CN109073890A - 具有与音频头戴式耳机兼容的搭扣的飞行器头戴式可视化系统 - Google Patents

Abstract

本发明的总体领域是可视化系统，所述可视化系统用于由使用者的头部佩戴，使用者佩戴包括第一箍(31)和两个侧面听筒(32)的音频头戴式耳机(30)，所述可视化系统包括至少一个条带形式的头带(10)和安装在所述头带上的可视化装置(20)。根据本发明的头带包括两个对称的侧面搭扣(12D，12G)，每个搭扣为拱形的形式，以便在所述拱形和使用者的头部之间形成数厘米的开口(13G，13D)，使得当该系统被佩戴在所述头部上时，所述开口足以允许第一箍的两个侧臂中的一个通过。

Description

具有与音频头戴式耳机兼容的搭扣的飞行器头戴式可视化 系统

技术领域

本发明的领域是由使用者的头部佩戴的可视化系统。具体地，这些系统允许显示叠加在外部景观上的信息。现在，这些特别地被称为术语“穿透式HMD”，“HMD”是“头戴式显示器”的首字母缩写。它们可以是单眼的或双眼的。它们用于各种应用中。

背景技术

特别地，它们用于民用和军用飞行器的驾驶舱，以向飞行员呈现有关领航或导航的基本信息。在这种类型的应用中，它们与也由使用者的头部佩戴的音频通信装置相关联。为了在共形位置(也就是说在该信息在外部占据的确切位置处)呈现信息，有必要完全了解可视化系统在空间中的方向或姿态。因此，可视化装置还与姿态检测系统相关联。

由头部佩戴的可视化装置通常安装在头戴式耳机上。该头戴式耳机旨在用于冲击保护，并支持包括两个听筒和麦克风的音频通信功能。该保护和通信头戴式耳机产生与头部的相互作用，并且还用作显示装置的支架。这些安装在头戴式耳机上的可视化装置目前仅供军队或准军事领域使用。

头戴式可视化装置还为一般或商业民用航空应用提供了益处。对于这些民用应用，佩戴保护性头戴式耳机既不必要也不合适。实际上，在驾驶舱中头戴式耳机显得体积过大。而且，它给人一种热感和隔离感。最后，乘客看到佩戴头戴式耳机的飞行员可能给航空公司带来形象问题。

音频通信头戴式耳机形成了民用航空飞行员的装置和视码的一部分。安装与音频头戴式耳机兼容的紧凑且分立的显示装置增加了飞行员和乘客可接受的“连接的”图像。

存在一些能够显示航班信息的流行的称为“穿透式(see-through)”的民用增强现实装置。这些装置通常是眼镜，例如Google公司开发的“Google眼镜”。这些非常轻便的眼镜通常与视觉眼镜、音频通信耳机或航空中使用的呼吸面罩的佩戴不兼容。而且，这些系统不具备航空应用所需的性能水平。

还生产了包括可调节或弹性紧固件的头部辔带，其可以固定光学系统，例如由GoPro公司开发的微型摄像机或外科双目放大镜。这些系统没有设计成与音频耳机的佩戴兼容或用于航空环境。

还存在包括用于用户应用的可视化装置的音频头戴式耳机设计，其中显示器或姿态检测装置的性能水平不适用于航空用途，特别是出于与真实景观一起呈现的图像的一致性以及这些信息的可靠性和可见性的准确性原因。还必须确保声音隔离具有非常高度的有效性，以便保护飞行员免受周围噪声的影响。

最后，Elbit公司开发了一种名为“Skylens^TM”的可视化系统，该系统封装在用弹性带固定在头部的滑雪面罩式面罩中。在存在音频通信耳机的情况下，不能容易地安装该系统。

用于航空用途的显示和姿态检测装置具有至少200g的重量。因此，必须将显示和姿态检测装置布置在飞行员的眼睛前方，使得可视化装置的重量和惯性不会导致组件的向前滑动而引起视觉上的信息丢失。因此需要平衡由该重量引起的力矩。这个力矩可以通过在鼻子或脸上的支承件来补偿。后者的解决方案很少或根本不与视镜或太阳镜的佩戴兼容。

这个力矩也可以通过在头的后部增加平衡配重或支承件来补偿。为了有效，配重或支承件必须位于与使用者的枕外隆凸尖齐平的颅骨底部或使用者的颈背处。与配重相比，颈背支承件的解决方案在长途旅行中更轻且减少疲劳。然而，该系统必须与音频通信头戴式耳机的佩戴保持兼容。

发明内容

根据本发明的头戴式可视化系统没有上述缺点。它包括头带，头带包括横向搭扣，使得即使用户的头部正在佩戴音频头戴式耳机，也可以将系统安装于用户的头部。因此，它使得可以既确保头戴式耳机可视化装置的良好固定，同时又与佩戴航空类型的标准音频头戴式耳机完美兼容。

更具体地，本发明的主题是一种可视化系统，所述可视化系统用于由使用者的头部佩戴，使用者佩戴包括第一箍和两个侧面听筒的音频头戴式耳机，所述可视化系统包括至少一个条带形式的头带和安装在所述头带上的可视化装置，所述可视化系统的特征在于，所述头带包括两个对称的侧面搭扣，每个搭扣为拱形的形式，以便在所述拱形和使用者的头部之间形成数厘米的开口，使得当所述头部佩戴该系统时，所述开口足以允许第一箍的两个侧臂中的一个通过。

有利地，所述头带包括可以调节长度的第二头箍。

有利地，所述头带包括可以调节长度的颈背支托。

有利地，所述可视化装置包括光学模块，所述光学模块包括显示器、准直光学器件和用于叠加图像的薄光学板。

有利地，所述可视化装置包括固定于光学模块的姿态检测组件。

有利地，所述姿态检测组件是混合的并且包括光学识别系统和惯性传感器。

有利地，所述头带包括用于平移和旋转所述可视化装置的装置，所述旋转装置包括铰接枢轴或球形接头。

有利地，所述可视化装置具有：第一使用位置，其中，所述光学板布置在所述使用者的眼睛前方；以及第二搁置位置，所述第二位置大体上垂直于第一位置，在该第二位置光学板与使用者的前额齐平。

附图说明

通过阅读以下以非限制性方式给出的描述并且通过附图，将更好地理解本发明，并且其他的优势将变得清楚，其中：

图1示出了根据本发明的头戴式可视化系统的立体图；

图2示出了航空类型的音频头戴式耳机；

图3示出了安装在图2的音频头戴式耳机上的根据本发明的头戴式可视化系统；

图4示出了根据本发明的头戴式可视化系统在使用位置的前视图；

图5示出了根据本发明的头戴式可视系统在搁置位置的前视图。

具体实施方式

作为非限制性示例，图1示出了根据本发明的头戴式可视化系统的立体图。该可视化系统基本上包括两个主要部分，它们是条带形式的头带10和安装在所述头带上的可视化装置20。

头带包括前支承件11、两个完全相同的侧面搭扣12D和12G、颈背支托14(repose-nuque)和头箍16。

侧面搭扣呈拱形，并且每个侧面搭扣都包括与使用者的耳朵齐平的开口13D或13G。该开口的宽度在一厘米到两厘米之间，并且其长度为三厘米至五厘米，以便在使用者的头部和头带之间形成足够的空间。该空间使得可以将可视化系统安装在佩戴音频头戴式耳机的使用者的头部上，而无需他或她移除他或她的音频头戴式耳机。搭扣具有光滑的半球型的外形，以避免外部电缆卡住的风险。

颈背支托14包括两个臂，所述臂的长度可通过指轮15调节。这种调节可以例如通过齿条系统或任何其他机械调节装置来完成。这种调节为数厘米，足以使头带适应人体头部的形态变化。类似地，头箍16也包括两个臂，所述臂的长度可通过指轮17调节。在此，这种调节也可以通过齿条系统或任何其他机械调节装置来完成。该头箍位于搭扣前方，以允许音频头戴式耳机通过。这些设置可以通过切口系统记忆，或可以通过臂在其滑行装置中的粘附和摩擦来记忆。

图2示出了航空类型的音频头戴式耳机30。它包括箍31、两个音频听筒32和麦克风33。图3示出了安装在图2的音频头戴式耳机上的根据图1的本发明的可视化系统。在放置或移除可视化系统的阶段期间，音频头戴式耳机的听筒支承臂自由地穿过搭扣的开口13D和13G。头带的箍16布置在音频头戴式耳机的箍31的前方。

可视化装置20安装在头带的前支承件11上。它包括光学模块和姿态检测组件。在各个附图中，光学模块是单眼的。根据本发明的头带与双眼模块的佩戴兼容。

光学模块包括显示器、准直光学器件和用于叠加图像的薄光学板24。通常，显示器是具有强亮度的液晶微矩阵。准直光学器件是一个居中的光学器件，为成像器提供无限远的图像。光学板是薄板，包括多个倾斜的内部半反射板，确保准直图像的透射和其在外部的叠加。使用者的眼睛与光学板之间的距离为几厘米，以允许佩戴视镜。可以设想其他光学解决方案。

姿态检测组件固定到光学模块。它位于前方区域。该组件使得可以将在关联到飞行器的参考系或地面参考系中完美地定位可视化系统。因此可以生成精确叠加在外部景观上的共形图像。

优选地，姿态检测组件是混合的并且包括光学识别系统22和惯性传感器23，如图1所示。光学识别系统包括与形状识别软件相关联的摄像机以及距离和位置计算算法。惯性传感器允许通过运动预测来补偿距离和位置计算时间。光学识别系统确保系统的准确性，惯性传感器确保刷新率。

前支承件包括机械平移和旋转调节，使得可以将可视化装置完美地定位在观察者的眼睛前方。图像中出现的标记使得可以将可视化装置完美地定位在使用者眼睛的前方，使得他或她可以看到光学模块给出的全部光场。

可视化装置的竖直平移通过头箍16借助于指轮17的拉紧而产生，侧向平移通过头带绕头部的少量旋转而产生。

如在图4和图5中可以看到的，可视化装置可以安装于铰接枢轴或球形接头21，以便具有两个位置：图4所示的第一使用位置，其中，光学板布置在使用者的眼睛前方；以及图5所示的第二搁置位置，所述第二位置大致上垂直于第一位置，在该第二位置光学板与使用者的前额齐平。

头带和显示装置之间的球形接头连杆具有第一竖直旋转轴和第二基本水平旋转轴，第一竖直旋转轴使得可以补偿头带的旋转角度，以便将可视化装置的视野的中心保持在头部的轴线上；第二基本水平旋转轴使得可以将可视化装置从视野中枢转出到搁置位置。

球形接头连杆还使得可以容易地枢转可视化装置而不会触动鼻子。仅对于搁置功能，水平枢轴就足够了。

用于光学和姿态检测模块的电源线穿过铰接的球形接头并沿着头带在耳朵前方离开，以便不妨碍音频头戴式耳机电源线。这些电缆未在各个附图中示出。

Claims (8)

1.一种可视化系统，其用于由使用者的头部佩戴，使用者佩戴包括第一箍(31)和两个侧面听筒(32)的音频头戴式耳机(30)，所述可视化系统包括至少一个条带形式的头带(10)和安装在所述头带上的可视化装置(20)，其特征在于，所述头带包括两个对称的侧面搭扣(12D，12D)，每个搭扣为拱形的形式，以便在所述拱形和使用者的头部之间提供数厘米的开口(13D，13G)，使得当所述头部佩戴该系统时，所述开口足以允许第一箍的两个侧臂中的一个通过。

2.根据权利要求1所述的可视化系统，其特征在于，所述头带包括能够调节长度的第二头箍(16)。

3.根据权利要求1所述的可视化系统，其特征在于，所述头带包括能够调节长度的颈背支托(14)。

4.根据权利要求1所述的可视化系统，其特征在于，所述可视化装置包括光学模块，所述光学模块包括显示器、准直光学器件和用于叠加图像的薄光学板(24)。

5.根据权利要求4所述的可视化系统，其特征在于，所述可视化装置包括固定于光学模块的姿态检测组件(22，23)。

6.根据权利要求5所述的可视化系统，其特征在于，所述姿态检测组件是混合的，并且包括光学识别系统(22)和惯性传感器(23)。

7.根据前述权利要求中的一项所述的可视化系统，其特征在于，所述头带包括用于平移和旋转所述可视化装置的装置，所述旋转装置包括铰接枢轴或球形接头(21)。

8.根据权利要求7所述的可视化系统，其特征在于，所述可视化装置具有：第一使用位置，其中，所述光学板布置在使用者的眼睛前方；以及第二搁置位置，所述第二位置大体上垂直于第一位置，在该第二位置光学板与使用者的前额齐平。