WO2001093792A1 - Dispositif de transport d'image en lumiere coherente - Google Patents

Dispositif de transport d'image en lumiere coherente Download PDF

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coherent light
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Yves Maigret
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Plexus
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    • A61B3/10Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/12Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for looking at the eye fundus, e.g. ophthalmoscopes
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    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/06Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres the relative position of the fibres being the same at both ends, e.g. for transporting images
    • GPHYSICS
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    • G02CSPECTACLES; SUNGLASSES OR GOGGLES INSOFAR AS THEY HAVE THE SAME FEATURES AS SPECTACLES; CONTACT LENSES
    • G02C11/00Non-optical adjuncts; Attachment thereof

Definitions

  • the present invention relates to the field of optics and more particularly to a device for transporting an image in coherent light, as far as the retina of a patient.
  • an optically modulated ophthalmoscope such as that described in French patent FR-B-2 773 701 by the same holder, it is possible to examine a patient's retina by identifying healthy areas and their visual acuity.
  • a visible coherent light beam after having been modulated then deflected horizontally and vertically, forms an image which is projected on the retina at the same time as a coherent infrared light beam allowing simultaneous observation of the fundus of the eye.
  • Patent application EP-A-0 562 742 abandoned, describes a device making it possible to scan directly on the retina, a beam of laser light modulated with video information.
  • the scanner is fixed on a branch of the telescope, close to the eye, and scans the beam on the retina after reflection on the telescope.
  • Such an arrangement requires that the scanning system be placed close to the eye, the laser source being able to be distant from the scanner.
  • the scanner is made up of two acousto-optical crystals, its size is inconvenient for the patient and unsightly because it is wider than the telescope branch on which it is fixed.
  • An object of the present invention is to overcome these drawbacks by proposing a device which makes it possible to move the scanner away from the face and the head of the patient, and to place it, for example, in a pocket of his clothes. This aim is therefore to propose a device making it possible to form the image outside the retina and to transport it to the latter.
  • an image transport device in coherent light for projection on the retina comprising:
  • a scanning system for example two acousto-optical crystals or a scanner
  • an ordered optical fiber cable used to transport the image formed to the vicinity of the eye
  • two lenses one arranged upstream of said cable to focus the image on one end of the optical fibers and the other arranged downstream of said cable to reform a beam of rays parallel to the other end of the optical fibers, and at least one reflecting mirror or prism for directing the beam of parallel rays directly onto the retina.
  • the cable made up of a large number of ordered optical fibers makes it possible to convey the image formed unchanged from its end to the other (input and output of the fibers), this only when the image is focused at the entrance of said fibers.
  • each fiber seems to correspond to a fraction (point or pixel) of the image it conveys.
  • optical fibers used can be of the single mode or multimode type. They can be made of glass (silica) or of a synthetic mineral material or else of an organic material such as polycarbonate, or polymethacrylate (for example PMMA: polymethyl methacrylate).
  • Said cable can easily be fixed on, or incorporated into a branch of glasses.
  • the scanning system can advantageously be placed in a patient's garment, for example in a pocket.
  • the laser source is a laser diode, of small bulk, which advantageously emits a beam of visible red light, for example of wavelength close to 633 nm.
  • This visible light beam is modulated and deflected horizontally and vertically by the two acousto-optical crystals or by a scanner, and the modulated image formed after the passage of these crystals consists of the image of one or more optotypes , or letters, stored in the control unit of said crystals, or reproducing the digitized image from a video camera.
  • This camera can for example, if it is very small, be placed near the front of the subject's face and capture the image that the latter should see if he were not affected by retinal degeneration or cataracts.
  • the image conveyed by the ordered optical fiber cable is then directed towards and projected onto the patient's retina, using at least one reflecting mirror or a prism.
  • the vector beam of the image is divided, using a dichroic blade, into two fractions, a first fraction being reflected towards a detector and a circuit breaker, and a second fraction passing through it towards the cable.
  • This detector is a control device (visual, sound or touch) which makes it possible to check the presence or absence of light emission by the laser diode.
  • a preferred example is a CCD sensor connected to a voltmeter. It can be associated with a circuit breaker, which has the function of interrupting the emission if the light intensity is greater than a threshold value, for example for safety reasons (danger to the eye ).
  • FIG. 1 shows the optical path of the image projection beam on the retina according to a first variant of the device according to the invention
  • FIG. 2 shows the optical path according to a second variant of the device according to the invention
  • FIG. 3 shows an example of the positioning of the device according to the invention on a branch of glasses.
  • the device according to the invention comprises a visible coherent light source, which is a collimated laser diode 1 connected to a power supply 2 (preferably batteries).
  • This diode 1 emits a laser beam 3 with an optical intensity of the order of a milliwatt and a divergence of less than 0.5 mrad.
  • This laser diode has the advantage of being very compact and consuming little energy.
  • the emitted light 3, for example of wavelength 633 nm will be used to form images on the retina 20 of the subject.
  • a control unit 10 manages the operation of two acousto-optical deflector crystals 11, 12 controlled respectively by two radiofrequency (RF) generators 13 and 14. These two acousto-optical crystals, of reduced size, will both deflect the laser beam red and modulate its optical intensity according to the information received from a memory (for example optotype) or coming from a CCD camera (not shown).
  • RF radiofrequency
  • digitized optotypes representing letters can be stored.
  • each letter can be formed by the juxtaposition of points (300 x 300 points) corresponding to the passage or not of the spot of the laser beam 3.
  • the modulation of the first acousto-optic crystal 11 is an “all or nothing "of the passage of said beam 3.
  • this first acousto-optical crystal 11 also deflects the red laser beam 3 horizontally, into a beam 4 in response to an acoustic wave.
  • the second acousto-optical crystal 12 in turn deflects the beam 4 which has already undergone the horizontal deflection.
  • a circular diaphragm 5 located at the outlet of the acousto-optical crystals 11, 12 makes it possible to recover only the beams 6 of order 1, that is to say that it stops the beams of order 0 when the deflection does not does not take place.
  • acousto-optical crystals for simultaneous modulation and deflection allows rapid and precise scanning of the laser beam to form the image of the optotype.
  • these devices respond with great fidelity to electronic commands.
  • a another advantage linked to their use is the absence of mechanical parts to align or maintain, and their very small footprint.
  • a set of lenses 7 and 8 is arranged in the optical path so as to focus the image, modulated and formed by the acousto-optical crystals, at the level of a cable 9 of optical fibers. (See the image of an A on the enlarged section in Figure la).
  • the angle of entry of the rays of the beam must be less than the value ⁇ limiting angle of refraction (not respected in the illustrative diagrams of Figures 1, la and 2).
  • This cable 9 approximately 3 mm in diameter, is made up of 14,000 single-mode optical fibers made of glass, 4 ⁇ m in diameter each. The fibers are ordered in the cable. It has thus been observed, in coherent light, that the image entering the optical fiber cable 9a seems to be translated, since it arrives unchanged at the other end 9b.
  • the image is then projected onto the subject's retina 20 after passing through a lens 17 intended to make the beam parallel.
  • a dichroic plate 15 is arranged in the optical path between the two plates 7 and 8: it sends a fraction of the red laser beam to a detector 16 (here a photometer ) and lets the other fraction pass towards the retina 20.
  • This photometer is connected to a circuit breaker in the event of an overvoltage.
  • the photometer has a power supply independent of the circuit (batteries for example).
  • FIG. 3 shows how the device according to the invention can be adapted to glasses by incorporating the optical cable 9 into one of the branches 21.
  • the laser diode, the acousto-optical crystals (11, 12) and their power supply (10) can then be placed at a distance from the subject's face, for example in a box (18) fixed on or placed in a pocket of his clothing such as a portable music player used to listen to music.
  • An optical assembly (19) namely prism (s) and / or mirror (s)
  • judiciously placed at the level of the attachment of the spectacle branch 21 makes it possible to direct the enlarged image on the retina (by the lens (17 )) leaving the fiber optic cable 9.

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Abstract

Dispositif de transport d'image en lumière cohérente pour la projection sur la rétine (20) comportant, une source laser (1) émettant un faisceau de lumière cohérente visible, un système de balayage (11, 12) pour dévier le faisceau horizontalement et verticalement selon des informations reçues d'une mémoire ou d'une caméra CCD pour former une image, et étant caractérisé en ce qu'il comporte également un câble (9) de fibres optiques ordonnées servant à transporter l'image formée jusqu'à proximité de l'oeil, deux lentilles, l'une (8) disposée en amont dudit câble pour focaliser l'image sur une extrémité (9a) des fibres optiques et l'autre (17) disposée en aval dudit câble pour reformer un faisceau de rayons parallèles à l'autre extrémité des fibres optiques, et au moins un miroir réfléchissant ou un prisme (19) pour diriger le faisceau de rayons parallèles directement sur la rétine (20).

Description

DISPOSITIF DE TRANSPORT D'IMAGE EN LUMIERE COHERENTE
La présente invention concerne le domaine de l'optique et plus particulièrement un dispositif pour transporter une image en lumière cohérente, jusque sur la rétine d'un patient.
Dans les cas de dégénérescence rétinienne, provoquée principalement par la rupture de capillaires sanguins dans le fond de l'œil, ou dans les cas de cataracte, produite par une opacité du cristallin ou de ses membranes, le patient peut souffrir d'une cécité partielle ou totale.
A l'aide d'un ophtalmoscope à modulation optique tel que celui décrit dans le brevet français FR-B-2 773 701 du même titulaire, il est possible d'examiner la rétine d'un patient en y repérant les zones saines et leur acuité visuelle. Un faisceau de lumière cohérente visible, après avoir été modulé puis dévié horizontalement et verticalement, forme une image qui est projetée sur la rétine en même temps qu'un faisceau de lumière cohérente infrarouge permettant d'observer simultanément le fond de l'oeil.
Après avoir ainsi déterminé les zones encore saines de la rétine l'objectif est maintenant de proposer au patient un moyen d'utiliser ces zones pour voir des objets, ou pour lire.
La demande de brevet EP-A-0 562 742, abandonnée, décrit un dispositif permettant de balayer directement sur la rétine, un faisceau de lumière laser modulée avec des informations vidéo. Le scanner est fixé sur une branche de lunette, à proximité de l'œil, et balaye le faisceau sur la rétine après réflexion sur le verre de lunette. Un tel montage impose que le système de balayage soit disposé à proximité de l'œil, la source laser pouvant être distante du scanner. Cependant, même si le scanner est constitué de deux cristaux acousto- optiques, son encombrement est gênant pour le patient et inesthétique car il est plus large que la branche de lunette sur laquelle il est fixé.
Un but de la présente invention est de pallier ces inconvénients en proposant un dispositif qui permette d'éloigner le scanner du visage et de la tête du patient, et de le placer par exemple, dans une poche de ses vêtements. Ce but est donc de proposer un dispositif permettant de former l'image en dehors de la rétine et de la transporter jusqu'à celle-ci.
Ce but est atteint selon l'invention avec un dispositif de transport d'image en lumière cohérente pour la projection sur la rétine comportant :
une source laser émettant un faisceau de lumière cohérente visible,
un système de balayage (par exemple deux cristaux acousto-optiques ou un scanner) pour dévier le faisceau horizontalement et verticalement selon des informations reçues d'une mémoire ou d'une caméra CCD pour former une image,
ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte également :
un câble de fibres optiques ordonnées servant à transporter l'image formée jusqu'à proximité de l'œil,
deux lentilles, l'une disposée en amont dudit câble pour focaliser l'image sur une extrémité des fibres optiques et l'autre disposée en aval dudit câble pour reformer un faisceau de rayons parallèles à l'autre extrémité des fibres optiques, et au moins un miroir réfléchissant ou un prisme pour diriger le faisceau de rayons parallèles directement sur la rétine.
Il a été déterminé, de manière surprenante, que le câble constitué d'un grand nombre de fibres optiques ordonnées permet de véhiculer l'image formée de manière inchangée de son extrémité à l'autre (entrée et sortie des fibres), ceci uniquement lorsque l'image est focalisée à l'entrée desdites fibres.
La section d'entrée de chaque fibre semble alors correspondre à une fraction (point ou pixel) de l'image qu'elle véhicule.
Les fibres optiques utilisées peuvent être de type monomode ou multimode. Elles peuvent être en verre (silice) ou en un matériau minéral de synthèse ou bien en un matériau organique tel que le polycarbonate, ou le polyméthacrylate (par exemple en PMMA : polyméthacrylate de méthyle).
Ledit câble peut sans difficulté être fixé sur, ou incorporé à une branche de lunettes. Ainsi le système de balayage peut être avantageusement placé dans un vêtement du patient, par exemple dans une poche.
De manière préférée, la source laser est une diode laser, de faible encombrement, qui émet avantageusement un faisceau de lumière visible rouge, par exemple de longueur d'onde voisine de 633 nm.
Ce faisceau de lumière visible est modulé et dévié horizontalement et verticalement par les deux cristaux acousto-optiques ou par un scanner, et l'image modulée et formée après le passage de ces cristaux est constituée de l'image soit d'un ou plusieurs optotypes, ou lettres, mis en mémoire dans l'unité de commande desdits cristaux, soit reproduisant l'image numérisée provenant d'une caméra vidéo. Cette caméra peut par exemple, si elle est de taille très réduite, être placée à proximité de l'avant du visage du sujet et capter l'image que ce dernier devrait voir s'il n'était pas affecté de dégénérescence rétinienne ou de cataracte.
L'image véhiculée par le câble de fibres optiques ordonnées est ensuite dirigée vers et projetée sur la rétine du patient, à l'aide d'au moins un miroir réfléchissant ou un prisme.
Par ailleurs, on sait régler sans difficulté et contrôler la puissance d'émission de la source laser. Par contre, la puissance à la sortie du faisceau est inconnue. Or ce faisceau peut être dangereux pour le patient. De plus, lors d'un montage tel que celui proposé dans la demande EP-A- 0 562 742, le faisceau est globalement réduit de l'ordre du centimètre à quelques micromètres ; sa puissance est donc globalement concentrée, et l'on peut craindre qu'elle soit trop intense pour l'œil du sujet, et même dans les cas extrêmes qu'elle puisse endommager sa rétine, la brûler en certains points...
II peut donc être particulièrement avantageux, dans le dispositif selon la présente invention, de former l'image et de la transporter jusqu'à la rétine sans dommage pour cette dernière, notamment sans la brûler, donc par conséquent de ne transmettre un faisceau de puissance qu'inférieur à environ lμWatt par point qui est la valeur de puissance de sécurité actuellement admise pour l'œil.
Par conséquent, de manière avantageuse, dans le trajet optique de l'image formée (à savoir après le système de balayage), de préférence en amont dudit câble, c'est-à-dire en tous cas avant d'atteindre la rétine du patient, le faisceau vecteur de l'image est divisé, grâce à une lame dichroïque, en deux fractions, une première fraction étant réfléchie en direction d'un détecteur et d'un coupe-circuit, et une seconde fraction le traversant en direction du câble. Ce détecteur est un dispositif de contrôle (visuel, sonore ou tactile) qui permet de vérifier la présence ou non d'émission de lumière par la diode laser. Un exemple préféré est un capteur CCD relié à un voltmètre. Il peut être associé à un coupe-circuit, qui a pour fonction d'interrompre l'émission si l'intensité lumineuse est supérieure à une valeur seuil, par exemple pour des raisons de sécurité (danger pour l'œil...).
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortent de la description qui va suivre se rapportant à une forme de réalisation donnée à titre d'exemple non limitatif et représentée sur les dessins ci- joints dans lesquels :
- la figure 1 présente le trajet optique du faisceau de projection d'une image sur la rétine selon une première variante du dispositif selon l'invention ;
- la figure la montre un grossissement de l'entrée du câble optique ;
- la figure 2 présente le trajet optique selon une seconde variante du dispositif selon l'invention ;
- la figure 3 présente un exemple du positionnement du dispositif selon l'invention sur une branche de lunettes.
Comme schématisé sur les figures 1 et 2, le dispositif selon l'invention comporte une source de lumière cohérente visible, qui est une diode laser collimatée 1 reliée à une alimentation électrique 2 (de préférence batteries). Cette diode 1 émet un faisceau laser 3 d'une intensité optique de l'ordre du milliwatt et d'une divergence inférieure à 0,5 mrad. Cette diode laser présente l'avantage d'être d'un encombrement très réduit et de consommer peu d'énergie. La lumière émise 3, par exemple de longueur d'onde 633 nm va être utilisée pour former des images sur la rétine 20 du sujet. Une unité de commande 10 gère le fonctionnement de deux cristaux déflecteurs acousto-optiques 11, 12 pilotés respectivement par deux générateurs radiofréquence (RF) 13 et 14. Ces deux cristaux acousto- optiques, de taille réduite, vont à la fois dévier le faisceau laser rouge et moduler son intensité optique en fonction des informations reçues d'une mémoire (par exemple optotype) ou provenant d'une caméra CCD (non représentées).
Selon l'exemple représenté à la figure la des optotypes numérisés représentant des lettres peuvent être mis en mémoire.
Par exemple, chaque lettre peut être formée par la juxtaposition de points (300 x 300 points) correspondant au passage ou non du spot du faisceau laser 3. Dans ce cas, la modulation du premier cristal acousto-optique 11 est une commande «tout ou rien» du passage dudit faisceau 3.
Simultanément, ce premier cristal acousto-optique 11 dévie aussi le faisceau laser rouge 3 horizontalement, en un faisceau 4 en réponse à une onde acoustique. Le second cristal acousto-optique 12 dévie à son tour verticalement le faisceau 4 qui a déjà subi la déviation horizontale.
La synchronisation des déviations horizontale et verticale, ainsi que la modulation (ici «tout ou rien») du faisceau laser permettent d'obtenir l'image de l'optotype, qui va ensuite être envoyée sur la rétine 20.
Un diaphragme circulaire 5 situé en sortie des cristaux acousto-optiques 11, 12 permet de ne récupérer que les faisceaux 6 d'ordre 1, c'est-à-dire qu'il arrête les faisceaux d'ordre 0 quand la déflexion n'a pas lieu.
L'utilisation de cristaux acousto-optiques pour la modulation et la déflexion simultanées permet un balayage rapide et précis du faisceau laser pour former l'image de l'optotype. De plus, ces dispositifs répondent avec une grande fidélité aux commandes électroniques. Un autre avantage lié à leur utilisation est l'absence de pièces mécaniques à aligner ou à entretenir, et leur très faible encombrement.
Un jeu de lentilles 7 et 8 est disposé dans le trajet optique de façon à focaliser l'image, modulée et formée par les cristaux acousto-optiques, au niveau d'un câble 9 de fibres optiques. (Voir l'image d'un A sur la section agrandie en figure la). L'angle d'entrée des rayons du faisceau doit être inférieur à la valeur λ angle de réfraction limite (non respecté sur les schémas illustratifs des figures 1, la et 2).
Ce câble 9 de 3 mm de diamètre environ est constitué de 14 000 fibres optiques monomodes en verre de 4 μm de diamètre chacune. Les fibres sont ordonnées dans le câble. On a ainsi constaté, en lumière cohérente, que l'image entrant dans le câble 9a de fibres optiques semble translatée, puisqu'elle parvient inchangée à l'autre extrémité 9b.
L'image est ensuite projetée sur la rétine 20 du sujet après avoir traversé une lentille 17 destinée à rendre le faisceau parallèle.
Selon une variante du dispositif selon l'invention, présentée à la figure 2, une lame dichroïque 15 est disposée dans le trajet optique entre les deux lames 7 et 8 : elle envoie une fraction du faisceau laser rouge vers un détecteur 16 (ici un photomètre) et laisse passer l'autre fraction en direction de la rétine 20. Ce photomètre est relié à un coupe-circuit en cas de surtension. De manière préférée le photomètre possède une alimentation électrique indépendante du circuit (piles par exemple).
Avec lé dispositif de transport d'image selon l'invention présenté dans l'exemple ci-dessus, l'œil reçoit une puissance de l'ordre de 2 picoWatt par point (ou_pixel), valeur très inférieure à la puissance de sécurité admise pour l'œil qui est de 1 μWatt par point. Enfin, la figure 3 montre comment le dispositif selon l'invention peut s'adapter à des lunettes en incorporant le câble optique 9 dans une des branches 21. La diode laser, les cristaux acousto-optiques (11, 12) et leur alimentation électrique (10) peuvent alors être placés à une distance du visage du sujet, par exemple dans un boîtier (18) fixé sur ou placé dans une poche de son vêtement tel un balladeur utilisé pour écouter de la musique. Un ensemble optique (19) (à savoir prisme(s) et/ou miroir(s)) judicieusement placé au niveau de la fixation de la branche de lunette 21 permet de diriger sur la rétine l'image agrandie (par la lentille (17)) sortant du câble 9 de fibres optiques.
L'exemple présenté ci-dessus est décrit en utilisant une diode émettant une lumière rouge, mais le principe et le fonctionnement sont identiques pour toute diode émettant une lumière dans le spectre visible (exemple bleue, verte, etc.).

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de transport d'image en lumière cohérente pour la projection sur la rétine (20) comportant :
une source laser (1) émettant un faisceau de lumière cohérente visible,
un système de balayage (11, 12) pour dévier le faisceau horizontalement et verticalement selon des informations reçues d'une mémoire ou d'une caméra CCD pour former une image,
caractérisé en ce qu'il comporte également :
- un câble (9) de fibres optiques ordonnées servant à transporter l'image formée jusqu'à proximité de l'œil,
- deux lentilles, l'une (8) disposée en amont dudit câble pour focaliser l'image sur une extrémité (9a) des fibres optiques et l'autre (17) disposée en aval dudit câble pour reformer un faisceau de rayons parallèles à l'autre extrémité des fibres optiques,
- et au moins un miroir réfléchissant ou un prisme (19) pour diriger le faisceau de rayons parallèles directement sur la rétine (20).
2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'une lame dichroïque (15) est disposée dans le trajet optique de l'image formée, en amont du câble (9), de manière à réfléchir une première fraction du faisceau lumineux en direction d'un détecteur (16) et d'un coupe-circuit et en laisser passer une seconde fraction en la dirigeant vers le câble (9).
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le câble (9) est constitué de fibres optiques en verre, ou en matériau minéral de synthèse.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le câble (9) est constitué de fibres optiques en matériau organique.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la source laser (1) est une diode laser émettant un faisceau de lumière visible rouge.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est placé sur ou incorporé à une branche (21) de lunettes.
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