Brevet FR3020879A1 — publié le 20151113

Système de visualisation de tête à communication « sans fil » Le domaine technique de l'invention est celui des systèmes de visualisation porté par la tête de l'utilisateur et plus particulièrement des moyens de communication entre ces systèmes et l'extérieur. L'application principale concerne les systèmes de visualisation de tête ou de casque pour les applications aéronautiques embarqués. Plus généralement, toute application nécessitant un tel système de visualisation peut être concernée par l'invention. Les systèmes de visualisation de tête présents dans les cockpits d'aéronefs nécessitent une connexion filaire avec le système avionique pour communiquer et afficher des informations relatives aux différents systèmes de l'aéronef. Le confort et la liberté de mouvement du pilote se trouve fortement contrainte par cette connexion. De plus, la connexion/déconnexion du système nécessite une action de l'utilisateur. Ainsi, dans les cockpits d'aéronefs militaires à voilure fixe, avant de s'éjecter ou d'évacuer le cockpit, le pilote doit penser à déconnecter son visuel, opération qui n'est pas nécessairement aisée dans un contexte de stress important. Dans le cas de l'utilisation d'un visuel de tête dans un hélicoptère, lors d'un amerrissage d'urgence, la machine, compte-tenu de sa forme géométrique et de la rotation des pâles, se retourne systématiquement. Les pilotes doivent là encore évacuer rapidement. Etre relié physiquement au porteur occasionne une certaine gêne et peut avoir une incidence sur la sécurité de l'équipage. Pour répondre à ce problème, les équipementiers munissent leurs systèmes de prise à déconnexion rapide. Une autre solution consiste à remplacer la connexion filaire par une connexion sans fil ou « wireless ». Il existe différentes techniques largement utilisées dans les domaines de l'informatique et des communications grand public pour établir 30 des systèmes de communications électromagnétiques sans fil. On citera les systèmes dits « Bluetooth® », « Wi-Fi », signifiant « Wireless Fidelity » ou encore « UWB », acronyme de « Ultra Wide Band ». Ces technologies présentent, en l'état actuel, des défauts peu compatibles du domaine technique aéronautique, notamment en termes de pollution ou de perturbation électromagnétiques. Ces pollutions peuvent avoir un impact sur les systèmes aéronautiques dits critiques. De plus, l'utilisation de plusieurs dispositifs dans un environnement restreint entraîne une réduction du spectre et donc de la bande passante nécessaire au bon fonctionnement de chaque système individuel. De plus, ces systèmes permettent de ne transmettre qu'une partie des informations et/ou permettent de rendre « sans fil » seulement une des sous fonctions du système de visualisation. Par exemple, les systèmes « sans fil » actuels permettent de gérer l'audio ou la détection de suivi des mouvements de tête, mais n'adressent pas le système visionique complet, les fonctions étant décorrélées. Enfin, les solutions de communication proposées présentent des 15 performances peu compatibles du domaine d'utilisation aéronautique et sont donc pas ou peu utilisées. Ces limitations concernent notamment la capacité du canal de transmission. Le débit maximum techniquement atteignable n'est pas compatible des besoins d'un affichage d'un visuel de tête pour pilotage d'aéronef. Compte tenu des spécificités de ces affichages, notamment en 20 matière de faibles temps de latence et de taux d'erreur, les solutions proposées des produits « sans fil » à usage grand public consistant essentiellement à réduire le volume de données à transmettre sont inappropriées. Les techniques courantes consistent à compresser les données transmises par des algorithmes plus ou moins complexes pouvant 25 nécessiter des ressources de calcul importantes. Ces algorithmes présentent des risques importants de pertes d'informations ou de pertes temporaires du canal de transmission. Les solutions techniques consistant à mémoriser une partie des images avant leur restitution pour se prémunir de ces interruptions sont aussi à proscrire. Elles augmentent de manière trop significative la 30 latence du système. La publication SPIE intitulé « Wireless Communication Technology as applied to Head Mounted Display for a Tactical Fighter Pilot » et portant la référence «SPIE Vol. 6224, 62240W » décrit un système de communication sans fil pour système de visualisation de cockpit. La solution décrite minimise 35 le débit nécessaire à la transmission de l'ensemble des informations pour le système général. La solution traite le cas particulier de l'aéronef « JSF », acronyme signifiant « Joint Strike Fighter ». La technologie électromagnétique « Multiband-OFDM UWB » décrite peut présenter des faiblesses en termes de susceptibilité électromagnétique sous forts champs électromagnétiques tels que ceux spécifiés dans la norme RTCA D0160E intitulée « Environmental Conditions and test Procedures for Airborne Equipment ». La solution technique selon l'invention ne présente pas ces inconvénients. Les systèmes de visualisation de tête actuels comportent généralement un dispositif de détection de posture de la tête couplé avec le dispositif de visualisation de façon que les informations affichées soient en concordance ou en conformité avec le paysage extérieur. Il existe différents moyens pour réaliser un dispositif de détection de posture. Cependant, la détection de posture optique présente des avantages certains compte-tenu des possibilités offertes par les moyens d'émission et de détection récents. L'objet de l'invention est d'utiliser ces moyens optiques d'émission et de réception pour échanger d'autres informations avec l'extérieur que les informations utiles à la détection de posture. Les canaux optiques permettent d'échanger des informations sans perturbations importantes avec des débits élevés. D'autre part, les modifications à apporter au système de détection de posture pour lui assurer cette nouvelle fonction de communication sont mineures. Plus précisément, l'invention a pour objet un système de 25 visualisation de tête comportant au moins un dispositif de visualisation de tête et un dispositif de détection de posture de tête comportant des premiers moyens d'émission et/ou de réception optique, lesdits premiers moyens étant solidaires du dispositif de visualisation de tête, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens sont configurés pour émettre et/ou recevoir des données 30 concernant notamment le fonctionnement du dispositif de visualisation de tête et/ou la présentation d'informations dans ledit dispositif de visualisation de tête. Avantageusement, le dispositif de détection de posture de tête comporte des seconds moyens d'émission et/ou de réception optique 35 solidaires d'une structure fixe, lesdits seconds moyens étant agencés pour émettre et/ou recevoir des données concernant notamment le fonctionnement du dispositif de visualisation de tête et/ou la présentation d'informations dans le dispositif de visualisation de tête. Avantageusement, les premiers ou les seconds moyens 5 d'émission et/ou de réception optique comportent au moins un marqueur optique actif comportant au moins une diode électroluminescente ou une diode laser. Avantageusement, le marqueur optique actif comporte une pluralité de diodes électroluminescentes ou de diodes laser. 10 Avantageusement, la répartition géométrique des diodes électroluminescentes ou des diodes laser est représentative du marqueur. Avantageusement, les signaux optiques d'émission des diodes électroluminescentes ou des diodes laser est représentative du marqueur et/ou des données à transmettre. 15 Avantageusement, les premiers ou les seconds moyens d'émission et/ou de réception optique comportent au moins un micro-afficheur optique reconfigurable. Avantageusement, la configuration du micro-afficheur est représentative dudit micro-afficheur et/ou des données à transmettre. 20 L'invention concerne également un système de visualisation de cockpit comportant au moins un instrument de planche de bord et un système de visualisation de tête ayant les caractéristiques indiquées ci-dessus, caractérisé en ce que l'instrument de planche de bord comporte des moyens agencés pour émettre et/ou recevoir des données concernant 25 notamment le fonctionnement du dispositif de visualisation de tête et/ou la présentation d'informations dans ledit dispositif de visualisation de tête. Avantageusement, l'instrument comportant un éclairage, ledit éclairage est modulé de façon à émettre des données concernant notamment le fonctionnement du dispositif de visualisation de tête et/ou la 30 présentation d'informations dans ledit dispositif de visualisation de tête. Avantageusement, l'instrument comportant un afficheur, la symbologie est modulée de façon à émettre des données concernant notamment le fonctionnement du dispositif de visualisation de tête et/ou la présentation d'informations dans ledit dispositif de visualisation de tête. 35 L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : La figure 1 représente le principe de fonctionnement d'un système 5 de visualisation de tête à communication « sans fil » monodirectionnel selon l'invention ; La figure 2 représente le principe de fonctionnement d'un système de visualisation de tête à communication « sans fil » bidirectionnel selon l'invention ; 10 La figure 3 représente un système de visualisation de cockpit comportant un instrument de planche de bord et un système de visualisation de tête à communication « sans fil » selon l'invention. Un système de détection de posture optique met en oeuvre des 15 moyens d'émission et de réception optique. On entend par « posture » d'un objet la position et l'orientation dudit objet par rapport à un référentiel connu. La posture est donc déterminer par six paramètres, trois paramètres de position et trois paramètres d'orientation. Le système de détection de posture peut être associé à des moyens inertiels de mesure de vitesse angulaire ou 20 d'accélération. On parle alors de détection de posture hybride. Il existe différentes configurations possibles du système de détection de posture selon que les émetteurs et/ou les récepteurs sont soit solidaires du dispositif de visualisation et sont mobiles avec lui, soit solidaires d'une structure fixe, la détection de posture se faisant par rapport à cette 25 structure fixe. Ces configurations sont connues de l'homme du métier. Généralement, ces moyens comportent des marqueurs optiques permettant de mesurer les rotations et les translations du dispositif de visualisation par rapport à un repère connu. On entend par marqueur optique un objet dont la forme ou la couleur ou l'émission comporte des 30 caractéristiques ou un codage propre au dit objet et permettant de l'identifier parmi d'autres marqueurs. A titre d'exemple, la demande internationale WO 2007/044301 intitulée « Tracking objects with markers » donne des exemples simples de ce type de marqueurs. Ces marqueurs sont généralement actifs et comportent alors des 35 diodes électroluminescentes ou des diodes laser. Pour déterminer les six degrés de liberté du dispositif mobile, il est nécessaire de déterminer des angles et des longueurs représentatifs associés aux marqueurs. Afin d'identifier chaque marqueur et chaque point élémentaire le constituant, un codage est généralement mis en place. Ce codage peut être directement fait en modulant le signal de pilotage du marqueur. Le système de visualisation de tête selon l'invention exploite cette propriété des marqueurs actifs des dispositifs de détection de posture. Il comporte un dispositif de visualisation de tête et un dispositif de détection de posture de tête comportant des premiers moyens d'émission et/ou de 10 réception optique, lesdits premiers moyens étant solidaires du dispositif de visualisation de tête. Lesdits premiers moyens sont agencés pour émettre et/ou recevoir des données concernant notamment le fonctionnement du dispositif de visualisation de tête et/ou la présentation d'informations dans ledit dispositif de visualisation de tête. 15 Les moyens de communication peuvent être monodirectionnels comme représenté, à titre d'exemple, en figure 1. Cette figure représente un casque C comportant un dispositif de visualisation D intégré à la visière V du casque. L'arrière du casque comporte un bandeau B portant les différents 20 marqueurs optiques M. Un seul marqueur M est représenté sur la figure 1. Dans une variante, le casque peut être un simple support de tête portant le dispositif de visualisation de tête, les marqueurs optiques de la détection de posture et d'autres dispositifs comme la phonie. Cette figure 1 comporte également une vue agrandie du marqueur 25 M. Il comporte une série de portions d'anneaux concentriques qui sont blancs et noirs sur la figure 1 mais qui peuvent être colorés. Certaines parties comportent des cercles noirs. La répartition des anneaux et leur orientation caractérise le marqueur et permet de l'identifier. L'orientation, la position et le grandissement de l'image du marqueur sur une caméra de position et 30 d'orientation connue permettent de l'identifier et de le localiser. Dans ce cadre, la source d'émission est au moins une diode électroluminescente disposée au centre du marqueur M et la source de réception un photodétecteur P disposé sur la structure fixe, non représentée sur la figure 1. La direction de communication est indiquée par la flèche blanche. La communication est assurée par une modulation appropriée du signal émis par la source d'émission. La longueur d'onde d'émission des marqueurs optiques nécessaire à la communication peut aller de l'ultra-violet jusqu'à l'infrarouge 5 en passant par le visible. Préférentiellement, cette longueur d'onde est identique à celle du système de détection de posture. Les moyens de communication peuvent être bidirectionnels comme représenté, à titre d'exemple, en figure 2. Les directions de 10 communication sont indiquées par une double flèche blanche sur cette figure 2. Dans ce cas, le ou les marqueurs optiques M disposés sur le casque C doivent comporter des moyens d'émission et de réception. De la même façon, la structure fixe doit comporter des moyens d'émission E et de photoréception P adaptés. 15 Dans une variante de réalisation, les marqueurs optiques peuvent être des marqueurs configurables. Ils sont alors constitués de constellations de diodes électroluminescentes ou de réseaux de micro-leds ou de micro-afficheurs. Les diodes constituant ces réseaux peuvent être des émetteurs/récepteurs. Pour réaliser cette double fonction, chaque diode peut 20 être à la fois émettrice et réceptrice. Il est connu de l'homme du métier qu'une simple diode électroluminescente ou LED peut être utilisée comme un récepteur de données. On peut également réaliser une répartition géométrique appropriée d'émetteurs et de récepteurs optiques différenciés. Ces marqueurs configurables assurent à la fois la détection de 25 posture et les communications entre le casque et le cockpit. Les protocoles de communication peuvent être basés sur la répartition géométrique des diodes électroluminescentes ou sur un codage d'émission des diodes ou des diodes laser ou des micro-afficheurs. Ce codage peut être un codage d'amplitude ou un codage fréquentiel. 30 En fonction de protocoles de communications appropriés, les moyens de communication permettent la transmission des données relatives à l'affichage de la symbologie et/ou un ou plusieurs canaux vidéo ou audio et/ou des informations relatives au système de détection de posture et/ou encore, et de manière non exhaustive, des données de surveillance ou 35 « monitoring » et de contrôle du bon fonctionnement des différents dispositifs et de leurs paramètres d'état. Ces dernières données comprennent l'ensemble des informations relatives au fonctionnement sécurisé du système de visualisation porté par l'utilisateur. Dans une variante de réalisation, la source des données transmises peut être décorrélée de la fonction principale du système de détection de posture et recevoir ou émettre des données en provenance des éléments de l'environnement extérieur. A titre d'exemple illustrée en figure 3, la source de données peut être un écran plat de visualisation de cockpit. Un tel écran comporte généralement une matrice d'affichage et un rétroéclairage constitué de diodes électroluminescentes blanches ou colorées. On peut alors moduler temporellement ou fréquentiellement cet éclairage de façon à transmettre de l'information aux récepteurs du système de détection de posture. Cette modulation est représentée par une flèche 15 blanche sur la figure 1. On peut également mettre en oeuvre une symbologie appropriée sur l'écran de visualisation. Cette symbologie peut être une mire particulière dédiée à cette fonction de communication. Il est alors possible de coder cette mire de façon que ce code puisse être reconnu par un moyen de reconnaissance approprié porté par le casque. Plus généralement, tout 20 témoin lumineux ou tout autre élément émettant de la lumière peut devenir source d'information pour les moyens de détection du casque. Bien entendu, le codage ne doit pas être perceptible ou gênant pour l'oeil humain. REVENDICATIONS1. Système de visualisation de tête comportant au moins un dispositif de visualisation de tête (V) et un dispositif de détection de posture 5 de tête comportant des premiers moyens d'émission et/ou de réception optique (M), lesdits premiers moyens étant solidaires du dispositif de visualisation de tête, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens sont configurés pour émettre et/ou recevoir des données concernant notamment le fonctionnement du dispositif de visualisation de tête et/ou la présentation 10 d'informations dans ledit dispositif de visualisation de tête. 2. Système de visualisation de tête selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de détection de posture de tête comporte des seconds moyens d'émission et/ou de réception optique solidaires d'une 15 structure fixe, lesdits seconds moyens étant agencés pour émettre et/ou recevoir des données concernant notamment le fonctionnement du dispositif de visualisation de tête et/ou la présentation d'informations dans le dispositif de visualisation de tête. 20 3. Système de visualisation de tête selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les premiers ou les seconds moyens d'émission et/ou de réception optique comportent au moins un marqueur optique actif comportant au moins une diode électroluminescente ou une diode laser. 25 4. Système de visualisation de tête selon la revendication 3, caractérisé en ce que le marqueur optique actif comporte une pluralité de diodes électroluminescentes ou de diodes laser. 30 5. Système de visualisation de tête selon la revendication 4, caractérisé en ce que la répartition géométrique des diodes électroluminescentes ou des diodes laser est représentative du marqueur et/ou des données à transmettre. 6. Système de visualisation de tête selon la revendication 4, caractérisé en ce que la fréquence ou l'amplitude des signaux optiques d'émission des diodes électroluminescentes ou des diodes laser est représentative du marqueur et/ou des données à transmettre. 7. Système de visualisation de tête selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premiers ou les seconds moyens d'émission et/ou de réception optique comportent au moins un micro-afficheur optique reconfigurable. 8. Système de visualisation de tête selon la revendication 7, caractérisé en ce que la configuration du micro-afficheur est représentative dudit micro-afficheur et/ou des données à transmettre. 9. Système de visualisation de cockpit comportant au moins un instrument de planche de bord (D) et un système de visualisation de tête selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'instrument de planche de bord comporte des moyens (E) agencés pour émettre et/ou recevoir des données concernant notamment le fonctionnement du dispositif de visualisation de tête et/ou la présentation d'informations dans ledit dispositif de visualisation de tête. 10. Système de visualisation de cockpit selon la revendication 9, caractérisé en ce que, l'instrument comportant un éclairage, ledit éclairage est modulé de façon à émettre des données concernant notamment le fonctionnement du dispositif de visualisation de tête et/ou la présentation d'informations dans ledit dispositif de visualisation de tête. 11. Système de visualisation de cockpit selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'instrument comportant un afficheur, la symbologie est modulée de façon à émettre des données concernant notamment le fonctionnement du dispositif de visualisation de tête et/ou la présentation d'informations dans ledit dispositif de visualisation de tête.