Brevet FR3049721A1 — publié le 20171006

Système de visualisation de tête à bandeaux élastiques 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. 3049721 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 3049721 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 permet d'assurer à la fois une bonne fixation du dispositif de visualisation de casque 15 tout en étant parfaitement compatible du port d'un casque audio standard de type aéronautique. En clair, il est possible de mettre ou d'ôter ce système de visualisation sans toucher au casque audio. 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 20 écouteurs latéraux, ledit système de visualisation comportant au moins un serre-tête et un dispositif de visualisation monté sur ledit serre-tête, caractérisé en ce que ledit serre-tête comporte un appui frontal et deux bras latéraux symétriques, chaque bras comportant une lame élastique et au moins un appui arrière, l'élasticité des lames étant suffisante pour écarter les 25 deux bras latéraux de plusieurs centimètres au moment du montage du serre-tête sur la tête de l'utilisateur portant son casque audio. Avantageusement, chaque bras latéral comporte une patte de fixation sensiblement perpendiculaire audit bras latéral, ladite patte comportant deux appuis arrière disposés à chacune de ses extrémités. 30 Avantageusement, chaque bras comporte une glissière de longueur réglable. 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. 3049721 4 Avantageusement, le dispositif de visualisation comporte un 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. 5 Avantageusement, 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. Avantageusement, le dispositif de visualisation a une première position d'utilisation dans laquelle la lame optique est disposée devant un oeil 10 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. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages 15 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 une vue de dessus du système de visualisation de tête selon l'invention ; La figure 2 représente une vue de profil du système de 20 visualisation de tête selon l'invention monté sur la tête d'un utilisateur ; La figure 3 représente une vue de dessus du système de visualisation de tête selon l'invention monté sur la tête d'un utilisateur. A titre d'exemple non limitatif, la figure 1 représente une vue de 25 dessus 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. La figure 2 représente une vue de profil du système de 30 visualisation selon l'invention de la figure 1 monté sur un casque audio. Ce casque audio comporte un arceau 31, deux écouteurs audio 32 et un microphone 33. La figure 3 représente une vue de dessus du même ensemble comportant le système de visualisation et le casque audio. Le serre-tête comporte un appui frontal 14, deux bras latéraux 35 identiques 11 comportant chacun une patte de fixation 13. 304 9 72 1 5 Chaque bras latéral est composé essentiellement d'une lame élastique. L'utilisateur peut ainsi, au moment de la mise en place du système de visualisation sur sa tête, écarter les deux bras pour mettre en place le système de visualisation sans retirer le casque audio. Cette position des 5 deux bras écartés est représentée en pointillés sur la figure 1, les chevrons indiquant le sens de la force exercée. Chaque patte de fixation 13 est reliée à son bras latéral 11 au moyen d'une glissière 12 de longueur réglable sur plusieurs centimètres de façon à adapter les dimensions du serre-tête aux différentes morphologies 10 de tête. Le réglage est mémorisé soit par un système cranté, soit par l'adhérence et les frottements du bras dans sa glissière. Chaque patte de fixation 13 est sensiblement perpendiculaire à son bras latéral, la patte peut comporter deux appuis arrière 15 disposés à chacune de ses extrémités comme on le voit sur la figure 2. 15 L'appui frontal 14 assure le positionnement en profondeur du dispositif de visualisation 20 et son maintien vertical grâce à sa géométrie remontant sur le haut du front. La liaison entre les bras élastiques et l'appui frontal est élastique ou assurée par un pivot horizontal de manière à épouser la morphologie de la tête. L'appui frontal comporte une mousse de confort 20 dont la surface, l'épaisseur et la résilience sont adaptées à la masse du dispositif de visualisation. Le dispositif de visualisation 20 est monté sur l'appui frontal 14 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 25 serre-tête selon l'invention est compatible du port de modules binoculaires. 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 30 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'ceil de l'utilisateur et la lame optique est de quelques centimètres de façon à permettre le port de lunettes de vue. D'autres solutions optiques sont envisageables. 3049721 6 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 5 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 10 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. 15 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. L'amplitude de ces réglages est de l'ordre d'un à deux centimètres de façon à compenser les différences d'écarts inter-pupillaires. Des repères présents dans l'image permettent de 20 positionner parfaitement le dispositif de visualisation devant l'oeil de l'utilisateur de façon qu'il puisse voir l'ensemble du champ optique donné par le module optique. Le dispositif de visualisation peut être monté sur une rotule articulée de façon à avoir deux positions : une première position d'utilisation 25 dans laquelle la lame optique est disposée devant l'oeil de l'utilisateur et une seconde position de rangement sensiblement perpendiculaire à la première 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 30 présente un premier axe de rotation vertical qui permet de compenser l'angle de rotation du serre-tête afin de conserver le centre du champ du dispositif de 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. 3049721 7 La liaison rotule permet également de pivoter aisément le dispositif de visualisation sans interférer avec le nez. Pour la seule fonction de rangement, un pivot horizontal est suffisant. Les câbles d'alimentation du module optique et de la détection de 5 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. Les avantages principaux du système de visualisation selon l'invention sont sa simplicité de réalisation et sa facilité de mise en oeuvre et 10 de réglage. REVENDICATIONS1. Système de visualisation destiné à être porté par la tête d'un utilisateur portant un casque audio constitué d'un premier arceau (31) et de deux écouteurs latéraux 32), ledit système de visualisation comportant au moins un serre-tête (10) et un dispositif de visualisation (20) monté sur ledit 5 serre-tête, caractérisé en ce que ledit serre-tête (10) comporte un appui frontal (14) et deux bras latéraux symétriques (11), chaque bras comportant une lame élastique et au moins un appui arrière (15), l'élasticité des lames étant suffisante pour écarter les deux bras latéraux de plusieurs centimètres au moment du montage du serre-tête sur la tête de l'utilisateur portant son 10 casque audio. 2. Système de visualisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque bras latéral comporte une patte de fixation (13) sensiblement perpendiculaire audit bras latéral, ladite patte comportant deux 15 appuis arrière (15) disposés à chacune de ses extrémités. 3. Système de visualisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque bras comporte une glissière (12) de longueur réglable. 4. Système de visualisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de visualisation (20) comporte un module optique comprenant un afficheur, une optique de collimation et une lame optique mince (24) de superposition d'images. 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. 30 6. Système de visualisation selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'ensemble de détection de posture est hybride et comporte un système de reconnaissance optique (22) et un capteur inertiel (23). 20 25 3049721 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 5 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 10 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.