/F 27 est élevée, en particulier avec des réseaux comprenant un grand nombre d'éléments. Dans de r=tbreuses applications, la formation d'image peut ne pas être nécessaire et la sortie du prooesseur peut être prise direotsment a partir de la sortie du bloc filtre FIR/diviseur (25-26) au niveau duquel les termes exteres ont été sueppries et seul le terme de fréquerxe spatiale positive désiré est présent. Dans certaines applications o l'on re souhaite pas formar une image, la sortie de la camera peut être prise sans conversion en format

num-rique, et sans filtrage FIR. Par exemple, dans des applica-

tions en interféraxétrie, en filtrage accordé, ou de cocrélation, on devrait enoore effectuer des différences, de préférexo sur le plan du détecteur pour réduire ou éliminer le terme spectral

important de valeur uniforme.

RENDICATIOES

1. Appareil pour détecter l'hologratmme d'un cbamrp objet tridimensionnel par plusieurs éléments de résolution, comprenant: A. des moyens pour produire des faisoeaux optiques mutuellement cohérents d'illumination et de réfrei, 1) le faisceau d'illumination éclairant le champ objet pour amener la lumière réfléchie à partir du champ objet à frapper une région de détection plane limitée (16) pour former un motif de taches, un système de conirdonnées X, Y, Z ayant une origine au centre de la région de détection, l'axe Z passant par le oentre du champ objet et les axes X et Y passant par 1 'origine et se trouvant dans la région de détection; 2) le faisceau de référence clairant la région de détection à partir d'une source ponctuelle virtuelle (23) à une position virtuelle dès qu'elle est d'un côté du champ objet, ladite origine, le centre du champ objet et la position virtuelle du point de référence définissant un plan coupant la région de détection selon une ligne définissant l'axe "X", une ligne perpendiculaire à oelle-ci définissant l'axe Y,

l'agencement créant une superposition lirnéaire de fran-

* ges sinusidl sur le motif de taches incident sur la région de détection, les franges dans toutes les taches étant sensiblement parallèles à l'axe Y et de phase et d'amplited inde antes, la position de la source de référence et le oentre du champ objet présentant une séparation angulaire, mesurée au niveau de l'origine, créant en moyenne au moDins une région sombre et au roins une région lumineuse par tache; et B. caractérisé en ce qu'il comprend en ouLte urne camera (15) comprenant 1) une ouverture (14) formant la frontière de la région de détection (16), oette ouverture permettant la résolution d'éléments séparés du champ objet au niveau de la camera,

2) un réseau de détecteurs optiques qui sont périodi-

quement echantillorns et répn t selcn une loi quadratique & la lumière incidente pour produire des termes de produit croisé quand ils sont frappés par des sources multiples, les déteteurs optiques étant disposes dans la régicn de détection et disposes en rangées et en colonnes, les rangées étant parallèles à l'axe X et les colonnes parallèles à l'axe Y, 3) des moyens pour former une image des taches sur les détecteurs avec un grandissement suffisant pour que, en moyenne, une c3e complète (une région sombre et une région lumineuse) d'une tache rayée frappe une pluralité de détecteurs dans une rangée et au moins un détecteur dans une colonne, le rombre de détecteurs dans ladite pluralité étant suffisant pour déterminer sans ambigiité l'amplitude et la phase spatiale de la frange, et

4) des moyens (24, 28) pour traiter les sorties échan-

tillonrées des détecteurs pour fournir un signal électrique représentant la phase spatiale et les amplitudes des taches pour

détecter l'hologramme.

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que: le champ objet illuminé (13) et la référence produisent un spectre spatial sur la région plane limitée donnant lieu à

quatre tentes spatialement superposes dans les sorties du détec-

teur échantillonne; oes termes comprenant:

un terme spectral de valeur uniforme dû à l'illumina-

ticn de référence, un terme spectral du motif de taches dû au champ objet illuminé,

un terme spectral de fréquence spatiale négative indé-

siré correspcndant au terme conjugué du produit croisé dû à la lumière en provenance du champ objet éclairé et de la référence, et un termne spectral de fréquence spatiale positive dé'siré oerresixant au terme direct du produit croisé dû à la lumière en provenanoe du champ objet et de la référence, le point de référence virtuelle étant déplacé par rapport audit axe d'un arngle (E0) supérieur à l'angle sous-tendu par le champ objet au niveau de ladite origine pour amener les quatre termes, bien que spatialement superposés sur l'ouverture à être répartis dans le domnaie des fréquences spectrales -spatiales, en

des positions mutuellement séparées.

3. Appareil selcn la revendication 1, caractérisé en ce que: le point de référenoe virtuel et le centre du champ objet sont disposés sensiblement à la màme coordonnúe Z pour amener les frarnges de toutes les taches à être de fréquences spatiales sensiblement égales, et les détecteurs sont espacés d'intervalles égaux le long

des rangges pour une mesure efficace de phase et d'amplitude.

4. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en oe que des moyens sont prévus pour isoler le terme spectral de produit croisé de fréquence spatiale positive désiré des autres

termes dans les sorties échantillonnees des détecteurs.

5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que: les moyens pour isoler le ternme spectral de produit croisé de fréquerne spatiale positive comprennent des moyens pour

ombiiner soustractivement les sorties échantillonnéres des détec-

teurs successifs dans chaque rangée pour obtenir un ensemble de

(n-l) différences de sortie (P-P0 p2-p; P2-P1; P3-P2;...

Pn-Pn_ l), o P désigne le signal en proer d'un photo-

détecteur, l' ndioe désignant sa position dans une rangée de n photodétecteurs, la ombinaismn soustractive agissant comme un filtre à réponse impulsioerelle finie (FIR) spatialement sélectif pour éliminer le terme spectral de valeur uniforme et une partie notable du terme spectral du motif de taches de la sortie de la camera. 6. ppareil selon la revendication 5, caractéerisé en ce que la combinaison soustractive des sorties échantill res des détecteurs est réalisée par des interc-nhexioes intégrées de

façcn monolithique avec les photodtecteurs sur le plan du détec-

teur. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en oe que les moyens pour isoler le terme spectral désiré de produit croisé de fréquence spatiale positive comprend des moyens pour fixer à haut niveau l'intensité du faisceau de référene par rapport à l'intensité de l'illumination réfléchie à partir du champ objet sur la région de détection pour amener le terme spectral du motif de taches à être petit et négligeable par rapport au terme spectral désiré de produit croisé de fréquernce positive. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en oe qu'il comprend en outre, un filtre à réponse imnpulsionnelle finie (FIR) auquel la séquence de différentes sorties dans les sorties échantillonnées du détecteur est fournie pour enlever le terme

spectral indésiré du produit croisé de fréquence négative.

9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce

que dchaque détecteur optique est espacé selon une rangée (c'est-

à-dire selon l'axe X) à n/2 radians de la fréquence spatiale des franges, chaque ensemble de quatre détecteurs optiques occupant

une surfaoe sensiblement carrée dans ledit réseau.

10. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que le filtre FIR comprend: un réseau comprenant un ensemble de M noeuds connectés en série, ou M est un chiffre ayant une valeur allant de 3 à 6, auxquels des ensembles sucxessifs de M différenes de sortie parmi les sorties échantillonnées des détecteurs sont appliques squentiellement, M multiplieurs complexes, dchacun connecté à un noeud pour une multiplication de la différence de sortie présente sur ce noeud par un poids multiplicatif complexe donné, oes poids étant dchoisis pour sélectionner le terme désiré de produit croisé de fréquence spatiale positive et pour rejeter le terme i=3siré de pruit crouisé de fréquence spatiale négative, et un srmateur connecté aux sorties des multiplieurs pour former un échantillon de sortie unique pour chaque ensemble de M différences de sortie. 11. Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que des moyens de conversion numerique/analogique (24) sont prévus pour convertir les sorties dshanti11onners adétecteurs

appliquées au filtre FIR (25) sous forme numérique.

12. Appareil selon la revendication 11, caractérisé en

ce que le filtre FIR comprend trois noeuds auxquels les diffé-

rences d'échantillon de sortie sont fournies à partir d'ensembles choisis sulessivement de quatre détecteurs adjaoents et de trois

multiplieurs complexes.

13. Appareil selon la revendication 12, caractérisé en oe que:

dans une représentation dans le plan complexe Z du fil-

tre, les poids complexes sont affectés pour produire un zéro du n-ième ordre à Z = -j sur l'axe imaginaire négatif, o n = 1 à 4, et un zéro Z = -1; un zéro à Z = +1 sur l'axe réel positif étant réalisé

par lesdites combinaisons soustractives.

14. Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce que les sorties du filtre FIR sont soumises à une division par

un facteur 4 pour réduire la cadence des donrnées.

15. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en oe que les poids complexes pour un zero du praemier ordre au niveau de l'axe imaginaire négatif sont proportionnels à: W1 = 0,177 - 0,177j

W2 = 0,354

W3 = 0,177 + 0,177j.

16. Appareil selon la revendication 7, caractéris en

ce que le filtre FIR cmprend' quate noeuds auxquels des diffé-

rences sont fournies à partir de cinq détecteurs adjacents, et

quatre multiplieurs complexes.

17. Appareil selon la revendicaticn 11, caractérisé en oe que, dans une représentation dans le plan complexe z du filtre, les poids complexes sont affectés pour produire un zéro & Z = +1 sur l'axe réel positif, un zéro à Z = -1 sur l'axe réel rnégatif, et un zéro du second xordre à Z = - j sur l'axe imaginaire négatif. 18. Appareil selon la revendication 12, caractérisé en oe que les poids complexes pour un zéro du secrond ordre auniveau de l'axe imaginaire négatif sont proportionnels à: WA = -0,125j W2 = 0,25 - 0,125j

W3 = 0,25 + 0,125j.

W4 = 0,125j.

- 19. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en Ce que le filtre FIR a cinq noeuds, auxquels des différences sont

fournies à partir de six détecteurs adjaoents et cinq multi-

plieurs complexes.

20. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en e que, dans une représentation dans le plan complexe Z du filtre, les poids complexes sont affectés pour produire un zéro à Z = +1 sur l'axe réel positif, un zéro à Z = -1 sur l'axe réel

rnégatif, et un zéro du troisième ordre à Z = -j sur l'axe imagi-

naire négatif.

21. Appareil selon la revendicaticn 15, caractérisé en oe que les poids complexes pour un zéro du troisieme ordre au niveau de l'axe imaginaire sont proportironnels à: W1 = -0,044 - 0,044j W2 = 0,088 - 0,177j

W3 = 0,265

W4 = 0,088 + 0,177j

W5 = -0,044 + 0,044j.

22. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le filtre FIR a six noeuds auxquels des différences sont

fournies a partir de sept détecteurs adjacents, et six multi-

plieurs complexes.

23. Appareil selon la reverdicaticn 11, caractérisé en ce que, dans une reprsentation dans le plan oTmplexe du filtre, des poids complexes saont affectés pour produire un zéro à Z = +1 sur l'axe réel positif, un zéro à Z = -1 sur l'axe réel négatif et un zéro du quatrième ordre à Z = -j sur 1 'axe imaginaire négatif. 24. Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que les poids omplexes pour un zéro du quatrime ordre sur l'axe imaginaire negatif sont proportionnels à:

- W1 = -0,031

W2 = -0,031 - 0,125j W3 = 0,188 - 0,125j W4 = 0,188 + 0,125j W5 = -0,031 + 0,125j

W6 = - 0,031.

25. Appareil holographique électronique comprenant:

des moyens pour produire des faisceaux optiques mutuel-

lement co érents d'illumination et de référence, 1) le faisoeau d'illumination éclairant un champ objet

pour amenerr la lumière réfléchie à partir du champ objet à frap-

per une région de détection plane limitée pour former un spectre de taches, 2) le faisoeau de référence illuminant la région de détection à partir d'une position virtuelle déplaçée d'un côté du champ objet, l'agencement créant une superposition linéaire de frages sinusdidales sur le motif de taches incident sur la région de détection, les franges dans toutes les taches étant sensiblement parallèles et de phase et d'amplitude indépendantes, la position de la source de référence et le centre du champ objet présentant une séparation arngulaire, mesurée à partir du centre de la région de détection, créant en moyenne au moins une région sombre et une région lumineuse par tache, et cractérisé en ce qu'il comprend en outre une caméra (15) comprenant: 1) une ouverture (14) formant la limite de la région de détection, oette ouverture permettant une résolution d'éléments séparés du champ objet au niveau de la ca,éxa, 2) un réseau de détecteurs çoptiques, dont les sorties sont périciquexent échantillonnes, répOndant selon une loi quadratique à la lumnière incidente pour produire des termes de

produits croisés quand ils sont frappés par des sources multi-

ples, s détecteurs optiques étant disposés dans la région de détecticn et ageés en lignes et en oColones, leurs rangées

étant perpendiculaires aux franges et leurs colones étant paral-

lèles aux franges, 3) des moyens pour former l'image des taches sur les détecteurs avec une anmplification suffisante pour que, en

moyenne, une onde complète (une région sombre et une régicn lumi-

rneuse) d'une tache rayée frappe une pluralité de détecteurs d'une

rangée, le nombre de détecteurs de ladite pluralité étant suffi-

sant pour déterminer sans ambiguiité l'amplitude et la phase spatiale de la frange, et 4) des moyens pour traiter les sorties échantillonnees des détecteurs pour fournir un signal électrique représentant les phases et les amplitudes spatiales des taches représentant

1 ' hologramme.

26. Appareil selon la revendication 25, caractérisé en oe que: le champ objet et la référence produisent un spectre spatial sur la région de détecticn donnant lieu à quatre termes spatialement superposs dans les sorties échantillonnéees du détecteur; oes termes comprenant:

un terme spectral de valeur uniforme dû à l'illumina-

tion par la référence, un terme spectral du motif de taches dû au champ objet illuminé,

un terme spectral ir désiré de fréquence spatiale néga-

tive correspondant au terme conjugué du produit croisé dû à la lumière en provenance du champ objet éclairé et de la référenrs,

et un terne spectral désiré de frquence spatiale posi-

tive corresxxxant au terme direct du produit croisé dû à la lumière en provenance du champ objet illuminé et de la référence,

la position du point de référence virtuel étant dépla-

àe par rapport au oentre du champ objet d'un angle (e0) au oentre de la région de détection supérieur à l'angle sous-tendu par le champ objet pour amener lesdits quatre termes, bien que spatialement superposes sur l'ouverture, a être rpartis dans le

domaine spectral dAs fréquences spatiales à des positions mutuel-

lement sépares.

27. Appareil selon la revendication 26, caractérisé en ce cque:

la source de référence virtuelle est une source vir-

tuelle poncuelle (23), le centre du champ objet (21) et le point

de référence virtuel étant disposés sensiblement à la même dis-

tance du plan de la région plane limitée pour amener les franges dans toutes les taches à être sensiblement de nmme fréquence spatiale, et les détecteurs sont espacés d'intervalles égaux selon

les rangées pour une mesure efficace de phase et d'amplitude.

28. Appareil selon la revendication 27, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour isoler le terme spectral de produit croisé de fréquence spatiale positive désiré des autres

termes dans les sorties échantillonnées des détecteurs.

29. Appareil selon la revendication 28, caractérisé en ce que: les moyens pour isoler le terme spectoral de produit croisé de fréquenoe spatiale positive comprennent des moyens pour

combiner scustractivement les sorties échantillonnées des détec-

teurs successifs dans chaque rangée pour obtenir un ensemble de

(n-l) différences de sortie (Pl-Po; P2-P1; P3-P2; ...

Pn-Pn-), ou P désigne le signal en provenance d'un photo-

détecteur, l'indice désignant sa position dans une rangée de n photodétecteurs, la combinaison soustractive agissant comme un filtre à réponse /n l nelle finie (FIR) spatialement sélectif pour éliminer le terme spectral de valeur uniforme et une partie notable du terme spectral du motif de taches de la sortie de la caséra. 30. Appareil selcn la revendication 29, caractérise en oe que les moyens pour isoler le tenrme spectral désiré de produit croisé de frquence spatiale positive comprend des moyens pour fixer à haut niveau l'intensité du faisoeau de référence par rapport à l'intensité de l'illuninaticn réfléchie à partir du

champ objet sur la région de détection pour amener le terme spec-

tral du motif de taches à être petit et négligeable par rapport

au terme spectral désiré de produit croisé de fréquence positive.

31. Appareil selcon la revendication 30, caractérisé en oe qu'il comprend en outre, un filtre à réponse impulsionnelle finie (FIR) auquel la séquence de différentes sorties dans les sorties échantillonndes du détecteur est fournie pour enlever le

terme spectral indésiré du produit croisé de fréuence négative.