Brevet FR2944882A1 — publié le 20101029

DISPOSITIF DE RETROPROJECTION VISUELLE A ECRANS TRAPEZOIDAUX IDENTIQUES ET NON VERTICAUX La présente invention concerne un système de restitution de l'environnement visuel pour simulateur de vol d'hélicoptère, et plus particulièrement un dispositif de rétroprojection visuelle à écrans trapézoïdaux identiques et non verticaux. Un tel système est constitué d'un ensemble d'écrans et de miroirs, permettant de projeter un monde en images de synthèse tout autour de la cabine du simulateur. Dans le domaine des simulateurs de vol, par exemple les simulateurs de vol pour avion, il est important d'avoir un champ de vision important vers le haut et sur les côtés, lequel champ de vision correspond au champ de vision nécessaire au pilote pour diriger l'appareil. De manière spécifique aux simulateurs de vol d'hélicoptère, il est également important d'avoir un champ de vision important vers le bas, lequel est nécessaire au pilote d'un hélicoptère pour effectuer des manoeuvres spécifiques aux hélicoptères, par exemple des décollages et atterrissages verticaux. On connaît dans l'état de la technique différentes classes de systèmes de restitution de l'environnement visuel pour simulateur de vol d'hélicoptère. Une première classe de tels systèmes de restitution de l'environnement visuel pour simulateur de vol d'hélicoptère, représentée sur les Figures 1 et 2, sont les systèmes dits � à projection directe �. Dans ces systèmes à projection directe, l'observateur est dans une cabine de simulation 1, et au moins un projecteur 2 (placé sur la cabine de simulation 1 dans l'exemple illustré sur les Figures 1 et 2) projette une image de synthèse sur au moins un écran 3 situé en face du projecteur 2. Cette première classe de systèmes présente l'inconvénient selon lequel la cabine de simulateur 1 doit être placée en dehors du chemin lumineux de chacun des projecteurs 2. En effet, comme cela est représenté sur la Figure 2, lorsque la cabine 1 est située dans le chemin lumineux du projecteur 2, l'ombre de la cabine 1 (en gris sur la Figure 2) est projetée sur l'écran 3, ce qui diminue le champ visuel de l'observateur et est par conséquent gênant pour l'observateur. Cette solution mène donc à avoir un écran 3 éloigné de la cabine 1, ce qui a pour conséquence d'avoir un champ visuel vers le bas insuffisant pour la simulation de vol d'hélicoptère. Une seconde classe de tels systèmes de restitution de l'environnement visuel pour simulateurs de vol d'hélicoptère sont les systèmes dits � à projection directe sur sphère ou portion de sphère �, un exemple d'un tel système étant représenté sur la Figure 3. Dans ces systèmes, une image de synthèse est projetée sur un écran sphérique 3, par plusieurs projecteurs 2. Le principal inconvénient de ces systèmes est qu'ils sont encombrants (rayon de 4 à 8m), et qu'ils sont par conséquent coûteux, un pré-traitement informatique ou électronique étant en outre nécessaire pour compenser la distorsion due au fait que l'image est projetée sur une surface courbe. Une troisième classe de tels systèmes de restitution de l'environnement visuel pour simulateurs de vol d'hélicoptère sont les systèmes dits � à rétroprojection sur écrans plats translucides disposés verticalement �, un exemple d'un tel système étant représenté sur la Figure 4. Dans ces systèmes, un projecteur 2 projette une image de synthèse sur un écran 3 plat translucide disposé verticalement, l'observateur dans la cabine de simulation 1 étant situé de l'autre côté de l'écran 3. L'inconvénient de cette troisième classe de systèmes est qu'une distorsion trop importante sur le bas de l'image est générée pour l'observateur. En effet, la distorsion dépend du cosinus de l'angle d'incidence sous lequel un point de l'écran est regardé. Dans cette classe de systèmes, la droite entre l'oeil et l'écran, normale à l'écran est horizontale et donc dans la partie haute de l'écran, de telle sorte que la distorsion est plus forte dans la partie basse de l'écran que dans la partie haute. Une quatrième classe de tels systèmes de restitution de l'environnement visuel pour simulateurs de vol d'hélicoptère sont les systèmes à écrans diédriques inclinés, raccordés à deux arêtes consécutives de l'écran frontal. Ces systèmes présentent un champ visuel, dont les amplitudes horizontale et verticale ne sont pas constantes sur toute la surface du système, ce qui peut s'avérer gênant pour l'observateur dans la cabine de simulation. La présente invention vise à surmonter les inconvénients mentionnés ci-dessus des systèmes de l'état antérieur de la technique. La présente invention a donc pour objet un système de restitution de l'environnement visuel pour simulateur de vol d'hélicoptère par rétroprojection, sans discontinuité, comprenant un support de projection, porté par des moyens de support, et des moyens de rétroprojection d'une image de synthèse sur ledit support de projection, caractérisé par le fait que le support de projection comprend au moins . un écran, plat, rigide, translucide, de forme trapézoïdale, dont le plan est incliné par rapport à la direction verticale, l'arête de l'écran constituant la petite base étant l'arête inférieure dans la direction verticale, l'arête de l'écran constituant la grande base étant l'arête supérieure dans la direction verticale. Conformément à une caractéristique particulière de la présente invention, le support de projection peut comprendre en outre au moins . un premier écran latéral, de forme identique à l'écran et orienté de manière identique à l'écran dans la direction verticale, accolé par une arête latérale à une première arête latérale de l'écran ; et un deuxième écran latéral, de forme identique à l'écran et orienté de manière identique à l'écran dans la direction verticale, accolé par une arête latérale à une deuxième arête latérale de l'écran, les écrans latéraux et étant situés du même côté par rapport au plan de l'écran, et les écrans latéral et central d'une part, et latéral et central d'autre part formant deux dièdres non droits. Les trois écrans étant identiques, le système de la présente invention permet d'obtenir une économie d'échelle lors de la fabrication. Conformément à une caractéristique particulière de la présente invention, les arêtes supérieures des trois écrans peuvent appartenir à un même plan, parallèle au sol. Conformément à une caractéristique particulière de la présente invention, les arêtes inférieures des trois écrans peuvent appartenir à un même plan, parallèle au sol. Conformément à une caractéristique particulière de la présente invention, les écrans peuvent être des trapèzes isocèles, de telle sorte que l'angle de champ visuel à n'importe quelle hauteur sur l'écran est au moins égal à l'angle de champ visuel de l'écran en partie haute de l'écran et à l'angle de champ visuel en partie basse de l'écran. Conformément à une caractéristique particulière de la présente invention, les écrans peuvent être assemblés par accolement de leur arête commune, sans biseautage de celle-ci. Le non biseautage des arêtes des écrans permet de réaliser une économie d'étapes, et donc d'obtenir une réduction des coûts lors de la fabrication du système selon la présente invention. Conformément à une caractéristique particulière de la présente invention, les moyens de rétroprojection peuvent être constitués, pour chaque écran, par un projecteur associé à chaque écran, projetant une image de synthèse sur un miroir associé à chaque écran, placé derrière chaque écran, le miroir reflétant l'image de synthèse projetée sur l'écran correspondant. Le système de rétroprojection à l'aide de miroirs permet un encombrement réduit et donc un coût réduit du système de la présente invention par rapport aux systèmes de l'état antérieur de la technique. Conformément à une caractéristique particulière de la présente invention, les moyens de support du support de projection peuvent être constitués par des pieds situés en dehors du volume de projection de l'image de synthèse sur le support de projection. Conformément à une caractéristique particulière de la présente invention, les moyens de support peuvent supporter chacun des écrans par leurs arêtes supérieures et inférieures. La présente invention a également pour objet un système de simulateur de vol d'hélicoptère, caractérisé par le fait qu'il comprend : - un système de restitution de l'environnement visuel pour simulateur de vol d'hélicoptère par rétroprojection, sans discontinuité, tel que défini ci-dessus ; et - une cabine de simulation. Conformément à une caractéristique particulière de la présente invention, la cabine de simulation peut être située à une distance du support de projection telle que la droite entre l'oeil d'un observateur situé dans la cabine de simulation et regardant le support de projection, et le support de projection, normale au support de projection, est à mi-hauteur du support de projection, de telle sorte que la distorsion dans la partie haute du support de projection est sensiblement identique à la distorsion dans la partie basse du support de projection. Pour mieux illustrer l'objet de la présente 25 invention, on va en décrire ci-après un mode de réalisation particulier avec référence au dessin annexé. Sur ce dessin : les Figures 1 et 2 représentent une première classe de 30 systèmes de restitution de l'environnement visuel pour simulateur de vol d'hélicoptère de l'état antérieur de la technique ; 5 30 - la Figure 3 représente une deuxième classe de systèmes de restitution de l'environnement visuel pour simulateur de vol d'hélicoptère de l'état antérieur de la technique ; - la Figure 4 représente une troisième classe de systèmes de restitution de l'environnement visuel pour simulateur de vol d'hélicoptère de l'état antérieur de la technique ; 10 - les Figures 5A à 5C représentent respectivement une vue de face, une vue de côté et une vue de dessus d'un système de restitution de l'environnement visuel pour simulateur de vol d'hélicoptère par rétroprojection, 15 sans discontinuité, selon la présente invention ; - la Figure 6 représente une vue en perspective du système des Figures 5A à 5C ; 20 - la Figure 7 représente une vue de dessus du système selon la présente invention, illustrant le champ visuel obtenu par le système ; - la Figure 8 est une vue en coupe d'un des écrans 25 constituant le système selon la présente invention ; et - la Figure 9 est une vue à une échelle agrandie de dessus, illustrant une jonction entre deux des écrans constituant le système selon la présente invention. Si l'on se réfère aux Figures 5A, 5B, 5C, 6, 7 et 8, on peut voir qu'il y est représenté un système de restitution de l'environnement visuel pour simulateur de vol d'hélicoptère selon la présente invention. Le système selon la présente invention comprend un écran E constitué de trois écrans rigides, translucides et identiques, portés par des pieds de support T1 à T4 (décrits plus en détails ci-après) : un écran central El, un écran gauche E2 et un écran droit E3, lorsque l'on regarde le système de face, selon la Figure 5A. Chacun des trois écrans El, E2, E3 a la forme d'un trapèze, les petites bases de chacun des trois écrans El, E2, E3 constituant les arêtes inférieures dans la direction verticale, et les grandes bases de chacun des trois écrans El, E2, E3 constituant les arêtes supérieures dans la direction verticale. Les arêtes supérieures des trois écrans El, E2, E3 sont dans un même plan parallèle au sol et les arêtes inférieures sont dans un même plan parallèle au sol. Les écrans El, E2, E3 sont des trapèzes isocèles. L'arête latérale droite de l'écran gauche E2 est accolée à l'arête latérale gauche de l'écran central El, et l'arête latérale gauche de l'écran droit E3 est accolée à l'arête latérale droite de l'écran central El, de telle sorte que les écrans central El et gauche E2 d'une part, et les écrans central El et droit E3 d'autre part forment respectivement deux dièdres non droits, les écrans gauche E2 et droit E3 étant situés du même côté par rapport au plan de l'écran central El. Le côté de l'écran E situé du côté du plan de l'écran central El dans lequel les écrans gauche E2 et droit E3 sont situés est désigné comme étant le côté avant de l'écran E, l'autre côté étant le côté arrière de l'écran E. L'observateur dans la cabine de simulateur de vol d'hélicoptère est situé du côté avant de l'écran E. Comme on peut le voir sur les Figures 6 à 8, trois miroirs, respectivement un miroir central M1, un miroir gauche M2 et un miroir droit M3, sont situés respectivement avec leur face réfléchissante face à chacun des écrans central El, gauche E2 et droit E3, du côté arrière de l'écran E. De plus, sous chacun des écrans El, E2, et E3 sont positionnés respectivement des projecteurs, respectivement P1 (central), P2 (gauche) et P3 (droit), orientés vers et projetant une image sur chacun des miroirs, respectivement M1, M2 et M3. Comme on peut le voir plus en détail pour l'écran central El sur la Figure 8, le principe étant le même pour les deux autres écrans E2 et E3, le projecteur P1, situé sous l'écran El au niveau de sa petite arête et dirigé vers le côté arrière de l'écran E, projette une image de synthèse sur le miroir M1, le miroir central M1 réfléchissant ladite image de synthèse sur l'écran central El. Ainsi, un observateur, situé du côté avant de l'écran E, observe l'image projetée sur l'écran central El grâce au caractère translucide de l'écran central El. Comme on peut le voir sur la Figure 8, la droite reliant l'oeil de l'observateur à l'écran central El (le principe étant identique pour les deux autres écrans gauche E2 et droit E3), normale à l'écran, est à mi-hauteur de l'écran central El, garantissant ainsi un champ visuel vertical (vers le haut comme vers le bas) important à l'observateur, optimal pour un simulateur de vol d'hélicoptère. Comme on peut également le constater sur la Figure 7, de part la géométrie de l'écran E, l'angle de champ visuel en partie haute de l'écran alphal et l'angle de champ visuel en partie basse de l'écran alpha2 sont identiques, garantissant ici encore un champ de vision optimal pour un simulateur de vol d'hélicoptère. Comme on peut le voir sur la Figure 9 et les Figures 5A à 5C, les trois écrans El, E2 et E3 sont portés depuis le côté arrière de l'écran E par quatre pieds de support identiques, référencés T1 à T4 sur les Figures, sensiblement de la même hauteur que les écrans El à E3, et comportant des saillies de support S sur une partie supérieure et une partie inférieure de ceux-ci, pour supporter des arêtes horizontales des écrans El à E3, de telle sorte que le premier pied de support T1 supporte les arêtes hautes et basses des écrans droit E3 et central El, le second pied de support T2 supporte les arêtes hautes et basses des écrans gauche E2 et central El, le troisième pied de support T3 supporte les arêtes haute et basse de l'écran droit E3, et le quatrième pied de support T4 supporte les arêtes haute et basse de l'écran gauche E2. Comme on peut le voir, toujours sur la Figure 9 pour les écrans central El et gauche E2, les écrans sont assemblés par ajustement ou accolement de leur arête commune, sans biseautage de celle-ci. De part la structure du système, par rétroprojection sur des miroirs situés derrière l'écran E, les pieds de support T1 à T4 sont en dehors du volume de projection, et ne provoquent donc pas d'ombre gênante pour l'observateur sur les écrans El à E3.30 REVENDICATIONS1 - Système de restitution de l'environnement visuel pour simulateur de vol d'hélicoptère par rétroprojection, sans discontinuité, comprenant un support de projection, porté par des moyens de support, et des moyens de rétroprojection d'une image de synthèse sur ledit support de projection, caractérisé par le fait que le support de projection comprend au moins : un écran (El), plat, rigide, translucide, de forme trapézoïdale, dont le plan est incliné par rapport à la direction verticale, l'arête de l'écran (El) constituant la petite base étant l'arête inférieure dans la direction verticale, l'arête de l'écran (El) constituant la grande base étant l'arête supérieure dans la direction verticale. 2 - Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le support de projection comprend en outre au moins . un premier écran latéral (E2), de forme identique à l'écran (El) et orienté de manière identique à l'écran (El) dans la direction verticale, accolé par une arête latérale à une première arête latérale de l'écran (El) ; et un deuxième écran latéral (E3), de forme identique à l'écran (El) et orienté de manière identique à l'écran (El) dans la direction verticale, accolé par une arête latérale à une deuxième arête latérale de l'écran (El), les écrans latéraux (E2) et (E3) étant situés du même côté par rapport au plan de l'écran (El), et les écrans latéral (E2) et central (El) d'une part, et latéral (E3) et central (El) d'autre part formant deux dièdres non droits. 3 - Système selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les arêtes supérieures des trois écrans (E1, E2, E3) appartiennent à un même plan, parallèle au sol. 4 - Système selon l'une des revendications 2 à 3, caractérisé par le fait que les arêtes inférieures des trois écrans (E1, E2, E3) appartiennent à un même plan, parallèle au sol. 5 - Système selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que les écrans (E1, E2, E3) sont des trapèzes isocèles, de telle sorte que l'angle de champ visuel à n'importe quelle hauteur sur l'écran est au moins égal à l'angle de champ visuel de l'écran en partie haute de l'écran et à l'angle de champ visuel en partie basse de l'écran. 6 - Système selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que les écrans (E1) et latéral (E2) d'une part, et les écrans (E1) et latéral (E3) d'autre part, sont assemblés par accolement de leur arête commune, sans biseautage de celle-ci. 7 - Système selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé par le fait les moyens de rétroprojection sont constitués, pour chaque écran (E1, E2, E3), par un projecteur (P1, P2, P3) associé à chaque écran, projetant une image de synthèse sur un miroir (M1, M2, M3) associé à chaque écran, placé derrière chaque écran (E1, E2, E3), le miroir (M1, M2, M3) reflétant l'image de synthèse projetée sur l'écran correspondant (E1, E2, E3). 8 - Système selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que les moyens de support du support de projection sont constitués par des pieds situés en dehors du volume de projection de l'image de synthèse sur le support de projection. 9 - Système selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé par le fait que les moyens de support supportent chacun des écrans (El, E2, E3) par leurs arêtes supérieures et inférieures. 10 - Système de simulateur de vol d'hélicoptère, caractérisé par le fait qu'il comprend : un système de restitution de l'environnement visuel pour simulateur de vol d'hélicoptère par rétroprojection, sans discontinuité, selon l'une des revendications 1 à 9 ; et une cabine de simulation. 11 - Système selon la revendication 10, caractérisé par le fait que la cabine de simulation est située à une distance du support de projection telle que la droite entre l'oeil d'un observateur situé dans la cabine de simulation et regardant le support de projection, et le support de projection, normale au support de projection, est à mi-hauteur du support de projection, de telle sorte que la distorsion dans la partie haute du support de projection est sensiblement identique à la distorsion dans la partie basse du support de projection.