Interférométrie électronique de speckles (ESPI, Electronic Speckle Pattern Interférometry)

Interférométrie holographique électronique

Ces techniques sont basées sur l'enregistrement des franges d'interférence primaires (entre l'onde - objet et l'onde de référence) à l'aide d'un détecteur de faible résolution spatiale, tel que la matrice CCD d'une caméra.

L'utilisation d'une image de l'objet projetée dans le plan du détecteur introduit des speckles dans le plan de celui-ci, d'où le nom d'intereférométrie (électronique) de speckles, ou ESPI. L'interférométrie holographique électronique n'est en effêt que le fruit de l'implémentation des techniques de déphasage spatial en ESPI, conjointement avec le développement des cartes d'acquisition et processeurs d'images plus performants.

Les milieux d'enregistrement couramment utilisés dans l'interférométrie holographique doivent pouvoir résoudre jusqu'à 5000 lignes / mm, car des fréquences spatiales très grandes apparaîssent lors de l'interférence entre l'onde-objet et l'onde de référence dans un montage holographique "normal", avec un angle grand entre ces deux ondes.

Cette haute résolution impose des milieux spécialement conçus et en règle générale très peu sensibles du point de vue énergétique. Mais lorsque l'angle formé par les deux ondes est proche de zéro (cas illustré dans la figure) alors même des milieux de très faible résolution spatiale (tels que les capteurs CCD, dont les "pixels" ont des dimensions de l'ordre de 8 - 16 microns), peuvent enregistrer ces franges.

A remarquer que dans ce type d'installation l'objectif de la caméra CCD est déporté, pour permettre l'introduction (ici à l'aide du cube séparateur) d'une onde de référence divergente provenant de la même direction que l'onde-objet. Les détecteurs CCD des caméras étant en général protégés par une lame de verre aux faces parallèles, il est nécessaire, pour éviter les franges parasites produites par reflexions multiples, soit d'éliminer carrément cette protection, soit d'y rajouter une lame aux faces inclinées (comme dans la figure).

En supposant l'objet immobile, l'intensité d'une image acquise dans cette configuration et transférée vers l'ordinateur est donnée par l'expression:

C'est l'image de l'objet, I_o, "couverte" par des speckles de grand contraste produits par les variations aléatoires de la différence de phase locale entre l'onde-objet et l'onde de référence. Si la géométrie de l'objet présente des variations temporelles qui produisent une variation supplémentaire de phase pendant la durée d'acquisition de l'image (en général 0,040 s), alors on a:

Si l'on obtient deux images successives de ce type, correspondant à deux états différents d'un objet:

alors la différence entre ces images aura l'expression:

L'image de l'objet sera couverte par des franges d'interférence données par le facteur

Ces franges ont une visibilité très mauvaise à cause de la présence simultanée dans l'expression de I₁-I₂ du deuxième facteur, lié aux différences de phase entre l'onde-objet et l'onde de référence, et qui produit des variations rapides, aléatoires et très contrastées de l'intensité.

Si la variation de phase de l'objet correspond à un état de vibration armonique permanente de fréquence supérieure à 25 Hz, alors l'image obtenue sera:

Les mêmes remarques s'imposent: on perçoit des franges d'iso-amplitude de vibration données par la fonction de Bessel, mais ces franges sont très bruitées.Ce sont surtout les franges qui correspondent aux lignes nodales qui sont visibles, car le long des lignes nodales les speckles maintiennent leur contraste initial, donc très grand (première image). On verra plus tard qu'à l'aide des techniques de déphasage spatial on peut obtenir, à partir d'un nombre d'images de ce type, déphasées, des images proches des images holographiques, montrant les franges d'égale amplitude de vibration.


IMAGE ESPI EN TEMPS REEL (25 images / s) d'un objet en vibration	IMAGE DE FRANGES produite par 4 images successives déphasées (dont la première illustrée à gauche)

Ces images ont été réalisées au Laboratoire de Photomécanique de l'INSA de Rouen au cours des études de faisabilité concernant un premier système expérimental ESPI, basé sur une caméra CCD Sanyo (actuellement en salle de TP HOLO), ordinateur Power Mac 7100 prévu d'une carte d'acquisition d'images LG3 et du logiciel NIH Image (domaine public) modifié.

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