WO2015107303A1 - Système de compensation visuelle et dispositif binoculaire d'optométrie - Google Patents

Système de compensation visuelle et dispositif binoculaire d'optométrie Download PDF

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WO2015107303A1
WO2015107303A1 PCT/FR2015/050103 FR2015050103W WO2015107303A1 WO 2015107303 A1 WO2015107303 A1 WO 2015107303A1 FR 2015050103 W FR2015050103 W FR 2015050103W WO 2015107303 A1 WO2015107303 A1 WO 2015107303A1
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WO
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optical element
optical
compensation system
visual compensation
motor
Prior art date
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PCT/FR2015/050103
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Inventor
Michel Nauche
Stéphane BOUTINON
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Essilor International (Compagnie Generale D'optique)
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    • A61B3/0285—Phoropters
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    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/04—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
    • G02B7/10—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification by relative axial movement of several lenses, e.g. of varifocal objective lens

Definitions

  • the present invention relates generally to the field of optometry.
  • It relates more particularly to a visual compensation system and a binocular optometry device comprising such a system.
  • the test glasses can successively accommodate test glasses having different corrections, until finding the correct correction for the patient.
  • test lenses are placed on several disks, driven in rotation manually or with the aid of a motorized mechanism.
  • the field of view through the refraction head is limited ("tunnei" effect) due to the plurality of lenses aligned to obtain various correction values.
  • Optical power is the degree to which an optical element can converge or diverge from light rays. It is expressed in diopter and corresponds to the inverse of the focal length in meters.
  • astigmatism when the optical power varies depending on the meridians of the lens.
  • cylindrical power which is the difference between the maximum optical power according to a first meridian and the minimum optical power according to a second meridian. This is the case of toric or cylindrical surfaces.
  • the present invention proposes a visual compensation system for observing along an optical observation axis with an optical correction of variable power, characterized in that it comprises a first optical element rotatable centered on the optical axis and having a first cylindrical power along the optical axis, a second optical element movable in rotation centered on the optical axis and having a second cylindrical power along the optical axis, and a lens having the axis of said optical axis and variable spherical power.
  • the first optical element and the second optical element may be rotatable independently of one another so that, in at least one position, the resulting cylindrical power generated by the combination of the first optical element and the second optical element , has a negligible value, for example less than 0.1 diopter, or even a zero value.
  • the absolute value of the second cylindrical power is for example equal (or at least almost equal) to the absolute value of the first cylindrical power, so that said resultant cylindrical power value is zero (or almost zero) in at least one position.
  • the second cylindrical power is equal to or opposite to the first cylindrical power.
  • the first cylindrical power and the second cylindrical power may however be different in order to compensate for the spacing between the two lenses (according to the Gullstrand formula) so as to obtain an alignment whose combined cylindrical (ie resultant) power is canceled out in least one position.
  • the spherical power S can be varied independently, the power cylindrical C and the astigmatism angle ⁇ of the system (formed by the first optical element, the second optical element and the variable spherical power lens) over predefined ranges, as explained in the description which follows.
  • variable spherical power makes it possible in particular to compensate the spherical power created by the combination of the cylindrical power optical elements, either to cancel it or to obtain in total (for the entire system) a spherical power. in accordance with the desired spherical power.
  • the spherical power induced by the combination of the first optical element and the second optical element can be at least partly compensated by the variable spherical power lens.
  • This visual compensation system is thus particularly well adapted to generate variable corrections; it also has a small footprint because three optical elements are sufficient to make variable corrections in the aforementioned parameter ranges.
  • This system also makes it possible to perform the function of the crossed cylinders by reversing, by rapid rotation of the two optical elements with cylindrical power.
  • a cross-twin is used consisting of two plane-cylindrical glasses, perpendicular axes, opposite signs and identical powers. Its spherical power is zero, it is used to vary very quickly the value of the cylindrical power by turning the twin cylinder. This rapid variation is achievable here without the addition of additional optical elements, by rotating the first optical element and the second optical element in concert rotation.
  • variable spherical power lens is for example a deformable lens containing a fluid, or, in other words, a lens containing a fluid and a deformable membrane.
  • first mechanism driven by a first motor and adapted to move the first optical element in rotation centered on the optical axis
  • a second mechanism driven by a second motor and adapted to move the second optical element in rotation. centered on the optical axis may be provided.
  • the visual compensation system may comprise a control element adapted to respectively control the first motor and the second motor based on setpoint information, for example setpoint information received from a remote controlled by a user of the system.
  • the control element comprises, for example, a temperature sensor and / or an orientation or motion sensor designed to deliver orientation information.
  • control element comprises a computer designed to generate control signals as a function of at least one of said setpoint information and of said orientation information and to transmit the control signals respectively to the destination.
  • first motor and the second motor are designed to generate control signals as a function of at least one of said setpoint information and of said orientation information and to transmit the control signals respectively to the destination.
  • the control signals sent to the motor will thus take into account the orientation of the visual compensation system, for example to compensate for the effects of power induced on the liquid lens due to gravity.
  • the control element may also be adapted to generate control signals based on at least one of said setpoint information and a distance between a portion of the system and an eye observing through the system.
  • the first mechanism may comprise a first gear which cooperates for example with a first worm secured to a drive shaft of the first motor; the first optical element can then be mounted on the first gear.
  • the second mechanism may include a second wheel toothed which cooperates for example with a second worm secured to a drive shaft of the second motor; the second optical element can then be mounted on the second gear.
  • the visual compensation system thus has a particularly fine resolution and the parameters S, C, a, which define the correction of the system, can thus take an almost continuous set of values over the aforementioned ranges.
  • the gears, and thus the optical elements carried by these gears are held in position even in the absence of motor power.
  • the optical elements ie the first optical element, the second optical element and the lens
  • the visual compensation system may comprise at least one optical cell associated with one of said gears (in practice an optical cell associated with each toothed wheel) so as to determine the position of the associated optical element (among the first optical element , the second optical element and the lens).
  • the visual compensation system may be housed in a housing formed for example of the assembly of at least a first portion and a second portion; it can then be provided that the first toothed wheel is rotatably mounted on said first portion and the second toothed wheel is rotatably mounted on said second portion.
  • the first motor is for example mounted on said first part and / or the second motor is for example mounted on said second part.
  • a third mechanism driven by a third motor is designed to drive in rotation a control ring of the spherical power of the variable spherical power lens.
  • the spherical power can thus also be adjusted by means of an actuator formed of the third motor and the third mechanism.
  • the third mechanism comprises for example a third gear which cooperates with a third worm secured to a drive shaft of the third motor, the control ring being integral with the third gear.
  • the first motor, the second motor and the third motor are for example arranged so as to release a circular geometry over at least 120 °, for example over 180 °, centered on the optical axis as close as possible to the useful radius of the lenses, by example at a distance less than 20 mm (or even less than 10 mm) of the effective radius of the lenses; this gives a set of reduced size.
  • the control element already mentioned may be designed to generate at least one control signal for the third motor, according to at least one of said instructions and information. temperature generated by the temperature sensor. It is thus possible to compensate for variations in spherical power of the variable spherical power lens due to possible variations in temperature.
  • the housing can also include a third part, the third motor can then be mounted in the third part.
  • the first optical element is a first diopter formed on one face of a first plane-cylinder lens and / or the second optical element is a second diopter formed on a first face of a second plane-cylinder lens.
  • the first lens is a convex plane-cylinder lens and / or that the second lens is a concave plane-cylinder lens.
  • the first optical element, the second optical element and the lens can be controlled so as to achieve a cross roll function by turning, that is to say, so that the cylindrical power and / or the angle of astigmatism of the system formed by the first optical element, the second optical element and the alternating lens (each) between two distinct values.
  • the invention proposes a visual compensation system making it possible to observe along an optical observation axis with an optical correction of variable power, characterized in that it comprises:
  • a second rotatable optical element centered on the optical axis and having a second cylindrical power along the optical axis
  • a lens having for axis said optical axis, of spherical power variable and operable mechanically so as to continuously vary said spherical power.
  • the invention also proposes a binocular optometry device comprising two optical systems, mounted for example on a common support, in which one of the two optical systems (or even each of the two optical systems) is a visual compensation system as presented above. .
  • FIG. 1 shows schematically the optical elements used in an exemplary implementation of the invention
  • FIG. 2 represents a sectional view of an exemplary visual compensation system according to the teachings of the invention
  • FIG. 3 shows a broken view of the compensation system of Figure 2 cylindrical lens side
  • FIG. 4 is a cutaway view of the compensation system of FIG. 2, variable spherical lens side;
  • FIG. 5 diagrammatically represents a control element of the visual compensation system of FIG. 2.
  • Figure 1 are schematically shown the main optical elements of an exemplary visual compensation system according to the teachings of the invention.
  • optical elements comprise a convex plane-cylinder lens 2, of cylindrical power C 0 , a concave plane-cylinder lens 4, of negative cylindrical power -Co, and a lens 6 of variable spherical power Sv-
  • the absolute value (or modulus), here Co, of the cylindrical power (here -Co) of the concave plane-cylinder lens 4 is therefore equal to the absolute value (Co) (or modulus) of the cylindrical power (Co) of the convex plane-cylinder lens 2.
  • each of the three lenses 2, 4, 6 is placed on the same optical axis X.
  • each of the three lenses 2, 4, 6 has a generally cylindrical external shape, centered on the optical axis X.
  • the lenses 2, 4, 6 respectively have the following dimensions (measuring their dimensions): 25 mm, 25 mm, 20 mm.
  • this visual compensation system 10 by positioning the patient's eye on the side of the variable spherical power lens 6 so that the cylindrical power lenses 2, 4, moreover large diameter, do not limit the field of vision defined by the variable spherical power lens 6, which is itself wide because of the proximity of the patient's eye.
  • Each of the three lenses 2, 4, 6 comprises a first plane face, perpendicular to the optical axis X, and a second face, opposite to the first face and optically active:
  • the optically active face of the lens 2 is of convex cylindrical shape (the axis Yi of the cylinder defining this face being perpendicular to the optical axis X);
  • the optically active face of the lens 4 is of concave cylindrical shape (the Y axis 2 of the cylinder defining this face being perpendicular to the optical axis X);
  • the optically active face of the lens 6 of variable spherical power Sv is deformable and can thus take a convex spherical shape (as illustrated in dashed lines in FIG. 1), a planar shape or a concave spherical shape (as shown in solid lines) .
  • the lens 6 of variable spherical power S v is for example a lens of the type described in EP 2 034 338.
  • a lens comprises a cavity closed by a transparent deformable membrane and a movable transparent flat wall; the cavity contains a transparent liquid of constant volume which is more or less constrained by the moving face, in order to deform the membrane which is therefore a spherical concave surface, a flat surface, or a spherical convex surface.
  • a transformation of movement carried out by a screw nut system makes it possible to ensure the translation-rotation movement transformation.
  • the lens 6 has a variable focal length between -40 mm and 40 mm, or a spherical power Sv variable between -25D and 25D (D being the diopter, unit of measurement of the vergence, inverse of the focal length expressed in meters).
  • the concave plane-cylinder lens 4 and the convex plane-cylinder lens 2 are rotatably mounted about the X axis (rotation centered on the X axis).
  • the axis Yi of the convex cylinder formed on the optically active face of the convex plane-cylinder lens 2 can thus form a variable angle ⁇ 1 with a reference axis Y 0 (fixed and perpendicular to the optical axis X).
  • the Y axis 2 of the concave cylinder formed on the optically active face of the concave plane-cylinder lens 4 can form a variable angle ⁇ 2 with the reference axis Y o.
  • each of the CM angles, ⁇ 3 ⁇ 4 from 0 ° to 360 ° and thus obtain a cylindrical power C adjustable between -2.Co and 2.Co (here between -10D and 10D), and for any adjustable angle of astigmatism between 0 ° and 360 ° obtained by an order simultaneous of both lenses.
  • the spherical power resultant induced by the resultant of the orientation of the 2 cylindrical lenses is compensated by means of the spherical lens of variable power.
  • the lenses with fixed cylindrical power could have the same cylindrical power Co (positive or negative): it could be two convex plane-cylinder lenses, possibly identical, or, alternatively, two planar lenses concave cylinder, possibly identical.
  • the spherical power S, the cylindrical power C and the astigmatism angle ⁇ of the system formed of these two lenses and a variable spherical power lens are given by the following formulas:
  • C 0 - C / 2 corresponds to the spherical power induced by the combination of the two cylindrical power lenses.
  • FIG. 2 An example of a visual compensation system 10 which uses the optical elements which have just been described is shown in FIG. 2.
  • the visual compensation system 10 comprises a housing 12 formed of a first portion 14, a second portion 16 and a third portion 18, which extend successively along the optical axis X and are assembled in pairs at the level of planes perpendicular to the optical axis X.
  • a first toothed wheel 22 is mounted in rotation centered on the optical axis X in the first portion 14 of the housing 12 and carries at its center, in an opening provided for this purpose, the convex plane-cylinder lens 2.
  • the first gear wheel 22 and the convex plane-cylinder lens 2 are coaxial; in other words, in section in a plane perpendicular to the optical axis X, the outer circumference of the first gear 22 and the circumference of the convex plane-cylinder lens 2 form concentric circles centered on the optical axis X.
  • a second gearwheel 24 is mounted in rotation centered on the optical axis X in the second portion 16 of the housing 12 and carries at its center, in an opening provided for this purpose, the concave planar-cylinder lens 4.
  • the second gearwheel 24 and the concave planar-cylinder lens 4 are coaxial; in other words, in section in a plane perpendicular to the optical axis X, the outer circumference of the second gear wheel 24 and the circumference of the concave plane-cylinder lens 4 form concentric circles centered on the optical axis X.
  • a third gearwheel 27 is mounted in rotation centered on the optical axis X in the third portion 18 of the housing 12.
  • the third gearwheel 27 is integral with the ring provided on the circumference of the housing 26 which carries the spherical power lens 6
  • the housing 26 of the variable spherical power lens 6 is mounted in the third portion 18 of the housing 12.
  • the first gearwheel 22 is rotated (around the optical axis X) by means of a first motor 42 whose drive shaft carries a first worm 32 which meshes with the first gear wheel 22.
  • the first motor 42 is for example mounted in the first portion 14 of the housing 12.
  • the current position of the first gear wheel 22 is monitored by a first optical cell 52.
  • the second gear wheel 24 is rotated about the optical axis X by means of a second motor 44 including a drive shaft carries a second worm 34 which meshes with the second toothed wheel 24.
  • the second motor 44 is for example mounted in the second part 16 of the housing 12.
  • the current position of the second gear 24 is monitored by a second optical cell 54.
  • the third gearwheel 27 is in turn rotated (around the optical axis X) by means of a third motor 46 which has a drive shaft on which a third screw is mounted. endless 36 which meshes with the third gear wheel 27.
  • the third motor 46 is for example mounted in the third portion 18 of the housing 12.
  • the current position of the third gear 27 is monitored by a third optical cell 56.
  • Each optical cell 52, 54, 56 is for example formed of a pair of elements comprising at least one optical sensor; the other element of the pair is for example an optical transmitter (or, alternatively, a reflective element, in which case an optical transmitter is associated with the optical sensor).
  • the first, second and third motors 42, 44, 46 are for example step motors, with a resolution of 20 steps / revolution, driven here 8 th step (hereinafter microstep). Alternatively, these engines could be controlled in i 6 th step.
  • the internal volume of the housing 12 (as also the internal volume of each of the first, second and third parts 14, 16, 18 in the same way) can be subdivided into a receiving space of the motors 42, 44, 46 (region upper case 12 in Figures 2, 3 and 4) and a receiving space of the optical elements 2, 4, 6 (lower region of the housing 12 in Figures 2, 3 and 4).
  • the receiving space of the motors 42, 44, 46 has a substantially parallelepipedal shape, open (downwards in the figures) in the direction of the receiving space of the optical elements 2, 4, 6 and closed on the opposite side ( upwards in the figures) by an upper face 19 of the housing 12 (the upper face 19 of the housing 12 being formed by the assembly of respective upper faces of the first, second and third parts 14, 16, 18 of the housing 12).
  • motors 42 44 and 46 are such that it makes it possible to benefit from a 180 ° circular geometry centered on the optical axis at the most. close to the useful radius of the lenses.
  • the receiving space of the optical elements 2, 4, 6 has, opposite the motor receiving space, a cylindrical shape (delimited by the walls of the housing 12) which matches that of the third gear 27 on half of the circumference of it.
  • the housing 12 (and consequently each of the first, second and third parts 14, 16, 18 of the housing 12) has, at the receiving space of the optical elements 2, 4, 6, a cylindrical shape of diameter (perpendicular to the optical axis X) of the same order as and slightly greater than that of the third gear 27.
  • the respective diameters of the gears 22, 24, 27 are adapted to promote the conservation of the field despite the thickness of the optical system.
  • the first motor 42 and the first worm 32 extend in the housing 12 in a direction Z perpendicular to the upper face of the housing 12 (and therefore in particular perpendicular to the optical axis X) so that the first motor 42 is housed in the engine receiving space while the first worm 32 extends into the receiving space of the optical elements.
  • the second motor 44 and the second worm 34 extend in turn in the housing 12 in the same direction, but opposite the first motor 42 and the first worm 34 relative to the cylindrical power lenses. 2, 4.
  • the second motor 44 is housed in the engine receiving space while the second worm 34 extends into the receiving space of the optical elements.
  • first worm 32 and the second worm 34 are located on either side of the assembly formed by the first gear 22 and the second gear 24, and that the lateral space (along a Y axis perpendicular to the aforementioned X and Z axes) of these different parts (first worm 32, second worm 34, first or second gear 22, 24) is smaller than the diameter of the third gear 27 of so that the first and second worm 32, 34 contain in the receiving space optical elements without the need for growth to accommodate them.
  • first and second motors 42, 44 each have a space along the optical axis X greater than that of each of the first and second gears 22, 24, and even greater than that of each of the first and second parts 14, However, since these first and second motors 42, 44 are placed as just indicated on each side of the housing 12 (relative to the Z axis), they can each occupy a space which extends along the optical axis X to the right of the first portion 14 and the second portion 16 of the housing 12.
  • each of the first and second motors 42, 44 has a lateral bulk (external diameter of the motor) of between 6 and 12, for example 10 mm, while the first and second gears 22, 24 each have a thickness (space requirement along the X axis) between 1 and 4, for example 2.5 mm.
  • the third motor 46 and the third worm 36 are located in the engine receiving space, in the region that extends along the X axis to the right of the third portion 18 of the housing 12.
  • third worm gear 36 engages the third gearwheel 27 in an upper part thereof, which allows the housing 12 to match the shape of the housing 12 in the lower part of the third gearwheel 27, as already indicated.
  • the axis of the third motor 46 and of the third worm 36 is slightly inclined with respect to the upper face of the housing 12 (precisely with respect to the aforementioned Y axis) .
  • the thickness of the third gear 27 is between 0.3 mm and 2 mm.
  • This arrangement of the various elements makes it possible to obtain a relatively thin package, typically having a thickness of between 15 and 20 mm.
  • the housing 12 also comprises, for example in the upper region of the engine receiving space, a control element 50, here formed of several integrated circuits carried by a common printed circuit.
  • the battery 58 notably enables the power supply of the motors 42, 44, 46 and the control element 50.
  • the main elements of such a control element 50, as well as their connection to the aforementioned motors 42, 44, 46 and optical cells 52, 54, 56, are shown schematically in FIG.
  • the control element 50 comprises a reception module 60 designed to receive, here through a wireless link, the setpoint information, that is to say information indicative of the values desired by the user for the spherical power.
  • the setpoint information that is to say information indicative of the values desired by the user for the spherical power.
  • S, the cylindrical power C and the angle of astigmatism a which define the compensation generated by the optical system formed of the optical elements 2, 4, 6.
  • the receiving module 60 is for example an infrared receiving module which receives this set of information from a remote control infrared emission manipulated by the user.
  • this setpoint information may be received from a personal computer via a wireless link, for example a wireless local area network; the user could in this case choose values of spherical power S, cylindrical power C and angle of astigmatism a for the visual compensation system by interactive selection on the computer.
  • the reception module 60 transmits the setpoint information S, C, a received to a computer 66 (constituted for example by a processor executing a computer program so as to implement the functions of the computer described hereinafter), precisely to a calculation module 68 implemented by this calculator 66.
  • a computer 66 constituted for example by a processor executing a computer program so as to implement the functions of the computer described hereinafter
  • the calculation module 68 calculates the values of the angles CM, ⁇ 3 ⁇ 4 and the spherical power value Sv necessary in order to obtain the values of setpoints S, C, a received as input, on the basis of the formulas explained above.
  • the plane-cylinder lenses 2 and 4 respectively have a cylindrical power - C 0 and C 0 , the following formulas are used:
  • the computer 66 also implements a control module 70 which receives as input the values of angle 3 ⁇ 4 and spherical power Sv calculated by the calculation module 68 and transmits control signals to the motors 42, 44, 46 in order to control each of the motors 42, 44, 46 independently others so as to obtain respective positions of the gears 22, 24, 27 which make it possible to obtain the desired values:
  • control module 70 controls the first motor 42 so as to rotate the first gear 22 around the optical axis X to the position where the axis Y1 of the optically active cylindrical surface of the planar-cylinder lens convex 2 (carried by the first gear 22) forms an angle ai with the reference direction Yo;
  • control module 70 controls the second motor 44 so as to rotate the second gear 24 around the optical axis X to the position where the axis Y2 of the optically active cylindrical surface of the plane-cylinder lens concave 4 (carried by the second gear 24) forms an angle ⁇ 3 ⁇ 4 with the reference direction Yo;
  • control module 70 controls the third motor 46 so as to rotate the third gear 27 around the optical axis X to the position where the control ring of the variable spherical power controls the spherical power Sv calculated by the calculation module 68.
  • each toothed wheel 22, 24, 27 is known at each moment respectively by virtue of the optical cells 52, 54, 56 which each measure, on the toothed wheel to which each is associated, the number of teeth which have passed through the optical cell by relative to a reference point on the circumference of the wheel concerned (for example toothless).
  • the first motor assembly 42-first worm 32-first gear 22, as the second motor assembly 44- second worm 34-second gear 24, generates a gear ratio such as a toothed wheel revolution 22, 24 corresponds to 15040 micro-steps of the associated motor 42, 44.
  • the resolution rotation angle of the toothed wheels 22, 24 for a micro-step is therefore 0.024 ° for the angles ai and a 2 -
  • the third motor assembly 46-third worm 36-third gear 46 generates meanwhile a reduction of 16640 micro-steps per revolution.
  • the control ring of the variable spherical power is adjustable on a angular range of 120 ° (which corresponds to 5547 micro steps) in order to obtain the spherical power variation from -25D to 25D (ie a variation range of 50D).
  • the resolution (spherical power variation S v for a micro step) is therefore 0.009D.
  • control element 50 can take into account the distance between the entrance face of the spherical lens 6 and the vertex of the cornea of an eye observing through the compensation system. in order to possibly correct the power instructions of the visual compensation device concerned.
  • This distance (sometimes called DVO, for "glass-eye distance”) can be obtained by known means to do this.
  • a positioning error ⁇ amounts to having a focal correction F 'equivalent to a spherical power S', with:
  • the control element 50 determines, according to this embodiment, the values of the angles CM, ⁇ 3 ⁇ 4 and the spherical power value Sv (and the control signals to be applied respectively to the motors as indicated above) not only in function of the setpoint values S, C, a received at the input but also as a function of the distance between the eye and the device (here horny - input face of the lens 6).
  • the glass-eye distance is here taken into account by the control element 50, which receives the raw instructions (that is to say without taking into account the glass-eye distance).
  • each of the first, second and third motors 42, 44, 46 are actuated during the same duration T (in seconds), which may possibly depend on the amplitude of one of the setpoint changes (for example, the variation, in absolute value, of spherical power
  • the computer 66 determines, for example, the number pi of micro-step of the motor 42 allowing the passage of the angle ai to the angle ⁇ , the number P2 micro-pitch of the motor 44 allowing the passage of the angle ⁇ 3 ⁇ 4 to the angle a ' 2 and the number p 3 micro steps of motor 46 allowing the passage of the spherical power Sv to the spherical power SV the computer 66 then controls the rotation of the motor 42 at a speed of pi / T micro-steps per second, rotation of the motor 44 to a speed of P2 T micro-steps per second and the rotation of the motor 46 at a speed of p 3 / T micro-steps per second.
  • the control element 50 also comprises a temperature sensor 62, which delivers a measured ambient temperature information, and an inclinometer 64, for example realized in the form of an accelerometer and which delivers an orientation information of the visual compensation system. 10, for example with respect to the vertical.
  • a temperature sensor 62 which delivers a measured ambient temperature information
  • an inclinometer 64 for example realized in the form of an accelerometer and which delivers an orientation information of the visual compensation system. 10, for example with respect to the vertical.
  • the computer 66 receives the temperature information from the temperature sensor 62 and the orientation information from the inclinometer 64 and uses this information in the context of determining the commands to be sent to the motors 42, 44, 46.
  • control module 70 uses the temperature information to compensate for the variations in spherical power of the lens 6 due to the temperature (which are of the order of 0.06D / ° C. in FIG. described example) and the orientation information to compensate for any disturbances of the drive system (motors, worm gear, gears) due to changes in the orientation of the visual compensation system 10.
  • the visual compensation system 10 can be used to perform the function of rollover cross rolls, also called Jackson cylinders.
  • this function can be used to check (or even find) an angle a 0 of required cylindrical correction (parameter sometimes referred to as "cylinder axis"). It is considered here that a spherical correction power value So and a cylindrical correction power value Co have also been determined beforehand.
  • Ci Root (Co 2+ C va r 2 ), where Root is the square root function;
  • this function can be used to check
  • the function of the cylinders crossed by reversal is then for example carried out by alternately applying two set of setpoints alternatively, ie a first set of setpoints corresponding to a cylindrical power addition C var (for example 0.5D) in the axis defined by the angle to 0 :

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Abstract

Un système de compensation visuelle (10) permettant d'observer selon un axe optique (X) d'observation avec une correction optique de puissance variable comprend un premier élément optique (2) mobile en rotation centrée sur l'axe optique (X) et ayant une première puissance cylindrique selon l'axe optique (X), un second élément optique (4) mobile en rotation centrée sur l'axe optique (X) et ayant une seconde puissance cylindrique selon l'axe optique (X) et une lentille (6) ayant pour axe ledit axe optique (X) et de puissance sphérique variable.

Description

Système de compensation visuelle et dispositif binoculaire d'optométrie
DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale le domaine de l'optométrie.
Elle concerne plus particulièrement un système de compensation visuelle et un dispositif binoculaire d'optométrie comprenant un tel système.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
Dans le cadre de la mesure de l'acuité visuelle d'un patient, il a déjà été proposé de simuler la compensation visuelle à fournir, par exemple au moyen de lunettes d'essai ou d'un réfracteur, tel qu'une tête de réfraction.
Les lunettes d'essais peuvent accueillir successivement des verres d'essai ayant des corrections différentes, jusqu'à trouver la correction qui convient au patient.
Cette solution n'est pas pratique et nécessite le stockage séparé des verres d'essai dans des boîtes dédiées. Elle implique en outre des changements de lentilles qui provoquent des transitions de puissance de correction non désirées et non continues.
Dans la tête de réfraction, les verres d'essai sont placés sur plusieurs disques, entraînés en rotation manuellement ou à l'aide d'un mécanisme motorisé.
On comprend toutefois qu'un tel objet présente un encombrement et un poids importants, liés au nombre de verres placés sur chaque disque.
De plus, le champ de vision à travers la tête de réfraction est limité (effet "tunnei') du fait de la pluralité de lentilles alignées afin d'obtenir diverses valeurs de correction.
Avant de présenter l'invention, on rappelle quelques définitions de notions utilisées dans l'exposé qui suit.
La puissance optique représente le degré auquel un élément optique peut faire converger ou diverger des rayons lumineux. Elle s'exprime en dioptrie et correspond à l'inverse de la focale en mètre.
On parle de puissance sphérique lorsque la puissance optique est la même dans tous les plans méridiens de la lentille (symétrie de révolution autour de l'axe optique).
Au contraire on parle d'astigmatisme lorsque la puissance optique varie en fonction des méridiens de la lentille. Dans le cas d'un élément optique présentant de l'astigmatisme, on parle de puissance cylindrique qui est la différence entre la puissance optique maximale selon un premier méridien et la puissance optique minimale selon un deuxième méridien. C'est le cas des surfaces toriques ou cylindriques.
OBJET DE L'INVENTION
Dans ce contexte, la présente invention propose un système de compensation visuelle permettant d'observer selon un axe optique d'observation avec une correction optique de puissance variable, caractérisé en ce qu'il comprend un premier élément optique mobile en rotation centrée sur l'axe optique et ayant une première puissance cylindrique selon l'axe optique, un second élément optique mobile en rotation centrée sur l'axe optique et ayant une seconde puissance cylindrique selon l'axe optique, et une lentille ayant pour axe ledit axe optique et de puissance sphérique variable.
Le premier élément optique et le second élément optique peuvent être mobiles en rotation indépendamment l'un de l'autre de sorte que, dans au moins une position, la puissance cylindrique résultante, générée par la combinaison du premier élément optique et du second élément optique, a une valeur négligeable, par exemple inférieure à 0,1 dioptrie, ou même une valeur nulle.
En pratique, la valeur absolue de la seconde puissance cylindrique est par exemple égale (ou au moins quasiment égale) à la valeur absolue de la première puissance cylindrique, de sorte que ladite valeur de puissance cylindrique résultante est nulle (ou quasi-nulle) dans au moins une position.
Autrement dit, dans ce cas, la seconde puissance cylindrique est égale ou opposée à la première puissance cylindrique. La première puissance cylindrique et la seconde puissance cylindrique peuvent toutefois être différentes afin de compenser l'espacement entre les deux lentilles (selon la formule de Gullstrand) de façon à obtenir un alignement dont la puissance cylindrique combinée (i.e. résultante) s'annule dans au moins une position.
Ainsi, en faisant varier la position angulaire du premier élément optique
(angle ai dans la description qui suit) et la position angulaire du second élément optique (angle a2 dans la description qui suit), indépendamment l'une de l'autre, ainsi que la puissance sphérique Sv de la lentille à puissance sphérique variable, on peut faire varier indépendamment la puissance sphérique S, la puissance cylindrique C et l'angle d'astigmatisme a du système (formé par le premier élément optique, le second élément optique et la lentille à puissance sphérique variable) sur des plages prédéfinies, comme expliqué dans la description qui suit.
Notamment, grâce à la possibilité de faire varier l'orientation relative des deux éléments optiques de puissance cylindrique, il existe au moins une position du système pour laquelle la puissance cylindrique C du système est réduite. Lorsque la première puissance cylindrique et la seconde puissance cylindrique sont égales ou quasiment égales en valeur absolue, il existe au moins une position relative de ces deux éléments pour laquelle la puissance cylindrique C du système est négligeable, voire nulle. On est ainsi capable de générer une correction de puissance sphérique uniquement.
On remarque par ailleurs que la puissance sphérique variable permet notamment de compenser la puissance sphérique créée par l'association des éléments optiques de puissance cylindrique, soit pour l'annuler, soit pour obtenir au total (pour l'ensemble du système) une puissance sphérique conforme à la puissance sphérique souhaitée. Ainsi, la puissance sphérique induite par la combinaison du premier élément optique et du second élément optique peut être au moins en partie compensée par la lentille de puissance sphérique variable.
Ce système de compensation visuelle est ainsi particulièrement bien adapté pour générer des corrections variables ; il a de plus un encombrement réduit du fait que trois éléments optiques suffisent à réaliser des corrections variables dans les plages de paramètres précitées.
Ce système permet en outre de réaliser la fonction des cylindres croisés par retournement, par rotation rapide des deux éléments optiques à puissance cylindrique. Pour réaliser cette fonction (fréquemment utilisée dans les protocoles de réfraction), on utilise un bicylindre croisé composé de deux verres plan- cylindriques, d'axes perpendiculaires, de signes opposés et de puissances identiques. Sa puissance sphérique est nulle, on l'utilise pour faire varier très rapidement la valeur de la puissance cylindrique en retournant le bicylindre. Cette variation rapide est réalisable ici sans ajout d'éléments optiques supplémentaires, en entraînant en rotation de concert le premier élément optique et le second élément optique.
La lentille de puissance sphérique variable est par exemple une lentille déformable contenant un fluide, ou, autrement dit, une lentille contenant un fluide et une membrane déformable.
On peut prévoir un premier mécanisme entraîné par un premier moteur et conçu pour déplacer le premier élément optique en rotation centrée sur l'axe optique, ainsi qu'éventuellement un second mécanisme entraîné par un second moteur et conçu pour déplacer le second élément optique en rotation centrée sur l'axe optique.
Le premier mécanisme et le premier moteur d'une part, et le second mécanisme et le second moteur d'autre part, forment respectivement un premier actionneur et un second actionneur, qui permettent chacun le réglage en position de l'un des premier et second éléments optiques.
Le système de compensation visuelle peut comprendre un élément de commande conçu pour commander respectivement le premier moteur et le second moteur en fonction d'informations de consigne, par exemple des informations de consigne reçues d'une télécommande manipulée par un utilisateur du système.
L'élément de commande comprend par exemple un capteur de température et/ou un capteur d'orientation ou de mouvement conçu pour délivrer une information d'orientation.
On peut ainsi prévoir notamment que l'élément de commande comprenne un calculateur conçu pour générer des signaux de commande en fonction d'au moins une desdites informations de consigne et de ladite information d'orientation et pour émettre les signaux de commande respectivement à destination du premier moteur et du second moteur.
Les signaux de commande envoyés au moteur tiendront ainsi compte de l'orientation du système de compensation visuelle, par exemple afin de compenser les effets de puissance induite sur la lentille liquide dus à la gravité.
L'élément de commande peut également être conçu pour générer des signaux de commande en fonction d'au moins une desdites informations de consigne et d'une distance entre une partie du système et un œil observant à travers le système.
Le premier mécanisme peut comprendre une première roue dentée qui coopère par exemple avec une première vis sans fin solidaire d'un axe d'entraînement du premier moteur ; le premier élément optique peut alors être monté sur la première roue dentée.
De même, le second mécanisme peut comprendre une seconde roue dentée qui coopère par exemple avec une seconde vis sans fin solidaire d'un axe d'entraînement du second moteur ; le second élément optique peut alors être monté sur la seconde roue dentée.
De tels mécanismes permettent une démultiplication du mouvement en sortie du moteur. Le système de compensation visuelle a ainsi une résolution particulièrement fine et les paramètres S, C, a, qui définissent la correction du système, peuvent ainsi prendre un ensemble quasiment continu de valeurs sur les plages précitées. De plus, grâce à de tels mécanismes, les roues dentées, et donc les éléments optiques portés par ces roues dentées, sont maintenus en position même en l'absence d'alimentation des moteurs. Les éléments optiques (c'est-à- dire le premier élément optique, le second élément optique et la lentille) sont ainsi montés (dans le système de compensation visuelle) de manière à conserver (chacun) leur position de consigne respective (même) sans alimentation électrique.
Le système de compensation visuelle peut comprendre au moins une cellule optique associée à l'une desdites roues dentées (en pratique une cellule optique associée à chaque roue dentée) de manière à déterminer la position de l'élément optique associé (parmi le premier élément optique, le second élément optique et la lentille).
Le système de compensation visuelle peut être logé dans un boîtier formé par exemple de l'assemblage d'au moins une première partie et une seconde partie ; on peut alors prévoir que la première roue dentée soit montée en rotation sur ladite première partie et que la seconde roue dentée soit montée en rotation sur ladite seconde partie.
Le premier moteur est par exemple monté sur ladite première partie et/ou le second moteur est par exemple monté sur ladite seconde partie.
On peut prévoir également qu'un troisième mécanisme entraîné par un troisième moteur soit conçu pour entraîner en rotation une bague de commande de la puissance sphérique de la lentille de puissance sphérique variable.
La puissance sphérique peut ainsi elle aussi être réglée au moyen d'un actionneur formé du troisième moteur et du troisième mécanisme.
Le troisième mécanisme comprend par exemple une troisième roue dentée qui coopère avec une troisième vis sans fin solidaire d'un axe d'entraînement du troisième moteur, la bague de commande étant solidaire de la troisième roue dentée.
Le premier moteur, le second moteur et le troisième moteur sont par exemple disposés de façon à libérer une géométrie circulaire sur au moins 120°, par exemple sur 180°, centrée sur l'axe optique au plus proche du rayon utile des lentilles, par exemple à une distance inférieure à 20 mm (voire inférieure à 10 mm) du rayon utile des lentilles ; on obtient ainsi un ensemble d'encombrement réduit.
L'élément de commande déjà mentionné (par exemple au moyen de son calculateur déjà mentionné) peut être conçu pour générer au moins un signal de commande, à destination du troisième moteur, en fonction d'au moins une desdites consignes et d'une information de température générée par le capteur de température. On peut ainsi compenser les variations de puissance sphérique de la lentille à puissance sphérique variable dues aux variations éventuelles de température.
Le boîtier peut par ailleurs comprendre une troisième partie, le troisième moteur pouvant alors être monté dans la troisième partie.
Selon des modes de réalisation envisageables (par exemple celui décrit ci-après), le premier élément optique est un premier dioptre formé sur une face d'une première lentille plan-cylindre et/ou le second élément optique est un second dioptre formé sur une face d'une seconde lentille plan-cylindre. Précisément, on peut prévoir que la première lentille est une lentille plan-cylindre convexe et/ou que la seconde lentille est une lentille plan-cylindre concave.
Par ailleurs, le premier élément optique, le second élément optique et la lentille peuvent être commandés de manière à réaliser une fonction de cylindres croisés par retournement, c'est-à-dire de sorte que la puissance cylindrique et/ou l'angle d'astigmatisme du système formé du premier élément optique, du second élément optique et de la lentille alterne(nt) (chacun) entre deux valeurs distinctes.
Autrement dit, l'invention propose un système de compensation visuelle permettant d'observer selon un axe optique d'observation avec une correction optique de puissance variable, caractérisé en ce qu'il comprend :
- un premier élément optique mobile en rotation centrée sur l'axe optique et ayant une première puissance cylindrique selon l'axe optique,
- un second élément optique mobile en rotation centrée sur l'axe optique et ayant une seconde puissance cylindrique selon l'axe optique,
- une lentille ayant pour axe ledit axe optique, de puissance sphérique variable et actionnable mécaniquement de manière à faire varier continûment ladite puissance sphérique.
L'invention propose également un dispositif binoculaire d'optométhe comprenant deux systèmes optiques, montés par exemple sur un support commun, dans lequel un des deux systèmes optiques (voire chacun des deux systèmes optiques) est un système de compensation visuelle comme présenté ci- dessus.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'UN EXEMPLE DE RÉALISATION La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée.
Sur les dessins annexés :
- la figure 1 représente schématiquement les éléments optiques utilisés dans un exemple de mise en œuvre de l'invention ;
- la figure 2 représente un vue en coupe d'un exemple de système de compensation visuelle conforme aux enseignements de l'invention ;
- la figure 3 représente une vue écorchée du système de compensation de la figure 2 côté lentilles cylindriques ;
- la figure 4 est une vue écorchée du système de compensation de la figure 2 côté lentille sphérique variable ;
- la figure 5 représente schématiquement un élément de commande du système de compensation visuelle de la figure 2.
Sur la figure 1 sont schématiquement représentés les éléments optiques principaux d'un exemple de système de compensation visuelle conforme aux enseignements de l'invention.
Ces éléments optiques comprennent une lentille plan-cylindre convexe 2, de puissance cylindrique C0, une lentille plan-cylindre concave 4, de puissance cylindrique négative -Co, et une lentille 6 de puissance sphérique variable Sv-
La valeur absolue (ou module), ici Co, de la puissance cylindrique (ici -Co) de la lentille plan-cylindre concave 4 est donc égale à la valeur absolue (Co) (ou module) de la puissance cylindrique (Co) de la lentille plan-cylindre convexe 2.
Ces trois lentilles 2, 4, 6 sont placées sur le même axe optique X. Précisément, chacune des trois lentilles 2, 4, 6 a une forme extérieure généralement cylindrique, centrée sur l'axe optique X. Dans l'exemple décrit ici, les lentilles 2, 4, 6 ont respectivement les diamètres (mesurant leur encombrement) suivants : 25 mm, 25 mm, 20 mm.
On remarque de ce fait qu'il est préférable d'utiliser ce système de compensation visuelle 10 en positionnant l'œil du patient du côté de la lentille de puissance sphérique variable 6 de sorte que les lentilles de puissance cylindriques 2, 4, de plus grand diamètre, ne viennent pas limiter le champ de vision défini par la lentille de puissance sphérique variable 6, qui est lui-même large du fait de la proximité de l'œil du patient.
Chacune des trois lentilles 2, 4, 6 comporte une première face plane, perpendiculaire à l'axe optique X, et une seconde face, opposée à la première face et optiquement active :
- la face optiquement active de la lentille 2 est de forme cylindrique convexe (l'axe Yi du cylindre définissant cette face étant perpendiculaire à l'axe optique X) ;
- la face optiquement active de la lentille 4 est de forme cylindrique concave (l'axe Y2 du cylindre définissant cette face étant perpendiculaire à l'axe optique X) ;
- la face optiquement active de la lentille 6 de puissance sphérique variable Sv est déformable et peut ainsi prendre une forme sphérique convexe (comme illustré en pointillés sur la figure 1 ), une forme plane ou une forme sphérique concave (comme illustré en trait plein).
La lentille 6 de puissance sphérique variable Sv est par exemple une lentille du type décrit dans le document EP 2 034 338. Une telle lentille comprend une cavité fermée par une membrane déformable transparente et une paroi plane transparente mobile ; la cavité contient un liquide transparent de volume constant qui est plus ou moins contraint par la face mobile, afin de déformer la membrane qui est de ce fait soit une surface concave sphérique, soit une surface plane, soit une surface convexe sphérique. Dans la lentille utilisée, une transformation de mouvement réalisée par un système vis écrou permet d'assurer la transformation de mouvement translation - rotation. Ainsi, une rotation d'une bague montée sur un boîtier 26 entraîne en translation une pièce de la lentille 6, ce qui provoque la déformation susmentionnée de la membrane transparente comme expliqué par exemple dans le document EP 2 034 338 précité. On peut ainsi faire varier continûment la puissance sphérique Sv par action mécanique sur la lentille 6. Dans l'exemple décrit ici, la lentille 6 a une focale variable entre -40 mm et 40 mm, soit une puissance sphérique Sv variable entre -25D et 25D (D étant la dioptrie, unité de mesure de la vergence, inverse de la focale exprimée en mètres).
Par ailleurs, les lentilles plan-cylindre 2, 4 ont respectivement comme déjà indiqué une puissance cylindrique -Co et Co, ici avec Co = 5D.
Comme expliqué plus en détail dans la suite, la lentille plan-cylindre concave 4 et la lentille plan-cylindre convexe 2 sont montées en rotation autour de l'axe X (rotation centrée sur l'axe X).
L'axe Yi du cylindre convexe formé sur la face optiquement active de la lentille plan-cylindre convexe 2 peut ainsi former un angle variable ai avec un axe de référence Yo (fixe et perpendiculaire à l'axe optique X).
De même, l'axe Y2 du cylindre concave formé sur la face optiquement active de la lentille plan-cylindre concave 4 peut former un angle variable 02 avec l'axe de référence Yo.
Par calcul de la vergence sur les différents méridiens, on obtient les formules suivantes pour la puissance sphérique S, la puissance cylindrique C et l'angle d'astigmatisme a du système formé des trois éléments optiques 2, 4, 6 qui vient d'être décrit :
sin 2a , - sin 2a, cos (α, + α , ) ., ,
tan 2a = - = ^ 2 - (formule 1 )
cos 2a 2 - cos 2al sm \al + a 2 )
C = C0 (cos 2(a - a2 ) - cos 2(a - ax )) (formule 2)
C
s = sv— (formule 3).
2
On remarque que le terme (-C/2) dans la formule 3 correspond à puissance sphérique générée par la résultante des 2 lentilles à puissance cylindrique.
En pilotant la position en rotation de la lentille plan-cylindre convexe 2 et la position en rotation de la lentille plan-cylindre concave 4, indépendamment l'une de l'autre, comme décrit ci-après, on peut faire varier indépendamment chacun des angles CM , <¾ de 0° à 360° et ainsi obtenir une puissance cylindrique C réglable entre -2.Co et 2.Co (soit ici entre -10D et 10D), et pour n'importe quel angle d'astigmatisme réglable entre 0° et 360° obtenue par une commande simultanée des deux lentilles. Comme l'indique la formule numéro 3, la résultante de puissance sphérique induite par la résultante de l'orientation des 2 lentilles cylindriques est compensée à l'aide de la lentille sphérique de puissance variable.
Par ailleurs, en faisant varier la puissance sphérique Sv de la lentille sphérique 6, on peut régler la puissance sphérique S du système formé des trois lentilles 2, 4, 6.
Selon une variante envisageable, les lentilles à puissance cylindrique fixe pourraient avoir la même puissance cylindrique Co (positive ou négative) : il pourrait s'agir de deux lentilles plan-cylindre convexe, éventuellement identiques, ou, en alternative, de deux lentilles plan-cylindre concave, éventuellement identiques.
En effet, dans ce cas, la puissance sphérique S, la puissance cylindrique C et l'angle d'astigmatisme a du système formé de ces deux lentilles et d'une lentille à puissance sphérique variable sont donnés par les formules suivantes :
sin 2a , + sin 2a, ,r
tan 2a = - - (formule 4)
cos 2a 2 + cos 2 j
C = C0 (cos 2 (a - 2 ) + cos 2 (a - a ) (formule 5)
C
s = s + c — . (formule 6)
2
Le terme C0 - C/2 correspond à la puissance sphérique induite par la combinaison des deux lentilles à puissance cylindrique.
On peut donc également dans ce cas régler la puissance sphérique S, la puissance cylindrique C et l'angle d'astigmatisme a, en particulier de sorte que la puissance cylindrique C soit nulle, en entraînant en rotation les lentilles à puissance cylindrique (indépendamment l'une de l'autre) et en faisant varier la puissance sphérique de la lentille à puissance sphérique variable.
Un exemple de système de compensation visuelle 10 qui utilise les éléments optiques qui viennent d'être décrits est représenté en figure 2.
On utilisera parfois dans la description qui suit, afin de clarifier l'explication, des termes, comme "supérieur" ou "inférieur", qui définissent une orientation dans les figures 2, 3 et 4. On comprend que cette orientation n'est pas nécessairement applicable à l'utilisation qui pourra être faite du système décrit, utilisation dont la seule direction de référence est l'axe optique X. Le système de compensation visuelle 10 comprend un boîtier 12 formé d'une première partie 14, d'une seconde partie 16 et d'une troisième partie 18, qui s'étendent successivement selon l'axe optique X et sont assemblées deux à deux au niveau de plans perpendiculaires à l'axe optique X.
Une première roue dentée 22 est montée en rotation centrée sur l'axe optique X dans la première partie 14 du boîtier 12 et porte en son centre, dans une ouverture prévue à cet effet, la lentille plan-cylindre convexe 2. La première roue dentée 22 et la lentille plan-cylindre convexe 2 sont coaxiales ; autrement dit, en section dans un plan perpendiculaire à l'axe optique X, la circonférence extérieure de la première roue dentée 22 et la circonférence de la lentille plan- cylindre convexe 2 forment des cercles concentriques centrés sur l'axe optique X.
De même, une seconde roue dentée 24 est montée en rotation centrée sur l'axe optique X dans la seconde partie 16 du boîtier 12 et porte en son centre, dans une ouverture prévue à cet effet, la lentille plan-cylindre concave 4. La seconde roue dentée 24 et la lentille plan-cylindre concave 4 sont coaxiales ; autrement dit, en section dans un plan perpendiculaire à l'axe optique X, la circonférence extérieure de la seconde roue dentée 24 et la circonférence de la lentille plan-cylindre concave 4 forment des cercles concentriques centrés sur l'axe optique X.
Une troisième roue dentée 27 est montée en rotation centrée sur l'axe optique X dans la troisième partie 18 du boîtier 12. La troisième roue dentée 27 est solidaire de la bague pourvue sur la circonférence du boîtier 26 qui porte la lentille 6 de puissance sphérique variable et permettant la commande de la puissance sphérique Sv- Le boîtier 26 de la lentille 6 de puissance sphérique variable est monté dans la troisième partie 18 du boîtier 12.
Comme bien visible en figure 3, la première roue dentée 22 est entraînée en rotation (autour de l'axe optique X) au moyen d'un premier moteur 42 dont un axe d'entraînement porte une première vis sans fin 32 qui engrène sur la première roue dentée 22. Le premier moteur 42 est par exemple monté dans la première partie 14 du boîtier 12.
La position courante de la première roue dentée 22 est surveillée par une première cellule optique 52.
De même, la seconde roue dentée 24 est entraînée en rotation autour de l'axe optique X au moyen d'un second moteur 44 dont un axe d'entraînement porte une seconde vis sans fin 34 qui engrène sur la seconde roue dentée 24. Le second moteur 44 est par exemple monté dans la seconde partie 16 du boîtier 12.
La position courante de la seconde roue dentée 24 est surveillée par une seconde cellule optique 54.
Comme représenté sur la figure 4, la troisième roue dentée 27 est quant à elle entraînée en rotation (autour de l'axe optique X) au moyen d'un troisième moteur 46 qui présente un axe d'entraînement sur lequel est monté une troisième vis sans fin 36 qui engrène avec la troisième roue dentée 27. Le troisième moteur 46 est par exemple monté dans la troisième partie 18 du boîtier 12.
La position courante de la troisième roue dentée 27 est surveillée par une troisième cellule optique 56.
Chaque cellule optique 52, 54, 56 est par exemple formée d'un couple d'éléments comprenant au moins un capteur optique ; l'autre élément du couple est par exemple un émetteur optique (ou, en variante, un élément réfléchissant, auquel cas un émetteur optique est associé au capteur optique).
Les premier, second et troisième moteurs 42, 44, 46 sont par exemple des moteurs pas à pas, d'une résolution de 20 pas/tour, pilotés ici en 8emede pas (ci-après micro-pas). En variante, ces moteurs pourraient être pilotés en i 6eme de pas.
Le volume interne du boîtier 12 (comme d'ailleurs le volume interne de chacune des première, seconde et troisième parties 14, 16, 18 de la même manière) peut être subdivisé en un espace de réception des moteurs 42, 44, 46 (région supérieure du boîtier 12 sur les figures 2, 3 et 4) et un espace de réception des éléments optiques 2, 4, 6 (région inférieure du boîtier 12 sur les figures 2, 3 et 4).
L'espace de réception des moteurs 42, 44, 46 a une forme essentiellement parallélépipédique, ouverte (vers le bas sur les figures) en direction de l'espace de réception des éléments optiques 2, 4, 6 et fermé à l'opposé (vers le haut sur les figures) par une face supérieure 19 du boîtier 12 (la face supérieure 19 du boîtier 12 étant formée par l'assemblage de faces supérieures respectives des première, seconde et troisième parties 14, 16, 18 du boîtier 12).
La disposition des moteurs 42 44 et 46 est telle qu'elle permet de bénéficier d'une géométrie circulaire sur 180° centrée sur l'axe optique au plus proche du rayon utile des lentilles.
L'espace de réception des éléments optiques 2, 4, 6 présente, à l'opposé de l'espace de réception des moteurs, une forme cylindrique (délimitée par les parois du boîtier 12) qui épouse celle de la troisième roue dentée 27 sur la moitié de la circonférence de celle-ci.
Autrement dit, le boîtier 12 (et par conséquent chacune des première, seconde et troisième parties 14, 16, 18 du boîtier 12) a, au niveau de l'espace de réception des éléments optiques 2, 4, 6, une forme cylindrique de diamètre (perpendiculairement à l'axe optique X) du même ordre que, et légèrement supérieur à, celui de la troisième roue dentée 27.
Les diamètres respectifs des roues dentées 22, 24, 27 sont adaptés de manière à favoriser la conservation du champ en dépit de l'épaisseur du système optique.
Le premier moteur 42 et la première vis sans fin 32 s'étendent dans le boîtier 12 selon une direction Z perpendiculaire à la face supérieure du boîtier 12 (et donc notamment perpendiculaire à l'axe optique X) de telle sorte que le premier moteur 42 est logé dans l'espace de réception des moteurs tandis que la première vis sans fin 32 s'étend dans l'espace de réception des éléments optiques.
Le second moteur 44 et la seconde vis sans fin 34 s'étendent quant à eux dans le boîtier 12 selon la même direction, mais à l'opposé du premier moteur 42 et de la première vis sans fin 34 par rapport aux lentilles de puissance cylindrique 2, 4. Le second moteur 44 est logé dans l'espace de réception des moteurs tandis que la seconde vis sans fin 34 s'étend dans l'espace de réception des éléments optiques.
On remarque qu'ainsi la première vis sans fin 32 et la seconde vis sans fin 34 sont situées de part et d'autre de l'ensemble formé par la première roue dentée 22 et la seconde roue dentée 24, et que l'encombrement latéral (selon un axe Y perpendiculaire aux axes X et Z précités) de ces différentes pièces (première vis sans fin 32, seconde vis sans fin 34, première ou seconde roue dentée 22, 24) est inférieur au diamètre de la troisième roue dentée 27 de sorte que les première et seconde vis sans fin 32, 34 contiennent dans l'espace de réception des éléments optiques sans nécessiter d'excroissance pour les accueillir. Par ailleurs, les premier et second moteurs 42, 44 ont chacun un encombrement selon l'axe optique X supérieur à celui de chacune des première et seconde roues dentées 22, 24, et même supérieur à celui de chacune des première et seconde parties 14, 16 de boîtier 12. Toutefois, du fait que ces premier et second moteurs 42, 44 sont placés comme il vient d'être indiqué de chaque côté du boîtier 12 (par rapport à l'axe Z), ils peuvent chacun occuper un espace qui s'étend selon l'axe optique X au droit de la première partie 14 et de la seconde partie 16 du boîtier 12.
Par exemple, chacun des premier et second moteurs 42, 44 a un encombrement latéral (diamètre externe du moteur) compris entre 6 et 12, par exemple 10 mm, tandis que les première et seconde roues dentées 22, 24 ont chacune une épaisseur (encombrement selon l'axe X) compris entre 1 et 4, par exemple 2,5 mm.
Le troisième moteur 46 et la troisième vis sans fin 36 sont en revanche situés dans l'espace de réception des moteurs, dans la région qui s'étend selon l'axe X au droit de la troisième partie 18 du boîtier 12. Ainsi, la troisième vis sans fin 36 engrène la troisième roue dentée 27 dans une partie supérieure de celle-ci, ce qui permet au boîtier 12 d'épouser la forme du boîtier 12 dans la partie inférieure de la troisième roue dentée 27, comme déjà indiqué.
Dans l'exemple décrit, comme visible en figure 4, l'axe du troisième moteur 46 et de la troisième vis sans fin 36 est légèrement incliné par rapport à la face supérieure du boîtier 12 (précisément par rapport à l'axe Y précité).
On prévoit par exemple que l'épaisseur de la troisième roue dentée 27 est comprise entre 0,3 mm et 2 mm.
Cette disposition des différents éléments permet d'obtenir un boîtier relativement fin, ayant typiquement une épaisseur comprise entre 15 et 20 mm.
Le boîtier 12 comprend également, par exemple dans la région supérieure de l'espace de réception des moteurs, un élément de commande 50, formé ici de plusieurs circuits intégrés portés par un circuit imprimé commun.
Par ailleurs un dispositif de stockage d'énergie électrique de type batterie
58 (ou, en variante, une super capacité) est prévu pour rendre l'appareil autonome. On prévoit par exemple également des éléments de recharge sans contact du dispositif de stockage d'énergie 58. La batterie 58 permet notamment l'alimentation électrique des moteurs 42, 44, 46 et de l'élément de commande 50. Les éléments principaux d'un tel élément de commande 50, ainsi que leur connexion aux moteurs 42, 44, 46 précités et aux cellules optiques 52, 54, 56 précitées, sont représentés schématiquement en figure 5.
L'élément de commande 50 comprend un module de réception 60 conçu pour recevoir, ici à travers une liaison sans fil, les informations de consigne, c'est- à-dire des informations indicatives des valeurs souhaitées par l'utilisateur pour la puissance sphérique S, la puissance cylindrique C et l'angle d'astigmatisme a qui définissent la compensation générée par le système optique formé des éléments optiques 2, 4, 6.
Le module de réception 60 est par exemple un module de réception infrarouge qui reçoit ces informations de consigne d'une télécommande à émission infrarouge manipulée par l'utilisateur. En variante, on pourrait prévoir que ces informations de consigne soit reçues d'un ordinateur personnel via une liaison sans fil, par exemple un réseau local sans fil ; l'utilisateur pourrait dans ce cas choisir des valeurs de puissance sphérique S, de puissance cylindrique C et d'angle d'astigmatisme a pour le système de compensation visuelle par sélection interactive sur l'ordinateur.
Le module de réception 60 transmet les informations de consigne S, C, a reçues à un calculateur 66 (constitué par exemple d'un processeur exécutant un programme d'ordinateur de manière à mettre en œuvre les fonctions du calculateur décrites ci-après), précisément à un module de calcul 68 mis en œuvre par ce calculateur 66.
Le module de calcul 68 calcule les valeurs des angles CM, <¾ et la valeur de puissance sphérique Sv nécessaires afin d'obtenir les valeurs de consignes S, C, a reçues en entrée, sur la base des formules exposées plus haut. Dans le cas où les lentilles plan-cylindre 2 et 4 ont respectivement une puissance cylindrique - C0 et C0 , on utilise par exemple les formules suivantes :
Figure imgf000016_0001
Le calculateur 66 met également en œuvre un module de commande 70 qui reçoit en entrée les valeurs d'angle <¾ et de puissance sphérique Sv calculées par le module de calcul 68 et émet des signaux de commande à destination des moteurs 42, 44, 46 afin de commander chacun des moteurs 42, 44, 46 indépendamment des autres de manière à obtenir des positionnements respectifs des roues dentées 22, 24, 27 qui permettent d'obtenir les valeurs souhaitées :
- le module de commande 70 commande le premier moteur 42 de manière à faire tourner la première roue dentée 22 autour de l'axe optique X jusqu'à la position où l'axe Y1 de la surface cylindrique optiquement active de la lentille plan-cylindre convexe 2 (portée par la première roue dentée 22) forme un angle ai avec la direction de référence Yo ;
- le module de commande 70 commande le second moteur 44 de manière à faire tourner la seconde roue dentée 24 autour de l'axe optique X jusqu'à la position où l'axe Y2 de la surface cylindrique optiquement active de la lentille plan-cylindre concave 4 (portée par la seconde roue dentée 24) forme un angle <¾ avec la direction de référence Yo ;
- le module de commande 70 commande le troisième moteur 46 de manière à faire tourner la troisième roue dentée 27 autour de l'axe optique X jusqu'à la position où la bague de commande de la puissance sphérique variable commande la puissance sphérique Sv calculée par le module de calcul 68.
La position de chaque roue dentée 22, 24, 27 est connue à chaque instant respectivement grâce aux cellules optiques 52, 54, 56 qui mesurent chacune, sur la roue dentée à laquelle chacune est associée, le nombre de dents ayant traversé la cellule optique par rapport à un point de référence sur la circonférence de la roue concernée (par exemple dépourvu de dent).
Dans l'exemple décrit ici, l'ensemble premier moteur 42-première vis sans fin 32-première roue dentée 22, comme l'ensemble second moteur 44- seconde vis sans fin 34-seconde roue dentée 24, génère une démultiplication telle qu'un tour de roue dentée 22, 24 correspond à 15040 micro-pas du moteur associé 42, 44. La résolution (angle de rotation des roues dentées 22, 24 pour un micro-pas) est donc de 0,024° pour les angles ai et a2-
L'ensemble troisième moteur 46-troisième vis sans fin 36-troisième roue dentée 46 génère quant à lui une démultiplication de 16640 micro-pas par tour. La bague de commande de la puissance sphérique variable est réglable sur une plage angulaire de 120° (ce qui correspond donc à 5547 micro-pas) afin d'obtenir la variation de puissance sphérique de -25D à 25D (soit une plage de variation de 50D). La résolution (variation de puissance sphérique Sv pour un micro-pas) est donc de 0,009D.
Selon un mode de réalisation envisageable, on peut prévoir que l'élément de commande 50 prenne en compte la distance entre la face d'entrée de la lentille sphérique 6 et le sommet de la cornée d'un œil observant à travers le système de compensation visuelle, afin de corriger éventuellement les consignes en puissance du dispositif de compensation visuelle concerné. Cette distance (parfois dénommée DVO, pour "distance verre-œil") peut être obtenue par des moyens connus pour ce faire.
En prenant l'exemple d'une puissance sphérique S de focale équivalente F, une erreur de positionnement ε revient à avoir une correction de focale F', équivalente à une uissance sphérique S', avec :
Figure imgf000018_0001
ce qui donne en première approximation s'= s · (ι + ε■ s) .
L'élément de commande 50 détermine donc, selon ce mode de réalisation, les valeurs des angles CM , <¾ et la valeur de puissance sphérique Sv (et les signaux de commandes à appliquer respectivement aux moteurs comme indiqué ci-dessus) non seulement en fonction des valeurs de consignes S, C, a reçues en entrée mais également en fonction de la distance œil - dispositif (ici cornée - face d'entrée de la lentille 6). On remarque que la distance verre-œil est ici prise en compte par l'élément de commande 50, qui reçoit les consignes brutes (c'est-à-dire sans prise en compte de la distance verre-œil).
Par ailleurs, on peut prévoir que, lors du passage de valeurs de consigne initiales CM , <¾, Sv à de nouvelles valeurs de consigne αΊ , α'2, S , chacun des premier, second et troisième moteurs 42, 44, 46 soient actionnés pendant une même durée T (en secondes), qui peut dépendre éventuellement de l'amplitude de l'un des changements de consigne (par exemple de la variation, en valeur absolue, de puissance sphérique | S - Sv |, où | x | est la valeur absolue de x).
Pour ce faire, le calculateur 66 détermine par exemple le nombre pi de micro-pas du moteur 42 permettant le passage de l'angle ai à l'angle αΊ , le nombre P2 de micro-pas du moteur 44 permettant le passage de l'angle <¾ à l'angle a'2 et le nombre p3 de micro-pas du moteur 46 permettant le passage de la puissance sphérique Sv à la puissance sphérique SV Le calculateur 66 commande alors la rotation du moteur 42 à une vitesse de pi/T micro-pas par seconde, la rotation du moteur 44 à une vitesse de P2 T micro-pas par seconde et la rotation du moteur 46 à une vitesse de p3/T micro-pas par seconde.
L'élément de commande 50 comprend également un capteur de température 62, qui délivre une information de température ambiante mesurée, et un inclinomètre 64, par exemple réalisé sous forme d'un accéléromètre et qui délivre une information d'orientation du système de compensation visuelle 10, par exemple par rapport à la verticale.
Le calculateur 66 reçoit l'information de température en provenance du capteur de température 62 et l'information d'orientation en provenance de l'inclinomètre 64 et utilise ces informations dans le cadre de la détermination des commandes à envoyer aux moteurs 42, 44, 46.
Dans l'exemple décrit, le module de commande 70 utilise l'information de température afin de compenser les variations de puissance sphérique de la lentille 6 dues à la température (qui sont de l'ordre de 0,06D/°C dans l'exemple décrit) et l'information d'orientation afin de compenser les perturbations éventuelles du système d'entraînement (moteurs, vis sans fin, roues dentées) dues à des changements d'orientation du système de compensation visuelle 10.
Le système de compensation visuelle 10 peut être utilisé pour réaliser la fonction des cylindres croisés par retournement, également appelés cylindres de Jackson.
Selon un premier exemple, cette fonction peut être utilisée pour vérifier (voire trouver) un angle a0 de correction cylindrique requise (paramètre parfois dénommé "axe du cylindre"). On considère ici qu'une valeur de puissance de correction sphérique So et une valeur de puissance de correction cylindrique Co ont été également déterminées au préalable.
La fonction des cylindres croisés par retournement est alors par exemple réalisée en appliquant en alternance rapide deux ensembles de consignes, soit un premier ensemble de consignes correspondant à un ajoût de puissance cylindrique Cvar (par exemple 0,5D) à 45° de l'axe défini par l'angle ao : - une consigne d'angle d'astigmatisme ai = ao + 0,5.atan(Cvar/Co) ;
- une consigne de puissance cylindrique Ci = Racine(Co2+Cvar2), où Racine est la fonction racine carrée ;
- une consigne de puissance sphérique Si = So + Co/2 - Ci/2,
et un second ensemble de consignes correspondant à un ajoût de puissance cylindrique -Cvar à 45° de l'axe défini par l'angle ao :
- une consigne d'angle d'astigmatisme α2 = a0 - 0,5.atan(Cvar/Co) ;
- une consigne de puissance cylindrique C2 = Racine(Co2+Cvar 2) ;
- une consigne de puissance sphérique S2 = So + Co/2 - C2/2.
Selon un second exemple, cette fonction peut être utilisée pour vérifier
(voire trouver) la valeur de la puissance de correction cylindrique Co requise. On considère ici qu'une valeur de puissance de correction sphérique So et une valeur d'angle d'astigmatisme ao ont été également déterminées au préalable.
La fonction des cylindres croisés par retournement est alors par exemple réalisée en appliquant en alternance rapide deux ensembles de consignes, soit un premier ensemble de consignes correspondant à un ajoût de puissance cylindrique Cvar (par exemple 0,5D) dans l'axe défini par l'angle a0 :
- une consigne d'angle d'astigmatisme ai = ao ;
- une consigne de puissance cylindrique Ci = Co + Cvar ;
- une consigne de puissance sphérique Si = So - Cvar/2,
et un second ensemble de consignes correspondant à un ajoût de puissance cylindrique -Cvar dans l'axe défini par l'angle a0 :
- une consigne d'angle d'astigmatisme α2 = ao ;
- une consigne de puissance cylindrique C2 = Co - Cvar ;
- une consigne de puissance sphérique S2 = So + Cvar/2.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Système de compensation visuelle (10) permettant d'observer selon un axe optique (X) d'observation avec une correction optique de puissance variable, caractérisé en ce qu'il comprend :
- un premier élément optique (2) mobile en rotation centrée sur l'axe optique (X) et ayant une première puissance cylindrique selon l'axe optique (X),
- un second élément optique (4) mobile en rotation centrée sur l'axe optique (X) et ayant une seconde puissance cylindrique selon l'axe optique (X),
- une lentille (6) ayant pour axe ledit axe optique et de puissance sphérique variable.
2. Système de compensation visuelle selon la revendication 1 , dans lequel le premier élément optique (2) et le second élément optique (4) sont mobiles en rotation indépendamment l'un de l'autre de sorte que, dans au moins une position, la puissance cylindrique résultante, générée par la combinaison du premier élément optique (2) et du second élément optique (4), a une valeur inférieure à 0,1 dioptrie.
3. Système de compensation visuelle selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le premier élément optique (2) et le second élément optique (4) sont mobiles en rotation indépendamment l'un de l'autre de sorte que, dans au moins une position, la puissance cylindrique résultante, générée par la combinaison du premier élément optique (2) et du second élément optique (4), a une valeur nulle.
4. Système de compensation visuelle selon l'une des revendications 1 à
3, dans lequel la puissance sphérique induite par la combinaison du premier élément optique (2) et du second élément optique (4) est au moins en partie compensée par la lentille (6) de puissance sphérique variable.
5. Système de compensation visuelle selon l'une des revendications 1 à
4, dans lequel la lentille (6) de puissance sphérique variable est une lentille contenant un fluide et une membrane déformable.
6. Système de compensation visuelle selon l'une des revendications 1 à
5, dans lequel un premier mécanisme (32, 22) entraîné par un premier moteur (42) est conçu pour déplacer le premier élément optique (2) en rotation centrée sur l'axe optique (X) et dans lequel un second mécanisme (34, 24) entraîné par un second moteur (44) est conçu pour déplacer le second élément optique (4) en rotation centrée sur l'axe optique (X).
7. Système de compensation visuelle selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel un troisième mécanisme (36, 27) entraîné par un troisième moteur (46) est conçu pour entraîner en rotation une bague de commande de la puissance sphérique de la lentille de puissance sphérique variable (6).
8. Système de compensation visuelle selon la revendication 6 ou 7, dans lequel un élément de commande (50) est conçu pour commander respectivement le premier moteur (42) et le second moteur (44) en fonction d'informations de consigne.
9. Système de compensation visuelle selon la revendication 8, dans lequel l'élément de commande (50) comprend un capteur de température (62).
10. Système de compensation visuelle selon la revendication 8 ou 9, dans lequel l'élément de commande (50) comprend un capteur (64) d'orientation ou de mouvement conçu pour délivrer une information d'orientation.
1 1 . Système de compensation visuelle selon la revendication 10, dans lequel l'élément de commande (50) comprend un calculateur (66) conçu pour générer des signaux de commande en fonction d'au moins une desdites informations de consigne et de ladite information d'orientation et pour émettre les signaux de commande respectivement à destination du premier moteur (42) et du second moteur (44).
12. Système de compensation visuelle selon l'une des revendications 8 à
1 1 , dans lequel l'élément de commande (50) est conçu pour générer des signaux de commande en fonction d'au moins une desdites informations de consigne et d'une distance entre une partie du système et un œil observant à travers le système.
13. Système de compensation visuelle selon l'une des revendications 6 à
12, dans lequel le premier mécanisme comprend une première roue dentée (22) qui coopère avec une première vis sans fin (32) solidaire d'un axe d'entraînement du premier moteur (42), le premier élément optique (2) étant monté sur la première roue dentée (22), et dans lequel le second mécanisme comprend une seconde roue dentée (24) qui coopère avec une seconde vis sans fin (34) solidaire d'un axe d'entraînement du second moteur (44), le second élément optique (4) étant monté sur la seconde roue dentée (24).
14. Système de compensation visuelle selon l'une des revendications 7 à 13, la revendication 7 étant prise dans la dépendance de la revendication 6, dans lequel le troisième mécanisme comprend une troisième roue dentée (27) qui coopère avec une troisième vis sans fin (36) solidaire d'un axe d'entraînement du troisième moteur (46), la bague de commande étant solidaire de la troisième roue dentée (27).
15. Système de compensation visuelle selon la revendication 14 prise dans la dépendance de la revendication 13, dans lequel le premier moteur (42), le second moteur (44) et le troisième moteur (46) sont disposés de façon à libérer une géométrie circulaire sur au moins 120° centrée sur l'axe optique (X) à une distance inférieure à 20 mm du rayon utile des lentilles.
16. Système de compensation visuelle selon l'une des revendications 13 à 15, comprenant au moins une cellule optique (52 ; 54 ; 56) associée à l'une desdites roues dentées (22 ; 24 ; 27) de manière à déterminer la position de l'élément optique associé (2 ; 4 ; 6).
17. Système de compensation visuelle selon l'une des revendications 1 à
16, dans lequel le premier élément optique, le second élément optique et la lentille sont montés de manière à conserver leur position de consigne respective sans alimentation électrique.
18. Système de compensation visuelle selon l'une des revendications 1 à 17, dans lequel le premier élément optique (2) et le second élément optique (4) sont séparés par un espace de dimension inférieure à 1 mm selon l'axe optique (X).
19. Système de compensation visuelle selon l'une des revendications 1 à 18, dans lequel le premier élément optique (2) est un premier dioptre formé sur une face d'une première lentille plan-cylindre et dans lequel le second élément optique (4) est un second dioptre formé sur une face d'une seconde lentille plan- cylindre.
20. Système de compensation visuelle selon la revendication 19, dans lequel le premier élément optique (2) est une lentille plan-cylindre convexe et dans lequel le second élément optique (4) est une lentille plan-cylindre concave.
21 . Système de compensation visuelle selon l'une des revendications 1 à 20, dans lequel le premier élément optique (2), le second élément optique (4) et la lentille (6) sont commandés de manière à réaliser une fonction de cylindres croisés par retournement.
22. Système de compensation visuelle (10) permettant d'observer selon un axe optique (X) d'observation avec une correction optique de puissance variable, caractérisé en ce qu'il comprend :
- un premier élément optique (2) mobile en rotation centrée sur l'axe optique (X) et ayant une première puissance cylindrique selon l'axe optique (X),
- un second élément optique (4) mobile en rotation centrée sur l'axe optique (X) et ayant une seconde puissance cylindrique selon l'axe optique (X) ,
- une lentille (6) ayant pour axe ledit axe optique, de puissance sphérique variable et actionnable mécaniquement de manière à faire varier continûment ladite puissance sphérique.
23. Dispositif binoculaire d'optométrie comprenant deux systèmes optiques, dans lequel au moins un des deux systèmes optiques est un système de compensation visuelle conforme à l'une des revendications 1 à 22.
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