Brevet FR2712994A1 — publié le 19950602

La présente invention concerne un casque destiné à visualiser des images et à permettre leur observation par l'utilisateur porteur du casque. Un casque comprend généralement un corps de casque de forme partiellement sphérique, qui présente une ouverture à sa base, de façon à être placé sur la tête d'un utilisateur, ainsi qu'une ouverture frontale, et une visière placée devant le visage de ce dernier qui prolonge la partie avant du corps. Cette visière peut coulisser classiquement dans le corps du casque entre une position fermée et une position ouverte, en réalisant un mouvement de rotation autour d'un axe transversal défini par deux points d'attache de la visière sur le corps. Dans d'autres réalisations la visière est fixe, ou fixée sur le corps du casque par des fixations amovibles telles que des boutons-pressions. Afin de fournir à son utilisateur des informations utiles à la commande d'engins mobiles ou de dispositifs, pilotés manuellement, tels que robots, avions, hélicoptères, automobiles, etc..., il est connu de projeter sur la visière du casque des images générées par un micromoniteur. Dans d'autres dispositifs de visualisation dits viseurs tête haute (Head Up Device - HUD), des images sont projetées sur le pare-brise d'un véhicule mobile. L'utilisateur peut ainsi lire ces images en portant son regard sur la visière du casque ou sur le pare-brise de l'engin. Des casques "visuels" sont également maintenant utilisés pour l'observation d'images ou de films divers, par exemple d'images de synthèse pouvant donner à l'utilisateur l'impression d'évoluer dans un monde virtuel. Cependant, de part leur structure, ces casques ne permettent pas d'avoir accès simultanément aux images réelles et aux images projetées, ces images ne pouvant être perçues nettement en même temps. D'autre part, l'image émise par le micromoniteur étant classiquement projetée sur une surface non plane, il en résulte des distorsions, et des courbures de champ qui apparaissent notamment au niveau de la partie périphérique de l'image. L'invention vise à pallier aux inconvénients cités, en proposant un casque permettant de projeter dans les yeux d'un utilisateur une image virtuelle de synthèse, et donc de lui fournir cette image superposée à une image réelle, ces images étant simultanément perceptibles. Un autre but de l'invention est de proposer un casque permettant de corriger les défauts de l'image, notamment en ce qui concerne la courbure de champ et la distorsion. A cet effet, la présente invention a pour objet un casque comprenant un corps de casque, une visière et un écranémetteur apte à projeter une image. Selon l'invention la visière est de forme partiellement sphérique, centrée sur le plan horizontal défini par les yeux d'un utilisateur, et dont le foyer est situé sur ce plan en avant et à proximité du nez de l'utilisateur, ledit écran étant placé sur le plan focal défini par la visière. Dans différents modes de réalisation particuliers, l'invention comporte les caractéristiques suivantes, éventuellement prises selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles: - il comprend une lentille solidaire de l'écran intercalée entre ledit écran-émetteur et ladite visière pour corriger la courbure de champ; - l'écran est placé en regard du front de l'utilisateur; - dans ce cas, le casque peut comprendre de plus un miroir plan fixé au casque, orienté de façon à diriger les rayons émis par l'écran vers la visière; - la visière est constituée au moins en partie d'un matériau réfléchissant partiellement les rayonnements émis par l'écran-émetteur; - dans ce dernier cas, le matériau constitutif de la visière peut être dichroïque, réfléchir la lumière à la longueur d'onde émise par l'écran, et être transparent aux autres longueurs d'onde. D'autres caractéristiques, buts et avantages ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple et sans caractère limitatif, en regard des dessins annexés, sur lesquels: La Figure 1 représente une vue schématique en coupe verticale d'un casque en position fermée, équipé d'un écranémetteur positionné en regard du front d'un pilote d'avions ou d'hélicoptères. La Figure 2 représente une vue schématique en coupe horizontale du casque représenté sur la Figure 1. Le casque selon la présente invention comprend un corps de casque 1 de forme générale sensiblement hémisphérique, qui présente à sa base une ouverture ll lui permettant d'être insérée sur la tête 40 de l'utilisateur, et une visière 2 de forme partiellement sphérique qui prolonge la partie avant du corps de casque 1. Cette visière est de préférence fixe. Toutefois, elle peut aussi pivoter, entre une position fermée et une position ouverte, par rotation autour d'un axe transversal reliant les points d'attache de la visière sur le corps (non représentés). Ce casque est avantageusement muni d'un dispositif respiratoire classique 5. Le casque comporte avantageusement une coiffe ou un habillage intérieur assurant son positionnement stable par rapport à la tête et donc par rapport aux yeux de l'utilisateur. Le casque est équipé d'un micromoniteur fixé sur la partie supérieure de son corps, en regard du front du pilote. Ce micromoniteur peut être un écran émetteur 3 formé d'un tube électronique comme un tube cathodique, de télévision, ou un écran à cristaux liquides. L'image synthétique est projetée sur un miroir plan 7, fixé au corps du casque de façon à la renvoyer vers la visière du casque. On peut également prévoir un casque muni d'un tel écran émetteur 3 fixé au corps du casque de façon à projetter une image directement sur la visière 2. L'image synthétique ainsi projetée représente les informations fournies au micromoniteur par tout système informatique ou par un capteur, qui peut être une caméra infrarouge, une caméra CCD, une caméra millimétrique, ou tout dispositif de prise de vue classiquement utilisé. Afin de renvoyer l'image ainsi générée dans chacun des deux yeux 41 de l'utilisateur, et donc de lui fournir une vision binoculaire, la visière 2 est centrée sur le plan horizontal P1 défini par ces deux yeux 41, et son foyer F est situé sur ce plan en avant et à proximité du nez 42. Ainsi, le porteur du casque observe une image pratiquement sans aberration sphérique, ni coma, ni astigmatisme. Le champ de ce système optique est particulièrement élevé, il n'est limité que par la visière. La visière 2 est constituée, sur au moins une partie atteinte par le rayonnement émis, d'un matériau réfléchissant partiellement ce rayonnement. Elle constitue ainsi un miroir semi-réfléchissant ou réfléchissant pour la lumière à une longueur d'onde donnée laissant passer les autres longueurs d'onde du domaine visible. Dans ce dernier cas, l'écranémetteur 3 émet de préférence un rayonnement monochromatique dont la longueur d'onde correspond à celle qui est réfléchie par la visière 2. Ainsi, on comprendra que du fait du positionnement de la visière 2 et du micromoniteur, l'utilisateur peut avoir à sa disposition deux images superposées, et simultanément nettes, en l'occurrence une image réelle, représentée par l'environnement extérieur, perçue à travers la visière, et une image virtuelle, projetée dans les yeux deux 41 par l'écran- émetteur 3 par réflection sur cette visière 2. L'écart interpupillaire moyen est approximativement de 65 mm, la rayon de courbure R de la visière est de préférence d'environ 130 mm et sa distance focale f est approximativement de 65 mm, pour renvoyer les rayons dans les yeux de l'utilisateur 41, comme le montre la Figure 2. Bien entendu, l'écart interpupillaire pouvant varier d'un individu a l'autre, ces valeurs de rayon de courbure R et de distance focale f peuvent varier suivant la taille du casque, en fonction de la morphologie de l'individu. De plus, afin de fournir une vision confortable, la taille de l'écran 3 est de préférence de 5 cm sur 5 cm, pour projeter dans les yeux 41 une image suffisamment grande pour ne pas les fatiguer. On obtient ainsi un champ image d'environ 46 sur 46 . La luminosité du moniteur peut également être réglée pour faire varier la luminosité de cette image, par des moyens classiques. La visière de casque 2, formant un miroir concave, le rayonnement émis par l'écran 3 situé sur son plan focal P2 présente notamment une courbure de champ et des distorsions. Une lentille convergente 6 est fixée au micromoniteur et par lui, au corps du casque par des techniques traditionnelles, de sorte qu'il soit intercalé entre l'écran 3 et la visière 2, pour corriger ces défauts. De plus, l'aberration sphérique, la coma et l'astigmatisme sont également corrigés. On comprendra que, du fait du positionnement du micromoniteur sur le plan focal P2 du miroir convergent représenté par la visière 2, et du centre C de cette dernière sur le plan horizontal P1 défini par les yeux de l'utilisateur, le dispositif optique de projection d'image constitué de la visière 2, de ladite lentille convergente 6 et de l'écran-émetteur 3 présente une symétrie axiale, autour d'un axe I appartenant au plan horizontal P1 et passant par le centre C de la visière 2. De ce fait, l'ensemble constitué du micromoniteur et de la lentille 6 peut de façon équivalente être fixé sur tout point du corps 1 du casque situé sur le plan focal de la visière P2. Il peut aussi, avantageusement être fixé sur la visière. Selon un autre mode de réalisation particulier de l'invention, non représenté, le micromoniteur est placé sur le corps 1 du casque ou sur la visière 2, indifféremment sur le plan focal ou en dehors, et émet un rayonnement dirigé vers le visage du pilote. Un miroir plan est alors fixé sur le corps, sur le plan focal de la visière, orienté de façon à renvoyer les rayons vers celle-ci. Selon une autre variante de réalisation, non représentée, l'écran 3 est placé entre les yeux 41 de l'utilisateur, au niveau du foyer F de la visière. Cette structure particulière contraint par conséquent l'écran 3 à présenter une taille plus faible de façon à ne pas gêner le pilote, et donc dans ce cas, le micromoniteur est constitué d'un écran à cristaux liquides. Les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques mentionnées dans les revendications, ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières, et n'en limitent aucunement la portée. REVENDICATIONS 1. Casque comprenant un corps de casque (1), une visière et un écran-émetteur (3) apte à projeter une image, caractérisé en ce que la visière (2) est de forme partiellement sphérique, centrée sur le plan horizontal défini par les yeux (41) d'un utilisateur, et dont le foyer (F) est situé sur ce plan en avant (P2) et à proximité du nez (42) de l'utilisateur, ledit écran (3) étant placé sur le plan focal (F) défini par la visière (2). 2. Casque selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une lentille convergente (6) solidaire de l'écran, intercalée entre ledit écran- émetteur (3) et ladite visière (2) pour corriger le courbure de champ. 3. Casque selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'écran (3) est placé en regard du front de l'utilisateur. 4. Casque selon l'une quelconque des revendications 1 & 3, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un miroir plan (7) fixé au casque, orienté de façon à diriger les rayons émis par l'écran (3) vers la visière (2). 5. Casque selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'écran (3) est placé entre les yeux de l'utilisateur, sur le foyer (F) de la visière (2). 6. Casque selon l'une quelconque des revendications 1 & 5, caractérisé en ce que la visière (2) est constituée au moins en partie d'un matériau réfléchissant partiellement les rayonnements émis par l'écran-émetteur. 7. Casque selon la revendication 6, caractérisé en ce que le matériau constitutif de la visière (2) est dichroïque, réfléchissant la lumière à la longueur d'onde émise par l'écran (3) et transparent aux autres longueurs d'onde. 8. Casque selon l'une quelconque des revendications 1 & 7, - caractérisé en ce que l'écran (3) émet un rayonnement monochromatique. 9. Casque selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la visière (2) représente un rayon de courbure (R) d'environ 130 mm et une distance focale (f) approximativement de 65 mm pour renvoyer le rayonnement émis sous la forme de rayons parallèles dans les yeux (41) de l'utilisateur. 10. Casque selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'écran-émetteur (3) comprend un tube de type "CRT". 11. Casque selon l'une quelconque des revendications 1 9, caractérisé en ce que l'écran émetteur (3) est un écran à cristaux liquides.