Brevet FR2890540A1 — publié le 20070316

ANTENNE ET SYSTEME DE COMMUNICATION RADIO DANS LA STRUCTURE MECANIQUE D'UN CASQUE La présente invention concerne un casque communicant par signaux radio, par exemple un casque de protection individuelle pouvant être utilisé dans certains métiers, comme dans l'armée, les pompiers ou le bâtiment et travaux publics, ou pour la pratique de certains sports à risques. On connaît un casque de protection du type comprenant des moyens permettant une communication par radiofréquence dont une antenne intégrée dans le casque. La demande de brevet US 2005/0017911 décrit un tel casque dans lequel l'antenne est formée par des composants à circuits intégrés qui sont noyés dans la coque du casque. Or, l'utilisation des composants à circuits intégrés nécessite une connectique relativement importante permettant de relier ces composants à circuits intégrés entre eux et avec les différents organes électroniques permettant de traiter et de contrôler les signaux provenant des composants ou transmis vers ces composants (microphone, haut-parleur, boutons de commande...). La présente invention vise à réaliser une antenne intégrée dans la structure mécanique d'un casque et dont la connectique est particulièrement réduite, de préférence par intégration de l'ensemble de l'électronique dans cette structure, tout en offrant des services supplémentaires à ceux d'un dispositif de l'art antérieur. Selon l'invention, l'antenne d'un casque du type précité est formée par au moins un élément d'antenne qui est intégré à la structure mécanique de la coque. Ainsi, l'antenne est particulièrement simple, par exemple, dans le cas d'un casque fait en un matériau composite, l'antenne peut être formée par des éléments conducteurs et constituant la stratification de la coque. De ce fait, elle ne nécessite pas de connexion complexe, la connexion d'un plan de masse par exemple pouvant se faire en tout point où s'étendent les éléments structurels de la coque formant ce plan, par exemple en tout point de la stratification dans le cas d'un casque en matériau composite conducteur. De même l'intégration de toute l'électronique dans l'épaisseur de la coque (composants de traitement radiofréquence, composants d'interface utilisateur, sources d'énergie...) limite la connectique externe et les risques inhérents à l'utilisation de fils et connecteurs. De plus, l'antenne présente l'avantage de pouvoir s'étendre sur l'ensemble de la surface du casque, par exemple sur l'ensemble de la structure composite. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description du mode de réalisation donné à titre d'exemple et illustré par les dessins mis en annexe, La figure 1 étant une vue schématique d'un casque comprenant une antenne filaire est représentée en perspective, vue de côté du casque, La figure 2 est un schéma représentant le gain directionnel en trois dimensions de l'antenne illustrée à la figure 1, et La figure 3 est une vue schématique d'un casque conforme à la présente invention muni d'un dispositif électronique de 25 radiofréquence. Comme on peut le voir à la figure 1, un casque de protection individuelle 1 comprend une coque 2 qui forme la structure de protection mécanique et des moyens permettant une communication par radiofréquence. Ces moyens de communication comprennent une antenne 3 qui est intégrée dans la coque 2 du casque 1. L'antenne 3 est intégrée à la structure mécanique de la coque 2 et elle est formée par au moins un élément d'antenne 4 qui est un élément structurel de la coque 2. Chaque élément d'antenne 4 est en un matériau électriquement conducteur. Ainsi, dans le cas d'une coque 2 en matériau composite, l'antenne 3 peut faire partie de la stratification. Dans le cas d'une coque 2 réalisée par injection sous pression d'un matériau tel qu'une résine ou un polymère plastique, elle peut être formée d'un (de plusieurs) élément(s) d'antenne 4 noyé(s) de ce matériau. Du fait que l'antenne 3 est totalement intégrée à la structure mécanique du casque 2, elle est particulièrement robuste d'un point de vue mécanique (résistante aux chocs et aux déformations, bonne tenue aux variations de température, et de manière générale aux conditions extérieures), discrète (invisible) et non gênante pour le porteur du casque 1. Chaque élément d'antenne 4 peut se présenter sous forme de fil, de tube ou de bande et, éventuellement former un maillage. L'antenne peut également être formée par une plaque dont la surface correspond sensiblement à la surface de la coque 2, ou par une ou plusieurs pastilles conductrices alimentées en réseau et isolées d'un plan de référence conducteur par un diélectrique d'épaisseur constante. De plus, l'antenne 3 peut être formée d'une surface ou d'une plaque comportant des fentes jouant le rôle d'éléments d'antenne 4 de façon duale d'un fil excité dans un espace libre. Dans ce dernier cas, les points d'alimentation seront placés de part et d'autre de la fente pour obtenir les caractéristiques de sensibilité et d'accord souhaités. Les éléments d'antenne 4 peuvent être en tout matériau électriquement conducteur, par exemple en fil de carbone (qui participe à la structure mécanique de la stratification de la coque) ou en fil métallique tel que du cuivre, de l'alliage de fer ou d'aluminium (ce fil pouvant être revêtu d'un matériau fortement isolant). Ainsi, dans l'exemple illustré à la figure 1, l'antenne 3 est formée de quatre fils 4 dont la longueur est égale à la moitié de la longueur d'onde du signal radio utilisé. Chaque fil 4 s'étend dans le sens de la hauteur 5 du casque 1 et est dirigé selon une direction perpendiculaire à la hauteur 5 qui lui est propre, les quatre directions étant perpendiculaires entre elles de sorte que chaque fil 4 est orienté selon chacun des quatre points cardinaux. Dans l'exemple illustré à la figure 3, l'antenne 3 est 10 formée de pastilles 4 dont deux sont représentées. Dans le cas où l'antenne 3 est formée de plusieurs éléments d'antenne 4, les éléments d'antenne 4 peuvent être connectés ensemble à des potentiels différents, ce qui permet de pouvoir inverser la polarité de l'antenne 3, ou en réseau (en série ou en parallèle). Le casque 1 comprend également un dispositif électronique de radiofréquence 10 auquel l'antenne 3 est reliée. L'antenne 3 peut y être reliée totalement ou par parties, et en un ou plusieurs points de contact accessibles à l'intrados ou l'extrados de la coque 2. Le dispositif électronique de radiofréquence 10 associé à l'antenne 3 peut être intégré à la structure mécanique du casque, par exemple, soit dans la coque 2 comme tous les éléments d'antenne, soit dans un espace libre aménagé dans les rembourrages ou le calotin du casque. De préférence, les éléments électroniques sont réalisés sur des circuits imprimés de faible surface pouvant être souple et être ainsi intégrés dans l'épaisseur de la coque 2. Il est possible que l'antenne 3 et le dispositif électronique de radiofréquence 10 soient conformés de sorte qu'une direction de réception soit privilégiée ce qui permet au casque 1 de pouvoir servir de système de recherche directionnelle, un dispositif de haut-parleur 11 donnant alors un signal sonore grandissant lorsque l'énergie reçue par l'antenne 3 augmente. De préférence, l'antenne 3 et du dispositif électronique de radiofréquence 10 sont conformés dans le casque 1 de sorte que la direction privilégiée soit fixe et corresponde à la direction du regard 6. La direction privilégie peut être obtenue, notamment dans le cas d'une antenne 3 ayant un seul élément d'antenne 4, par la forme de l'antenne 3. La direction privilégie peut également être obtenue, dans le cas d'une antenne 3 à plusieurs éléments d'antenne 4, par le dispositif électronique de radiofréquence 10 mettant un (plusieurs) élément(s) d'antenne 4 en connexion de façon à privilégier une direction particulière. De plus le dispositif électronique de radiofréquence 10 peut privilégier de façon successive chaque élément d'antenne 4 de façon à faire varier le secteur angulaire privilégié. Le dispositif électronique de radiofréquence comprend de préférence des moyens de guidage permettant d'indiquer au porteur 12 du casque 1 la position angulaire de l'émetteur radio: par exemple un voyant lumineux 13 disposé dans la direction du regard 6 émettant un signal dont la fréquence et/ou l'intensité dépend de l'alignement de la direction du regard 6 avec l'émetteur du signal radio, ou des haut-parleurs 11 agissant soit de la même façon que le voyant lumineux, soit en émettant un message vocal indiquant le secteur angulaire actuellement privilégié par le dispositif électronique de radiofréquence 10 - par exemple côté droit . Il est également possible que l'antenne 3 et le dispositif électronique de radiofréquence 10 soient conformés de sorte qu'une direction d'émission soit privilégiée. Ainsi il est possible d'émettre un signal d'alerte avec une puissance accrue selon la direction privilégiée. Par ailleurs, le dispositif électronique de radiofréquence 10 peut être configuré de sorte que la direction privilégiée soit rotative par rapport au centre du casque de sorte que le signal d'alerte à puissance accrue balaye périodiquement toute la périphérie du casque, à la manière d'un phare côtier. Il est également possible de configurer l'antenne 3 et le dispositif électronique de radiofréquence 10 de sorte que l'émission soit privilégiée dans le plan de base qui est le plan horizontal quand le casque 1 est porté par un utilisateur 12 debout regardant devant lui. En cas de chute, l'utilisateur se trouve couché, et donc le plan de base devient vertical. De ce fait, le dispositif de réception (éloigné) peut détecter un danger du fait de l'absence (ou de la baisse significative) du signal émis par l'antenne 3 du casque. De préférence, cette fonctionnalité n'est pas décisive pour déterminer si un utilisateur est en danger, mais elle peut être un complément à un dispositif de mesure de choc. Ainsi, comme on peut le voir à la figure 2, l'antenne de la figure 1 a un gain nettement plus faible à partir d'une certaine incidence (zone claire 7), alors que sous ce niveau d'incidence, quelque soit le secteur angulaire, le gain est plus important (zone foncée 8). De ce fait, cette antenne 3 privilégie le plan de faible incidence dans lequel s'étend la zone foncée 8. Il est également possible que le dispositif électronique de radiofréquence comprenne un accéléromètre qui, quand l'utilisateur est à l'arrêt, est capable de fonctionner comme un inclinomètre en détectant l'accélération de la pesanteur de façon plus ou moins prononcée en fonction de l'inclinaison du casque. Dans ce cas, le dispositif électronique de radiofréquence 10 peut avantageusement comporter un dispositif de correction d'assiette 15 qui permet de corriger l'inclinaison du casque. Cette fonctionnalité est particulièrement intéressante quand la communication se fait avec une optimisation de l'émission d'onde dans un plan horizontal et permet à un utilisateur qui est dans une position couchée d'émettre de façon optimisée dans le plan horizontal, le dispositif de correction d'assiette envoyant un signal au dispositif électronique de radiofréquence 10 de sorte que ce dernier sélectionne les éléments d'antenne 4 adéquats. Elle est également intéressante en cas de danger étant donné que le plan d'émission est constant quelle que soit l'orientation du casque, ce qui permet de pouvoir émettre des signaux signalant un danger qui seront reçus par le récepteur qui restera normalement en liaison quelle que soit l'assiette physique du casque. Par ailleurs, l'interface radio utilisateur 16 permettant d'ajuster les paramètres de transmission tels que le canal et le niveau sonore peut être également intégrée dans la structure du casque. Ainsi, il est possible d'utiliser des capteurs de proximité 16 de type capacitifs ou optiques, ou des capteurs de choc par exemple piézo-électriques, capables de répondre au déplacement ou au choc d'un doigt de l'utilisateur à la surface du casque. La source d'énergie 17,18 peut également être intégrée au casque 1. Ainsi, des accumulateurs 17 rechargeables peuvent être moulés dans la structure rigide de la coque 2. De même des éléments rechargeables ultrafins (empilement de batteries en couches ou piles montées en parallèle) peuvent être intégrés à la stratification dans des zones à faible risque de choc. De plus, des éléments photovoltaïques 18 souples noyés dans les couches supérieures de la stratification de la coque 1 permettent d'apporter un complément d'énergie. Il est également possible qu'une bobine permettant un couplage électromagnétique est intégrée à la structure mécanique du casque en vue de recharger les éléments d'accumulation d'énergie amovibles ou fixes, et adaptée à coopérer avec une autre bobine d'un chargeur. REVENDICATIONS 1. Casque (1) comprenant une coque (2) et des moyens permettant une communication par radiofréquence dont une antenne intégrée dans la coque (2), caractérisé en ce que l'antenne (3) est formée par au moins un élément d'antenne (4), chaque élément d'antenne (4) étant intégré à la structure mécanique de la coque (2) et étant un élément structurels de la coque (2). 2. Casque (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'antenne (3) fait partie intégrante de la stratification de la coque (2), le casque (1) étant en matériau composite. 3. Casque (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque élément d'antenne (4) est englobé par le matériau de la coque (2) réalisée par injection sous pression. 4. Casque (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque élément d'antenne (4) est en carbone, cuivre, aluminium ou autre matériau conducteur. 5. Casque (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque élément d'antenne (4) est revêtu d'un matériau isolant diélectrique. 6. Casque (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque élément d'antenne (4) se présente sous forme de fil, de tube, de bande, de pastilles en vis-à-vis d'un plan de masse. 7. Casque (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les éléments d'antenne (4) sont associés en réseau série, parallèle ou un maillage. 8. Casque (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif électronique radiofréquence(10). 9. Casque (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif électronique radiofréquence (10) et une interface (16) avec l'utilisateur sont intégrés dans l'épaisseur de la coque (2) lors de la fabrication par stratification ou moulage sous pression. 10. Casque (1) selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que l'antenne (3) et le dispositif électronique de radiofréquence (10) sont conformés de sorte qu'une direction de réception et/ou d'émission soit privilégiée. 11. Casque (1) selon la revendication 10, caractérisé en ce que la direction privilégiée est fixe est correspond à la direction du regard (6) d'un porteur (12) du casque (1). 12. Casque (1) selon la revendication 10, caractérisé en ce que la direction privilégiée varie en fonction des éléments d'antenne (4) sélectionnés de façon successive par le dispositif électronique de radiofréquence (10). 13. Casque (1) selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de guidage (11, 13) permettant d'indiquer au porteur (12) du casque (1) la position angulaire d'un émetteur radio, ces moyens pouvant être visuels ou sonores. 14. Casque (1) selon l'une des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que l'antenne (3) et le dispositif électronique de radiofréquence (10) sont configurés de sorte que l'émission soit privilégiée dans un plan de base fixe par rapport au casque (1). 15. Casque (1) selon l'une des revendications 8 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend un accéléromètre et un dispositif de correction d'assiette (15) qui permet de corriger les caractéristiques de l'antenne (3) en. fonction de l'inclinaison du casque (1).