Brevet FR2662894A1 — publié le 19911206

DISPOSITIF DE VISUALISATION D'IMAGES SIMULEES POUR CASQUE La présente invention se rapporte à un dispositif de visualisation d'images simulées pour casque. Pour restituer des images dans un simulateur, tel qu'un simulateur d'aéronef, on a généralement recours à des systèmes tels que des moniteurs associés à une optique de renvoi à l'infini ou à des systèmes collimatés hors d'axe à écran sphérique et miroir, ce miroir pouvant être une sphère de grand diamètre (plusieurs mètres) De tels systèmes fonctionnent correctement mais ont un encombrement et un poids souvent très élevés, et peuvent nécessiter une infrastructure complexe. On connaît par ailleurs des dispositifs de visualisation à optique à lentilles et miroir, fixés sur un casque porté par l'utilisateur Ces dispositifs sont généralement de faible encombrement et de faible poids, mais leur champ visuel est réduit et leur rendement lumineux faible. La présente invention a pour objet un dispositif de visualisation d'images simulées pour casque qui soit léger, de faible encombrement, et qui permette de restituer les images avec un champ le plus grand possible et le meilleur rendement lumineux possible. Le dispositif de visualisation conforme à l'invention comporte au moins un dispositif de collimation à l'infini à miroir et écran sphériques solidaires d'un casque porté par l'utilisateur, associés à un projecteur distant relié d'une part par fibre optique à un dispositif optique de reprise fixé sur le casque, et d'autre part à un générateur d'images, le générateur d'images étant relié à un dispositif détecteur de position de la tête de l'utilisateur portant le casque. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation, pris à titre d'exemple non limitatif, et illustré par le dessin annexé, sur lequel: la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif conforme à l'invention, la figure 2 est une vue de dessus de la partie optique, solidaire du casque, du dispositif de la figure 1, la figure 3 est une vue de côté de la partie optique de la figure 2, et la figure 4 est une vue schématique d'un mode de réalisation de projecteur pouvant être utilisé dans le dispositif de la figure 1. Le dispositif de visualisation représenté en figure 1 comporte essentiellement un générateur d'images 1, un projecteur 2, une fibre optique 3,4 de transport d'image relative à chaque oeil de l'utilisateur 5, un dispositif optique de reprise 6,7 fixé en bout de chaque fibre optique, et un dispositif optique de formation d'images correspondant 8,9, décrit plus en détail ci-dessous en référence aux figures 2 et 3. Les éléments 1 et 2 peuvent être éloignés de l'utilisateur, les fibres optiques 3 et 4 ayant la longueur nécessaire Les éléments 6 à 9 sont fixés de façon appropriée sur un casque (non représenté) porté par l'utilisateur 5 En outre, on fixe sur ce casque un dispositif 10, détecteur de la position de la tête de l'utilisateur, de type connu en soi Ce dispositif 10 est relié au générateur d'images 1 pour y commander, de façon connue en soi, les déplacements d'une "fenêtre" correspondant à la zone d'intérêt devant être vue par l'utilisateur. On a représenté en détail sur les figures 2 et 3 les dispositifs optiques 8 et 9 Ces dispositifs 8 et 9 sont identiques et comportent chacun deux canaux de formation d'images adjacentes pour en augmenter le champ horizontal, mais il est bien entendu que si l'on n'avait pas besoin d'obtenir un champ horizontal très important, on pourrait se contenter d'un seul canal pour chacun des dispositifs 8 et 9 Dans le présent exemple, chaque canal a un champ horizontal d'environ 50 . Les dispositifs 8 et 9 comportent: un miroir de renvoi plan ( 11,12 respectivement), un écran sphérique ( 13,14 respectivement), et un miroir sphérique, au moins en partie semi-réfléchissant ( 15,16 respectivement) Les faces concaves des écrans et des miroirs sphériques sont tournées vers l'utilisateur Les miroirs plans et les écrans sont situés au-dessus d'un plan horizontal passant par les centres des yeux de l'observateur, alors que les miroirs sphériques semi-transparents 15,16 sont sensiblement au niveau des yeux de l'utilisateur 5 Ces miroirs 15,16 sont fixés à quelques centimètres des yeux de l'utilisateur Lorsque l'utilisateur regarde droit devant lui, son champ visuel vertical Instantané, qui est d'environ 40 , couvre la partie supérieure des miroirs 15,16, la partie inférieure de ces miroirs correspondant à un champ vertical d'environ 400 (angle A sur la figure 3) que l'utilisateur peut couvrir en baissant les yeux Les écrans 13,14 sont disposés par rapport aux miroirs 15,16 de façon que lorsque l'utilisateur regarde droit devant lui la limite supérieure 17 de son champ vertical soit pratiquement tangente aux bords inférieurs de ces écrans et aux bords supérieurs des miroirs 15,16 (voir figure 3) Les dispositifs 6,7 sont des dispositifs, de type connu en soi, à lentilles permettant de projeter sur les miroirs 11,12 les images transportées par les fibres 3,4 Dans le cas, représenté sur le dessin, o les dispositifs 8 et 9 sont à deux canaux, les fibres 3 et 4 sont doublées, ainsi que les dispositifs 6 et 7 et les miroirs 11,12. Les images formées par les dispositifs 6,7 sur les miroirs 11,12 sont renvoyées par ces miroirs 11,12 sur les écrans 13,14. L'utilisateur 5 peut ainsi, en regardant les miroirs 15,16 voir les images formées sur les écrans 13,14. Bien entendu, le générateur d'images et les projecteurs sont réalisés de façon à assurer une parfaite superposition des images vues par l'oeil droit et l'oeil gauche dans la zone de recouvrement des champs visuels de ces deux yeux Les miroirs 15 et 16 sont semi-réfléchissants pour permettre à l'utilisateur de voir à travers eux les instruments du tableau de bord 18. Le dispositif 10, captant les mouvements de la tête de l'utilisateur, envoie au générateur d'images 1 des informations permettant de commander, de façon connue en soi, les déplacements relatifs de la "zone d'intérêt" vue par l'utilisateur en correspondance avec les mouvements de sa tête. On a représenté en figure 4, un mélangeur dichroique utilisable avec des tubes haute brillance Ce mélangeur comporte un prisme dichroïque 19 à trois faces duquel sont accolés des tubes cathodiques à haute brillance 20 à 22, respectivement rouge, vert et bleu A une quatrième face du prisme 19, on accole un dispositif 23 d'optique de couplage à une fibre optique 24 Ce dispositif mélangeur est utilisé pour chacun des canaux de visualisation relatifs à chaque oeil de l'observateur. Selon un mode de réalisation de l'invention, on utilise un projecteur à "valve de lumière" ou à cristaux liquides de type bien connu en soi. Si le projecteur utilisé est du type à tubes haute brillance, on réalise la correction des distorsions géométriques des projecteurs, et de toute la partie optique du simulateur de l'invention dans les projecteurs Il est relativement facile d'y faire toutes les corrections nécessaires, en particulier pour obtenir la superposition parfaite des images dans la zone de recouvrement (s'étendant, dans le sens horizontal, sur 30 à 400 environ) des champs visuels relatifs à l'oeil droit et à l'oeil gauche. Si le projecteur utilisé est du type à valve de lumière ou à cristaux liquides, on réaliser la correction des distorsions géométriques dans le générateur d'image car il n'est actuellement pas possible d'effectur de correction dans les projecteurs. Le dispositif de l'invention permet ainsi d'obtenir un grand champ visuel avec deux canaux pour chaque oeil, on arrive à un champ monoculaire d'environ 1000 dans le sens horizontal et 40 dans le sens vertical, le champ total étant d'environ 1600 dans le sens horizontal et 400 dans le sens vertical (avec un recouvrement de 400 au centre) Le miroir sphérique semi-réfléchissant est le dispositif qui atténue le moins les images extérieures (telles que la planche de bord 18). Un des avantages d'un mode de réalisation de l'invention réside dans l'utilisation de projecteurs à tubes haute brillance qui permettent de réaliser la correction des distorsions géométriques dans les projecteurs; ce qui décharge le générateur d'image de ce travail qui est coûteux en temps calcul L'utilisation de projecteurs à tubes haute brillance est possible en raison de leur bon rendement lumineux. REVENDICATIONS 1 Dispositif de visualisation d'images simulées pour casque, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un dispositif de collimation à l'infini à miroir ( 15,16) et écran ( 13,14) sphériques solidaires d'un casque porté par l'utilisateur, associés à un projecteur distant ( 2) relié d'une part par fibre optique ( 3,4) à un dispositif optique de reprise ( 6, 7) fixé sur le casque, et d'autre part à un générateur d'images ( 1), le dispositif générateur d'images étant relié à un dispositif ( 10) détecteur de position de la tête de l'utilisateur portant le casque. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte pour chaque oeil de l'utilisateur deux canaux de visualisation. 3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les miroirs sphériques sont au moins en partie semi-réfléchissants. 4 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le projecteur est du type à valve de lumière. 5 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le projecteur est du type à cristaux liquides. 6 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le projecteur est du type à tubes cathodiques à haute brillance. 7 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la correction des distorsions géométriques est effectuée dans le générateur d'images. 8 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 et 6, caractérisé par le fait que la correction des distorsions géométriques est effectuée dans le projecteur. 9 Simulateur, caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif de visualisation selon l'une quelconque des revendications précédentes.