WO1992001239A1 - Dispositif mecanique pour observation de projections stereoscopiques - Google Patents

Dispositif mecanique pour observation de projections stereoscopiques Download PDF

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WO1992001239A1
WO1992001239A1 PCT/FR1990/000518 FR9000518W WO9201239A1 WO 1992001239 A1 WO1992001239 A1 WO 1992001239A1 FR 9000518 W FR9000518 W FR 9000518W WO 9201239 A1 WO9201239 A1 WO 9201239A1
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Francis Louis Roger Desreumaux
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Francis Louis Roger Desreumaux
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/20—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes
    • G02B30/34—Stereoscopes providing a stereoscopic pair of separated images corresponding to parallactically displaced views of the same object, e.g. 3D slide viewers
    • G02B30/35—Stereoscopes providing a stereoscopic pair of separated images corresponding to parallactically displaced views of the same object, e.g. 3D slide viewers using reflective optical elements in the optical path between the images and the observer

Definitions

  • the optics must therefore be carried and guided in the direction of a mechanical system which we will call “the arm”.
  • This arm can have various possible starting points, for example, an armchair opposite, an armrest on the side, the back of the spectator's armchair.
  • the slide (es) appears as a movable member relative to its slide (gl), and the fact of attaching the slide of an element to the slide of the previous element per ⁇ will add, in different and chosen directions, their translations.
  • the slide (gl-j) of the first element leaves the fixed point near the viewer, and that the slide of the third element (cs ⁇ ) carries the optics.
  • This figure 3 shows the principle of such a system and shows that, if an element is more or less vertical, a spring R (or a counterweight) could compensate for the effects of gravity of the part of the arm lying beyond, optics included. The union of these 3 successive elements of the arm can be done removably, to facilitate possible separation.
  • Figure 5 shows an arm which would be composed of three elements in parallelogram.
  • the segment (bc) being parallel to a direction OZ, a plateau P-
  • P2 would leave the element in parallel final logram whose plate P, moving in a direction OY, would carry the optics.
  • the first, E- j ( Figure 7 ⁇ can be composed from one of the three methods previously described; the second, E2, also operating in paral ⁇ hinged lelogram, but in two directions simultaneously, can sweep, by its mobile element, the entire surface of a spherical sector.
  • E2 may include a spring system (R ') at one of the universal joints (K-
  • such an arm element has for its fixed member the plate P-, and for its movable member, the plate P-,.
  • the element E can receive the sheath (Go) linked to the tree (Q). (Enlarged detail)
  • connection between E 1 and E 2 can be made removable at A by various types of interlocking, in order to facilitate separation: for example, the element E-
  • FIG. 9 represents a similar device for which an E-- is a simple articulated segment.
  • FIG. 10 shows a possible application, from the back of a seat located in front, of this arm device carrying and directing the system of mirrors or prisms for stereoscopic vision.
  • the spectators' movements are very likely to harm such an installation, only the first element is supposed to remain linked to the specta ⁇ key room and it can be retracted in a box (BT) fitted with a sec ⁇ tor articulated (PR) acting:

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

Le dispositif consiste en un bras mécanique comportant deux ou trois éléments coulissants ou articulés susceptibles, chacun, d'effectuer un déplacement suivant une ou même deux directions. Soit, par exemple, dans ce dernier cas, un bras comportant un premier élément E1 s'articulant au point fixe F dont une extrémité S peut se déplacer suivant une direction OZ, et auquel s'attache un second élément E2 comportant les plateaux P1 et P2 que des tiges T maintiennent parallèles, pendant que les joints de cardan K1 et K2 en assurent le maintien et l'absence de rotation relative. Des ressorts et contrepoids R,R' et CP compensent les effets de la pesanteur de l'ensemble.

Description

DISPOSITIF MECANIQUE POUR OBSERVATION DE PROJECTIONS
STEREOSCOPIQUES
Tant à l'égard de la télévision que de la cinématogra- phie, il a déjà été inventé divers procédés pour restituer le relief dont aucun, à ce jour, n'a eu d'application pratique.
Il en est pourtant un qui semblait prometteur puisque dans des conditions bien précises il restitue parfaitement le relief. Ce procédé part du principe que la vision stéréoscopi- que est donnée au cerveau par les images rétiniennes reçues par deux yeux qui, de par leur écartement, ne captent pas tout à fait la même chose et qui, convergeant vers le point observé lui permettent d'en déterminer 1' éloignemen .
De là, l'idée de projeter sur deux écrans séparés les images prises par deux objectifs d' appareils de prises de vues qui opéreraient comme le font les yeux, puis de restituer dans une même direction, lors de la lecture, à chaque oeil, l'image qui lui correspond par un jeu de prismes ou de miroirs (jeu que nous appellerons désormais "l'optique"). Comme le montre la figure 1 , fournie pour mémoire, deux voies s'ou¬ vraient alors: en A une double optique, chacune de ses parties prenant à sa charge une demi-déviation d'images; en B une sim¬ ple optique, placée devant un oeil seulement et chargée de la déviation totale. L'optique devant conserver un parallélisme constant avec elle-même (la droite intersection de ses plans de réflexion devant rester parallèle à la droite séparant les écrans de projection) et les inventeurs de ce procédé suggé¬ rant de l'attacher aux lunettes de correction de vue ou à des montures dépourvues de verres, il devenait impossible au spec¬ tateur de bouger la tête. Cela entraîne, en effet, un déplace¬ ment avec rotation de l'image observée à travers l'optique et détruit la juxtaposition souhaitée.
Or, il est possible de réaliser des systèmes mécaniques permettant de palier cet inconvénient et dont l'emploi passe inaperçu à l'utilisateur. L'optique n'est plus, dans ce cas, liée de façon rigide à une monture de lunettes mais simplement entraînée en déplacement par un doigt venant s'agrafer en un point (et en ce point articulé en toutes directions ), - soit à une monture de lunettes (Figure 2 A) , - soit à un bandeau que porterait autour de la tête le spectateur (Figure 2 B)
- cet entraînement pouvant encore être donné par une tige guidée par la main, comme celle utilisée dans les faces-à- main (Figure 2 C)
Ainsi entraînée à suivre les mouvements de la tête du spectateur, l'optique doit, des lors, être portée et guidée en direction pεir un système mécanique que nous appellerons " le bras " . Ce bras pouvant avoir divers points de départ possibles, par exemple, un fauteuil se trouvant en face, un accoudoir sur le côté, le dossier du fauteuil du spectateur..
Pour déterminer ce que doit être "le bras", considé¬ rons que tous les points d'un espace limité peuvent être at¬ teints par la somme de trois translations se faisant suivant trois directions OX, OY, OZ , non confondues, de l'espace. * Dans l'application pratique (Figure 3) ces trois translations peuvent être celles de coulisseaux se mouvant dans des glis¬ sières appropriées, sans rotation possible sur eux-mêmes, puisque "l'optique" ne doit pas pouvoir tourner, (coulisseaux et glissières de section non circulaire ou munis de clavette et rainure de clavette).
Dans un tel élément du bras (coulisseau et sa glissiè¬ re), le coulisseau (es) apparaît comme un organe mobile par rapport à sa glissière ( gl ) , et le fait d'attacher la glis¬ sière d'un élément au coulisseau de l'élément précédent per¬ mettra d'ajouter, dans des directions différentes et choisies, leurs translations. Notons que la glissière (gl-j ) du premier élément part du point fixe à proximité du spectateur, et que le coulisseau du troisième élément (cs^) porte l'optique. Cette figure 3 montre le principe d'un tel système et fait apparaître que, si un élément est plus ou moins vertical, un ressort R (ou un contrepoids) pourrait compenser les effets de la pesanteur de la partie du bras se trouvant au delà, op¬ tique comprise. L'union de ces 3 éléments successifs du bras pouvant se faire de façon amovible, pour en faciliter la sé¬ paration éventuelle.
Les coulissements , si bons soient-ils, entraînant des frictions, il paraît plus judicieux de remplacer certains, au moins, des éléments ainsi conçus, par des systèmes en pa- rallélogrammes articulés (Figure 4). En effet, si ur. segment (bc) d'un tel parallélogramme articulé en ses sommets, est considéré comme fixe et joue le rôle de la glissière, le côté opposé (ad) peut se déplacer en restant toujours parallèle à (bc) et rendre le même service que le coulisseau. De tels dé¬ placements ne seraient pas des translations pures, au sens mathématique du terme, comme dans le premier cas, mais en l'occurrence cela ne gênerait pas, les autres éléments compo¬ sant le bras pouvant compenser les effets involontairement induits.
La figure 5 fait apparaître un bras qui serait composé de trois éléments en parallélogramme. Le segment (bc) étant parallèle à une direction OZ, un plateau P-| fixé à (ad) peut, à son tour, et suivant ce même principe, être le point de dé¬ part du déplacement d'un segment (a'd'), portant un plateau Po parallèlement à une direction OX. Enfin, de P2 partirait l'é¬ lément en parall logramme final dont le plateau P , se dépla¬ çant suivant une direction OY, porterait l'optique.
Toutefois, il est possible d'utiliser comme éléments du bras, de simples segments rigides, articulés autour d'axes parallèles à la droite intersection des plans de réflexion de l'optique. La figure 6 montre l'emploi de deux tels éléments (u) et (V) , articulés, le premier en J, le second en J' . Le basculement de l'optique qu'il entraîne, lors de certains mou¬ vements de l'utilisateur, est une exception à l'impossibilité de rotations pour cette optique. Le troisième élément du bras peut, alors, être fait du système à coulisseau ou en parallé¬ logramme.
Si un bras, comportant ce type d'élément (deux au plus), limite les mouvements permis au spectateur, car l'image peut ne plus entrer entièrement dans l'optique, il a l'avanta¬ ge de la simplicité.
Plus judicieux encore est de composer le bras, non plus de trois éléments mais de deux, dont l'ordre peut être interverti, et définis comme suit : le premier, E-j (Figure 7^ peut être composé à partir de l'un des trois procédés précé¬ demment décrits; le second, E2 , fonctionnant aussi en paral¬ lélogramme articulé,mais suivant deux directions simultanément, pourra balayer, par son élément mobile, toute la surface d'un secteur sphérique. Considérons donc, sur cette figure 7, un plateau P-| porté par un premier élément E-| ; réunissons ce pla¬ teau par au minimum 3 tiges T, de même longeur, non alignées ; parallèles entr' elles, à un second plateau P • Quelle que soit l'inclinaison des tiges T, Po restera parallèle à P-| .
L'adjonction (Figure δ) des joints de cardan (K-| ) et (K2) et de l'axe (Q) qui les relie, maintiendra ces deux pla¬ teaux en contact avec les tiges, tout en les empêchant de tourner suivant les flèches (f) et (f ), l'un par rapport à l'autre. Donc si P1 ne peut pas tourner de par sa liaison a- vec (S), (un segment tel que (ad)), P„ ne le fera pas non plus. Si l'on considère fixe le centre d'articulation ( -j ) du cardan (K-j ) , celui (k2) du cardan (K ) pourra balayer tout un secteur de la sphère de centre (k-| ) et de rayon (k-|k2). En choisissant convenablement la longueur de l'élément E-j et celle des tiges de celui en double parallélogramme E9 > il est possible de balayer tout l'espace nécessaire aux déplacements de la tête du spectateur. En outre, un tel bras peut compor¬ ter le contrepoids (CP) ou le ressort (R) (OU une composante de ces deux moyens), pour compenser sa propre pesanteur et celle de la partie optique. De même E2 peut comporter un sys¬ tème de ressort (R' ) au niveau de l'un des joints de cardan (K-| ) ou (K2) (ou des deux) pour compenser le couple dû à la pesanteur, dès qu'il quitte la position d'équilibre instable. (Voir détail agrandi de la figure 8) .
Ainsi conçu, un tel élément de bras a pour organe fixe le plateau P-, et pour organe mobile, le plateau P-, .
Il faut mentionner une variante possible de la consti¬ tution de cet élément. Considérons que le jeu d'organes : cardan (K1 ) , plus axe (Q) , plus cardan (K^), joue aussi le rôle de la tige (T) dans le maintien à une distance constan¬ te de deux points correspondants ,( tels que (k-, ) et (k2)) des plateaux (P-j ) et (P2)- Dans ces conditions, il est possible de substituer tout ou partie des tiges (T) par de tels jeux installés, comme ces dernières à la périphérie des plateaux; le jeu central n'ayant alors plus de raison d'exister.
On voit sur 3a figure 8 : - que l'élément E-j peut recevoir un fourreau (G-| ) , lié à l'un ou l'autre de ses segments 1 es plus longs, jouant un rôle protecteur et esthétique.
- que pour les mêmes motifs, l'élément E peut recevoir le fourreau (Go) lié à l'arbre (Q) . (Détail agrandi)
- enfin, que la liaison entre E1 et E2 peut être rendue amovible en A par divers types d'emboîtements, afin d'en faciliter la séparation : par exemple, l'élément E-| pouvant être attaché à la salle de spectacle, l'au¬ tre, être la propriété du spectateur.
La figure 9 représente un dispositif similaire pour le¬ quel E-- est un simple segment articulé.
La figure 10 montre une application possible, à partir du dossier d'un siège situé devant, de ce dispositif de bras portant et dirigeant le système de miroirs ou de prismes pour vision stéréoscopique. Les déplacements des spectateurs ris¬ quant fort de porter atteinte à une telle installation, seul le premier élément est supposé rester lié à la salle de specta¬ cle et il peut s'escamoter dans un boîtier (BT) muni d'un sec¬ teur articulé (PR) agissant :
- en position verticale, pour protéger l'élément des dé¬ placements des spectateurs
- en position horizontale, comme protection vis à vis des mouvements de son utilisateur.

Claims

REVENDICATIONS
1 ) La présente demande de brevet concerne l'adjonction ε.u système de miroirs ou de prismes destiné à la juxtaposition des images d'un couple stereoscopique projetées sur des écrans séparés, d'un dispositif appelé "bras mécanique" dont le but est de soutenir et de diriger, dans une direction constante, un tel système.
Ce bras est caractérisé en ce qu'il comporte trois élé¬ ments (Figures 3, 5 et 6), dont chacun a un organe mobile pou¬ vant effectuer des déplacements suivant l'une de trois direc¬ tions distinctes et choisies de l'espace, sans rotation possi¬ ble sur lui-même, et un organe fixe imposant cette direction.
Le premier élément a son organe fixe lié en un point de l'environnement de l'utilisateur; l'organe mobile du dernier élément porte le système optique ci-dessus. Ces éléments étant liés entre eux de manière à permettre à l'organe mobile final de cumuler dans l'espace les déplacements des organes mobiles précédents .
2) Bras mécanique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les éléments sont composés de coulisseaux (organes mobiles :(cs-j), (CS2), (cs^j) de la figure 3) se mouvant sans rotation possible sur eux-mêmes, dans des glissières (organes fixes : (gl-|), (gl2)ι ( ël -, ) de la figure 3).
3) Bras mécanique selon la revendication 1 caractérisé en ce que les éléments sont composés de systèmes en parallélo¬ grammes articulés (Figure k ) , dans lesquels un côté étant di¬ rigé suivant une direction donnée (organe fixe (bc)), le côté opposé (organe mobile (ad)) peut effectuer des déplacements en restant parallèle à la direction (bc). h ) Bras mécanique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'un des trois éléments est constitué d'un simple seg¬ ment rigide (organe mobile), pivotant autour d'un axe (organe fixe) parallèle à la droite séparant les deux écrans. (Par exemple, élément U d.e la figure 6). Les deux autres étant faits, indistinctement, à l'aide de systèmes vus aux revendi¬ cations 2 et 3.
5) Bras mécanique selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte deux éléments constitués de segments rigides pivotant autour d'axes parallèles à la droite séparant les deux écrans; le dernier élément appartenant aux systèmes des revendications 2 et 3 (par exemple éléments U et V de la fi¬ gure 6) .
6) Bras mécanique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que deux des trois éléments nécessaires, faits de sys¬ tèmes en parallélogrammes articulés, sont confondus en un élé¬ ment double susceptible d' offrir^simultanément , des déplace¬ ments suivant deux directions de l'espace. Cet élément compor¬ te pour cela (Figure 7) un plateau P^ (organe fixe), un pla¬ teau P2 (organe doublement mobile) maintenus parallèles entre eux grâce à un minimum de trois tiges T de même longueur. Ces deux plateaux ne pouvant tourner l'un par rapport à l'autre, grâce à l'adjonction d'un jeu de joints de cardan (K-* ) et (K2) et d'un axe (Q) les unissant (Figure 8). Le dernier élément pouvant être l'un quelconque de ceux composant les revendica¬ tions 2, 3 et 4.
7) Bras mécanique selon la revendication 1 et la revendi¬ cation 6, où tout ou partie des tiges T sont remplacées par des jeux de joints de cardan, tels que (K-j ) et (K2) et leur axe (Q).
8) Bras mécanique selon la revendication 1 , comportant in¬ distinctement et dans n'importe quel ordre, des éléments figu¬ rant aux revendications 2 à 7.
9) Bras mécanique selon toutes les revendications précé¬ dentes, caractérisé en ce qu'il comporte dans ses éléments des systèmes de contre-poids (CP) et de ressorts (R) et (R'), susceptibles de compenser les effets de la pesanteur (Figures 8 et 9) .
10) Bras mécanique selon toutes les revendications précé¬ dentes, caractérisé en ce que les divers éléments sont asso¬ ciés entre eux par des liaisons amovibles type mâle-femelle, ne permettant pas la rotation, pour en faciliter la sépara¬ tion (liaison A, figure 8).
11 ) Bras mécanique selon toutes les revendications précé¬ dentes , caractérisé en ce que ses divers éléments reçoivent des gaines protectrices ((G-,) et (G2), figure 8).
12) Bras mécanique selon toutes les revendications précé- dentés, caractérisé en ce que le système de miroirs ou de prismes, ainsi porté et dirigé, devra accompagner les mouve¬ ments de la tête de l'utilisateur, grâce à un doigt venant l'unir en υn point, formant articulation, le liant à ces mou¬ vements. ( A, B, C, figure 2)
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