Brevet FR2700624A1 — publié le 19940722

La présente invention concerne une caméra sans objectif Les caméras vidéo comprennent traditionnellement un objectif à lentilles, éventuellement de petite taille, mais sans miniaturisation extrême. La miniaturisation de l'objectif connaît des limites liées principalement aux contraintes de fabrication des lentilles et de la mécanique assurant leur positionnement. Des tentatives de caméra sans objectif ont bien eu lieu. Les derniers dispositifs (par exemple le Brevet européen EP 0343366) concernent la production d'image de moiré grâce à une grille posée sur un capteur CCD, inexploitables pour obtenir une image acceptable de l'environnement. D'autres caméras (décrites par exemple par le Brevet français FR 2625332), plus spécialement destinées à la détection des rayonnements X et gamma, disposent de collimateurs et scintillateurs non adaptés au traitement des ondes optiques. Par ailleurs l'interface entre l'utilisateur et la caméra s'est pour l'instant limité à des études de poignées, de prise en main ou de boutons de commande ergonomiques, de bandeau frontal permettant de maintenir une petite caméra dont la direction de prise de vue est fonction de la position de la tête. D'autres dispositifs pour appareil photo, utilisés pour la sélection de l'objet sur lequel sera effectuée une mise au point automatique, comporte un balayage de la surface de l'oeil par un rayon infrarouge. Entres autres contraintes, ceci nécessite que l'oeil soit très prés du dispositif d'analyse. Ces systèmes offrent donc l'inconvénient des limites imposées par la technique utilisée : les caméras sont ainsi bien souvent volumineuses, ne sont pas adaptées aux applications faisant appel à la miniaturisation et elles manquent de pratique. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients et d'ouvrir la technologie de prise de vue à un nouveau domaine aux applications très spécifiques. Afin de réduire l'encombrement de la caméra et permettre sa miniaturisation, l'objectif est supprimé. La camera est divisée en une grande quantité de petits capteurs, chacun ayant la tâche de recevoir et de traiter une petite zone, voire un pixel, à la façon de l'oeil d'un insecte. Elle est composée d'un ensemble de tubes ouverts sur l'extérieur. A leur base se trouve un ou plusieurs capteurs sensibles à la lumière. Ces capteurs peuvent, dans des applications spécialisées, être sensibles aux ondes électromagnétiques non visibles (notamment infrarouge, ultraviolet). La forme de la section des tubes peut être notamment circulaire, carrée ou hexagonale. L'angle du champ de prise de vue peut être modifié par une variation de l'angle entre les tubes, par commande de leur écartement à une de leurs extrémités. Cet écartement est notamment réalisé par un ensemble de tiges ou tuyaux entrecroisés pouvant se dilater, se gonfler, pivoter, s'écarter ou se rapprocher les uns des autres, se déplacer le long des tubes de forme appropriée (notamment en partie conique), par l'action sur les tubes d'un champ électrostatique ou magnétique ou par leur dilatation progressive vers leur extrémité. En maintenant les tubes par deux plaques ou plus, il est aussi possible de modifier l'angle du champ en étirant ou contractant chacune des plaques de façon différente Ces variations dimensionnelles peuvent être notamment produites par l'application de forces, par exemple électromagnétiques ou électrostatiques, de sens opposés sur une plaque élastique, par effet capacitif ou par la dilatation thermique des plaques due à un potentiel électrique. Avec ce montage il est possible également de modifier la direction de prise de vue par le déplacement parallèle des plaques l'une par rapport à l'autre par application de ces même forces mais dans le même sens. Toutes ces actions peuvent se combiner pour obtenir une modification simultanée de l'angle de champ et de la direction de vision. Les tubes peuvent être enchâssés dans une plaque dont la forme ou le rayon de courbure est pilotable afin de faire varier l'angle du champ de prise de vue. Ce rayon peut être modifié par l'action d'une force en son centre (dans le cas d'une plaque élastique). Chaque tube peut être constitué par une perforation de la plaque. 1l est possible de commander le niveau de réflexion ou de réfraction de la lumière de certains matériaux ou le niveau de leur transparence. Une plaque fabriquée avec un matériau de ce type ou le contenant, par exemple du cristal liquide, permettra de piloter les propriétés optiques de la caméra. Une amélioration au dispositif à plusieurs plaques consiste à remplacer les tubes par des perforations de formes appropriées (permettant le passage correct du rayon lumineux) dans les plaques (par exemple coniques). Les plaques peuvent alors être conjointes et les contraintes éventuelles sur les tubes sont supprimées. Des actions d'étirement et de déplacement des plaques permettent également de commander la direction et l'angle de vue. La possibilité de commander ainsi, par mouvement relatif des plaques entre elles, la direction de vue permet la mise en place d'un dispositif visant à supprimer les tremblements ou bougés non voulus de l'utilisateur. Pour cela des détails significatifs dans l'image seront repérés par un dispositif de contrôle et la direction de vue sera asservie afin que ces détails soient captés en permanence par le même tube ou groupe de tubes. Dans une réalisation la commande du niveau de transparence des différentes plaques assurera la possibilité pour des capteurs de percevoir des rayons lumineux venant d'autres tubes (ou perforations). Les parties rendues transparentes pourront être celles situées côté extérieur ou côté capteurs. Ainsi la luminosité de l'image reçu sera améliorée, mais au détriment de la définition. Afin d'éviter toute obstruction non souhaitée, le tube (ou les perforations) peut être rempli d'un matériau transparent. Par exemple on pourra réaliser le tube avec de la fibre optique. Pour piloter la quantité de lumière admise dans le tube, il sera utilisé un matériau transparent dont l'indice d'absorption est pilotable. Dans une autre réalisation une plaque (en particulier la première) est constituée par un ensemble de lentilles (en particulier biconvexe) à raison d'une lentille par tube (ou perforation). Cette plaque peut être réalisée par utilisation de la tension superficielle d'un matériau chauffé en phase liquide placé sur une grille délimitant la périphérie de chaque tube (ou perforation) ou par immersion de celle-ci dans le matériau. Dans une autre réalisation une partie du tube, ou les perforations d'une ou plusieurs plaques, sont remplies d'un matériau à faible indice de réfraction, ou à indice de réfraction variable de façon à ramener les rayons lumineux en leur centre. De même une lentille (par exemple conique) chargée de ramener les rayons dans l'axe, peut être disposée dans chaque tube ou perforation. Une variante à ce système utilise un matériaux (par exemple translucide) chargé de reproduire les rayons reçus. Dans une autre réalisation chaque tube (ou ensemble de perforations) contient un filtre couleur. Le capteur situé à la base de chaque tube (ou ensemble de perforations) peut être notamment constitué par une plaque ou une pellicule photographique, un matériau translucide, ou par les éléments d'un circuit intégré. Dans ce dernier cas on confiera utilement le traitement des rayons reçus, la reconstitution et le traitement de l'image globale, au circuit intégré. Dans un montage particulier les capteurs sont situés en couronne, en profondeur, autour de l'axe du tube (ou d'un ensemble de perforations). L'espace central entre les capteurs peut être rempli d'un matériau transparent. Les capteurs peuvent se situer tous à la même distance de cet axe avec aussi des capteurs à la base. Les capteurs peuvent également être disposés à une distance décroissante de l'axe en allant vers la base ( forme en entonnoir ). Les capteurs peuvent être constitués par différentes couches sensibles d'un circuit intégré à travers un évidement ménagé à cet effet. Dans un autre montage ces couches sont réalisées de façon à être mobiles les unes par rapport aux autres de façon à suivre la direction imposée à l'axe du tube (ou ensemble de perforations). Le tube (ou perforation) peut comporter une lentille de convergence ou de divergence. Cette lentille peut être constituée par le matériau transparent lui-même remplissant le tube (ou les perforations). La mesure de la largeur de la représentation des zones observées, à une distance donnée de la lentille, permet d'en déterminer leur éloignement. Cette mesure peut être confiée aux capteurs. Afin de permettre une mesure fine de cette largeur les capteurs pourront être placés le long d'un biais dans la zone de mesure. Ce biais peut être constitué par l'accès aux différentes couches sensibles d'un circuit intégré au moyen par exemple d'un évidement ménagé à cet effet. Une réalisation particulière permet de simplifier la commande de la caméra et son interface avec l'utilateur. Pour cela elle est montée à la place, ou sur les verres correcteurs de lunettes de vue. La direction de vision de la caméra est asservi à la position de l'oeil de l'utilisateur par l'intermédiaire d'un dispositif d'analyse des mouvements du globe oculaire. A cette fin, la face interne des verres de la lunette comporte un ensemble de tubes réglés de façon à être dirigés vers le centre des globes oculaires. Les tubes sont répartis entre émetteurs (notamment rayon infrarouge) et récepteurs qui permettent de déterminer leur éloignement de la surface de l'oeil.Les variations de distances entre l'oeil et chaque tube sont interprétées par un dispositif de contrôle de façon à déterminer la direction de l'oeil par la position du renflement dû au cristallin et relever la fermeture des paupières. La figure 1 représente une partie des tubes (1) constitutifs de la caméra. La figure 2 représente une coupe sur un tube (1) avec son ou ses capteurs (2). La figure 3 représente la façon dont une variation de la courbure de la plaque (3) peut modifier l'angle de champ. La figure 4 représente la façon dont deux plaques (4) permettent par leur déplacement relatif de modifier la direction de prise de vue. La figure 5 représente la façon dont la variation dimensionnelle d'une des plaques (4) modifiera l'angle de champ. La figure 6 représente deux plaques contiguës (5) avec des perforations (6) permettant le libre parcours du rayon lumineux même lors du déplacement relatif des plaques ou de variation dimensionnelle. La figure 7 représente la façon dont l'éloignement des zones observées (Fl et F2) est déterminé par mesure de leur représentation (D1 et D2) sur le capteur (2) après passage au travers d'une lentille (7). La figure 8 représente la façon de maîtriser l'écart des extrémités des tubes (1) par des tiges entrecroisées (8). La figure 9 représente la façon dont l'écartement des extrémités des tubes (1) est maîtrisée par la rotation de tiges de forme ovotide (9). La figure 10 représente la façon dont l'écartement des extrémités des tubes (1) est maîtrisée par le déplacement des tiges (8) le long de tubes de forme appropriée (1). La figure 11 représente une couche constituée de lentilles biconvexe (10) maintenues dans une plaque (5). Les figures 12 et 13 représentent le dispositif permettant aux capteurs (2) de recevoir les rayons provenant d'autres tubes par transparence des couches (11) du côté des capteurs ( figure 12) ou du côté de l'extérieur (figure 13). Les figures 14 et 15 représentent la façon dont les capteurs peuvent être disposés en profondeur autour de l'axe du tube (figure 14), à une distance variable de cet axe (figure 15). Les figures 16 et 17 représentent le même dispositif dans le cas de capteurs multiples situés en couches à une même distance de l'axe (figure 16) ou à une distance variable de cet axe (figure 17). La figure 18 représente le dispositif avec les lentilles (10), les tubes aux parois à transparence pilotable (11) et les capteurs disposés en entonnoir (2). La figure 19 représente le dispositif avec les lentilles (10), des plaques (5) dont la position peut être pilotée, un matériau translucide (12) chargé: de retransmettre les rayons lumineux dans le tube aux parois à transparence pilotable (11) et les capteurs disposés en entonnoir (2). Le dispositif est particulièrement destiné à des fins de miniaturisation, baisse des coûts par diminution des parties mécaniques et optiques, intégration et fabrication en série, prise de vue très rapprochée, sans mise au point, à direction, et angle de vue (donc agrandissement) pilotables. REVENDICATIONS 1) Dispositif d'aide à la perception de l'environnement caractérisé en ce qu'il comporte une caméra composée d'un ensemble de tubes (1) ayant à l'une de leur extrémité un ou des capteurs sensibles à la lumière (2), l'autre extrémité étant ouverte sur l'extérieur (fig. 2). 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'angle entre les tubes, définissant l'angle de champ, est commandé par des variations de leur écartement entre leurs extrémités. 3) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que cet écartement est réalisé par un ensemble de tiges ou tuyaux (8) entrecroisés (fig. 8) pouvant se dilater, se gonfler, pivoter (fig. 9), s'écarter ou se rapprocher les uns des autres, se déplacer le long des tubes de forme appropriée (1) (fig. 10), par l'action sur les tubes d'un champ électrostatique ou magnétique ou par leur dilatation progressive vers leur extrémité. 4) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le tube (1) est enchâssé, ou est constitué par une perforation, dans une plaque (3) qui peut être en matériau dont le niveau de réflexion de la lumière est pilotable et dont la courbure de la plaque est commandée par l'application d'une force sur sa face non ouverte sur l'extérieur (fig. 3). 5) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les tubes (1) sont pris entre 2 plaques (4) ayant la particularité de pouvoir être déplacées parallèlement l'une à l'autre (fig. 4) ou de s'étirer ou se contracter de façon indépendante et sur commande (fig. 5). 6) Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que les plaques sont conjointes (5) et les tubes sont constitués par des perforations (6) dans les plaques, perforations d'une forme permettant le correct passage du rayon lumineux (fig. 6 ). 7) Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le mouvement relatif des plaques entre elles est asservi à la réception d'un détail de l'image par l'un des tubes ou un groupe de tubes. 8) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le tube (1) est constitué par une fibre optique ou contient un matériau transparent à l'indice d'absorption pilotable ou une lentille de convergence ou de divergence (7) permettant la mesure de la largeur de la représentation de la zone observée à l'aide des capteurs (2) afin d'en déterminer l'éloignement (fig. 7). 9) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les capteurs sont constitués par des éléments d'un circuit intégré, qui peut être par ailleurs chargé de traiter les rayons reçus afin de mesurer la largeur du faisceau lumineux ou d'en reconstituer et traiter l'image globale, par une plaque photographique, une pellicule, ou un matériau translucide. 10) Dispositif selon la revendication 5 caractérisé par le fait que l'ensemble est monté à la place des verres de correction de lunettes et que le déplacement des plaques est commandé par un dispositif examinant la direction de ltoeil de l'utilisateur. 11) Dispositif selon la revendication 10 caractérisé en ce que la face interne des verres de la lunette comporte un ensemble de tubes réglés de façon à être dirigés vers le centre des globes oculaires, répartis entre émetteurs (notamment rayon infrarouge) et récepteurs qui permettent de déterminer leur éloignement de la surface de l'oeil et dans lequel les variations de distance entre l'oeil et chaque tube sont interprétées par un dispositif de contrôle de façon à déterminer la direction de l'oeil par la position du renflement dû au cristallin et relever la fermeture des paupières. 12) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les tubes ont une section de forme circulaire, carree, ou hexagonale. 13) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque tube contient un filtre couleur. 14) Dispositif selon les revendications 5,6,7 ou 10 caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs plaques. 15) Dispositif selon la revendication 14 caractérisé en ce que le niveau de transparence de chaque plaque est pilotable. 16) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les capteurs sont disposés en couronne en profondeur. 17) Dispositif selon la revendication 16 caractérisé en ce que les capteurs sont composés par différentes couches de circuit intégré. 18) Dispositif selon la revendication 14 caractérisé en ce qu'une couche est composee de lentilles 19) Dispositif selon la revendication 14 caractérisé en ce qu'une couche comporte un matériau à indice de réfraction variable de façon à ramener les rayons lumineux vers le centre, une lentille ayant le même effet ou un matériau translucide. 20) Procédé de fabrication du dispositif selon la revendication 18 caractérisé en ce qu'une grille délimitant chaque tube ou perforation est immergée dans le matériau transparent (chauffé en phase liquide) constitutif des lentilles.