Brevet FR3092477A1 — publié le 20200814

Description Titre de l'invention : Système de visualisation de casque comportant un visuel de casque amovible compatible de l'utilisation de jumelles [0001] Le domaine technique de l'invention est celui des systèmes de visualisation de casque pour pilotes d'aéronef. Plus précisément, le domaine de l'invention est celui des systèmes combinant, à la fois, des jumelles et un viseur ou un visuel de casque. [0002] Un casque de pilote peut comporter trois équipements de visualisation différents. Il s'agit d'une visière de protection, d'un viseur ou d'un visuel de casque et des jumelles de vision nocturne. Dans la suite de la description, on parlera de visuel de casque pour désigner indistinctement un viseur de casque ou un visuel de casque. Les jumelles peuvent être des jumelles de jour ou des jumelles de nuit. Elles sont alors connues sous l'acronyme « JVN » signifiant « Jumelles de Vision Nocturne ». [0003] Les jumelles de vision nocturne captent la luminosité des objets dans le proche in- frarouge et restituent une image visible grâce à des dispositifs d'intensification de lumière. Elles comportent deux corps identiques. Chacun des corps comportent trois parties principales qui sont un objectif, le dispositif à intensificateur de lumière et un oculaire. Le champ visuel des JVN donné par l'oculaire a généralement un diamètre de 40 degrés. Pour voir la totalité de l'image intensifiée, l'oculaire des JVN se place généralement à 25 millimètres environ de [0004] Un visuel de casque présente une image synthétique ou vidéo à l'infini en super- position sur l'extérieur au moyen d'une optique de projection et d'un combineur ou mélangeur optique. Lc combineur peut être intégré à la visière du casque. Il peut également être intégré au visuel de casque. Pour réduire les dimensions de cet élément, on utilise des combineurs à expansion de pupille. Le combineur est alors une lame optique constituée d'une pluralité de prismes réfléchissants vers l'oeil la lumière de l'image synthétique. [0005] Lc dispositif de visualisation est nécessairement associé à un dispositif de détection de posture. Celui-ci a plusieurs utilités. Il permet de recaler l'image affichée par le dispositif de visualisation. H permet d'asservir un certain nombre de systèmes embarqués sur l'aéronef, tels que certains capteurs d'imagerie ou certains systèmes d'arme. [0006] Une des difficultés de ce type de système de visualisation est qu'il doit être modulaire. Selon les missions de l'aéronef, l'utilisateur doit pouvoir utiliser le casque dans les configurations suivantes : - Casque et visière ; Casque, visière et dispositif de visualisation ; 2 Casque, visière et jumelles ; Casque, visière, dispositif de visualisation et jumelles. [0007] La modularité doit être obtenue sans avoir à effectuer des montages et des dé- montages complexes. Elle doit être rendue possible quelle que soit la taille du casque et les différences morphologiques entre utilisateurs. Par ailleurs, les nécessaires réglages du dispositif de visualisation permettant de compenser les différences morphologiques et d'assurer l'harmonisation avec le dispositif de détection de posture doivent être, si possible, maintenus. [0008] Un système modulable est présenté dans le brevet US 201 2/01 2048 2 intitulé « Modular day mode/night mode helmet-mounted display » permet l'utilisation simultanée d'un dispositif de visualisation et des jumelles grâce à un dispositif d'affichage à combincur mince à expansion de pupille, ce combineur se plaçant entre l'oeil et les JVN, au plus près de l'oculaire. [0009] De jour, un module visière se place sur le casque, de nuit, le module visière est remplacé par les JVN. Le casque est constitué d'un casque de vol dont la visière est retirée et des réceptacles pour le module de visualisation de jour sont ajoutés. [0010] Le principal inconvénient de ce principe est la complexité du passage du mode jour au mode nuit avec la nécessité de stocker momentanément deux modules dans le cockpit. Ce stockage nécessite de disposer des emplacements à proximité du pilote, ce qui est rarement le cas dans des cockpits d'avion ou d'hélicoptères légers. [0011] Un autre inconvénient est lié à l'inclinaison latérale du dispositif d'affichage pour permettre le montage des jumelles Cette inclinaison du dispositif d'affichage ne permet pas d'utiliser la totalité du champ disponible car l'image doit être redimensionnée pour ne pas perturber la vision et l'interprétation du pilote avec des contours inclinés de l'image synthétique. [0012] Le système de visualisation de casque selon l'invention ne présente pas les incon- vénients précédents. Il comporte une structure rigide unique qui peut s'adapter aux différentes tailles de casque. Sur cette structure, sont montées différents organes de fixation permettant de monter la visière, les jumelles et le dispositif de visualisation associé à sa détection de position. Les différents réglages d'adaptation sont disposés sur les jumelles et le dispositif de visualisation. La coque du casque est donc complètement standardisée. Seuls les systèmes de visualisation sont individualisés. [0013] Plus précisément, l'invention a pour objet un système de visualisation modulaire de casque comportant au moins une coque de casque, des jumelles et un dispositif de visualisation, la coque de casque comportant un arceau mécanique monté fixe sur la partie frontale dudit casque, ledit arceau mécanique comportant au moins un premier dispositif d'accrochage des jumelles, caractérisé en ce que ledit arceau comporte un second dispositif d'accrochage du dispositif de visualisation. 3 [0014] Avantageusement, le dispositif de visualisation comporte un dispositif de détection de posture. [0015] Avantageusement, le dispositif de détection de posture comporte une caméra. [0016] Avantageusement, le dispositif de visualisation comporte des réglages de position dans deux plans perpendiculaires de façon à régler la distance séparant la pupille du dispositif de visualisation du vertex du casque et la distance interpupillaire. [0017] Avantageusement, le dispositif de visualisation comporte un combineur optique plat à expansion de pupille de façon que le dispositif de visualisation et les jumelles puissent être montés simultanément sur le casque, le combineur optique étant plaqué devant un des deux oculaires des jumelles. [0018] Avantageusement, le système de visualisation comporte un cache mécanique qui se monte en lieu et place du dispositif de visualisation lorsque celui-ci n'est pas monté sur l'arceau mécanique, la forme du cache étant adaptée de façon à occulter la partie haute du casque. [0019] Avantageusement, le second dispositif d'accrochage comporte une glissière en forme de queue d'aronde. [0020] Avantageusement, le système de visualisation comporte une visière mobile montée sur l'arceau mécanique. [0021] Avantageusement, la visière mobile comporte deux axes de rotation situés symé- triquement de part et d'autre de l'arceau mécanique et à la hauteur du front de l'utilisateur, ladite visière ayant deux positions principales qui sont : - une position d'utilisation basse, appliquée lorsque les jumelles ne sont pas montées dans leur support, dans cette position basse, la visière couvre le dispositif de visualisation et son combineur ; une position d'utilisation haute, appliquée lorsque les jumelles sont montées dans leur support, dans cette position haute, la visière est située sur le haut du casque. [0022] Avantageusement, l'arceau mécanique est fixé sur le casque au moyen de deux ensembles de fixation situés symétriquement de part et d'autre du casque, chaque ensemble de fixation comportant une entretoise d'épaisseur adaptée à la taille du casque, l'arceau mécanique étant de taille unique. [0023] Les dessins annexés illustrent l'invention : [0024] [fig.1] représente une vue de côté du système de visualisation selon l'invention avec son dispositif de visualisation ; [0025] [fig.2] représente une vue de face de l'arceau mécanique et du dispositif de visua- lisation associé selon l'invention ; [0026] [fig.3] représente une vue de face de l'arceau mécanique, du dispositif de visua- lisation et du cache associé selon l'invention ; [0027] [fig.4] représente une vue de côté d'une partie du système de visualisation selon l'invention avec ses jumelles. [0028] [fig.5] représente une vue de côté du système de visualisation selon l'invention portant le dispositif de visualisation, visière baissée ; [0029] [fig.6] représente une vue de côté du système de visualisation selon l'invention portant les jumelles, visière relevée. [0030] Le système de visualisation modulaire selon l'invention comporte essentiellement une coque 1 de casque, un arceau mécanique 2 monté sur la partie frontale de cette coque 1, une visière rabattable 6, un dispositif de visualisation 3, un cache 4 et une paire de jumelles 5. A titre d'exemple, la figure 1 représente une vue de côté de la coque 1, de l'arceau mécanique 2, de la visière 6 et du dispositif de visualisation 3. [0031] La forme générale de cet arceau 2 est un arc de cercle renforcé par des longerons et une casquette supérieure. Ces derniers éléments ne sont pas visibles sur les figures 1, 2 et 3. [0032] Comme on le voit sur les figures 1, 2 et 3, cet arceau 2 comporte les éléments suivants : Des moyens de fixation 21 sur la coque du casque ; Une visière mobile 6 ; Des moyens de fixation et d'articulation 23 de la visière mobile 16 ; Un premier dispositif d'accrochage 25 de jumelles ; Un second dispositif d'accrochage 22 du dispositif de visualisation ; les différentes connexions électriques nécessaires à l'alimentation du dispositif de visualisation et/ou des jumelles. [0033] Les deux moyens de fixation 21 sur la coque du casque sont situés aux deux ex- trémités de l'arceau comme on le voit sur les figures 1, 2 et 3. [0034] Les deux moyens de fixation et d'articulation 23 de la visière mobile 6 sont situés à quelques centimètres et au-dessus et en avant des moyens de fixation 21. La visière 6 est mobile en rotation autour de ses axes. La visière mobile a une double fonction de protection visuelle et mécanique. [0035] La visière mobile 6 est, classiquement, de forme courbe. Elle a une fonction de protection mécanique et optique. Elle peut être teintée pour constituer une visière solaire ou anti-laser. Si le casque est un casque standard adapté, il est avantageux d'utiliser la visière initiale du casque en la réimplantant à une autre position que sa position initiale. On évite ainsi les coûts de développement et d'achat d'une visière spécifique. [0036] La visière a deux positions principales qui sont : une position d'utilisation basse, appliquée lorsque les jumelles ne sont pas montées dans leur support, dans cette position basse, la visière couvre le dispositif de visualisation et son combineur ; une position d'utilisation haute, appliquée lorsque les jumelles sont montées dans leur support, dans cette position haute, la visière est située sur le haut du casque. [0037] L'arceau comporte un premier dispositif d'accrochage 25 de jumelles. Ce premier moyen d'accrochage peut être une rainure en forme de T disposée dans la structure mécanique de l'arceau. D'autres dispositions sont possibles. [0038] L'arceau comporte également un second dispositif d'accrochage 22 du dispositif de visualisation. A titre d'exemple, le second dispositif d'accrochage comporte une glissière en forme de queue d'aronde. Sur les figures 2 et 3, la partie gauche de la rainure 22a de la queue d'aronde est visible sur l'arceau mécanique 2. Sur ces mêmes figures, le tenon 22h de la queue d'aronde disposé sur le dispositif de visualisation est également visible. [0039] Le dispositif de visualisation comporte un ensemble optique, le dispositif de détection de posture 34 et des moyens de réglage 31. L'ensemble optique comprend trois parties principales qui sont un dispositif d'affichage 32, une optique de collimation et un combineur optique 33. [0040] A titre d'exemple, le dispositif d'affichage 32 comporte un écran plat avec sa source d'éclairage et sa carte électronique de pilotage. L'optique de projection assure la collimation de l'image diffusée. Le combincur 33 superpose cette image sur le paysage extérieur. Il est généralement à expansion de pupille. [0041] Un combineur à expansion de pupille est une lame optique mince à faces planes et parallèles dans laquelle est insérée une pluralité de lames semi-réfléchissantes inclinées et parallèles entre elles. L'épaisseur du combineur est de quelques millimètres. Grâce à cette disposition, il est possible d'obtenir, dans un encombrement réduit, une pupille de dimensions suffisantes pour l'observation. La distance séparant le combineur de l'oeil est de l'ordre de 25 millimètres. [0042] Le dispositif de détection 34 de position a plusieurs utilités. Il permet de recaler l'image affichée par le dispositif de visualisation. Il permet d'asservir un certain nombre de systèmes embarqués sur l'aéronef, tels que certains capteurs d'imagerie ou certains systèmes d'arme. [0043] A titre d'exemple, ce dispositif est une micro-caméra à grand champ et haute ré- solution qui détecte des mires spécifiques disposées à des emplacements connus du cockpit. La position et l'orientation de l'image de ces mires permet de déterminer la position et l'orientation de la caméra et, par conséquent du casque sur lequel la caméra est montée. Bien entendu, le système de visualisation selon l'invention n'est pas restreint à ce seul type de détection de position. [0044] Il est essentiel que la liaison mécanique entre ce dispositif de détection est le 6 dispositif de visualisation soit la plus rigide possible de façon que la position du casque déterminée par la caméra soit toujours représentative de la position du dispositif de visualisation. Comme on le voit sur les figures 2 et 3, le dispositif de visualisation et la caméra sont montés sur une structure rigide unique en forme de U. Les branches du U entourent le dispositif d'accrochage des jumelles lorsque le dispositif de visualisation est monté sur l'arceau 2. Cette structure comporte le tenon 22h de la queue d'aronde. [0045] Comme on le voit sur les figures 2 et 3, cc dispositif de détection peut s'encastrer à l'intérieur de l'arceau mécanique qui comporte alors une ouverture 26 débouchant de façon que la caméra ne soit pas occultée. [0046] Le dispositif de visualisation comporte également des moyens de réglages 31 de position dans deux plans perpendiculaires de façon à régler la distance séparant la pupille du dispositif de visualisation du vertex du casque et la distance interpupillairc. La course de ces réglages en translation est de 1 à 3 centimètres. A titre d'exemple comme on le voit sur les figures 2 et 3, il est possible d'utiliser une butée 31a coulissant dans une fenêtre oblongue pour réaliser le réglage vertical. Sur ces figures, le réglage horizontal est réalisé au moyen d'une vis moletée 31h qui prend appui sur un plan. D'autres moyens de réglage sont possibles. [0047] Les jumelles peuvent être des jumelles de jour ou des jumelles de nuit. Lorsque les jumelles sont des jumelles de jour, elles ont un grossissement différent de 1. Dans ce qui suit et à titre d'exemple non limitatif, on considère que les jumelles sont des jumelles de nuit à intensificateur de lumière. Généralement, leur grossissement est de 1. [0048] Dans le cas de la figure 4, les jumelles sont des jumelles de vision de nuit. Les jumelles 5 détachables comportent deux corps 51 identiques assurant l'amplification de la lumière, des moyens de réglages et un support de fixation 52 sur l'arceau mécanique 2. [0049] Chaque corps de jumelles 51 comporte, dans cet ordre, un objectif, un dispositif am- plificateur de lumière de l'image donnée par l'objectif et un oculaire formant de l'image intensifiée une image à l'infini. [0050] Lorsque les jumelles 5 sont montées sur l'arceau 2, il est impératif que les pupilles des oculaires soient le mieux possible centrées sur les pupilles des yeux du pilote. Compte-tenu des différences morphologiques entre les différents utilisateurs, des réglages sont nécessaires pour obtenir ce résultat. Les jumelles comportent généralement quatre axes de réglages qui sont un réglage vertical, un réglage latéral, un réglage longitudinal et un réglage angulaire. [0051] La course de réglage vertical est généralement de 30 millimètres environ, la course de réglage latéral ou d'écart inter pupillaire est généralement supérieure à 20 millimètres, la course de réglage longitudinal est généralement supérieure à 25 millimètres 7 et le réglage angulaire dans le plan vertical est généralement de l'ordre de plus ou moins 10°. [0052] Le système de visualisation est essentiellement modulaire. Il comporte quatre com- binaisons possibles des différents dispositifs décrits ci-dessus. [0053] La première combinaison comporte uniquement le casque et sa visière. Dans cc cas, un cache mécanique 4 se monte en lieu et place du dispositif de visualisation comme on le voit sur la figure 2. Le cache comporte une partie plane 41 horizontale dont la forme est adaptée de façon à occulter la partie haute du casque. Ce cache comporte un tenon 22e en queue d'aronde identique à celui du dispositif de visualisation et qui se monte dans la partie 22a de la queue d'aronde située sur l'arceau. On évite ainsi que de la lumière parasite arrive jusqu'à l'oeil de l'utilisateur. [0054] La seconde combinaison rassemble le casque, sa visière et le dispositif de visua- lisation. Dans cette configuration, il est possible de rabattre la visière devant le dispositif de visualisation comme on le voit sur la figure 5 qui représente une vue de côté du système de visualisation portant le dispositif de visualisation 3. [0055] La troisième configuration comprend le casque, la visière et les jumelles. Dans cette configuration, la visière est nécessairement en position haute sur le haut du casque comme on le voit sur la figure 6 qui représente une vue de côté du système de visualisation portant les jumelles 5. [0056] La quatrième configuration comprend le casque, la visière, le dispositif de visua- lisation et les jumelles. Dans cette configuration, la visière est nécessairement en position haute sur le haut du casque. Le combineur du dispositif de visualisation est alors plaqué contre un des deux oculaires des jumelles. On utilise les différents réglages pour assurer cette fonction. 8