Brevet FR2655431A1 — publié le 19910607

L'étude approfondie de l'état de l'art et des brevets publiés dans le domaine de la lunetterie au cours des trente dernières années conduit à la constatation suivante [1]: tous les efforts ont porté sur la correction des défauts géométriques de l'oeil, rien ou presque n'a été fait pour éliminer ou tout au moins atténuer les défauts dus à la transparence imparfaite de l'oeil (*) et qui relèvent de l'optique physique (diffusion, diffraction, réfraction). Or ces derniel!;défauts, négligeables à la rigueur chez des sujets jeunes, deviennent prépondérants chez les personnes agées. Toutes amétropies corrigées (myopie, hypermétropie, astigmatisme et presbytie), l'oeil n'en a pas pour autant retouvé l'acuité visuelle qu'autorise le pouvoir séparateur de sarétine. L'acuité visuelle dépend en effet non seulement de la définition de rimage rétinienne mais encore de son contraste. Une image géométriquement parfaite devient floue si le contraste entre noirs et blancs décroît, or le contraste d'une image dépend de 2 facteurs: a) Le constraste de l'objet, fonction de sa nature et de son éclairement. b) Les défauts de transparence des milieux qui séparentl'objetde l'image. Le but de la présente invention est précisément d'augmenter le contraste des images rétiniennes, donc l'acuité visuelle, en écartant de l'image les rayons lumineux qui, sans concourir directement à sa formation, pénètrent dans l'oeil et par voie de réfraction, diffraction et diffusion dégradent le contraste image. En théorie, il suffirait pour obtenir ce résultat de diaphragmer le faisceau de lumière incident à 4 ou 5 degrés pour conserver toute la lumière servant à la formation de l'image centrale nette et éliminer du même coup 95% de la lumière inutile. ) Abstractionfaitedutraitementchirurgicaldelacataracte Deux écrans opaques percés d'une ouverture circulaire de 3 mm placés devant chaque pupille permettent d'expérimenter cette situation et d'apprécier immédiateinent le gain de contraste et d'acuité visuelle obtenu. Ils mettent malheureusement en évidence la gêne provoquée par un tel système aveuglant totalement le champ périphérique indispensable à l'orientation . La technique des diaphragmes couramment utilisée dans les instruments d'optique à champ étroit (microscope et lunettes terrestres ou astronomiques) n'est donc pas directement transposable à l'oeil nu qui lui, a besoin de conserver un vaste champ visuel. L'amélioration de l'acuité visuelle par application de diaphragmes devant les pupilles passe donc nécessairement par un délicat compromis entre deux impératifs contradictoires, d'une part conserver une vision périphérique large et d'autre part refermer suffisammentle faisceau incident pour accroître le contraste image. OBJET DE NOTRE INVENTION Notre invention apporte précisément la réponse à ce délicat compromis, réponse nécessairement modulée en fonction des principaux cas d'utilisation de lunettes que nous avons regroupés en trois catégories: 1) Visionrapproehée : travaux de bureau ou manuels fins, lecture, ....... 2) Visions intermédiaire et spécialement observation de la télévision ou des écrans vidéo. 3) Vision lointaine : protection solaire, conduite automobile, pratique des sports, montagne, ski, yachting... L'usage démontre que l'homme a beaucoup plus besoin pour se situer dans son environnement d'informations visuelles lui venant latéralement que verticaiement En pratique, un porteur de lunettes dispose d'un champ latéral de 150 degrés environ et vertical de 20 à 25 degrés vers le haut, s'il porte une visière, plus 60 degrés vers le bas, soit 90 degrés au total. Ces chiffres doivent être pris en compte dans la définition des formes de diaphragmes selon notre invention. La figure l représente la façade d'une lunette suivant l'invention. Chaque partie droite et gauche est garnie d'un écran opaque mince 3 qui remplace ou recouvre le verre correcteur s'il existe. Une fenêtre transparente F de forme ailongée horizontalement, divise cet écran opaque en deux zones 3H et 3B, supérieure et inférieure. Elle est elle-même divisée en trois zones : une zone centrale 1, centrée sur la pupille, encadrée d'une zone temporale 2T et d'une zone nasale 2N. La zone centrale 1 offre au porteur de lunettes un champ visuel étendu horizontalement sur 50 à 60 degrés et verticalement sur 25 degrés environ, très suffisant pour observer confortablement le domaine des images rétiniennes nettes. Les zones latérales 2T et 2N, si elles sont ouvertes, permettent d'étendre le champ de vision horizontal au maximum requis par le domaine d'application 3) (observateur en mouvement dans son environnement). Pour couvrir le domaine d'application 1) (vision rapprochée, écriture, lecture, etc ...), le champ latéral complet (2T+1+2N) est inutile et celui de la zone 1 trop étroit, il doit donc être élargi, essentiellement au dépend des zones nasales 2N, pour prendre en compte la convergence des yeux observant un objet rapproché au punctum proximum. Enfin, quel que soit le mode d'utilisation envisagé et compte tenu de la faible ouverture verticale (15 degrés sous l'horizon) de la fenêtre transparente (2T-t1+2N), il est évident que l'utilisateur devra incliner fortement la tête pour observer les objets proches de son corps et de ses pieds. La petite fenêtre C (figure 1) a précisément été percée à la base de la zone 3B pour combler cette lacune. Sans avoir à bouger la tête, simplement enbaissantles yeux, grâce à cette fenêtre, le porteur de lunette bénéficie à nouveau du champ de vision inférieurrapprochéquiluifaisaitdéfaut. La figure 1 a été dessinée avec un écartement pupfflaire AB = mm (échelle 1/1). Les zones 1 rectangulaires, centrées sur les pupilles P, ont une largeur de 10 mm et une hauteur de 6 mm. Les zones 2T prolongent vers les tempes les zones 1, leur tracé (en pointillé) peut être rectangulaire, mais l'expérience a montré qu'on gagnait beaucoup en contraste sans perdre en champ visuel latéral en terminant ces zones en forme de pointe recourbée vers le bas pour donner au porteur un champ de vision latéral préférentiellement orienté vers le sol. La pointe temporale F peut se prolonger jusqu'à toucher la monture. Les fenêtres F (2T+ 1 +2N) sont en fait destinées à limiter le faisceau lumineux entrant dans l'oeil, il est donc évident que leurs dimensions linéaires doivent augmenter ou diminuer en fonction de la distance qui les sépare de l'oeil. En pratique, la seule dimension critique est la hauteur de la fenêtre comprise, suivant les cas, entre 5 et 7 mm. La fenêtre C a un caractère accessoire, élément de confort, elle doit pour ne pas diminuer le contraste, rester discrète et son bord supérieur ne doit pas être trop rapporché du bord inférieur de la fenêtre principale (8 Effet de bord L'oeil est normalement diaphragmé par son iris I dont l'ouverture est automatiquement commandée par la quantité de lumière qu'il reçoit. En plein lumière, l'iris se referme au maximum et l'ouverture du faisceau lumineux qui le traverse devient minimale. En conséquence, la profondeur de foyer devient maximale et la définition de l'imagemaximale (par correctionpartielledesamétropies) Un résultat identique peut être obtenu par interposition en avant de l'iris d'un diaphragme limitant l'ouverture du faisceau avant son passage par l'iris. L'amélioration de l'image rétinienne par cet artifice est bien connue, mais n'estjamais utilisée à cause de la réduction catastrophique de champ visuelqu'elle entraîne. Les fenêtres F des lunettes selon notre invention, permettent au contraire de bénéficier de cette amélioration de l'image sans réduction notable du champ de vision général. En observation normale, le faisceau lumineux issu d'un point de l'objet couvre l'iris circulaire I pour converger ensuite sur la rétine R en passant par la zone centrale 1 de la fenêtre F, figures 2 et 2a. Si, partant de cette position, l'observateur relève la tête progressivement, le bord inférieur de la fenêtre F va d'abord tangenter la section circulaire du faisceau, figure 2b, puis l'occulter progressivement jusqu'à l'éclipse totale, figures 2c,2d,2e, tandis que l'ouverture angulaire du faisceau, non occulté, décroîtetquela profondeur de foyer augmente. Très vite le porteur de lunette, selon notre invention, se familiarise avec ce mode d'observation qui lui permet de voir avec plus de netteté et de précision les détails qui lui auraient échappé sur des objets rapprochés (cas de la lecture ou de travaux manuels fins ), ou éloignés (lecture de sous-titres sur l'écran vidéo d'un ordinateur ou de télévision). Au cours du développement de notre invention, nous avons expérimenté des façades de lunette du type fig. 1, dont les zones opaques 3 sont remplacées par des zones semi-transparentes qui présentent l'avantage d'étendre vers le haut et le bas le champ de vision environnant, et nous avons constaté que le gain de contraste obtenu avec ce type de lunette restait très voisin du maximum, tant que la transparence des zones 3 ne dépassait pas 10à20%. Les essais effectués sur des façades type fig. 1, dans lesquelles la transparence des zones 3 décroît progressivement en partant des bords de la fenêtre F vers l'extérieur, se sont au contraire révélés décevants. D'une part, le contraste image s'en trouve sensiblement réduit et d'autre part, l'absence de bord franc sur la fenêtre 1 Interdit d'utiliser 'l'effet de bord" (page 4 ) pour améliorer localement la définition de l'image. Cette remarque ne s'applique pas à la fenêtre auxiliaire C qui, elle, peut sans inconvénient être raccordée en dégradé sur la zone opaque 3B environnante. En résumé, l'adaptation d'écrans opaques percés des seules fenêtres 1, fig. 1, donne le meilleur contraste image avec un champ visuel réduit, juste suffisant pour un observateur immobile. L'extension de la fenêtre 1 par les zones 2N et 2T permet d'augmenter considérablement le champ visuel latéral sans réduire notablement le contraste. Elle est recommandée à un porteur de lunette mobile dans son environnement. Entre ces deux cas extrêmes, l'étendue des zones 2T et 2N peut être adaptée à chaque cas particulier. A titre d'exemple, la fig. 3 montre une forme de fenêtre particulièrement bienadaptéeàlalectre. Sur la figure 5, en coupe verticale, nous avons représenté (fig. Sa) les écrans 3H et 3B limitant la fente F dans un même plan ou une même surface. (face interne du verreparexemple). Pour réduire encore la quantité de lumière parasite qui atteint l'oeil par la fenêtre F, il convient de la protéger au mieux, par le port d'une visière, contre le rayonnement venantd'enhaut(ciel). On peut aussi atteindre ce but en reportant l'écran 3H en avant du plan de l'écran 3B (fig. 5b) de façon à ce qu'il porte ombre sur la fenêtre F. On peut également (fig. 5c) conserver la configuration d'écrans (fig. 5a) (3H et 3B sur la face interne du verre par exemple) et ajouter simplement un écran 3H+ placé plus avant parailèlement au premier (sur la face externe du verre par exemple). En ce cas la fente F perpendiculaire au faisceau de visée, conserve sa hauteur minimale. Presbytie Lorsque la faculté d'accomodation disparait avec l'âge, on peut raccourcir la distance minimale de mise au point (punctum proximum) au moyen d'un verre correcteur positif, mais on n'améliore pas la latitude de mise au point qui reste presque nulle. Pour palier ce défaut, on utilise des verres à focale progressive qui imposent au porteur de choisir un angle de visee en fonction de la distance de l'objet observe, visée haute à l'infini, basse au punctum proximum. L'addition à un verre correcteur unifocal d'un écran à fente selon l'invention, redonne au contraire au presbyte la faculté d'accomodation qui lui manquait. Exemple 1: Le sujet porte des verres correcteurs ramenant son p.p. à 25 cm, avec une latitude de mise au point pratiquement nullle. En ajoutant les écrans à fente, non seulement l'image, plus contrastée, est meilleure, mais la latitude de mise au point est retrouvée - 20 cm environ - de 20 à 40 cm. Exemple 2: Le même sujet porte des verres sous-corrigés qui raménent son p.p. à 30 cm. Avec l'addition des écrans àfente, salatitude de mise au pointpasse à 33 cm - de 22 cmà55cm. Exemple 3: Le sujet porte des verres encore plus sous-corrigés, son p.p. est à 35 cm, avec les écrans salatitude de mise au pointpasse à plus de 50 cm - de 25 à 75 cm- sibien que le porteur de ces verres sous-corrigés peut sans fatigue écrire à son bureau et voir nettement les objets ou personnes qui l'entourent, sans avoir à modifier sa ligne de viséé à travers ses verres. Lunettes pour la conduite automobile Pour la conduite automobile de jour, on utilise la totalité du champ visuel latéral fourni par les zones 2T+1+2N, mais pour la conduite de nuit et pour se protéger contre l'éblouissement des feux de croisement, on doit oblitérer les zones 2TG (oeil gauche) et 2ND (oeil droit) au moyen d'un volet mobile 5 et 6 - fig.4- (dans le cas de la conduite à droite). On peut également simplifier le système en conservant la zone 2TG ouverte et obturer seulement la zone 2ND. Dans ce cas, pour éviter l'éblouissement, le conducteur doit fermer l'oeil gauche à chaque passage de voiture éblouissante. Cette solution bon marché s'est à l'usage, révélée aussi efficace que confortable. Dans une solution plus élaborée, la façade de la lunette porte une photodiode 4 qui commande automatiquement l'obturation des deux zones 2TG et 2 ND, dès qu'elle est elle-même éblouie par les phares de la voiture adverse. Une autre façon d'atteindre cet automatisme sans moyens mécaniques consiste à recouvrir les zones 2T et 2N, et éventuellement 3, d'un cristal liquide dont l'obscurcissement est piloté par une photodiode 4 qui reçoit le faisceau éblouissant. La pile 7 qui fournit la tension électrique nécessaire est elle-même incorporée dans la monture. Lunettes de soleil Une lunette selon notre invention, utilisant les fenêtres F de visée (2T+ 1 +2N) et auxiliaire C, remplit parfaitement le rôle de protection des yeux contre le rayonnement solaire avec l'avantage d'améliorer la perception des objets sans en altérer les couleurs. En recouvrant la fenêtre de visée (2T+1+2N) d'un filtre absorbant les radiations de courte longueur d'onde (ultra-violet, violet et bleu) plus fortement diffusées par les milieux troubles de l'oeil, on améliore encore le contraste des images, mais cette fois au détriment d'un rendu moins correct des couleurs (dominante rouge). Pour la clarté de l'exposé, nous avons admis dans tout ce qui précède que l'oeil du porteur de lunette, selon notre invention, était dépourvu de défauts géométriques. ll est bien évident que notre invention reste applicable aux porteurs de verres correcteurs sur lesquels les écrans à fenêtre selon notre invention, viennent s'appliquer de façon soit permanente, soit amovible. n est bien évident enfin que Si l'on cherche à atteindre le maximum de gain en contraste, la monture de la lunette doit être choisie suffisamment enveloppante pour éviter l'entrée dans roeil de rayons lumineux ayant contourné sa façade. De même, l'albedo ou le pouvoir réflecteur de toutes les surfaces placées au regard de l'oeil, devront etre réduits au minimum. Fenetres dissymétriques La sensation d'image perçue par un sujet doué de vision binoculaire résulte d'un processus complexe se déroulant en temps réel de la façon suivante: 1) Formation surla rétine de chaque oeil d'une image optique. 2) Lecture de chaque image par les senseurs de la rétine (cônes, bâtonnets,...) qui la transcriventen signaux électriques. 3) Transmission au cerveau par les nerfs optiques des signaux de lecture en 2 trains distincts. 4) Analyse individuelle par le cerveau des informations en provenance de chaque oeil, puis mixage. 5) Eventuellement surmodulation de l'image mixée en fonction de données analogues acquises précédemment ou même mises en mémoire plus lointaine. La sensation définitive d'image résulte de ce mixage Çmai, or les 2 images mixées ne sont jamais identiques puisque prises de 2 points de l'espace séparés par la distanc:interpuplilaire. La notion de relief stéréoscopique est la conséquence directe du mixage de ces couples d'images distinctes. La dissymétrie entre les 2 images individuelles peut augmenter largement sans que le cerveau cesse de les mixer en une image unique. Par exemple, les couples d'images prises de points beaucoup plus écartés que la distance interpupillaire normale se murentfacilementpourdonner un relief stéréoscopique exagéré (cas des anaglyphes). De même, le mixage restitue parfaitement une image colorée à partir de 2 images portant chacune une couleur complémentaire de l'autre. Cette aptitude reconnue du cerveau à mixer en une image unique des couples d'images oculaires très différentes, nous a incité à différencier le rôle des 2 yeux en les équipant d'écrans à fenêtres de forme et surface très différentes. La fig. 6 représente une façade de lunette comportant une fenêtre gauche (2T+1+2N) selon notre invention (fig. 1) et une fenêtre droite réduite à la seule zone (1) (lOx6mm). Le sujet équipé de cette façade voit donc avec l'oeil gauche tout le champ permis par la figure de la fenêtre (2T+1+2N) tandis que l'oeil droit, qui ne dispose plus que d'un champ visuel restreint, jouit par contre d'une meilleure élimination des rayons lumineux parasites, donc d'un contraste accru et d'une meilleure accuité visuelle. Le mixage des 2 images différentes s'opére sans fatigue en une image unique qui bénéficie à la fois du champ périphérique de vision apporté par l'oeil gauche et du contraste accru apportéparl'oeil droit n est bien évident que le rôle des yeux peut être inversé sans inconvénient. ll est de même évident que la forme des fenêtres représentées fig. 1, n'est pas limitative et qu'elle peut varier au gré des besoins et des applications particulières jusqu'à l'absence totale de fenêtre sur un oeil (champ maximum > et la fermeture de la fenêtre (1) surs'autre par réduction de sa hauteur de h = 6 mm à h = 2 mm (Fig. 7) (2 mmconstituantune limite inférieure en-dessous de laquelle apparaissent des franges de diffraction génantes > . La hauteur optimale h de la fenêtre (1), fig. 2, est évidemment celle qui permet de bénéficier au maximum du renforcement de contraste par effet de bord (page 04, ligne 05). Comme cet effet se manifeste aussi bien sous le bord supérieur que sur le bord inférieur de la fenêtre (1) et s'étend sur au moins 1/4 de sa hauteur h, ces 2 zones d'effet de bord se raccordentlorsque la hauteur h de la fenêtre est réduite à 3 mm, et se recouvrent nettement si la hauteur de fenêtre descend à 2 mm (fig . 7). En fait, la hauteur optimale à donner à la fenêtre 1D se situe entre ces 2 limites, 3 à 2 mm, qui correspondent à un champ visuel vertical compris entre 21 et 14 degrés. Ce champ reste très suffisant pour encadrer avec l'oeil droit l'écran de télévision ou de cinéma, tandis que l'oeil gauche donne en plus le champ latéral qui assure le contact du sujet avec son environnement. En fait, lorsque le sujet porte son intérêt sur son environnement, le mixage des images donne automatiquement la prépondérance aux informations venues de l'oeil gauche et vice-versa si le sujet concentre son intérêt sur l'image centrale transmise avec plus de contraste et de netteté par l'oeil droit. L'emploi de fenetres dissymeriques du lype fig.7 s'est révélé particulierement bien adapté à l'observation des écrans vidéo, de télévision ou de cinéma . Il apporte non seulement un meilleur contraste -image mais une sensation de relief découlant du mixage de 2 images de définition et de champ tres differents. Une façade equipee de fenetres dissymétriques (fig 7) dans laquelle la fenêtre droite (1D) de faible hauteur 2 L'écran opaque à tenetres selon l'invention peut naturellement être superposé à n'importe quel verre de lunette correcteur ou sur lequel il peut étre applique par un adhésif ou par un clip qui le rend amovible Les zones opaques ou semi-transparentes sont appliquées à un verre minéral ou organique par pigmenta.tion dans la masse laquage superticiel projection par évaporation sous vide , ou autre technique Dans le cas où les fenêtres transparentes ne sont plus identiques . la fende droite,par exemple, peut être réduite en surface dans le rapport de 1/5 à 1110 eme. Revendications 1) Une façade à lunette conçue de façon à limiter l'entrée dans l'oeil des rayons lumineux ne servant pas à la formation de l'image rétinienne et dans laquelle les ouvertures gauche et droite sont recouvertes d'un écran opaque 3 percé d'une fenetre de visée horizontale F de hauteur comprise entre 5 et 7 mm, et composee d'une zone centrale rectangulaire large de lflmm, prolongée du coté nasal par une zone rectangulaire 2N comprise entre 0 et 13 mm et du coté temporal par une zone rectangulaire 2T terminée par une pointe de préférence recourbée vers le sol de largeur comprise entre 0 et 30mm . 2 > Une façade selon revendication 1 } dans laquelle la partie haute de l'écran 3 3H. ne se trouve plus dans le plan 3B mais placée en avant de celui-ci par rapport à l'oeil. 3) Une façade selon revendication 1) dans laquelle un ecran supérieur 3H selon revendication 2 > est simplement ajouté à écran 3 selon revendication 1 f . 4 > Une façade selon revendications I à 3 dans laquelle une deuxième petite fenêtre C est ouverte sous lafenetre principale F à une distance comprise entre 8 et 12 mm. 5) Une façade selon les revendications 1 à 4 en forme de film autocollant susceptible d'etre transféré sur les verres correcteurs d'une monture ou la façade d'une quelwnque lunette. 6) Une façade selon les revendications 1 à 4 en monture dipsable sur la façade d'une lunette existante. 7) Une façade selon les revendications 1 à 6 dans laquelle l'écran 3 n'est plus opaque mais semi-transparent avec un coefficient de transmission inférieur à 20 %. 8 } Une façade selon les revendications 1 à 7 dans laquelle les zones opaques ou semi-transparentes sont appliquées à un verre minéral ou organique par pigmentation dans la masse laquage superficiel, projection par évaporation sous vide, ou autre technique. 9 1 Une façade selon les revendications 1 à 4 et 6 à 8 dans laquelle les zones 2T et 2N peuvent etre occultées par un voiet mobile commande manuellement ou automatiquement grâce à une photodiode une pile électrique et un micromoteur incorporés dans la façade ou les branches de la lunette. 10 > Une façade selon la revendication 9 simplifiée en ce sens que les zones 2T restent ouvertes, tandis que seule une zone 2ND est occultée par un volet mobile ou memefixe. 11) Une façade selon les revendications 9 et 10 dans laquelle les zones 3, 2T et 2N sont recouvertes d'un cristal liquide dont l'obscurcissement est commandé automatiquement par la source de lumière éblouissante agissant sur une photodiode fixée sur l'avant de la monture et commandant une pile eledrique .elle-meme logée dans la monture . 12 > Une façade de lunette selon les revendications 1 à il dans laquelle les fenêtres transparentes, gauche et droite, ne sont plus identiques symétriques mais au contraire largement dissymétriques en forme et en surface La La fenêtre droit, par exemple, peut être reduite en surface dans le rapport de 1/5 s à 1/10 ème.