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dispositif pour améliorer la vision lors de l'observation binoculaire d'images.
La présente invention est destinée à provoquer une vision d'espace lors de l'observation binoculaire d'images en surface telles que photographies, peintures, dessins etc, ci- après dénommées "objets-images".
On sait que la perception de l'espace est due à la paral- laxe binoculaire provenant de l'écartement des deux points de vue (les yeux) et que cette perception se fait uniquement dans le sens de la ligne joignant les centres de rotation des deux yeux, c'est-à-dire dans le sens horizontal quand on tient la tête droi- te (dans la suite, il sera supposé que 1'horizontale passe par les centres de rotation des deux yeux). Cette parallaxe provoque les disparités horizontales des images rétiniennes dites "images complémentaires", dont la fusion psycho-physiologique permet d'apprécier les différences de distances et de reconnaitre les surfaces.
L'invention repose sur la découverte du fait que l'on peut susciter une perception d'espace, lors de Inobservation d'une surface, telle qu'une photographie par exemple, si l'on fait en sorte que les images de cette surface vues par les deux yeux soient inégales horizondalement et non "complémentaires de cette surface". Par deux images"complémentaires d'une surface" on en- tend deux images dont la fusion psycho-physiologique est la re- .présentation d'une surface, que celle-ci soit plane ou courber
L'idée qui est à la base de l'invention consiste à provoquer in- tentionnellement des disparités horizontales optiques qui, bien que paraissant devoir nuire à la fidélité de reproduction, sont utilisées pour créer le volume dans Inobservation binoculaire d'objets-images.
A cet effet, à l',opposé de ce qui est réalisé dans les instruments binoculaires d'observation connus, dont les deux systèmes optiques sont centrés et identiques et présentent par conséquent les mêmes caractéristiques, le dispositif suivant l'invention comporte un système optique différent pour chacun .des yeux, l'un au moins de ces systèmes optiques étant pertur- bateur et tous deux étant établis de manière à donner, d'un même objet-image, deux images inégales horizontalement et non complémentaires dont les éléments homologues ont sensiblement même grossissemènt vertical mais présentent une disparité de grossissement, ou de forme ou de netteté, ou une combinaison de ces disparités.
Par deux images inégales horizontalement d'un même objet-image, donc non superposables, on entend ici deux images
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non complémentaires d'une surface dont les éléments homologues ont sensiblement même grossissement vertical, c'est-à-dire sont vus sous des angles verticaux sensiblement égaux, mais qui ne coïncident pas horizontalement, soit :
le) a0 que les éléments homologues sont d'inégale grandeur dans le sens horizontal par suite de grossissements dif- férents, ce qu'on appelle ici disparité de grossissement,ou b) que les éléments homologues sont déplacés horizontale-
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z ment les uns par rapport aux autres par suite de défürma- tions, ce qu'on appelle ici disparité de forme, ou c que par une combinaison de a) et b) les éléments homo- logues sont grossis et déplacés différemment dans le sens horizontal, c'est-à-dire qu'ils présentent en marne temps une disparité de grossissement et de forme; 2 ) que la netteté des éléments homologues est différente, ce qu'on appelle ici disparité de netteté;
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z ) que les éléments homologues présentent des disparités conbinées des 1 ) et 2 ).
Pour que deux images d'un même objet-image soient innégales selon la définition ci-dessus, il n'est pas tndl8p8B8Bble qu'elles soient déformées ou perturbées toutes les deux. Il suffit que l'une d'elles le soit, l'autre pouvant par exemple rendre l'objet-image sous son aspect réel ; dans ce dernier cas l'un des deux systèmes optiques peut évidemment etre omis.
Le dispositif suivant l'invention peut être constitué de diverses manières, à l'aide de surfaces planes ou courbes réfringentes, ou/et réfléchissantes, constituant des lentilles ou/et des miroirs. Il peut constituer un tout individuel, etre conçu comme complément à des instruments existants ou être réalisé par une,modification d'instruments existants. Le dispo- sitif peut en outre être constitué de manière à provoquer des disparités de même type ou de types divers, ainsi qu'il sera expliqué avec référence aux dessins schématiques non limita- tifs annexés, dans lesquels :
Figure 1 représente un objet-image,
Figure 2 montre un exemple d'inégalité des deux images de cet objet-image, inégalité obtenue par grossissement horizon- tal différent des éléments homologues, dont inégalité de gros- sissement.
Figure 3 montre comment s'accomplit la fusion en une vision d'espace des images de la Figure 2,
Figure 4 montre en A et B deux exemples de déformation de 1$objet-image par déplacements horizontaux des éléments les uns par rapport aux autres, donc inégalité de forme.
Figure 5 montre des déformations en coussinet,
Figures 6 à 11 représentent schématiquement des disposi- tifs binoculaires conformes à l'invention.
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On a représenté schématiquement en 0 1 à la Fig. 1 un objet-image figurant une forme quelconque à contours variés et recouvert d'un "canevas", c'est-à.dire d'un quadrillage plan régulier à lignes horizontales et verticales. Si par l'interposition entre l'objet-image et les deux yeux d'un dispositif à systèmes optiques perturbants, on présente aux deux yeux des images inégales, comme représenté par exemple à la Fig. 2,
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l'oeil gauche verra l'image 1 G et l'oeil droit l'image 1 D.
Aux lignes 1, 2,3 du quadrillage de l'objet-image Fige 1 correspondent les lignes de points homologues 1', 2', 3'.. de l'image I G et 1", 2", 3 ... de l'image I D, l'inégalité portant sur les écartements des lignes homologues verticales, par suite du grossissement horizontal différent des éléments homologues. Il y a disparité horizontale de grossissement.
Dans cet exemple le grossissement vertical est constant et le même pour les deux images, ce qui se reconnait au fait que les images a', b', c'... et a , b", c" ... des lignes horizontales a, b, c... de l'objet-imàge sont droites et équidistantes.
Ces deux images I G et I D se fusionneront, à la vi- sion, en une image psychophysiologique. Ceci est représenté à la Fig. 3, dans laquelle les points G et D représentent les yeux de l'observateur debout, vu de dessus. La ligne 0-8 re- présente l'objet-image 0 1 placé de front et observé à travers les systèmes optiques S' et S". La ligne 0' -8' représente l'image 1 G déformée comme indiqué à la Fig. 2 et la ligne 0"-8" représente de meme l'image 1 D, ces deux images étant perpendiculaires au dessin, Les deux images se trouvent généra- lament, quoique non nécessairement, dans un même plan, mais sont figurées l'une devant l'autre pour la clarté du dessin.
Elles peuvent avoir une courbure de champ.
Les lignes partant de G et D vers les points homologues l'et 1", 2' et 2", 3' et 3" etc... représentent les rayons visuels dans ce qu'on appelle la vision "indirecte". Les points d'intersection des rayons visuels désignés par I, II, III ... se trouvent en dehors du plan des images, à des distances dif- férentes de l'observateur. La convergence des rayons visuels homologues varie d'un point à l'autre de l'image physiologique fusionnée. On entend ici par convergence des rayons visuels l'inverse de la distance qui sépare le point d'intersection de deux rayons visuels homologues et le milieu de la droite joignant les centres de rotation des yeux. La convergence se mesure en dioptries quand la distance est exprimée en mètres.
Dans la Fig.,3 cette variation de convergence est négative (c'est-à-dire que la convergence diminue) en partant du bord gauche de l'ima- ge physiologique et positive en s'approchant du bord droit. De préférence, cette variation de convergence sera supérieure à
1-cos Ó/cos dioptrie pour l'exploration d'un champ horizontal de 2 Ó de l'image fusionnée d'un point de vue placé au milieu des deux yeux G et D. La différence maximum de convergence des rayons visuels d'un point à un autre de l'image fusionnée sera de préférence inférieure à 1 dioptrie.
Si les images IG et ID du canevas étaient "complémen- taires d'une surface" courbe I, II, III ... les lignes horizon- tales du canevas seraient vues en courbes sur ces images selon l'effet perspectif conditionné par la position des points de vue ; la vision fusionnée serait alors la représentation d'une surface courbe I, II, III ... sur laquelle serait inscrit le sujet de l'objet-image. Mais les déformations n'étant pas ' complémentaires d'une surface, la vision fusionnée des images du canevas est la représentation d'un espace dans lequel est logé le sujet de l'objet-image.
On peut expliquer ceci comme suit: l'accommodation des yeux conjointement avec les systèmes optiques situe chacune des images physiologiques dans un plan, cependant que la direction des rayons visuels homologues situe l'image fusionnée dans la courbe O-VIII. S'il ne s'agissait que d'un canevas de lignes on situerait les horizontales dans un plan, leur position étant plus ou moins déterminée par -l'accommodation;
les lignes verticales seraient vues selon
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--. ---7fI!!'*' ---- une courbe 0-VIII, l'ensemble donnant ainsi une vision d'espace disparate qui est indépendante du sujet de l'objet-image. Oe dernier étant la représentation perspective d'un espace diffé- rent, il y aura incertitude de localisation des éléments du su- jet, ce qui fixe l'attention et oblige l'esprit à lever l'incer- titude de localisation par l'intervention des facteurs perspec- tive, éclairage (le jeu des ombres et des lumières), superpo- sitions (la vue partielle seulement d'un objet quand un autre est placé devant,) etc. L'illusion créée par la vue de 1 objet- image est ainsi puissamment renforcée.
On comprendra d'après ce qui précède que la forme de l'espace disparate est indifférente pour la réalisation de l'invention et la courbe O-VIII pourra donc avoir une allure quelconque. Il importe seulement que les images IG et ID du canevas et par conséquent de l'objet-image ne soient pas complémentaires d'une surface.
La perception disparate d'espace ne fait pas voir, à proprement parler, la distance qui existe entre déux objets situés dans la meme direction. Il manque l'intervalle d'air.
En vision stéréoscopique, il en est comme suit : d'un objet situé derrière un autre, l'un des yeux voit, le long du contour de l'objet placé devant, une bande cachée à l'autre. Lee deux objets ses détachent. Cette bande étant généralement étroite, on provoque une sensation similaire d'intervalle d'air en pré- sentant aux deux yeux des images dont les éléments homologues sont de netteté différente, ce qu'on appelle ici disparité de netteté. A une ligne nette(terme tout relatif d'une des images correspondra alors une ligne plus ou moins nette de l'autre image. Cette différence de netteté ou ce flou cachera en partie à l'un des yeux une bande que l'autre oeil verra plus nettement.
Dans un mode d'exécution de l'invention, on fait donc en sorte que l'on obtienne deux images IG et ID de netteté différente. Ce flou sera de préférence limité au sens horizon- tal. Il pourra être caractérisé en ce qu'un point lumineux de l'objet-image soit rendu sur l'une des images par une aire al- longée horizontalement, présentant si possible une région de concentration lumineuse et un dégradé, tel que ceci est obtenu par l'astigmatisme en particulier dans ce qu'on appelle le comma, et sur l'autre image par une aire d'étendue différente mais située du meme coté.
En outre, on pourra s'arranger pour que le dégradé de l'aire lumineuse se trouve d'un coté, par exem- ple à gauche, pour l'une des images, et de l'autre coté, donc à droite, pour l'autre image, toutes autres combinaisons étant possibles par exemple que la disparité de netteté d'une image à l'autre soit variable d'une paire de points homologues à une autre paire.
On pourra, pour obtenir le flou dégradé horizontal, ti- rer parti de la propriété qu'ont les miroirs constitués d'unè lame de verre argentée plan-parallèle ou très légèrement pris- matique de donner d'un objet des images ou des contours multi- ples, en choisissant ces miroirs d'épaisseur et/ou d'angle appropriés. Il est avantageux que cette épaisseur et/ou l'angle du prisme soient tels que l'écartement des deux premiers con- tours les plus visibles, donnés par la réflexion de la face non argentée et la première réflexion de la face argentée, soit vu, du centre optique de l'oeil, sous un angle se rapprochant d'une minute pour une incidence moyenne des rayons visuels de 45 sur le miroir.
En général si, dans la Fig. 1, on considère un élément de grandeur quelconque carré de coté, ses dimensions seront reproduites dans l'image gauche par e' horizontalement, et ev verticalement, et dans l'image droite par e" et ev, les grossis- sements horizontaux de gauche et de droite de cet élément étant Gg et Gd, et le grossissement vertical Gv. La différence e'-e" en valeur absolue est appelée ici disparité horizontale. Le
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quotient.- e'/e est appelé ici disparité horizontale relative ev G G et figuré par tg # Gg=Gd.
Gv
Le degré de fidélité de reproduction de 1"objet est don- : par e' + e"= Gg +Gd né par n- e'+e"/2e=g d /s Gv par 2 ev 2 Gv
Pour qu'il y ait fidélité de reproduction, il faut que G+G n= 1; dans ce cas on a g d/2 = Gv c'est-à-dire que pour que l'image fusionnée représente fidèlement l'objet, il faut que la demi-somme des grossissements horizontaux des éléments homologues soit égale au grossissement vertical de ces éléments,
La disparité horizontale relative peut être constante ou variable. De préférence, on s'arrangera pour qu'elle ne soit pas inférieure à 0,15 dans son maximum4
La Fig. 4 montre deux exemples de déformation de l'objet- image par déplacement horizontal des éléments les uns par rapport aux autres ; il s'agit donc de disparité de forme.
Dans l'exemple
A-comme dans l'exemple B, la déformation du canevas d'une image est symétrique de celle du canevas de l'autre image par rapport au plan médian T perpendiculaire au dessin.'Dans ces exemples, les grossissements horizontaux et verticaux des images gauche et droite sont égaux. Les deux images superposées ne coïncident cependant pas dans tous leurs éléments homologues, les images des lignes verticales s'entre-croisant comme il est montré par les lignes en pointillé. Dans ces cas de déformation de l'objet- image la'disparité de forme est conditionnée par l'angle que font entre-elles les images homologues des lignes verticales 'du canevas de l'objet-image, la disparité horizontale relative se mesurant par la tangente trigonométrique de cet angle.
La Fig. 5 montre en pointillé deux images d'un canevas déformé en coussinet par l'observation de ce canevas à travers deux lentilles sphériques non corrigées pour cette déformation, due à l'aberration sphérique, dont l'axe optique est perpendi- culaire au plan du canevas et dont on utilise l'ouverture en- tière, c'est-à-dire le champ entier. On peut appeler ici centres de déformation ou de perturbation, les points C' et 0" situés sur l'axe optique des lentilles. On peut aussi considérer comme plans verticaux de svmétrie des déformations les plans verticaux passant per C' et C". Il s'agit ici d'une déformation par gros- sissement radial variable, qui peut être traitée comme une com- binaison des déformations décrites ci-dessus et être utilisée pour la réalisation de l'invention.
Si l'on veut, avec de pareils systèmes perturbants égaux, obtenir des images-inégales, il suf- fit que les centres de déformation c',c" ou les'.plans verticaux- de symétrie des déformations coïncident avec des points non ho- mologues des images.
Dans les surfaces o'-a'-b'-i' et o"-a"-b"-8" de la fig.5 les points P' et P" correspondent au centre de l'objet-image qui est le "centre d'intéret" vers lequel sont braqués les systèmes optiques. La trajectoire du rayon partant du "centre d'in- térêt" vers le centre de rotation de l'oeil est appelé ici "ligne de visée". On se rend compte que les axes optiques qui passent par les centres de déformation C' et C" ne coïncident pas avec les lignes de visée. Il ne s'agit donc plus de systèmes optiques centrés; en outre, les systèmes sont différents, pour chaque oeil.
Si l'objet-image couvre plus que le champ total des lentilles, chaque oeil verra dans ces conditions une partie différente de l'objet-image comprenant une région commune aux @
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deux yeux; les images de la région commune serontinégales. Si l'objet-image ne couvre qu'une partie du champ des lentilles, comme dans la Fig. 5, les parties de champ ou d'ouverturé uti-- lisées seront différentes et les images par conséquent inégales.
Les surfaces O'-a'-b'-8' et 0"-a"-b"-8" délimitées par les traits pleins, sont un exemple de l'utilisation de par- ties différentes de champ ou de l'ouverture de lentilles. La partie o'-a'-b'-8' peut par exemple servir à l'oeil gauche et la partie o"-a"-b"-8" à l'oeil droit ou inversement, pour l'ob- servation de l'objet-image.- Entre les images IG et ID il y a disparité horizontale de grossissement et de forme. En outre, il y aura disparité de netteté par suite de l'astigmatisme que présentent les faisceaux de rayons dans de telle lentilles non corrigées. Cet astigmatisme qui peut ne pas etre apparent à l'oeil dans chaque image isolée réalise cependant le but recher- ché au moment de la fusion physiologique par suite de la plus grande acuité binoculaire à discerner les disparités par diffé- rence.
Les disparités horizontales recherchées sont ici accompagnées de disparités verticales des éléments homologues.
Ces disparités verticales s'opposent à la fusion quand elles sont vues sous un angle supérieur à 1 degré environ, variable selon l'individu et la convergence des axes visuels. Pour des angles verticaux plus grands, la fusion ne se fait plus et la vision d'un des yeux s'éteint en faveur de l'autres On peut ce- penclant admettre que des disparités verticales, vues sous un angle vertical inférieur à 3 degrés, sont acceptables dans la réalisation de l'invention. En utilisant des lentilles cylin- driques à cylindres verticaux, on évite les disparités vertica- les comme c'est la cas dans la Fig. 2. L'expression "axe opti- que" est alors à remplacer par "plan optique". On pourra natu- rellement faire usage de combinaisons de dioptres sphériques et cylindriques, soit de dioptres toriques équivalents.
Il est évident-que deux autres parties peuvent con- venir à la réalisation du but recherché, par exemple une moitié de lentille pour chaque oeil ou un fragment, comme indiqué en K'L'M'N' et K"L"M"N", ou bien comme exposé plus haut, deux lentilles entières, le champ de chacune des lentilles couvrant une partie différente de l'objet-image, dont une région commune aux deux yeux. De meme la-déformation prise comme exemple dans la Fig. 5 pourrait être en barillet ou prendre toute autre forme.
Il est avantageux que les systèmes optiques utilisés pour les deux yeux soient symétriques par rapport au plan verti- cal perpendiculaire au milieu de la droite joignant les centres de rotation des yeux, passant par le "centre d'intéret" et qu'on dénomme ici "plan médian".- Par système optique, on entend ici l'ensemble des surfaces réfringentes et réfléchissantes desti- nées à un oeil et par "lentille"' toute lentille simple ou com- posée.
Fig. 6 montre en coupe horizontale un exemple d'un des deux systèmes optiques symétriques d'un dispositif conforme à l'invention. Ce système est composé d'un fragment B de lentil-, le convergente, constituant un objectif déformant ou perturba- teur, d'une lentille divergente E constituant l'oculaire, et d'un système de translation constitué par un prisme W biréflec. teur. Le système de translation doit amener les rayons dans une direction acceptable pour les deux yeux, c'est-à-dire qui ne,en- tratne pas une divergence des axes visuels. Dans la Fig. 6i R désigne la ligne de visée, , l'axe optique du fragment de en-
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tille B, f le foyer de cette lentille, D l'oeil droit, V l'axe optique de l'oculaire E, et T la.-position du plan médian de symétrie.
Dans l'exemple choisi, on a établi le parallélisme entre la ligne de visée et les axes optiques afin que ce système puisse être utilisé pour l'observation à toutes les distances sans provoquer la divergence des axes visuels. On remarque que la ligne de visée et les axes optiques ne sont pas dans le prolon- gement l'un de l'autre. Le prisme biréflecteur n'ayant aucune influence sur la formation de l'image, sert uniquement à la trans- lation des faisceaux, En outre donc les axes optiques des-lentil les E, B sont croisés dans ce cas.
On a représenté à la Fig. 7, où G et D figurent les yeux de 1*observateur et 0 1 l'objet-image, un dispositif réali sant la disparité de netteté des images IG et ID. Il est composé de quatre miroirs verticaux Ai A2, respectivement A" A". Les miroirs A2 et A, tournés vers 12 objet-iimage, sont juxtaposés pour réduire, avec la parallaxe binoculaire, les différences perspectives verticales des deux images à un minimum pour un objet, image rapproché, cette parallaxe pouvant d'ailleurs être supprimée com- plètement par des dispositifs connus.
En utilisant des lames de verre très légèrement prismatiques, argentées sur une face, l'on obtient des,images à contours multiples par suite de la réflexion de la face non argentée et 1*on peut déterminer d'avance le flou c'est-à-dire l'espacement des contours multiples ainsi obtenus.
Les deux miroirs destinés à un oeil, par exemple A1, pourront être l'un à réflexion totale ou plan parallèle, l'autre prismati que à arête verticale de préférence, A1" A"2 étant symétriques au plan médian T. On comprendra qu'en donnant à la surface réflé- chissante de l'un des miroirs une légère inclinaison sur la verti- cale,{par exemple moins de 6 ), il en résultera une inclinaison des images, l'une sur l'autre, réalisant ainsi une disparité de forme du genre de celle indiquée sur la Fig. 4 A.
La Fig. 8 montre un dispositif à deux systèmes optiques différents, symétriques au plan médian T, comportant quatre mi- roirs plans et deux fragments B' b" de lentilles convergentes, convenant pour réaliser des disparités du genre de celles de la Fig. 5, le fragment de la partie droite de la lentille étant uti- lisé pour l'oeil gauche et vice-versa. Les axes optiques Q', Q" des fragments de lentilles ne coïncident pas avec les lignes de visée R', R". Les miroirs plans ont pour but de réduire la paral- laxe binoculaire quand on observe un objet-image proche'et d'an- nuler les effets prismatiques des fragments de lentilles en amenant les lignes de visée en concordance avec une position nor- male des axes visuels.
Ce dispositif peut être complétépar l'ad- jonction de lentilles divergentes comme figuré en E', E",pour augmenter la netteté de la vision ou régler les focales des sys- tèmes d'après l'éloignement de l'objet-image.
La Fig. 9 montre un dispositif à deux systèmes symétri- ques au plan médian T, comportant pour chaque système un jeu de lentilles ayant leurs axes optiques ou plans optiques croisés dans leur projection sur un plan horizontal. Cette inclinaison entraînant un grossissement différent des éléments homologues horizontaux des images gauche et droite, réalise des déforma- tions du genre de celle indiquée à la Fig. 2. Le dispositif peut être complété par des miroirs comme décrit pour les Fig. 7 et 8.
Pour disposer d'un champ plus étendu, on peut aussi placer les miroirs de translation comme indiqué à la Fig. 10 ou bien réa- liser la translation dans des plans verticaux ou inclinés com- me pour les instruments périscopiques*
La Fig. 11 montre un dispositif symétrique comportant
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pour chaque système un jeu de lentilles E', F' et E",F" à axes ou plans optiques croisés et deux miroirs, l'un des mtroirs étant obtenu par l'argenture d'un dioptre H', H" d'une des len- tilles. On réalise ainsi déformation également du genre de celle indiquée à la Fig. 2. @
Les lentilles représentées en coupe horizontale aux Fig. 6 et Fige 8 à 11 peuvent être des lentilles à dioptres sphériques ou de préférence-cylindriques à cylindres verticaux.
De multiples autres combinaisons peuvent être imagi- nées dans le cadre de l'invention. Il est possible aussi d'obtenir l'effet recherché en n'armant qu'un seul des deux yeux d'un sys- tème optique introduisant les disparités recherchées, l'autre
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voyant lSobjei-image sans déformation grandeur nature. Ce dernier système peut etre constitué d'une lame de verre plan parallèle ou de miroirs plans, ou il peut faire entièrement défaut dans une . monture servant de guide.
Bien entendu des moyens de réglage appropriés, connus en soi, pourront,etre combinés avec les dispo- sitifs suivant l'invention pour faire varier les positions rela-' tives des éléments des systèmes optiques, notamment en vue d'in- fluencer les.disparités, d'assurer la mise au point de la vision et de faire varier la convergence des lignes de visée.
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RFVâTDIClTIONS.
1.- Dispositif d'observation binoculaire pour améliorer la vi- sion d'objets-images, comportart un système optique diffé- rent pour chacun des yeux, caractérisé en ce que ces systèmes optiques, dont l'un au moins est perturbateur, sont établis de façon à donner, d'un même objet-image, deux ima- ges inégales non complémentaires d'une surface, les éléments homologues des images vues par les yeux étant vus vertica- lament sous des angles sensiblement égaux mais présentant une disparité horizontale de grossissement ou de forme ou de netteté, ou une combinaison de ces disparités.
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2. - Dispositif suivant la revendicatiowl, établi de manière que la disparité verticale de deux éléments homologues soit vue sous un angle vertical inférieur à 3 degrés.
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3. - Dispositif suivant l'une ou loutre deSVèndioation7ou 2, caractérisé en ce que le système optique non perturbateur est constitué d'une lame de verre plan parallèle ou de mi- roirs plans ou fait complètement défaut dans une monture servant de guide pour la position du dispositif par rapport aux yeux.
4.- Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 ou
2, caractérisé en ce que les deux systèmes optiques sont perturbateurs.
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device for improving vision during binocular observation of images.
The present invention is intended to induce a vision of space during the binocular observation of surface images such as photographs, paintings, drawings etc., hereinafter referred to as "image objects".
We know that the perception of space is due to the binocular parallel coming from the separation of the two points of view (the eyes) and that this perception takes place only in the direction of the line joining the centers of rotation of the two eyes, that is to say in the horizontal direction when the head is held upright (in the following, it will be assumed that the horizontal passes through the centers of rotation of the two eyes). This parallax causes the horizontal disparities of the retinal images called "complementary images", whose psycho-physiological fusion makes it possible to appreciate the differences in distances and to recognize the surfaces.
The invention is based on the discovery of the fact that one can arouse a perception of space, when not observing a surface, such as a photograph for example, if one ensures that the images of this surface seen by the two eyes are unequal horizontally and not "complementary to this surface". By two images "complementary to a surface" we mean two images whose psycho-physiological fusion is the representation of a surface, whether the latter is plane or curved.
The idea which is at the basis of the invention consists in intentionally causing optical horizontal disparities which, although appearing to be detrimental to the fidelity of reproduction, are used to create the volume in the binocular observation of image objects.
To this end, unlike what is achieved in known binocular observation instruments, the two optical systems of which are centered and identical and therefore have the same characteristics, the device according to the invention comprises an optical system different for each of the eyes, at least one of these optical systems being disturbing and both being established so as to give, of the same image object, two horizontally unequal and non-complementary images whose homologous elements have substantially the same vertical magnification but exhibits disparity in magnification, or shape or sharpness, or a combination of these disparities.
By two horizontally unequal images of the same image object, therefore not superimposable, we mean here two images
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not complementary to a surface whose homologous elements have substantially the same vertical magnification, that is to say are seen from substantially equal vertical angles, but which do not coincide horizontally, either:
le) a0 that the homologous elements are of unequal magnitude in the horizontal direction as a result of different magnifications, which is called here magnification disparity, or b) that the homologous elements are displaced horizontally-
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z ment with respect to each other as a result of defurma- tions, which is called here disparity of form, or c that by a combination of a) and b) the homologous elements are magnified and moved differently in the direction horizontal, that is to say they present in time a disparity of magnification and shape; 2) that the sharpness of the homologous elements is different, what is called here sharpness disparity;
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z) that the homologous elements present combined disparities of 1) and 2).
So that two images of the same object-image are unequal according to the definition above, it is not tndl8p8B8Bble that they are both distorted or disturbed. It suffices that one of them is, the other being able for example to render the object-image under its real aspect; in the latter case, one of the two optical systems can obviously be omitted.
The device according to the invention can be formed in various ways, using planar or curved refractive or / and reflecting surfaces, constituting lenses and / and mirrors. It can constitute an individual whole, be designed as a complement to existing instruments or be achieved by a modification of existing instruments. The device can also be constructed so as to cause disparities of the same type or of various types, as will be explained with reference to the appended non-limiting schematic drawings, in which:
Figure 1 represents an image object,
Figure 2 shows an example of inequality of the two images of this object-image, inequality obtained by horizontal magnification different from the homologous elements, including magnification inequality.
Figure 3 shows how the fusion in a vision of space of the images of Figure 2 is accomplished,
Figure 4 shows in A and B two examples of deformation of 1 $ object-image by horizontal displacements of the elements relative to each other, thus inequality of form.
Figure 5 shows pad deformations,
Figures 6 to 11 schematically show binocular devices according to the invention.
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There is schematically represented at 0 1 in FIG. 1 an object-image representing any shape with various outlines and covered with a "canvas", that is to say a regular plane grid with horizontal and vertical lines. If, by interposing between the image object and the two eyes of a device with disturbing optical systems, unequal images are presented to the two eyes, as shown for example in FIG. 2,
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the left eye will see image 1 G and the right eye will see image 1 D.
Lines 1, 2,3 of the grid of the image-object Freeze 1 correspond to the lines of homologous points 1 ', 2', 3 '.. of the image IG and 1 ", 2", 3 ... of the image ID, the inequality relating to the spacings of the vertical homologous lines, due to the different horizontal magnification of the homologous elements. There is a horizontal disparity in magnification.
In this example the vertical magnification is constant and the same for the two images, which can be recognized by the fact that the images a ', b', c '... and a, b ", c" ... horizontal lines a, b, c ... of the image object are straight and equidistant.
These two images I G and I D will merge, on vision, into a psychophysiological image. This is shown in Fig. 3, in which points G and D represent the eyes of the standing observer, seen from above. Line 0-8 represents the image object 0 1 placed in front and observed through the optical systems S 'and S ". Line 0' -8 'represents the image 1 G distorted as shown in Fig. . 2 and the line 0 "-8" likewise represents the 1D image, these two images being perpendicular to the drawing. The two images are generally, although not necessarily, in the same plane, but are shown in the same plane. one in front of the other for the clarity of the drawing.
They can have a field curvature.
The lines starting from L and D towards the homologous points l and 1 ", 2 'and 2", 3' and 3 "etc ... represent the visual rays in what is called" indirect "vision. of intersection of visual rays designated I, II, III ... lie outside the plane of the images, at different distances from the observer. Convergence of homologous visual rays varies from point to point. The other of the merged physiological image. Here by convergence of visual rays is meant the inverse of the distance between the point of intersection of two homologous visual rays and the middle of the line joining the centers of rotation of the eyes. is measured in diopters when the distance is expressed in meters.
In Fig. 3 this variation in convergence is negative (ie the convergence decreases) starting from the left edge of the physiological image and positive as it approaches the right edge. Preferably, this convergence variation will be greater than
1-cos Ó / cos diopter for the exploration of a horizontal field of 2 Ó of the merged image from a point of view placed in the middle of the two eyes L and D. The maximum difference of convergence of the visual rays of one point to another of the merged image will preferably be less than 1 diopter.
If the IG and ID images of the canvas were "complementary to a curved surface" I, II, III ... the horizontal lines of the canvas would be seen as curved on these images according to the perspective effect conditioned by the position. points of view; the merged vision would then be the representation of a curved surface I, II, III ... on which the subject of the object-image would be inscribed. But the deformations not being 'complementary to a surface, the merged vision of the images of the canvas is the representation of a space in which the subject of the object-image is housed.
This can be explained as follows: the accommodation of the eyes together with the optical systems locates each of the physiological images in a plane, while the direction of the homologous visual rays locates the fused image in the O-VIII curve. If it were only a question of a canvas of lines, the horizontals would be situated in a plane, their position being more or less determined by the accommodation;
vertical lines would be seen according to
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-. --- 7fI !! '*' ---- a 0-VIII curve, the whole thus giving a disparate vision of space which is independent of the subject of the image-object. The latter being the perspective representation of a different space, there will be uncertainty of localization of the elements of the subject, which fixes the attention and obliges the mind to remove the uncertainty of localization by the intervention of factors of perspective, lighting (the play of shadows and lights), superpositions (the partial view only of an object when another is placed in front,) etc. The illusion created by the sight of 1 image object is thus powerfully reinforced.
It will be understood from the above that the shape of the disparate space is irrelevant for the implementation of the invention and the curve O-VIII can therefore have any shape. It is only important that the IG and ID images of the canvas and therefore of the image object are not complementary to a surface.
The disparate perception of space does not, strictly speaking, show the distance which exists between two objects situated in the same direction. The air gap is missing.
In stereoscopic vision, it is as follows: from an object located behind another, one of the eyes sees, along the contour of the object placed in front, a band hidden from the other. Lee two objects detach her. Since this band is generally narrow, a similar sensation of air gap is produced by presenting images in both eyes of which the homologous elements are of different sharpness, what is here called sharpness disparity. To a clear line (a very relative term of one of the images will then correspond to a more or less clear line of the other image. This difference in sharpness or this blur will partly hide from one eye a band than the other eye will see more clearly.
In one embodiment of the invention, therefore, one obtains two images IG and ID of different sharpness. This blurring will preferably be limited in the horizontal sense. It could be characterized in that a luminous point of the image object is rendered on one of the images by an area elongated horizontally, presenting if possible a region of luminous concentration and a gradient, as this is obtained. by astigmatism in particular in what is called the comma, and on the other image by an area of different extent but located on the same side.
In addition, it will be possible to arrange for the gradient of the luminous area to be on one side, for example on the left, for one of the images, and on the other side, therefore on the right, for. the other image, all other combinations being possible, for example for the disparity in sharpness from one image to another to be variable from a pair of points homologous to another pair.
In order to obtain the horizontal gradient blur, it is possible to take advantage of the property that mirrors have, consisting of a plane-parallel or very slightly prmatical silver plate of glass, of giving an object images or contours. multiple, by choosing these mirrors of appropriate thickness and / or angle. It is advantageous that this thickness and / or the angle of the prism are such that the spacing of the two first most visible contours, given by the reflection of the non-silver face and the first reflection of the silver face, is seen , from the optical center of the eye, at an angle approaching one minute for an average incidence of visual rays of 45 on the mirror.
In general if, in FIG. 1, we consider an element of any size square on the side, its dimensions will be reproduced in the left image by e 'horizontally, and ev vertically, and in the right image by e "and ev, the left horizontal magnifications and on the right of this element being Gg and Gd, and the vertical magnification Gv. The difference e'-e "in absolute value is called here horizontal disparity. The
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quotient.- e '/ e is called here relative horizontal disparity ev G G and represented by tg # Gg = Gd.
Gv
The degree of reproduction fidelity of 1 "object is given: by e '+ e" = Gg + Gd born by n- e' + e "/ 2e = g d / s Gv by 2 ev 2 Gv
For there to be reproduction fidelity, G + G n = 1; in this case we agd / 2 = Gv that is to say that for the merged image to represent the object faithfully, the half-sum of the horizontal magnifications of the homologous elements must be equal to the vertical magnification of these elements ,
The relative horizontal disparity can be constant or variable. Preferably, we will arrange so that it is not less than 0.15 in its maximum4
Fig. 4 shows two examples of deformation of the image object by horizontal displacement of the elements relative to one another; it is therefore a question of formality.
In the example
A-As in example B, the distortion of the canvas of one image is symmetrical with that of the canvas of the other image with respect to the mid-plane T. perpendicular to the drawing. 'In these examples, the horizontal and vertical magnifications of the images left and right are equal. The two superimposed images do not however coincide in all of their homologous elements, the images of the vertical lines crossing each other as shown by the dotted lines. In these cases of deformation of the image object, the 'disparity of form is conditioned by the angle formed by the homologous images of the vertical lines' of the canvas of the image object, the relative horizontal disparity being measured by the trigonometric tangent of this angle.
Fig. 5 shows in dotted lines two images of a canvas deformed into a pincushion by the observation of this canvas through two spherical lenses not corrected for this deformation, due to the spherical aberration, whose optical axis is perpendicular to the plane of the canvas and of which we use the entire opening, ie the entire field. The points C 'and 0 "situated on the optical axis of the lenses may be called here centers of deformation or of disturbance. The vertical planes passing through C' and C" can also be considered as vertical planes of the deformation symmetry. This is a variable radial magnification deformation, which can be treated as a combination of the deformations described above and be used for carrying out the invention.
If one wishes, with such equal disturbing systems, to obtain unequal-images, it suffices that the deformation centers c ', c "or the vertical planes of symmetry of the deformations coincide with non-ho points. - mologues of images.
In the surfaces o'-a'-b'-i 'and o "-a" -b "-8" of fig.5 the points P' and P "correspond to the center of the image object which is the The “center of interest” towards which the optical systems are directed. The trajectory of the ray from the “center of interest” towards the center of rotation of the eye is called here “line of sight”. that the optical axes which pass through the centers of deformation C 'and C "do not coincide with the lines of sight. It is therefore no longer a question of centered optical systems; in addition, the systems are different for each eye.
If the image object covers more than the total field of the lenses, each eye will see under these conditions a different part of the image object comprising a region common to the @
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two eyes; the images of the common area will be unequal. If the image object covers only part of the lens field, as in Fig. 5, the field or aperture parts used will be different and the images therefore uneven.
The surfaces O'-a'-b'-8 'and 0 "-a" -b "-8" delimited by solid lines, are an example of the use of different parts of the field or of the opening. lentils. The part o'-a'-b'-8 'can for example be used for the left eye and the part o "-a" -b "-8" for the right eye or vice versa, for observation. of the image-object.- Between the IG and ID images there is a horizontal disparity of magnification and shape. In addition, there will be disparity in sharpness due to the astigmatism exhibited by the beams of rays in such uncorrected lenses. This astigmatism which may not be apparent to the eye in each isolated image, however, achieves the desired goal at the time of physiological fusion owing to the greater binocular acuity in discerning disparities by difference.
The horizontal disparities sought are here accompanied by vertical disparities of the homologous elements.
These vertical disparities are opposed to the fusion when they are seen from an angle greater than approximately 1 degree, variable according to the individual and the convergence of the visual axes. For larger vertical angles, the fusion no longer takes place and the vision of one of the eyes is extinguished in favor of the other We can, however, admit that vertical disparities, seen at a vertical angle of less than 3 degrees , are acceptable in carrying out the invention. By using cylindrical lenses with vertical cylinders, vertical disparities are avoided as is the case in FIG. 2. The expression "optical axis" should then be replaced by "optical plane". It is of course possible to use combinations of spherical and cylindrical diopters, or of equivalent toric diopters.
It is obvious that two other parts may be suitable for achieving the desired goal, for example a half lens for each eye or a fragment, as indicated in K'L'M'N 'and K "L" M " N ", or alternatively as explained above, two whole lenses, the field of each of the lenses covering a different part of the image object, including a region common to both eyes. Likewise the deformation taken as an example in FIG. 5 could be in barrel or take any other form.
It is advantageous that the optical systems used for the two eyes are symmetrical with respect to the vertical plane perpendicular to the middle of the line joining the centers of rotation of the eyes, passing through the "center of interest" and which is referred to here “Median plane”. The term “optical system” is understood here to mean all the refractive and reflective surfaces intended for an eye and by “lens” any simple or composite lens.
Fig. 6 shows in horizontal section an example of one of the two symmetrical optical systems of a device according to the invention. This system is composed of a fragment B of lens, the convergent, constituting a deforming or disturbing objective, of a divergent lens E constituting the eyepiece, and of a translation system constituted by a bireflec prism W. tor. The translation system must bring the rays in a direction acceptable to both eyes, that is to say which does not cause a divergence of the visual axes. In Fig. 6i R denotes the line of sight,, the optical axis of the fragment of en-
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Tille B, f the focal point of this lens, D the right eye, V the optical axis of the eyepiece E, and T the position of the median plane of symmetry.
In the example chosen, parallelism has been established between the line of sight and the optical axes so that this system can be used for observation at all distances without causing the divergence of the visual axes. Note that the line of sight and the optical axes are not in the extension of one another. The bireflector prism, having no influence on the formation of the image, serves only for the translation of the beams. In addition, therefore, the optical axes of the lenses E, B are crossed in this case.
There is shown in FIG. 7, where L and R represent the eyes of 1 * observer and 0 1 the image object, a device realizing the disparity of sharpness of the images IG and ID. It is made up of four vertical mirrors Ai A2, respectively A "A". The mirrors A2 and A, turned towards 12 object-image, are juxtaposed to reduce, with binocular parallax, the vertical perspective differences of the two images to a minimum for an object, close image, this parallax can moreover be eliminated as completely by known devices.
By using very slightly prismatic glass slides, silvered on one side, images with multiple contours are obtained as a result of the reflection of the non-silvered side and 1 * the blur that is, can be determined in advance. that is, the spacing of the multiple contours thus obtained.
The two mirrors intended for an eye, for example A1, could be one with total reflection or a parallel plane, the other preferably with a vertical edge prism, A1 "A" 2 being symmetrical to the median plane T. It will be understood that 'By giving the reflective surface of one of the mirrors a slight tilt on the vertical, (for example less than 6), the result will be a tilt of the images, one over the other, thus achieving a form disparity of the kind shown in FIG. 4 A.
Fig. 8 shows a device with two different optical systems, symmetrical to the median plane T, comprising four plane mirrors and two fragments B 'b "of converging lenses, suitable for making disparities of the kind of those of Fig. 5, the fragment of the right part of the lens being used for the left eye and vice versa. The optical axes Q ', Q "of the lens fragments do not coincide with the lines of sight R', R". The plane mirrors aim to reduce the binocular parallel when observing a nearby image object and to cancel out the prismatic effects of lens fragments by bringing the lines of sight into line with a normal position of the visual axes.
This device can be completed by the addition of divergent lenses as shown at E ', E ", to increase the sharpness of the vision or to adjust the focal lengths of the systems according to the distance from the image object.
Fig. 9 shows a device with two systems symmetrical to the median plane T, comprising for each system a set of lenses having their optical axes or optical planes crossed in their projection on a horizontal plane. This inclination, resulting in a different magnification of the horizontal homologous elements of the left and right images, produces deformations of the kind indicated in FIG. 2. The device can be completed with mirrors as described for Figs. 7 and 8.
To have a wider field, it is also possible to place the translation mirrors as indicated in Fig. 10 or perform the translation in vertical or inclined planes as for periscopic instruments *
Fig. 11 shows a symmetrical device comprising
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for each system a set of lenses E ', F' and E ", F" with crossed optical axes or planes and two mirrors, one of the meters being obtained by silvering a diopter H ', H "of one of the lenses, thus also producing a deformation of the type shown in Fig. 2. @
The lenses shown in horizontal section in Figs. 6 and Figs 8 to 11 can be lenses with spherical or preferably cylindrical diopters with vertical cylinders.
Many other combinations can be imagined within the scope of the invention. It is also possible to obtain the desired effect by arming only one of the two eyes with an optical system introducing the desired disparities, the other
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seeing the Objei-image without life-size distortion. The latter system may consist of a parallel plane glass slide or plane mirrors, or it may be entirely lacking in one. frame serving as guide.
Of course, appropriate adjustment means, known per se, could be combined with the devices according to the invention to vary the relative positions of the elements of the optical systems, in particular with a view to influencing them. disparities, to ensure the focus of vision and to vary the convergence of the lines of sight.
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RFVâTDIClTIONS.
1.- Binocular observation device for improving the vision of image objects, comprising a different optical system for each of the eyes, characterized in that these optical systems, of which at least one is disruptive, are established so as to give, of the same image object, two unequal non-complementary images of a surface, the homologous elements of the images seen by the eyes being seen vertically under substantially equal angles but exhibiting a horizontal disparity magnification or shape or sharpness, or a combination of these disparities.
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2. - Device according to the revendicatiowl, established so that the vertical disparity of two homologous elements is seen under a vertical angle of less than 3 degrees.
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3. - Device according to one or otter deSVèndioation7ou 2, characterized in that the non-interfering optical system consists of a parallel plane glass plate or of plane mirrors or is completely lacking in a frame serving as a guide for the position of the device in relation to the eyes.
4.- Device according to one or the other of claims 1 or
2, characterized in that the two optical systems are disruptive.