Optiques binaires et application à l’imagerie - Optiques auto-imageantes

Les optiques binaires sont des composants optiques codés, soit en phase, soit en amplitude, par une succession de motifs. Par rapport aux composants optiques classiques, qui utilisent la réfraction ou la réflexion pour modifier la direction des rayons lumineux, les composants binaires exploitent le phénomène de la diffraction qui sollicite l’aspect ondulatoire de la lumière. La diffraction longtemps considérée comme une limitation (on parle de systèmes optiques en limite de diffraction) a été progressivement exploitée dans des architectures optiques.

L’imagerie à partir d’optiques binaires est prisée dans le domaine des rayons gamma et des rayons X où la matière est très absorbante. Cela rend en effet délicat la réalisation de lentilles réfractives qui impose des épaisseurs optiques importantes ou bien l’utilisation de miroirs où l’empilement de couches diélectriques réfléchissantes peut être problématique. Avec l’avènement des capteurs digitaux, qui permettent de manipuler les images après leur acquisition, certaines équipes de chercheurs envisagent maintenant de mettre à profit des propriétés d’imagerie originales des optiques diffractives pour remplacer les optiques réfractives et réflectives, afin de réaliser des systèmes légers, peu coûteux et compacts. En effet, la présence systématique de caméras dans les smartphones a permis de réduire considérablement le coût des capteurs d’imagerie. La réalisation de senseurs bas coût à partir de composants peu onéreux pour des applications domotiques rend les composants binaires attractifs également dans le domaine du visible et de l’infrarouge.

Cet article met en avant les capacités d’imagerie des Composants Optiques Binaires Auto-Imageants (COBAI). Ceux-ci ont la propriété de répéter un même motif de diffraction, certains même canalisent la lumière selon des lignes focales. Les COBAI considérés sont les seuls «  ingrédients » optiques pour former une image.

Le formalisme de formation d’image ne sera pas rappelé dans cet article, le lecteur pourra se reporter à l’article [E 4 045]. Par contre, plusieurs exemples de COBAI sont détaillés. Pour chacun, les équations utiles à leur modélisation sont décrites, ainsi que des exemples d’application à l’imagerie.

Tout au long de l’article, des encadrés abordent des effets originaux des différents COBAI.

Enfin, un tableau comparatif est exposé récapitulant les COBAI présentés avec leurs caractéristiques. Ils sont comparés avec les optiques binaires focalisantes développées dans l’article [E 4 045].

Le lecteur trouvera en fin de l’article un tableau de sigles, notations et symboles utilisés.