Brevet FR2334255A1 — publié le 19770701

L'invention due à JONES Sidney Charles et LINDSAY Henry Rudolph, est relative à des appareillages à l'aides desquels une personne peut observer des images à deux dimensions afin de les voir stéréoscopiquement. Conformément à l'invention, selon un aspect de celle-ci, est prévu un appareillage d'observation d'images pour permettre à une persOnne d'observer, à travers celui-ci, une image à deux dimensions agin de la voir stéréoscopiquement, lequel appareillage comporte un élément support dans lequel sont montés deux dispositifs, à travers lesquels une image peut être observée respectivement par l'oeil gauche et par l'oeil droit, chacun de ces dispositifs comprenant une cellule, dans laquelle est prévu un cristal, disposé entre deux électrodes de commande transparentes et sensible à l'action d'une tension de commande appliquée entre les deux électrodes pour faire varier la transmission de lumière à travers le dispositif, l'élément support présentant aussi des moyens pour engendrer et appliquer des tensions de commande périodiques alternativement aux électrodes des deux cellules pour faire varier le transmission de lumière à travers les deux dispositifs, d'une manière différentielle, à une cadence d'au moins 25 fois par seconde. On a trouvé que même si l'image est constituée par une image ordinaire unique, par exemple une photographie ordinaire, des modes de réalisation simples de l'invention ont pour action, de manière usuelle, de fournir un effet stéréoscopique à une per sont qui observe l'image à travers l'appareillage. Dans ce cas la profondeur de l'effet stéréoscopique semble toujours être limitée à la profondeur située en arrière du plan de l'imege réelle observée. Avec les images mouvantes se présentant sur l'é- cran d'un récepteur de télévision,on on a trouvé qu'il était néces- saire d'asservir la production des tensions périodiques de commande à la fréquence d'image.Toutefois il n'est pas nécessaire de prévoir un accouplement matériel avec l'appareillage d'observation d'image pour obtenir cette synchronisation. Des signaux de synchronisation peuvent être transmis à l'appareillage d'observation d'image par une onde porteuse modulée, par exemple une onde de pression ultra-sonore ou une radiation électromagnétique infra-rouge. Avec un récepteur de télévision, l'expérience à montré que si, en plus de la synchronisation, les balayages successifs d1ima- ge étaient décelés horizontalement l'un par rapport à l'autre, on pouvait produire un effet stéréoscopique essentiellement plus marqué. On obtient un effet stéréoscopique encore plus marque, lorsque la caméra de télévision produisant les signaux vidéo reproduits par le récepteur de télévision comporte un système optique de dédoublement fournissant deux trajets optiques, à l'aide desquels des images gauche et droite peuvent être formées sur la ou sur les plaques receptrices d'image de la caméra, chaque trajet optique comportant un dispositif, comprenant une cellule contenant un cristal disposé entre deux électrodes de commande transparentes et sensible à l'action d'une tension de commande appliquée entre ces électrodes pour faire varier la transmission de lumière à travers le dispositif, et des moyens appliquant alternativement des tensions de commande périodiques, de fréquence égale à la moitié de la fréquence d'exploration de la caméra, aux électrodes des deux cellules pour faire varier la transmission de lumière à travers ceiles-ci, d'une manière différentielle, à une fréquence moitié de la fréquence drexplo- ration d'image. Ainsi la reproduction des signaux vidéo par le récepteur est asservie, image par image, aux images gauche et droite "vues" par la caméra et décalées horizontalement, image par image, dans le récepteur et le fonctionnement de l'appareillage d'observation est,d'une manière identique, asservi aux balayages d'image du récepteur, de sorte que l'effet stéréosco- pique le plus complet est produit dans le cerveau de la personne qui observe les images. Les cristaux utilisés dans l'appareillage d'observation d'images et dans la caméra de télévision sont de préférence des cristaux liquides nématiques à arrangement hélicoïdal et les cellules utilisant de tels cristaux sont disposées entre polariseurs croisés. De tels dispositifs sont en soi connus et sont décrits en détail dans diverses publications telles que le brevet américain n 13.857.629, Electronic Engineering Août 1974, Electronics Letters"4 avril 1974 et Electronics 11 décembre 1975. L'invention est décrite plus en détail ci-après à l'aide de certains de ses modes de réalisation, pris à titre illustratif mais nullement limitatif, en se référant aux dessins annexés dans lesquels - les figures 1 et 2 représentent schématiquement, en élévation latéral et de face, un appareillage d'observation d'image conforme à l'invention, - la figure 3 montre plus en détail une partie de l'appareillage des figures 1 et 2, - la figure~4 est un schéma fonctionnel d'une partie du montage de la figure 3, - les figure 5 et 6 sont des schémas fonctionnels d'un émetteur et'un récepteur destinés à transmettre des signaux de synchronisation d'un récepteur de télévision à l'appareillage représente té sur la figure 4, - les figures 7 et 8 sont des schémas fonctionnels d'un mode de réalisation à infra-rouge du dispositif des figures 5 et 6, - les figures 9 et 10 sont des schémas fonctionnels d'un mode de réalisation à ultra-sons du dispositif des figures 5 et 6, - la figure 11 est un schéma fonctionnel d'une variante de récepteur de télévision destiné àêtre utilisé avec les modes de réalisation des figures 1 à 10, et - la figure 12 représente une caméra de télévision destinée à être utilisée avec les modes de réalisation des figures 1 à 11. L'appareillage d'observation d'image représenté sur les figures 1 et 2 se présente sous la forme d'une monture de lunette en position sur la tête d'une personne 10, dessinée en trait mixte. Cette monture de lunette comporte une partie antérieure 11 et deux branches 12 et 13. La partie antérieure 11 comprend un dispositif gauche 14 et un dispositif droit 15 qui seront décrits plus en détail ci-après et à travers lesquels la personne 10 peut observer une image, respectivement à l'aide de son oeil gauche et de son oeil droit. La branche 12 contient un générateur de tension 16, représenté en trait interrompu, qui est raccordé aux dispositifs 14 et 15 par des fils conducteurs 17 représentés schématiquement en trait interrompu. Comme on le décrira plus en détail ci-après 1les dispositifs 14 et 15 comprennent chacun une-cellule, comportant un cristal disposé entre deux électrodes de commande transparentes. Des tensions de commande issus du générateur 16 sont appliquées alternativement aux électrodes de commande des deux cellules et produisent la transmission de lumière, à travers les dispositifs 14 et 15, jusqu'aux yeux de la personne 10. Cette transmission variant d'une manière diffé rentielle,2une cadence telle que l'observateur perçoive une image essentiellement dénuée de scintillement. Lorsq'on utilise l'appareillage représenté sur les figures 1 et 2 pour observer une image à deux dimensions telle qu'une photographie ordinaire, on obtient, d'une manière usuelle, un effet stéréoscopique du genre décrit antérieurement. La figure 3 représente plus en détail certaines parties des dispositifs 14 et 15 Chacun de ces dispositifs 14 et 15 comprend une cellule 18 constituée par un cristal liquide nématique à arrangement hélicoldal 19 disposé entre deux électrodes de commande transparentes 20 et 21. Chaque cellule est disposée entre des polariseurs croisés 22 et 23. Pour faire varier d'une manière différentielle la transmission de lumière à travers les deux dispositifs 14 et 15, le générateur 16 est muni de deux sorties qui sont raccordées respectivement, de la manière représentée sur la figure 3, aux deux cellules. Les deux signaux de sortie présentent les formes d'onde 24 et 25 de la figure 3, et comportent chacun une impulsion de tension telle que 26.Ces tension de commande sont appliquées alternativement aux deux cellules comme le montrent les diagrammes 24 et 25 qui correspondent à la même échelle de temps. A la fin de chaque impulsion de tension de commande, une oscillation à haute fréquence est appliquée pour produire la commutation de la cellule, de la manière décrite dans le brevet américain n" 3.857.629. Les fréquences de répétition des tensions de commande peuvent, par exemple, être de 25 Hertz et les fréquences des trains d'oscillation à haute fréquence, par exemple, de 10 Kilohertz. On a trouvé qu'en utilisant unefréquenede répétition de 25 Hz l'observateur tend à perçevoir un certain scintillement stéréoscopique. Ceci peut être surmonté en faisant en sorte que l'angle des polariseurs croisés soit inférieur à 90 , de telle manière que les cellules ne produisent pas d'extinction compléte de la lumière. Des moyens appropriés, non représentés ici, peuvent être prévus pour faire tourner dans ce but un polariseur de chacun des dispositifs 14 et 15. Selon une variante, on peut utiliser pour les impulsions 26 une fréquence de répétition plus élevée. L'appareillage décrit ci-dessus peut être utilisé aussi pour observer les images d'un écran de récepteur de télévision à condition que les impulsions de commande 26 soient synchronisées avec lg balayages successifs d'image du récepteur, qui, par exemple, selon le standard de télévision européen, s'effectue à une fréquence d'exploration d'image de 25 KHz. La figure 4 représente un genre approprié de générateur 16 pour cette application. Il comprend un multivibrateur monos table 27, qui fournit deux signaux de sortie 28 et 29 constitués par des oFcillations rectangulaires, en opposition de phase, de fréquence 25 Hz. Ceux-ci sont appliqués, par l'intermédiaire de portes 30, aux dispositifs 14 et 15 auxquels sont également appliquées les oscillations à 10 KHz (représentées à droite sur la figure4). Ces oscillations sont engendrées aussi en 30 par un oscillateur classique (non représenté ici).Le multivibrateur est synchronisé à l'aide d'impulsions 31 reçus d'un récepteur de télévision et coïncidant avec le retour ce faisceau,les impulsions 31 sont appliquées au multivibrateur 27 par une entrée 32 de celui-ci et sont transmises au générateur 16 de n'importe quelle manière appropriée, mais de préférence par une onde porteuse ultra-sonore ou infra-rouge. L'utilisation d'ondes ultra-sonore de pression et de radiations infra-rouges pour transporter un signal sont en soi bien connues et un récepteur de télévision peut etre équipé de l'accessoire, représenté schématiquement sur la figure 5, destiné à transmettre des signaux de synchronisation au générateur 16* Dans le dispositif de la figure 5, des impulsion 33 provenant du circuit d'exploration d'image 34 du récepteur de télévision sont appliquées à un diviseur de fréquence 35 dans lequel la fréquence est divisée par deux pour fournir les implulsions 36 de fréquence moitié de la fréquence d'exploration d'image. Celles-ci sont appliquées à un émetteur infra-rouge ou ultra-sonore 37 pour être transmises à l'appareillage d'observation d'image. L'appareillage d'observation d'image comprend un récepteur 3s duquel les impulsion 31, de fréquence moitié de la fréquence d'exploration d'image, sont extraites pour être appliqués à la borne 32 de la figure 4. Lorsqu'on utilise une radiation infra-rouge, il est préférable d'utiliser un émetteur simple, tel que celui représenté sur la figure 7, associé à un récepteur simple, tel que celui représenté sur la figure 8. Sur la figure 7 les impulsions 36 de la figure 5 sont appliquées à un modulateur d'amplitude ou à un modulateur de fréquence 39, auquel est appliquée une oscillation porteuse intermédiaire de, par exemple, 100 K Hz, fournie par un oscillateur 40. L'onde porteuse intermédiaire modulée est à son tour appliquée à une diode photoémissive à infra-rouge 41. Sur la figure 8 un détecteur récepteur d'infra-rouge est monté dans un circuit accordé, par un circuit résonant 43, sur la fréquence de la porteuse intermédiaire.Le signal de sortie de ce circuit est utilisé pour ccmmander un multivibrateur monostable 44 qui fournit les impulsions destinées à être appliquées à la borne 31. Un récepteur simple, tel que celui de la figure 8, peut facilement être miniaturisé pour être monté suer l'appareillage d'observation d'image. Lorsqu'on utilise des ondes de pression ultra-sonores, l'émetteur et le récepteur peuvent être constitués de la manière suivante représentée sur les figures 9 et 10. Sur la figure 9, les impulsions 36 de la figure 5 sont appliquées à un cristal pièzo-électrique émetteur 45 qui, à chaque impulsion reçue,délivre un train d'ondes ultra-sonores de, par exemple, 40 KHz. Sur la figure 10, un cristal piézo-électrique récepteur 46 est couplé à un multivibrateur monostable 47 qui fournit les impulsions 31 destinées à être appliquées à la borne 32. Ici encore le montage de la figure 10 peut être suffisamment petit pour être incorporé à l'appareillage d'observation d'image. Il y a lieu de noter que l'on pourrait utiliser d'autres moyens pour transmettre les signaux de synchronisation à l'appareillage d'observation d'image, par exemple des champs magnétiques. Comme on l'a mentionné ci-dessus, lorsqu'on utilise l'appareillage d'observation d'image pour regarder une image de télévision, l'effet stéréoscopique peut être notablement accru en décalant alternativement horizontalement le balayages successif d'image. La figure 11 représente un circuit au moyen duquel un récepteur de télévision peut être modifié dans ce but. Sur la figure 11 des impulsions 48 provenant du circuit de balayage d'i-ma- ge sont appliquées à un circuit diviseur par deux 49 d'où on extrait des impulsions 50 de fréquence moitié de la fréquence d'exploitation d'image. Cellg-ci sont appliquées à un transistor 62, en montage éméttodyne, dans le circuit d'émetteur duauel est monté une diode Zener 63aux bornes de laquelle est monté en parallèle un potentiomètre 64. Le Curseur du potentiomètre 64 est raccordé, par l'intermédiaire d'un circuit bouchon fonctionnant à 15 KHz, aux bobines déflectrices de lignes du tube à rayons cathodiques du récepteur de télévision.Dans ces conditions un courant de la forme représentée en 61 est ajouté au courant dé flecteur de ligne, et l'amplitude de ce courant additionnel peut être modifié à l'aide de potentiomètre 64 pour fournir l'amplitude de décalage horizontal désirée des balayages d'images successifs. En outre les impulsions 50 peuvent être transmises à l'appareillage d'observation d'image comme signaux de synchronisation. L'effet stéréoscopique optimal pour une personne qui regarde les images de télévision sur un récepteur modifié de la manière représentée sur la figure 11 peut être obtenu si la caméra de télévision de laquelle proviennent les signaux vidéo est réalisée de la manière représentée sur la figure 12, dans laquelle une caméra de télévision monochromatique ou en couleur classique 67 comporte, à l'avant de celle-ci, un système optique de dédoublement d'image 68. Ce système fournit deux trajets optiques 69 et 70 au moyen desquels une image gauche et une image droite peuvent être formées sur la plaque réceptrice d'image de la caméra 67, dans le cas d'une caméra de télévision monotroma'iqle-, ou sur les plaques réceptrices d'images, dans le cas d'une caméra de télévision en couleur.Les deux trajets optique contiennent respectivement des dispositifs 71 et 72 qui permettent de faire varier d'une manière différentielle la transmission de lumière le long de ces deux trajets optiques. Comme on le voit sur la figure 12, les trajets optiques 69 et 70 comportent respectivement des miroirs plans 73 et 74 qui sont disposés symétriquement à 45 , par rapport à l'axe optique 75 de la caméra 67. La lumière réfléchie par ces miroirs 73 et 74 tombent sur les miroirs de dédoublement (semitransparent) 75 et 76 qui sont respectivement paralléles aux miroirs plans 73 et 74. Dans ces conditions, un quart de la lulière de chacun des trajets optiques 69 et 70 est réfléchi, suivant la direction de l'axe 75, à l'intérieur de la caméra 67. Les dispositifs 71 et 72 peuvent être identiques aux dispositifs 14 et 15 de la figure 3, c'est-à-dire comporter chacun une cellule 18 constituée par un cristal liquide nématique à arrangement hélicoïdal 19 disposé entre deux électrodes de commande transparentes 20 et 21. La cellule 18 est placé entre deux polariseurs croisés 22 et 23 et des tensions de commande de la forme représentée sur la figure 3 et à fréquence moitié de la fréquence d'exploration d'image sont applique aux électrodes des cellules pour produire une variation différentielle de la transmission de lumière, le long des deux trajets optiques 69 et 70, en direction de la caméra 67. Les signaux issus de la caméra 67 peuvent être transmis directement à un récepteur de télévision ou peuvent être enregistrés en vue d'une reproduction ultérieure. N'importe quels signaux de synchronisation appropriés peuvent être ajoutés aux signaux transmis ou enregistrés pour indiquer les fonctionnements "gauche" et "droit" des dispositifs 71 et 72. I1 y a lieu de remarquer que les polariseurs utilisés, dans la caméra, dans chacun des dispositifs 71 et 72, peuvent être croisés à 900 ou selon un angle un peu différent de 90". Cet angle de croisement peut également être réglable afin de commander le degré d'extinction produit par les deux dispositifs. Il y a lieu de remarquer aussi que l'espacement des deux miroirs 73 et 74 est, de préférence, réglable latéralement et être accouplé au systéme variateur de focale de l'objectif de la caméra 67. Il y a lieu de remarquer en outre que le mode de fonctionnement des cellules aussi bien de l'appareillage d'observation d'image que de la caméra peut être inversé. Ainsi au lieu de comporter des polariseurs croisés, ces dispositifs peuvent être alignés, de manière à assurer normalement une extinction pratiquement compléte de la lumière. Lorsque la tension de commande est appliquée,l'atténuation est réduite ou complétement éliminée. En outre, au lieu d'utiliser des impulsions rectangulaires 26 (figure 3), son peut utiliser des impulsions à flanc de montée incliné,de manière à fournir une variation progressive. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de de ce qui précède, l'invention ne -limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagé ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, REVENDICATIONS 1. Ensemble électro-optique pour former une image à deux dimensions pouvant être vue stéréoscopiquement par une personne, cet ensemble comprenant - un appareillage d'observation d'image permettant à la personne d'observer, à travers celui-ci, ladite image à deux dimensions, - un récepteur de télévision destiné à être utilisé avec le susdit appareillage d'observation d'image et agencé pour afficher ladite image à deux dimensions, et - une caméra de télévision destinée à engendrer des signaux vidéo devant être reproduits par le susdit récepteur de télévision, caractérisé en ce que l'appareillage d'observation d'image comprend un élément support dans lequel sont montés deux dispositifs, à travers lesquels une image peut être observée respectivement par l'oeil gauche et par l'oeil droit, chacun de ces dispositifs comprenant une cellule, dans laquelle est prévu un cristal, disposé entre deux électrodes de commande transparentes et sensible à l'action d'une tension de commande appliquée entre les deux électrodes pour faire varier la transmission de lumière à travers le dispositif, l'élément support présentant aussi des moyens pour engendrer et appliquer des tensions de commande périodiques alternativement aux électrodes des deux cellules pour faire varier la transmission de lumière à travers les deux dispositifs, d'une manière différentielle, à une cadence d'au moins 25 fois par seconde. 2. Ensemble électro-optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des cristaux est constitué par un cristal nématique à arrangement hélicoïdal et en ce que chacune des cellules est disposée entre des polariseurs de lumière. 3. Ensemble électro-optique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les polariseurs sont croisés essentiellement à 90, de sorte que, lorsque la tension de commande est appliquée à une cellule, la transmission de la lumière à travers le dispositif dans lequel est montée la cellule se trouve essentiellement complètement bloquée. 4. Ensemble électro-optique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les polariseurs sont croisés selon un angle inférieur à 904, de sorte que, lorsque la tension de commande est appliquée à une cellule, la transmission de lumière à travers le dispositif dans lequel est montée la cellule se trouve atténuée sans être complètement bloquée. 5. Ensemble électro-optique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les polariseurs sont croisés et en ce que des moyens sont prévus pour faire varier l'angle de croisement des polariseurs. 6. Ensemble électro-optique selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que des moyens sont prévus à l'aide desquels, après chaque application d'une tension de commande, peut-être appliqué un train d'oscillations de haute fréquence. 7. Ensemble électro-optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'élément support porte aussi un récepteur agencé pour recevoir des signaux de synchronisation d'un récepteur de télévision à une fréquence fonction de la fréquence d'exploration d'image du récepteur et pour appliquer les signaux de synchronisation au générateur de tension de commande pour que celui-ci produise des tensions de commande de fréquence moitié de la fréquence d'exploration d'image du récepteur de télévision. 8. Ensemble électro-optique selon la revendication 7, caractérisé en ce que le récepteur est agencé pour recevoir les signaux de synchronisation sous forme de modulations d'une oscillation porteuse de fréquence infra-rouge transmise par radiation. 9. Ensemble électro-optique selon la revendication 7, caractérisé en ce que le récepteur est agencé pour recevoir les signaux de synchronisation sous forme de modulations d'une onde de pression de fréquence ultra-sonore. 10. Ensemble électro-optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le récepteur de télévision comporte des moyens pour décaler horizontalement, l'un par rapport à l'autre, les balayages d'images successifs. 11. Ensemble électro-optique selon la revendication 10, caractérisé en ce que des moyens sont prévus à l'aide desquels on peut régler la valeur du décalage horizontal de chaque balayage par rapport au balayage qui le suit ou le précède immédiatement. 12. Ensemble électro-optique selon la revendication 10 ou ll, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour transmettre une onde porteuse modulée par des signaux de synchronisation ayant une fréquence liée à la fréquence de balayée du récepteur. 13. Ensemble électro-optique selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'onde porteuse est une onde infra-rouge. 14. Ensemble électro-optique selon la revendication 12, caractérisé en ce que tonde porteuse est une onde de pression ultra-sonore. 15. Ensemble électro-optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que la caméra de télévision comporte un système optique de dédoublement d'image comprenant deux trajets optiques grâce auxquels des images gauche et droite peuvent être focalisées sur la ou les plaques réceptrices d'image de la caméra, chaque trajet optique possédant un dispositif muni d'une cellule constitué par un cristal disposé entre deux électrodes transparentes de commande et agissant en réponse à une tension de commande appliquée entre les électrodes pour faire varier la transmission de rizière à travers le dispositif, et des moyens pour appliquer alternativement aux électrodes les deux cellules des tensions de commande, à fréquence moitié de la fréquence d'exploration d'image de la caméra, afin de faire varier la transmission de lumière de façon différentielle à une fréquence moitié de la fréquence d'exploration d' image. 16. Ensemble électro-optique selon la revendication 15, caractérisée en ce que chacun des cristaux est un cristal liquide nématique à arrangement hélicoïdal et en ce que chacune des cellules est disposée entre des polariseurs croisés. 17. Ensemble électra-optique selon la revendication 16, caractérisée en ce que les polariseurs sont croisés sensiblement à 90 , de sorte que, lorsque la tension de commande est appliquée à une cellule, la transmission de lumière à travers le dispositif dans lequel est montée la cellule est complètement bloquée. 18. Ensemble électro-optique selon la revendication 16, caractérisée en ce que les polariseurs sont croisés sous un angle inférieur à 90", de sorte que, lorsque la tension de commande est appliquée à une cellule, la transmission de la lumière à travers le dispositif dans lequel est montée la cellule se trouve atténuée sans être complètement bloquée. 19. Ensemble électro-optique selon la revendication 15, caractérisée en ce que des moyens sont prévus pour générer un train d'oscillations à haute fréquence destiné à être appliqué après chaque application d'une tension de commande.