Brevet FR2954082A1 — publié le 20110624

La présente invention concerne un procédé et un appareil d'optique adaptative d'exercice de perception visuelle d'oeil humain capable de plusieurs fonctions incluant la correction de l'aberration d'oeil humain, une mesure de fonction visuelle (incluant mais sans y être limitée une mesure de seuil de contraste) et un exercice de perception visuelle. Un stimulus visuel plus précis est obtenu en corrigeant l'aberration d'oeil humain au moyen d'un système d'optique adaptative, la limite d'acuité d'oeil humain peut être mesurée par la suite et l'effet de l'exercice de perception visuelle et la fonction visuelle d'oeil humain peuvent être efficacement améliorés en effectuant un exercice de perception visuelle avec un tel appareil. Le développement de la vision d'un être humain est un processus progressif. Les globes oculaires croissent jusqu'à atteindre une certaine dimension après la naissance d'une personne. La croissance n'est toutefois pas complète en termes d'anatomie ou de fonction physiologique et les globes oculaires continuent à croître après cela pendant une longue période. Le développement normal de la vision nécessite deux conditions, la première est le traitement du développement postnatal et la seconde est constituée du stimulus visuel externe. Les âges compris entre zéro et sept ans constituent la période idéale pour le développement de la vision, durant laquelle, si les yeux sont masqués pendant une longue durée, la vision ne se développe pas et reste à un niveau faible en raison' d'une déficience de stimulus visuel normal par des images externes. La fonction des globes oculaires est dominante pour la vision d'une personne. Un globe oculaire n'a généralement pas une caractéristique optique absolument parfaite, la capacité étant affectée par divers facteurs incluant par exemple, la diffraction de la pupille, l'aberration de la cornée et du cristallin et la dispersion de l'humeur aqueuse (R. Williams, D., & Hofer, H., Formation and Acquisition of the Retinal Image. In: J.S.W. Leo M. Chalupa (Ed.) The Visual Neurosciences, the MIT Press, Cambridge, Massachusetts, London, England, 2003). L'effet dû à la dispersion de l'humeur aqueuse est généralement suffisamment faible pour être négligeable. L'aberration est importante alors que la diffraction est faible si la pupille se dilate, tandis que l'aberration est faible alors que la diffraction est importante si la pupille se contracte. L'aberration d'oeil humain comporte une aberration d'ordre inférieur et une aberration d'ordre supérieur, la première étant facilement corrigée mais la seconde étant difficile à corriger. Un grand nombre de chercheurs (Geun-Young Yoon et David R. Williams, Visual Performance alter correcting the monochromatic and chromatic aberrations of the eye, J. Opt. Soc. Am. A./Vol. 19, No. 2) ont récemment essayé d'appliquer la technologie de l'optique adaptative à la recherche de la vision pour explorer la relation entre l'aberration d'ordre supérieur et la vision normale et pour explorer la limite de la vision spatiale. Toutefois, aucun accord n'a été trouvé sur le fait qu'une vision au-dessus de la normale peut être obtenue après que toute l'aberration (incluant celle d'ordre inférieur et d'ordre supérieur) d'un système visuel a été corrigée (Marcos, S., Sawides, L., Gambra, E., & Dorronsoro, C., Influence of adaptive-optics ocular aberration correction on visual acuity at different luminances and contrast polarities. 8: 1-12, 2008). Un système visuel ne peut être correctement développé qu'à l'aide d'expériences visuelles (Chiu, C., & Weliky, M., The Role of Neural Activity in the Development of Orientation Selectivity. In: J.S.W. Leo M. Chalupa (Ed.) The Visual Neurosciences, The MIT Press, Cambridge, Massachusetts, London, England, 2003). Le développement d'une fine acuité nécessite le développement fin du système nerveux visuel qui dépend du degré de netteté de la formation d'image sur la rétine pour le système optique d'un globe oculaire. Une image ne peut pas être générée nettement sur la rétine en raison de l'aberration d'ordre supérieur et de la dispersion. La fréquence de coupure spatiale pouvant être différenciée par le système nerveux visuel n'est pas supérieure à la fréquence spatiale la plus élevée de l'image générée sur la rétine par les globes oculaires. Le processus d'exercice de perception visuelle montre que la capacité d'identification du système nerveux pour une certaine image est largement améliorée par un exercice, ce qui indique que le système nerveux est capable d'exercice, même celui d'un adulte. Un grand nombre d'essais psychologiques révèlent qu'un adulte peut améliorer son taux de succès et sa vitesse pour un grand nombre de tâches de perception visuelle par l'exercice (Zhou YF, Huang CB, Xu PJ, Tao LM, Qiu ZP, Li XR et Lu ZL, Perceptual Learning Improves Contrast Sensivity and Visual Acuity in Adults with Anisometropic Amblyopia. Vision research, 46(5): 739-750, 2006). Toutefois, le processus antérieur d'exercice de perception visuelle utilise des lunettes pour corriger l'aberration d'ordre inférieur et une image ne peut pas être générée nettement sur la rétine en raison de l'aberration et de la dispersion d'ordre supérieur qui existent toujours. En conséquence, le processus simple d'exercice de perception visuelle améliore la fonction visuelle dans une mesure limitée par la netteté de l'image. Étant donné que le système nerveux visuel peut être exercé, la présente invention combine la technique de l'optique adaptative pour corriger l'aberration et la technique d'exercice de perception visuelle. La qualité de l'image générée sur la rétine peut être fortement améliorée après avoir corrigé l'aberration par la technique d'optique adaptative. Si le processus d'exercice de perception visuelle est exécuté avec un tel stimulus visuel fin, l'acuité du système nerveux visuel peut être améliorée et ainsi, l'effet d'exercice de perception visuelle et la fonction visuelle d'oeil humain peuvent être efficacement améliorés. Considérant les inconvénients ci-dessus des techniques antérieures, la présente invention propose un procédé et un appareil d'optique adaptative d'exercice de perception visuelle d'oeil humain capables de plusieurs fonctions incluant la correction de l'aberration d'oeil humain, une mesure de fonction visuelle (incluant mais sans y être limitée une mesure de seuil de contraste), l'exercice de perception visuelle. Un stimulus visuel plus précis est obtenu en corrigeant l'aberration d'oeil humain au moyen d'un système d'optique adaptative, la limite d'acuité d'oeil humain peut être mesurée par la suite et l'effet de l'exercice de perception visuelle et la fonction visuelle d'oeil humain peuvent être efficacement améliorés en effectuant un exercice de perception visuelle avec un tel appareil. Selon le premier aspect de la présente invention, il est proposé un procédé d'optique adaptative d'exercice de perception visuelle d'oeil humain comprenant les étapes suivantes : une étape de mesure d'aberration d'onde d'oeil humain pour mesurer l'aberration d'onde d'oeil humain d'une personne à soumettre à essai en utilisant une source de lumière de référence dans l'infrarouge proche, un correcteur de front d'onde et un détecteur de front d'onde ; une étape de correction d'aberration d'onde d'oeil humain pour piloter et contrôler le correcteur de front d'onde pour corriger l'aberration d'onde d'oeil humain de la personne à soumettre à essai en se basant sur l'aberration d'onde d'oeil humain mesurée sur la personne soumise à essai ; et une étape d'exercice de perception visuelle pour afficher sur un dispositif d'affichage de cible de mire des cibles de mire de différentes fréquences spatiales et de différents contrastes après avoir été soumises à un traitement dans un circuit de traitement vidéo et présenter les cibles de mire à la personne soumise à essai par l'intermédiaire du correcteur de front d'onde piloté et contrôlé, pour exécuter un processus de mesure de fonction visuelle d'oeil humain et un processus d'exercice de perception visuelle. Le processus de mesure de la fonction visuelle d'oeil humain consiste de préférence en une mesure du seuil de contraste d'oeil humain, où la difficulté du stimulus est réglée en temps réel en réponse à la réponse de la personne soumise à essai en fonction d'un procédé de réglage psychophysique. Le contraste de la cible de mire à afficher par la suite est diminué si le nombre de bonnes réponses continues de la personne soumise à essai atteint une première valeur prédéterminée et le contraste est augmenté si le nombre de mauvaises réponses continues atteint une seconde valeur prédéterminée. De préférence, le degré d'exactitude des réponses de la personne soumise à essai pendant la totalité du processus de mesure se maintient à un certain niveau au moyen du réglage et un seuil de contraste d'oeil humain de la personne soumise à essai est alors obtenu. Une sensibilité de contraste d'oeil humain est obtenue en inversant le seuil de contraste des yeux humain. On peut ainsi exploiter le pourcentage de bonnes réponses de la personne soumise à essai par rapport au nombre total de ses réponses. De façon encore plus préférable, le processus d'exercice de perception visuelle comprend les étapes consistant à : mesurer le seuil de contraste d'oeil humain de la personne soumise à essai respectivement pour des réseaux de fréquences spatiales différentes ; sélectionner une fréquence spatiale correspondant à un seuil de contraste d'oeil humain prédéterminé basé sur la différence des seuils de contraste à différentes fréquences spatiales ; et exécuter le processus d'exercice de perception visuelle en utilisant la réseau avec la fréquence spatiale sélectionnée. À titre de variante, le processus d'exercice de perception visuelle comprend les étapes consistant à : sélectionner la fréquence spatiale mesurée après le processus d'exercice de perception visuelle précédent ; et exécuter le processus d'exercice de perception visuelle en utilisant un réseau avec la fréquence spatiale sélectionnée. Selon le second aspect de la présente invention, il est proposé un appareil d'optique adaptative d'exercice de perception visuelle d'oeil humain comprenant : un sous-système de mesure d'aberration d'onde d'oeil humain incluant une source de lumière de référence dans l'infrarouge proche, un correcteur de front d'onde et un détecteur de front d'onde, pour mesurer l'aberration d'onde d'oeil humain d'une personne à soumettre à essai ; un sous-système de correction d'aberration d'onde d'oeil humain incluant une unité de contrôle et ledit correcteur de front d'onde, pour piloter et contrôler le correcteur de front d'onde pour corriger l'aberration d'onde d'oeil humain de la personne à soumettre à essai en se basant sur l'aberration d'onde d'oeil humain mesurée sur la personne soumise à essai ; et un sous-système d'exercice de perception visuelle incluant un circuit de traitement vidéo, un dispositif d'affichage de cible de mire et ledit correcteur de front d'onde, pour afficher sur le dispositif d'affichage de cible de mire des cibles de mire de différentes fréquences spatiales et de contrastes différents après avoir été soumises à un traitement dans le circuit de traitement vidéo et présenter les cibles de mire à la personne soumise à essai par l'intermédiaire du correcteur de front d'onde piloté et contrôlé, pour exécuter un processus de mesure de fonction visuelle d'oeil humain et un processus d'exercice de perception visuelle. De préférence, le correcteur de front d'onde est choisi dans un groupe constitué d'un miroir réfléchissant déformable, un correcteur de front d'onde à cristaux liquides, un miroir déformable à membrane microusinée, un miroir déformable microélectromécanique, un miroir déformable bimorphe et un miroir déformable liquide. De préférence, le détecteur de front d'onde est choisi dans un groupe constitué d'un détecteur de front d'onde de Hartmann à matrice de microlentilles, un détecteur de front d'onde de Hartmann à matrice de microprismes, un détecteur de front d'onde de courbure et un détecteur de front d'onde à pyramide. De préférence, le dispositif d'affichage de cible de mire est choisi dans un groupe constitué d'un dispositif d'affichage à TRC, un dispositif d'affichage du commerce, un dispositif d'affichage à cristaux liquides, un dispositif d'affichage à plasma, un dispositif d'affichage électroluminescent et un dispositif d'affichage organoluminescent. De préférence, le circuit de traitement vidéo combine le canal R et le canal B de la sortie vidéo normale et obtient une échelle de gris de 14 bits ou plus. Par rapport à l'art antérieur, la présente invention propose pour la première fois le concept d'application de la technologie de l'optique adaptative dans le processus d'exercice de perception visuelle. L'appareil selon la présente invention est capable de plusieurs fonctions incluant la correction de l'aberration d'oeil humain, la mesure de la fonction visuelle (y compris mais sans y être limité, une mesure du seuil de contraste), l'exercice de perception visuelle. Par rapport au processus antérieur d'exercice de perception visuelle, l'appareil peut obtenir un stimulus visuel fin en corrigeant l'aberration d'oeil humain au moyen d'un système d'optique adaptative, et la limite d'acuité d'oeil humain peut par la suite être mesurée, et ainsi, l'effet d'exercice de perception visuelle et la mesure de la fonction visuelle d'oeil humain peuvent être efficacement améliorés en effectuant un exercice de perception visuelle avec cet appareil. Les objectifs, caractéristiques et avantages ci-dessus de la présente invention ainsi que d'autres seront plus clairs d'après la description détaillée qui suit des modes de réalisation non limitatifs de la présente invention, effectuée conjointement avec les dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est un dessin schématique par blocs représentant les unités respectives qui fonctionnent dans la présente invention ; la figure 2 est un dessin schématique représentant le processus d'exercice de perception visuelle de la présente invention. La présente invention va être décrite ci-après conformément aux dessins. Dans la description qui suit, certains modes de réalisation particuliers sont utilisés dans le seul but de la description, et ils ne doivent pas être compris comme une quelconque limitation à la présente invention mais comme exemples de celle-ci. Puisqu'elle peut perturber la compréhension de la présente invention, la structure ou construction de l'art antérieur sera omise. La figure 1 est un dessin schématique par blocs représentant les unités respectives qui fonctionnent dans la présente invention. Comme représenté sur la figure 1, un appareil d'optique adaptative d'exercice de perception visuelle d'oeil humain selon la présente invention comprend une source de lumière de référence dans l'infrarouge proche 1, une lentille de collimation 2, un premier réflecteur 3, une première lame séparatrice 4, un système afocal d'adaptation de faisceau 6, un correcteur de front d'onde 7, un système afocal d'adaptation de faisceau 8, un deuxième réflecteur 9, une deuxième lame séparatrice 10, un détecteur de front d'onde 11, un ordinateur 12, un amplificateur haute tension 13, un troisième réflecteur 14, un système d'imagerie optique 15, un dispositif d'affichage de cible de mire 16 et un circuit de traitement vidéo 17. L'oeil humain est représenté par le symbole de référence 5. Le procédé d'optique adaptative d'exercice de perception visuelle d'oeil humain selon la présente invention comprend les trois étapes suivantes : une étape de mesure de l'aberration d'onde d'oeil humain, une étape de correction de l'aberration d'onde d'oeil humain et une étape d'exercice de perception visuelle. À l'étape de mesure d'aberration d'onde d'oeil humain, la source de lumière de référence dans l'infrarouge proche 1 émet un faisceau de rayons lumineux, collimatés par la lentille de collimation 2 et réfléchis par le premier réflecteur 3 et la première lame séparatrice 4 et entrant finalement dans la pupille de l'oeil humain 5. Les rayons lumineux sont réfléchis par le fond de l'oeil, cheminent à travers le système afocal d'adaptation de faisceau 6 après transmission à travers la première lame séparatrice 4 et atteignent le correcteur de front d'onde 7 qui réfléchit les rayons lumineux vers le système afocal d'adaptation de faisceau 8. Les rayons lumineux parviennent au détecteur de front d'onde 11 après avoir été réfléchis par le deuxième réflecteur 9 et la deuxième lame séparatrice 10. Le détecteur de front d'onde 11 transmet le signal d'erreur mesuré à l'ordinateur 12 pour obtenir l'aberration d'onde d'oeil humain. À l'étape de correction d'aberration d'onde d'oeil humain, l'ordinateur 12 obtient ensuite la tension de contrôle pour le correcteur de front d'onde 7 en exécutant une application informatique de contrôle basée sur l'aberration d'onde d'oeil humain obtenue . La tension de contrôle est amplifiée par l'amplificateur haute tension 13 et appliquée sur le correcteur de front d'onde 7 pour le piloter et corriger ainsi l'aberration d'onde d'oeil humain. L'étape d'exercice de perception visuelle commence après l'étape de correction d'aberration d'onde d'oeil humain. Une application de mesure de la fonction visuelle et d'exercice de vision exécutée sur l'ordinateur 12 génère des cibles de mire de différentes fréquences spatiales et différents contrastes. Les cibles de mire générées sont affichées sur le dispositif d'affichage de cibles de mire 16 après avoir été soumises à un traitement dans le circuit de traitement vidéo 17. La personne soumise à essai observe les cibles de mire affichées sur le dispositif d'affichage de cibles de mire 16 à travers la première lame séparatrice 4, le système afocal d'adaptation de faisceau 6, le correcteur de front d'onde 7, le système afocal d'adaptation de faisceau 8, le deuxième réflecteur 9, la deuxième lame séparatrice 10, le troisième réflecteur 14 et la lentille d'imagerie 15. Le processus d'exercice de perception visuelle et le processus de mesure de la fonction visuelle d'oeil humain (incluant, mais sans y être limité, la mesure de seuil de contraste) commencent. Le correcteur de front d'onde 7 peut être choisi dans un groupe constitué d'un miroir réfléchissant déformable, un correcteur de front d'onde à cristaux liquides, un miroir déformable à membrane microusinée, un miroir déformable microélectromécanique (MEMS), un miroir déformable bimorphe et un miroir déformable liquide. Le détecteur de front d'onde 11 peut être choisi dans un groupe constitué d'un détecteur de front d'onde de Hartmann à matrice de microlentilles, un détecteur de front d'onde de Hartmann à matrice de microprismes (voir le brevet d'invention chinois n° ZL03126431.X), un détecteur de front d'onde de courbure et un détecteur de front d'onde à pyramide. Le dispositif d'affichage de cible de mire 16 peut être choisi dans un groupe constitué d'un dispositif d'affichage à TRC, un dispositif d'affichage du commerce, un dispositif d'affichage à cristaux liquides, un dispositif d'affichage à plasma, un dispositif d'affichage électroluminescent et un dispositif d'affichage organoluminescent. Le circuit de traitement vidéo 17 peut combiner le canal R et le canal B de la sortie vidéo normale et obtient une échelle de gris de 14 bits ou plus (correspondant à 16 384 niveaux), pour satisfaire aux exigences du processus de mesure de la fonction visuelle d'oeil humain et du processus d'exercice de perception visuelle. Le circuit de traitement vidéo 17 peut prendre par exemple la forme d'un circuit tel que décrit dans le brevet d'utilité chinois n° ZL02220968.9. La figure 2 est un dessin schématique représentant le processus d'exercice de perception visuelle de la présente invention. Comme représenté sur la figure 2, au cours de chaque processus d'exercice, une croix apparaît deux fois en séquence sur l'écran, accompagnée d'une indication sonore. Après apparition de chaque croix, une partie vierge (écran gris) ou une cible (c'est-à-dire, un réseau sinusoïdal avantageusement soumis à un traitement de contour flou) à détecter peut être présentée. Il est requis de la personne à soumettre à essai d'appuyer sur la touche de gauche pour répondre lorsque le réseau apparaît après la première apparition de la croix. Il est requis de la personne d'actionner la touche de droite pour répondre lorsque le réseau apparaît après la deuxième apparition de la croix. Le processus est répété jusqu'à ce que toutes les tâches d'exercice, c'est-à-dire, les tâches de la journée complète, soient terminées. Dans la présente invention, le processus de mesure de la fonction visuelle d'oeil humain consiste en une mesure de seuil de contraste d'oeil humain, où la difficulté du stimulus est réglée en temps réel en réponse à la réponse de la personne soumise à essai conformément au procédé de réglage psychophysique. Le contraste de la cible de mire à afficher par la suite est diminué, c'est-à-dire que la difficulté est augmentée, si la personne soumise à essai répond correctement trois fois de suite. Si la personne soumise à essai répond de façon erronée, le contraste de la cible de mire à afficher par la suite est augmenté, pour diminuer la difficulté. Avec ce réglage, le degré d'exactitude des réponses de la personne soumise à essai durant la totalité du processus de mesure reste pratiquement inchangé. À la fin, le contraste converge vers le seuil de contraste d'oeil humain pour la personne soumise à essai. La sensibilité du contraste d'oeil humain est obtenue en inversant le seuil de contraste des yeux humain. Le processus d'exercice de perception visuelle peut adopter le procédé classique « essai -> exercice -> nouvel essai », où les courbes de sensibilité de contraste d'oeil humain avant et après le processus d'exercice de perception visuelle sont mesurées à huit fréquences spatiales (incluant 0,6, 1, 2, 4, 8, 16, 24 et 32 cycles par degré) et les réseaux de fréquences spatiales différentes apparaissent de manière aléatoire. Après la mesure, les contrastes des huit fréquences spatiales convergent vers les seuils de contraste d'oeil humain de la personne soumise à essai. Une fréquence spatiale appropriée (c'est-à-dire, la fréquence de coupure) est choisie pour l'exercice en se basant sur la différence des seuils de contraste d'oeil humain à différentes fréquences spatiales. Par exemple, la fréquence spatiale correspondant à un seuil de contraste d'oeil humain de 0,4 d'une personne est déduite selon une courbe de sensibilité de contraste connue. Le processus d'exercice de perception visuelle nécessite que la personne soumise à essai exécute les tâches d'exercice pendant une durée prédéterminée à la même heure chaque jour à la fréquence spatiale sélectionnée. L'exercice peut adopter un procédé de réglage similaire à la mesure de seuil de contraste et extrait automatiquement le seuil de contraste obtenu finalement après l'exercice de la journée précédente en tant que valeur initiale pour la journée suivante, tandis que la fréquence du réseau reste inchangée. La description précédente ne fournit que les modes de réalisation préférés de la présente invention et n'est destinée en aucune manière à limiter la présente invention. Ainsi, toute modification, remplacement, amélioration ou analogue, effectué dans l'esprit et le principe de la présente invention doit être inclus dans la portée de la présente invention. REVENDICATIONS1. Appareil d'optique adaptative d'exercice de perception visuelle d'oeil humain se caractérisant en ce qu'il comprend un sous-système de mesure d'aberration d'onde d'oeil humain incluant une source de lumière (1) de référence dans l'infrarouge proche, un correcteur de front d'onde (7) et un détecteur de front d'onde (11), pour mesurer l'aberration d'onde d'oeil humain d'une personne à soumettre à essai ; un sous-système de correction d'aberration d'onde d'oeil humain incluant une unité de contrôle (12) et ledit correcteur de front d'onde (7), pour piloter et contrôler le correcteur de front d'onde (7) pour corriger l'aberration d'onde d'oeil humain de la personne à soumettre à essai en se basant sur l'aberration d'onde d'oeil humain mesurée sur la personne soumise à essai ; et un sous-système d'exercice de perception visuelle incluant un circuit de traitement vidéo (17), un dispositif d'affichage de cible de mire (16) et ledit correcteur de front d'onde (7), pour afficher sur le dispositif d'affichage de cible de mire (16) des cibles de mire de différentes fréquences spatiales et de différents contrastes après avoir été soumises à un traitement dans le circuit de traitement vidéo (17) et présenter les cibles de mire à la personne soumise à essai par l'intermédiaire du correcteur de front d'onde (7) piloté et contrôlé, pour exécuter un processus de mesure de fonction visuelle d'oeil humain et un processus d'exercice de perception visuelle. 2. Appareil d'optique adaptative d'exercice de perception visuelle d'oeil humain selon la revendication 1, dans lequel le correcteur de front d'onde (7) est choisi dans un groupe constitué d'un miroir réfléchissant déformable, un correcteur de front d'onde à cristaux liquides, un miroir déformable à membrane microusinée, un miroir déformable microélectromécanique, un miroir déformable bimorphe et un miroir déformable liquide. 3. Appareil d'optique adaptative d'exercice de perception visuelle d'oeil humain selon la revendication 1. ou 2, dans lequel le détecteur de front d'onde (11) est choisi dans un groupe constitué d'un détecteur de front d'onde de Hartmann à matrice de microlentilles, un détecteur de front d'ondede Hartmann à matrice de microprismes, un détecteur de front d'onde de courbure et un détecteur de front d'onde à pyramide. 4. Appareil d'optique adaptative d'exercice de perception visuelle d'oeil humain selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le dispositif d'affichage de cible de mire (16) est choisi dans un groupe constitué d'un dispositif d'affichage à TRC, un dispositif d'affichage du commerce, un dispositif d'affichage à cristaux liquides, un dispositif d'affichage à plasma, un dispositif d'affichage électroluminescent et un dispositif d'affichage organoluminescent. 5. Appareil d'optique adaptative d'exercice de perception visuelle d'oeil humain selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le circuit de traitement vidéo (17) combine le canal R et le canal B de la sortie vidéo normale et obtient une échelle de gris de 14 bits ou plus.