Brevet FR2668872A1 — publié le 19920507

APPAREIL D'OBSERVATION D'UN OBJET AU MOYEN D'UNE CAMERA VIDEO La présente invention concerne un appareil d'observation d'un objet au moyen d'une caméra vidéo. Par le terme "caméra vidéo" on entendra aussi bien une caméra vidéo simple, sans fonction d'enregistrement des images, qu'une caméra à magnétoscope intégré - Il dénommée "camescope". L'utilisation de matériel vidéo offre de nouvelles possibilités d'observation et d'étude d'objets ou de phénomènes physico-chimiques expérimentaux, qui sont très intéressantes sur le plan pédagogique. Dans toute la suite de la présente description, et dans les revendications, on entendra par le terme "objet" non seulement des objets inanimés (par exemple des pièces mécaniques) mais aussi des corps vivants (par exemple des insectes ou des fleurs) ainsi que des récipients dans lesquels s'opère une réaction physique ou chimique. Dans de nombreuses matières d'enseignement scolaire ou universitaire, en particulier en biologie, dessin technique et chimie, il est souhaitable que l'enseignant puisse montrer à l'ensemble de la classe, et en gros plan, un objet ou une expérience qu'il réalise, afin d'illustrer son cours. Il est souvent nécessaire que l'observation puisse se faire sous un angle bien défini ou sous différents angles. Traditionnellement, les élèves se groupent autour de l'endroit où se trouve l'objet, si bien que chaque élève ne bénéficie pas de l'angle d'observation le plus judicieux ; l'observation est aussi souvent une source de bousculades, voire de chahut ; enfin, pour certaines expériences, il est dangereux que les élèves ne s'approchent trop près du champ d'expérimentation, en particulier s'il y a des risques de projection ou d'évaporation, en cours d'expérience, de produits nocifs. L'usage d'une caméra vidéo connectée à un récepteur de télévision (moniteur) permet à chacun des élèves, sans qu'il doive quitter sa place, d'observer correctement l'objet sur l'écran du récepteur, selon l'angle de vue le mieux approprié qui a été choisi par l'opérateur (en l'occurence l'enseignant). Sous réserve qu'on enregistre la prise de vue, l'enseignant a, en outre, la faculté de présenter plusieurs fois le même objet, ou la même expérience, ce qui peut être très intéressant pour l'observation et la compréhension de certains phénomènes. A la connaissance du demandeur, il n'existe pas actuellement d'appareil spécialement conçu à cet effet. Une séance d'observations à l'aide de matériel vidéo se fait donc jusqu'ici de manière empirique, la caméra étant simplement fixée sur un pied support, le résultat obtenu étant plus ou moins valable selon les compétences et/ou l'habileté de l'enseignant. L'invention vise à combler cette lacune en présentant un materiel spécialement adapté à une bonne observation d'un objet, en particulier à des fins pédagogiques. Un premier objectif de l'invention est de proposer un appareil qui permette d'observer l'objet sous une multitude d'angles de vue très différents les uns des autres. Un autre objectif de l'invention est de proposer un matériel de conception simple, robuste et peu coûteux, qui soit facile à utiliser par toute personne, même peu habile et non expérimentée. Ces résultats sont atteints conformément à l'invention grâce au fait que l'appareil comprend a) un socle fixe b) un plateau horizontal porté par le socle fixe et apte à supporter l'objet à observer, ce plateau pouvant tourner autour d'un axe vertical c) un bras qui est articulé sur le socle autour d'un axe horizontal, l'une des extrémités de ce bras étant adaptée pour recevoir et retenir la caméra vidéo, l'agencement étant tel que ledit axe vertical de rotation du plateau, ledit axe horizontal d'articulation du bras et l'axe optique de la caméra vidéo concourent sensiblement en un point situé dans la zone centrale du plateau, zone qui est destinée à recevoir l'objet à observer. Par ailleurs, selon un certain nombre de caractéristiques avantageuses, mais non limitatives - le socle est adapté pour être fixé au bord d'une table ou d'un bureau - le bras articulé est muni d'un contrepoids ajustable, destiné à compenser le poids de la caméra vidéo - le plateau tournant est réglable en hauteur - la position longitudinale, selon l'axe optique, de la caméra vidéo est ajustable sur l'extrémité du bras articulé - l'appareil comprend une coupole en matériau transparent apte à être placée sur plateau pour isoler du milieu ambiant l'objet à observer - on associe à l'appareil au moins une lentille additionnelle convergente, dont la vergence est comprise entre 1,5 et 3 dioptries, apte à être adaptée sur l'objectif de la caméra vidéo (ce qui permet d'obtenir une mise au point rapprochée, compatible avec une longueur raisonnable du bras articulé). D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description et des dessins annexés qui en présentent un mode de réalisation préférentiel. Sur ces dessins - la figure 1 est une vue générale schématique et en perspective de l'appareil - les figures 2, 2A, 2B et 2C montrent les images d'un même objet porté par le plateau et vu sous des angles différents par la caméra vidéo - la figure 3 est une vue de côté schématique de l'appareil, montrant plusieurs positions angulaires différentes du bras portant la caméra vidéo - la figure 4 est une vue similaire à la figure 3, après rotation du plateau d'un quart de tour - la figure 5 est une vue de détail en coupe verticale d'un mécanisme de réglage en hauteur du plateau tournant - la figure 6 est une section horizontale, selon le plan VI-VI, de la figure 5 ; - la figure 7 illustre un mode de montage coulissant de la caméra vidéo sur le bras articulé - la figure 8 illustre la possibilité de mise en place d'une coupole protectrice sur le plateau. L'appareil représenté à la figure 1 comprend un socle fixe 1. Il s'agit d'une plaque approximativement rectangulaire destinée à être placée et fixée sur une table T ou un bureau. Le socle comprend un ou deux flancs verticaux 10 adaptés pour venir en butée contre un ou deux des côtés de la table ou du bureau. Comme on le voit à la figure 3, une fixation peut être prévue par des moyens connus tels que des serre-joints 12. Ces moyens sont avantageusement des parties intégrantes du socle 1. Sur le socle 1 est monté un plateau circulaire horizontal 2. Ce plateau est guidé en rotation pour pouvoir tourner autour d'un axe vertical ZZ'. A titre indicatif, son diamètre est de l'ordre de 30 cm. Sur l'un de ses bords, référencé 110, le socle 1 est muni d'un palier 11 servant à l'articulation d'un bras 3. Ce dernier possède une partie principale 30 s'étendant parallèlement au bord correspondant 110 du socle. L'axe d'articulation du bras 3 dans le palier 11, référencé YY', s'étend horizontalement, perpendiculairement au bord 110. Cet axe coupe l'axe ZZ' en un point O situé au centre du plateau 2, juste au-dessus de la face supérieure de celui-ci. L'articulation du bras 3 dans le palier 11 comporte un système de blocage angulaire du bras dans la position voulue ; il s'agit d'un système connu en soi, procédant par exemple par friction, qui n'a pas été représenté sur les dessins pour ne pas les alourdir inutilement. Le blocage et le déblocage du système se font par manoeuvre d'un bouton rotatif 38. Au-delà du palier 11, la partie 30 se prolonge par une partie 31 de plus faible section, qui constitue une tige de guidage pour un contrepoids mobile 4. A l'extrémité de la tige 31 est prévue une butée 32 qui empêche l'échappement du contrepoids 4. Un bouton de blocage/déblocage 40 permet d'amener le contrepoids 4 dans la position souhaitée, et de l'y bloquer, par friction. L'ensemble 30, 31 est positionné parallèlement au rebord 110, en porte-à-faux à l'extérieur du socle i et de la table T, ce qui autorise le libre débattement du bras 3 au pivotement autour de l'axe YY'. Du côté opposé à la tige 31, la partie 30 se raccorde à une partie de bras oblique 33 orientée vers l'extérieur de la table, du côté du plateau 2. L'extrémité libre de la partie 33 porte une plateforme 34 à laquelle est fixée la caméra vidéo 5. A la figure 1, on a désigné par la référence 50 l'objectif de la caméra, et par la référence 51 le pied de la caméra. La fixation du pied 51 à la plate-forme 34, dont on décrira plus loin un mode de réalisation (figure 7), permet un réglage longitudinal de la caméra sur la plate-forme, comme cela est figuré par la double flèche c à la figure 1. Selon une caractéristique essentielle de l'appareil qui fait l'objet de l'invention, l'axe optique XX' de la caméra vidéo passe par le point 0 ci-dessus défini. La caméra 5 est connectée à un récepteur de télévision 6, ou moniteur, dont l'écran est référencé 60. A la figure 1, on a représenté au centre du plateau 2 un objet à observer 7. Il s'agit d'une pièce mécanique de largeur constante, ayant une forme générale en "L", dont l'une des branches est percée d'un trou cylindrique. Comme on le verra plus loin, le plateau 2 est réglable en hauteur, et le réglage est effectué de telle manière que le point 0 coincide avec un point de l'objet 7, de préférence un point moyen, de telle sorte que la mise au point de la caméra sur l'objet puisse se faire correctement. On a désigné par 7' l'image de l'objet vu par la caméra et apparaissant sur l'écran 60. A la figure 1, on a désigné par la double flèche a l'aptitude à la rotation, à 3600, du plateau circulaire 2 autour de l'axe vertical ZZ' ; on a figuré par la double flèche d l'aptitude à la translation du contrepoids 4 sur la tige 31. Bien entendu, le contrepoids 4 est placé dans une position telle que l'ensemble formé du bras 3 et de la caméra 5 qu'il porte soit équilibré statiquement autour de l'axe YY'. La longueur du bras 3, et corrélativement la distance séparant la caméra 5 du point 0, est choisie de telle manière qu'il soit possible d'obtenir une mise au point correcte sur l'objet 7. A titre d'exemple, on peut utiliser une caméra vidéo ayant les références commerciales et les caractéristiques d'objectif suivantes "NV-MS1 PANASONIC" - Distance focale 8-80 ; 1 : 1,4. Il s'agit d'un camescope ayant une focale variable, ce qui permet d'obtenir un effet de zoom. A l'objectif de la caméra est associée une lentille convergente additionnelle permettant d'obtenir une mise au point rapprochée (ce qui a pour intérêt de limiter la longueur du bras 3 et donc l'encombrement de l'appareil). La lentille est portée par une bague apte à être adaptée sur l'objectif, par exemple par vissage. Il est ainsi possible de remplir l'écran avec l'image d'objets ayant des dimensions de l'ordre de 20 mm en conservant l'effet de zoom, tout en disposant d'une distance D suffisante pour manipuler l'objet à observer. A titre indicatif, la distance D (voir figure 3) séparant le capteur CCD de la caméra du point 0 sera, pour une focale de 80 mm, de l'ordre de 650 mm si on utilise une lentille additionnelle de 2 dioptries, et de 470 mm si on utilise une lentille additionnelle de 3 dioptries. A la figure 3, on a représenté en traits pleins une partie du bras 3 ainsi que la caméra vidéo 5, dans une position intermédiaire dans laquelle l'axe optique XX' forme un certain angle aigu i avec l'horizontale. La figure 2 montre la représen tation 7' qui en résulte, visible dans l'écran du récepteur. On a représenté en traits interrompus mixtes, et désigné respectivement par les références 3A et 5A, l'extrémité du bras articulé et la caméra vidéo, dans une position telle que l'axe XX' soit disposé horizontalement. L'image 7'A de l'objet vue sur le récepteur (figure 2A) est une vue de face. De la même manière, on a représenté la caméra, référencée 5B, dans une position telle que son axe optique XX' soit dirigé verticalement, coïncidant alors avec ZZ'. Dans cette position, la représentation de l'objet sur l'écran, référencée 7'B à la figure 2B, est une vue de dessus. Pour passer de la situation illustrée à la figure 3 à celle illustrée à la figure 4, on a fait tourner d'un quart de tour (flèche a) le plateau 2 et l'objet 7 qu'il supporte. La caméra se trouvant dans une position, référencée 5C, telle que son axe optique XX' soit horizontal, on obtient une vue de côté de l'objet, laquelle est référencée 7'C à la figure 2C. Aux figures 2A et 2C, la visualisation du plateau 2 a été référencée 2'. Pour que l'on puisse observer l'objet 7 sous n'importe quel angle de vue depuis le demi espace supérieur (situé au-dessus du plateau 2), il suffit que le bras 3 ait une course angulaire j (voir figure 3) de 900, permettant de faire prendre à la caméra toute orientation depuis l'horizontale jusqu'à la verticale, puisqu'il est possible en outre de faire tourner l'objet sur lui-même. Des butées appropriées peuvent être prévues pour limiter le débattement du bras 3 à l'angle j. Ainsi, dans un cours de dessin technique, il est facile à l'enseignant de faire comprendre aux élèves quelles sont les différentes vues de définition d'une pièce : vue de face, vue de dessus, vue de gauche, vue de côté, vues intermédiaires. Avantageusement, il peut être prévu sur le palier 11 une série de graduations, adaptées pour coopérer avec un repère porté par le bras 3, afin d'indiquer le degré d'inclinaison du bras, ce qui permet de savoir sous quel angle plongeant se fait la prise de vue de l'objet. Comme on l'a déjà dit plus haut, le plateau 2 est de préférence réglable en hauteur. Les figures 5 et 6 montrent un mode de réalisation possible du système de réglage. Dans le socle 1 est montée et fixée une douille tubulaire 90 muni d'un fond, et dont l'ouverture est dirigée vers le haut, et dans laquelle peut coulisser un manchon 91. Le plateau 2 est emboîté sur un têton de centrage 910 prévu au fond du manchon 91. Ce têton sert d'axe de rotation du plateau 2 sur le manchon 91. Entre le manchon et le dessous du plateau est prévue une garniture en matière plastique 21 apte à freiner la rotation du plateau, ce qui permet de faire prendre facilement à celui-ci une position angulaire très précise. Un ressort de compression hélicoïdal 9 logé dans la douille 90 tend à déplacer vers le haut le manchon 91, et donc à soulever le plateau 2. A son extrémité basse, le manchon porte des ergots 94 qui s'étendent radialement vers l'extérieur et se logent dans des rainures longitudinales 93 ménagées dans la paroi intérieure de la douille 90. Ces ergots ont pour fonction d'immobiliser en rotation le manchon 91 et de limiter la course verticale du manchon, ces ergots venant en butée contre le fond des rainures 93. Le blocage du manchon 91 dans la position souhaitée se fait à l'aide d'un collier de serrage 92 logé dans la douille 90, apte à venir enserrer et bloquer par friction le manchon. Le blocage est effectué au moyen d'une manette 950 qui porte une tige filetée 95. La tige 95 passe dans un évidement approprié formé dans le socle 1, la manette 950 se trouvant bien entendu à l'extérieur du socle et étant accessible à l'opérateur. Le collier 92 possède deux pattes planes 920, 921 placées en vis-à-vis l'une de l'autre et traversées l'une (921) par une partie non filetée de la tige 95, et l'autre (920) étant en prise avec une partie filetée 950. En tournant la manette 950 dans un sens on rapproche l'une de l'autre les deux pattes 920, 921, ce qui assure le blocage en hauteur du manchon 91. Le déblocage est obtenu par manoeuvre de la manette dans l'autre sens. Le point 0, qui correspond au point d'intersection des axes ZZ', XX' et YY', est positionné de telle manière qu'il soit juste au-dessus de la surface du plateau lorsque celui-ci se trouve dans sa position extrême haute. Dans cette position, il est donc possible d'observer des objets de faible hauteur. Pour observer des objets plus volumineux, on enfonce, par pression de haut en bas sur le plateau, le manchon 91 dans la douille 90, et on l'y bloque dans la position souhaitée, pour laquelle la mise au point de la caméra sur l'objet est correcte, comme cela peut être contrôlé sur l'écran du récepteur. De préférence, la caméra 5 est portée par un support 52 de type connu, permettant d'orienter la caméra selon trois directions angulaires différentes, à savoir un basculement avant/arrière (ou tangage) illustré par la double flèche v à la figure 7, un basculement latéral (roulis) illustré par la double flèche w et un mouvement de rotation selon un axe vertical, vers la gauche ou la droite (laçet) comme illustré par la double flèche u. En jouant sur ces différents réglages, il est possible d'obtenir un positionnement initial correct de la caméra sur la bras articulé, pour que l'axe optique XX' passe par le point 0. Additionnellement, il est intéressant de pouvoir déplacer la caméra parallèlement à son axe optique, notamment pour s'adapter à différentes lentilles additionnelles pouvant être montées sur l'objectif, et qui permettent d'obtenir des grossissements différents. A cet effet, le support réglable 52 est porté par un coulisseau 35 qui est mobile longitudinalement sur la plate-forme 34. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 7, la plate-forme 34 a la forme d'une glissière recevant le coulisseau 35 ; ce dernier possède un trou taraudé dans lequel est engagée une vis 36 s'étendant parallèlement à la direction XX'. En faisant tourner la vis 36 sur elle-même, par exemple à l'aide d'une manivelle 37, on déplace donc le coulisseau 35 vers l'avant ou vers l'arrière, ce qui permet de faire varier la distance D définie plus haut en référence à la figure 3. Il peut être intéressant d'associer à cet appareil une coupole protectrice 8. Il s'agit d'un dôme hémisphérique en matériau transparent, par exemple en verre synthétique, apte à être placé sur le plateau 2, et retenu par emboîtement dans une feuillure périphérique 20 prévue sur le plateau, comme cela est illustré à la figure 8. La présence de la coupole 8 est justifiée lorqu'on souhaite observer des animaux vivants risquant de s'échapper du plateau. C'est le cas notamment lorsque l'objet 7 est un insecte, comme illustré à la figure 8. Dans un tel cas, pour que l'observation puisse se faire correctement, on fera en sorte que l'insecte reste au milieu du plateau, par exemple en plaçant dans cette zone une petite quantité de nourriture. La mise en place de la coupole 8 est également souhaitable lorsque l'observation se rapporte à une expérience risquant de générer des produits toxiques pour les personnes et/ou pour le matériel, par exemple des vapeurs corrosives susceptibles de causer des dommages à la caméra. D'autres applications que des observations à des fins pédagogiques peuvent être envisagées, par exemple le montage dit "tourné-monté" de films vidéo d'après des documents placés sur le plateau. REVENDICATIONS 1. Appareil d'observation d'un objet au moyen d'une caméra vidéo, caractérisé en ce qu'il comprend a) un socle fixe (1) b) un plateau horizontal (2) porté par le socle fixe (1) et apte à supporter l'objet (7) à observer, ce plateau (2) pouvant tourner autour d'un axe vertical (ZZ') ; c) un bras (3) qui est articulé sur le socle (1) autour d'un axe horizontal (YY'), l'une (34) des extrémités de ce bras étant adaptée pour recevoir et retenir la caméra vidéo (5), l'agencement étant tel que ledit axe vertical (ZZ') de rotation du plateau (2), ledit axe horizontal (YY') d'articulation du bras (3) et l'axe optique (XX') de la caméra vidéo (5) concourent sensiblement en un point (0) situé dans la zone centrale du plateau (2), zone qui est destinée à recevoir l'objet à observer (7). 2. Appareil d'observation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le socle (1) est adapté pour être fixé au bord d'une table. 3. Appareil d'observation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le bras articulé (3) est muni d'un contrepoids ajustable (4), destiné à compenser le poids de la caméra vidéo (5). 4. Appareil d'observations selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le plateau (2) est réglable en hauteur. 5. Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la position longitudinale, selon l'axe optique (XX'), de la caméra vidéo (5) est ajustable sur l'extrémité (34) du bras (3). 6. Appareil d'observation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il comprend une coupole (8) en matériau transparent apte à être placée sur le plateau (2) pour isoler du milieu ambiant l'objet (7) à observer. 7. Appareil d'observation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'on lui associe au moins une lentille additionnelle convergente, de vergence comprise entre 1,5 et 3 dioptries, apte à être adaptée sur l'objectif de la caméra vidéo.