2~ B~i Dispositif opto-mécanique de projection d 'images et d'observation en trois dimensions.
DESCRIPTION
5La présente invention a pour objet un dispositif opto-mécanique de projection d 'images et d'observation en trois dimensions.
Le secteur technique de l'invention est celui de la fabrication de projecteurs et d'images en relief.
Une des applications de l'invention est la réalisation de microscopes permettant l'observation tridimensionnelle d'objets sous de forts grossissements.
On connaît en effet, différents dispositifs de vision en relief et depuis plus d'un siècle que l'homme crée des images optiques, le relief et la couleur ont été l'objet de ses recherches dans le monde de l'image.
En particulier, c'est en 1947 que Denis GABOR invente l'holographie, mais ce n'est qu'à partir de 1961 avec l'avènement du laser qu'elle a vraiment émergé : la prise de vue n'a rien à voir avec la photographie et nécessite une plaque photosensible, des lentilles et des miroirs et/ou des fibres optiques, et un laser de lumière cohérente suivant une ou plusieurs longueurs d'onde, fournissant d'une part, un faisceau éclairant l'objet et réfracté par celui-ci vers ladite plaque photosensible, et d'autre part, un faisceau de référence éclairant celle-ci. Chaque point mémorisé sur cette plaque présente alors en fait une image de l'objet sous un angle donné, ce qui permet à la restitution sous éclairage laser, une vision tridimensionnelle depuis plusieurs angles et à haute résolution.
Cependant, la restitution est monochromatique, entraîne la fatigue des yeux et nécessite une source laser stable. Le réglage de tels systèmes est délicat et le matériel est cher. L'utilisation de ceux-ci est du reste limitée à ce jour aux ~, ~ines des Arts et n'a pas d'application industrielle importante, sauf en interférométrie holographique dans les contrôles non destructifs de pièces.
Par ailleurs lorsqu'il s'agit d'observer des objets, en particulier ceux de petites dimensions, les problèmes du relief et de la couleur se posent de façon pr~dominante et sont difficiles à
résoudre dans les appareils permettant le grossissement de leurs X~i2~6 images. C'est dans cette application particulière que d'autres équipements industriels de vision en relief se sont développés.
On peut citer en particulier le microscope de la société "VISION
SAE~IME", utilisant un procédé stéréoscopique sans oculaire, focalisant en fait deux images du même objet sous deux angles différents, mais le lieu de cette focalisation est par définition limité et ne permet pas de vue sous des angles différents. Ce système n'offre que peu de parallaxes, une faible profondeur de champ, une distance d'observation limitée et une dispersion angulaire réduite.
On connaît également les microscopes à relief, comme celui de la société "MICRO-CONTROLE" ou "NACHET-VISION", qui utilisent un écran multi lenticulaire permettant un relief à faible parallaxe horizontale mais sans parallaxe verticale et des limitations au niveau du grossissement et de l'angle de vision.
D'autres sociétés telles que "NIKON~, "OLYMPUS" ou "ZEISS", ont apporté également des améliorations à la stéréoscopie qui avec deux images planes peuvent donner seulement une impression de relief, souvent avec l'utilisation de binoculaire.
Ainsi, les microscopes actuels sont de plus en plus perfectionnés et on a cherché à agir pour une meilleure vision, tantôt ~ 20 sur la nature de la source lumineuse, tantôt sur le système d'éclairage (fluorescence, fond noir), ou bien encore sur l'optique de l'instrument avec la mise au point d'un microscope à contraste de phase, du microscope polarisant et du microscope à lumière ultraviolette.
Enfin, le mariage du microscope et de l'ordinateur peut réaliser des images dites tridimensionnelles, mais à partir d'images réelles en fait bidimensionnelles, et exigeant un système de traitement très élaboré et onéreux.
Aucun de ces système ne donne une véritable image en relief, exploitable par plusieurs observateurs à la fois.
Le problème posé est de realiser un dispositif de projection d'images et d'observation en trois dimensions restituant une image gardant les couleurs naturelles d'un objet quelconque et observable sous différents angles de vision par plusieurs personnes simultanément.
2~
Une solution au problème posé est un dispositif de projection d'images et d'observations en trois dimensions d'un sujet diffusant de la lumière en couleurs naturelles, au travers d'un objectif connu de projection, composé d'au moins une lentille convergente, caractérisé
5en ce qu'il comporte un plan optique de réflexion de la lumière,tel qu'un double miroir plan, ou un bloc transparent contenant un élément optique holographique, tournant sur lui-même à une vitesse d'au moins 20tours/seconde autour d'un axe au mieux de symétrie et coupant 1'axe dudit objectif de projection suivant un angle quelconque, de telle 10façon que ledit plan optique, ou double miroir, ou bloc transparent est toujours sous l'éclairage dudit objectif et crée un volume fictif à l'intérieur duquel une image tridimensionnelle dudit sujet est visible et peut être observée sous plusieurs angles.
Le résultat est un nouveau dispositif opto-mécanique de 15projection d'images et d'observation en trois dimensions.
Les avantages d'un tel dispositif sont multiples et s'appliquent à différents ~- ~;n~s d'utilisation, dont celui de l'observation par microscopie ou submicroscopie, mais également pour la reproduction d'images en vrai relief projetées par exemple dans des salles de 20grande audience ou sur des écrans appropriés individuels et f,~ x - ou dans des salles d~entr~în~me~t par simulation à travers ce vrai relief.
Dans le d- ~ine de la microscopie, les d~~ -ines industriels sont très nombreux et ~E ~ndeurs tels que pour la manipulation de 25composants électroniques ou pour la manipulation et l'étude de ph~n,~ ' es médicaux et biologiques.
En effet, à ce jour, l'observation classique en microscopie ou submicroscopie se fait par binoculaire et/ou sur ecran dépoli comme décrit préc~dE e~t.
~ 30Dans le premier cas, la vision grossie des sujets observés peut être stéréoscopique avec une profondeur de champ, mais sans parallaxe ni dispersion angulaire, n'autorisant en fait qu'un seul observateur à
la fois et une observation sous un seul angle donné. Dans le deuxième cas, l'image est en fait bidimensionnelle et sans relief.
35Quant à l'observation par holographie, elle est monochrome et dénature les couleurs naturelles.
200~86 Dans la présente invention, on peut obtenir de grandes profondeurs de champ par un choix optimum des dimensions des composants du dispositif et de leurs positions relatives. De plus l'image en relief produite possède deux parallaxes verticale et horizontale. Cette dernière permet l'observation du sujet grossi suivant différents angles par rapport à l'axe de l'optique de projection, lesquels angles pourraient être en fait de 0 à 360~, hormis les seuls angles inaccessibles dûs aux fixations ou à
l'objectif de projection.
Cette image s'observe depuis quelques centimètres du volume fictif, jusqu'à plusieurs mètres ou dizaines de mètres de celui-ci, suivant les dimensions des optiques composant le dispositif, permettant la vision directe sans oculaire par plusieurs personnes simult~n~- ~t et sous différents angles de vision.
Un autre avantage essentiel est également que l'image tridimensionnelle garde les couleurs naturelles du sujet observé.
Le dispositif suivant l'invention permet également un réglage de la netteté de l'image grâce à des optiques de correction tels que décrits ci-après. L'ensemble constitue alors un dispositif très performant et pouvant s'adapter aux différentes utilisations. Pour l'usage en microscopie, l'instrument correspondant est de plus compact, car les sujets sont petits et donc d'un coût de réalisation très raisonnable en regard des perfor -ces, inConnues jusqu'à ce jour.
La description suivante se réfère aux dessins annexés, sans aucun caractère limitatif, décrivant un exemple de réalisation d'un dispositif opto-mécanique de projection d'images et d'observation en trois dimensions adapté à l'analyse microscopique de sujets de faibles dimensions, mais d'autres réalisations et d'autres applications à plus ~ 30 grande échelle et avec quelques modifications peuvent être envisagées dans le cadre de la présente invention.
La figure 1 représente un dispositif complet de projection d'images suivant l'invention, en vue de côté.
La figure 2 représente une perspective schématisée du dispositif.
Les figures 3A et 3B sont des vues de face et de coupe d'un exemple de double miroir.
20~2~36 La figure 1 représente un dispositif complet de projection d'images suivant l'invention, à partir d'un sujet ou objet 1 éclairé
par transmission par derrière 14 ou par réflexion à partir de toute source lumineuse 13. L'image dudit objet est alors grossie au travers d'un objectif 2 de tout type connu,composé d'au moins une lentille convergente 21 et placé dans l'axe M ' de l'éclairage maximum de l'objet 1, lequel axe est appelé axe de projection ou de vision.
Un plan optique de réflexion de la lumière tel qu'un double miroir plan 5 choisi ici dans la présente description et désignant ci-après alors lui-même ou tout autre plan optique jouant le même rôle, tournant sur lui-même autour au mieux d'un de ses axes de symétrie YY' situés dans son plan, est placé de telle façon que cet axe coupe celui M ' de projection suivant un angle al quelconque et à une distance telle de l'objectif 2 que l'image 6 projetée par celui-ci sur une face dudit miroir soit la plus nette possible.
Le double miroir 5 est plan.Il peut être de toute forme de préférence, ayant un axe de symétrie, tel que ronde ou carrée; la matière le constituant peut être du verre optique, du plastique de haute qualité et inrayable, du métal, du graphite ou tout matériau composite. Il suffit qu'elle soit assez rigide pour résister aux - efforts dus à sa rotation et légère pour ne pas grever son inertie et son système d'entr~în~ ~nt. Son épaisseur doit être la plus mince possible, par exemple de un à deux ~ tres pour un diamètre de 12 à 15 centimètres. Ses deux faces sont réfléchissantes, de préférence argentées ou aluminisées ou dorées suivant une qualité de type miroir.
Ce double miroir 5 peut être remplacé dans un autre mode de réalisation par un bloc transparent contenant un élément optique holographique dit ~EOH", lequel bloc dans une autre réalisation peut avoir également ses faces réfléchissantes comme un miroir : ceci - 30 constitue des variantes de réalisation du plan optique de réflexion jouant le même rôle que le double miroir.
Le double miroir 5 tourne autour de son axe YY' grâce à tout système d'entr~in- -nt 9 tel qu'un moteur électrique alimenté par un bloc électrique 10, raccordé au secteur 12 et commandé par un interrupteur marche-arrêt 11.
La vitesse de rotation dudit miroir ou de tout autre plan optique jouant le même rôle doit être au minimum de 20 tours/seconde 2Q~2~36 (ou lOOO tours/minute) et, de pré~érence, supérieure à 5O
tours/seconde (ou 3OOO tourstminute).
En effet, toutes les images d'objets réels tridimensionnels formées par des optiques de grandes ouvertures sont elles-mêmes en trois dimensions (parallaxes et profondeur de champ). Seuls les supports destinés à recevoir ces images permettent ou non de restituer le relief.
Un miroir tel que celui 5 de la figure 1 peut recevoir une image obtenue 6 par la focalisation des différents points du sujet 1 observé sur ce miroir via une optique appropriée telle qu'ici 2, qui n'est visible que sous une ouverture angulaire correspondant au diamètre de l'optique utilisée.
On observe donc simult~n -nt l'optique de façon virtuelle dans ce miroir et l'image en relief au niveau de ce même miroir.
Si ce miroir subit une rotation sur lui-même à grande vitesse, l'optique de projection disparait du fait du balayage qu'elle effectue dans l'espace virtuel du miroir, et grâce à la persistance rétinienne de l'observateur 8 placé dans l'axe BB' de projection AA' réfléchi par ledit miroir, celui-ci ne perçoit plus que l'image en relief de l'objet.
La vitesse de 5O tours/seconde ou 3OOO tours/minute est la vitesse ini permettant d'éviter un battement désagréable à
l'observation. Le sens de rotation du plan optique ou du miroir n'a pas d'influence sur l'image obtenue.
Toutefois, si cette image est visible en relief par l'observateur 8, elle est floue et nécessite des corrections si celui-ci veut la voir nette. En effet, la profondeur de champ, qui est faible, nécessite la correction des déformations de l'ouverture de l'optique 2 et des anamorphoses produites par la rotation du miroir.
La première correction peut consister en ce que ledit objectif 2 comporte un diaphragme 3 en forme de fente, de longueur au moins égale au diamètre utile de la plus grande optique convergente de l'objectif, de largeur au mieux égale au dixième de ce diamètre et dont l'axe médian suivant sa longueur est situé dans le plan défini par l'axe de rotation YY' du plan optique ou double miroir 5 et l'axe M ' dudit objectif de projection 2.
Z~
Cette correction permet de supprimer le flou de l'image 6 et apporte une meilleure profondeur de champ.
La deuxième correction peut consister en ce que le système de projection comporte une lentille convergente 4 de correction, de diamètre de préférence au moins égal à la plus grande dimension du plan optique ou double miroir 5 et placée entre celui-ci et l'objectif de projection 2, à une distance du diaphragme-fente 3 sensiblement égal à la focale de cette dite lentille 4 de correction, de telle façon que cette distance est réglable par tout moyen pour permettre de collimater au mieux l'image 6.
Cette deuxième correction permet une pseudo collimation de l'objectif de projection 2 avec son diaphragme-fente 3 sur le miroir rotatif 5, ce qui améliore la luminosité de l'image 6, mais surtout, elle supprime des anamorphoses dues au miroir rotatif et à la position de celui-ci par rapport à l'objectif de projection 2.
Dans un mode de réalisation préférentiel, afin de simplifier la réalisation du dispositif dans le cas d'une application telle que la microscopie, l'angle al d'inclin~i~on de l'axe M ' dudit objectif de projection 2 par rapport à celui de rotation YY' dudit double miroir ou plan optique, est égal à 45~environ, de telle façon que l'axe optique de projection et de vision est reporté de 90~ environ.
Une troisième correction peut constituer en ce que le dispositif comporte un écran-lentille 7 du type lentille de Fresnel connue à
grande ouverture, situé entre ledit double miroir ou plan optique 5 rotatif et l'observateur 8 et assurant un grossissement de l'image 6.
Cette optique finale peut assurer un grossissement par exemple du double, du miroir rotatif 5 et de l'image 6 et protège physiquement ledit miroir.
De plus, cet écran-lentille 7 peut être incurvé en forme de portion de cylindre concentrique à la forme du volume fictif créé par le double miroir ou plan optique rotatif 5.
La combinaison de l'optique convergente correctrice 4 et de l'écran 7 type lentille de Fresnel, donne un système lenticulaire possédant une focale sensiblement égale à la distance de cette optique 4 à la dernière lentille 21 de l'objectif de projection 2.
La position des différentes optiques ci-dessus peut être telle que les distances de l'écran lentille 7 au double miroir ou plan 20~ 36 optique 5 et de celui-ci à la lentille 4 convergente de correction, sont égales entre elles et sensiblement à la moitié de la focale de cette dite lentille de correction 4, de telle façon que ces distances sont réglables par tout moyen pour permettre de collimater et d'obtenir la meilleure netteté de l'image 6.
Toutes les optiques utilisées sont fabriquées en matériau classique. Seul l'écran-lentille 7 est en matière plastique de haute qualité, par exemple de type méthacrylate inrayable.
La figure 2 est une vue perspective simplifiée du dispositif de projection d'images tel que décrit dans la figure 1. Cette figure représente en particulier le ph~n, ~r e optique de collimation du diaphragme-fente 3 dans la zone de vision. Le double miroir rotatif 5 est figuré ici immobilisé. Une seule partie de l'image 6 de l'objet 1 est visible au travers de l'image collimatée 15 du diaphragme-fente 3 pour un observateur donné.
Grâce au système de convergence correctrice 4 et de l'écran-lentille type de Fresnel 7, l'optique de projection 2 et son diaphragme-fente 3 sont collimatés dans l'espace de vision de l'observateur 8.
La dispersion angulaire verticale ~ (sens de l'image collimatée 15) est de 15~ minimum, limité en fait par les dimensions propres et relatives des différentes optiques. Ceci correspond à la parallaxe verticale de l'image 6.
Quand le double miroir ou plan optique 5 est en rotation, la fente collimatée 15 balaie horizontalement, pour un axe de projection AA' préférentiellement vertical, l'espace de vision de l'observateur 8 et analyse ainsi toute l'image tridimensionnelle 6 et sous différents angles. Grâce à la persistance rétinienne, la perception en relief est visible sous une dispersion angulaire ~ 30 horizontale 8, perpendiculaire ici au plan de la figure 2, par exemple de 60 minimum, limité en fait par l'environnc ~rt du méc~ni~ o de protection du dispositif car elle pourrait être de 360 théorique.
Les figures 3A et 3b sont des vues de face et en coupe d'un exemple d'un double miroir 5 décrit ici en tant que tel et non plus comme tout plan optique jouant le même rôle. Pour améliorer encore les qualités de l'image en relief, les deux faces dudit double miroir 5 2~1~)Zl~36 peuvent être gravées dans le sens perpendiculaire à l'axe de rotation YY', sous forme de réseau ligné triangulaire 17.
La figure 3B est une w e en coupe CC' dudit miroir 5 et représente un exemple de type de graw re choisi 17. Les sillons triangulaires 16 sont ici creusés à 90~ environ et au pas de 100 à
200 microns pour un miroir de diamètre de 12 cm environ; cette disposition permet une meilleure dispersion verticale de l'image lorsque l'optique de projection a une faible ouverture. Le résultat est alors une amélioration de l'angle vertical ~ d'observation défini dans la figure 2.
Les réseaux 17 peuvent être aussi des réseaux holographiques avec des pas de quelques centaines de nanomètres selon la longueur d'onde de la source laser utilisée pour les fabriquer.
Le double miroir 5 produit donc deux séries d'images en relief par tour complet et restitue le relief et les couleurs naturelles de l'objet sans nécessiter d'oculaire ou d'autres éléments de visualisation externe. La mise au point de l'image se fait par déplacement, par tout moyen, de l'optique de projection 2 et 4 et/ou par celle du sujet 1.
Dans l'application à la microscopie ou la submicroscopie, le - dispositif suivant l'invention est de dimensions et de caractéristiques optiques correspondant à cet usage, et peut être intégré à un coffrage lui donnant une apparence et une présentation équivalentes à celles des microscopes connus. Le coffrage et l'habillage de l'appareil peuvent être en métal ou en matiere plastique de haute résistance, ou en composite, ou une combinaison de ces matériaux.
Il est à noter qu'on peut filmer, photographier ou holographier séquentiellement à l'aide d'un laser pulsé ou enregistrer en vidéo les ~ 30 images issues de l'appareil. On peut également projeter par la suite l'image 6 sur un écran spécial en conservant les trois dimensions.
La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisations décrits ci-dessus et qui ne constituent que des exemples de réalisation auxquels des variantes et des modifications peuvent être apportées. 2 ~ B ~ i Opto-mechanical device for image projection and observation in three dimensions.
DESCRIPTION
5The present invention relates to an opto-mechanical device projection of images and observation in three dimensions.
The technical sector of the invention is that of manufacturing projectors and relief images.
One of the applications of the invention is the production of microscopes for three-dimensional observation of objects under strong magnifications.
We know, in fact, different relief vision devices and for more than a century that man has created optical images, the relief and color have been the subject of his research around the world of the image.
In particular, it was in 1947 that Denis GABOR invented holography, but it wasn't until 1961 with the advent of laser that it really emerged: the shooting has nothing to do with photography and requires a photosensitive plate, lenses and mirrors and / or optical fibers, and a light laser coherent along one or more wavelengths, providing a part, a beam illuminating the object and refracted by it towards said photosensitive plate, and on the other hand, a reference beam illuminating it. Each point memorized on this plate presents then make it an image of the object from a given angle, which allows in laser light rendering, three-dimensional vision from multiple angles and at high resolution.
However, the restitution is monochromatic, involves the eye strain and requires a stable laser source. The setting of such systems are delicate and the equipment is expensive. The use of these are, moreover, limited to this day to ~, ~ ines des Arts and have no significant industrial application, except in interferometry holographic in non-destructive part checks.
Furthermore when it comes to observing objects, in especially those of small dimensions, the problems of relief and color arise predominantly and are difficult to solve in devices allowing the magnification of their X ~ i2 ~ 6 images. It is in this particular application that others industrial relief vision equipment has been developed.
We can mention in particular the microscope of the company "VISION
SAE ~ IME ", using a stereoscopic process without eyepiece, focusing actually two images of the same object from two different angles, but the place of this focus is by definition limited and does not allow of view from different angles. This system offers only a few parallax, shallow depth of field, viewing distance limited and reduced angular dispersion.
Relief microscopes are also known, such as that of the company "MICRO-CONTROLE" or "NACHET-VISION", which use a screen multi lenticular allowing a relief with low horizontal parallax but without vertical parallax and limitations on the magnification and viewing angle.
Other companies such as "NIKON ~," OLYMPUS "or" ZEISS ", have also made improvements to stereoscopy which with two flat images can only give an impression of relief, often with the use of binoculars.
So the current microscopes are growing improved and we tried to act for a better vision, sometimes ~ 20 on the nature of the light source, sometimes on the system lighting (fluorescence, black background), or even on the optics of the instrument with the development of a contrast microscope phase, polarizing microscope and light microscope ultraviolet.
Finally, the marriage of the microscope and the computer can achieve so-called three-dimensional images, but from real images in made two-dimensional, and requiring a very processing system elaborate and expensive.
None of these systems gives a real image in relief, exploitable by several observers at the same time.
The problem is to make a projection device of images and observation in three dimensions restoring an image keeping the natural colors of any object and observable from different angles of vision by several people simultaneously.
2 ~
A solution to the problem posed is a projection device three-dimensional images and observations of a subject diffusing light in natural colors, through a lens known to projection, composed of at least one converging lens, characterized 5in that it includes an optical plane for reflecting light, such as than a double plane mirror, or a transparent block containing an element holographic optics, rotating on itself at a speed of at least 20tours / second around an axis of symmetry at best and cutting the axis of said projection lens at any angle, such 10 how said optical plane, or double mirror, or transparent block is always under the lighting of said lens and creates a fictitious volume inside which a three-dimensional image of said subject is visible and can be observed from several angles.
The result is a new opto-mechanical device for 15projection of images and observation in three dimensions.
The advantages of such a device are manifold and apply to different ~ - ~; n ~ s of use, including that of observation by microscopy or submicroscopy, but also for reproduction of images in true relief projected for example in rooms of 20 large audience or on appropriate individual screens and f, ~ x - or in entrance halls by simulation through this true relief.
In the d- ~ ine of microscopy, industrial d ~~ -ines are very numerous and ~ E ~ eds such as for handling 25 electronic components or for handling and studying ph ~ n, ~ 'es medical and biological.
Indeed, to date, the classic observation in microscopy or submicroscopy is done by binocular and / or on frosted screen as described above ~ dE e ~ t.
~ 30 In the first case, the magnified vision of the subjects observed may be stereoscopic with a depth of field, but without parallax nor angular dispersion, in fact allowing only one observer to both and an observation from a single angle. In the second case, the image is actually two-dimensional and without relief.
35As for observation by holography, it is monochrome and distorts natural colors.
200 ~ 86 In the present invention, large amounts can be obtained depth of field by an optimum choice of dimensions of device components and their relative positions. Furthermore the relief image produced has two vertical parallaxes and horizontal. The latter allows the observation of the magnified subject at different angles relative to the axis of the optics of projection, which angles could actually be 0 to 360 ~, apart from the only inaccessible angles due to fixings or the projection lens.
This image can be seen from a few centimeters in volume fictitious, up to several meters or tens of meters from it, depending on the dimensions of the optics making up the device, allowing direct vision without eyepieces by several people simult ~ n ~ - ~ t and from different viewing angles.
Another essential advantage is also that the image three-dimensional keeps the natural colors of the subject observed.
The device according to the invention also allows an adjustment of image clarity thanks to correction optics such as described below. The whole then constitutes a very efficient and able to adapt to different uses. For use in microscopy, the corresponding instrument is more compact, because the subjects are small and therefore costly to produce very reasonable with regard to performance, unknown until day.
The following description refers to the accompanying drawings, without no limiting character, describing an example of embodiment of a opto-mechanical device for image projection and observation in three dimensions suitable for microscopic analysis of weak subjects dimensions, but other realizations and other applications to more ~ 30 large scale and with some modifications can be considered in the context of the present invention.
Figure 1 shows a complete projection device of images according to the invention, in side view.
Figure 2 shows a schematic perspective of the device.
Figures 3A and 3B are front and sectional views of a example of a double mirror.
20 ~ 2 ~ 36 Figure 1 shows a complete projection device of images according to the invention, from an illuminated subject or object 1 by transmission from behind 14 or by reflection from any light source 13. The image of said object is then magnified through an objective 2 of any known type, composed of at least one lens converging 21 and placed in the axis M 'of the maximum illumination of object 1, which axis is called the projection or vision axis.
An optical plane of light reflection such as a double plane mirror 5 chosen here in the present description and designating below then itself or any other optical plane playing the same role, turning on itself around at best one of its axes of symmetry YY 'located in its plane, is placed in such a way that this axis intersects that of projection M 'at any angle al and at such a distance from objective 2 as image 6 projected by this on one side of said mirror is as clear as possible.
The double mirror 5 is flat and can be of any shape preferably, having an axis of symmetry, such as round or square; the constituent material may be optical glass, plastic high quality and scratch resistant, metal, graphite or any material composite. It just needs to be rigid enough to withstand - efforts due to its rotation and light so as not to burden its inertia and its entry system ~ în ~ ~ nt. Its thickness must be the thinnest possible, for example from one to two ~ very for a diameter of 12 at 15 centimeters. Its two sides are reflective, preferably silvered or aluminized or gilded according to a mirror type quality.
This double mirror 5 can be replaced in another mode of realization by a transparent block containing an optical element holographic says ~ EOH ", which block in another realization can also have its reflective faces like a mirror: this - 30 constitutes alternative embodiments of the optical reflection plane playing the same role as the double mirror.
The double mirror 5 rotates around its axis YY 'thanks to everything input system ~ in- -nt 9 such as an electric motor powered by a electrical unit 10, connected to sector 12 and controlled by a on-off switch 11.
The speed of rotation of said mirror or of any other plane optics playing the same role must be at least 20 revolutions / second 2Q ~ 2 ~ 36 (or lOOO revolutions / minute) and, pre ~ erence, greater than 50 revolutions / second (or 3OOO revolutions per minute).
Indeed, all images of real three-dimensional objects formed by large aperture optics are themselves in three dimensions (parallax and depth of field). Only the supports intended to receive these images allow or not to restore the relief.
A mirror such as that 5 in FIG. 1 can receive a image obtained 6 by focusing on the different points of the subject 1 observed on this mirror via an appropriate lens such as here 2, which is only visible under an angular opening corresponding to the diameter of the optics used.
We therefore observe virtual ~ n -nt optics virtually in this mirror and the image in relief at the same mirror.
If this mirror rotates at high speed, the projection optics disappears due to the scanning it performs in the virtual space of the mirror, and thanks to the retinal persistence of the observer 8 placed in the axis BB 'of projection AA' reflected by said mirror, it only perceives the image in relief of the object.
The speed of 50 rotations per second or 300 rotations per minute is the ini speed to avoid an unpleasant beat at observation. The direction of rotation of the optical plane or the mirror has no influence on the image obtained.
However, if this image is visible in relief by observer 8, it is fuzzy and requires correction if this one wants to see it clear. This is because the depth of field, which is weak, requires the correction of the deformations of the opening of optics 2 and anamorphoses produced by the rotation of the mirror.
The first correction may consist in that said objective 2 comprises a diaphragm 3 in the form of a slot, of at least length equal to the useful diameter of the largest converging optic of the objective, of width at best equal to a tenth of this diameter and whose median axis along its length is located in the defined plane by the axis of rotation YY 'of the optical plane or double mirror 5 and the axis M 'of said projection objective 2.
Z ~
This correction removes the blurring of image 6 and provides better depth of field.
The second correction may be that the system of projection includes a converging lens 4 for correction, diameter preferably at least equal to the largest dimension of the optical plane or double mirror 5 and placed between it and the objective projection 2, at a distance from the diaphragm-slot 3 substantially equal to the focal length of this so-called correction lens 4, such so that this distance is adjustable by any means to allow best collimate image 6.
This second correction allows a pseudo collimation of the projection lens 2 with its diaphragm-slot 3 on the rotating mirror 5, which improves the brightness of image 6, but above all, it removes anamorphoses due to the rotating mirror and the position of the latter relative to the projection lens 2.
In a preferred embodiment, in order to simplify the realization of the device in the case of an application such as microscopy, the angle al of incline ~ i ~ on of the axis M 'of said objective projection 2 relative to that of rotation YY 'of said double mirror or optical plane, is equal to approximately 45 ~, so that the axis projection and vision optics are deferred by 90 ~ approximately.
A third correction may constitute that the device comprises a lens screen 7 of the Fresnel lens type known from large opening, located between said double mirror or optical plane 5 rotary and the observer 8 and ensuring an enlargement of the image 6.
This final optic can ensure magnification for example double, rotating mirror 5 and image 6 and protects physically said mirror.
In addition, this lens screen 7 can be curved in the form of portion of cylinder concentric with the shape of the fictitious volume created by the double rotating mirror or optical plane 5.
The combination of corrective convergent optics 4 and 7 Fresnel lens type screen, gives a lenticular system having a focal length substantially equal to the distance from this lens 4 to the last lens 21 of the projection objective 2.
The position of the different optics above can be such that the distances from the lens 7 screen to the double mirror or plane 20 ~ 36 optics 5 and from this to the converging correction lens 4, are equal to each other and roughly half the focal length of this so-called correction lens 4, so that these distances are adjustable by any means to allow collimating and obtain the best image clarity 6.
All the optics used are made of material classic. Only the lens screen 7 is made of high plastic quality, for example of the scratch-resistant methacrylate type.
Figure 2 is a simplified perspective view of the device image projection as described in figure 1. This figure represents in particular the ph ~ n, ~ re optical collimation of the aperture diaphragm 3 in the vision area. The double rotating mirror 5 is shown here immobilized. Only part of image 6 of object 1 is visible through collimated image 15 of diaphragm-slot 3 for a given observer.
Thanks to the corrective convergence system 4 and the screen-Fresnel type lens 7, projection optics 2 and sound diaphragm-slit 3 are collimated in the vision space of the observer 8.
Vertical angular dispersion ~ (direction of the image collimated 15) is 15 ~ minimum, limited in fact by the dimensions clean and relative of the different optics. This corresponds to the vertical parallax of image 6.
When the double mirror or optical plane 5 is in rotation, the collimated slot 15 sweeps horizontally, for an axis of projection AA 'preferably vertical, the viewing space of the observer 8 and thus analyzes the entire three-dimensional image 6 and from different angles. Thanks to retinal persistence, relief perception is visible under an angular dispersion ~ 30 horizontal 8, perpendicular here to the plane of Figure 2, by example of 60 minimum, limited in fact by the environment ~ rt of mec ~ ni ~ o protection of the device because it could be 360 theoretical.
Figures 3A and 3b are front and sectional views of a example of a double mirror 5 described here as such and no longer like any optical plane playing the same role. To further improve qualities of the image in relief, the two faces of said double mirror 5 2 ~ 1 ~) Zl ~ 36 can be engraved perpendicular to the axis of rotation YY ', in the form of a triangular lined network 17.
FIG. 3B is a we in section CC ′ of said mirror 5 and represents an example of the type of graw re chosen 17. The grooves triangular 16 are hollowed out here at around 90 ~ and in steps of 100 to 200 microns for a mirror with a diameter of approximately 12 cm; this arrangement allows better vertical dispersion of the image when the projection optics have a small aperture. The result is then an improvement of the vertical angle ~ of observation defined in figure 2.
Networks 17 can also be holographic networks with steps of a few hundred nanometers depending on the length wave from the laser source used to make them.
The double mirror 5 therefore produces two series of images in relief by complete turn and restores the relief and the natural colors of the object without the need for an eyepiece or other elements of external visualization. The development of the image is done by displacement, by any means, of the projection optics 2 and 4 and / or by that of subject 1.
In application to microscopy or submicroscopy, the - device according to the invention is of dimensions and optical characteristics corresponding to this use, and can be integrated into a formwork giving it an appearance and presentation equivalent to those of known microscopes. The formwork and the casing of the device may be made of metal or of material high-strength plastic, or composite, or a combination of these materials.
Note that you can film, photograph or holographize sequentially using a pulsed laser or videotape the ~ 30 images from the device. We can also project later image 6 on a special screen keeping the three dimensions.
The present invention is not limited to the modes of achievements described above and which are only examples of embodiments to which variants and modifications may be made.