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PERFECTIONNEMENTS AUX APPAREILS OPTIQUES SERVANT A EFFECTUER LA MISE AU POINT D'IMAGES PHOTOGRAPHIQUES EN VUE D'UNE REPRODUCTION AVEC EFFET DE RELIEF.
La présente invention a trait à l'art d'enregistrer où de repro- duire ses images à l'aide d'appareils optiques du genre de ceux dont on fait usage dans la photographie' la cinématographie et la télévision ou dans la présentation d'enseignes de publicité ou autres. Plus particulièrement, cette invention concerne des moyens et artifices propres à donner à un ob- servateur l'impression que l'image exposée à sa vue possède une certaine pro- fondeur ou relief.
Cette invention est basée sur certaines observations relatives à la façon dont les objectifs, et autres systèmes optiques, se comportent dans-l'opération de prise et de projection des images.
Il est bien connu que, lorsque, au cours de l'opération de prise d'une vuè, une image d'une scène est mise au point sur la pellicule, ou au- tre agent d'enregistrement, à l'aide d'un système optique, par exemple à l'aide d'une lentille unique, chacune des zones ou surfaces élémentaires de la lentille forme une image complète de la scèneet que, mème si la lentille est parfaite, les images élémentaires ainsi formées ne coïncident pas com- plètement, sauf si la scène est dans un*plan perpendiculaire à l'axe opti- que et exactement à la distance focale de la lentille.
Par conséquent, l'image,-et par suite la photographie résultante, ont un certain défaut de mise au point, quoique, dans le cas de bonnes lentilles et d'un réglage correct l'effet de flou soit si faible qu'il n'est'pas perçu par l'oeil.
On sait aussi que lorsqu'on observe une image photographique par l'intermédiaire d'un système optique qui forme une image virtuelle visible pour l'observateur, comme, par exemple, lorsqu'une image photographique (ou la projection d'une telle image sur un écran) est observée à travers une lentille grossissante ou après avoir été réfléchie par un miroir sphé- rique, l'observateur voit l'image avec une certaine impression de profon- deur.
On pense que cette impression de profondeur est due'au défaut
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de mise au point communiqué à l'image lors de sa prise et diverses tentati- ves ont été faites qui visaient à tirer parti de cet'effet pour projeter ou montrer de quelqu'autre manière des images avec ce qu'on appelle un effet de relief.
La présente invention a pour objet, dans le même ordre d'idées des procédés nouveaux et perfectionnés relatifs à la mise au point d'images photographiques à effet de relief, qu'il s'agisse de la prise ou de la re- présentation desdites images.
Pour mieux comprendre les principes de l'invention, il convient de considérer d'abord la nature du défaut de mise au point sus-mentionné.
Ce défaut de mise au point peut avoir plusieurs causes, mais il semble que les causes les plus importantes qui expliquent la possibilité d'une représentation avec effet de relief de l'image, résident en partie dans le défaut de mise au point dû à la profondeur de champ et en partie dans l'effet stéréoscopique ou défaut de mise au point dû à l'effet de bord, le premier effet étant occasionné par le fait que les points de la scène ne sont pas tous à la même distance du centre optique, de sorte que la projection de points situés à l'extérieur du plan exact sur lequel la lentille est mise au point s'effectue sous forme de petits cercles de diffusion, alors que l'au- tre défaut de mise au point est dû au fait que les champs de vision des sur- faces élémentaires de la lentille diffèrent légèrement.
Ces deux effets de flou seront compris ci-après dans le terme "flou circulaire", étant donné que des points des images élémentaires respectives qui représentent le mê- me point de la scène sont distribués'à l'intérieur d'une aire circulaire.
De plus, ces effets de flou seront dits "continus" en ce sens que les ima- ges élémentaires sont distribués uniformément et n'ont entre elles qu'un re- couvrement partiel infiniment petit.
Or, il a été découvert, conformément à l'invention, qu'une amélio- ration de l'effet de relief est obtenue dans la représentation d'une image, si,. pendant la prise de l'image, la scène est projétée sur la pellicule de telle manière qu'on obtienne un genre de flou différent. Une explication plausible des résultats améliorés obtenus est la suivante
Les yeux de l'observateur d'une image virtuelle obtenue à partir de l'image floue se concentrent inconsciemment sur des groupes d'images élé- mentaires différents, de sorte qu'ils reçoivent différentes impressions, qui les combinent pour donner une sensation de relief.
Toutefois, les différen- ces entre les images élémentaires sur lesquelles les yeux se concentrent sont principalement celles ayant une direction horizontale, alors que le dé- faut de mise au point dans une direction verticale se présente exactement sous sa forme réelle.
Par conséquent, on était en droit d'espérer, et ceci a d'ailleurs été confirmé par la présente invention, qu'on obtiendrait un résultat amélio- ré si l'effet de flou était créé principalement dans une direction horizon- tale, ou même de façon déportée ou discontinue, ce qui veut dire que les ima- ges élémentaires se présenteraient sous forme de groupes sans recouvrement infinitésimal.
Par conséquent, l'invention consiste,selon une de ses caractéris- tiques essentielles, à effectuer la mise au point de rayons lumineux émanant d'une scène à travers des portions d'un objectif, ou système de lentilles, choisies de manière à occasionner un défaut de mise au point de l'image prin- cipalement selon une seule dimension; où selon une forme de réalimentation préférée de cette caractéristique, ce défaut de mise au point de l'image est choisi de façon qu'il soit déporté, au moins d'une manière prédominante.
Les systèmes de lentilles établis en vue de créer un tel effet de flou peuvent comprendre des surfaces de lentilles utiles qui ont une for- me allongée ou qui sont espacées, et il doit être entendu, que, dans le cas d'objectifs cpmplexes, il faut tenir compte du chemin suivi par les rayons lumineux à travers l'objectif. Il doit en outre être entendu que, en vue de meilleurs résultats, la forme allongée ou l'espacement desdites surfaces
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devront normalement être dans la direction horizontale.
Les images obtenues conformément aux principes qui viennent d'être sommairement exposés auront déjà par elles-mêmes, ou après projection sur un écran ordinaire, un effet de perspective plus marqué que des images ordi- naires, mais il convient, pour tirer entièrement partie de l'invention, que les images soient exposées à la vue sous forme d'images virtuelles optique- ment mises au point, de préférence à l'aide de systèmes comprenant un miroir d'observation cylindrique ou conique à courbure horizontale, comme décrit dans la demande de brevet français déposée le 12 janvier 1950 pour "Procé- dés et dispositifs pour exposer à la vue une série d'images".
A titre d'al- ternative ou conjointement avec la représentation virtuelle, les images élé- mentaires mises au point à travers des portions écartées ou déportées de la lentille peuvent être prises et représentées alternativement et l'on a trouvé que ceci augmente la tendance des yeux à interprêter stéréoscopique- ment le flou de l'image.
Cet effet stéréoscopique diffère de la stéréosco- pie ordinaire en ce sens que les expositions élémentaires ayant lieu au cours de la prise des vues sont effectuées à travers des portions espacées ou dé- portées de la même lentille (ou système de lentilles) sans que cette lentil- le (ou système de lentilles) soit déplacée entre les expositions individuel- les, alors que la projection des images élémentaires, en vue de leur repro- duction, est de nouveau effectuée à travers un seul système optique.
Il y a lieu de noter que, pour cette raison, aucun scintillement ne se produit, alors même que la vision de l'observateur ne parviendrait pas à être en syn- chronisme avec l'alternance des images élémentaireso
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence au cours de la description donnée ci-après de quelques formes de réalisation de ladite invention, en se référant au dessin annexé, sur le- quel @
Figure 1 représente la mise au point de rayons lumineux émanant de deux points de l'axe optique d'une lentille ordinaire, le but de cette figure étant d'expliquer les principes de l'invention.
Figure 2 représente à une échelle agrandie les positions qu'occu- pent dans le plan de l'image les points d'image qui sont formés par un point de la scène situé à l'extérieur du plan focal lorsque ce point est projeté par les diverses surfaces élémentaires du système optique.
Figure 3 est une vue analogue à la figure 2 mais représentant une limitation de la formation d'image selon l'invention.
Figures 4 et 5 représentent un système optique à écrans conforme à l'invention, ce système étant respectivement une vue en coupe par la ligne II-II de la figure 5 et une vue de face,,
Figure 6 est une vue de face d'un autre exemple d'un système op- tique à écrans conforme à l'invention.
Figure 7 représente schématiquement un détail d'un dispositif pro- pre à guider avantageusement la pellicule dans un appareil de prise de vues photographiques conforme à l'invention.
Figure 8 illustre la mise au point de rayons lumineux à partir d'un objet à trois dimensions à l'aide de portions espacées d'une lentille.
Figures 9 et 10 sont respectivement une vue en élévation et une vue en plan schématiques d'une forme d'appareil de projection qui peut avan- tageusement être'appliquée pour une reproduction d'images conforme à l'in- vention.
Suivant la figure 1, on a désigné par 1 un système optique qui a été représenté par une lentille unique dans un but de simplicité. F, F dé- signent les,points focaux principaux de la lentille.et A est un point de l'axe optique 0 de cette lentille qui est situé à la distance focale exacte sur laquelle la lentille a été réglée. Par conséquent, tous les rayons lumineux émanant du point A convergeront en un seul point du plan B de l'i- mage de manière à former une image nette du point A. On a représenté en C
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un autre point de l'axe optique 0 qui est toutefois, plus éloigné de la len- tille 1 que le point A. Les rayons lumineux émanant du point C convergent au point c de l'axe optique, mais ce point est situéà l'avant du plan B de lainage.
Dans la prise de vue photographique, la pellicule sensible à la lumière est située dans le plan B de l'image, de sorte que les rayons lumi- neux émanant du point C ne convergent pas au point d'intersection de la pel- licule sensible et de l'axe optique.
Si l'on suppose que la zone marginale de la lentille située à l'ex- térieur de la surface cylindrique désignée par L a été subdivisée en sections élémentaires, chacune de ces'sections formera une image distincte cl, c2 cn (figure 2) du,point C, ces points cl, c2 ....... cn étant distribués sur un cercle décrit autour de l'axe optique 0, figure 2. Dans une image photo- graphique prise de la manière habituelle, ces points se combinent pour donner une image -floue du point c Le degré de flou, c'est-à-dire la.distance mu- tuelle qui sépare les points en question, est toutefois dans la plupart des cas si petit que les yeux d'un observateur ne le perçoivent pas.
Cependant, si un observateur voit l'image à 'travers une lentille grossissante, il aura l'impression d'un relief certain quoique assez peu prononcé de l'image. Con- formément à l'invention, on a découvert qu'on peut amplifier cet effet de relief en éliminant tous les points d'image élémentaires formés par les par- ties de la lentille situées respectivement au-dessus et au-dessous d'une zo- ne s'étendant dans le sens horizontal de la lentille antérieure de l'objec- tif, c'est-à-dire, dans le présent cas, de la lentille 1. Par exemple, les points d'image situés à l'extérieur des lignes parallèles M, Ml (figure 2) peuvent être éliminés.
Il en résultera une formation d'image telle que cel- le représentée à la figure 3 dans laquelle les deux groupes de points d'i- mage c3 c4 c5 et c8c9 ci qui sont écartés l'un de l'autre dans la di- rection horizontale d'une distance bien définie,quoique très petite, donne-- ront un aspect de relief relativement prononcé de l'image photographique, surtout lorsque cette image sera observée par l'intermédiaire d'un système optique formant une image virtuelle.
Lorsqu'il est fait usage d'un anastigmat composé de deux jeux de lentilles 2 et 3, on peut obtenir une formation d'image telle que celle re- présentée à la figure 3 en masquant les lentilles d'un des jeux de la maniè- re indiquée aux figures 4 et 5, de telle sorte que seules les surfaces non hachurées d'un des jeux de lentilles, le jeu antérieur 2 dans le présent exemple, laissent passer la lumière, alors que les surfaces restantes (hachu- rées) de ces deux lentilles sont masquées, ce qui s'obtient par exemple en noircissant les surfaces en question de la lentille ou en disposant un écran ou diaphragme (non représenté) à l'avant ou à l'arrière des deux lentilles de ce jeu, ou entre ces deux lentilles.
Les deux aires translucides, qui ont été représentées sous forme de surfaces circulaires 4 à la figure 5, mais qui pourraient posséder d'autres formes appropriées, sont situées à une dis- tance l'une de l'autre relativement grande par rapport au diamètre de la lentille, et de préférence aussi près que possible des portions marginales de 'ladite lentille, étant donné que la distance qui sépare les deux grou- pes de points d'image, par exemple les points c4 et c5 de la figure 3, se- ra d'autant plus grande et par conséquent l'effet de relief d'autant plus prononcé que la distance séparant les deux surfaces utiles 4 sera plus gran- deo
Une façon quelque peu différente de masquer un système de lent%- les est indiquée à la figure 6.
Dans ce cas, le système comprend au moins deux lentilles et, conformément à l'invention, la lentille antérieure est masquée de façon que la lumière soit seule admise à travers une aire compri- se entre deux plans horizontaux H, H, respectivement situés au-dessus et au- dessous de l'axe optique 0, alors que les portions restantes de cette lentil- le sont rendues imperméables à la lumière, comme indiqué par le hachurage en traits pleinso L'autre lentille est masquée de la manière indiquée par des hachures en traits discontinus de façon que la lumière soit seulement admise à travers l'aire comprise entre deux plans verticaux K, k1 situés
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de part et d'autre de l'axe optique.
Dans le cas de la disposition des parties masquées représentée à la figure 6, non seulement les deux aires verticalement espacées u et v de la bande de la lentille antérieure existant entre les plans H, Hl, mais aussi à l'aire intermédiaire w sont des surfaces utiles. Ceci ne diminue pas l'effet da relief dans une mesure perceptible mais, par ailleurs, la zone w contribue à accroître l'admission de la lumière à travers la partie utile de la lentille antérieure,ce qui présente une importance particuliè- re dans la prise de vues instantanées.
@ Il y a lieu de noter que, dans le cas d'un système de lentilles tel que celui représenté à la figure 6, les rayons lumineux admis à travers la zone de la lentille antérieure qui se trouve entre les plans H, Hl seront réfractés avant d'atteindre l'autre lentille, de sorte qu'ils seront distri- bués dans .une direction verticale sur la totalité ou une partie importante de la surface de la seconde lentille. Par conséquent, la totalité ou une partie importante de la surface de la seconde lentille qui est située entre les plans K et Kl agira de manière à transmettre la lumière admise à tra- vers la surface utile de la lentille antérieure.
En fait, on a constaté que, par l'effet de la réfraction qui intervient dans la lentille antérieure, la surface utile de la seconde lentille recevra principalement la lumière des zones extérieures de la surface utile de la lentille antérieure,de sorte que, en réalité, le système de lentilles, de la figure 6 effectuera d'une manière prédominante un effet de flou espacé ou déporté des points d'image, mais il y aura aussi évidemment des points d'image d'intensité moindre en- tre les groupes principaux de points d'image.
On a trouvé, et ceci constitue aussi une caractéristique de la présente invention, qu'on peut augmenter l'effet de relief en effectuant la mise au point de l'image sur une surface courbe convexe, l'invention effectuant par conséquent le guidage de la pellicule 5 le long d'une sur- face courbe 6 dans la zone d'exposition, comme cela est représenté à la figure 7.
La figure 8 représente la façon dont le flou stéréoscopique est produit dans une image. 11 ressort de cette figure que chacune des surfaces d'une paire de surfaces diamétralement opposées d'une lentille analyse et projette respectivement certaines des surfaces r et rl d'un objet que l'au- tre ne projette pas. Ce flou stéréoscopique semble devoir être un facteur important de l'effet de relief obtenu par l'invention.
Ainsi qu'il a été mentionné précédemment, on peut obtenir un ef- fet de relief ou stéréoscopique accru en faisant usage d'images exposées alternativement entre des surfaces mutuellement espacées d'une lentille.
Dans le cas d'un système de lentilles tel que celui représenté aux figures 4 et 5, par exemple, un tel effet accru peut être obtenu à l'aide d'un ob- turateur rotatif qui laisse passer la lumière alternativement à travers les deux surfaces utiles de la lentille antérieure, comme l'indiquent les droits pointillés 10 de la figure 5.
Il doit être entendu que, dans toutes les formes de réalisation, de l'invention, le point de savoir s'il est fait usage de lentilles complè- tes qui sont masquées de la manière susindiquée ou de lentilles segmentaires qui ne couvrent que les surfaces utiles, est sans importance. De plus,.il est évident que de nombreux systèmes de lentilles autres que ceux qui ont été représentés sur les dessins peuvent être établis d'une manière propre à assurer un effet de flou de l'image principalement dans la direction ho- rizontale ou même un effet de flou principalement déporté ou espacé.
Comme il a été indiqué précédemment, il est préférable que les images soient représentées ou exposées à la vue de l'observateur à l'aide d'un système optique qui forme une image virtuelle et l'on a trouvé que des résultats particulièrement satisfaisants sont obtenus lorsque les ima- ges sont exposées à la vue à l'aide de l'un quelconque des-systèmes décrits dans la demande de brevet français précitée. Un exemple de ces systèmes a été représenté sur les figures 9 et 10 du dessin annexéo
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Dans ces figures, 11 représente un appareil de projection d'un type courant qui projette une image sur la surface concave réfléchissante d'un miroir cylindrique 12, laquelle face réfléchit la lumière sur un écran à images 13 pour former une image sur cet écran.
Cette image de l'écran 13 forme à son tour une image virtuelle 14, à l'aide de la même surface réflé- chissante cylindrique, et cette image virtuelle devient visible pour un ob- servateur 15 situé à l'avant du miroir 12 dans l'espace existant entre ce miroir et l'appareil de projection.
Sur la figure 10, le champ de l'image formée sur l'écran 13 a été indiquée par la zone hachurée. On voit à la figure 9 que l'axe de la surfa- ce réfléchissante cylindrique fait avec l'axe optique de l'appareil de pro- jection 11 un angle qui diffère de 90 degrés. L'image ainsi formée sur l'é- cran 13 à l'aide de la surface cylindrique 12 sera légèrement déformée dans la direction axiale du miroir en raison de l'inclinaison de la surface cylin- drique 12 par rapport à l'axe optique 16, c'est-à-dire que les dimensions de cette image dans la direction en question seront amplifiées par rapport aux dimensions de l'image dans une direction perpendiculaires à ladite di- rection axiale.
Toutefois, en raison de l'agrandissement donné simultané- ment dans la direction transversale à l'image formée par la surface 12, l'i- mage finale 14 apparaîtra sans la distorsion précédemment occasionnée par l'inclinaison de la surface réfléchissante, et elle aura en même temps un effet de relief.
Bien que d'autres systèmes optiques propres à former une image virtuelle puissent évidemment être substitués à celui des figures 9 et 10; on a obtenu des résultats particulièrement avantageux avec ce dernier et avec des systèmes équivalents parce que l'image virtuelle est formée uni- quement par une mise au point sensiblement transversale, qui se combine avec le flou sensiblement transversal de l'image projetée pour donner un effet de relief très prononcé.