FR2717048A1 - Casque communicant autonome. - Google Patents

Abstract

Un boîtier électronique (B0, B1) est logé dans ou sur un casque (C), auquel sont intégrées des antennes (A0-A4), en structure conforme plate, de même qu'une partie au moins de leur liaison (J, K, L) au boîtier électronique. La partie rayonnante de la ou des antennes (A0-A4) est du type à structure micro-ruban, et en forme de pavés circulaires. Les liaisons (J, K, L) sont également des lignes micro-ruban, avec adaptation. Les boîtiers électroniques et leur alimentation (B0, B1) sont logés entre la coque du casque et sa partie coiffante. Une antenne (A0), disposée au sommet du casque, permet notamment une fonction de localisation. Les quatre autres antennes (A1-A4), régulièrement réparties sur sa périphérie latérale, permettent une fonction de communication sensiblement omnidirectionnelle. Ces moyens électroniques opèrent à une fréquence supérieure à environ 0,5 GHz.

Description

CASQUE COMMUNICANT AUTONOME.

L'invention concerne les casques, notamment de protection.

Le porteur d'un casque est souvent isolé de son environnement, par le casque lui-même et/ou par le fait le port du casque est associé à une ambiance bruyante: motocyclistes, ou chantiers de travaux publics par exemple.

Il est donc intéressant d'équiper le porteur d'un casque de moyens de communication. Ainsi, on pense naturellement à équiper le casque d'écouteurs et d'un microphone. Certains autres éléments peuvent être fixés au casque: il est par exemple connu de munir un casque de protection d'une antennefouet.

Le reste des moyens de communication, électronique, antennes et alimentation, est réparti au mieux sur l'individu porteur du casque.

Ce que l'on obtient ainsi n'est pas entièrement satisfaisant en pratique, ne fût-ce qu'à cause des difficultés rencontrées pour revêtir un tel équipement.

La présente invention, qui part de différentes constatations effectuées par la Demanderesse, vient améliorer la situation.

On part d'un dispositif d'équipement individuel, comprenant un casque et des moyens de communication, comportant au moins un boîtier électronique et au moins une antenne.

Selon un premier aspect de l'invention, un boîtier électronique, contenant au moins une partie des moyens de communication, est logé dans ou sur le casque; et la ou les antennes sont intégrées au casque, en structure conforme plate, de même qu'une partie au moins de leur liaison au boîtier électronique.

Avantageusement, la ou les antennes sont du genre antenne imprimée sur substrat double face ou multicouches. De préférence, la partie rayonnante de la ou des antennes est du type à structure micro-ruban. Les antennes peuvent être en forme de pavés, de préférence circulaires, ou d'une autre structure plate compatible avec une intégration multicouches.

En principe, lesdites liaisons sont également des lignes micro-ruban, avec adaptation. Ces lignes micro-ruban peuvent être de technologie dite "microstrip" ou "tri-plaque".

Avantageusement, le boîtier électronique et son alimentation sont logés entre la coque du casque et sa partie coiffante.

Ceci peut opérer à une fréquence supérieure à environ 0,5
GHz.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 illustre schématiquement un casque avec sa partie coiffante interne; - la figure 2 illustre schématiquement un ensemble écouteur-microphone susceptible d'être incorporé à un tel casque; - la figure 3 illustre schématiquement la mise en oeuvre d'un dispositif selon l'invention, conformé, sur un casque; - la figure 4 est un dessin à l'échelle des dispositifs d'antenne et de leurs interconnexions, tels qu'incorporés au casque, mais rabattus sur une surface plane; et - les figures 5 et 6 sont deux vues complémentaires montrant mieux la mise en oeuvre de mêmes dispositifs, mais de façon conformée sur le casque.

Les dessins annexés sont, pour l'essentiel, de caractère certain. En conséquence, ils font partie intégrante de la description, et pourront non seulement servir à mieux faire comprendre celle-ci, mais aussi contribuer à la définition de l'invention, le cas échéant.

Sur la figure 1, le casque C comporte une coquille de protection C1, et une partie coiffante interne C2, convenablement reliée à la partie
C1. Cette partie C2 peut être constituée soit sous la forme d'un rembourrage convenable de l'intérieur de la coquille, soit sous la forme d'une armature convenablement fixée à l'intérieur de la même coquille, soit de toute autre manière équivalente.

Il a tout d'abord été observé que les matériaux constitutifs de différents casques, notamment de protection, présentent (ou peuvent être choisis pour présenter), sous réserve éventuellement d'aménagements simples, une constante diélectrique compatible avec une large part des longueurs d'onde hyperfréquences.

La Demanderesse a également relevé que l'on peut construire, à l'heure actuelle, un émetteur-récepteur téléphonique POINTEL qui, alimentation comprise, tient dans un volume logeable entre la coque rigide d'un casque et la partie coiffante interne de celui-ci, qu'il s'agisse d'un sous-casque ou d'un rembourrage. De même, on peut loger dans ce volume un récepteur GPS, alimentation comprise.

Un apport important de la présente invention consiste à permettre l'intégration d'une ou plusieurs antennes au casque- lui-même, et leur liaison à l'électronique logée à l'intérieur, et ce sans perturber la fonction protectrice du casque, ni adorner le casque d'antennesfouet ou autres protubérances incommodes.

Il est alors possible d'y ajouter une paire d'écouteurs et un microphone ou un ostéophone: sur la figure 2, on reconnaît en El et E2 deux écouteurs susceptibles d'être incorporés au casque, et en M1 un microphone ou moyen équivalent, tel qu'un ostéophone (l'équivalent d'un microphone, couplé au larynx à travers le cou).

La figure 3 fait apparaître-deux boîtiers électroniques BO et B1. Le boîtier BO est par exemple un récepteur satellite GPS (Global Posi tioning System"), que l'on sait maintenant réaliser sous une très petite taille, permettant de l'incorporer entre les parties C1 et C2 du casque, sous réserve d'une éventuelle conformation du boîtier. Ce récepteur peut contenir sa propre alimentation par piles.

De même, le boîtier B1 est incorporé entre les parties C1 et C2 du casque, et contient son alimentation par piles. Il peut là aussi s'agir d'un boîtier conformé contenant un dispositif POINTEL, également connu sous le nom de BI-BOP-(Marques déposées).

Par exemple, on sait réaliser aujourd'hui des postes POINTEL qui, pour un poids de 160 g, et avec alimentation par piles bâtons, sont susceptibles d'être autonomes pendant 60 heures en veille, 6 heures en communication continue, et 30 heures pour un régime normal de communication alternant avec la veille. Avant toute optimisation, de tels bol- tiers occupent par exemple un volume de l'ordre de 4 x 6 x 0,8 cm.

Ces observations étant faites, il ne reste donc qu'à définir le système d'antenne pour ces dispositifs. Il est illustré sur les figures 3 et suivantes.

La figure 4 illustre ce dispositif d'antenne "mis à plat". Elle est donc à l'échelle, qui est illustrée sur le dessin.

L'ensemble est ici réalisé sous la forme d'antennes imprimées double face, y compris les connexions.

La technologie de ces antennes est de préférence de type "micro-strip" (une ligne conductrice au dessus d'un plan-masse). Ainsi, les éléments rayonnants sont constitués d'un pavé circulaire (ou d'une autre forme) placé au-dessus d'une couche diélectrique d'épaisseur et de caractéristiques diélectriques choisies. Au dessous est prévu un plan masse qui est en principe de taille légèrement supérieure. Sur la figure 4, les pavés eux-mêmes sont illustrés en traits pleins, et les plans masses en traits tiretés. Les largeurs ont en principe respectées, dans la mesure où le dessin l'a permis.

Une variante consiste à réaliser les connexions et/ou les parties rayonnantes en technologie "tri-plaque" (une ligne conductrice entre deux plans-masses), voire en ligne suspendue.

Des exemples de pavés, notamment à alimentation "tri-plaques", sont décrits dans la demande de brevet N" 91 13984 (FR-A-2683952) de la
Demanderesse, dont le contenu descriptif est ici incorporé, notamment pour ses variantes d'alimentation sélective d'une antenne-réseau.

Ainsi, au sommet du casque est prévu un pavé AO, qui possède deux points d'alimentation périphériques, situés sensiblement à 90 l'un de l'autre par rapport au centre du pavé. Ces deux points sont alimentés en quadrature de phase par deux lignes micro-rubans de longueurs différentes L01 et L02, qui se proviennent d'un point où elles sont interconnectées par une résistance R12, après quoi sont formées deux boucles R10 et K11. L'homme du métier sait que l'ensemble K10, K11,
R12, L01 et L02 forme un "diviseur de Wilkinson". L'extrémité amont du diviseur de Wilkinson est reliée par une ligne micro-ruban d'alimentation K00 qui suit la périphérie du casque, soit directement (figure 3), soit par un trajet plus évolué (figures 5 ou 6) pour rejoindre le boîtier GPS BO.

Ainsi, pour certaines applications, l'un au moins des pavés est alimenté en deux points différents, avec adaptation par le diviseur de
Wilkinson décrit, ou par d'autres types de répartiteurs compatibles avec une structure multicouches, comme les anneaux diviseurs, ou encore les coupleurs de Lange. Ceci permet notamment l'émission/récep- tion en polarisation circulaire droite ou gauche, avec un coupleur à deux voies prises en quadrature de phase, ainsi que l'utilisation de deux polarisations rectilignes orthogonales, avec deux alimentations séparées du pavé.

Sur la périphérie latérale externe du casque sont prévus quatre autres pavés Al à A4, respectivement reliés par des lignes micro-rubans L1 à L4 à des jonctions d'adaptation (ligne active plus large dans la structure microstrip) L21 et L34, elles-mêmes suivies de deux liaisons adaptées J34 et J21 vers une ligne d'alimentation unique K14, qui rejoint le boîtier de communication Bl. Si l'on assimile le casque à un hémisphère, les lignes L1 à L4 (en partie), L21 et L34 sont sen siblement sur des méridiens, les lignes L1 à L4 (le reste), J21 et
J34 sont sensiblement sur des parallèles.

Des pavés tels que A0 à A4 sont susceptibles d'opérer dans les bandes hyperfréquences ou micro-ondes, c'est-à-dire à partir de 0,5 GHz, et en montant jusqu'à au moins plusieurs centaines de GHz.

L'une des observations importantes de la Demanderesse réside en ce quelle a constaté qu'un réseau d'antennes plates tel que celui de la figure 4 peut être simplement apposé sur (ou sous) un casque tel que celui de la figure 1, pour donner les structures des figures 3, 5 et 6, et ce pratiquement sans altération substantielle du fonctionnement des antennes.

On sait que dans le domaine des hyperfréquences, les éléments rayonnants sont très sensibles à la présence de conducteurs au voisinage.

Mais il est en général possible de déterminer par modélisation l'effet de tels conducteurs sur l'élément rayonnant. Il en est tout autrement lorsqu' il s 'agit d'éléments diélectriques qui sont placés au voisinage de l'antenne, et qui ont a priori des effets imprévisibles. Ici, il s'est avéré que, d'une part les constantes diélectriques de la plupart des matériaux constituant la coquille protectrice des casques sont compatibles avec une antenne telle que celle de la figure 4, d'autre part, éventuellement sous réserve de prise en compte de l'effet diélectrique de la coquille, l'antenne réseau de la figure 4 peut être implantée sur le casque en conservant d'excellentes propriétés fonctionnelles.

Si nécessaire, la constante diélectrique de la matière du casque est ajustée par adjonction d'une résine où est dispersée une charge appropriée.

Une antenne disposée au sommet du casque permet une fonction de localisation et/ou de communication (par exemple par satellite). Deux antennes, réparties en deux points, symétriques ou autrement choisis, de la périphérie latérale du casque permettent une fonction de communication assez large avec l'environnement. De préférence, le casque porte au moins quatre antennes, régulièrement réparties sur sa périphérie latérale, et montées en réseau en vue d'une fonction de commu nication sensiblement omnidirectionnelle. Les quatre antennes peuvent être gérées sélectivement, à l'aide d'une électronique de distribution, permettant éventuellement un balayage.

Ayant ainsi d'une part pensé à intégrer au casque des éléments de communication, d'autre part trouvé le moyen de placer ceux-ci directement sur le casque, et de troisième part remarqué que les boîtiers électroniques de communication pouvaient être également incorporés à l'intérieur du casque, la Demanderesse a ainsi pu définir un casque communiquant autonome, ce qui est un progrès majeur.

Bien entendu, le mot "communication" est ici à prendre au sens large, et s'étend à tout système utilisant des ondes électromagnétiques à quelque fin que ce soit. Il peut s'agir non seulement de communications au sens strict, mais aussi de tous échanges d'informations, comme un exemple en a été donné avec le cas du récepteur GPS, qui assure une fonction de localisation, et non de communication au sens étroit du terme.

De nombreuses autres variantes de dispositifs de communication sont envisageables. Au lieu d'un récepteur Pointel, on peut envisager par exemple une version simplifiée de celui-ci, destinée à opérer seulement entre quelques personnes, et qui opérerait par exemple en déclenchement à la voix, c'est-à-dire laisserait libres les mains du sujet porteur.

En pratique, les antennes implantées sur la coquille de protection C1 sont recouvertes d'une couche protectrice, qui peut être soit un fin vernis protecteur, soit une couche un peu plus épaisse, par exemple de même nature que le matériau protecteur de la coquille C1, suivant les applications.

Par ailleurs, on a ici représenté en périphérie quatre antennes, dans le but de permettre une communication omnidirectionnelle. Dans les applications où cette omnidirectionnalité n'est pas souhaitée, on peut se contenter de deux antennes, symétriques ou non, voire d'une seule antenne, qui permettrait alors une communication plus directionnelle, selon l'endroit où elle est située sur le casque. Avec certains maté riaux diélectriques, l'antenne peut même être montée côté intérieur de la coquille, éléments rayonnants tournés vers l'extérieur.

D'un autre côté, le degré de protection que l'on souhaite tirer du casque dépend lui aussi des applications. Il n'est pas la même pour un casque de motocycliste, pour un casque de chantier, ou encore pour un casque de pompier. A la limite, lorsque cette protection n'est pas souhaitée, on peut se contenter de réaliser une sorte de couvre-chef supportant les éléments rayonnants, et auxquels sont alors ajoutés les écouteurs, le microphone et les boîtiers électroniques, qui peuvent dans ce cas se situer, au moins en partie, à l'extérieur de la coquille du casque.

En ce sens, le casque n'a pas nécessairement à envelopper complètement la tête du porteur. Sa partie enveloppante peut même être réduite à ce qui est nécessaire pour le soutien des éléments du dispositif selon l'invention.

Enfin, les moyens électroniques proposés peuvent servir à toute sorte de signalisations.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1. Dispositif d'équipement individuel, comprenant un casque (C) et des moyens de communication, comportant au moins un boîtier électronique (B) et au moins une antenne (A), caractérisé en ce qu'un boîtier électronique (B0,B1), contenant au moins une partie des moyens de communication, est logé dans ou sur le casque (C), et en ce que la ou les antennes (AO-A4) sont intégrées au casque, en structure conforme plate, de même qu'une partie au moins de leur liaison (J,K,L) au boîtier électronique.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ou les antennes (A0-A4) sont du genre antenne imprimée sur substrat multicouche ou double face.

3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la partie rayonnante de la ou des antennes-(A0-A4) est du type à structure micro-ruban.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les antennes (AO-A4) sont en forme de pavés, généralement circulaires ou rectangulaires.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'un (A0) au moins des pavés est alimenté en deux points différents, avec adaptation, en particulier par diviseur de Wilkinson.

6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que lesdites liaisons (J,R,L) sont également des lignes micro-ruban, avec adaptation.

7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boîtier électronique et son alimentation (BO, B1) sont logés entre la coque (C1) du casque et sa partie coiffante (C2).

8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une antenne (A0) est disposée au sommet du casque, en particulier pour une fonction de localisation.

9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le casque porte au moins deux antennes (A1-A4), réparties en deux points, de préférence symétriques, de sa périphérie latérale, en particulier pour une fonction de communication.

10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le casque porte au moins quatre antennes (A1-A4) , régulièrement réparties sur sa périphérie latérale, ce qui permet une fonction de communication sensiblement omnidirectionnelle.

11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens électroniques opèrent à une fréquence supérieure à environ 0,5 GHz.