Brevet FR2808876A1 — publié le 20011116

Auto-focomètre topographique à large ouverture, et proce de mesure des propriétés optiques d'une lentille correspondant. Le domaine de l'invention est celui de la détermination des propriétés optiques de lentilles et/ou de verres correcteurs de lunettes. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif automatisé de mesure des propriétés optiques de lentilles, couramment appelé auto-focomètre. Dans la suite du document, on entend par lentille, toute lentille verre (ou en un matériau similaire) dur ou souple, et notamment les lentilles de contact, ainsi que les verres correcteurs de lunettes. À ce jour, on connaît principalement deux types de dispositifs de mesure des propriétés optiques d'une lentille. Le premier type de dispositif consiste à mesurer la puissance frontale arrière de la lentille. Dans ce dessein, on fait varier la position d'une cible jusqu'à obtenir une image nette de la lentille sur cette dernière. La position de la cible indique alors la puissance de la lentille. Par ailleurs, on appose une marque en un point de la lentille coïncidant avec l'axe du dispositif de mesure, de manière à indiquer la position du centre optique de cette dernière. Avec ce type de dispositif, décrit par exemple dans le document de brevet US-5 331 394, l'opérateur observe directement l'image ou l'image projetée de la cible. Le second type de dispositif est un auto-focomètre. Son principe consiste classiquement à projeter quatre faisceaux lumineux sur la lentille dont on cherche à déterminer les propriétés optiques, et à mesurer la réfraction qu'ils subissent à la traversée de la lentille, de manière à déterminer la puissance de cette dernière. Dès que la lentille est positionnée dans l'appareil, le dispositif de mesure indique les valeurs des paramètres optiques de la lentille, ainsi que la divergence du centre optique de la lentille par rapport à l'axe du dispositif. Pour obtenir les valeurs exactes des paramètres optiques de la lentille, il faut donc déplacer la lentille jusqu'à ce que son centre coïncide avec l'axe du dispositif. Le dispositif appose alors une marque sur la lentille, de manière à indiquer la position de son centre optique. Un inconvénient de ces techniques de l'art antérieur est que ces deux types de dispositifs ne permettent de mesurer les propriétés optiques de la lentille que dans une zone étroite autour de l'axe optique. Un autre inconvénient de ces techniques de l'art antérieur est que, sur large ouverture, et en temps réel, elles ne permettent pas de déterminer le centre optique de la lentille, la puissance sphérique, la puissance cylindrique, l'axe cylindre, l'orientation de prisme, et les distributions bidimensionnelles correspondantes. Encore un autre inconvénient de ces techniques de Î'art antérieur qu'elles ne permettent pas de mesurer les centres optiques de lentilles à double foyer, de lentilles multifocales ou progressives. Ces techniques de l'art antérieur ont encore pour inconvénient de ne pas permettre de distinguer la zone de vision de près, la zone de vision de loin, la zone de transition, et la zone aberrante. Elles ne permettent pas non plus de mesurer la variation progressive de la puissance, ou de l'aberration, dans ces zones. Un autre inconvénient de ces techniques de l'art antérieur est qu'elles permettent pas de distinguer les différentes zones d'une lentille multifocale. Encore un autre inconvénient de ces techniques de l'art antérieur qu'elles ne permettent pas une visualisation schématique de la distribution des propriétés optiques de la lentille sur une ouverture large. On a, par la suite, envisagé un nouveau type de dispositif, présenté dans le document de brevet chinois 95 1 11577.4, qui permet de déterminer les propriétés optiques de lentilles sur une ouverture large. Dans ce dessein, on forme une matrice de faisceaux lumineux collimatés, qui sont projetés successivement sur la lentille testée. On mesure ensuite la réfraction subie par les faisceaux à la traversée de la lentille, de manière à en déduire les propriétés optiques de cette dernière. Un inconvénient de cette technique de l'art antérieur est qu'elle nécessite la mise en oeuvre d'un système optique complexe, constitué de composants optiques de grande dimension. Un autre inconvénient de cette technique de l'art antérieur est qu'en conséquence de la complexité du système optique mis en oeuvre, la précision des mesures n'est pas toujours satisfaisante. En effet, le contraste et le rapport signal sur bruit obtenus dans un tel dispositif sont en général médiocres. L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur. Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir un auto- focomètre à large ouverture, qui soit particulièrement adapté à la mesure propriétés optiques des lentilles multi-focales et des lentilles progressives. Un autre objectif de l'invention est de mettre en oeuvre un auto-focomètre à large ouverture comprenant un système optique simplifié par rapport dispositifs de l'art antérieur. Encore un autre objectif de l'invention est de fournir un auto-focomètre large ouverture qui soit simple et peu coûteux. Encore un autre objectif de l'invention est de mettre en oeuvre un auto- focomètre à large ouverture de haute précision. L'invention a également pour objectif de mettre en oeuvre un auto- focomètre à large ouverture qui permet de déterminer le centre optique d'une lentille, ainsi que la puissance sphérique, la puissance cylindrique, la puissance de prisme, leurs distributions bidimensionnelles, l'axe du cylindre, et l'axe du prisme de la lentille testée. Un autre objectif de l'invention est de fournir un auto-focomètre à large ouverture qui peut distinguer les différentes zones de vision d'une lentille progressive, et qui peut calculer la variation progressive de la puissance et de l'aberration dans la zone aberrante. L'invention a encore pour objectif de fournir un auto-focomètre à large ouverture qui permet de distinguer les différentes zones de vision d'une lentille multi-focale. L'invention a également pour objectif de mettre en oeuvre un auto focomètre à large ouverture permettant d'imprimer les résultats des mesures effectuées. Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite sont atteints selon l'invention, à l'aide d'un auto-focomètre à large ouverture, permettant mesure de propriétés optiques d'une lentille, comprenant des moyens de déplacement d'un support sur lequel est placée la lentille, pilotés par des moyens de contrôle du déplacement dans un plan prédéterminé. Ainsi, l'invention repose sur une approche tout à fait nouvelle.et inventive de la détermination des propriétés optiques d'une lentille. En effet, cette invention va à l'encontre des préjugés de l'homme du métier qui a toujours considéré qu'un auto-focomètre devait permettre de déterminer les propriétés optiques d' lentille sans déplacement mécanique de cette dernière. Un tel auto-focomètre selon l'invention met en revanche en oeuvre un déplacement du support destiné recevoir la lentille à tester. Selon une technique avantageuse de l'invention, le support est déplacé manière continue et/ou pas à pas. On peut également choisir de déplacer le support N pas par N pas, où N est un entier prédéterminé, par exemple fixé par l'opérateur du dispositif. Avantageusement, les moyens de contrôle comprennent - des moyens de contrôle de la direction de déplacement du support ; - des moyens de sélection et/ou contrôle de la position à atteindre du support. On peut ainsi choisir avec précision la position du support, et donc de la lentille, de manière à déterminer les propriétés optiques d'une zone donnée de cette dernière. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, un tel auto-focomètre comprend en outre - une source de faisceau lumineux ; - au moins deux lentilles de Fourier centrées sur l'axe optique de l'auto- focomètre ; - un détecteur bidimensionnel de position du faisceau lumineux ; - un tableau de commande de l'auto-focomètre ; - des moyens d'affichage ; - des moyens de marquage, de façon à apposer une marque sur la lentille ; - des moyens de traitement, de manière à déterminer les propriétés optiques de la lentille. Avantageusement, les moyens de traitement comprennent - des moyens de stockage de la position du faisceau ; - des moyens de calcul ; - des moyens de commande de la source de faisceau lumineux ; - des moyens de commande des moyens d'affichage ; - des moyens de commande des moyens de marquage. Selon une première variante avantageuse de l'invention, le détecteur est constitué de silicium hydrogéné amorphe. Selon une seconde variante avantageuse de l'invention, le détecteur est constitué de fines couches de semi-conducteurs. Ces deux variantes permettent d'obtenir un détecteur de position de bonne qualité, qui permet de déterminer avec précision la position de l'impact du faisceau lumineux, et donc la réfraction subie par ce faisceau ' la traversée de la lentille testée. Avantageusement, un tel auto-focomètre selon l'invention comprend en outre au moins un miroir. L'utilisation de miroirs permet ainsi de réduire la dimension de l'auto- focomètre, en mettant en oeuvre un système optique plus compact. L'invention concerne également un procédé de mesure des propriétés optiques d'une lentille mettant en aeuvre un auto-focomètre a large ouverture, comprenant au moins une itération des étapes suivantes - positionnement de la lentille sur un support ; - projection d'un faisceau lumineux sur la lentille ; - capture et enregistrement de la position du faisceau émergent à l'aide de moyens de détection de la position ; - stockage de la position dans des moyens de stockage ; les propriétés optiques de la lentille étant obtenues par traitement des positions stockées. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, la lentille étant mono focale, les étapes itérées sont répétées pour au moins quatre positions non-alignées de la lentille. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, la lentille étant progressive et/ou multi-focale, les étapes itérées sont répétées pour N x N positions non-alignées de la lentille, N étant un nombre entier prédéterminé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement ' la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et de la figure unique annexée présentant un synoptique d'un auto-focométre à large ouverture selon l'invention. Le principe général de l'invention repose sur le déplacement automatisé du support, lequel est placée la lentille dont on cherche ' déterminer les propriétés optiques. présente, en relation avec la figure unique, un mode réalisation d'un auto-focomètre à large ouverture selon l'invention. Une source 1 émet un ou plusieurs faisceaux lumineux en direction du miroir 2. La source 1 peut être un laser, ou une rangée de lasers, une diode électroluminescente (en anglais LED, Light Emitting Diode ), ou une matrice de diodes électroluminescentes. La source 1 peut encore être une source de lumière ponctuelle combinée avec un collimateur et un masque, de façon à former un faisceau lumineux unique, ou une matrice de faisceaux lumineux. La source 1 peut également être constituée d'une matrice de lasers à cavité verticale et à émission par la surface, ou VCSEL (en anglais, Vertical Cavity Surface Emitting Laser ). La source 1 est alimentée et commandée par le dispositif 7, qui permet d'allumer ou d'éteindre la source 1. Après réflexion sur le miroir 2, le faisceau lumineux émis par la source 1 est incident sur la lentille testée, positionnée sur le support 3. Le support 3 est par exemple en forme d'anneau. Une commande électronique 10 permet de contrôler le déplacement du support 3 dans le plan (x; y), selon un mouvement continu ou N par N pas, où N est un entier fixé par l'opérateur. Après avoir traversé la lentille à tester et le support 3, le faisceau lumineux est incident sur un ensemble de lentilles de Fourier 4 et 13, qui sont centrées sur l'axe optique de l'auto-focomètre. La première lentille de Fourier 4 est par exemple constituée de deux lentilles de diamètres respectifs 7, et 17,5mm. La seconde lentille de Fourier 13 a un diamètre de 100mm. Un miroir 5 est placé sur le chemin optique du faisceau lumineux, entre les lentilles de Fourier 4 et 13, de manière à réduire l'encombrement de l'auto- focomètre, et obtenir un système optique plus compact. Le faisceau lumineux émergent de la seconde lentille Fourier 13 est ensuite incident sur un détecteur de position 12. Le détecteur de position 12 peut être constitué d'un PSD (en anglais Position Sensitive Detector ) de grande dimension, ou d'un ensemble de PSD. Le détecteur de position 12 peut également comprendre un dispositif à couplage de charge, ou un ensemble de dispositifs à couplage de charge (en anglais Charge Coupled Device CCD). Il a par exemple une dimension de 130x130mm. L'électronique de contrôle du détecteur de position 12 est représentée sur la figure unique par le bloc 1, qui reçoit les données en provenance du détecteur 12 et les transmet au processeur 8. Un tel auto-focomètre selon l'invention comprend également un tableau de contrôle 9 et des moyens d'affichage 6 permettant de visualiser le résultat des mesures effectuées. Les moyens d'affichage peuvent être un dispositif d'affichage à cristaux liquides, un tube cathodique, ou une imprimante. L'électronique de commande de l'affichage 6 permet de connecter les moyens d'affichage au processeur 8. Les moyens d'affichage 6 comprennent également des moyens de marquage, qui permettent d'apposer une marque sur la lentille testée. Le processeur 8 met en oeuvre des moyens d'acquisition permettant de recevoir les signaux en provenance du détecteur 12, des moyens de stockage, permettant de stocker les informations * de position des faisceaux lumineux incidents sur le détecteur 12, des moyens de calcul permettant de calculer les propriétés optiques de la lentille testée, des moyens de contrôle de la direction de déplacement du support 3, et des moyens de commande de la position du support 3. Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé de mise en oeuvre du dispositif, illustré par la figure unique, pour la détermination des propriétés optiques d'une lentille, comprend la succession d'étapes suivantes - on positionne tout d'abord la lentille que l'on souhaite tester sur le support 3; - on projette ensuite un faisceau lumineux, émis par la source sur la lentille à tester ; - on enregistre la position du point d'impact du faisceau lumineux sur le détecteur de position 12 ; - on déplace alors le support 3 et la lentille à tester vers une nouvelle position. Ces étapes sont réitérées, par exemple, pour quatre positions non-alignées de la lentille à tester si cette dernière est mono-focale, et pour N x N positions non-alignées de la lentille si cette dernière est multifocale ou progressive, ' N est un entier fixé par l'opérateur. Le processeur 8 met alors en aeuvre des moyens de calcul, de manière à déterminer les propriétés optiques de la lentille testée, a partir de l'enregistrement des positions des impacts des faisceaux lumineux, sur le détecteur de position 12. La méthode de calcul mise en oeuvre repose tout d'abord sur la détermination des angles de réfraction 6x et 6y du faisceau lumineux pour chacune des positions du support 3, et donc pour chacune des positions de la lentille testée. Ces angles sont définis par les équations ci-dessous, où x et y représentent les coordonnées du faisceau lumineux sur le détecteur, et où f représente une distance, correspondant à la distance focale des lentilles de Fourier Dans le cas d'une lentille mono-focale, donnée à titre exemple, on réitère la mesure des angles de réfraction 6x et 6y pour quatre positions non- alignées de la lentille testée, et on obtient donc quatre couples de données {tan6X(1), tan0y(1)1, { tanOx(2), tanûy(2)}, { tanOx(3), tan@y(3)}, et @tan6x(4), tan0y(4)}. On détermine alors les paramètres A, B, C, E, F, G, et H définis à partir des sept équations ci-dessous E=Ax+Cy-G F=Cx+By-H On peut alors calculer les coordonnées (x(,o, y.) du centre optique de la lentille testée On détermine également l'orientation cylindre : tan 29 = A B . On peut encore calculer la puissance sphérique de la lentille testée ainsi que sa puissance cylindrique L'orientation du prisme de la lentille testée est définie par l'équation Enfin, la puissance du prisme est déterminée à l'aide de la relation REVENDICATIONS 1. Auto-focomètre à large ouverture permettant la mesure de propriétés optiques d'une lentille, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de déplacement d'un support (3) sur lequel est placée ladite lentille, pilotés par des moyens (10) de contrôle dudit déplacement dans un plan prédéterminé. 2. Auto-focomètre selon la revendication 1, caractérisé ce que ledit support (3) est déplacé de manière continue et/ou pas à pas. 3. Auto-focomètre selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits moyens (10) de contrôle comprennent - des moyens de contrôle de la direction de déplacement dudit support ; - des moyens de sélection et/ou contrôle de la position ' atteindre dudit support. 4. Auto-focomètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre - une source de faisceau lumineux (1) ; - au moins deux lentilles de Fourier (4, 13) centrées sur l' optique dudit auto-focomètre ; - un détecteur bidimensionnel de position (12) dudit faisceau lumineux ; - un tableau de commande (9) dudit auto-focomètre ; - des moyens d'affichage (6) ; - des moyens de marquage, de façon à apposer une marque sur ladite lentille ; - des moyens de traitement, de manière à déterminer les propriétés optiques de ladite lentille. 5. Auto-focomètre selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement comprennent - des moyens (8) de stockage de ladite position dudit faisceau ; - des moyens (8) de calcul ; - des moyens (7) de commande de ladite source de faisceau lumineux ; - des moyens (6) de commande desdits moyens d'affichage ; - des moyens de commande desdits moyens de marquage. 6. Auto-focomètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit détecteur (12) est constitué de silicium hydrogené amorphe. 7. Auto-focomètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit détecteur (12) est constitué de fines couches de semi conducteurs. 8. Auto-focomètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un miroir (2, 5). 9. Procédé de mesure des propriétés optiques d'une lentille mettant en oeuvre un auto-focomètre à large ouverture, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une itération des étapes suivantes - positionnement de ladite lentille sur un support (3) ; - projection d'un faisceau lumineux sur ladite lentille ; - capture et enregistrement de la position dudit faisceau émergent à l'aide de moyens (12) de détection de la position ; - stockage de ladite position dans des moyens de stockage ; et en ce que lesdites propriétés optiques de ladite lentille sont obtenues traitement desdites positions stockées. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que, ladite lentille étant mono focale, lesdites étapes itérées sont répétées pour au moins quatre positions non-alignées de ladite lentille. 11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que, ladite lentille étant progressive et/ou multi-focale, lesdites étapes itérées sont répétées pour N x N positions non-alignées de ladite lentille, N étant un nombre entier prédéterminé.