Brevet FR2700216A1 — publié le 19940708

DISPOSITIF DE VISUALISATION MONTE SUR CASQUE L'invention concerne un dispositif de visualisation notamment pour pilote d'avion, d'hélicoptère ou d'engin spatial pouvant s'intégrer dans un système d'aide au pilotage ou de présentation d'alarmes. On connaît des systèmes d'aide au pilotage qui comportent un dispositif de visualisation monté sur casque permettant de présenter des images en zone de vision centrale et en superposition au paysage Pour que les pilotes puissent lire les informations que contiennent ces images, elles sont projetées par des systèmes optiques à une distance d'observation confortable, c'est-à-dire de façon à former une image virtuelle à une distance d'au moins 10 mètres des yeux du pilote. Les contraintes de poids, d'encombrement et de qualité d'image font que les images produites par ces dispositifs ne couvrent pas tout le champ visuel Or, le champ total perceptible par un oeil humain, compte tenu de ses mouvements, est de l'ordre de 1600. L'invention a pour but d'exploiter au mieux les possibilités offertes par le canal visuel et propose un équipement additionnel die présentation d'informations qui soit léger, peu encombrant et facilement intégrable sur un casque ou tout autre support porté par la tête du pilote. Dans ce but, l'invention utilise les modes de vision sans accommodation du pilote C'est le cas en particulier de la vision périphérique ou de la vision centrale lorsque l'image est formée devant le punctum proximum de l'oeil. Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif de visualisation pour pilote d'aéronef ou d'engin spatial, caractérisé en ce qu'il comporte: un écran fixé sur un support prévu pour être porté par la tête du pilote, l'écran étant positionné de façon à se trouver dans une région o l'accommodation par les yeux du pilote est impossible lorsque ledit support est porté par le pilote et un système de projection également fixé sur le support permettant d'envoyer sur ledit écran un ensemble de pinceaux lumineux directifs et modulables séparément en intensité. Ainsi, le système de projection peut être commandé de façon à produire des images sous la forme de points d'impacts des différents pinceaux sur l'écran. Avantageusement, et selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, l'écran est partiellement diffusant en réflexion de façon à rendre la position de l'image indépendante de la position des sources lumineuses et pour que tout ou partie du flux lumineux parvienne à l'oeil du pilote. Afin que le dispositif ne perturbe pas la vision du paysage et selon encore un autre aspect de l'invention, l'écran est partiellement transparent. Dans ce cas et selon d'autres caractéristiques de l'invention, l'écran peut être positionné de façon à se trouver soit dans le champ de vision périphérique du pilote, soit dans son champ de vision centrale à condition, dans ce dernier cas, d'être placé à une distance des yeux du pilote suffisamment faible pour rendre impossible l'accommodation. D'autres aspects de réalisation apparaîtront dans la suite de la description en référence aux figures. La figure 1 représente schématiquement un système d'aide au pilotage utilisant le dispositif de visualisation selon l'invention. Les figures 2 à 4 représentent un premier exemple de réalisation de l'écran utilisant des cristaux liquides. La figure 5 représente un second exemple de réalisation de l'écran utilisant des matériaux transparents et traités spécialement. Les figures 6 et 7 représentent deux exemples de réalisation du système de projection dans le cas ou l'écran est la visière du casque. La figure 8 montre une variante des figures 6 et 7 dans le cas d'une projection en vision centrale. La figure 1 représente le schéma de principe d'un système d'aide au pilotage monté sur casque utilisant le dispositif de visualisation selon l'invention Le casque 2 muni d'une visière 2 a est porté par la tête 1 du pilote et supporte un système de projection 4 associé à un écran 3 Le système de projection 4 est commandé par un circuit de commande d'affichage 5 qui est relié à un générateur de symboles 6 Le générateur 6 fournit au circuit 5 des signaux d'image en fonction de divers paramètres fournis par les systèmes électroniques de l'aéronef. Le générateur 6 produit par exemple un symbole d'alarme ayant la forme d'une tâche dont la position sur l'écran indique la direction x, y d'une menace par exemple détectée par un radar embarqué Le générateur 6 peut également engendrer un horizon artificiel sous la forme d'une ligne inclinée en fonction des angles de tangage T et de roulis R de l'avion et de la position angulaire de la tête du pilote, ladite position étant fournie par un capteur fixe 7 coopérant avec un émetteur 8 placé sur le casque. Les figures 2 à 4 illustrent un premier mode de réalisation de l'écran 3 utilisant un composant à cristal liquide couramment appelé PDLC ("Polymer Dispersed Liquid Crystal") Ce composant a la propriété que la part de lumière qu'il transmet Lt et la part de lumière qu'il diffuse Lr sont variables et évoluent en fonction d'une tension électrique qu'on lui applique. Par exemple, lorsque la tension est nulle (figure 2), le composant est totalement diffusant Lorsque la tension a une valeur de l'ordre de 70 volts, le composant est totalement transparent (figure 3) Ainsi, en faisant osciller la tension de commande entre ces deux valeurs extrêmes (figure 4), on obtient un composant partiellement diffusant et partiellement transparent On choisira de préférence une fréquence d'oscillation en fonction de la réponse du composant de façon à ce que l'oeil ne perçoive pas les changements d'état Il en résulte que les points d'impacts des pinceaux lumineux Li sur la surface du composant sont perceptibles tout en garantissant la vision simultanée du paysage extérieur. La figure 5 représente un second mode de réalisation de l'écran 3 utilisant des matériaux optiques classiques (verre, plastique) L'écran 3 est constitué de deux lames 3 i, 3 e collées l'une sur l'autre Les deux faces externes des lames sont polies et parallèles entre elles L'une au moins des faces internes 9 est dépolie et supporte un traitement semi-réfléchissant La lumière transmise Lt par le traitement ne subit ni déviation ni diffusion car elle traverse une lame à face parallèle et d'indice homogène La lumière réfléchie Lr par le traitement est diffusée dans toutes les directions car elle se réfléchit sur les irrégularités à orientation aléatoire de la surface dépolie. Les figures 6 à 8 sont des vues du dessus d'une tête 1 portant un casque muni d'une visière 2 a Ces figures illustrent un troisième mode de réalisation de l'écran 3 consistant à utiliser directement la visière teintée du casque qui intercepte les faisceaux lumineux Li en formant des tâches observées sans accommodation de l'oeil Dans le cas des figures 6 et 7, les faisceaux lumineux Li sont projetés sur les parois latérales de la visière de façon à exploiter la vision périphérique. La figure 8 correspond au cas o les faisceaux Li sont projetés sur la face avant de la visière On peut bien sûr aussi présenter les informations sur l'ensemble de la visière. La figure 6 représente également un premier mode de réalisation du système de projection 4 qui est composé d'une source 10 associée à un élément optique simple 11 tel qu'un diaphragme ou une lentille La source 10 est constituée d'un ensemble de surfaces élémentaires émissives tel qu'un tube à rayons cathodiques ou un panneau de diodes électroluminescentes Cette association 10-11 produit des pinceaux lumineux Li directifs associés respectivement aux surfaces élémentaires émissives dont les puissances sont modulables séparément en réponse aux signaux de commande émis par le circuit de commande d'affichage 5. Un second mode de réalisation du système de projection 4 est représenté à la figure 7 Il consiste à associer une valve optique 13, telle qu'une matrice à cristal liquide, à une source de lumière 12 telle qu'une diode électroluminescente, une diode laser ou une lampe à incandescence qui éclaire l'ensemble de la surface utile de la valve Comme précédemment, cet ensemble produit des pinceaux Li directifs et modulables Chacun des pinceaux Li est associé à une surface élémentaire de la valve 13 qui sélectionne l'un des pinceaux parmi l'ensemble des rayons issus de la source et qui module sa puissance. REVENDICATIONS 1) Dispositif de visualisation pour pilote d'aéronef ou d'engin spatial, caractérisé en ce qu'il comporte: un écran ( 3) fixé sur un support ( 2) prévu pour être porté par la tête ( 1) du pilote, l'écran ( 3) étant positionné de façon à se trouver dans une région o l'accommodation par les yeux (la) du pilote est impossible lorsque ledit support ( 2) est porté par le 1 O pilote et un système de projection ( 4) également fixé sur le support ( 2) permettant d'envoyer sur ledit écran ( 3) un ensemble de pinceaux lumineux (Li) directifs et modulables séparément en intensité. 2) Dispositif de visualisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit écran ( 3) est partiellement diffusant en réflexion. 3) Dispositif de visualisation selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit écran ( 3) est partiellement transparent. 4) Dispositif de visualisation selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit écran ( 3) est positionné de façon à se trouver dans le champ de vision périphérique du pilote. ) Dispositif de visualisation selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit écran ( 3) est positionné de façon à se trouver dans le champ de vision centrale du pilote à une distance des yeux (la) du pilote suffisamment faible pour rendre impossible l'accommodation sur ledit écran ( 3). 6) Dispositif de visualisation selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit écran ( 3) est positionné de façon à se trouver dans tout le champ de vision du pilote et à une distance des yeux (la) du pilote suffisamment faible pour rendre impossible l'accommodation en vision centrale sur ledit écran ( 3). 7) Dispositif de visualisation selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que ledit écran ( 3) est constitué d'un dispositif à transparence commandable électriquement, tel qu'un composant à cristal liquide, en ce que ledit dispositif est commandé de façon à être placé alternativement dans son état transparent puis dans son état non transparent. 8) Dispositif de visualisation selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que ledit écran ( 3) est composé de deux lames transparentes ( 3 i, 3 e) collées l'une sur l'autre dont les faces externes sont polies et parallèles entre elles et dont la face interne ( 9) de l'une au moins desdites lames ( 3 i, 3 e) est dépolie et a subi un traitement semi-réfléchissant. 9) Dispositif de visualisation selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que ledit support ( 2) étant un casque comportant une visière ( 2 a), ledit écran ( 3) est constitué par ladite visière ( 2 a). 10) Application du dispositif de visualisation selon l'une des revendications 1 à 9 pour afficher des symboles d'alarme. 11) Application du dispositif de visualisation selon l'une des revendications 1 à 9 pour afficher un horizon artificiel.