WO2001007966A1 - Viewing system with automatic setting - Google Patents

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WO2001007966A1
WO2001007966A1 PCT/FR2000/002064 FR0002064W WO0107966A1 WO 2001007966 A1 WO2001007966 A1 WO 2001007966A1 FR 0002064 W FR0002064 W FR 0002064W WO 0107966 A1 WO0107966 A1 WO 0107966A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
eyepiece
pattern
display system
image plane
light signal
Prior art date
Application number
PCT/FR2000/002064
Other languages
French (fr)
Inventor
Eric Simon
Gérard Illiaquer
François Micheron
Original Assignee
Thales
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0093Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for monitoring data relating to the user, e.g. head-tracking, eye-tracking
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B25/00Eyepieces; Magnifying glasses
    • G02B25/001Eyepieces
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/04Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
    • G02B7/08Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification adapted to co-operate with a remote control mechanism
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03BAPPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B13/00Viewfinders; Focusing aids for cameras; Means for focusing for cameras; Autofocus systems for cameras
    • G03B13/02Viewfinders
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03BAPPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
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    • G03B2213/02Viewfinders
    • G03B2213/025Sightline detection

Definitions

  • the invention relates to the field of display systems comprising an eyepiece.
  • the eyepiece is an optical element which projects an image on the eye of the user of the viewing system.
  • the image to be projected on the eye of the user is located in an image plane in the broad sense, that is to say in an image surface, preferably plane but not necessarily.
  • the image may for example be located in an identified intermediate focal plane and have been formed by a lens from the observed scene.
  • the image can also be located in the plane of a display.
  • the generated image can then for example come from photoelectric sensors observing a scene themselves.
  • Visualization systems include pairs of binoculars, cameras, telescopes, viewfinders, microscopes.
  • a visualization system requires adjustment.
  • Conventional focusing devices automatic or not, relate to the development of an objective situated between an object and an image plane, the objective focusing the image of the object on the image plane.
  • the problem dealt with by the invention is different. This involves focusing on an eyepiece, that is to say an optical element imaging the image plane on the retina of the user's eye. When the development is good, the image plane and the retina of the user's eye are optically conjugated.
  • the eyepiece of a viewing system must be developed for each user observing a given scene using the viewing system. Each user then performs manual focusing, the focusing being deemed to be carried out when the image appears sharp to the user.
  • the invention provides a focusing method and a display system comprising a display device implementing the focusing method.
  • the focusing process is automatic. It is based on the analysis of variations in a given light signal, said to be in focus, retroreflected by the user's eye, which varies when the optical path between the image plane and the eyepiece varies.
  • the focus position is controlled by these variations in the light signal reflected by the user's eye. In certain preferred configurations, the position of good focusing is then reached for an extremum of the intensity of this light signal.
  • a method for developing a display system which comprises an image plane and an eyepiece, characterized in that the method comprises a step of automatic servo-control of the relative position of the eyepiece with respect to the image plane on the variations, as a function of the variations in the optical path between the image plane and the eyepiece, of a given light signal having passed through the eyepiece before and after having been retroreflected by the eye of a user .
  • a display system having an optical axis and comprising an image plane, an eyepiece, and a focusing device, characterized in that the focusing device implements this method of focusing and in that the focusing device comprises a source emitting the light signal, a detector capable of detecting variations in the light signal, and means for varying the optical path between the image plane and the eyepiece.
  • FIG. 1 schematically shows a first embodiment of a display system according to the invention
  • FIG. 2 schematically shows a second embodiment of a display system according to the invention
  • FIG. 3 schematically shows a third embodiment of a display system according to the invention
  • FIG. 4 schematically shows a fourth embodiment of a display system according to the invention
  • FIG. 5 schematically shows a fifth embodiment of a display system according to the invention
  • FIG. 6 and 7 schematically represent a first form of pattern used in a display system according to the invention
  • FIG. 8 schematically shows a second form of pattern used in a display system according to the invention.
  • FIG. 9 schematically shows an example of the light signal variations as a function of the relative position of the eyepiece with respect to the image plane.
  • the system comprises a pattern for masking the light signal, the pattern being arranged so that, on the one hand, the path of the light signal coming from the source passes successively through the pattern, the eyepiece, the user's eye, the eyepiece, and the pattern before arriving at the detector, and on the other hand the optical path between the image plane and the eyepiece and the optical path between the pattern and the eyepiece remain approximately equal to each other during focusing.
  • a preferred example of this first type of display system is described in a first embodiment.
  • FIG. 1 schematically represents the first embodiment of a display system according to the invention.
  • the dashed line represents the bent optical axis of the display system.
  • the display system comprises an image plane 1.
  • the image plane 1 is preferably an identified intermediate focal plane, that is to say either materialized or fixed.
  • the image plane can also be a display generating an image to be displayed by the user, either directly or for example from the electrical signal coming from sensors located upstream in the display system.
  • An automatic focusing device then proves to be particularly advantageous, since the image plane 1 being identified, in the event of a significant change in the characteristics of the eye of the user, for example during a change of user, the system of visualization becomes automatically defocused, requiring a new focusing operation.
  • the viewing system also includes an eyepiece 3 which produces the image of the image plane 1 on the retina of the user's eye 2 when the focus is good.
  • the retina of eye 2 and the image plane 1 are then optically conjugated.
  • the display system also includes a separating plate 7 located between the image plane 1 and the eyepiece 3.
  • the separating plate 7 is traversed by part of the light arriving on its surface while it reflects the other part.
  • the separating plate 7 is preferably a 50/50 plate, that is to say that half of the quantity of light arriving on its surface at an incidence of 45 degrees is transmitted while the other half is reflected.
  • the display system also includes a light source 6, a separating blade 8 and a pattern 20.
  • the source 6 generates a light signal which successively passes through the separating blade 8 and the pattern 20 before arriving on the separating blade 7 to be reflected. towards the eye 2 passing through the eyepiece 3. Part of the light coming from the separating plate 7 and arriving on the separating plate 8 is reflected by the latter towards a detector 10 which also includes the display system. If the distance between the pattern 20 and the separating plate 8 is large, the display system may include a light collimator between the pattern 20 and the separating plate 8.
  • the display system also includes means 4 and 1 1 for varying the optical path between the image plane 1 and the eyepiece 3.
  • the optical path considered is then the optical path between the image plane 1 and the last optical element of the eyepiece 3.
  • These means consist for example of electronic control means 11 and of a device 4 for translating the eyepiece 3 according to the optical axis of the display system, but they may consist of any other equivalent means making it possible to vary the optical path between the image plane 1 and the eyepiece 3.
  • a relative displacement between some of these optical elements may lead to the same result. In certain embodiments such as those of FIGS.
  • the translation, along the optical axis of the display system, of the image plane then materialized by a display is also suitable.
  • the translation device 4 is controlled by electronic control means 1 which are themselves controlled by the detector 10, more precisely by the output signal from the detector 10.
  • the image of a scene observed by the user is in the image plane 1.
  • This image plane 1 is preferably fixed. Part of the light from the image plane 1 first crosses the separating plate 7 then the eyepiece 3 before arriving in the eye 2.
  • the scene, observed at a given instant fixes at this instant the diameter of the pupil of eye 2 and therefore the amount of light that can enter the eye 2. If we consider what happens in a very short time, the image located in the plane image 1 and the eye 2 of the user can be considered immobile. We can then consider that the eye, over a fairly short period of time, retroreflects identically over time a constant light signal. Therefore, the amount of retroreflected light signal varies if the light signal entering the eye varies.
  • the operation of varying the optical path between the image plane 1 and the eyepiece 3, in order to determine the relative position of the eyepiece 3 relative to the image plane 1 corresponding to good focusing. point for the viewing system, is carried out in a sufficiently short focusing time so that the image to be displayed as well as the user's eye remain stationary during this focusing time.
  • the light source 6 emits a light signal which successively passes through the separating plate 8 and the masking pattern 20.
  • the masking pattern 20 is a mask of a particular shape which transforms the light signal into a determined light pattern or into a figure of several determined light patterns. A light pattern is determined if we know some of its characteristics.
  • the pattern 20 is for example a screen comprising a circular hole.
  • the light signal, after passing through the pattern 20, is in the form of a circular light pattern having substantially the same diameter as the circular hole in the frame of the approximation of geometric optics. However, other forms of pattern are possible. Part of the light signal having passed through the pattern 20 is reflected by the separating plate 7 in order to pass through the eyepiece 3 and enter the eye 2.
  • the optical path between the image plane 1 and the retina of the eye 2 and the path between the pattern 20 and the retina of the eye 2, are or remain, preferably substantially equal to each other during focusing.
  • the optical path between the eyepiece 3 and the retina of the eye 2 is the same, as well for the light coming from the image plane 1 as for the light signal coming from the source 6 whether it is before or after retroreflection by the retina of eye 2, the preceding preferential condition is equivalent to this: the optical path between the image plane 1 and the eyepiece 3 and the optical path between the pattern 20 and the eyepiece 3 must remain substantially equal to each other for development.
  • the eyepiece 3 is made up of several optical elements, for example several lenses, the optical path considered is then the optical path between the image plane 1 and the last optical element of the eyepiece 3.
  • the margin of error in this equality corresponds to the defocusing authorized so that the user's eye 2 keeps a clear vision of the scene observed. If the optical paths are not strictly equal, and in absolute terms this is always the case, the difference between the optical paths must be sufficiently small for the relative position of the eyepiece 3 relative to the image plane 1, to which the enslavement step will have resulted, gives the retina of the eye 2 an image sufficiently well focused to appear clearly to the user.
  • These optical paths can be chosen to have a substantially different value, but a correction calculation step at the level of the electronic control means 11 is to be provided, which makes the overall system substantially more complex. After entering eye 2, the signal is more or less well focused on the retina of eye 2, then is retroreflected in the direction of eyepiece 3.
  • the light signal is again reflected on the slide separator 7 and crosses the pattern 20 in the direction of the separating blade 8. If the position of the eyepiece 3 corresponds to a position of good focus, the light signal has been focused precisely on the retina of the eye 2 and the retroreflected signal follows, at the aberrations of the eye and other optical elements of the near visualization system, the principle of reverse light return.
  • the light signal substantially covers the shape of the pattern 20, which essentially allows it to cross the pattern 20 before being partially reflected by the separating plate 8 and arriving at the surface of the detector 10 to be detected there, as explained in more detail in FIG. 6.
  • the light signal should be focused either upstream or downstream of the retina of the eye 2. Consequently, at the level of the retina of the eye 2, each point is imaged in a spot which, when it is retroreflected by the eye 2, brings l 'the whole of the light signal to overflow from the trace of the incident light signal coming from the source 6.
  • the light signal covers at the level of the pattern 20 a larger surface than the shape of the pattern 20, which stops a substantial part of the light signal, as explained in more detail in the level of FIG. 7.
  • the part of the light signal having crossed the pattern 20 is less than in the case of good focusing.
  • the part of the light signal detected by the detector 10 after reflection on the separating plate 8 is also lower than in the case of good focusing.
  • the case of good focusing corresponds for the display system shown in FIG. 1, to a maximum of signal detected by the detector 10.
  • a good focusing corresponds either to the best focusing or to a focusing point close enough to the best focus so that the image to be viewed appears sharp to the user's eye 2.
  • the automatic servoing step then consists in varying the optical path between the image plane 1 and the eyepiece 3, for example by translating the eyepiece 3 along the optical axis of the display system, and in servoing the relative position of the eyepiece 3 with respect to the image plane 1 on the maximum light signal detected at the detector 10.
  • This maximum corresponds to the position of good development which will be all the closer to the position of best development that this maximum will be determined with greater precision.
  • the arrows represented in FIG. 1 symbolize the direction of control, from the detector 10 towards the electronic control means 1 1 on the one hand, and electronic control means 1 1 towards the device 4 for translating the eyepiece 3 on the other hand.
  • the system comprises at least two identical patterns for masking the light signal, the patterns being arranged so that, on the one hand, the path of the light signal coming from the source passes successively through a first pattern, the eyepiece, the user's eye, the eyepiece, and a second pattern identical to the first, before arriving at the detector, and on the other hand the optical path between the plane image and the eyepiece and the optical paths between each of the two patterns and the eyepiece remain substantially equal to each other during focusing.
  • this second type of display system is described in a second embodiment.
  • FIG. 2 schematically represents the second embodiment of a display system according to the invention.
  • the masking pattern 20 located between the separating blades 7 and 8 has been replaced by two masking patterns 5 and 9, the first pattern 5 being located between the separating blade 8 and the source 6 , the second pattern 9 being located between the separating blade 8 and the detector 10.
  • the two patterns 5 and 9 are identical, the relative position of the eyepiece 3 relative to the image plane 1 is controlled over a maximum intensity of the light signal detected by the detector 10, as for the first type of display system.
  • the optical path between the image plane 1 and the eyepiece 3, the optical path between the first pattern 5 and the eyepiece 3, the optical path between the second pattern 9 and the eyepiece 3 all remain substantially equal to each other during the setting. on point.
  • the system comprises at least two complementary patterns for masking the light signal, the patterns being arranged so that, on the one hand, the path of the light signal coming from the source past successively by a first pattern, the eyepiece, the user's eye, the eyepiece, and a second pattern complementary to the first, before arriving at the detector, and on the other hand the optical path between the image plane and the eyepiece and the optical paths between each of the two patterns and the eyepiece remain substantially equal to each other during focusing.
  • a preferred example of this third type of display system is also described in the second embodiment represented in FIG. 2. The difference between the second and third types of display system consists in the fact that the patterns 5 and 9 are respectively complementary instead of being identical.
  • the second pattern 9 will be a circular non-transparent screen of the same diameter as the circular hole of the first pattern 5.
  • the relative position of the eyepiece 3 by compared to the image plane 1 is then controlled on a minimum intensity of the light signal detected by the detector 10.
  • this type of visualization system with minimum intensity control is less reliable than the first and second types of display system with servo on maximum intensity, because the minimum of intensity is relative and not absolute, this is why a very large defocusing at the beginning of the development can risk to diverge the servo.
  • the detector 10 is preferably a simple detector, for example a photoelectric photodiode type, making it possible to detect the overall intensity of the light signal arriving on its surface after passing through the second masking pattern 9.
  • the detection can also be carried out for example a matrix detector integrating the second masking pattern 9 and the detector 10. Electronic processing downstream of this matrix detector would then make it possible to electronically reconstruct the masking function of the second pattern 9.
  • the focusing device that comprises the display system according to the invention can operate according to different types of operating modes.
  • One type of operating mode consists, for example, of a specific "debugging mode" which is activated on the initiative of the user.
  • This mode can be selected by pressing a corresponding button.
  • Another type of operating mode consists, for example, of an almost permanent focusing mode. This mode is permanently activated on condition of the presence of an eye 2 behind the eyepiece 3. This presence can be detected by considering a threshold of light intensity to be received by the detector 10. In fact, the presence of an eye 2 in principle ensures retroreflexion of a minimum of light intensity.
  • a display system has either one of the preceding operating modes, or yet another type of operating mode.
  • the system can advantageously include a display 16 in transmission, preferably matrix, integrating the source 6 and the first masking pattern 5.
  • the matrix display 16 is located in the image plane 1 and alternately displays the light signal and an image to be viewed by the user.
  • the image plane 1, the source 6 and the first masking pattern 5 are then combined into a single element which is the matrix display 16 in transmission.
  • the successive and periodic display of the image to be displayed and of the light signal used for focusing is preferably carried out, as regards the light signal, with a sufficiently short period before the retinal persistence of the eye 2 so that the user is not inconvenienced.
  • a preferred example of this second or third type of display system is described in a third embodiment.
  • FIG. 3 schematically represents the third embodiment of a display system according to the invention.
  • the relative arrangement of the second masking pattern 9, of the detector 10, of the eyepiece 3, of the means 4 and 1 1 for varying the optical path between the image plane 1 and the eyepiece 3, of the eye 2 and of the separating blade 7 remains similar to that of FIG. 2.
  • the pian image 1 is replaced by a matrix display 16 in emission also playing the role of the assembly constituted by the source 6 and the first masking pattern 5 in FIG. 2
  • the light signal retroreflected by the eye 2 and reflected by the separating plate 7 arrives directly on the second masking pattern 9.
  • a color display 16 in which the image to be displayed is produced by a temporal sequencing of three images respectively red, green, and blue.
  • the light signal can for example be inserted between the blue image and the red image at each refresh period of the image to be displayed.
  • the light signal will preferably be in the near infrared range so as to be invisible so as not to disturb the user's eye 2 at all.
  • the matrix display 16 in transmission makes it possible to directly generate a light signal for focusing having a particular section, for example approximately circular.
  • the masking pattern can be a transmission display located in the image plane.
  • the transmission display illuminated by a source, preferably alternately generates the image to be displayed and the focusing light signal, as in the case of FIG. 3.
  • a preferred example of this first type of display system is described in a fourth embodiment.
  • FIG. 4 schematically represents a fourth embodiment of a display system according to the invention.
  • the display system then comprises a light source 14 and a display 15 illuminated in transmission by the light source 14.
  • the image to be displayed is determined by the different transmittance values at different points. of the surface of the display 15 in transmission.
  • the display 15 in transmission is a spatial light modulator.
  • the image located in the image plane at the level of the display 15 in transmission is focused on the retina of the user's eye 2 in the event of good focusing.
  • the display system includes an eyepiece 3 performing this focusing. Between the source 14 and the display 15 is located a separating plate 12.
  • the light signal retroreflected by the eye 2 having passed through the eyepiece 3 is reflected on the separating plate 12 to reach the surface of the detector 10.
  • the display system also includes means 4 and 1 1 for varying the optical path between the image plane and the eyepiece 3, the image plane here being materialized by the display 15 in transmission. These means 4 and 1 1 are controlled by the detector 10. Between the separating blade 12 and the display 15 in transmission is advantageously located a light collimator 13. This collimator 13 makes it possible not to impose a too powerful light source 14 or a detector 10 of too large surface, and this all the more so as the distance between the separating blade 12 and the display 15 in transmission is important.
  • the display 15 located between the collimator 13 and the eyepiece 3
  • two displays 15 in transmission respectively on the one hand between the source 14 and the separating blade 12 and on the other hand between the separating plate 12 and the detector 10.
  • the image to be displayed and the focusing light signal are preferably distinct as in FIG. 3, the display 15 displaying for example alternately the image to be displayed and the light signal of focus.
  • the image to be displayed and the focusing light signal can however also be confused in the case where the image to be displayed does not change substantially during the time necessary to effect a focusing. This is only possible because the display 15 plays the role both of the image plane, of the pattern crossed by the light signal before retroreflection by the eye 2, and of the pattern crossed by the light signal after retroreflection by the eye 2.
  • the masking pattern can be a display in reflection located in the image plane.
  • the reflection display illuminated by a source, preferably alternately generates the image to be displayed and the focusing light signal.
  • a preferred example of this first type of display system is described in a fifth embodiment.
  • FIG. 5 schematically represents the fifth embodiment of a display system according to the invention.
  • the display system comprises a source 14 and a display 17 in reflection illuminated by the source 14.
  • the display system also includes a light collimator 13, a separating plate 18, another separating plate 19, sequentially placed between the source 14 and the display 17 in reflection.
  • Part of the light reflected by the display 17 in reflection is focused on the eye 2 of the user by an eyepiece 3 that includes the viewing.
  • Part of the focusing light signal is retroreflected by the eye 2, passes through the eyepiece 3, is reflected by the separating plate 19, is reflected by the display 17 in reflection, passes through the separating plate 19, is reflected by the separating blade 18 to arrive on the surface of the detector 10 which also includes the display system.
  • the display system also includes means 4 and 1 1 for varying the optical path between the image plane, that is to say here the display 17 in reflection, and the eyepiece 3. These means 4 and 1 1 are controlled by the detector 10.
  • the means for varying the optical path between the image plane and the eyepiece preferably comprise a device 4 for translating the eyepiece along the optical axis of the display system, the device 4 being controlled by electronic control means 1 1.
  • Other types of means can be used, in particular in the display systems represented in FIGS. 4 and 5.
  • the device 4 could for example be a device for translating the display, whether this is a display in transmission or in reflection.
  • the focusing device uses a given light signal for focusing.
  • This light signal from a source is advantageously transformed by one or more masking patterns according to the embodiment.
  • the masking pattern when it is unique or the first masking pattern otherwise, transforms the light signal into one or more light patterns whose size is small enough so that substantial defocusing of the display system results in level of the pattern after retroreflection by the eye of a user, a difference in overlap between the shape of the masking pattern and the light patterns which is sensitive to the detector. Otherwise, the focusing device generally loses its sensitivity unless it uses a very sensitive detector which will then be expensive.
  • the size of the light pattern (s) preferably remains greater than the resolution of the eye of a user, in order to avoid an overly sensitive control dominated by aberrations of the eye of the user and thus risking lead to a position of focus which is not optimal.
  • a much too small pattern size would decrease the received signal by the detector 10 after retroreflection by the eye 2, thus degrading the signal to noise ratio and therefore the precision of the servo-control.
  • the size of the pixels of the displays generally corresponds already to a size of patterns which is adequate, that is to say that with a few pixels, an array of patterns of adequate size, or if necessary, with one or more pixels, a light pattern of adequate size can be obtained.
  • FIGS. 6 and 7 schematically represent a first preferred form of masking pattern used in a display system according to the invention.
  • the masking pattern is a screen 50 comprising a circular area 51, preferably centered on the optical axis, which determines a light pattern of circular section.
  • This masking pattern has the advantage of simplicity.
  • the screen 50 is advantageously opaque outside of the zone 51, it could also be reflective provided that it is arranged so that the light which it reflects does not disturb the display system.
  • the zone will for example be a hole or in transparent material, and when the signal is reflected by the pattern as in FIG. 5, the zone will for example be a mirror.
  • FIGS. 1 the zone will for example be a hole or in transparent material, and when the signal is reflected by the pattern as in FIG. 5, the zone will for example be a mirror.
  • 6 and 7 show in hatched lines the trace of the light beam, that is to say the light pattern, after retroreflection by the eye of the user, on the screen 50, respectively in the case of good focusing. point corresponding to trace 52 and in the case of incorrect focusing corresponding to trace 53.
  • the relative position of the eyepiece with respect to the image plane is controlled over a maximum of intensity of the light signal detected by the detector.
  • the trace 52 of the light beam covers the hole 51 by slightly overflowing, as a result of which a maximum of energy crosses the screen 50 to then be detected by the detector.
  • FIG. 8 schematically represents a second preferred form of masking pattern used in a display system according to the invention.
  • the masking pattern is a screen 50 comprising a network of circular zones 54, each circular zone 54 being similar to the circular zone 51 shown in FIGS. 6 and 7. This masking pattern is more complex than that shown in FIGS. 6 and 7, but its functioning remains similar. If, as in FIG.
  • the network of circular zones 54 comprises nxn, here 6 ⁇ 6, circular zones 54, the intensity of the focusing light signal received by the detector will be n 2 , here 36, times greater than in the case of the pattern represented in FIGS. 6 and 7.
  • the efficiency of the focusing device is substantially improved.
  • the detector measures the variations in the intensity of the focusing light signal after retroreflection by the user's eye, when the means for varying the optical path between the image plane and the eyepiece cause this optical path to vary.
  • Variations in the intensity of the light signal have the property of being rapid when the optical path considered deviates from that corresponding to good focusing. This is called the "cat eye” effect.
  • the rapidity of these variations allows effective and precise control. Indeed, as soon as the optical path between the image plane and the eyepiece is slightly different from the optical path of good focusing, that is to say as soon as the relative position of the eyepiece with respect to the image plane becomes slightly different from the position corresponding to an optimal focusing, the variations become sensitive for a moderately sensitive detector.
  • FIG. 9 represents, by means of a curve C, an example of variations of the focusing light signal as a function of the relative position of the eyepiece with respect to the image plane.
  • the scales represented in figure 9 are expressed in arbitrary units ua, figure l ⁇
  • the curve C has a parabolic shape, the difference between the intensity I and the intensity of the maximum l max (equal to 1 in ua) being proportional to the square of the difference E at the position of better focus.
  • the sensitivity of the focusing device varies as an increasing function of the concavity of curve C.
  • the concavity of this curve C depends on several parameters. Among these are the digital openness of the viewing system, the shape and size of the masking pattern, the quality of the user's eye.
  • the concavity of this curve C varies as an increasing function of the digital aperture of the display system. However, it should be noted that the development of an open viewing system is less critical than that of a more open viewing system.
  • the means for varying the optical path between the image plane and the eyepiece comprise a device for periodic modulation of the optical path between the image plane and the eyepiece, around a nominal distance d 0 , at a constant frequency f 0 , the detector demodulating at this frequency f 0 the light signal so as to carry out a synchronous detection.
  • the periodic modulation can be carried out by vibration of an optical element of the display system, the vibration taking place in translation along the optical axis of the display system.
  • This optical element will advantageously be the eyepiece.
  • the vibrating optical element can also be the pattern, that is to say the display. In other configurations such as that of FIG.
  • the vibration at a substantially constant frequency f 0 causes the detector to detect a signal having an amplitude s and a frequency f 0 .
  • the detected signal is then demodulated at the frequency f 0 , thus allowing the extraction of the variable s.
  • the variable s corresponds to the slope of the curve C in FIG. 9.
  • the variable s represents the derivative of the intensity of the light signal received by the detector after retroreflection by the user's eye, as a function of the relative position of the eyepiece with respect to the image plane. When this intensity passes through an extremum, its derivative is canceled.
  • Synchronous detection makes it possible to replace the detection of a maximum or a minimum of signal, which can be sometimes delicate, by the detection of zero of an error signal, which is more convenient.
  • the frequency f 0 used in the synchronous detection should preferably be chosen to be large enough to prevent external disturbances, such as parasitic movements of the user's eye or the change of the image to be viewed, from having a significant effect. on the synchronous detection operation. In any case, this type of detection remains less sensitive to parasitic movements of the user's eye. Indeed, these disturbances act on the level of the maximum focusing light signal detected by the detector (represented on the ordinate axis in FIG. 9) and not on the position of this maximum (represented on the axis of the abscissa in FIG.
  • the preferential spectral range of application extends from the near ultraviolet to the near infrared, including the visible. Other portions of the light spectrum remain possible, provided however that the focusing power of the lens of the eye on the one hand and the retroreflexion power of the retina of the eye on the other hand are sufficiently high to remain compatible with the I o
  • a light signal focusing in the visible range has the advantage of simplicity.
  • a light signal outside the visible range has the advantage of not disturbing the user's vision.
  • the near infrared domain is preferable to that of the near ultraviolet because the retroreflexion of the retina of the eye is higher there.
  • the focusing device implements a step of automatic servo complementary to the relative position of the eyepiece with respect to the pian image so as to make coincide the image plane and the plane of the punctum remotum of a user's eye.
  • a step of automatic servo complementary to the relative position of the eyepiece with respect to the pian image so as to make coincide the image plane and the plane of the punctum remotum of a user's eye.
  • the image plane is brought to coincide with the plane of the punctum remotum of the eye of the user, which gives the latter good visual comfort.
  • the optical path between the image plane and the eyepiece is varied. The accommodation of the eye begins by following this variation at first, then drops out for a given threshold of defocusing of the visualization system. This drop-out results in a sudden drop in the intensity of the detected light signal at the detector. Coming back just before this stall, you are in the "punctum remotum" position.

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Abstract

The invention concerns the field of viewing systems comprising an eyepiece. It concerns a method for setting a viewing system comprising an image plane (1) and an eyepiece (3), the method comprising a step which consists in automatically controlling the relative position of the eyepiece (3) with respect to the image plane (1) on variations, based on the variations of the optical path between the image plane (1) and the eyepiece (3), of a given light signal which has traversed the eyepiece (3) after having been retro-reflected by the user's eye (2). The invention is particularly applicable to binoculars, cameras, telescopes, viewfinders, microscopes.

Description

SYSTEME DE VISUALISATION A MISE AU POINT AUTOMATIQUE AUTOMATIC FOCUSING DISPLAY SYSTEM
L'invention concerne le domaine des systèmes de visualisation comportant un oculaire. L'oculaire est un élément optique qui projette une image sur l'œil de l'utilisateur du système de visualisation. L'image devant être projetée sur l'œil 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.The invention relates to the field of display systems comprising an eyepiece. The eyepiece is an optical element which projects an image on the eye of the user of the viewing system. The image to be projected on the eye of the user is located in an image plane in the broad sense, that is to say in an image surface, preferably plane but not necessarily. The image may for example be located in an identified intermediate focal plane and have been formed by a lens from the observed scene. The image can also be located in the plane of a display. The generated image can then for example come from photoelectric sensors observing a scene themselves. Visualization systems include pairs of binoculars, cameras, telescopes, viewfinders, 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. Il 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'œil de l'utilisateur. Lorsque la mise au point est bonne, le plan image et la rétine de l'œil de l'utilisateur sont optiquement conjugués.A visualization system requires adjustment. Conventional focusing devices, automatic or not, relate to the development of an objective situated between an object and an image plane, the objective focusing the image of the object on the image plane. The problem dealt with by the invention is different. This involves focusing on an eyepiece, that is to say an optical element imaging the image plane on the retina of the user's eye. When the development is good, the image plane and the retina of the user's eye are optically conjugated.
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.According to the prior art, the eyepiece of a viewing system must be developed for each user observing a given scene using the viewing system. Each user then performs manual focusing, the focusing being deemed to be carried out when the image appears sharp to the user.
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.This manual focusing has a drawback. When several users simultaneously use the same viewing system, as it is not always possible to use the viewing system while keeping their corrective glasses, each user must make a personalized adjustment of the eyepiece corresponding to his own view. This is tedious and a waste of time. In addition, some Visualization systems, called binoculars, require several consecutive adjustments of the eyepiece, which is all the more tedious.
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 œuvre le procédé de mise au point. Le procédé de mise au point est automatique. Il repose sur l'analyse des variations d'un signal lumineux donné, dit de mise au point, rétroréfléchi par l'œil 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'œil 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.To eliminate the above drawbacks, the invention provides a focusing method and a display system comprising a display device implementing the focusing method. The focusing process is automatic. It is based on the analysis of variations in a given light signal, said to be in focus, retroreflected by the user's eye, which varies when the optical path between the image plane and the eyepiece varies. The focus position is controlled by these variations in the light signal reflected by the user's eye. In certain preferred configurations, the position of good focusing is then reached for an extremum of the intensity of this light signal.
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'œil 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 œuvre 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.According to the invention, there is provided a method for developing a display system which comprises an image plane and an eyepiece, characterized in that the method comprises a step of automatic servo-control of the relative position of the eyepiece with respect to the image plane on the variations, as a function of the variations in the optical path between the image plane and the eyepiece, of a given light signal having passed through the eyepiece before and after having been retroreflected by the eye of a user . According to the invention, there is also provided a display system having an optical axis and comprising an image plane, an eyepiece, and a focusing device, characterized in that the focusing device implements this method of focusing and in that the focusing device comprises a source emitting the light signal, a detector capable of detecting variations in the light signal, and means for varying the optical path between the image plane and the eyepiece.
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 :The invention will be better understood and other features and advantages will become apparent from the following description and the attached drawings, given by way of examples, in which:
- la figure 1 représente schématiquement un premier mode de réalisation d'un système de visualisation selon l'invention ;- Figure 1 schematically shows a first embodiment of a display system according to the 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 ;- Figure 2 schematically shows a second embodiment of a display system according to the invention; - Figure 3 schematically shows a third embodiment of a display system according to the 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 ;- Figure 4 schematically shows a fourth embodiment of a display system according to the invention; - Figure 5 schematically shows a fifth embodiment of a display system according to the invention;
- les figures 6 et 7 représentent schématiquement une première forme de motif utilisé dans un système de visualisation selon l'invention ;- Figures 6 and 7 schematically represent a first form of pattern used in a display system according to the invention;
- la figure 8 représente schématiquement une deuxième forme de motif utilisé dans un système de visualisation selon l'invention ;- Figure 8 schematically shows a second form of pattern used in a display system according to the 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.- Figure 9 schematically shows an example of the light signal variations as a function of the relative position of the eyepiece with respect to the image plane.
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'œil 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.In a first type of display system according to the invention, the system comprises a pattern for masking the light signal, the pattern being arranged so that, on the one hand, the path of the light signal coming from the source passes successively through the pattern, the eyepiece, the user's eye, the eyepiece, and the pattern before arriving at the detector, and on the other hand the optical path between the image plane and the eyepiece and the optical path between the pattern and the eyepiece remain approximately equal to each other during focusing. A preferred example of this first type of display system is described in a first embodiment.
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'œil 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.FIG. 1 schematically represents the first embodiment of a display system according to the invention. The dashed line represents the bent optical axis of the display system. The display system comprises an image plane 1. The image plane 1 is preferably an identified intermediate focal plane, that is to say either materialized or fixed. The image plane can also be a display generating an image to be displayed by the user, either directly or for example from the electrical signal coming from sensors located upstream in the display system. An automatic focusing device then proves to be particularly advantageous, since the image plane 1 being identified, in the event of a significant change in the characteristics of the eye of the user, for example during a change of user, the system of visualization becomes automatically defocused, requiring a new focusing operation.
Le système de visualisation comporte aussi un oculaire 3 qui réalise l'image du plan image 1 sur la rétine de l'œil 2 de l'utilisateur lorsque la mise au point est bonne. La rétine de l'œil 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'œil 2.The viewing system also includes an eyepiece 3 which produces the image of the image plane 1 on the retina of the user's eye 2 when the focus is good. The retina of eye 2 and the image plane 1 are then optically conjugated. Light or light rays from the image plane 1, in which an observed scene is for example represented, pass through the eyepiece 3 before being focused on the retina of the eye 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.The display system also includes a separating plate 7 located between the image plane 1 and the eyepiece 3. The separating plate 7 is traversed by part of the light arriving on its surface while it reflects the other part. The separating plate 7 is preferably a 50/50 plate, that is to say that half of the quantity of light arriving on its surface at an incidence of 45 degrees is transmitted while the other half is reflected.
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'œil 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.The display system also includes a light source 6, a separating blade 8 and a pattern 20. The source 6 generates a light signal which successively passes through the separating blade 8 and the pattern 20 before arriving on the separating blade 7 to be reflected. towards the eye 2 passing through the eyepiece 3. Part of the light coming from the separating plate 7 and arriving on the separating plate 8 is reflected by the latter towards a detector 10 which also includes the display system. If the distance between the pattern 20 and the separating plate 8 is large, the display system may include a light collimator between the pattern 20 and the separating plate 8.
Le système de visualisation comporte également des moyens 4 et 1 1 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 1 1 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 1 électroniques d'asservissement lesquels sont eux-mêmes commandés par le détecteur 10, plus précisément par le signal de sortie du détecteur 10.The display system also includes means 4 and 1 1 for varying the optical path between the image plane 1 and the eyepiece 3. When the eyepiece 3 consists of several optical elements, for example several lenses, the optical path considered is then the optical path between the image plane 1 and the last optical element of the eyepiece 3. These means consist for example of electronic control means 11 and of a device 4 for translating the eyepiece 3 according to the optical axis of the display system, but they may consist of any other equivalent means making it possible to vary the optical path between the image plane 1 and the eyepiece 3. In the case where the eyepiece 3 consists of several optical elements, a relative displacement between some of these optical elements may lead to the same result. In certain embodiments such as those of FIGS. 4 or 5 described below, the translation, along the optical axis of the display system, of the image plane then materialized by a display, is also suitable. The translation device 4 is controlled by electronic control means 1 which are themselves controlled by the detector 10, more precisely by the output signal from the detector 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'œil 2. La scène, observée à un instant donné, fixe à cet instant le diamètre de la pupille de l'œil 2 et par conséquent la quantité de lumière qui peut rentrer dans l'œil 2. Si l'on considère ce qui se passe dans un temps très court, l'image située dans le plan image 1 et l'œil 2 de l'utilisateur peuvent être considérés comme immobiles. On peut alors considérer que l'œil, 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'œil varie. Il 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'œil de l'utilisateur restent immobiles pendant ce temps de mise au point.The image of a scene observed by the user is in the image plane 1. This image plane 1 is preferably fixed. Part of the light from the image plane 1 first crosses the separating plate 7 then the eyepiece 3 before arriving in the eye 2. The scene, observed at a given instant, fixes at this instant the diameter of the pupil of eye 2 and therefore the amount of light that can enter the eye 2. If we consider what happens in a very short time, the image located in the plane image 1 and the eye 2 of the user can be considered immobile. We can then consider that the eye, over a fairly short period of time, retroreflects identically over time a constant light signal. Therefore, the amount of retroreflected light signal varies if the light signal entering the eye varies. It is therefore preferable for this that the operation of varying the optical path between the image plane 1 and the eyepiece 3, in order to determine the relative position of the eyepiece 3 relative to the image plane 1 corresponding to good focusing. point for the viewing system, is carried out in a sufficiently short focusing time so that the image to be displayed as well as the user's eye remain stationary during this focusing time.
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'œil 2. Le chemin optique entre le plan image 1 et la rétine de l'œil 2 et le chemin optique entre le motif 20 et la rétine de l'œil 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'œil 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 retroreflexion par la rétine de l'œil 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.The light source 6 emits a light signal which successively passes through the separating plate 8 and the masking pattern 20. The masking pattern 20 is a mask of a particular shape which transforms the light signal into a determined light pattern or into a figure of several determined light patterns. A light pattern is determined if we know some of its characteristics. The pattern 20 is for example a screen comprising a circular hole. The light signal, after passing through the pattern 20, is in the form of a circular light pattern having substantially the same diameter as the circular hole in the frame of the approximation of geometric optics. However, other forms of pattern are possible. Part of the light signal having passed through the pattern 20 is reflected by the separating plate 7 in order to pass through the eyepiece 3 and enter the eye 2. The optical path between the image plane 1 and the retina of the eye 2 and the path between the pattern 20 and the retina of the eye 2, are or remain, preferably substantially equal to each other during focusing. As the optical path between the eyepiece 3 and the retina of the eye 2 is the same, as well for the light coming from the image plane 1 as for the light signal coming from the source 6 whether it is before or after retroreflection by the retina of eye 2, the preceding preferential condition is equivalent to this: the optical path between the image plane 1 and the eyepiece 3 and the optical path between the pattern 20 and the eyepiece 3 must remain substantially equal to each other for development. When the eyepiece 3 is made up of several optical elements, for example several lenses, the optical path considered is then the optical path between the image plane 1 and the last optical element of the eyepiece 3.
La marge d'erreur dans cette égalité correspond à la défocalisation autorisée pour que l'œil 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'œil 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 1 1 électroniques d'asservissement est à prévoir, ce qui rend le système global sensiblement plus complexe. Après être entré dans l'œil 2, le signal est plus ou moins bien focalisé sur la rétine de l'œil 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'œil 2 et le signal rétroréfléchi suit, aux aberrations de l'œil 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'œil 2. Par conséquent, au niveau de la rétine de l'œil 2, chaque point est imagé en une tache qui, lorsqu'elle est rétroréfléchie par l'œil 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.The margin of error in this equality corresponds to the defocusing authorized so that the user's eye 2 keeps a clear vision of the scene observed. If the optical paths are not strictly equal, and in absolute terms this is always the case, the difference between the optical paths must be sufficiently small for the relative position of the eyepiece 3 relative to the image plane 1, to which the enslavement step will have resulted, gives the retina of the eye 2 an image sufficiently well focused to appear clearly to the user. These optical paths can be chosen to have a substantially different value, but a correction calculation step at the level of the electronic control means 11 is to be provided, which makes the overall system substantially more complex. After entering eye 2, the signal is more or less well focused on the retina of eye 2, then is retroreflected in the direction of eyepiece 3. Part of this light signal is again reflected on the slide separator 7 and crosses the pattern 20 in the direction of the separating blade 8. If the position of the eyepiece 3 corresponds to a position of good focus, the light signal has been focused precisely on the retina of the eye 2 and the retroreflected signal follows, at the aberrations of the eye and other optical elements of the near visualization system, the principle of reverse light return. At the level of the pattern 20, the light signal substantially covers the shape of the pattern 20, which essentially allows it to cross the pattern 20 before being partially reflected by the separating plate 8 and arriving at the surface of the detector 10 to be detected there, as explained in more detail in FIG. 6. While if the focus is poor, that is to say if the display system is defocused, the light signal should be focused either upstream or downstream of the retina of the eye 2. Consequently, at the level of the retina of the eye 2, each point is imaged in a spot which, when it is retroreflected by the eye 2, brings l 'the whole of the light signal to overflow from the trace of the incident light signal coming from the source 6. Always considering as carried out during the development the previous condition of equality of the optical paths between on the one hand the image plane 1 and l eyepiece 3 and secondly the moti f 20 and the eyepiece 3, the light signal covers at the level of the pattern 20 a larger surface than the shape of the pattern 20, which stops a substantial part of the light signal, as explained in more detail in the level of FIG. 7. The part of the light signal having crossed the pattern 20 is less than in the case of good focusing. The part of the light signal detected by the detector 10 after reflection on the separating plate 8 is also lower than in the case of good focusing.
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'œil 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 1 1 électroniques d'asservissement d'une part , et des moyens 1 1 électroniques d'asservissement vers le dispositif 4 de translation de l'oculaire 3 d'autre part.The case of good focusing corresponds for the display system shown in FIG. 1, to a maximum of signal detected by the detector 10. A good focusing corresponds either to the best focusing or to a focusing point close enough to the best focus so that the image to be viewed appears sharp to the user's eye 2. The automatic servoing step then consists in varying the optical path between the image plane 1 and the eyepiece 3, for example by translating the eyepiece 3 along the optical axis of the display system, and in servoing the relative position of the eyepiece 3 with respect to the image plane 1 on the maximum light signal detected at the detector 10. This maximum corresponds to the position of good development which will be all the closer to the position of best development that this maximum will be determined with greater precision. The arrows represented in FIG. 1 symbolize the direction of control, from the detector 10 towards the electronic control means 1 1 on the one hand, and electronic control means 1 1 towards the device 4 for translating the eyepiece 3 on the other hand.
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'œil 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.In a second type of display system according to the invention, the system comprises at least two identical patterns for masking the light signal, the patterns being arranged so that, on the one hand, the path of the light signal coming from the source passes successively through a first pattern, the eyepiece, the user's eye, the eyepiece, and a second pattern identical to the first, before arriving at the detector, and on the other hand the optical path between the plane image and the eyepiece and the optical paths between each of the two patterns and the eyepiece remain substantially equal to each other during focusing. A preferred example of this second type of display system is described in a second embodiment.
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.FIG. 2 schematically represents the second embodiment of a display system according to the invention. The difference between FIGS. 1 and 2 is that the masking pattern 20 located between the separating blades 7 and 8 has been replaced by two masking patterns 5 and 9, the first pattern 5 being located between the separating blade 8 and the source 6 , the second pattern 9 being located between the separating blade 8 and the detector 10. When the two patterns 5 and 9 are identical, the relative position of the eyepiece 3 relative to the image plane 1 is controlled over a maximum intensity of the light signal detected by the detector 10, as for the first type of display system. The optical path between the image plane 1 and the eyepiece 3, the optical path between the first pattern 5 and the eyepiece 3, the optical path between the second pattern 9 and the eyepiece 3 all remain substantially equal to each other during the setting. on 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'œil 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 défoçalisation 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 1 1 électroniques d'asservissement, ce qui rendra le système global sensiblement plus complexe.In a third type of display system according to the invention, the system comprises at least two complementary patterns for masking the light signal, the patterns being arranged so that, on the one hand, the path of the light signal coming from the source past successively by a first pattern, the eyepiece, the user's eye, the eyepiece, and a second pattern complementary to the first, before arriving at the detector, and on the other hand the optical path between the image plane and the eyepiece and the optical paths between each of the two patterns and the eyepiece remain substantially equal to each other during focusing. A preferred example of this third type of display system is also described in the second embodiment represented in FIG. 2. The difference between the second and third types of display system consists in the fact that the patterns 5 and 9 are respectively complementary instead of being identical. For example, if the first pattern 5 is a non-transparent screen having a transparent circular hole, the second pattern 9 will be a circular non-transparent screen of the same diameter as the circular hole of the first pattern 5. The relative position of the eyepiece 3 by compared to the image plane 1 is then controlled on a minimum intensity of the light signal detected by the detector 10. But this type of visualization system with minimum intensity control is less reliable than the first and second types of display system with servo on maximum intensity, because the minimum of intensity is relative and not absolute, this is why a very large defocusing at the beginning of the development can risk to diverge the servo. Furthermore, it is possible to envisage using patterns 5 and 9, the shapes of which are neither identical nor complementary, but an additional calculation calculation step must be provided at the level of the electronic control means 11, which will make the noticeably more complex overall system.
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 seion 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 œil 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 œil 2 assure en principe la retroreflexion 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.The detector 10 is preferably a simple detector, for example a photoelectric photodiode type, making it possible to detect the overall intensity of the light signal arriving on its surface after passing through the second masking pattern 9. In any case where the display system comprises two masking patterns, that is to say in any display system of the second or third type, the detection can also be carried out for example a matrix detector integrating the second masking pattern 9 and the detector 10. Electronic processing downstream of this matrix detector would then make it possible to electronically reconstruct the masking function of the second pattern 9. The focusing device that comprises the display system according to the invention can operate according to different types of operating modes. One type of operating mode consists, for example, of a specific "debugging mode" which is activated on the initiative of the user. This mode can be selected by pressing a corresponding button. Another type of operating mode consists, for example, of an almost permanent focusing mode. This mode is permanently activated on condition of the presence of an eye 2 behind the eyepiece 3. This presence can be detected by considering a threshold of light intensity to be received by the detector 10. In fact, the presence of an eye 2 in principle ensures retroreflexion of a minimum of light intensity. A display system has either one of the preceding operating modes, or yet another type of operating mode.
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'œil 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.In the second or third types of display system according to the invention, the system can advantageously include a display 16 in transmission, preferably matrix, integrating the source 6 and the first masking pattern 5. Preferably then, the matrix display 16 is located in the image plane 1 and alternately displays the light signal and an image to be viewed by the user. In fact, the image plane 1, the source 6 and the first masking pattern 5 are then combined into a single element which is the matrix display 16 in transmission. The successive and periodic display of the image to be displayed and of the light signal used for focusing is preferably carried out, as regards the light signal, with a sufficiently short period before the retinal persistence of the eye 2 so that the user is not inconvenienced. A preferred example of this second or third type of display system is described in a third embodiment.
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 1 1 pour faire varier le chemin optique entre le plan image 1 et l'oculaire 3, de l'œil 2 et de la lame séparatrice 7 reste semblable à celle de la figure 2. Le pian 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'œil 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'œil 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.FIG. 3 schematically represents the third embodiment of a display system according to the invention. The relative arrangement of the second masking pattern 9, of the detector 10, of the eyepiece 3, of the means 4 and 1 1 for varying the optical path between the image plane 1 and the eyepiece 3, of the eye 2 and of the separating blade 7 remains similar to that of FIG. 2. The pian image 1 is replaced by a matrix display 16 in emission also playing the role of the assembly constituted by the source 6 and the first masking pattern 5 in FIG. 2 The light signal retroreflected by the eye 2 and reflected by the separating plate 7 arrives directly on the second masking pattern 9. Consider the example of a color display 16 in which the image to be displayed is produced by a temporal sequencing of three images respectively red, green, and blue. The light signal can for example be inserted between the blue image and the red image at each refresh period of the image to be displayed. The light signal will preferably be in the near infrared range so as to be invisible so as not to disturb the user's eye 2 at all. The matrix display 16 in transmission makes it possible to directly generate a light signal for focusing having a particular section, for example approximately circular.
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.In the first type of display system according to the invention, the masking pattern can be a transmission display located in the image plane. The transmission display, illuminated by a source, preferably alternately generates the image to be displayed and the focusing light signal, as in the case of FIG. 3. A preferred example of this first type of display system is described in a fourth embodiment.
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'œil 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'œil 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 1 1 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 1 1 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 retroreflexion par l'œil 2, et du motif traversé par le signal lumineux après retroreflexion par l'œil 2.FIG. 4 schematically represents a fourth embodiment of a display system according to the invention. The display system then comprises a light source 14 and a display 15 illuminated in transmission by the light source 14. The image to be displayed, like the focus light signal, is determined by the different transmittance values at different points. of the surface of the display 15 in transmission. The display 15 in transmission is a spatial light modulator. The image located in the image plane at the level of the display 15 in transmission is focused on the retina of the user's eye 2 in the event of good focusing. The display system includes an eyepiece 3 performing this focusing. Between the source 14 and the display 15 is located a separating plate 12. The light signal retroreflected by the eye 2 having passed through the eyepiece 3 is reflected on the separating plate 12 to reach the surface of the detector 10. In addition to the separating plate 12 and the detector 10, the display system also includes means 4 and 1 1 for varying the optical path between the image plane and the eyepiece 3, the image plane here being materialized by the display 15 in transmission. These means 4 and 1 1 are controlled by the detector 10. Between the separating blade 12 and the display 15 in transmission is advantageously located a light collimator 13. This collimator 13 makes it possible not to impose a too powerful light source 14 or a detector 10 of too large surface, and this all the more so as the distance between the separating blade 12 and the display 15 in transmission is important. Instead of the display 15 located between the collimator 13 and the eyepiece 3, it is also possible to place two displays 15 in transmission respectively on the one hand between the source 14 and the separating blade 12 and on the other hand between the separating plate 12 and the detector 10. The image to be displayed and the focusing light signal are preferably distinct as in FIG. 3, the display 15 displaying for example alternately the image to be displayed and the light signal of focus. The image to be displayed and the focusing light signal can however also be confused in the case where the image to be displayed does not change substantially during the time necessary to effect a focusing. This is only possible because the display 15 plays the role both of the image plane, of the pattern crossed by the light signal before retroreflection by the eye 2, and of the pattern crossed by the light signal after retroreflection by the eye 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.In the first type of display system according to the invention, the masking pattern can be a display in reflection located in the image plane. As in the case of FIG. 4, the reflection display, illuminated by a source, preferably alternately generates the image to be displayed and the focusing light signal. A preferred example of this first type of display system is described in a fifth embodiment.
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'œil 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'œil 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 sur ace du détecteur 10 que comporte aussi le système de visualisation. Le système de visualisation comporte également des moyens 4 et 1 1 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 1 1 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 1 1 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.FIG. 5 schematically represents the fifth embodiment of a display system according to the invention. The display system comprises a source 14 and a display 17 in reflection illuminated by the source 14. The display system also includes a light collimator 13, a separating plate 18, another separating plate 19, sequentially placed between the source 14 and the display 17 in reflection. Part of the light reflected by the display 17 in reflection is focused on the eye 2 of the user by an eyepiece 3 that includes the viewing. Part of the focusing light signal is retroreflected by the eye 2, passes through the eyepiece 3, is reflected by the separating plate 19, is reflected by the display 17 in reflection, passes through the separating plate 19, is reflected by the separating blade 18 to arrive on the surface of the detector 10 which also includes the display system. The display system also includes means 4 and 1 1 for varying the optical path between the image plane, that is to say here the display 17 in reflection, and the eyepiece 3. These means 4 and 1 1 are controlled by the detector 10. The means for varying the optical path between the image plane and the eyepiece preferably comprise a device 4 for translating the eyepiece along the optical axis of the display system, the device 4 being controlled by electronic control means 1 1. Other types of means can be used, in particular in the display systems represented in FIGS. 4 and 5. The device 4 could for example be a device for translating the display, whether this is a display in transmission or in reflection.
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 retroreflexion par l'œil 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'œil d'un utilisateur, afin d'éviter un asservissement trop sensible dominé par les aberrations de l'œil 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 retroreflexion par l'œil 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.In all the embodiments shown in FIGS. 1 to 5, the focusing device uses a given light signal for focusing. This light signal from a source is advantageously transformed by one or more masking patterns according to the embodiment. Preferably, the masking pattern, when it is unique or the first masking pattern otherwise, transforms the light signal into one or more light patterns whose size is small enough so that substantial defocusing of the display system results in level of the pattern after retroreflection by the eye of a user, a difference in overlap between the shape of the masking pattern and the light patterns which is sensitive to the detector. Otherwise, the focusing device generally loses its sensitivity unless it uses a very sensitive detector which will then be expensive. Furthermore, the size of the light pattern (s) preferably remains greater than the resolution of the eye of a user, in order to avoid an overly sensitive control dominated by aberrations of the eye of the user and thus risking lead to a position of focus which is not optimal. In the extreme, a much too small pattern size would decrease the received signal by the detector 10 after retroreflection by the eye 2, thus degrading the signal to noise ratio and therefore the precision of the servo-control. In the case of FIGS. 3 to 5 comprising displays, the size of the pixels of the displays generally corresponds already to a size of patterns which is adequate, that is to say that with a few pixels, an array of patterns of adequate size, or if necessary, with one or more pixels, a light pattern of adequate size can be obtained.
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 retroreflexion par l'œil 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.Figures 6 and 7 schematically represent a first preferred form of masking pattern used in a display system according to the invention. The masking pattern is a screen 50 comprising a circular area 51, preferably centered on the optical axis, which determines a light pattern of circular section. This masking pattern has the advantage of simplicity. The screen 50 is advantageously opaque outside of the zone 51, it could also be reflective provided that it is arranged so that the light which it reflects does not disturb the display system. When the light signal passes through the pattern as in FIGS. 1, 2 and 4, the zone will for example be a hole or in transparent material, and when the signal is reflected by the pattern as in FIG. 5, the zone will for example be a mirror. FIGS. 6 and 7 show in hatched lines the trace of the light beam, that is to say the light pattern, after retroreflection by the eye of the user, on the screen 50, respectively in the case of good focusing. point corresponding to trace 52 and in the case of incorrect focusing corresponding to trace 53. For the first and second types of display system, the relative position of the eyepiece with respect to the image plane is controlled over a maximum of intensity of the light signal detected by the detector. In the case of good development of FIG. 6, the trace 52 of the light beam covers the hole 51 by slightly overflowing, as a result of which a maximum of energy crosses the screen 50 to then be detected by the detector. In the case of incorrect focusing of FIG. 6, the trace 53 of the light beam covers the hole 51, extending widely, as a result of which a proportion of energy significantly lower than the maximum, and all the more so as the system display is defocused, crosses the screen 50 to then be detected by the detector. FIG. 8 schematically represents a second preferred form of masking pattern used in a display system according to the invention. The masking pattern is a screen 50 comprising a network of circular zones 54, each circular zone 54 being similar to the circular zone 51 shown in FIGS. 6 and 7. This masking pattern is more complex than that shown in FIGS. 6 and 7, but its functioning remains similar. If, as in FIG. 8, the network of circular zones 54 comprises nxn, here 6 × 6, circular zones 54, the intensity of the focusing light signal received by the detector will be n 2 , here 36, times greater than in the case of the pattern represented in FIGS. 6 and 7. For the same luminance of the source illuminating the pattern or of the display if applicable, as well as for the same detector sensitivity, the efficiency of the focusing device is substantially improved.
Le détecteur mesure les variations de l'intensité du signal lumineux de mise au point après retroreflexion par l'œil 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 « œil 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'œil de l'utilisateur l'énergie reçue par l'œil 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.The detector measures the variations in the intensity of the focusing light signal after retroreflection by the user's eye, when the means for varying the optical path between the image plane and the eyepiece cause this optical path to vary. Variations in the intensity of the light signal have the property of being rapid when the optical path considered deviates from that corresponding to good focusing. This is called the "cat eye" effect. The rapidity of these variations allows effective and precise control. Indeed, as soon as the optical path between the image plane and the eyepiece is slightly different from the optical path of good focusing, that is to say as soon as the relative position of the eyepiece with respect to the image plane becomes slightly different from the position corresponding to an optimal focusing, the variations become sensitive for a moderately sensitive detector. In the case of a form of masking pattern in a network of zones, this has the advantage of better distributing the energy received by the eye over the retina of the user's eye than a form of single area pattern. Consequently, for a given and respected eye safety threshold, the energy received by the detector will be greater in the case of the pattern of networked 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 lόFIG. 9 represents, by means of a curve C, an example of variations of the focusing light signal as a function of the relative position of the eyepiece with respect to the image plane. The scales represented in figure 9 are expressed in arbitrary units ua, figure lό
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 retroreflexion par l'œil 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 lmax (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'œil 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.9 schematically representing the general shape of the curve C. The case studied corresponds to the display system of FIG. 2 of the second type, that is to say the one with two identical masking patterns. On the abscissa axis, the difference E is indicated between on the one hand the relative position considered of the eyepiece with respect to the image plane and on the other hand said position in the case of an optimal focusing, c that is to say the position of best focusing. On the ordinate axis, the intensity I of the light signal received by the detector is indicated after retroreflection by the user's eye. The relative position of the eyepiece with respect to the image plane is controlled by the maximum of the intensity of this light signal. Around the position of best focus, the curve C has a parabolic shape, the difference between the intensity I and the intensity of the maximum l max (equal to 1 in ua) being proportional to the square of the difference E at the position of better focus. The sensitivity of the focusing device varies as an increasing function of the concavity of curve C. The concavity of this curve C depends on several parameters. Among these are the digital openness of the viewing system, the shape and size of the masking pattern, the quality of the user's eye. The concavity of this curve C varies as an increasing function of the digital aperture of the display system. However, it should be noted that the development of an open viewing system is less critical than that of a more open viewing system.
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 d0, à une fréquence constante f0, le détecteur démodulant à cette fréquence f0 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.Preferably, the means for varying the optical path between the image plane and the eyepiece comprise a device for periodic modulation of the optical path between the image plane and the eyepiece, around a nominal distance d 0 , at a constant frequency f 0 , the detector demodulating at this frequency f 0 the light signal so as to carry out a synchronous detection. The periodic modulation can be carried out by vibration of an optical element of the display system, the vibration taking place in translation along the optical axis of the display system. This optical element will advantageously be the eyepiece. In certain configurations, such as those of FIGS. 4 or 5, the vibrating optical element can also be the pattern, that is to say the display. In other configurations such as that of FIG. 5, it is even possible to carry out this periodic modulation by vibration in translation along the optical axis, of the blade separator 19. In the configurations where the pattern is not confused with the image plane, that is to say in FIGS. 1, 2 and 3 which do not have a display, the periodic modulation can also be achieved by vibration of the pattern or of a separating plate, but compliance with the condition "the optical path between the image plane and the eyepiece and the optical path between the pattern and the eyepiece remain substantially equal to each other during focusing" makes the system significantly more complex.
Plus particulièrement, la vibration à une fréquence sensiblement constante f0, entraîne au niveau du détecteur la détection d'un signal ayant une amplitude s et une fréquence f0. Le signal détecté est ensuite démodulé à la fréquence f0, 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 retroreflexion par l'œil 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 f0 utilisée dans la détection synchrone doit de préférence être choisie suffisamment grande pour éviter que les perturbations extérieures, comme les mouvements parasites de l'œil 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'œil 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'œil d'une part et le pouvoir de retroreflexion de la rétine de l'œil d'autre part soient suffisamment élevés pour rester compatibles avec la I oMore particularly, the vibration at a substantially constant frequency f 0 , causes the detector to detect a signal having an amplitude s and a frequency f 0 . The detected signal is then demodulated at the frequency f 0 , thus allowing the extraction of the variable s. The variable s corresponds to the slope of the curve C in FIG. 9. The variable s represents the derivative of the intensity of the light signal received by the detector after retroreflection by the user's eye, as a function of the relative position of the eyepiece with respect to the image plane. When this intensity passes through an extremum, its derivative is canceled. Synchronous detection makes it possible to replace the detection of a maximum or a minimum of signal, which can be sometimes delicate, by the detection of zero of an error signal, which is more convenient. The frequency f 0 used in the synchronous detection should preferably be chosen to be large enough to prevent external disturbances, such as parasitic movements of the user's eye or the change of the image to be viewed, from having a significant effect. on the synchronous detection operation. In any case, this type of detection remains less sensitive to parasitic movements of the user's eye. Indeed, these disturbances act on the level of the maximum focusing light signal detected by the detector (represented on the ordinate axis in FIG. 9) and not on the position of this maximum (represented on the axis of the abscissa in FIG. 9), position which corresponds to the position of correct focusing of the display system. The preferential spectral range of application, as regards the focusing light signal, extends from the near ultraviolet to the near infrared, including the visible. Other portions of the light spectrum remain possible, provided however that the focusing power of the lens of the eye on the one hand and the retroreflexion power of the retina of the eye on the other hand are sufficiently high to remain compatible with the I o
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 retroreflexion de la rétine de l'œil y est plus élevée.power of the source and the sensitivity of the detector which are envisaged in the display system considered. A light signal focusing in the visible range has the advantage of simplicity. A light signal outside the visible range has the advantage of not disturbing the user's vision. As such, the near infrared domain is preferable to that of the near ultraviolet because the retroreflexion of the retina of the eye is higher there.
Dans une réalisation optionnelle et avantageuse de l'invention, après la mise au point, le dispositif de mise au point met en œuvre une étape d'asservissement automatique complémentaire de la position relative de l'oculaire par rapport au pian image de manière à faire coïncider le plan image et le plan du punctum remotum de l'œil 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'œil 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'œil 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'œil 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 ». In an optional and advantageous embodiment of the invention, after focusing, the focusing device implements a step of automatic servo complementary to the relative position of the eyepiece with respect to the pian image so as to make coincide the image plane and the plane of the punctum remotum of a user's eye. Indeed, an inexperienced user looking at the image to be viewed, tends to over-accommodate to see the clearest possible image, which causes him to feel very tired during prolonged observation. When the step of automatic control of the relative position of the eyepiece with respect to the image plane is completed, very often the image plane coincides with the plane of the punctum proximum of the eye of the user. In a complementary automatic servoing step, the image plane is brought to coincide with the plane of the punctum remotum of the eye of the user, which gives the latter good visual comfort. To do this, from a “punctum proximum” position, the optical path between the image plane and the eyepiece is varied. The accommodation of the eye begins by following this variation at first, then drops out for a given threshold of defocusing of the visualization system. This drop-out results in a sudden drop in the intensity of the detected light signal at the detector. Coming back just before this stall, you are in the "punctum remotum" position.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1. 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'œil (2) d'un utilisateur.1. A method for developing a display system which comprises an image plane (1) and an eyepiece (3), characterized in that the method comprises a step of automatic control of the relative position of the eyepiece ( 3) relative to the image plane (1) on the variations, as a function of the variations of the optical path between the image plane (1) and the eyepiece (3), of a given light signal having passed through the eyepiece (3) before and after being retroreflected by the eye (2) of a user.
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 œuvre 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).2. Display system having an optical axis and comprising an image plane (1), an eyepiece (3), and a focusing device, characterized in that the focusing device implements the focusing method point according to claim 1 and in that the focusing device comprises a source (6, 16, 14) emitting the light signal, a detector (10) capable of detecting variations in the light signal, and means (4 and 11) to vary the optical path between the image plane (1) and the eyepiece (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'œil (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.3. Display system according to claim 2, characterized in that the system comprises a pattern (20, 15, 17) for masking the light signal, the pattern (20, 15, 17) being arranged so that, d 'firstly the path of the light signal from the source (6, 14) passes successively through the pattern (20, 15, 17), the eyepiece (3), the eye (2) of the user, the eyepiece (3), and the pattern (20, 15, 17) before arriving at the detector (10), and on the other hand the optical path between the image plane (1) and the eyepiece (3) and the optical path between the pattern (20, 15, 17) and the eyepiece (3) remain substantially equal to each other during focusing.
4. 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). 4. Display system according to claim 3, characterized in that the pattern (20, 15, 17) is a transmission display (15) located in the image plane (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 ).5. Display system according to claim 3, characterized in that the pattern (20, 15, 17) is a reflection display (17) located in the image plane (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'œil (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.6. Display system according to claim 2, characterized in that the system comprises at least two identical patterns (5 and 9, 16 and 9) for masking the light signal, the patterns (5 and 9, 16 and 9) being arranged so that, on the one hand the path of the light signal from the source (6, 16) passes successively through a first pattern (5, 16), the eyepiece (3), the eye (2) of the user, the eyepiece (3), and a second pattern (9) identical to the first, before arriving at the detector (10), and on the other hand the optical path between the image plane (1) and the eyepiece (3) and the optical paths between each of the two patterns (5 and 9, 16 and 9) and the eyepiece (3) remain substantially equal to each other during focusing.
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'œil (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.7. Display system according to claim 2, characterized in that the system comprises at least two complementary patterns (5 and 9, 16 and 9) for masking the light signal, the patterns (5 and 9, 16 and 9) being arranged so that, on the one hand the path of the light signal from the source (6, 16) passes successively through a first pattern (5, 16), the eyepiece (3), the eye (2) of the user, the eyepiece (3), and a second pattern (9) complementary to the first, before arriving at the detector (10), and on the other hand the optical path between the image plane (1) and the eyepiece (3) and the optical paths between each of the two patterns (5 and 9, 16 and 9) and the eyepiece (3) remain substantially equal to each other during focusing.
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.8. Display system according to any one of claims 6 to 7, characterized in that the system comprises a matrix display (16) in transmission integrating the source and the first pattern.
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. 9. Display system according to claim 8, characterized in that the matrix display (16) is located in the image plane (1) and alternately displays the light signal and an image to be displayed by the user.
10. 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).10. Display system according to any one of claims 6 to 9, characterized in that the system comprises a matrix detector integrating the second pattern (9) and the detector (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 retroreflexion par l'œil (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).11. Display system according to any one of claims 3 to 10, characterized in that the (20, 15, 17) or the first (5, 16) masking pattern transforms the light signal into one or more light patterns including the size is small enough that a substantial defocusing of the display system causes, at the level of the pattern (20, 15, 17, 5, 16) after retroreflection by the eye (2) of the user, a difference in coverage between the shape of the masking pattern (20, 15, 17, 5, 16) and the light patterns which is sensitive for the detector (10).
12. Système de visualisation selon la revendication 1 1 , caractérisé en ce que la taille du ou des motifs lumineux reste supérieure à la résolution de l'œil (2) de l'utilisateur.12. Display system according to claim 1 1, characterized in that the size of the light pattern or patterns remains greater than the resolution of the eye (2) of the user.
13. Système de visualisation selon l'une quelconque des revendications 1 1 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.13. Display system according to any one of claims 1 1 to 12, characterized in that the pattern (20, 15, 17, 5, 16) for masking is a screen (50) comprising a circular area (51) determining the size of the light pattern.
14. Système de visualisation selon l'une quelconque des revendications 1 1 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.14. Display system according to any one of claims 1 1 to 12, characterized in that the pattern (20, 15, 17, 5, 16) for masking is a screen (50) comprising a network of zones (54) circulars determining the sizes of the light patterns.
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 (1 1 ) 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). 15. Display system according to any one of claims 2 to 14, characterized in that the means (4 and 11) for varying the optical path between the image plane (1) and the eyepiece (3) comprise means (1 1) electronic control and a device (4) for translating the eyepiece (3) along the optical axis of the display system, the device (4) for translation being controlled by the electronic means (11) d servo themselves controlled by the detector (10).
16. Système de visualisation selon l'une quelconque des revendications 2 à 15, caractérisé en ce que les moyens (4 et 1 1 ) 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 d0, à une fréquence constante f0, et en ce que le détecteur (10) démodule à cette fréquence f0 le signal lumineux de manière à réaliser une détection synchrone.16. Display system according to any one of claims 2 to 15, characterized in that the means (4 and 1 1) for varying the optical path between the image plane (1) and the eyepiece (3) comprise a device for periodically modulating the optical path between the image plane (1) and the eyepiece (3), around a nominal distance d 0 , at a constant frequency f 0 , and in that the detector (10) demodulates at this frequency f 0 the light signal so as to perform synchronous detection.
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).17. Display system according to claim 16, characterized in that the periodic modulation is carried out by vibration in translation of the eyepiece (3).
18. 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).18. Display system according to claims 3 to 5 and claim 16, characterized in that the periodic modulation is carried out by vibration in translation of the pattern (15, 17).
19. Système de visualisation selon la revendication 16, caractérisé en ce que le système de visualisation comporte une lame séparatrice (19) s'tuée 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).19. Display system according to claim 16, characterized in that the display system comprises a separating blade (19) killed between the image plane (1) and the eyepiece (3) and in that the periodic modulation is produced by translational vibration of the separating blade (19).
20. 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.20. Display system according to any one of claims 2 to 19, characterized in that the spectral range of the light signal is the visible or the near infrared.
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 œuvre 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'œil (2) de l'utilisateur. 21. Display system according to any one of claims 2 to 20, characterized in that after the focusing, the focusing device implements an automatic control step complementary to the relative position of the ocular (3) with respect to the image plane (1) by making the image plane (1) coincide with the plane of the punctum remotum of the eye (2) of the user.
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