Procédé de formation d'une représentation à trois dimensions d'un objet à trois dimensions et appareil pour la mise en aeuvre de ce procédé L'invention concerne un procédé et un appareil permettant de reproduire photographiquement ou autrement des séries .de coupes ou de couches d'un objet, en une ou plusieurs opérations, et les présenter dans leur ordre naturel et avec leur orientation respec tive sous forme d'image complexe à trois dimensions.
L'expression photographique englobe dans le cas particulier tous les systèmes sensibles à la lumière, par exemple les systèmes magnétiques et électroniques d'enregistrement d'images fixes et animées, etc.... et par photographie on entend le produit d'un tel enre gistrement. Le mot coupe est appliqué en général à des échantillons géométriquement plans (obtenus par exemple avec un microtome) ou à des reproductions de ceux-ci, ainsi qu'à des enregistrements photomicrogra- phiques, radiographiques, ultrasoniques, etc.. . de cou ches minces obtenues par mise au point à l'intérieur d'échantillons non coupés.
(Dans la microscopie à fort grossissement, en particulier la microscopie optique, on ne peut observer à la fois que des couches très minces à l'intérieur d'un échantillon, du fait de la profondeur de champ extrêmement faible existant aux forts gros sissements; de même, en radiographie, le procédé connu dénommé tomographie fournit des reproduc tions de couches successives intérieures d'un organisme vivant dont la structure est tout à fait comparable à celle des photomicrographies de couches).
Le terme coupe est appliqué également à des dessins ou d'autres représentations graphiques de couches trans versales d'objets réels ou imaginaires, à des éléments de séries se succèdent dans le temps (cinématographie, images d'écran de tube cathodiques etc<B>...</B> ) à des éléments de fonctions à trois variables telles que celles qu'on peut .obtenir à l'aide de calculatrices et, en général, à des composants à deux variables d'objets tri dimensionnels. Pour simplifier, l'invention sera décrite par rapport à des objets solides réels.
On sait qu'après avoir .obtenu une coupe d'un échantillon par exemple dans les études biologiques ou anatomiques, les chercheurs se heurtent souvent à des difficultés, lorsqu'ils examinent les coupes séparément, pour faire apparaitre en trois dimensiosn la relation spatiale entre les détails de structure. Dans ce cas, le chercheur est amené à replacer d'une certaine manière les coupes dans leur ordre naturel dans l'espace. On peut obtenir ce résultat de manière abstraite par le calcul, ou concrète par superposition ou empilement géométrique ou physique de ces coupes elles-mêmes ou de leurs images ou reproductions.
Un certain nombre de procédés ont été mis au point pour la superposition physique d'agrandissements photographiques ou de dessins de coupes sur des pla ques de matière plastique, de verre ou de cire, etc.. . Ces procédés sont fastidieux, longs (durent des semaines ou des mois) et les résultats sont en général décevants: les coupes sont trop ou trop peu nom breuses; lorsqu'elles sont trop peu nombreuses, l'inter polation est difficile et incertaine; si l'on augmente leur nombre, l'accumulation de nombreuses coupes gêne l'observation des ensembles directe, en raison de la densité de l'empilement ou de la réfraction au sein de la matière, la visibilité en étant réduite et les détails intérieurs de structure étant déformés.
La superposition optique ne présente pas les mêmes inconvénients et l'on a proposé des appareils de superposition optique en microscopie. Dans ces der niers appareils, on fait vibrer l'objectif à une fréquence et une amplitude telles que la succession obtenue d'images aériennes des couches successivement mises au point est projetée sur un petit écran qui vibre égale ment. Les phases des vibrations respectives de l'ob jectif et de l'écran sont réglées de manière que l'écran se déplace en synchronisme avec l'objectif, mais à plus grande amplitude. On forme ainsi une image volu mique aux contours brouillés de l'échantillon dans l'es pace balayé par l'écran mobile.
Ce procédé offre de sérieuses difficultés, telles que- contraste insuffisant et tâches lumineuses résultant de l'agrandissement et de la brillance du fond, ainsi qu'une diffusion considé rable de lumière provoquée par l'épaisseur relative ment importante de l'échantillon, tous ces facteurs réduisant considérablement la qualité de l'image com plexe.
On peut par exemple établir tout d'abord des pho tographies à deux dimensions de coupes successives d'un objet tridimensionnel, ces photographies étant ensuite placées dans un appareil destiné à les présenter de manière coordonnée. On peut utiliser un certain nombre de formes de réalisation de l'appareil, chacune ayant cependant les éléments ci-après en commun: un système optique constitué par des lentilles prismes miroirs, etc... et définissant un trajet optique, plu sieurs photographies à deux dimensions placées en tra vers du trajet optique et une source lumineuse destinée à éclairer chaque photographie centrée sur le trajet optique.
Les photographies éclairées peuvent être mon tées sur un support d'examen direct convenable, mais il est préférable de projeter leurs images sur un écran. L'écran de projection peut être transparent ou diffu sant, à condition qu'il permette à la lumière de tra verser pour éclairer la photographie qui peut elle- même être diffusante ou transparente. De préférence, la surface de l'écran doit être déplacée suivant des directions prédéterminées le long du trajet optique, par exemple vers l'avant et l'arrière. Certaines des formes de réalisation diffèrent des autres par les dispositifs produisant ce mouvement.
Dans une forme d'exécution préférées des projec tions des images à examiner, par exemple, des coupes photographiques à examiner, sont animées d'un mou vement synchrone de celui de l'écran, si bien que la photographie d'une section extrême est présentée sur la surface de l'écran à une extrémité de sa course et la photographie de l'autre coupe extrême est présentée sur l'écran à l'autre extrémité de sa course, les photo graphies des coupes intermédiaires étant présentées sur l'écran à des emplacements de celui-ci compris entre les deux extrémités de sa course.
Les photographies utilisées peuvent être constituées par das images fixes séparées à deux dimensions d'un objet à trois dimen sions, par exemple un échantillon biologique, et sont prises lorsqu'il est dissecté couche par couche. Chaque photographie isolée est la reproduction d'une coupe distincte, de préférence plane, de l'objet. On expliquera plus en détail ci-après que les photographies sont montées de préférence sur un support, de manière que les photographies successives soient des reproduc tions des couches successives de l'objet.
Il est bien entendu qu'une bande de pellicule cinématographique peut être substituée à des photographies isolées fixées sur le support et qu'on peut utiliser un appareil de pro jection pour les projeter successivement sur l'écran. Le frottement mécanique et autres fatigues qui peuvent exister lorsqu'on utilise une bande de film sont prati quement éliminés par exemple en fixant rigidement la pellicule sur la surface intérieure ou extérieure d'un tambour tournant transparent.
De même, si la pellicule est longue, elle peut être maintenue sur une bande souple transparente comportant des trous pour roue dentée ou des arêtes destinées à engrener avec des roues dentées.
On peut utiliser un tube à éclairs électroniques multiples pour réaliser la projection à haute fréquence par exemple dans certaines réalisations atteignant environ 1200 (ou plus) éclairs lumineux par seconde. Pour obtenir des plus résultats optimaux, la durée des impulsions lumineuses doit être suffisamment courte pour immobiliser optiquement en pratique chaque image successive, par exemple une microseconde. La série de trous de la pellicule pour roues dentées, ou des repères sur cette pellicule, peuvent être employés .pour déclencher en synchronisme le tube à éclairs.
Dans une forme d'exécution particulière de l'appa reil selon l'invention, les images sont présentées ou pro jetées dans l'ordre sur un écran ayant une surface suffi- samment diffusante pour permettre l'observation même sous des incidences rasantes sans perte de luminosité excessive. L'écran comporte une surface qui est animée d'un mouvement
périodique alternatif le long du trajet optique. Ce mouvement d'exploration ou de balayage de la surface de l'écran est synchronisé avec les projec tions successives et l'amplitude du balayage, c'est-à- dire du déplacement périodique de l'écran, est telle que les images photographiques successives apparaissent sur la surface de l'écran en des positions successives de celui-ci, les images photographiques étant par consé quent placées régulièrement dans l'espace sur ladite surface dans l'ordre suivant lequel les coupes photo graphiques ont été photographiées.
Si l'on répète ce cycle à une fréquence suffisante, chaque image est perçue de manière continue et les projections succes sives apparaissent comme un ensemble continu tridi mensionnel, dont les couches constitutives (les coupes séparées) apparaissent simultanément dans leur ordre et leur espacement naturel. Pour obtenir des résultats optimaux, chaque image est projetée au moins 12 fois par seconde (de préférence au moins 30 fois par seconde). On observe au-dessous de ces fréquences un scintillement plus ou moins notable, fonction de l'éclai rement et de la nature des images et pouvant empêcher l'observation satisfaisante de l'image.
Le déplacement alternatif de l'écran sur un trajet optique peut être réalisé de diverses manières. Dans une forme de réalisation, on obtient ce résultat en don nant par exemple à l'écran la forme d'une roue en spi rale constituée par un cylindre modifié tournant autour d'un axe situé à l'intérieur de celui-ci.
La distance entre l'axe de rotation et la périphérie de la roue aug mente uniformément d'un minimum à un maximum et produit effectivement le mouvement voulu alternatif; la partie de la surface latérale de l'écran à distance maxi male de l'axe est, dans cette forme de réalisation, voi sine de la partie à distance minimale et décalée d'en viron 360 dans le sens de la rotation, Il existe une discontinuité marquée entre la partie à distance maxi male et celle à distance minimale dans le sens de la rotation, la dimension dans le sens radial de cette dis continuité étant au moins égale à la hauteur ou troi sième dimension (ou coordonnée Z) de l'image à former.
Dans diverses réalisations avantageuses, la sur face de la roue est en matière plastique ou en verre dépoli et constitue un écran de projection.
Si l'on utilise comme écran une roue de projection en spirale les images des photographies successives à la surface de cet écran sont formées sur des surfaces incurvées en chevauchement mutuel et placées respec tivement de plus en plus loin de l'axe de rotation (ou de plus en plus près, suivant le sens de la rotation), chaque élément de surface orienté dans le sens axial de l'écran étant à une distance de l'axe de rotation qui est différente des distances de tous les autres éléments de surface de l'écran orientés dans le même sens. Ceci a pour conséquence une illusion optique suivant laquelle les images à deux dimensions des photographies sont situées dans l'espace, les unes au-dessus des autres dans leur relation originelle et naturelle.
La courbure de la roue servant d'écran est en général peu gênante, à condition que le rapport du rayon vecteur moyen à la largeur de l'image soit maintenu suffisamment grand.
Dans d'autres formes de réalisation, la surface de l'écran peut en variante avoir la form d'une spirale multiple au lieu de celle d'une spirale simple. De toute manière, le critère est la réalisation d'un écran destiné à réaliser un mouvement uniforme alternatif le long du trajet optique et il peut par conséquent avoir une forme d'hélice, d'un écran plat animé d'un mouvement alternatif, ou toute autre forme permettant son dépla cement alternatif.
On remarque qu'on peut par exemple employer pour chaque rotation ou cycle complets de l'écran deux spirales orientées en sens inverses sur une même roue; on projette alors deux séries complètes de photo graphies et celles-ci doivent être placées sur le tambour de la pellicule de manière qu'elles coïncident de façon précise avec le solide créé dans le temps et l'espace, c'est-à-dire que les photographies d'une bande doivent être disposées dans l'ordre inverse de celles de l'autre bande, bien qu'on n'utilise dans la même orientation qu'une alternance de l'écran, c'est-à-dire une seule de ces spirales.
Lorsque l'écran de projection est en forme d'hé lice, il peut être placé autour d'un axe de rotation de manière que chaque élément de sa surface orienté radialement soit sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation. Le trajet optique, tout au moins la partie de celui-ci coupant l'écran, peut être sensiblement parallèle à l'axe de rotation. L'hélice s'étend de préférence sur environ 360 autour de l'axe, ses deux extrémités étant situées le long de l'axe à une distance sensiblement égale à la hauteur de l'image à obtenir. En conséquence, la projection de coupes photographi ques successives sur des portions appropriées et en chevauchement de l'hélice fournit l'illusion d'une image en relief dans l'espace, selon les principes appli qués dans le cas de l'écran en spirale.
On peut utiliser des hélices multiples.
Comme on l'a indiqué ci-dessus, l'écran de projec tion peut également être plan et être animé d'un mou vement alternatif avec une course ou une fréquence en corrélation avec la cadence de projection des coupes photographiques sur le trajet optique. Dans la présente forme de réalisation, chaque coupe photographique ou image est centrée sur un trajet optique et un faisceau de lumière stroboscopique est projeté à travers la coupe photographique et sur l'écran qui est animé d'un mouvement alternatif perpendiculaire à son plan d'orientation et parallèle au trajet optique. Si la vitesse de déplacement en mouvement alternatif de l'écran est synchronisée avec la vitesse de déplacement des coupes photographiques, on obtient ainsi l'illusion d'une image en relief immobile dans l'espace.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la des cription détaillée qui va suivre, donnée à titre d'exemple, de plusieurs formes d'exécution particu lières permettant la mise en oeuvre du procédé reven diqué, en regard du dessin annexé, dans lequel: la fig. 1 est une vue- schématique en perspective d'une partie d'une première forme d'exécution donnant une image tridimensionnelle, reconstituée à partir de coupes d'un échantillon solide; la fig.2 est une vue schématique en perspective d'une forme de réalisation; la fig. 3 est une vue schématique en perspective d'une autre forme de réalisation;
la fig. 4 est une vue en plan d'une partie d'une pel licule perforée utilisable dans une forme d'exécution et donnant une partie d'une série de reproductions de coupes d'un échantillon; la fig.5 est une vue en plan d'une autre forme d'exécution; la fig.6 est une coupe longitudinale de l'appareil de la fig. 5 suivant la ligne 6-6; la fig. 7 est une coupe transversale de l'appareil de la fig. 5 suivant la ligne 7-7; la fig. 8 est une coupe suivant la ligne 8-8 de la fig. 5, vue de l'emplacement de l'utilisateur de l'appa reil;
la fig. 9 est une coupe de détail suivant la ligne 9-9 de la fig. 5; et, la fig. 10 est une coupe de détail suivant la ligne 10-10 de la fig. 5.
Dans les formes d'exécution décrites ci-après, l'in formation bidimensionnelle est présentée de manière à apparaître avec un caractère tridimensionnel. L'infor mation introduite dans l'appareil est sous forme de fonctions X-Y qui sont ensuite orientées le long d'un axe Z. On entend par fonctions X-Y des éléments d'informations bidimensionnels qui sont définis par leurs coordonnées X et Y dans un plan. Ces fonctions X-Y doivent être considérées comme orientées le long d'un axe des Z commun.
L'ensemble des images conte nant l'information est ensuite présenté de telle sorte que les axes X, Y et Z (et les plans correspondants X-Y, Y-Z et X-Z) apparaissent sensiblement dans leur position initiale relativement les unes aux autres.
La fig. 1 représente schématiquement une image en relief d'un objet à trois dimensions tel que la voit un observateur utilisant une forme d'exécution de l'appa reil selon l'invention. L'appareil 10 est constitué en partie par une fenêtre transparente 12, maintenue dans un cadre 14. Cette figure représente une image en relief 16 constituée par un grand nombre d'images à deux dimensions 18A à 18T reproduisant des coupes d'un échantillon, par exemple un oeuf. Ces images sont alignées et superposées. Chaque image est produite par une photographie transparente d'une couche de l'objet à trois dimensions. L'image 18A est une reproduction de la couche inférieure de l'échantillon, l'image 18B celle de la couche immédiatement au-dessus, etc... l'image 18T étant l'image reproduisant la couche la plus haute de l'échantillon.
La fig. 2 représente schématiquement une forme de réalisation d'un appareil produisant des images en relief dans lequel des photographies sont montées sur la surface d'un écran constitué par une roue en spirale transparente et sont examinées directement. L'appareil 20 comporte une lampe 22 reliée à une source exté rieure de courant électrique non représentée. Un miroir 24 renvoie la lumière à travers des lentilles 26, 28 qui collimatent la lumière sur un trajet optique 30 à tra vers une fenêtre 31.
Un objectif de projection 32 cons titué par des lentilles 34 et 36, associé à in diaphragme 35 concentre la lumière provenant de la fenêtre 31 de manière que la -lumière. traversant cette: dernière; - après réflexion par un miroir 38, tombe sur une partie prédéterminée d'une roue en spirale 40. La roue 40 peut être entraînée en rotation autour d'un, axe 44 par un dispositif connu non représenté. Plusieurs- photogra phies à deux dimensions 42A à 42T :sont fixées sur -la surface de la roue 40. Le faisceau de. lumière délimité, arrivant sur la surface de la. roue en spirale 40, éclaire sélectivement et tour à tour chaque photographie.
En fonctionnement, la lampe 22 est agencée: de façon à émettre des éclairs à intervalles prédéterminés, de manière qu'une des photographies (42A à 42T soit centrée par rapport au trajet optique à l'instant de l'éclair.
On fait tourner la roue dans le sens de la flèche représentée sur la figure et chacune des photographies successives est éclairée pendant un court instant par les éclairs émis par la lampe. L'axe de rotation 44 de la roue est fixe. La distance entre l'axe de rotation 44 et chaque reproduction successive 42A à 42T augmente légèrement. Ainsi chaque photographie donne une image légèrement au-dessus de la précédente dans le sens de la rotation et une rotation complète de la roue 40 a pour conséquence la production d'une image à trois dimensions 16. Le gradin ou discontinuité 46 de la roue marque le début et la fin d'un cycle.
Les images doivent-être suffisamment grandes pour trans mettre l'information recherchée par examen direct et la surface de la roue ou le support de la pellicule doivent comporter un milieu transparent diffusant.
Cette disposition présente l'avantage d'une réalisa tion simple et de permettre la vision directe des photo graphies, dont tous les détails sont conservés. Dans cette forme de réalisation, les dimensions dei l'image. en relief sont directement liées à celles de ses composants constitués par la série de photographies.
La fig. 3 représente schématiquement une variante de réalisation. Dans. l'appareil 50, la lumière- émise par une lampe 52 est réfléchie par un miroir 54 sur un trajet optique 56 et traverse les lentilles 58 et 60 d'un condensateur optique. La lumière passe par une fenêtre 62 et est renvoyée par un miroir 64 à travers un objectif de projection 66.
La lumière peut être renvoyée par une série de miroirs 70, 72, 74 selon les besoins et suivant la confi guration particulière de l'appareil. La lumière frappe ensuite la surface d'un écran 76 constitué par une roue en spirale en plusieurs tronçons 78, - 80, 82 et 84, chacun de ceux-ci étant recouvert d'une matière trans lucide, étant identique aux autres et étant compris entre un point bas 86 à la base d'un gradin 88 et un point haut 90 à la partie supérieure du gradin suivant.
Un tambour circulaire :92 est- placé sur le chemin optique, par exemple entre la fenêtre 62 et le miroir 64, comme indiqué sur la figure et sa surface supporte plusieurs photographies transparentes 94A à 94T de coupes d'un objet.
Les images des photographies successives 94A à 94T sont projetées et superposées sur l'écran .tournant constitué par la roue en spirale 76. La lampe à éclair 52 est montée de façon à émettre- des .éclairs successifs quand les photographies successives 94A à 94T sont centrées sur le trajet optique 56.
Dans toutes ces formes de réalisation, les mouvements de l'écran et du tambour sont synchronisés de façon que les reproduc tions des parties inférieures de l'objet soient projetées sur la partie de l'écran la-moins éloignée de l'axe, les reproductions-:des-coupes-les plus- hautes. -sur la- partie la -plus éloignée de l'axe, les:
autres sections étant res pectivement - réparties entre celles-ci. - Le - tambour et l'écran tournent à grande vitesse. La lumière-qui tra verse chaque :image est projetée- sur l'écran formant -une série d'images qui apparaissent sous forme-d'un empilement à trois- dimensions'<B>-</B>Lorsque la roue 76 ser vant -d'écran tourne, il- est évident:
que sa surface .en spirales semble- constamment -monter (ou constamment descendre), suivant le sens de la rotation et par consé quent que la série =d'images =projetées est déplacée continuellement -dans le même.sens;
toute-série-com- plète d'images d'un objet à trois -dimensions coïncide avec une-rotation complète du tambour et les images projetées par les éclairs de lumière- sont successivement immobilisées sur la roue écran: à ries niveaux successifs =croissants ou décroissants. On crée .ainsi l'illusion- d'un objet en relief susceptible d'être vu en entier.
Un certain nombre d'espaces 96 -du tambour sont obscurcis de façon à empêcher toute -projection de lumière sur l'écran 76. Les espaces obscurcis 96 sont disposés sur le -tambour 92 -de façon à empêcher toute projection de lumière sur -l'écran en spirale. quand ce dernier passe de son point haut -90-à son point bas 86, étant admis que l'écran tourne dans: la direction indi quée sur la fig. 3.
Si l'on réalise des projections utilisa bles- pendant ce passage, l'image _ 16 en relief résultante est scindée en -deux parties, une partie de chaque coupe étant- projetée sur. l'extrémité- basse -d'une- spirale et l'autre partie sur l'extrémité- haute de la spirale sui vante. Dans une forme préférée de réalisation 75 0/a de la surface- du tambour. peuvent être recouverts de pho tographies utilisables et environ 25 % obscurcis.
Dans les rares cas -où- une certaine ambiguïté peut résulter -de la courbure de l'écran 16, du fait de la structure particulière de certains sujets, l'appareil de _ projection peut être muni d'un - prisme tronqué 68 placé sur le trajet optique. -Ce prisme tronqué 68-pro- voque une rotation . de l'image - à - trois dimensions autour de l'axe de projection, -de façon à modifier effectivement la direction suivant laquelle la courbure -de la roue déforme l'image, afin d'éliminer pratique ment cette - distorsion de certaines sections transver sales.
Cette- rotation :est-également utile- pour l'enregistre ment photographique ou cinématographique ou - pour des démonstrations devant des groupes. De même, elle -facilite l'examen . de - l'image en relief --par l'opérateur sans -qu'il ait. à -se :déplacer.
-Comme l'indique -la- fig.: 3, l'écran - peut être - cons titué par plusieurs spirales, si- bien -que- plusieurs -cycles d'une image en relief -peuvent _. apparaitre sur l'écran -pour chaque rotation- complète de ce .dernier. Dans---une -telle forme de réalisation, présentant l'avantage de réduire le bruit et les vibrations au minimum, la- cour <B>-</B>bure -de la surface:
de l'écran peut de préférence= être la résultante de la- présence -de:deux ou-plusieurs (on en a représenté -quatre - sur -la -figure) tronçons de spirale identiques - et identiquement orientés; la vitesse de l'écran -est, alors synchronisée de façon _à -être un sous multiple de la vitesse -de rotation -du tambour porte- pellicule, vitesse qui est fonction du nombre de tron çons de spirale.
Cette forme conduit-à un tambour bien équilibré naturellement, qui tourne à -une vitesse relati vement réduite, ce- qui entraîne la réduction recherchée -de-bruit, vibrations, usure, etc.Le nombre de tronçons de spirale -.choisi en fin - de compte dépend - du degré admissible de courbure des surfaces utilisées pour la synthèse et de la hauteur de cette synthèse, qui diminue lorsqu'on augmente le nombre de tronçons, nombre qui est lui-même une fonction du degré de courbure.
Une série possible .de paramètres est constituée par une bande de pellicule de 16 mm comportant 60 à 70 photographies, montée sur un tambour transparent de 11,43 cm de rayon. Cet écran est constitué par quatre tronçons de spirale ayant une largeur utile de 12,7 cm et un rayon vecteur compris entre 22,86 et 30,48 cm. L'image projetée mesure environ 76X102 mm et le relief a environ 5 cm de hauteur.
La vitesse de rotation du tambour pour pellicule peut n'être que de 1200 t/mn. Cette vitesse de rotation correspond à 20 séquences/seconde, chaque séquence correspondant à la traversée d'un des tronçons de spi rale par la lumière projetée pendant chaque séquence et correspondant aussi par conséquent à la formation complète de l'image à trois dimensions qui peut com porter, pour le diamètre indiqué du tambour à pellicule environ 60 photographies correspondant à une période spatiale de 12 coupes/cm et une fréquence des éclairs de 1200 hertz (20X.60), chaque durée de la crête de l'éclair étant de l'ordre d'une microseconde.
On a observé qu'une lampe à éclairs peu encombrante au xénon, par exemple celle fabriquée par la Compagnie Hanovia et portant le no DL-5022-100, assure un éclairage suffisant pour une image à trois dimensions reconstituée de 102 mm de longueur et de 76 mm de largeur susceptible d'être examinée convenablement avec un éclairement voisin de celui de la lumière diurne dans une lumière ambiante atténuée. L'écran en forme de roue à quatre spirales tourne à une vitesse égale au quart de celle du tambour à pellicule, soit 300 t/mn.
Le déclenchement de l'éclair de la lampe 52 peut être réalisé en faisant passer la lumière provenant d'une lampe excitatrice 98 à travers un trou de repé rage 100 de la surface du tambour à pellicule 92 pour aboutir à un récepteur photoélectrique qui transforme l'impulsion de lumière en impulsion électrique trans mise par la ligne 114 à un amplificateur de signal 106 et de là à une source d'alimentation haute tension 108 provoquant l'émission d'un éclair par la lampe.
Des éclairs intenses de lumière blanche peuvent être engendrés par les décharges gazeuses de la lampe stroboscopique 52 qui peut être un tube rempli de xénon.
Pour l'emploi efficace d'un tel dispositif de déclen chement, la surface comprise entre les trous de repé rage doit être de préférence opaque. Si une bande de pellicule cinématographique est utilisée comme série de photographies sur le tambour 92 à pellicule, on peut utiliser les perforations pour roues dentées pour la réa lisation des impulsions lumineuses.
Les photographies 94A à 94T et la fenêtre 62 représentées sont placées à une certaine distance, mais il est entendu qu'elles peuvent être relativement pro ches de façon à obtenir une image nette sur la surface 75 à l'aide de l'objectif 66.
Pour obtenir des résultats otpimaux, l'objectif 66 doit avoir une profondeur de champ et de foyer consi dérable. Dans ce but, cet objectif a de préférence une ouverture relativement faible afin de donner la certi tude que chaque coupe photographique projetée et tombant sur la surface de -l'écran pendant le déplace- ment alternatif effectif de celui-ci soit mise au point de façon à donner une vision relativement nette de l'image en relief.
La fig. 4 représente les positions relatives des pho tographies sur un support. Le support 110 peut être une bande de pellicule comportant les photographies successives à deux dimensions 112A à 112F corres pondant à des coupes successives de l'objet à repro duire sous forme d'image en relief. Le support 110 présente des trous de repérage 114 qui servent, comme indiqué ci-dessus, à déclencher les impulsions de la lampe à éclairs. La surface comprise entre les trous est de préférence exposée à la lumière et développée à une densité élevée de façon à atteindre une opacité et un contraste maximaux relativement aux trous.
Bien que la fig. 4 représente une bande de pellicule, il est bien entendu que le support peut être de verre ou matière plastique transparents sur lesquels on a monté les photographies successives par des procédés connus, par exemple à l'aide de colle ou dispositifs mécani ques. De même, si l'on utilise une bande de pellicule elle peut être montée sur une roue, telle que la roue 92, pour augmenter la rigidité et la solidité du mon tage.
Les fig.5 'a 10 permettront de décrire plus en détail la forme de réalisation de la fig.3. L'appareil 200 est constitué par un bâti 202 et un carter 204 fixé au bâti et enveloppant les éléments fonctionnels de l'appareil afin de les protéger et de réaliser un ensemble esthétique.
Le bâti 202 est constitué par un support 210 pou vant être avantageusement une plaque d'aluminium de 38 mm d'épaisseur. Les composants 208, 210 et 212 sont reliés à la base 206, par exemple à l'aide de bou lons et peuvent être avantageusement constitués par de l'aluminium de 25 mm d'épaisseur. Les éléments 214, 216 et 218 du banc optique peuvent être en aluminium coulé et sont fixés sur le support 206.
Un moteur 220 est fixé sur le support 206. Ce moteur 220 entraîne par l'intermédiaire d'une poulie à entraînement positif 222 d'une courroie de synchroni sation 224, et d'une poulie à entraînement positif 226, un arbre 228 sur lequel est calé un tambour support de pellicule 230 comportant un cylindre transparent 232 réalisé par exemple en matière plastique transparente telle que du métharrylate de méthyle, de préférence de 6,35 mm d'épaisseur. Ce cylindre est fixé à la péri phérie du tambour 230 et est en porte-à-faux sur le côté opposé au moteur. Sur le même arbre 228 est montée une poulie à commande positive 234 qui entraî ne par l'intermédiaire d'une courroie de synchronisa tion 236 et d'une poulie à commande positive 238 un arbre 240 sur lequel est calée une roue servant d'écran 242.
La poulie 238 comporte quatre fois plus d'enco ches d'entraînement que la poulie 234, de manière qu'elle tourne à une vitesse égale au quart de celle de la poulie 234, c'est-à-dire que le rapport d'homothétie des poulies 238 et 234 est 4/1. Les arbres 228 et 240 sont rotatifs par rapport aux composants 208, 210 et 212.
Une fenêtre 244, une série de miroirs 246, 248, 250 et 252 ainsi qu'un objectif 254 et un prisme iso cèle 256 qui définissent ensemble un trajet optique 262 sont montés sur le banc optique constitué par les éléments 214. La lumière d'une lampe à éclairs 258 est renvoyée par le miroir 260 sur le trajet optique 262 par un condensateur 264 constitué par des lentilles 266 et 268. La lumière traverse une des photographies 270 du tambour porte-pellicule 230 et est renvoyée par le miroir 246 à travers la lentille 254 et les miroirs 248, 250 et 252 sur l'écran diffusant 242 où par suite de la rotation et du réglage de ses éléments constitutifs, on obtient une image en relief 274 à l'intérieur d'un dôme 276 en matière plastique fixé sur l'enveloppe 204.
La structure du tambour porte-pellicule 230 est représentée en coupe sur la fig. 9 où l'on voit que les images 270 sont maintenues sous les rebords 278 et 280 de bagues circulaires 282 et 284. Dans une forme de réalisation avantageuse, ces rebords sont minces et sont usinés dans un métal dur tel qu'un acier à res sorts, avec une épaisseur d'environ 1/1o mm; ils sont suffisamment étroits pour conserver une force suffi sante pour maintenir la pellicule. Ces bords sont minces, de manière que la pellicule soit aussi proche que possible de la fenêtre.
Comme l'indiquent les fig. 7, 8 et 10, le disque 288 et la bague 290, qui cons tituent les faces extérieures de la roue servant d'écran 242, sont maintenus en place à l'aide de quatre pla ques planes rectangulaires 292 fixées par des vis 286. Le disque 288 de la roue est calé sur l'arbre 240 par un moyeu.
Avant de mettre en place les plaques 292, des feuilles 296 de matière transparente, par exemple de matière plastique acrylique avantageusement d'une épaisseur d'environ 0,8 mm, sont insérées par groupes de deux dans des rainures 298 (fig. 10). On intercale entre ces feuilles 296 l'une parmi quatre feuilles d'une mince matière diffusante transmettant la lumière, d'environ 1/1o mm d'épaisseur, et qui cons titue la surface d'écran proprement dite.
On peut faire tourner le prisme tronqué 256 à l'aide du bouton de commande 300 (fig. 8). Ce bouton de commande 300 est relié par un arbre et un pignon non représenté au pignon 302 qui est lié au prisme tronqué 256.
Les termes et désignations qui ont été employés ici sont descriptifs et non limitatifs et l'emploi de ces termes et désignations n'est pas destiné à exclure des éléments équivalents ayant les caractéristiques indi quées et décrites, ou des parties de celles-ci; il est clair que diverses modifications sont possibles. Par exemple, la description a été faite en se référant à des repro ductions diapositives et l'appareil a été étudié pour transmission de lumière à travers celles-ci.
Cependant, on peut utiliser et examiner ou projeter des photogra phies opaques en lumière réfléchie. De plus, on peut avoir recours à plusieurs trajets optiques, en particulier dans la réalisation en forme d'hélice ou spire, pour présenter simultanément plusieurs images à trois dimensions.
Method of forming a three-dimensional representation of a three-dimensional object and apparatus for carrying out the same The invention relates to a method and apparatus for photographically or otherwise reproducing series of sections or layers. of an object, in one or more operations, and present them in their natural order and with their respective orientation as a complex three-dimensional image.
The expression photographic encompasses in the particular case all systems sensitive to light, for example magnetic and electronic systems for recording still and moving images, etc., and by photograph is meant the product of such recording. The word cut is applied in general to geometrically plane samples (obtained for example with a microtome) or to reproductions thereof, as well as to photomicrographic, radiographic, ultrasonic recordings, etc. of thin layers obtained by focusing inside uncut samples.
(In high magnification microscopy, especially light microscopy, only very thin layers can be observed within a sample at a time, due to the extremely shallow depth of field at high magnifications; similarly, in radiography, the known method called tomography provides reproductions of successive interior layers of a living organism, the structure of which is quite comparable to that of photomicrographs of layers).
The term cut is also applied to drawings or other graphic representations of transverse layers of real or imaginary objects, to series elements succeeding one another in time (cinematography, cathode ray tube screen images etc. <B> ... </B>) to elements of three-variable functions such as those obtained with calculators and, in general, to two-variable components of three-dimensional objects. For simplicity, the invention will be described with respect to real solid objects.
It is known that after having obtained a section of a sample, for example in biological or anatomical studies, researchers often encounter difficulties, when examining the sections separately, in making the spatial relationship between them appear in three dimensions. structural details. In this case, the researcher has to place the sections in a certain way in their natural order in space. This result can be obtained in an abstract way by calculation, or in a concrete way by geometrical or physical superposition or stacking of these sections themselves or of their images or reproductions.
A number of methods have been developed for the physical superimposition of photographic enlargements or section drawings on plates of plastic, glass or wax, etc. These procedures are tedious, long (last weeks or months) and the results are generally disappointing: the cuts are too many or too few; when they are too few in number, interpolation is difficult and uncertain; if one increases their number, the accumulation of numerous sections hinders the direct observation of the assemblies, because of the density of the stacking or of the refraction within the material, the visibility being reduced and the interior details structure being deformed.
Optical superposition does not have the same drawbacks and devices for optical superposition in microscopy have been proposed. In these latest devices, the objective is made to vibrate at a frequency and an amplitude such that the succession of aerial images obtained from successively focused layers is projected onto a small screen which also vibrates. The phases of the respective vibrations of the lens and of the screen are adjusted so that the screen moves in synchronism with the lens, but at a greater amplitude. A volume image with blurred contours of the sample is thus formed in the space scanned by the mobile screen.
This method presents serious difficulties, such as insufficient contrast and light spots resulting from the enlargement and brightness of the background, as well as considerable light scattering caused by the relatively large thickness of the sample, all of which are these factors considerably reduce the quality of the complex image.
It is for example possible, for example, first of all to establish two-dimensional photographs of successive sections of a three-dimensional object, these photographs then being placed in an apparatus intended to present them in a coordinated manner. A number of embodiments of the apparatus can be used, each however having the following elements in common: an optical system consisting of mirror prism lenses, etc ... and defining an optical path, several photographs to two dimensions placed across the optical path and a light source intended to illuminate each photograph centered on the optical path.
Illuminated photographs can be mounted on a suitable direct viewing medium, but it is preferable to project their images onto a screen. The projection screen may be transparent or diffusing, provided that it allows light to pass through to illuminate the photograph which may itself be diffusing or transparent. Preferably, the screen surface should be moved in predetermined directions along the optical path, for example forward and backward. Some of the embodiments differ from others in the devices providing this movement.
In a preferred embodiment the projections of the images to be examined, for example, photographic sections to be examined, are moved in synchronous motion with that of the screen, so that the photograph of an extreme section is presented on the screen surface at one end of its stroke and the photograph of the other extreme cut is presented on the screen at the other end of its stroke, with the photo graphs of the intermediate sections being presented on the screen at locations thereof between the two ends of its stroke.
The photographs used may be separate two-dimensional still images of a three-dimensional object, for example a biological sample, and are taken as it is dissected layer by layer. Each single photograph is the reproduction of a separate, preferably flat, section of the object. It will be explained in more detail below that the photographs are preferably mounted on a support, so that the successive photographs are reproductions of the successive layers of the object.
It is understood that a strip of cinematographic film can be substituted for isolated photographs fixed on the support and that a projection device can be used to project them successively onto the screen. Mechanical friction and other fatigue which may exist when using a film web is practically eliminated, for example, by rigidly securing the film to the inner or outer surface of a transparent rotating drum.
Likewise, if the film is long, it can be held on a transparent flexible strip comprising toothed wheel holes or ridges intended to mesh with toothed wheels.
A multiple electron flash tube can be used to achieve high frequency projection, for example in some embodiments reaching about 1200 (or more) flashes of light per second. To obtain the most optimal results, the duration of the light pulses should be short enough to optically immobilize in practice each successive image, for example a microsecond. The series of holes in the toothed wheel film, or marks thereon, can be used to synchronously trigger the flash tube.
In a particular embodiment of the apparatus according to the invention, the images are presented or projected in order on a screen having a sufficiently diffusing surface to allow observation even under grazing incidences without loss. excessive brightness. The screen has a surface that is animated by movement
alternating periodic along the optical path. This movement of exploration or scanning of the screen surface is synchronized with the successive projections and the amplitude of the scanning, that is to say of the periodic displacement of the screen, is such that the photographic images successive appear on the surface of the screen in successive positions thereof, the photographic images being consequently placed regularly in space on said surface in the order in which the photo graphic sections were photographed.
If this cycle is repeated at a sufficient frequency, each image is perceived continuously and the successive projections appear as a continuous three-dimensional whole, the constituent layers of which (the separate sections) appear simultaneously in their order and their natural spacing. . For best results, each image is projected at least 12 times per second (preferably at least 30 times per second). A more or less noticeable flickering is observed below these frequencies, a function of the illumination and of the nature of the images and which may prevent satisfactory observation of the image.
The reciprocating movement of the screen on an optical path can be achieved in various ways. In one embodiment, this result is obtained by, for example, giving the screen the shape of a spiral wheel constituted by a modified cylinder rotating about an axis situated inside the latter.
The distance between the axis of rotation and the periphery of the wheel increases uniformly from a minimum to a maximum and effectively produces the desired reciprocating motion; the part of the side surface of the screen at the maximum distance from the axis is, in this embodiment, close to the part at the minimum distance and offset by about 360 in the direction of rotation. a marked discontinuity between the part at the maximum distance and that at the minimum distance in the direction of rotation, the dimension in the radial direction of this discontinuity being at least equal to the height or third dimension (or Z coordinate) of the image to be formed.
In various advantageous embodiments, the surface of the wheel is made of plastic or frosted glass and constitutes a projection screen.
If a spiral projection wheel is used as a screen, the images of successive photographs on the surface of this screen are formed on curved surfaces in mutual overlap and respectively placed further and further from the axis of rotation (or closer and closer, depending on the direction of rotation), each surface element oriented in the axial direction of the screen being at a distance from the axis of rotation which is different from the distances of all the other surface elements of screen oriented in the same direction. This results in an optical illusion that the two-dimensional images of the photographs are located in space, one above the other in their original and natural relationship.
The curvature of the wheel serving as a screen is generally not very troublesome, provided that the ratio of the mean vector radius to the width of the image is kept sufficiently large.
In other embodiments, the screen surface may alternatively be in the form of a multiple spiral instead of that of a single spiral. In any case, the criterion is the realization of a screen intended to achieve a uniform reciprocating movement along the optical path and it can therefore have the shape of a helix, of a flat screen animated by a reciprocating motion, or any other shape allowing its reciprocating displacement.
Note that we can for example use for each rotation or complete cycle of the screen two spirals oriented in opposite directions on the same wheel; two complete series of photographs are then projected and these must be placed on the drum of the film so that they coincide precisely with the solid created in time and space, that is to say that the photographs of one strip should be arranged in the reverse order to those of the other strip, although only one alternation of the screen is used in the same orientation, i.e. only one of these spirals.
When the projection screen is in the form of a helix, it can be placed around an axis of rotation so that each element of its radially oriented surface is substantially perpendicular to the axis of rotation. The optical path, at least the part thereof intersecting the screen, can be substantially parallel to the axis of rotation. The helix preferably extends over approximately 360 around the axis, its two ends being situated along the axis at a distance substantially equal to the height of the image to be obtained. Consequently, the projection of successive photographic sections on appropriate and overlapping portions of the helix provides the illusion of a relief image in space, according to the principles applied in the case of the spiral screen. .
Multiple propellers can be used.
As indicated above, the projection screen can also be planar and be animated by a reciprocating movement with a stroke or a frequency correlating with the rate of projection of the photographic sections on the optical path. In the present embodiment, each photographic section or image is centered on an optical path and a beam of strobe light is projected through the photographic section and onto the screen which is reciprocated perpendicular to its plane of view. orientation and parallel to the optical path. If the speed of movement in reciprocating movement of the screen is synchronized with the speed of movement of the photographic sections, one thus obtains the illusion of a relief image motionless in space.
The invention will be better understood with the aid of the detailed description which will follow, given by way of example, of several particular embodiments allowing the implementation of the claimed method, with reference to the appended drawing, in which: fig. 1 is a schematic perspective view of part of a first embodiment giving a three-dimensional image, reconstituted from sections of a solid sample; FIG. 2 is a schematic perspective view of one embodiment; fig. 3 is a schematic perspective view of another embodiment;
fig. 4 is a plan view of part of a perforated film usable in one embodiment and showing part of a series of reproductions of sections of a sample; FIG. 5 is a plan view of another embodiment; FIG. 6 is a longitudinal section of the apparatus of FIG. 5 along line 6-6; fig. 7 is a cross section of the apparatus of FIG. 5 along line 7-7; fig. 8 is a section taken along line 8-8 of FIG. 5, view of the location of the user of the device;
fig. 9 is a detail section taken on line 9-9 of FIG. 5; and, FIG. 10 is a detail section taken on line 10-10 of FIG. 5.
In the embodiments described below, the two-dimensional information is presented so as to appear with a three-dimensional character. The information fed into the device is in the form of XY functions which are then oriented along a Z axis. XY functions are understood to mean two-dimensional pieces of information which are defined by their X and Y coordinates in a plane. . These X-Y functions should be viewed as oriented along a common Z axis.
The set of images containing the information is then presented in such a way that the X, Y and Z axes (and the corresponding X-Y, Y-Z and X-Z planes) appear substantially in their initial position relative to each other.
Fig. 1 schematically represents a relief image of a three-dimensional object as seen by an observer using an embodiment of the apparatus according to the invention. The apparatus 10 is formed in part by a transparent window 12, held in a frame 14. This figure shows a relief image 16 formed by a large number of two-dimensional images 18A to 18T reproducing sections of a sample, for example an egg. These images are aligned and superimposed. Each image is produced by a transparent photograph of a layer of the three-dimensional object. Image 18A is a reproduction of the lower layer of the sample, image 18B that of the layer immediately above, etc ... image 18T being the image reproducing the uppermost layer of the sample. sample.
Fig. 2 schematically shows one embodiment of an apparatus for producing relief images in which photographs are mounted on the surface of a screen formed by a transparent spiral wheel and are examined directly. The apparatus 20 comprises a lamp 22 connected to an external source of electric current, not shown. A mirror 24 reflects light through lenses 26, 28 which collimate light on an optical path 30 through a window 31.
A projection objective 32 consisting of lenses 34 and 36, associated with a diaphragm 35 concentrates the light coming from the window 31 so that the light. crossing this: last; - After reflection by a mirror 38, falls on a predetermined part of a spiral wheel 40. The wheel 40 can be driven in rotation about an axis 44 by a known device not shown. Several two-dimensional photographs 42A to 42T: are fixed on the surface of the wheel 40. The beam of. delimited light, arriving on the surface of the. spiral wheel 40, selectively illuminates each photograph in turn.
In operation, the lamp 22 is arranged: so as to emit flashes at predetermined intervals, so that one of the photographs (42A to 42T is centered with respect to the optical path at the instant of the flash.
The wheel is rotated in the direction of the arrow shown in the figure and each of the successive photographs is illuminated for a short time by the flashes emitted by the lamp. The axis of rotation 44 of the wheel is fixed. The distance between the axis of rotation 44 and each successive reproduction 42A to 42T increases slightly. Thus each photograph gives an image slightly above the preceding one in the direction of rotation and a complete rotation of the wheel 40 results in the production of a three-dimensional image 16. The step or discontinuity 46 of the wheel marks the beginning and the end of a cycle.
The images must be large enough to transmit the information sought by direct examination and the surface of the wheel or the support of the film must include a diffusing transparent medium.
This arrangement has the advantage of being simple to produce and of allowing direct viewing of the photographs, all of the details of which are preserved. In this embodiment, the dimensions of the image. in relief are directly linked to those of its components constituted by the series of photographs.
Fig. 3 schematically represents an alternative embodiment. In. In apparatus 50, light emitted by a lamp 52 is reflected by a mirror 54 on an optical path 56 and passes through the lenses 58 and 60 of an optical capacitor. The light passes through a window 62 and is reflected by a mirror 64 through a projection lens 66.
The light can be returned by a series of mirrors 70, 72, 74 according to the needs and according to the particular configuration of the apparatus. The light then strikes the surface of a screen 76 formed by a spiral wheel in several sections 78, - 80, 82 and 84, each of these being covered with a trans lucid material, being identical to the others and being included between a low point 86 at the base of a step 88 and a high point 90 at the upper part of the next step.
A circular drum: 92 is placed on the optical path, for example between window 62 and mirror 64, as shown in the figure, and its surface supports several transparent photographs 94A to 94T of sections of an object.
The images of the successive photographs 94A to 94T are projected and superimposed on the rotating screen constituted by the spiral wheel 76. The flash lamp 52 is mounted so as to emit successive flashes when the successive photographs 94A to 94T are centered on the optical path 56.
In all of these embodiments, the movements of the screen and the drum are synchronized so that the reproductions of the lower parts of the object are projected onto the part of the screen least distant from the axis, the reproductions of the lower parts of the object. reproductions-: of-the-highest-cuts. -on the- part furthest from the axis, the:
other sections being respec- tively distributed among these. - The - drum and screen rotate at high speed. The light-which passes through each: image is projected- on the screen forming -a series of images which appear in the form-of a three-dimensional stack '<B> - </B> When the wheel 76 is before the screen turns, it is obvious:
that its spiral surface seems to constantly-rise (or constantly descend), depending on the direction of the rotation and consequently that the series = of images = projected is continuously displaced -in the same direction;
any-complete-series of images of a three-dimensional object coincides with a complete rotation of the drum and the images projected by the flashes of light are successively immobilized on the screen wheel: at successive levels = increasing or decreasing. This creates the illusion of an object in relief capable of being seen in full.
A number of spaces 96 of the drum are darkened so as to prevent any projection of light onto the screen 76. The darkened spaces 96 are arranged on the drum 92 so as to prevent any projection of light onto the screen 76. The obscured spaces 96 are arranged on the drum 92 so as to prevent any projection of light onto the screen. spiral screen. when the latter passes from its high point -90-to its low point 86, it being accepted that the screen rotates in: the direction indicated in FIG. 3.
If usable projections are made during this pass, the resulting relief image 16 is split into two parts, one part of each section being projected onto. the lower end of a spiral and the other part on the upper end of the next spiral. In a preferred embodiment 75% of the surface of the drum. can be covered with usable pho tographies and about 25% obscured.
In the rare cases - where - some ambiguity may result - from the curvature of the screen 16, due to the particular structure of certain subjects, the projection apparatus may be provided with a - truncated prism 68 placed on it. the optical path. -This truncated prism 68-causes rotation. of the - three - dimensional - image around the projection axis, - in order to effectively modify the direction in which the curvature - of the wheel distorts the image, in order to practically eliminate this - distortion of certain sections transver dirty.
This rotation: is-also useful- for photographic or cinematographic recording or - for demonstrations in front of groups. Likewise, it facilitates the examination. of - the relief image - by the operator without -that he has. to -se: move.
-As indicated -la- fig .: 3, the screen - can be - made up of several spirals, though -that- several -cycles of a raised image -may _. appear on the screen - for each complete rotation of this. In --- such an embodiment, having the advantage of reducing noise and vibrations to a minimum, the <B> - </B> curvature of the surface:
of the screen may preferably = be the result of the presence of: two or more (four of them have been shown on the figure) identical spiral sections - and identically oriented; the speed of the screen is then synchronized so as to be a sub-multiple of the speed of rotation of the film drum, which speed is a function of the number of sections of the spiral.
This shape leads to a naturally well balanced drum, which rotates at a relatively low speed, which results in the desired reduction in noise, vibrations, wear, etc. The number of spiral sections - chosen at the end - of count depends - on the admissible degree of curvature of the surfaces used for the synthesis and on the height of this synthesis, which decreases when increasing the number of sections, a number which is itself a function of the degree of curvature.
One possible set of parameters is a 16mm film strip with 60-70 photographs mounted on a transparent drum 11.43cm radius. This screen is formed by four sections of a spiral having a useful width of 12.7 cm and a vector radius of between 22.86 and 30.48 cm. The projected image measures approximately 76X102 mm and the relief is approximately 5 cm high.
The rotational speed of the film drum may be as low as 1200 rpm. This speed of rotation corresponds to 20 sequences / second, each sequence corresponding to the crossing of one of the sections of the spiral by the light projected during each sequence and therefore also corresponding to the complete formation of the three-dimensional image which can com carry, for the indicated diameter of the film drum about 60 photographs corresponding to a spatial period of 12 sections / cm and a lightning frequency of 1200 hertz (20X.60), each duration of the peak of the lightning being l order of a microsecond.
It has been observed that a space-saving xenon flash lamp, for example one manufactured by the Hanovia Company and bearing the number DL-5022-100, provides sufficient illumination for a reconstructed three-dimensional image 102 mm in length and 76 mm wide capable of being examined properly with illumination close to that of daylight in attenuated ambient light. The four-spiral wheel-shaped screen rotates at a speed of one-quarter that of the film drum, or 300 rpm.
The flash of the lamp 52 can be triggered by passing the light from an exciter lamp 98 through a registration hole 100 in the surface of the film drum 92 to result in a photoelectric receiver which transforms the light. An electrically pulsed light pulse transmitted through line 114 to signal amplifier 106 and thence to high voltage power source 108 causing the lamp to flash.
Intense flashes of white light may be generated by gas discharges from the strobe lamp 52 which may be a tube filled with xenon.
For the effective use of such a triggering device, the surface between the registration holes should preferably be opaque. If a strip of motion picture film is used as a series of photographs on the film drum 92, the toothed wheel perforations can be used for producing the light pulses.
The photographs 94A to 94T and the window 62 shown are placed at a distance, but it is understood that they can be relatively close so as to obtain a clear image on the surface 75 using the objective 66.
For best results, lens 66 must have a considerable depth of field and focus. For this purpose, this lens preferably has a relatively small aperture in order to ensure that every photographic section projected and falling on the surface of the screen during the actual reciprocating movement thereof is in focus. so as to give a relatively clear view of the relief image.
Fig. 4 represents the relative positions of the photographs on a support. The support 110 may be a strip of film comprising the successive two-dimensional photographs 112A to 112F corresponding to successive sections of the object to be reproduced in the form of a relief image. The support 110 has registration holes 114 which serve, as indicated above, to trigger the pulses of the flash lamp. The area between the holes is preferably exposed to light and developed at a high density so as to achieve maximum opacity and contrast relative to the holes.
Although fig. 4 represents a strip of film, it is understood that the support may be of transparent glass or plastic material on which the successive photographs have been mounted by known methods, for example using glue or mechanical devices. Likewise, if a strip of film is used it can be mounted on a wheel, such as wheel 92, to increase the rigidity and strength of the assembly.
The fig.5 'to 10 will describe in more detail the embodiment of fig.3. The apparatus 200 consists of a frame 202 and a casing 204 fixed to the frame and enveloping the functional elements of the apparatus in order to protect them and to produce an aesthetic whole.
The frame 202 consists of a support 210 which can advantageously be an aluminum plate 38 mm thick. The components 208, 210 and 212 are connected to the base 206, for example by means of bolts and may advantageously consist of aluminum 25 mm thick. The elements 214, 216 and 218 of the optical bench can be made of cast aluminum and are fixed on the support 206.
A motor 220 is fixed to the support 206. This motor 220 drives, via a positive drive pulley 222 of a synchronization belt 224, and a positive drive pulley 226, a shaft 228 on which is wedged a film support drum 230 comprising a transparent cylinder 232 made for example of transparent plastic such as methyl metharrylate, preferably 6.35 mm thick. This cylinder is fixed to the periphery of the drum 230 and is cantilevered on the side opposite the motor. On the same shaft 228 is mounted a pulley with positive control 234 which drives by means of a synchronization belt 236 and a pulley with positive control 238 a shaft 240 on which is wedged a wheel serving as a screen. 242.
Pulley 238 has four times more drive notches than pulley 234, so that it rotates at a speed of one-quarter that of pulley 234, i.e. the ratio of scaling of pulleys 238 and 234 is 4/1. Shafts 228 and 240 are rotatable relative to components 208, 210 and 212.
A window 244, a series of mirrors 246, 248, 250 and 252 as well as an objective 254 and an isocal prism 256 which together define an optical path 262 are mounted on the optical bench formed by the elements 214. The light of a flashlamp 258 is returned by mirror 260 to optical path 262 by capacitor 264 formed by lenses 266 and 268. Light passes through one of the photographs 270 of film drum 230 and is returned by mirror 246 through the lens 254 and the mirrors 248, 250 and 252 on the diffusing screen 242 where as a result of the rotation and adjustment of its constituent elements, a relief image 274 is obtained inside a dome 276 made of plastic material attached to the envelope 204.
The structure of the film holder drum 230 is shown in section in FIG. 9 where it is seen that the images 270 are held under the flanges 278 and 280 of circular rings 282 and 284. In an advantageous embodiment, these flanges are thin and are machined from a hard metal such as a res steel. spells, with a thickness of about 1 / 1o mm; they are narrow enough to retain sufficient strength to hold the film. These edges are thin, so that the film is as close as possible to the window.
As shown in Figs. 7, 8 and 10, the disc 288 and the ring 290, which constitute the outer faces of the wheel serving as a screen 242, are held in place by means of four rectangular flat plates 292 fixed by screws 286. The wheel disc 288 is wedged on the shaft 240 by a hub.
Before placing the plates 292, sheets 296 of transparent material, for example of acrylic plastic, advantageously of a thickness of about 0.8 mm, are inserted in groups of two into grooves 298 (fig. 10). . Interposed between these sheets 296 is one of four sheets of a thin diffusing material transmitting light, about 1/10 mm thick, and which constitutes the screen surface proper.
The truncated prism 256 can be rotated using the control knob 300 (fig. 8). This control button 300 is connected by a shaft and a pinion, not shown, to the pinion 302 which is linked to the truncated prism 256.
The terms and designations which have been employed herein are descriptive and not limiting and the use of these terms and designations is not intended to exclude equivalent elements having the characteristics indicated and described, or parts thereof; it is clear that various modifications are possible. For example, the description has been made with reference to slide reproductions and the apparatus has been designed for transmission of light therethrough.
However, it is possible to use and examine or project opaque photographs in reflected light. In addition, it is possible to have recourse to several optical paths, in particular in the embodiment in the form of a helix or a spiral, to simultaneously present several three-dimensional images.