Brevet FR3049722A1 — publié le 20171006

Système de visualisation de tête à pontets pour aéronef compatible d'un casque audio Le domaine de l'invention est celui des systèmes de visualisation portés par la tête d'un utilisateur. Ces systèmes permettent en particulier l'affichage d'informations en superposition sur le paysage extérieur. On les connaît notamment sous le terme anglais de « See-through HMD », « HMD » étant l'acronyme de « Head Mounted Display ». Ils peuvent être monoculaires ou binoculaires. Ils sont utilisés dans différentes applications. Ils sont notamment utilisés dans les cockpits d'aéronefs civils et militaires pour présenter au pilote des informations essentielles concernant le pilotage ou la navigation. Dans ce type d'applications, ils sont associés aux moyens de communication audio également portés par la tête de l'utilisateur. Pour présenter des informations en position conforme, c'est-à-dire à l'emplacement exact que ces informations occupent sur l'extérieur, il est nécessaire de parfaitement connaître l'orientation ou la posture du système de visualisation dans l'espace. Aussi, le dispositif de visualisation est également associé à un système de détection de posture. Les dispositifs de visualisation portés par la tête sont généralement montés sur un casque. Le casque est destiné à la protection aux chocs et supporte la fonction communication audio comprenant les deux écouteurs et le microphone. Le casque de protection et de communication réalise l'interface avec la tête et sert également de support au dispositif d'affichage. Ces dispositifs de visualisation montés sur casque sont aujourd'hui réservés au domaine militaire ou paramilitaire. Les dispositifs de visualisation montés sur la tête présentent également un intérêt pour des applications civiles en aviation générale ou commerciale. Pour ces applications civiles, le port d'un casque de protection n'est ni indispensable ni souhaitable. En effet, un casque présente un encombrement trop important en cockpit. Par ailleurs, il procure une sensation de chaleur et d'isolement. Enfin, la vision par les passagers d'un pilote casqué peut poser des problèmes d'image aux compagnies aériennes. 3049722 2 Le casque de communication audio fait partie de l'équipement et des codes visuels des pilotes de l'aviation civile. Le montage d'un dispositif d'affichage compact et discret compatible du casque audio ajoute une image «connectée» acceptable par le pilote et les passagers. 5 Il existe des dispositifs civils grand public de réalité augmentée dits « see-through » susceptibles d'afficher les informations de vol. Ces dispositifs sont généralement des lunettes telles les « Google Glass » développées par la société Google. Ces lunettes très légères ne sont généralement pas compatibles ni du port de lunettes de vue, ni des casques 10 de communication audio, ni des masques respiratoires utilisées en aéronautique. D'autre part, ces systèmes n'ont pas les performances requises pour des applications aéronautiques. Des harnais de tête comportant des fixations réglables ou élastiques ont également été réalisés permettant de fixer des systèmes 15 optiques comme des caméras miniatures développées par la société GoPro ou des loupes binoculaires chirurgicales. Ces systèmes ne sont pas conçus pour être compatibles de port de casque audio ni pour être utilisés dans un environnement aéronautique. Il existe aussi des projets de casques audio comportant un 20 dispositif de visualisation pour des applications grand public mais les performances du dispositif d'affichage ou de détection de posture ne sont pas applicables à une utilisation aéronautique, en particulier pour des raisons de précision de conformité des images présentées avec le paysage réel et de fiabilité et de visibilité de ces informations. L'isolation phonique doit 25 également être assurée avec une très grande efficacité de façon à protéger le pilote des bruits environnants. Enfin, la société Elbit a développé un système de visualisation connu sous la marque « SkylensTm » logé dans un masque de type masque de ski et qui se fixe sur la tête au moyen d'un bandeau élastique. Ce 30 système ne peut pas être monté facilement en présence d'un casque de communication audio. Un dispositif d'affichage et de détection de posture destiné à une utilisation aéronautique a une masse d'au moins 200 g. Il est donc 35 nécessaire de le disposer devant l'oeil du pilote de façon que la masse et 3049722 3 l'inertie du dispositif de visualisation n'entraine pas un glissement vers l'avant de l'ensemble conduisant à la perte visuelle de l'information. Un équilibrage du moment induit par cette masse est donc nécessaire. Ce moment peut être compensé par un appui sur le nez ou le visage. Ces dernières solutions ne 5 sont pas ou peu compatibles avec le port de lunettes de vue ou de soleil. Ce moment peut également être compensé par l'ajout d'un lest d'équilibrage ou d'un appui sur l'arrière de la tête. Pour être efficace, le lest ou l'appui doivent se trouver à la base du crâne au niveau de l'inion ou de la nuque de l'utilisateur. La solution de l'appui sur la nuque est plus légère et 10 moins fatigante sur les longs trajets que le lest. Cependant, ce système doit rester compatible du port de casque de communication audio. Le système de visualisation de tête selon l'invention ne présente pas les inconvénients précédents. Il comporte un serre-tête comprenant des 15 pontets latéraux qui permettent de monter le système sur la tête de l'utilisateur, même si celui-ci porte un casque audio. Il permet ainsi d'assurer à la fois une bonne fixation du dispositif de visualisation de casque tout en étant parfaitement compatible du port d'un casque audio standard de type aéronautique. 20 Plus précisément, l'invention a pour objet un système de visualisation destiné à être porté par la tête d'un utilisateur portant un casque audio constitué d'un premier arceau et de deux écouteurs latéraux, ledit système de visualisation comportant au moins un serre-tête en forme de bandeau et un dispositif de visualisation monté sur ledit serre-tête, 25 caractérisé en ce que ledit serre-tête comporte deux pontets latéraux symétriques, chaque pontet étant en forme d'arche de façon à ménager une ouverture de quelques centimètres entre ladite arche et la tête de l'utilisateur de façon que, lorsque le système est porté par la dite tête, ladite ouverture est suffisante pour laisser passer un des deux bras latéraux du premier 30 arceau. Avantageusement, le serre-tête comporte un second arceau de tête réglable en longueur. Avantageusement, le serre-tête comporte une cale de nuque réglable en longueur. 3049722 4 Avantageusement, le dispositif de visualisation comporte un module optique comprenant un afficheur, une optique de collimation et une lame optique mince de superposition d'images. Avantageusement, le dispositif de visualisation comporte un 5 ensemble de détection de posture fixé sur le module optique. Avantageusement, l'ensemble de détection de posture est hybride et comporte un système de reconnaissance optique et un capteur inertiel. Avantageusement, le serre-tête comporte des moyens de translation et de rotation du dispositif de visualisation, lesdits moyens de 10 rotation comportant un pivot ou une rotule articulés. Avantageusement, le dispositif de visualisation a une première position d'utilisation dans laquelle la lame optique est disposée devant un oeil de l'utilisateur et une seconde position de rangement, ladite seconde position étant sensiblement perpendiculaire à la première position, la lame optique 15 étant disposée au niveau du front de l'utilisateur dans cette seconde position. 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 : 20 La figure 1 représente une vue en perspective d'un système de visualisation de tête selon l'invention ; La figure 2 représente un casque audio de type aéronautique ; La figure 3 représente un système de visualisation de tête selon l'invention monté sur le casque audio de la figure 2 ; 25 La figure 4 représente une vue de face d'un système de visualisation de tête selon l'invention en position d'utilisation ; La figure 5 représente une vue de face d'un système de visualisation de tête selon l'invention en position de rangement. 30 A titre d'exemple non limitatif, la figure 1 représente une vue en perspective d'un système de visualisation de tête selon l'invention. Ce système de visualisation comporte essentiellement deux parties principales qui sont un serre-tête 10 en forme de bandeau et un dispositif de visualisation 20 monté sur ledit serre-tête. 3049722 Le serre-tête comporte un appui frontal 11, deux pontets latéraux identiques 12D et 12G, un repose-nuque 14 et un arceau de tête 16. Les pontets latéraux sont en forme d'arche et comportent chacun une ouverture 13D ou 13G située au niveau des oreilles d'un utilisateur. La 5 largeur de cette ouverture est comprise entre un à deux centimètres et sa longueur est de trois à cinq centimètres de façon à ménager un espace suffisant entre la tête de l'utilisateur et le serre-tête. Cet espace permet de monter le système de visualisation sur la tête d'un utilisateur portant un casque audio sans qu'il lui soit nécessaire d'enlever son casque audio. Les 10 pontets ont un profil extérieur lisse et arrondi afin d'éviter les risques d'accrochage avec des câbles extérieurs. Le repose-nuque 14 comporte deux bras de longueur réglable au moyen d'une molette 15. Ce réglage peut être réalisé, par exemple, au moyen d'un système à crémaillère ou de tout autre moyen de réglage 15 mécanique. Ce réglage est de quelques centimètres, suffisant pour adapter le serre-tête aux variations morphologiques des têtes humaines. De la même façon, l'arceau 16 comporte également deux bras de longueur réglable au moyen d'une molette 17. Ce réglage peut être réalisé, là aussi, au moyen d'un système à crémaillère ou de tout autre moyen de réglage mécanique. 20 Cet arceau est situé en avant des pontets de façon à laisser passer un casque audio. Les réglages sont mémorisés soit par un système cranté, soit par l'adhérence et les frottements des bras dans leurs glissières. La figure 2 représente un casque audio 30 de type aéronautique. Il comporte un arceau 31, deux écouteurs audio 32 et un microphone 33. La 25 figure 3 représente le système de visualisation selon l'invention de la figure 1 monté sur le casque audio de la figure 2. Pendant les phases de mise en place ou d'enlèvement du système de visualisation, les bras porte-écouteurs du casque audio passent librement à travers les ouvertures 13D et 13G des pontets. L'arceau 16 du serre-tête est disposé en avant de l'arceau 31 du 30 casque audio. Le dispositif de visualisation 20 est monté sur l'appui frontal 11 du serre-tête. Il comporte un module optique et un ensemble de détection de posture. Sur les différentes figures, le module optique est monoculaire. Le serre-tête selon l'invention est compatible du port de modules binoculaires. 3049722 6 Le module optique comprend un afficheur, une optique de collimation et une lame optique mince 24 de superposition d'images. Généralement, l'afficheur est une micro-matrice à cristaux liquides à forte luminance, l'optique de collimation est une optique centrée donnant de 5 l'imageur une image à l'infini. La lame optique est une lame mince comportant une pluralité de lames semi-réfléchissantes internes inclinées assurant à la fois la transmission de l'image collimatée et sa superposition sur l'extérieur. La distance entre l'oeil de l'utilisateur et la lame optique est de quelques centimètres de façon à permettre le port de lunettes de vue. 10 D'autres solutions optiques sont envisageables. L'ensemble de détection de posture est solidaire du module optique. Il est situé dans la zone frontale. Cet ensemble permet de localiser parfaitement le système de visualisation dans un repère lié à l'aéronef ou dans un repère terrestre. On peut ainsi générer des images conformes qui se 15 superposent exactement au paysage extérieur. Préférentiellement, l'ensemble de détection de posture est hybride et comporte un système de reconnaissance optique 22 et un capteur inertiel 23 comme représenté sur la figure 1. Le système de reconnaissance optique intègre une caméra associée à un logiciel de reconnaissance de forme et un 20 algorithme de calcul de distance et de position. Le capteur inertiel permet une compensation du temps de calcul des distances et des positions par une prédiction du mouvement. La précision du système est assurée par le système de reconnaissance optique et la cadence de rafraîchissement par le capteur inertiel. 25 L'appui frontal comporte des réglages mécaniques en translation et en rotation permettant de positionner parfaitement le dispositif de visualisation devant l'oeil de l'observateur. Des repères présents dans l'image permettent de positionner parfaitement le dispositif de visualisation devant l'oeil de l'utilisateur de façon qu'il puisse voir l'ensemble du champ optique 30 donné par le module optique. La translation verticale du dispositif de visualisation est réalisée par la tension de l'arceau de tête 16 au moyen de la molette 17, la translation latérale est réalisée par une faible rotation du serre-tête autour de la tête. Comme on le voit sur les figures 4 et 5, le dispositif de visualisation peut être monté sur un pivot ou une rotule articulée 21 de façon 3049722 7 à avoir deux positions : une première position d'utilisation illustrée sur la figure 4, dans laquelle la lame optique est disposée devant l'ceil de l'utilisateur et une seconde position de rangement illustré par la figure 5, ladite seconde position étant sensiblement perpendiculaire à la première 5 position, la lame optique étant disposée au niveau du front de l'utilisateur dans cette seconde position. La liaison rotule entre le serre-tête et le dispositif d'affichage présente un premier axe de rotation vertical qui permet de compenser l'angle de rotation du serre-tête afin conserver le centre du champ du dispositif de 10 visualisation dans l'axe de la tête et un second axe de rotation sensiblement horizontal qui permet de pivoter le dispositif de visualisation hors du champ visuel en position de rangement. La liaison rotule permet également de pivoter aisément le dispositif de visualisation sans interférer avec le nez. Pour la seule fonction 15 de rangement, un pivot horizontal est suffisant. Les câbles d'alimentation du module optique et de la détection de posture cheminent au travers de la rotule articulée et le long du serre-tête et sortent devant l'oreille pour ne pas interférer avec le cordon d'alimentation du casque audio. Ces câbles ne sont pas représentés sur les différentes figures. 20 REVENDICATIONS1. Système de visualisation destiné à être porté par la tête d'un utilisateur portant un casque audio (30) constitué d'un premier arceau (31) et de deux écouteurs latéraux (32), ledit système de visualisation comportant au moins un serre-tête (10) en forme de bandeau et un dispositif de 5 visualisation (20) monté sur ledit serre-tête, caractérisé en ce que ledit serre-tête comporte deux pontets latéraux symétriques (12D, 12D), chaque pontet étant en forme d'arche de façon à ménager une ouverture (13D, 13G) de quelques centimètres entre ladite arche et la tête de l'utilisateur de façon que, lorsque le système est porté par la dite tête, ladite ouverture est 10 suffisante pour laisser passer un des deux bras latéraux du premier arceau. 2. Système de visualisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le serre-tête comporte un second arceau de tête (16) réglable en longueur. 15 3. Système de visualisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le serre-tête comporte une cale de nuque (14) réglable en longueur. 20 4. Système de visualisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de visualisation comporte un module optique comprenant un afficheur, une optique de collimation et une lame optique (24) mince de superposition d'images. 25 5. Système de visualisation selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de visualisation comporte un ensemble de détection de posture (22, 23) fixé sur le module optique. 6. Système de visualisation selon la revendication 5, caractérisé 30 en ce que l'ensemble de détection de posture est hybride et comporte un système de reconnaissance optique (22) et un capteur inertiel (23). 3049722 9 7. Système de visualisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le serre-tête comporte des moyens de translation et de rotation du dispositif de visualisation, lesdits moyens de rotation comportant un pivot ou une rotule articulés (21). 8. Système de visualisation selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif de visualisation a une première position d'utilisation dans laquelle la lame optique est disposée devant un oeil de l'utilisateur et une seconde position de rangement, ladite seconde position étant sensiblement perpendiculaire à la première position, la lame optique étant disposée au niveau du front de l'utilisateur dans cette seconde position.