FR2796729A1 - Systeme de visualisation a mise au point automatique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne le domaine des systèmes de visualisation comportant un oculaire.C'est un procédé de mise au point d'un système de visualisation qui comporte un plan image (1) et un oculaire (3), le procédé comprenant une étape d'asservissement automatique de la position relative de l'oculaire (3) par rapport au plan image (1) sur les variations, en fonction des variations du chemin optique entre le plan image (1) et l'oculaire (3), d'un signal lumineux donné ayant traversé l'oculaire (3) avant et après avoir été rétroréfléchi par l'oeil (2) d'un utilisateur.L'invention peut notamment s'appliquer à des jumelles, caméras, télescopes, viseurs, microscopes.

Description

SYSTEME <B>DE VISUALISATION A MISE AU POINT AUTOMATIQUE</B> L'invention concerne le domaine des systèmes de visualisation comportant un oculaire. L'oculaire est un élément optique qui projette une image sur l'oeil de l'utilisateur du système de visualisation. L'image devant être projetée sur l'oeil de l'utilisateur est située dans un plan image au sens large, c'est-à-dire dans une surface image, plane de préférence mais non nécessairement. L'image peut par exemple être située dans un plan focal intermédiaire identifié et avoir été formée par un objectif à partir de la scène observée. L'image peut aussi être située dans le plan d'un afficheur. L'image générée peut alors par exemple provenir de capteurs photoélectriques observant eux-mêmes une scène. Les systèmes de visualisation sont notamment des paires de jumelles, des caméras, des télescopes, des viseurs, des microscopes.

Un système de visualisation nécessite une mise au point. Les dispositifs classiques de mise au point, automatique ou non, concernent la mise au point d'un objectif situé entre un objet et un plan image, l'objectif focalisant l'image de l'objet sur le plan image. Le problème traité par l'invention est différent. II s'agit de réaliser la mise au point d'un oculaire, c'est-à-dire d'un élément optique imageant le plan image sur la rétine de l'oeil de l'utilisateur. Lorsque la mise au point est bonne, le plan image et la rétine de l'oeil de l'utilisateur sont optiquement conjugués.

Selon l'art antérieur, l'oculaire d'un système de visualisation doit être mis au point pour chaque utilisateur observant une scène donnée à l'aide du système de visualisation. Chaque utilisateur effectue alors une mise au point manuelle, la mise au point étant réputée effectuée lorsque l'image apparaît nette pour l'utilisateur.

Cette mise au point manuelle présente un inconvénient. Lorsque plusieurs utilisateurs utilisent simultanément un même système de visualisation, comme il n'est pas toujours possible d'utiliser le système de visualisation tout en gardant ses lunettes correctrices, chaque utilisateur doit effectuer un réglage personnalisé de l'oculaire correspondant à sa vue propre. Cela est fastidieux et constitue une perte de temps. De plus, certains systèmes de visualisation, dits binoculaires, nécessitent plusieurs réglages consécutifs de l'oculaire, ce qui est d'autant plus fastidieux.

Pour supprimer les inconvénients précédents, l'invention propose un procédé de mise au point et un système de visualisation comportant un dispositif de visualisation mettant en oeuvre le procédé de mise au point. Le procédé de mise au point est automatique. II repose sur l'analyse des variations d'un signal lumineux donné, dit de mise au point, rétroréfléchi par l'oeil de l'utilisateur, qui varie lorsque le chemin optique entre le plan image et l'oculaire varie. La position de mise au point est asservie sur ces variations de signal lumineux rétroréfléchi par l'oeil de l'utilisateur. Dans certaines configurations préférentielles, la position de bonne mise au point est alors atteinte pour un extremum de l'intensité de ce signal lumineux.

Selon l'invention, il est prévu un procédé de mise au point d'un système de visualisation qui comporte un plan image et un oculaire, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape d'asservissement automatique de la position relative de l'oculaire par rapport au plan image sur les variations, en fonction des variations du chemin optique entre le plan image et l'oculaire, d'un signal lumineux donné ayant traversé l'oculaire avant et après avoir été rétroréfléchi par l'oeil d'un utilisateur.

Selon l'invention, il est aussi prévu un système de visualisation ayant un axe optique et comportant un plan image, un oculaire, et un dispositif de mise au point, caractérisé en ce que le dispositif de mise au point met en ceuvre ce procédé de mise au point et en ce que le dispositif de mise au point comporte une source émettant le signal lumineux, un détecteur capable de détecter les variations du signal lumineux, et des moyens pour faire varier le chemin optique entre le plan image et l'oculaire. L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints, donnés à titre d'exemples, où - la figure 1 représente schématiquement un premier mode de réalisation d'un système de visualisation selon l'invention ; - la figure 2 représente schématiquement un deuxième mode de réalisation d'un système de visualisation selon l'invention ; - la figure 3 représente schématiquement un troisième mode de réalisation d'un système de visualisation selon l'invention ; - la figure 4 représente schématiquement un quatrième mode de réalisation d'un système de visualisation selon l'invention ; - la figure 5 représente schématiquement un cinquième mode de réalisation d'un système de visualisation selon l'invention ; - les figures 6 et 7 représentent schématiquement une première forme de motif utilisé dans un système de visualisation selon l'invention ; - la figure 8 représente schématiquement une deuxième forme de motif utilisé dans un système de visualisation selon l'invention ; - la figure 9 représente schématiquement un exemple des variations de signal lumineux en fonction de la position relative de l'oculaire par rapport au plan image. Dans un premier type de système de visualisation selon l'invention, le système comporte un motif de masquage du signal lumineux, le motif étant disposé de manière à ce que, d'une part le trajet du signal lumineux issu de la source passe successivement par le motif, l'oculaire, l'oeil de l'utilisateur, l'oculaire, et le motif avant d'arriver sur le détecteur, et d'autre part le chemin optique entre le plan image et l'oculaire et le chemin optique entre le motif et l'oculaire restent sensiblement égaux entre eux pendant la mise au point. Un exemple préférentiel de ce premier type de système de visualisation est décrit dans un premier mode de réalisation.

La figure 1 représente schématiquement le premier mode de réalisation d'un système de visualisation selon l'invention. Le trait mixte représente l'axe optique coudé du système de visualisation. Le système de visualisation comporte un plan image 1. Le plan image 1 est de préférence un plan focal intermédiaire identifié, c'est-à-dire soit matérialisé soit fixe. Le plan image peut aussi être un afficheur générant une image à visualiser par l'utilisateur, soit directement soit par exemple à partir du signal électrique provenant de capteurs situés en amont dans le système de visualisation. Un dispositif de mise au point automatique se révèle alors particulièrement intéressant, car le plan image 1 étant identifié, en cas de changement sensible des caractéristiques de l'oeil de l'utilisateur, par exemple lors d'un changement d'utilisateur, le système de visualisation devient automatiquement défocalisé, requérant alors une nouvelle opération de mise au point. Le système de visualisation comporte aussi un oculaire 3 qui réalise l'image du plan image 1 sur la rétine de l'#il 2 de l'utilisateur lorsque la mise au point est bonne. La rétine de l'#il 2 et le plan image 1 sont alors optiquement conjugués. La lumière ou les rayons lumineux issus du plan image 1, dans lequel est par exemple représentée une scène observée, traversent l'oculaire 3 avant d'être focalisés sur la rétine de l'#il 2.

Le système de visualisation comporte également une lame séparatrice 7 située entre le plan image 1 et l'oculaire 3. La lame séparatrice 7 est traversée par une partie de la lumière arrivant sur sa surface tandis qu'elle réfléchit l'autre partie. La lame séparatrice 7 est de préférence une lame 50/50, c'est-à-dire que la moitié de quantité de lumière arrivant sur sa surface sous une incidence de 45 degrés est transmise tandis que l'autre moitié est réfléchie.

Le système de visualisation comporte aussi une source lumineuse 6, une lame séparatrice 8 et un motif 20. La source 6 génère un signal lumineux qui traverse successivement la lame séparatrice 8 et le motif 20 avant d'arriver sur la lame séparatrice 7 pour être réfléchi vers l'#il 2 en passant par l'oculaire 3. Une partie de la lumière venant de la lame séparatrice 7 et arrivant sur la lame séparatrice 8 est réfléchie par celle-ci vers un détecteur 10 que comporte aussi le système de visualisation. Si la distance entre le motif 20 et la lame séparatrice 8 est importante, le système de visualisation peut comporter un collimateur de lumière entre le motif 20 et la lame séparatrice 8.

Le système de visualisation comporte également des moyens 4 et 11 pour faire varier le chemin optique entre le plan image 1 et l'oculaire 3. Lorsque l'oculaire 3 est constitué de plusieurs éléments optiques, par exemple de plusieurs lentilles, le chemin optique considéré est alors le chemin optique entre le plan image 1 et le dernier élément optique de l'oculaire 3. Ces moyens sont par exemple constitués de moyens 11 électroniques d'asservissement et d'un dispositif 4 de translation de l'oculaire 3 selon l'axe optique du système de visualisation, mais ils peuvent être constitués de tous autres moyens équivalents permettant de faire varier le chemin optique entre le plan image 1 et l'oculaire 3. Dans le cas où l'oculaire 3 est constitué de plusieurs éléments optiques, un déplacement relatif entre certains de ces éléments optiques pourra mener au même résultat. Dans certains modes de réalisation comme ceux des figures 4 ou 5 décrites ci- dessous, la translation, le long de l'axe optique du système de visualisation, du plan image alors matérialisé par un afficheur, convient également. Le dispositif 4 de translation est commandé par les moyens 11 électroniques d'asservissement lesquels sont eux-mêmes commandés par le détecteur 10, plus précisément par le signal de sortie du détecteur 10.

L'image d'une scène observée par l'utilisateur se trouve dans le plan image 1. Ce plan image 1 est de préférence fixe. Une partie de la lumière issue du plan image 1 traverse d'abord la lame séparatrice 7 puis l'oculaire 3 avant d'arriver dans l'#il 2. La scène, observée à un instant donné, fixe à cet instant le diamètre de la pupille de l'ceil 2 et par conséquent la quantité de lumière qui peut rentrer dans l'#il 2. Si l'on considère ce qui se passe dans un temps très court, l'image située dans le plan image 1 et l'#il 2 de l'utilisateur peuvent être considérés comme immobiles. On peut alors considérer que l'oeil, sur une période de temps assez brève, rétroréfléchit de manière identique au cours du temps un signal lumineux constant. Par conséquent, la quantité de signal lumineux rétroréfléchi varie si le signal lumineux entrant dans l'#il varie. II est donc préférable pour cela que l'opération de variation du chemin optique entre le plan image 1 et l'oculaire 3, en vue de déterminer la position relative de l'oculaire 3 par rapport au plan image 1 correspondant à une bonne mise au point pour le système de visualisation, soit effectuée dans un temps de mise au point suffisamment court pour que l'image à visualiser ainsi que l'#il de l'utilisateur restent immobiles pendant ce temps de mise au point.

La source lumineuse 6 émet un signal lumineux qui traverse successivement la lame séparatrice 8 et le motif 20 de masquage. Le motif 20 de masquage est un masque de forme particulière qui transforme le signal lumineux en un motif lumineux déterminé ou en une figure de plusieurs motifs lumineux déterminés. Un motif lumineux est déterminé si l'on connaît certaines de ses caractéristiques. Le motif 20 est par exemple un écran comportant un trou circulaire. Le signal lumineux, après avoir traversé le motif 20, se présente sous la forme d'un motif lumineux circulaire ayant sensiblement le même diamètre que le trou circulaire dans le cadre de l'approximation de l'optique géométrique. Mais d'autres formes de motif 20 sont possibles. Une partie du signal lumineux ayant traversé le motif 20 est réfléchie par la lame séparatrice 7 pour traverser l'oculaire 3 et rentrer dans l'oeil 2. Le chemin optique entre le plan image 1 et la rétine de l'oeil 2 et le chemin optique entre le motif 20 et la rétine de l'oeil 2, sont ou restent, préférentiellement sensiblement égaux entre eux pendant la mise au point. Comme le chemin optique entre l'oculaire 3 et la rétine de l'oeil 2 est le même, aussi bien pour la lumière issue du plan image 1 que pour le signal lumineux issu de la source 6 que ce soit avant ou après rétroréflexion par la rétine de l'oeil 2, la condition préférentielle précédente équivaut à celle-ci : le chemin optique entre le plan image 1 et l'oculaire 3 et le chemin optique entre le motif 20 et l'oculaire 3 doivent rester sensiblement égaux entre eux pendant la mise au point. Lorsque l'oculaire 3 est constitué de plusieurs éléments optiques, par exemple de plusieurs lentilles, le chemin optique considéré est alors le chemin optique entre le plan image 1 et le dernier élément optique de l'oculaire 3.

La marge d'erreur dans cette égalité correspond à la défocalisation autorisée pour que l'oeil 2 de l'utilisateur conserve une vision nette de la scène observée. Si les chemins optiques ne sont pas rigoureusement égaux, et dans l'absolu c'est toujours le cas, il faut que la différence entre les chemins optiques soit suffisamment faible pour que la position relative, de l'oculaire 3 par rapport au plan image 1, à laquelle l'étape d'asservissement aura abouti, donne sur la rétine de l'oeil 2 une image suffisamment bien focalisée pour apparaître de manière nette à l'utilisateur. Ces chemins optiques peuvent être choisis de valeur substantiellement différente, mais une étape de calcul de correction au niveau des moyens 11 électroniques d'asservissement est à prévoir, ce qui rend le système global sensiblement plus complexe.

Après être entré dans l'oeil 2, le signal est plus ou moins bien focalisé sur la rétine de l'oeil 2, puis est rétroréfléchie en direction de l'oculaire 3. Une partie de ce signal lumineux est à nouveau réfléchie sur la lame séparatrice 7 et retraverse le motif 20 en direction de la lame séparatrice 8. Si la position de l'oculaire 3 correspond à une position de bonne mise au point, le signal lumineux a été focalisé précisément sur la rétine de l'oeil 2 et le signal rétroréfléchi suit, aux aberrations de l'oeil et des autres éléments optiques du système de visualisation près, le principe de retour inverse de la lumière. Au niveau du motif 20, le signal lumineux recouvre sensiblement la forme du motif 20, ce qui lui permet pour l'essentiel de retraverser le motif 20 avant d'être partiellement réfléchi par la lame séparatrice 8 et d'arriver sur la surface du détecteur 10 pour y être détecté, comme expliqué plus en détail au niveau de la figure 6.

Tandis que si la mise au point est mauvaise, c'est-à-dire si le système de visualisation est défocalisé, le signal lumineux devrait être focalisé soit en amont soit en aval de la rétine de l'oeil 2. Par conséquent, au niveau de la rétine de l'oeil 2, chaque point est imagé en une tache qui, lorsqu'elle est rétroréfléchie par l'oeil 2, amène l'ensemble du signal lumineux à déborder de la trace du signal lumineux incident issu de la source 6. En considérant toujours comme réalisée pendant la mise au point la précédente condition d'égalité des chemins optiques entre d'une part le plan image 1 et l'oculaire 3 et d'autre part le motif 20 et l'oculaire 3, le signal lumineux recouvre au niveau du motif 20 une surface plus étendue que la forme du motif 20, ce qui arrête une partie substantielle du signal lumineux, comme expliqué plus en détail au niveau de la figure 7. La partie du signal lumineux ayant retraversé le motif 20 est moindre que dans le cas d'une bonne mise au point. La partie du signal lumineux détectée par le détecteur 10 après réflexion sur la lame séparatrice 8 est également plus faible que dans le cas d'une bonne mise au point.

Le cas d'une bonne mise au point correspond pour le système de visualisation représenté sur la figure 1, à un maximum de signal détecté par le détecteur 10. Une bonne mise au point correspond soit à la meilleure mise au point soit à une mise au point suffisamment proche de la meilleure mise au point pour que l'image à visualiser apparaisse nette à l'oeil 2 de l'utilisateur. L'étape d'asservissement automatique consiste alors à faire varier le chemin optique entre le plan image 1 et l'oculaire 3, par exemple en translatant l'oculaire 3 le long de l'axe optique du système de visualisation, et à asservir la position relative de l'oculaire 3 par rapport au plan image 1 sur le maximum de signal lumineux détecté au niveau du détecteur 10. Ce maximum correspond à la position de bonne mise au point qui sera d'autant plus proche de la position de meilleure mise au point que ce maximum sera déterminé avec une plus grande précision. Les flèches représentées sur la figure 1 symbolisent le sens de commande, du détecteur 10 vers les moyens 11 électroniques d'asservissement d'une part , et des moyens 11 électroniques d'asservissement vers le dispositif 4 de translation de l'oculaire 3 d'autre part.

Dans un deuxième type de système de visualisation selon l'invention, le système comporte au moins deux motifs identiques de masquage du signal lumineux, les motifs étant disposés de manière à ce que, d'une part le trajet du signal lumineux issu de la source passe successivement par un premier motif, l'oculaire, l'oeil de l'utilisateur, l'oculaire, et un deuxième motif identique au premier, avant d'arriver sur le détecteur, et d'autre part le chemin optique entre le plan image et l'oculaire et les chemins optiques entre chacun des deux motifs et l'oculaire restent sensiblement égaux entre eux pendant la mise au point. Un exemple préférentiel de ce deuxième type de système de visualisation est décrit dans un deuxième mode de réalisation.

La figure 2 représente schématiquement le deuxième mode de réalisation d'un système de visualisation selon l'invention. La différence entre les figures 1 et 2 est que le motif 20 de masquage situé entre les lames séparatrices 7 et 8 a été remplacé par deux motifs 5 et 9 de masquage, le premier motif 5 étant situé entre la lame séparatrice 8 et la source 6, le deuxième motif 9 étant situé entre la lame séparatrice 8 et le détecteur 10. Lorsque les deux motifs 5 et 9 sont identiques, la position relative de l'oculaire 3 par rapport au plan image 1 est asservie sur un maximum d'intensité du signal lumineux détecté par le détecteur 10, comme pour le premier type de système de visualisation. Le chemin optique entre le plan image 1 et l'oculaire 3, le chemin optique entre le premier motif 5 et l'oculaire 3, le chemin optique entre le deuxième motif 9 et l'oculaire 3 restent tous sensiblement égaux entre eux pendant la mise au point.

Dans un troisième type de système de visualisation selon l'invention, le système comporte au moins deux motifs complémentaires de masquage du signal lumineux, les motifs étant disposés de manière à ce que, d'une part le trajet du signal lumineux issu de la source passe successivement par un premier motif, l'oculaire, l'oeil de l'utilisateur, l'oculaire, et un deuxième motif complémentaire du premier, avant d'arriver sur le détecteur, et d'autre part le chemin optique entre le plan image et l'oculaire et les chemins optiques entre chacun des deux motifs et l'oculaire restent sensiblement égaux entre eux pendant la mise au point. Un exemple préférentiel de ce troisième type de système de visualisation est également décrit dans le deuxième mode de réalisation représenté à la figure 2. La différence entre les deuxième et troisième types de système de visualisation consiste dans le fait que les motifs 5 et 9 sont respectivement complémentaires au lieu d'être identiques. Par exemple, si le premier motif 5 est un écran non transparent comportant un trou circulaire transparent, le deuxième motif 9 sera un écran non transparent circulaire de même diamètre que le trou circulaire du premier motif 5. La position relative de l'oculaire 3 par rapport au plan image 1 est alors asservie sur un minimum d'intensité du signal lumineux détecté par le détecteur 10. Mais ce type de système de visualisation à asservissement sur minimum d'intensité est moins fiable que les premier et deuxième types de système de visualisation à asservissement sur maximum d'intensité, car le minimum d'intensité est relatif et non absolu, c'est pourquoi une défocalisation très importante au début de la mise au point peut risquer de faire diverger l'asservissement. Par ailleurs, on peut envisager d'utiliser des motifs 5 et 9 dont les formes ne soient ni identiques ni complémentaires, mais il faut prévoir une étape supplémentaire de calcul de correction au niveau des moyens 11 électroniques d'asservissement, ce qui rendra le système global sensiblement plus complexe.

Le détecteur 10 est de préférence un détecteur simple, par exemple photoélectrique type photodiode, permettant de détecter l'intensité globale du signal lumineux arrivant sur sa surface après avoir traversé le deuxième motif 9 de masquage. Dans n'importe quel cas où le système de visualisation comporte deux motifs de masquage, c'est-à-dire dans tout système de visualisation du deuxième ou du troisième type, la détection peut aussi être réalisée par exemple un détecteur matriciel intégrant le deuxième motif 9 de masquage et le détecteur 10. Un traitement électronique en aval de ce détecteur matriciel permettrait alors de reconstituer électroniquement la fonction de masquage du deuxième motif 9. Le dispositif de mise au point que comporte le système de visualisation selon l'invention peut fonctionner selon différents types de modes opératoires. Un type de mode opératoire consiste par exemple en un mode mise au point spécifique qui est activé à l'initiative de l'utilisateur. Ce mode peut être sélectionné par simple pression sur un bouton correspondant. Un autre type de mode opératoire consiste par exemple en un mode de mise au point qui soit quasi permanent. Ce mode est activé en permanence sous condition de la présence d'un oeil 2 derrière l'oculaire 3. Cette présence peut être détectée par la considération d'un seuil d'intensité lumineuse devant être reçue par le détecteur 10. En effet, la présence d'un oeil 2 assure en principe la rétroréflexion d'un minimum d'intensité lumineuse. Un système de visualisation possède soit l'un des modes opératoires précédents, soit encore un autre type de mode opératoire.

Dans les deuxième ou troisième types de système de visualisation selon l'invention, le système peut avantageusement comporter un afficheur 16 en émission, de préférence matriciel, intégrant la source 6 et le premier motif 5 de masquage. Préférentiellement alors, l'afficheur 16 matriciel est situé dans le plan image 1 et affiche alternativement le signal lumineux et une image à visualiser par l'utilisateur. En fait, le plan image 1, la source 6 et le premier motif 5 de masquage sont alors réunis en un seul élément qui est l'afficheur 16 matriciel en émission. L'affichage successif et périodique de l'image à visualiser et du signal lumineux servant à la mise au point est préférentiellement effectué, en ce qui concerne le signal lumineux, avec une période suffisamment courte devant la persistance rétinienne de l'oeil 2 pour que l'utilisateur ne soit pas incommodé. Un exemple préférentiel de ce deuxième ou troisième type de système de visualisation est décrit dans un troisième mode de réalisation.

La figure 3 représente schématiquement le troisième mode de réalisation d'un système de visualisation selon l'invention. La disposition relative du deuxième motif 9 de masquage, du détecteur 10, de l'oculaire 3, des moyens 4 et 11 pour faire varier le chemin optique entre le plan image 1 et l'oculaire 3, de l'oeil 2 et de la lame séparatrice 7 reste semblable à celle de la figure 2. Le plan image 1 est remplacé par un afficheur 16 matriciel en émission jouant également le rôle de l'ensemble constitué par la source 6 et le premier motif 5 de masquage dans la figure 2. Le signal lumineux rétroréfléchi par l'ceil 2 et réfléchi par la lame séparatrice 7 arrive directement sur le deuxième motif 9 de masquage. Soit l'exemple d'un afficheur 16 en couleur dans lequel l'image à visualiser est réalisée par un séquencement temporel de trois images respectivement rouge, verte, et bleue. Le signal lumineux peut par exemple être intercalé entre l'image bleue et l'image rouge à chaque période de rafraîchissement de l'image à visualiser. Le signal lumineux sera préférentiellement dans le domaine du proche infrarouge afin d'être invisible pour ne pas perturber du tout l'oeil 2 de l'utilisateur. L'afficheur 16 matriciel en émission permet de générer directement un signal lumineux pour la mise au point ayant une section particulière, par exemple approximativement circulaire.

Dans le premier type de système de visualisation selon l'invention, le motif de masquage peut être un afficheur en transmission situé dans le plan image. L'afficheur en transmission, éclairé par une source, génère de préférence alternativement l'image à visualiser et le signal lumineux de mise au point, comme dans le cas de la figure 3. Un exemple préférentiel de ce premier type de système de visualisation est décrit dans un quatrième mode de réalisation.

La figure 4 représente schématiquement un quatrième mode de réalisation d'un système de visualisation selon l'invention. Le système de visualisation comporte alors une source lumineuse 14 et un afficheur 15 éclairé en transmission par la source lumineuse 14. L'image à visualiser, tout comme le signal lumineux de mise au point, est déterminée par les différentes valeurs de transmittance en différents points de la surface de l'afficheur 15 en transmission. L'afficheur 15 en transmission est un modulateur spatial de lumière. L'image située dans le plan image au niveau de l'afficheur 15 en transmission est focalisée sur la rétine de l'oeil 2 de l'utilisateur en cas de bonne mise au point. Le système de visualisation comporte un oculaire 3 réalisant cette focalisation. Entre la source 14 et l'afficheur 15 est située une lame séparatrice 12. Le signal lumineux rétroréfléchi par l'oeil 2 ayant traversé l'oculaire 3 est réfléchi sur la lame séparatrice 12 pour arriver sur la surface du détecteur 10. En plus de la lame séparatrice 12 et du détecteur 10, le système de visualisation comporte aussi des moyens 4 et 11 pour faire varier le chemin optique entre le plan image et l'oculaire 3, le plan image étant ici matérialisé par l'afficheur 15 en transmission. Ces moyens 4 et 11 sont commandés par le détecteur 10. Entre la lame séparatrice 12 et l'afficheur 15 en transmission est avantageusement situé un collimateur 13 de lumière. Ce collimateur 13 permet de ne pas imposer une source 14 lumineuse trop puissante ou un détecteur 10 de surface trop étendue, et ceci d'autant plus que la distance entre la lame séparatrice 12 et l'afficheur 15 en transmission est importante. Au lieu de l'afficheur 15 situé entre le collimateur 13 et l'oculaire 3, il est également possible de placer deux afficheurs 15 en transmission respectivement d'une part entre la source 14 et la lame séparatrice 12 et d'autre part entre la lame séparatrice 12 et le détecteur 10. L'image à visualiser et le signal lumineux de mise au point sont de préférence distincts comme au niveau de la figure 3, l'afficheur 15 affichant par exemple alternativement l'image à visualiser et le signal lumineux de mise au point. L'image à visualiser et le signal lumineux de mise au point peuvent cependant aussi être confondus dans le cas où l'image à visualiser ne change pas substantiellement pendant le temps nécessaire pour effectuer une mise au point. Ceci n'est possible que parce que l'afficheur 15 joue le rôle à la fois du plan image, du motif traversé par le signal lumineux avant rétroréflexion par l'oeil 2, et du motif traversé par le signal lumineux après rétroréflexion par l'ceil 2.

Dans le premier type de système de visualisation selon l'invention, le motif de masquage peut être un afficheur en réflexion situé dans le plan image. Comme dans le cas de la figure 4, l'afficheur en réflexion, éclairé par une source, génère de préférence alternativement l'image à visualiser et le signal lumineux de mise au point. Un exemple préférentiel de ce premier type de système de visualisation est décrit dans un cinquième mode de réalisation.

La figure 5 représente schématiquement le cinquième mode de réalisation d'un système de visualisation selon l'invention. Le système de visualisation comporte une source 14 et un afficheur 17 en réflexion éclairé par la source 14. Le système de visualisation comporte aussi un collimateur 13 de lumière, une lame séparatrice 18, une autre lame séparatrice 19, séquentiellement placés entre la source 14 et l'afficheur 17 en réflexion. Une partie de la lumière réfléchie par l'afficheur 17 en réflexion est focalisée sur l'oeil 2 de l'utilisateur par un oculaire 3 que comporte le système de visualisation. Une partie du signal lumineux de mise au point est rétroréfléchie par l'oeil 2, traverse l'oculaire 3, est réfléchie par la lame séparatrice 19, est réfléchie par l'afficheur 17 en réflexion, traverse la lame séparatrice 19, est réfléchie par la lame séparatrice 18 pour arriver sur la surface du détecteur 10 que comporte aussi le système de visualisation. Le système de visualisation comporte également des moyens 4 et 11 pour faire varier le chemin optique entre le plan image, c'est-à-dire ici l'afficheur 17 en réflexion, et l'oculaire 3. Ces moyens 4 et 11 sont commandés par le détecteur 10.

Les moyens pour faire varier le chemin optique entre le plan image et l'oculaire comportent de préférence un dispositif 4 de translation de l'oculaire selon l'axe optique du système de visualisation, le dispositif 4 étant commandé par des moyens 11 électroniques d'asservissement. D'autres types de moyens peuvent être utilisés, notamment dans les systèmes de visualisation représentés au niveau des figures 4 et 5. Le dispositif 4 pourrait par exemple être un dispositif de translation de l'afficheur, que celui-ci soit un afficheur en transmission ou en réflexion.

Dans tous les modes de réalisation représentés au niveau des figures 1 à 5, le dispositif de mise au point utilise un signal lumineux donné de mise au point. Ce signal lumineux issu d'une source est avantageusement transformé par un ou plusieurs motifs de masquage selon le mode de réalisation. De préférence, le motif de masquage, lorsqu'il est unique ou le premier motif de masquage sinon, transforme le signal lumineux en un ou plusieurs motifs lumineux dont la taille est suffisamment petite pour qu'une défocalisation substantielle du système de visualisation entraîne, au niveau du motif après rétroréflexion par l'oeil d'un utilisateur, une différence de recouvrement entre la forme du motif de masquage et les motifs lumineux qui soit sensible pour le détecteur. Dans le cas contraire, le dispositif de mise au point perd globalement de sa sensibilité à moins qu'il n'utilise un détecteur très sensible qui sera alors coûteux. Par ailleurs, la taille du ou des motifs lumineux reste préférentiellement supérieure à la résolution de l'oeil d'un utilisateur, afin d'éviter un asservissement trop sensible dominé par les aberrations de l'oeil de l'utilisateur et risquant alors d'aboutir à une position de mise au point qui ne soit pas optimale. A l'extrême, une taille de motif beaucoup trop petite diminuerait le signal reçu par le détecteur 10 après rétroréflexion par l'oeil 2, dégradant ainsi le rapport signal à bruit et donc la précision de l'asservissement. Dans le cas des figures 3 à 5 comportant des afficheurs, la taille des pixels des afficheurs correspond en général déjà à une taille de motifs qui est adéquate, c'est-à- dire qu'avec quelques pixels, on peut obtenir un réseau de motifs de taille adéquate, ou le cas échéant, avec un ou plusieurs pixels, on peut obtenir un motif lumineux de taille adéquate.

Les figures 6 et 7 représentent schématiquement une première forme préférentielle de motif de masquage utilisé dans un système de visualisation selon l'invention. Le motif de masquage est un écran 50 comportant une zone 51 circulaire, de préférence centré sur l'axe optique, qui détermine un motif lumineux de section circulaire. Ce motif de masquage a l'avantage de la simplicité. L'écran 50 est avantageusement opaque hors de la zone 51, il pourrait également être réfléchissant à condition d'être disposé de manière à ce que la lumière qu'il réfléchit ne perturbe pas le système de visualisation. Lorsque le signal lumineux traverse le motif comme sur les figures 1, 2 et 4, la zone sera par exemple un trou ou en matériau transparent, et lorsque le signal est réfléchi par le motif comme sur la figure 5, la zone sera par exemple un miroir. Les figures 6 et 7 représentent en hachures la trace du faisceau lumineux, c'est-à-dire le motif lumineux, après rétroréflexion par l'oeil de l'utilisateur, sur l'écran 50, respectivement dans un cas de bonne mise au point correspondant à la trace 52 et dans un cas de mise au point incorrecte correspondant à la trace 53. Pour les premier et deuxième types de système de visualisation, la position relative de l'oculaire par rapport au plan image est asservie sur un maximum d'intensité du signal lumineux détecté par le détecteur. Dans le cas de bonne mise au point de la figure 6, la trace 52 du faisceau lumineux recouvre le trou 51 en débordant légèrement, en conséquence de quoi un maximum d'énergie traverse l'écran 50 pour être ensuite détecté par le détecteur. Dans le cas de mise au point incorrecte de la figure 6, la trace 53 du faisceau lumineux recouvre le trou 51 en débordant largement, en conséquence de quoi une proportion d'énergie nettement inférieure au maximum, et ce d'autant plus que le système de visualisation est défocalisé, traverse l'écran 50 pour être ensuite détecté par le détecteur. La figure 8 représente schématiquement une deuxième forme préférentielle de motif de masquage utilisé dans un système de visualisation selon l'invention. Le motif de masquage est un écran 50 comportant un réseau de zones 54 circulaires, chaque zone 54 circulaire étant semblable à la zone 51 circulaire représentée aux figures 6 et 7. Ce motif de masquage est plus complexe que celui représenté aux figures 6 et 7, mais son fonctionnement reste similaire. Si, comme sur la figure 8, le réseau de zones 54 circulaires comporte nxn, ici 6x6, zones 54 circulaires, l'intensité du signal lumineux de mise au point reçue par le détecteur sera n2, ici 36, fois plus importante que dans le cas du motif représenté aux figures 6 et 7. Pour une même luminance de la source éclairant le motif ou de l'afficheur le cas échéant, ainsi que pour une même sensibilité de détecteur, l'efficacité du dispositif de mise au point est sensiblement améliorée.

Le détecteur mesure les variations de l'intensité du signal lumineux de mise au point après rétroréflexion par l'oeil de l'utilisateur, lorsque les moyens pour faire varier le chemin optique entre le plan image et l'oculaire font varier ce chemin optique. Les variations de l'intensité du signal lumineux présentent la propriété d'être rapides lorsque le chemin optique considéré s'écarte de celui correspondant à la bonne mise au point. Cela est appelé l'effet oeil de chat . La rapidité de ces variations autorisent un asservissement efficace et précis. En effet, dès que le chemin optique entre le plan image et l'oculaire est légèrement différent du chemin optique de bonne mise au point, c'est-à-dire dès que la position relative de l'oculaire par rapport au plan image devient légèrement différente de la position correspondant à une mise au point optimale, les variations deviennent sensibles pour un détecteur moyennement sensible. Dans le cas d'une forme de motif de masquage en réseau de zones, celle-ci a l'avantage de mieux répartir sur la rétine de l'oeil de l'utilisateur l'énergie reçue par l'oeil qu'une forme de motif à zone unique. Par conséquent, pour un seuil de sécurité oculaire donné et respecté, l'énergie reçue par le détecteur sera plus importante dans le cas de la forme de motif en réseau de zones.

La figure 9 représente, par l'intermédiaire d'une courbe C, un exemple de variations du signal lumineux de mise au point en fonction de la position relative de l'oculaire par rapport au plan image. Les échelles représentées sur la figure 9 sont exprimées en unités arbitraires ua, la figure 9 représentant schématiquement l'allure générale de la courbe C. Le cas étudié correspond au système de visualisation de la figure 2 du deuxième type, c'est-à-dire celui avec deux motifs identiques de masquage. Sur l'axe des abscisses, est indiqué l'écart E entre d'une part la position relative considérée de l'oculaire par rapport au plan image et d'autre part ladite position dans le cas d'une mise au point optimale, c'est-à-dire la position de meilleure focalisation. Sur l'axe des ordonnées, est indiquée l'intensité I du signal lumineux reçu par le détecteur après rétroréflexion par l'oeil de l'utilisateur. La position relative de l'oculaire par rapport au plan image est asservie sur le maximum de l'intensité de ce signal lumineux. Autour de la position de meilleure focalisation, la courbe C a une allure parabolique, la différence entre l'intensité I et l'intensité du maximum IR,. (valant 1 en ua) étant proportionnelle au carré de l'écart E à la position de meilleure focalisation. La sensibilité du dispositif de mise au point varie comme fonction croissante de la concavité de la courbe C. La concavité de cette courbe C dépend de plusieurs paramètres. Parmi ceux-ci, se trouvent l'ouverture numérique du système de visualisation, la forme et la taille du motif de masquage, la qualité de l'oeil de l'utilisateur. La concavité de cette courbe C varie comme fonction croissante de l'ouverture numérique du système de visualisation. Toutefois, il est à noter que la mise au point d'un système de visualisation peu ouvert est moins critique que celle d'un système de visualisation plus ouvert.

Préférentiellement, les moyens pour faire varier le chemin optique entre le plan image et l'oculaire comportent un dispositif de modulation périodique du chemin optique entre le plan image et l'oculaire, autour d'une distance nominale do, à une fréquence constante fo, le détecteur démodulant à cette fréquence fo le signal lumineux de manière à réaliser une détection synchrone. La modulation périodique peut être effectuée par vibration d'un élément optique du système de visualisation, la vibration s'effectuant en translation le long de l'axe optique du système de visualisation. Cet élément optique sera avantageusement l'oculaire. Dans certaines configurations, comme celles des figures 4 ou 5, l'élément optique vibrant peut aussi être le motif, c'est dire l'afficheur. Dans d'autres configurations comme par exemple celle de la figure 5, il est même possible de réaliser cette modulation périodique par vibration en translation le long de l'axe optique, de la lame séparatrice 19. Dans les configurations où le motif n'est pas confondu avec le plan image, c'est-à-dire sur les figures 1, 2 et 3 qui ne présentent pas d'afficheur, la modulation périodique peut également être réalisée par vibration du motif ou d'une lame séparatrice, mais le respect de la condition le chemin optique entre le plan image et l'oculaire et le chemin optique entre le motif et l'oculaire restent sensiblement égaux entre eux pendant la mise au point rend le système sensiblement plus complexe.

Plus particulièrement, la vibration à une fréquence sensiblement constante fo, entraîne au niveau du détecteur la détection d'un signal ayant une amplitude s et une fréquence fo. Le signal détecté est ensuite démodulé à la fréquence fo, permettant ainsi l'extraction de la variable s. La variable s correspond à la pente de la courbe C de la figure 9. La variable s représente la dérivée de l'intensité du signal lumineux reçu par le détecteur après rétroréflexion par l'oeil de l'utilisateur, en fonction de la position relative de l'oculaire par rapport au plan image. Lorsque cette intensité passe par un extremum, sa dérivée s'annule. La détection synchrone permet de remplacer la détection d'un maximum ou d'un minimum de signal, qui peut être parfois délicate, par la détection du zéro d'un signal d'erreur, ce qui est plus commode. La fréquence fo utilisée dans la détection synchrone doit de préférence être choisie suffisamment grande pour éviter que les perturbations extérieures, comme les mouvements parasites de l'oeil de l'utilisateur ou comme le changement de l'image à visualiser, aient un effet sensible sur l'opération de détection synchrone. Ce type de détection reste de toute façon moins sensible aux mouvements parasites de l'oeil de l'utilisateur. En effet, ces perturbations agissent sur le niveau du maximum de signal lumineux de mise au point détecté par le détecteur (représenté sur l'axe des ordonnées sur la figure 9) et non sur la position de ce maximum (représentée sur l'axe des abscisses sur la figure 9), position qui correspond à la position de bonne mise au point du système de visualisation.

Le domaine spectral préférentiel d'application, en ce qui concerne le signal lumineux de mise au point, s'étend du proche ultraviolet au proche infrarouge en englobant le visible. D'autres portions du spectre lumineux restent possibles, à condition toutefois que le pouvoir de focalisation du cristallin de l'oeil d'une part et le pouvoir de rétroréflexion de la rétine de l'oeil d'autre part soient suffisamment élevés pour rester compatibles avec la puissance de la source et la sensibilité du détecteur qui sont envisagées dans le système de visualisation considéré. Un signal lumineux de mise au point dans le domaine du visible a l'avantage de la simplicité. Un signal lumineux hors du domaine du visible a l'avantage de ne pas perturber la vision de l'utilisateur. A ce titre, le domaine du proche infrarouge est préférable à celui du proche ultraviolet car la rétroréflexion de la rétine de l'oeil y est plus élevée.

Dans une réalisation optionnelle et avantageuse de l'invention, après la mise au point, le dispositif de mise au point met en oeuvre une étape d'asservissement automatique complémentaire de la position relative de l'oculaire par rapport au plan image de manière à faire coïncider le plan image et le plan du punctum remotum de l'oeil d'un utilisateur. En effet, un utilisateur peu expérimenté regardant l'image à visualiser, a tendance à accommoder excessivement pour voir l'image la plus nette possible, ce qui entraîne pour lui une fatigue importante lors d'une observation prolongée.

Lorsque l'étape d'asservissement automatique de la position relative de l'oculaire par rapport au plan image est terminée, bien souvent le plan image coïncide avec le plan du punctum proximum de l'oeil de l'utilisateur. Dans une étape d'asservissement automatique complémentaire, le plan image est amené à coïncider avec le plan du punctum remotum de l'oeil de l'utilisateur, ce qui donne à celui-ci un bon confort visuel. Pour cela, à partir d'une position punctum proximum , on fait varier le chemin optique entre le plan image et l'oculaire. L'accommodation de l'oeil commence par suivre cette variation dans un premier temps, puis décroche pour un seuil donné de défocalisation du système de visualisation. Ce décrochage se traduit au niveau du détecteur par une brusque chute de l'intensité du signal lumineux détecté. En revenant juste avant ce décrochage, on se trouve à la position punctum remotum .

Claims (1)

1. <B>REVENDICATIONS</B> <B>1.</B> Procédé de mise au point d'un système de visualisation qui comporte un plan image (1) et un oculaire (3), caractérisé en ce que le procédé comprend une étape d'asservissement automatique de la position relative de l'oculaire (3) par rapport au plan image (1) sur les variations, en fonction des variations du chemin optique entre le plan image (1) et l'oculaire (3), d'un signal lumineux donné ayant traversé l'oculaire (3) avant et après avoir été rétroréfléchi par l'oeil (2) d'un utilisateur. 2. Système de visualisation ayant un axe optique et comportant un plan image (1), un oculaire (3), et un dispositif de mise au point, caractérisé en ce que le dispositif de mise au point met en oeuvre le procédé de mise au point selon la revendication 1 et en ce que le dispositif de mise au point comporte une source (6, 16, 14) émettant le signal lumineux, un détecteur (10) capable de détecter les variations du signal lumineux, et des moyens (4 et 11) pour faire varier le chemin optique entre le plan image (1) et l'oculaire (3). 3. Système de visualisation selon la revendication 2, caractérisé en ce que le système comporte un motif (20, 15, 17) de masquage du signal lumineux, le motif (20, 15, 17) étant disposé de manière à ce que, d'une part le trajet du signal lumineux issu de la source (6, 14) passe successivement par le motif (20, 15, 17), l'oculaire (3), l'oeil (2) de l'utilisateur, l'oculaire (3), et le motif (20, 15, 17) avant d'arriver sur le détecteur (10), et d'autre part le chemin optique entre le plan image (1) et l'oculaire (3) et le chemin optique entre le motif (20, 15, 17) et l'oculaire (3) restent sensiblement égaux entre eux pendant la mise au point. <B>4.</B> Système de visualisation selon la revendication 3, caractérisé en ce que le motif (20, 15, 17) est un afficheur en transmission (15) situé dans le plan image (1). 5. Système de visualisation selon la revendication 3, caractérisé en ce que le motif (20, 15, 17) est un afficheur en réflexion (17) situé dans le plan image (1). 6. Système de visualisation selon la revendication 2, caractérisé en ce que le système comporte au moins deux motifs (5 et 9, 16 et 9) identiques de masquage du signal lumineux, les motifs (5 et 9, 16 et 9) étant disposés de manière à ce que, d'une part le trajet du signal lumineux issu de la source (6, 16) passe successivement par un premier motif (5, 16), l'oculaire (3), l'oeil (2) de l'utilisateur, l'oculaire (3), et un deuxième motif (9) identique au premier, avant d'arriver sur le détecteur (10), et d'autre part le chemin optique entre le plan image (1) et l'oculaire (3) et les chemins optiques entre chacun des deux motifs (5 et 9, 16 et 9) et l'oculaire (3) restent sensiblement égaux entre eux pendant la mise au point. 7. Système de visualisation selon la revendication 2, caractérisé en ce que le système comporte au moins deux motifs complémentaires (5 et 9, 16 et 9) de masquage du signal lumineux, les motifs (5 et 9, 16 et 9) étant disposés de manière à ce que, d'une part le trajet du signal lumineux issu de la source (6, 16) passe successivement par un premier motif (5, 16), l'oculaire (3), l'oeil (2) de l'utilisateur, l'oculaire (3), et un deuxième motif (9) complémentaire du premier, avant d'arriver sur le détecteur (10), et d'autre part le chemin optique entre le plan image (1) et l'oculaire (3) et les chemins optiques entre chacun des deux motifs (5 et 9, 16 et 9) et l'oculaire (3) restent sensiblement égaux entre eux pendant la mise au point. 8. Système de visualisation selon l'une quelconque des revendications 6 à 7, caractérisé en ce que le système comporte un afficheur (16) matriciel en émission intégrant la source et le premier motif. 9. Système de visualisation selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'afficheur (16) matriciel est situé dans le plan image (1) et affiche alternativement le signal lumineux et une image à visualiser par l'utilisateur. <B>10.</B> Système de visualisation selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le système comporte un détecteur matriciel intégrant le deuxième motif (9) et le détecteur (10). 11. Système de visualisation selon l'une quelconque des revendications 3 à 10, caractérisé en ce que le (20, 15, 17) ou le premier (5, 16) motif de masquage transforme le signal lumineux en un ou plusieurs motifs lumineux dont la taille est suffisamment petite pour qu'une défocalisation substantielle du système de visualisation entraîne, au niveau du motif (20, 15, 17, 5, 16) après rétroréflexion par l'oeil (2) de l'utilisateur, une différence de recouvrement entre la forme du motif (20, 15, 17, 5, 16) de masquage et les motifs lumineux qui soit sensible pour le détecteur (10). <B>12.</B> Système de visualisation selon la revendication 11, caractérisé en ce que la taille du ou des motifs lumineux reste supérieure à la résolution de l'oeil (2) de l'utilisateur. <B>13.</B> Système de visualisation selon l'une quelconque des revendications 11 à 12, caractérisé en ce que le motif (20, 15, 17, 5, 16) de masquage est un écran (50) comportant une zone (51) circulaire déterminant la taille du motif lumineux. <B>14.</B> Système de visualisation selon l'une quelconque des revendications 11 à 12, caractérisé en ce que le motif (20, 15, 17, 5, 16) de masquage est un écran (50) comportant un réseau de zones (54) circulaires déterminant les tailles des motifs lumineux. 15. Système de visualisation selon l'une quelconque des revendications 2 à 14, caractérisé en ce que les moyens (4 et 11) pour faire varier le chemin optique entre le plan image (1) et l'oculaire (3) comportent des moyens (11) électroniques d'asservissement et un dispositif (4) de translation de l'oculaire (3) selon l'axe optique du système de visualisation, le dispositif (4) de translation étant commandé par les moyens (11) électroniques d'asservissement eux-mêmes commandés par le détecteur (10). <B>16.</B> Système de visualisation selon l'une quelconque des revendications 2 à 15, caractérisé en ce que les moyens (4 et 11) pour faire varier le chemin optique entre le plan image (1) et l'oculaire (3) comportent un dispositif de modulation périodique du chemin optique entre le plan image (1) et l'oculaire (3), autour d'une distance nominale do, à une fréquence constante fo, et en ce que le détecteur (10) démodule à cette fréquence fo le signal lumineux de manière à réaliser une détection synchrone. 17. Système de visualisation selon la revendication 16, caractérisé en ce que la modulation périodique est réalisé par vibration en translation de l'oculaire (3). <B>18.</B> Système de visualisation selon les revendications 3 à 5 et la revendication 16, caractérisé en ce que la modulation périodique est réalisé par vibration en translation du motif (15, 17). <B>19.</B> Système de visualisation selon la revendication 16, caractérisé en ce que le système de visualisation comporte une lame séparatrice (19) située entre le plan image (1) et l'oculaire (3) et en ce que la modulation périodique est réalisé par vibration en translation de la lame séparatrice (19). <B>20.</B> Système de visualisation selon l'une quelconque des revendications 2 à 19, caractérisé en ce que le domaine spectral du signal lumineux est le visible ou le proche infrarouge. 21. Système de visualisation selon l'une quelconque des revendications 2 à 20, caractérisé en ce qu'après la mise au point, le dispositif de mise au point met en couvre une étape d'asservissement automatique complémentaire de la position relative de l'oculaire (3) par rapport au plan image (1) en faisant coïncider le plan image (1) et le plan du punctum remotum de l'oeil (2) de l'utilisateur.