Brevet FR2027301A1 — publié le 19700925

La présente invention,concerne des dispositifs optiques .et. plus particulièrement un, dispositif optique et un procédé pour obtenir des images à trois dimensions. - ' Depuis. 1908 on cannait déjà des procédés pour obtenir une photo qui représente le mouvement relatif entre des objets placés au premier plan et des objets placés à l'arrière plan à 1# suite du'rnpuvement de l'observateur. Il a été proposé l'utilisation de films de celluloïde moulés de façon à présenter de nombreux renflements sphériquësisur la surface antérieure ainsi que des renflements alignés de rayons différents sur la surface postérieure, le rayon des renflements sur la surface antérieure étant égal à Cn-1) fois le rayon dBS renflements sur la surface postérieure, n étant l'indice de réfraction du celluloïde. Cette idée de Lippmânn ne semble pas'avoir été adoptée avec succès. Des suggestions récentes et plus pratiques fondées sur 1 '.utilisation de la lumière cohérente (par exemple les lasers) ont permis de réaliser avec succès des images à trois dimensions par une technique proche de celle suggérée par Lippmânn. Il y a naturellement des limitations imposées par la sécurité pour l'utilisation des lasers dans le cas où les êtres humains sont les sujets à photographier, et des techniques spéciales qui ne font pas partie de l'invention ont été mises au point pour utiliser une lumière incohérente ou blanche pour l'exposition, la formation d'une image réelle ou virtuelle pour la projection étant accomplie au moyen de lumière cohérente, l'exposition originale du sujet à une telle lumière réduit les accidents de santé. Le procédé de Lippmânn montre les avantages que l'on peut tirer? d^une configuration géométrique correcte des éléments photographiques et optiques. Dans ce procédé, contrairement à ce qui se passe dans le procédé de Lippmânn, tous les éléments et leurs détecteurs photographiques dégradent l'image. Simultanément, la quantité d'informations présente dans toute la scène est égale à celle d'une seule image sauf l'impression de profondeur. La présente invention montre-comment obtenir une qualité d'image acceptable et en même temps maintenir à un minimum l'influence des éléments qui tendent à la dégrader. De plus, le motage conformément à cette invention est assez pratique et est peu coûteux si bn l'utilise avec les techniques de production en série actuelles. Une caractéristique de cette invention est dé réaliser un dispositif et un procédé perfectionnés pour faire et présenter des photographies à trois dimensions . Un autre objet de cette invention est de réaliser un procédé et un dispositif perfectionné sans danger pour l'être humain, pour faire et projeter des photographies à trois dimensions qui ont une bonne résolution. Un autre objet de cette invention est de réaliser un procédé et urv dispositif perfectionnés pour faire et projeter des photographies à trois dimensions 69 40271 2 2027301 de façon économique. Conformément à une réalisation de cette invention, une.mosaïque de lentilles à plusieurs facettes appelée lentille en "oeil de mouche" est utilisée comme premier élément. Il comporte un grand nombre de lentilles sphériques de 5 petites dimensions. Chaque lentille a des champs incurvés. Un film spécialement formé est associé à un tel montage de lentille pour être son complément. La surface du film est munie du même nombre d'échancrures qu'il y a de lentilles dans la mosaïque. Ces échancrures ont un contours sphérique et ont leur centre placé au centre des lentilles sphériques individuelles. Les films et 10 les lentilles sont séparés par une faible distance, par exemple de 1"ordre de 25 à 100 microns. Chaque lentille en "oeil de mouche" sert- d'appareil photographique individuel et son image, courbe est obtenue sur le film incurvé. Ce dernier est développé sous, forme d'un négatif et les,images* résultantes sont inversées en les photographiant avec un appareil photographique: analogue à plu-15 sieurs lentilles pour réaliser un second film avec des images- positives. En plaçant l'image positive derrière une mosaïque correspondant à la série de lentilles en "oeil de mouche", l'image à trois dimensions peut être examinée directement par un observateur à l'oeil nu. D'autres objets caractéristiques et avantages de la présenta invention 20 ressortiront mieux de l'exposé qui suit, fait en référence aux dessins annexés a ce texte, qui représentent un mode de réalisation préféré de-celle-ci. La figure 1 représente une vue en coupe d'une seule lentille à double cour bure qui peut être utilisée dans la présente invention pour-prendre les Images. La figure 2 représente une vue en coupe dans un seul élément d'un appareil 25 photographique à plusieurs lentilles avec des films positif et négatif alignés. Les figures 3a et 3b sont desreprésentations graphiques du pourcentage de modulation en fonction de la fréquence dans 1'espace pour la prévision de la qualité d'image pour les lentilles .de prise ds vue et de copie d'image combi nées comme utilisées dans la présente invention. 30 . La figure 4 représente un assemblage film-lentille à grand angle ou occu- laire qui peut être utilisé pour les reproductions et projections de films. Sur la figure 1 est représentée une seule lentille 11 en coupe. Plusieurs de.ces lentilles sont assemblées pour former une mosaïque ou matrice mais une seule .lentille est représentée dans un but de simplicité. La.lentille indivi-35 duelle 11 est de préférence du type en "oeil de mouche" et.comporte deux éléments sphériques 17 et 18 de rayons différents mais de même centre approximativement. Les éléments 17 et 18 ont des faces courbes 13 et Ï2,.comme représenté. Chaque lentille individuelle ou éléments 17,ou 18 a.son centre au point C1. L'élément 17 peut avoir un rayon r^ pour sa surface sphérique à gauche et 40 l'élément 18 peut avoir une surface sphérique de rayon supérieure r à droite. * A 69 40271 3 2027301 Les distances sur l'axe ^ et d2 correspondent approximativement aux rayons r1 et r2. La légère différence est fonction de la séparation nécessaire de la facette 12 et du plan du film incurvé. La position d'arrêt empêche la formation de l'aigrette. Plusieurs de ces lentilles 11 sont assemblées aussi proche 5 que possible l'une de l'autre par exemple dans un montage héxagonal pour former une mosaïque, chaque lentille individuelle n'étant pas plus grande et étant cfe préférence plus petite que le diamètre de l'iris d'ouverture normale, c'est-à-dire 2 à 4 mm. Il est évident qu'une lumière incohérente provenant d'une source appro-10 priés quelconque 10, par example de la lumière blanche, est réfléchie par un objet non représenté- éloigné ver3 la gauche de la lentille 11, La lumière réfléchie arrive sur la surface gauche ou objectif courbe 13 de la lentille 11 et est réfractée en un point correspondant de la surface de focalisation sphérique droite 12» Il a de nombreux points sur l'objet, mais seuls les points 15 p,j et p2 sont représentés dans un but de simplicité. Un élément. 15 pour supporter le film transparent est muni d'échàncrures sphériques 16 qui sont alignées assez précisément avec les lentilles 11. Ce support sert à supporter une couche d'émulsion 10 d'épaisseur t^ qui est proche mais ne touche pas la lentille 11. Les échàncrures 16 sont disposées au point de vue dimension et nombre pour 20 correspondre avec les éléments des lentilles individuelles de la mosaïque ou matrice. L'ômulsion 20 et la surface focale 12 sont séparées par une très petite distance qui est une tolérance pour sélectionner les rayons r^, r^ et les épaisseurs d^ et d2 30 La source de lumière 1Q peut être une source de lumière artificielle, ou ce peut être la lumière naturelle. Les obturateurs etc., ne sont pas représentés, mais on doit bien comprendre que la lentille 11 forme une lentille d'appareil photographique. Une image ordinaire en blanc et noir ou en couleur de 1' objet peut être formée par la lumière blanche ordinaire et développée de la 35 manière classique sur les échàncrures 16 recouvertes d'émulsion. Cependant l'image résultante vue directement est sans signification pour l'oeil. L'image ainsi produite peut être .considérée comme un négatif composite. Cependant, il est souvent souhaitable d'inverser ce négatif par une technique qui permet de faire, toutes les reproductions nécessaires de façon très économique. Il est 40 également souhaitable de pouvoir afficher l'image à trois dimensions avec un 69 40271 4 2027301 appareil très simple et peu coûteux. On va décrire maintenant les dispositifs et procédés qui permettent de réaliser cet affichage. On doit comprendre que la lentille 11 du type en "oeil de mouche" de la figure 1 forme un appareil photographique et la plaque se trouve dans un maga-5 sin séparé. Une fols que le film est développé pour produire les images i^, i2 etc.... sur les échàncrures 16 recouvertes d'émulsion, l'étape suivante consiste à inverser l'image. Sur la figure 2 est représenté un système pour reproduire et transférer le négatif composite sur le support 15 sur une autre surface qui a une forme identique à l'élément 15. Pour préparer des copies, 10 une source de lumière diffusée appropriée 33 est disposée comme représenté pour projeter les négatifs composites. Qu bien une disposition de lentilles servant de condensateur de lumière, non représentée, comprenant une lentille pour chaque image peut être disposée derrière le négatif composite pour la projection. Une lentille du type en "oeil de mouche" 31 sur la figure 2 est consti-15 tuée d'éléments concentriques à double courbure 32 et 33 comprenant des facettes et s^. Plusieurs de ces lentilles disposées en mosaïque ou matrice sont utilisées mais une seule est représentée sur la figure 2, La lentille 31 a ses éléments individuels 32 et 33 de rayons de courbure égaux, le centre étant en Bien qu'il soit possible de disposer les éléments de façon qu'ils aient 20 le même rayon, que sur la figure 1, de sorts que le rayon des deux surfaces courbes soit r^, ceci poserait des difficultés pour que le film 15 et le support 115 pour le film copie sur la figure 2 soient placés au foyer correctement. Le support 15 doit être séparé de la lentille 31 par la distance focale, comme représenté sur la figure 2, La lentille 31 doit naturellement être de 25 dimension appropriée pour transférer tous les éléments de l'image 1^, i2 provenant de la surface du film 20 à la surface du film copie 120. Puisque le rayon r^ séparant le centre de la lentille des échàncrures ou enfoncements 16 sur le support 15 sur la figure 2 est pratiquement identique au rayon r2 de la figure 1, la surface du film 20 est placée dans ce plan. Comme représenté 30 sur la figure 2, la lentille 31 a ses deux éléments 32 et 33 qui ont des rayons égaux et qui ont leur centre placé tous deux en C2. Le rayon r^ peut être le mime que r^ sur la figure 1, mais il peut être aussi un peu inférieur. Les distances d^ et dj. sont représentées égales et les distances dg et dg sont aussi égales ce qui fait un système de lentilles symétrique, réalisation qui est pré-35 férée. Il n'est pas impossible d'utiliser une lentille non symétrique mais cela entraîne des complications pour aligner le film copie avec l'image négative sur le support 15. Une lumière incohérente provenant d'une source appropriée 33 passe à travers la source transparente 15 pour faire une seule exposition des images 40 i^, i2 etc.... du film 20. La lumière passe ensuite dans la lentille 31 et 40271 5 2027301 va sur les échàncrures 116 recouvertes d'émulsion d'un autre support de film copie 115. Les échàncrures 116 sont recouvertes d'une émulsion 120. L'éclairage peut être réalisé par un diffuseur ou urt système condensateur de lumière à plusieurs lentilles. Les supports 15 et 115 sont de configurations pratique-5 ment identiques, du point de vue rayon de courbure, des échàncrures, espacement entre .les échàncrures et autres. On comprendra que les échàncrures 116 analogues à celles utilisées en 16 sur la figure 1 sont recouvertes d'une émul sion 120 pour réaliser une image en blanc et noir ou en couleur comme on le désire. Avec ce montage, la représentation en négatif sur 1'émulsion dévelop-10 pée de l'élément 15 est reproduite en double sous forme d'une image positive de 1'émulsion développée 120 du support 115. L'image positive n'a encore naturellement aucune signification du point de vue optique. Le demi champ angulaire de la lentille 11, figure 1 est de préférence inférieur à 16° mais il peut être agrandi un peu si on le désire. Pour-une ouver 15 ture numérique de 0,14 ou moins, disons 0,12, la lentille 11 est essentiellement limitée en diffraction pour une longueur d'onde de 550 millimicrons. La fréquence de coupure pour une lentille ayant cette ouverture numérique est pro che de 500 lignes par millimètre. C'est-à-dire la fonction de transfert de modulation MTF tend vers zéro pour une grille de 500 lignes/mm avec une lentille 20 ayant une ouverture numérique de 0,14 comme représenté sur la figure 3a. En utilisant une ouverture numérique de 0,12, ce qui est à l'intérieur des limites définies par Rayleigh, c'est-à-dire, entre les limites où il n'y a pas une déviation supérieure à un quart de la longueur d'onde, le système représenté peut être utilisé pour produire ou reproduire l'image originale. 25 La figure 3b représente la fonction de transfert de modulation pour une lentille de redressement concentrique 1:1 comme sur la figure 2 ayant une ouverture numérique de 0,11. Ici la fréquence de coupure est de 400 lignes par mm. Le négatif 20 est éclairé par une lentille servant de condensateur de lumière du type en "oeil de mouche" placée derrière le support de film ou de plaque 30 transparente 15 pour exposer 1'émulsion 20 sur le support 115, Ce montage semble donner une dégradation minimum de l'image au cours de sa reproduction. Evi demment les films supports 15 et 115 et tous les doubles supplémentaires peuvent être moulés avec précision en utilisant la lentille du type en "oeil de . mouche", comme l'original, 35 Le système de la figure 4 est utilisé pour examiner le film redressé 115 ou 15. Ordinairement l'angle sera limité à 36° environ, c'est-à-dire avec un demi-champ de 18° comme les lentilles des figures 1 et 2. Avec ce système un écran 51 formé de lentilles qui est utilisé comme occulaire, est constitué d'ui mosaïque de lentilles plan-convexe et l'écran est placé correctement et aligné 40 pour permettre l'observation de l'image multiple enregistrée sur les échan- 69 40271 6 2027301 crures 116 du support 115. Lorsqu'il fait un examen sans écran, l'observateur voit ses images sous forme d'une masse de points. L'cran 51 est placé à la distance focale correcte d^ de la feuille du film 115, A travers l'écran 51 on voit l'effet à trois dimensions précédemment décrit. Quand l'observateur se 5 déplace par rapport à l'image divers composants de l'image, semblent bouger et donnent l'effet total à trois dimensions. La lumière pour l'occulaire peut être de la lumière blanche ordinaire. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur le dessin, les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réa-10 lisation préféré de celle-ci, il 8st évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. 69 40271 7 2027301 REVENDICATIONS 1.- Dispositif d'obtention de photographies à trois dimensions caractérisé en ce qu'il comprend une première lentille du type en "oeil de mouche" ayant des surfaces à plusieurs facettes de configuration sphérique et un champ sphé-5 rique, un premier support de film ayant des échàncrures de configuration sphérique concentriques des surfaces sphériques de l'objectif de la lentille et proche de celles-ci, ce champ et ce film étant disposés à la surface focale de la lentille. 10 2.- Dispositif d'obtention de photographies à trois dimensions sslon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend un deuxième support de film opposé au premier support et une deuxième lentille du type en "oeil de mouche" placée entre les deux supports, lesdits supports étant placés à une distance importante de la lentille. 3.- Dispositif d'obtention de photographies à trois dimensions selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la première lentille est asymétrique et prend l'image initiale, et la deuxième lentille est symétrique par rapport à u* centre de courbure et transfère 1'image donnée par la première lentille, sur le premier support, sur le deuxième support similaire du premier. 4.- Appareil photographique comprenant un montage d'obturateurs et de lentilles et un film pour obtenir la photographie composite d'un objet avec une lumière non cohérente, caractérisé en ce qu'il comprend: - un film comportant plusieurs échàncrures concaves recouvertes d'émulsion formant une mosaïque, - une mosaïque de lentilles, chaque lentille ayant au moins deux facettes concaves, une facette pour collecter la lumière non-cohérente provenant d'un objet, et l'autre pour projeter la lumière non-cohérente sur le film, - et un support pour supporter les échàncrures concaves du film de façon qu'elles soient très proches et concentriques avec les autres facettes de la mosaïque de lentilles et qu'elles soient complémentaires par rapport à ces autres facettes. 5.- Appareil photographique selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque lentille dans la mosaïque de lentilles est une lentille du type en "oeil de mouche" asymétrique composée de deux éléments, une facette étant disposée 35 sur un élément et l'autre étant disposée sur l'autre élément. 20 25 69 40271 8 2027301 6.- Appareil photographique permettant de faire des coptes comprenant une disposition d'obturateurs et de lentilles et un film pour reproduire un négatif, caractérisé en ce qu'il comprend; - un négatif composite comprenant une mosaïque d'échàncrures concaves, 5 chaque échancrure enregistrant une image différente du même objet, - un film non exposé comportant plusieurs échàncrures concaves recouvertes d'émulsion formant une mosaïque, - une mosaïque de lentilles, chaque lentille ayant au moins deux facettes concaves, une facette pour collecter la.lumière provenant du négatif composite 10 et l'autre pour projeter cette lumière sur le film non exposé, - des moyens pour supporter le film non exposé et la mosaïque de lentilles séparé l'un par rapport à l'autre mais aligné avec las échàncrures concaves recouvertes d'émulsion du film non exposé situé dans la plan focal des autres facettes de la mosaïque de lentilles, 15 - et des moyens pour supporter le négatif composite et la mosaïque de len tilles de façon qu'elles soient séparées et cependant alignées avec les échàncrures concaves du négatif dans 18 plan focal des autres facettes de la mosaïque de lentilles. 7.- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque lentil- 20 le dans la disposition de lentilles est une lentille du type en "oeil de mouche" symétrique composée de deux éléments, une facette étant disposée sur un élément et l'autre étant disposée sur l'autre. 8.- Dispositif selon la revendication 4 ou 6 caractérisé en ce quB chaque lentille dans la disposition de lentilles est une lentille du type en "oeil de 25 mouche". 9.- Dispositif pour l'examen d'images à trois dimensions caractérisé en ce qu'il comprend: - un négatif composite, composé d'une mosaïque d'échàncrures concaves, chaque échancrure concave enregistrant une image différente du même objet, 30 - un écran composé d'unB mosaïque de lentilles plan-concaves, - des moyens pour supporter de façon qu'ils soient complémentaires le négatif composite et l'écran, séparés l'un, de l'autre mais alignés avec les échàncrures concaves du négatif composite dans le plan focal des lentilles plan-concaves de l'écran. 35 10.- Procédé d'obtention d'une image à trois dimensions d'un objet caracté- 69 40271 S 2027301 risé en ce qu'il comprend les étapes suivantes; - projection des images d'un objet en lumière non-cohérente à travers une mosaïque de lentilles du type en "oeil de mouche", - exposition d'un premier film mosaïque composé d'une émulsion recouvrant 5 une mosaïque d'échàncrures concaves, avec les images en lumière non-cohérente, - développement du premier film mosaïque pour obtenir un négatif composite de l'objet, - projection des images du négatif composite à travers une mosaïque de lentilles du type en "eeil de mouche", 10 - exposition d'un second film mosaïque, composé d'une émulsion recouvrant une mosaïque d'échàncrures concaves, avec les images du négatif composite, - développement du second film mosaïque pour obtenir un positif composite, - et visualisation d'une image à trois dimensions de l'objet en plaçant un écran composé d'une mosaïque de lentilles devant le positif composite.