FR2799844A1

FR2799844A1 - OPTICAL DEVICE FOR CONTROLLING, IN PARTICULAR SHAPING, OF A COHERENT LIGHT BEAM

Info

Publication number: FR2799844A1
Application number: FR9912821A
Authority: FR
Inventors: Serge Gidon
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1999-10-14
Filing date: 1999-10-14
Publication date: 2001-04-20
Anticipated expiration: 2019-10-14
Also published as: WO2001027664A1; FR2799844B1

Abstract

The invention relates to an optical control device for controlling, especially for shaping, a coherent light beam. Said device comprises a diffracting object (6) and optical means (8). When said object is illuminated by the beam (F), these optical means provide an image (12) of the object in which the pattern of the diffracting object is repeated. The invention is particularly suitable for image formation.

Description

DISPOSITIF OPTIQUE DE COMMANDE, EN PARTICULIER DE MISE
EN FORME, D'UN FAISCEAU DE LUMIÈRE COHÉRENTE
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un dispositif optique de commande, et en particulier, de mise en forme, d'un faisceau de lumière cohérente. OPTICAL CONTROL DEVICE, PARTICULARLY FOR SETTING
IN THE SHAPE, A BEAM OF CONSISTENT LIGHT
TECHNICAL FIELD DESCRIPTION
The present invention relates to an optical device for controlling, and in particular for shaping, a beam of coherent light.

L'invention se situe dans le domaine de l'optique diffractive et, dans un mode de réalisation particulier, constitue un dispositif reconfigurable. The invention lies in the field of diffractive optics and, in a particular embodiment, constitutes a reconfigurable device.

L'invention s'applique notamment à la mise en forme dynamique de faisceaux laser pour la génération d'images éventuellement holographiques ou l'obtention de signes graphiques tels que les logos pour le marquage d'objets. The invention applies in particular to the dynamic shaping of laser beams for the generation of possibly holographic images or the obtaining of graphic signs such as logos for the marking of objects.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
L'optique diffractive est une branche de l'optique dans laquelle on considère des composants optiques comportant des motifs ( patterns ) élémentaires dont les dimensions caractéristiques sont de l'ordre de grandeur de la longueur d'onde de la lumière avec laquelle on utilise ces composants. PRIOR STATE OF THE ART
Diffractive optics is a branch of optics in which we consider optical components comprising elementary patterns whose patterns are of the order of magnitude of the wavelength of the light with which we use these components.

La forme particulière de ces derniers (en général la forme de leur surface) leur confère des propriétés intéressantes comme, par exemple, dans le cas des réseaux de diffraction ( diffraction The particular shape of the latter (in general the shape of their surface) gives them interesting properties such as, for example, in the case of diffraction gratings (diffraction

gratings ) qui conduisent à une dispersion chromatique de la lumière. gratings) which lead to chromatic dispersion of light.

Cette dispersion peut également être mise à profit dans le cas des lentilles diffractives pour compenser la dispersion chromatique. This dispersion can also be used in the case of diffractive lenses to compensate for the chromatic dispersion.

Bien d'autres besoins peuvent être satisfaits par l'optique diffractive, comme la réalisation de microsystèmes optiques par intégration d'éléments de micro-optique. Many other needs can be met by diffractive optics, such as the realization of optical microsystems by integration of micro-optical elements.

Très généralement, on recherche .la modification de la forme d'un faisceau lumineux pour : - la mise au point contrôlée d'un dispositif optique, - la commande de faisceaux laser par exemple pour le marquage par laser ou la formation de signes tels que les logos, et - la génération d'hologrammes dynamiques. Very generally, the modification of the shape of a light beam is sought for: - the controlled development of an optical device, - the control of laser beams for example for laser marking or the formation of signs such as logos, and - generation of dynamic holograms.

Pour des questions d'efficacité de diffraction, les éléments d'optique diffractive sont souvent constitués par des objets de phase avec lesquels l'amplitude des ondelettes diffractées est conservée. For questions of diffraction efficiency, the diffractive optics are often constituted by phase objects with which the amplitude of the diffracted wavelets is preserved.

Ces éléments d'optique diffractive sont souvent conçus à l'aide de calculs itératifs sur ordinateur, en particulier dans le cas des hologrammes engendrés par ordinateur ( computer generated holograms ), et sont réalisés dans des matériaux (comme par exemple le silicium) qui peuvent être gravés ou dans des matériaux (comme par exemple certaines matières plastiques) qui peuvent être estampés ( embossed ). These diffractive optical elements are often designed using iterative calculations on a computer, in particular in the case of computer generated holograms (computer generated holograms), and are made of materials (such as for example silicon) which can be engraved or in materials (such as certain plastics) that can be embossed.

Ces éléments d'optique diffractive sont fixes et, pour changer les conditions de diffraction, il faut changer ces éléments. These diffractive optical elements are fixed and, to change the diffraction conditions, these elements must be changed.

Dans la présente invention, on s'intéresse en particulier à un moyen d'obtenir des dispositifs optiques diffractifs qui soient reconfigurables, c'est- à-dire dont la structure diffractive puisse être changée au cours du temps. In the present invention, we are particularly interested in a means of obtaining diffractive optical devices which are reconfigurable, that is to say whose diffractive structure can be changed over time.

De tels dispositifs sont adaptés à de nombreux besoins comme le contrôle dynamique de la mise au point de systèmes optiques ou la modification dynamique de la forme et/ou de la direction d'un faisceau laser utilisé par exemple pour l'enregistrement optique. Such devices are suitable for many needs such as dynamic control of the development of optical systems or dynamic modification of the shape and / or direction of a laser beam used for example for optical recording.

On connaît déjà des dispositifs optiques diffractifs actifs , formés à partir de polymères photosensibles, par le document suivant :
Switchable holograms in new photopolymerliquid crystal composite materials, Richard L. Active diffractive optical devices are already known, formed from photosensitive polymers, by the following document:
Switchable holograms in new photopolymerliquid crystal composite materials, Richard L.

Sutherland et al., S. P.I.E. vol.2404, p.132 à 143. Sutherland et al., S. P.I.E. vol. 2404, p. 132-143.

On connaît aussi des dispositifs optiques diffractifs actifs formés à partir de cristaux liquides, par les documents suivants :
Switchable-focus lens in holographie polymer dispersed liquid crystal, L.H. Domash et al., S. P.I.E. vol.2689, p.188 à 194
Liquid crystal used in beam steering device, Optical processing and computing, vol.9 n 1 Active diffractive optical devices are also known which are formed from liquid crystals by the following documents:
Switchable-focus lens in holographie polymer dispersed liquid crystal, LH Domash et al., SPIE vol.2689, p.188 to 194
Liquid crystal used in beam steering device, Optical processing and computing, vol.9 n 1

Smart spatial light modulators using liquid crystals on silicon, IEEE J. Quantum Electronics, 29(2), 699 (1993). Smart spatial light modulators using liquid crystals on silicon, IEEE J. Quantum Electronics, 29 (2), 699 (1993).

Ces dispositifs optiques diffractifs actifs connus nécessitent la mise en #uvre de techniques qui sont peu compatibles avec les micro-systèmes optiques ou avec une grande intégration. These known active diffractive optical devices require the implementation of techniques which are not very compatible with optical microsystems or with great integration.

Plus généralement, pour avoir des motifs de diffraction nombreux et très fins (de l'ordre de grandeur de la longueur d'onde de la lumière avec laquelle ils sont destinés à interagir), en vue de l'obtention d'une image de diffraction efficace, il faut réaliser des dispositifs d'une grande finesse de motif particulièrement difficiles à mettre en #uvre, dans le cas de motifs reconfigurables. More generally, to have numerous and very fine diffraction patterns (of the order of magnitude of the wavelength of the light with which they are intended to interact), with a view to obtaining a diffraction image effective, it is necessary to produce devices of great fineness of pattern which are particularly difficult to implement, in the case of reconfigurable patterns.

EXPOSÉ DE L'INVENTION
La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient en proposant un dispositif permettant d'obtenir, de façon plus simple que dans l'art antérieur, une image de diffraction efficace, susceptible de contenir un grand nombre de motifs très petits. STATEMENT OF THE INVENTION
The object of the present invention is to remedy this drawback by proposing a device making it possible to obtain, in a simpler manner than in the prior art, an effective diffraction image, capable of containing a large number of very small patterns.

Pour ce faire, l'invention transfère la complexité d'un objet diffractant à motifs de petite taille sur des moyens optiques multiplicateurs qui répètent une image d'un objet diffractant susceptible d'être très simple, afin d'obtenir un objet diffractant de grande taille et efficace pour atteindre une bonne finesse d'image. To do this, the invention transfers the complexity of a diffracting object with small patterns onto optical multiplying means which repeat an image of a diffracting object capable of being very simple, in order to obtain a large diffracting object. size and effective to achieve good image sharpness.

On comprend tout l'intérêt de l'invention dans le domaine des dispositifs reconfigurables car il suffit alors d'utiliser, en association avec les moyens optiques multiplicateurs, un objet diffractant reconfigurable et simple, que l'on est capable de fabriquer facilement, par exemple avec des techniques de micro-usinage du silicium. We understand all the interest of the invention in the field of reconfigurable devices because it then suffices to use, in association with the optical multiplier means, a reconfigurable and simple diffracting object, which we are able to easily manufacture, by example with silicon micro-machining techniques.

De façon précise, la présente invention a pour objet un dispositif optique, apte à commander, en particulier à mettre en forme, un faisceau de lumière cohérente, ce dispositif comprenant - un objet diffractant qui comporte un motif, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens optiques multiplicateurs qui sont aptes à donner de l'objet diffractant, lorsque cet objet est éclairé par le faisceau de lumière cohérente, une image dans laquelle le motif de l'objet diffractant est répété plusieurs fois. Specifically, the subject of the present invention is an optical device, able to control, in particular to shape, a beam of coherent light, this device comprising - a diffracting object which comprises a pattern, this device being characterized in that 'It further comprises optical multiplier means which are capable of giving the diffracting object, when this object is illuminated by the beam of coherent light, an image in which the pattern of the diffracting object is repeated several times.

L'objet diffractant est par exemple un élément d'optique diffractive. The diffracting object is for example a diffractive optical element.

Cet élément d'optique diffractive peut être fixe ou, au contraire, reconfigurable (le dispositif étant alors lui-même reconfigurable). This diffractive optical element can be fixed or, on the contrary, reconfigurable (the device then itself being reconfigurable).

En tant qu'élément d'optique diffractive reconfigurable, on peut utiliser un système micro-opto- électro-mécanique ( micro-opto-electro-mechanical system ) que l'on appelle aussi un MOEMS. As a reconfigurable diffractive optical element, one can use a micro-opto-electro-mechanical system (micro-opto-electro-mechanical system) which is also called a MOEMS.

Au sujet des MOEMS on peut consulter le document suivant : About MOEMS you can consult the following document:

Design and testing of polysilicon surfacemicromachined piston micromirror arrays, W. S. Cowan et al., SPIE vol.3292, p.60 à 70. Design and testing of polysilicon surfacemicromachined piston micromirror arrays, W. S. Cowan et al., SPIE vol.3292, p.60 to 70.

En variante, l'élément d'optique diffractive reconfigurable est formé, par exemple par une technique de micro-usinage, dans un matériau semiconducteur comme par exemple le silicium, ou bien est formé d'une cellule à cristal liquide commandée électro-optiquement. As a variant, the reconfigurable diffractive optical element is formed, for example by a micro-machining technique, in a semiconductor material such as for example silicon, or else is formed by an electro-optically controlled liquid crystal cell.

Pour obtenir une diffraction en champ lointain, encore appelée diffraction de Fraunhofer, les moyens optiques multiplicateurs peuvent comprendre un réseau ( array ) de microlentilles dont le pas et la distance focale sont fixes et calculés pour obtenir l'effet multiplicateur souhaité. To obtain a far field diffraction, also called Fraunhofer diffraction, the optical multiplier means can comprise an array of microlenses whose pitch and focal distance are fixed and calculated to obtain the desired multiplier effect.

On peut munir le dispositif objet de l'invention d'une lentille principale placée entre l'objet diffractant et le réseau de microlentilles, à une distance de ce dernier égale à la somme de la distance focale de la lentille principale et de la distance focale des microlentilles. The device object of the invention can be provided with a main lens placed between the diffracting object and the array of microlenses, at a distance from the latter equal to the sum of the focal distance of the main lens and the focal distance. microlenses.

Cela permet de conserver des conditions de cohérence. This keeps consistency conditions.

En variante, pour obtenir une diffraction en champ lointain, les moyens multiplicateur peuvent comprendre un éclateur de faisceau ( beam fanout ) réalisé en optique diffractive. As a variant, in order to obtain a far field diffraction, the multiplier means may comprise a beam fanout produced in diffractive optics.

Pour obtenir une diffraction en champ proche, encore appelée diffraction de Fresnel, on peut munir le dispositif d'une lentille de focalisation de la lumière issue des moyens optiques multiplicateurs ou To obtain a near field diffraction, also called Fresnel diffraction, the device can be provided with a lens for focusing the light coming from the optical multiplier means or

utiliser des moyens optiques multiplicateurs comprenant un réseau de microlentilles dont le pas et la distance focale sont variables ou même utiliser des moyens optiques multiplicateurs comprenant un éclateur de faisceau prévu pour fournir une image de diffraction en champ proche. use optical multiplier means comprising a network of microlenses whose pitch and focal distance are variable or even use optical multiplier means comprising a beam splitter intended to provide a near field diffraction image.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de-réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : # la figure 1 est une vue de face schématique d'un exemple d'élément d'optique diffractive, # la figure 2 illustre schématiquement la répartition d'intensité en champ lointain correspondant à l'élément de la figure 1, # la figure 3 est une vue de face schématique d'un autre exemple d'élément d'optique diffractive, # la figure 4 illustre schématiquement la répartition d'intensité en champ lointain correspondant à l'élément de la figure 3, # la figure 5 est une vue schématique d'un mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, # la figure 6 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention et BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
The present invention will be better understood on reading the description of exemplary embodiments given below, purely by way of indication and in no way limiting, with reference to the appended drawings in which: # FIG. 1 is a schematic front view of an example of a diffractive optical element, # FIG. 2 schematically illustrates the distribution of intensity in the far field corresponding to the element of FIG. 1, # FIG. 3 is a schematic front view of another example of a diffractive optical element, # FIG. 4 schematically illustrates the distribution of intensity in the far field corresponding to the element of FIG. 3, # FIG. 5 is a schematic view of a particular embodiment of the device object of the invention, # Figure 6 is a schematic view of another particular embodiment of the device object of the invention and

# la figure 7 est une vue schématique d'encore un autre mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention. # Figure 7 is a schematic view of yet another particular embodiment of the device object of the invention.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
On rappelle que les phénomènes de diffraction sont divisés en deux catégories : - les phénomènes de diffraction en champ proche ou phénomènes de diffraction de Fresnel et - les phénomènes de diffraction en champ lointain ou phénomènes de diffraction de Fraunhofer. DETAILED PRESENTATION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
It is recalled that the diffraction phenomena are divided into two categories: - the near field diffraction phenomena or Fresnel diffraction phenomena and - the far field diffraction phenomena or Fraunhofer diffraction phenomena.

On considère tout d'abord les modes de réalisation particuliers de l'invention correspondant à une diffraction en champ lointain. We first consider the particular embodiments of the invention corresponding to far field diffraction.

On connaît des éléments d'optique diffractive pour la diffraction en champ lointain. A ce sujet on se reportera au document suivant :
Micro-optics, Hans Peter Herzig, Taylor & Francis, ISBN 0-7484-0481-3, p.314. Diffractive optics are known for far field diffraction. On this subject we will refer to the following document:
Micro-optics, Hans Peter Herzig, Taylor & Francis, ISBN 0-7484-0481-3, p.314.

Ces éléments comprennent un réseau de diffraction à motif périodique comme cela est schématiquement illustré sur les figures 1 et 3. These elements comprise a diffraction grating with periodic pattern as is schematically illustrated in FIGS. 1 and 3.

Dans le cas de la figure 1 on voit un motif périodique gravé 2 qui est calculé pour obtenir la répartition d'intensité dans le champ lointain que l'on voit sur la figure 2 où l'image obtenue est représentée dans un repère x, y. In the case of Figure 1 we see an engraved periodic pattern 2 which is calculated to obtain the distribution of intensity in the far field which we see in Figure 2 where the image obtained is represented in a frame x, y .

La figure 3 montre un autre motif périodique gravé 4 qui est calculé pour obtenir la répartition d'intensité dans le champ lointain que l'on Figure 3 shows another periodic engraved pattern 4 which is calculated to obtain the distribution of intensity in the far field which one

voit sur la figure 4 où l'image obtenue est également représentée dans un repère x, y. see in Figure 4 where the image obtained is also represented in a reference x, y.

C'est principalement la répartition de phase dans le motif élémentaire (qui est répété dans les motifs 2 et 4) qui définit la distribution du champ lointain. La dimension totale de l'élément d'optique diffractive n'influence que la finesse de l'image dans le champ lointain. En cela il existe une analogie avec la transformation de Fourier. It is mainly the phase distribution in the elementary pattern (which is repeated in patterns 2 and 4) which defines the distribution of the far field. The total dimension of the diffractive optical element only influences the sharpness of the image in the far field. In this there is an analogy with the Fourier transformation.

La figure 5 est une vue schématique d'un mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention. Figure 5 is a schematic view of a particular embodiment of the device object of the invention.

Le dispositif de la figure 5 comprend un objet diffractant qui forme un élément de phase 6. Il s'agit par exemple d'un MOEMS auquel cas le dispositif est reconfigurable. The device of FIG. 5 comprises a diffracting object which forms a phase element 6. It is for example a MOEMS in which case the device is reconfigurable.

A titre purement indicatif et nullement limitatif, ce MOEMS comprend 256x256 éléments sur une surface environ égale à 1 cm2. For purely indicative and in no way limitative, this MOEMS comprises 256x256 elements over an area approximately equal to 1 cm2.

Le dispositif de la figure 5 comprend aussi un réseau ( array ) 8 de microlentilles 10 qui permet la répétition périodique du motif de l'élément de phase 6. The device of FIG. 5 also comprises an array (array) 8 of microlenses 10 which allows the periodic repetition of the pattern of the phase element 6.

Sur la figure 5 les axes respectifs des microlentilles 10 ont la référence X. Ces axes X sont parallèles les uns aux autres. De plus, on note Y l'axe optique du dispositif. In FIG. 5, the respective axes of the microlenses 10 have the reference X. These axes X are parallel to each other. In addition, the optical axis of the device is noted Y.

On a en outre représenté l'image aérienne 12 de l'élément de phase 6 qui est fournie par le réseau de microlentilles lorsque l'élément de phase 6 est éclairé par un faisceau de lumière cohérente F. There is also shown the aerial image 12 of the phase element 6 which is provided by the microlens array when the phase element 6 is illuminated by a beam of coherent light F.

Par image aérienne on entend une image réelle, non visible mais susceptible d'être matérialisée si nécessaire (par opposition à une image virtuelle qui est non réelle et qui ne peut pas être matérialisée). By aerial image is meant a real image, not visible but capable of being materialized if necessary (as opposed to a virtual image which is non-real and which cannot be materialized).

On voit que cette image aérienne 12 est un ensemble de motifs 14 correspondant chacun au motif de l'élément de phase 6. We see that this aerial image 12 is a set of patterns 14 each corresponding to the pattern of the phase element 6.

De plus, dans l'image fournie par le réseau de microlentilles, les motifs 14 ont une taille inférieure à celle du motif de l'élément de-phase 6. In addition, in the image provided by the microlens array, the patterns 14 have a size smaller than that of the pattern of the de-phase element 6.

Le dispositif de la figure 5 comprend aussi une lentille principale 16 qui est disposée entre le réseau 8 de microlentilles et l'élément de phase 6. The device of FIG. 5 also comprises a main lens 16 which is disposed between the network 8 of microlenses and the phase element 6.

Le réseau de microlentilles est en position de Fourier par rapport à cette lentille principale 16. The microlens array is in the Fourier position relative to this main lens 16.

Cela signifie que la distance entre le réseau de microlentilles et cette lentille principale est égale à la somme de la distance focale de cette lentille principale et de la distance focale commune aux microlentilles. This means that the distance between the microlens array and this main lens is equal to the sum of the focal length of this main lens and the focal distance common to the microlenses.

Sur la figure 5 l'angle de diffraction correspondant à l'élément de phase 6 est noté [alpha]. In FIG. 5 the diffraction angle corresponding to the phase element 6 is noted [alpha].

L'angle de diffraction (3 à la sortie du réseau 8 de microlentilles est supérieur à l'angle a. Le réseau de microlentilles et la lentille principale permettent donc une multiplication de l'angle de diffraction dans le rapport des distances focales. The diffraction angle (3 at the exit of the microlens array 8 is greater than the angle a. The microlens array and the main lens therefore allow a multiplication of the diffraction angle in the ratio of the focal distances.

Le dispositif optique conforme à l'invention, qui est représenté sur la figure 5, permet The optical device according to the invention, which is shown in Figure 5, allows

d'engendrer l'image d'un objet diffractant de manière simple et avec un bon rendement de diffraction. to generate the image of a diffracting object in a simple manner and with good diffraction efficiency.

On rappelle que ce rendement de diffraction est le rapport de la puissance lumineuse dans les directions de diffraction par rapport à l'ordre de diffraction 0 c'est-à-dire par rapport à la lumière non diffractée. It will be recalled that this diffraction efficiency is the ratio of the light power in the directions of diffraction with respect to the order of diffraction 0, that is to say with respect to non-diffracted light.

Ce rendement diffraction dépend de la taille des motifs élémentaires de l'objet diffractant ou de l'image de ce dernier. Il est d'autant meilleur que cette taille est proche de la longueur d'onde de la lumière qui interagit avec l'objet diffractant. This diffraction efficiency depends on the size of the elementary patterns of the diffracting object or on the image of the latter. It is all the better that this size is close to the wavelength of the light which interacts with the diffracting object.

Le dispositif de la figure 5 permet justement de réduire la taille du motif de l'élément de phase 6 et de répéter ce motif pour disposer d'une image à nombreux petits motifs. The device of FIG. 5 makes it possible precisely to reduce the size of the pattern of the phase element 6 and to repeat this pattern to have an image with numerous small patterns.

Ainsi, dans la présente invention, à partir d'un objet diffractant initial relativement simple, comprenant peu de motifs élémentaires et donc intrinsèquement à faible efficacité de diffraction on est capable d'engendrer par réplication optique une image qui, quant à elle, offre une bonne efficacité de diffraction. Thus, in the present invention, from a relatively simple initial diffracting object, comprising few elementary patterns and therefore intrinsically of low diffraction efficiency, it is possible to generate by optical replication an image which, in turn, offers a good diffraction efficiency.

On reporte donc la complexité d'un objet diffractant sur le réseau de microlentilles. Il convient de noter qu'un tel réseau de microlentilles est maintenant un composant commun. We therefore report the complexity of a diffracting object on the microlens array. It should be noted that such a microlens array is now a common component.

La configuration utilisée (configuration en position de Fourier) permet une restitution de conditions cohérentes de diffraction en champ lointain. The configuration used (configuration in Fourier position) allows restitution of consistent far field diffraction conditions.

La figure 6 est une vue schématique d'un autre exemple du dispositif objet de l'invention. Figure 6 is a schematic view of another example of the device object of the invention.

Ce dispositif de la figure 6 comprend encore l'élément de phase 6 utilisé dans le dispositif de la figure 5. This device of FIG. 6 also comprises the phase element 6 used in the device of FIG. 5.

On note encore Y l'axe optique du dispositif de la figure 6. We also note Y the optical axis of the device of FIG. 6.

Ce dispositif comprend en outre un éclateur de faisceau ( beam fanout ) 18 qui est réalisé en optique diffractive. This device further comprises a beam fanout 18 which is produced in diffractive optics.

Cet éclateur de faisceau 18-est utilisé pour la répétition du motif de l'élément de phase 6 (motif de phase). This beam splitter 18 is used for repeating the pattern of the phase element 6 (phase pattern).

On voit encore l'image aérienne 12 qui est fournie par cet éclateur de faisceau lorsque l'élément 6 est éclairé par un faisceau laser F. We also see the aerial image 12 which is provided by this beam splitter when the element 6 is lit by a laser beam F.

Cette image aérienne est formée d'un grand nombre de motifs élémentaires 14 qui sont des répliques du motif de l'élément de phase 6 mais ont une taille inférieure à celle de cet élément 6. This aerial image is formed of a large number of elementary patterns 14 which are replicas of the pattern of the phase element 6 but have a size smaller than that of this element 6.

On note encore l'amplification de l'angle de diffraction : l'angle P de diffraction obtenu à la sortie de l'éclateur de faisceau 18 est nettement supérieur à l'angle [alpha] de diffraction obtenu à la suite de l'élément de phase. The amplification of the diffraction angle is also noted: the diffraction angle P obtained at the exit of the beam splitter 18 is clearly greater than the diffraction angle [alpha] obtained following the element phase.

Un dispositif optique conforme à l'invention, plus complet que celui de la figure 5, est schématiquement représenté sur la figure 7. An optical device according to the invention, more complete than that of FIG. 5, is schematically represented in FIG. 7.

Dans l'exemple de la figure 7 (comme d'ailleurs dans les exemples des figures 5 et 6) il In the example of Figure 7 (as indeed in the examples of Figures 5 and 6) there

s'agit d'un dispositif optique fonctionnant par réflexion. it is an optical device operating by reflection.

Il convient toutefois de noter que l'invention pourrait être mise en #uvre avec un dispositif fonctionnant par transmission. Dans ce cas, on utiliserait un objet diffractant apte à transmettre et diffracter un faisceau laser incident. It should however be noted that the invention could be implemented with a device operating by transmission. In this case, a diffracting object capable of transmitting and diffracting an incident laser beam would be used.

Le dispositif de la figure 7 résulte de l'addition d'une lame séparatrice 20 au dispositif représenté sur la figure 5. Cette lame est placée=en regard du réseau de microlentilles 8. The device of FIG. 7 results from the addition of a separating blade 20 to the device shown in FIG. 5. This blade is placed = opposite the network of microlenses 8.

On peut utiliser d'autres moyens de séparation comme par exemple un prisme. Other separation means can be used, such as a prism.

La flèche F de la figure 7 représente le faisceau lumineux de lumière cohérente (faisceau laser) avec lequel on éclaire l'élément de phase 6. The arrow F in FIG. 7 represents the light beam of coherent light (laser beam) with which the phase element 6 is illuminated.

Ce faisceau se propage suivant l'axe Y et traverse successivement la lame séparatrice 20, le réseau de microlentilles 8 et la lentille principale 16 pour interagir avec l'élément de phase 6. This beam propagates along the Y axis and successively crosses the separating plate 20, the microlens array 8 and the main lens 16 to interact with the phase element 6.

La lumière diffractée par ce dernier est récupérée par la lentille principale 16 puis atteint le réseau de microlentilles 8. The light diffracted by the latter is recovered by the main lens 16 and then reaches the microlens array 8.

La flèche Fl représente la lumière issue du réseau de microlentilles après réflexion de cette lumière sur la lame séparatrice 20. The arrow F1 represents the light coming from the microlens array after reflection of this light on the separating plate 20.

La lame séparatrice 20 permet de récupérer la lumière Fl en la séparant du faisceau incident F. The separating plate 20 makes it possible to recover the light F1 by separating it from the incident beam F.

La lame 20 peut être remplacée par un séparateur de polarisation. The blade 20 can be replaced by a polarization splitter.

Des lames quart d'onde non représentées peuvent être ajoutées au dispositif de la figure 7 pour changer l'état de polarisation de l'onde entre F et FI. Quarter wave plates not shown can be added to the device of FIG. 7 to change the state of polarization of the wave between F and FI.

La lame 20 doit alors être sensible aux deux états de polarisation orthogonaux de la lumière. The plate 20 must then be sensitive to the two orthogonal polarization states of the light.

L'élément de phase utilisé dans les dispositifs des figures 5 à 7 peut comporter une structure micromécanique pour être reconfigurable. The phase element used in the devices of FIGS. 5 to 7 may include a micromechanical structure to be reconfigurable.

Il est avantageusement obtenu grâce aux techniques d'usinage du silicium pour former un MOEMS. It is advantageously obtained thanks to the techniques of machining silicon to form a MOEMS.

Ce MOEMS peut être activé grâce à toutes sortes d'actionneurs, par exemple les actionneurs à force électrostatique, les actionneurs magnétiques, les actionneurs thermiques ou les actionneurs hydrauliques. This MOEMS can be activated by all kinds of actuators, for example electrostatic force actuators, magnetic actuators, thermal actuators or hydraulic actuators.

Un dispositif conforme à l'invention peut être utilisé pour former un projecteur d'images, par exemple un projecteur de logos. Dans ce cas on exploite préférentiellement l'un des ordres de diffraction du dispositif. A device according to the invention can be used to form an image projector, for example a logo projector. In this case, one of the diffraction orders of the device is preferably used.

Pour la mise en #uvre d'une diffraction en champ proche on peut munir le dispositif de la figure 5 ou le dispositif de la figure 6 d'une lentille de focalisation 22 (voir figure 7) que l'on place alors en aval du dispositif. To implement a near-field diffraction, the device of FIG. 5 or the device of FIG. 6 can be provided with a focusing lens 22 (see FIG. 7) which is then placed downstream of the device.

Dans l'exemple de la figure 7 cette lentille 22 est disposée sur le trajet du faisceau FI en regard de la lame 20 et parallèlement à l'axe optique Y. In the example of FIG. 7, this lens 22 is arranged on the path of the beam FI opposite the blade 20 and parallel to the optical axis Y.

Pour mettre en #uvre une diffraction en champ proche, on peut aussi utiliser un réseau de microlentilles dont le pas et la longueur focale sont To implement a near field diffraction, it is also possible to use an array of microlenses whose pitch and focal length are

variables et calculés pour reconstituer un front d'onde convergent. variables and calculated to reconstruct a converging wavefront.

Au lieu de cela, on peut utiliser un éclateur de faisceau optimisé pour assurer une fonction analogue à celle d'un réseau de microlentilles à pas et focale variables. Instead, an optimized beam splitter can be used to perform a function analogous to that of a microlens array with variable pitch and focal length.

Claims

1. Optical device, able to control, in particular to shape, a beam (F) of coherent light, this device comprising a diffracting object (6) which comprises a pattern, this device being characterized in that it comprises in addition to optical multiplying means (8,18) which are capable of giving the diffracting object, when this object is illuminated by the beam of coherent light, an image (12) in which the pattern of the diffracting object is repeated several times time.

2. Device according to claim 1, in which the diffracting object is a diffractive optical element (6).

3. Device according to claim 2, wherein this diffractive optical element (6) is reconfigurable.

4. Device according to claim 3, in which this diffractive optical element is a micro-opto-electro-mechanical system (6).

5. Device according to claim 3, wherein this diffractive optical element (6) is formed in a semiconductor material.

6. Device according to claim 3, in which this diffractive optical element is an electrooptically controlled liquid crystal cell.

7. Device according to any one of claims 1 to 6, wherein the optical multiplier means comprise an array of microlenses (8) whose pitch and focal distance are fixed.

8. Device according to claim 7, further comprising a main lens (16) placed between the diffracting object (6) and the microlens array (8), at a distance from the latter equal to the sum of the focal distance of the main lens and the focal length of the microlenses.

9. Device according to any one of claims 1 to 6, in which the optical multiplier means comprise a beam splitter (18) produced in diffractive optics.

10. Device according to any one of claims 7 and 9, further comprising a lens (22) for focusing the light from the optical multiplier means (8,18).

11. Device according to any one of claims 1 to 6, in which the optical multiplier means comprise a network of microlenses whose pitch and focal distance are variable and a main lens placed between the diffracting object and the network of microlenses, at a distance from the latter equal to the sum of the focal distance of the main lens and the focal distance of the microlenses.

12. Device according to any one of claims 1 to 6, in which the optical multiplier means comprise a beam splitter intended to provide a near field diffraction image.