FR2944415A1 - Casque comprenant une detection de position de visiere et detection de position de casque associe - Google Patents

Casque comprenant une detection de position de visiere et detection de position de casque associe Download PDF

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Abstract

Le domaine général de l'invention est celui des systèmes de détection de position de casque pour aéronef comprenant un casque (2) comportant une visière mobile (10) sensiblement sphérique pouvant occuper une position d'utilisation et une position de rangement, la visière étant disposée devant les yeux du pilote en position d'utilisation. Le casque selon l'invention comporte des moyens de détection (14, 15) de la position de la visière et le système de détection de position du casque (20, 21) comporte des moyens permettant d'introduire une correction angulaire due à la visière mobile sur les mesures d'orientation lorsque la visière est détectée en position d'utilisation par les moyens de détection. Les moyens de détection sont préférentiellement des capteurs optiques.

Description

Casque comprenant une détection de position de visière et détection de position de casque associé. Le domaine de l'invention est celui des viseurs et visuels de casque. Ces dispositifs optiques sont utilisés essentiellement sur aéronef. Ils comportent une source d'images et un ensemble optique assurant la collimation et la superposition desdites images sur le paysage extérieur, l'ensemble étant monté sur le casque du pilote. Les images présentées sont essentiellement des images synthétiques destinées à l'aide au pilotage ou à la désignation d'objectifs. Ces dispositifs font partie d'un système qui comprend également un dispositif de détection de la posture du casque permettant d'asservir, par exemple, le système d'armes ou l'image présentée dans le visuel de casque. Le calage initial de l'image du viseur de casque par rapport à l'aéronef est réalisé par un alignement ou une prise de référence du dispositif de détection de posture. Cette opération est réalisée par la visée d'une mire de référence dans un collimateur ou un viseur tête haute précédemment harmonisés avec le système d'arme et de navigation de l'aéronef. Les viseurs de casque de dernière génération utilisent la visière de protection du casque comme miroir de projection et de collimation. La figure 1 représente une vue simplifiée d'un viseur de casque de ce type. Une source d'image représentée par le rectangle 3 sur cette figure génère une image qui est collimatée vers l'ceil du pilote par l'optique 2 et une partie de la visière 1 spécifiquement traitée à cet effet. La plupart des viseurs de casques ne possèdent qu'une visière pour des raisons de masse embarquée sur la tête et de simplification mécanique. Cette visière unique est en général missionnable , c'est à dire qu'il en existe de différentes teintes en fonction des conditions lumineuses rencontrées au cours de la mission. Dans ce cas, le pilote choisit sa visière en début de mission et la conserve durant tout le vol. Cette solution de visière unique n'est pas satisfaisante du point de 30 vue opérationnel car elle ne permet pas l'utilisation du viseur de casque dans toutes les conditions de la mission en particulier lors de changements météorologiques ou lorsque le vol est effectué en début ou en fin de journée. Les viseurs de casque à deux visières correspondent mieux aux conditions de mission tout temps 24h/24. La visière principale utilisée pour la projection d'image est la visière claire de protection contre les chocs aviaires ou poussières et la visière solaire est une seconde visière utilisable au gré du pilote. La visibilité des informations présentées dans le visuel de casque par temps clair nécessite une image de forte luminosité. Pour augmenter le contraste, on utilise une visière solaire dont la transmission uniforme est voisine de 15%. La visière solaire est placée à l'extérieur de la visière de projection pour ne pas diminuer la luminosité de l'image du viseur de casque et améliorer le contraste. Le système optique d'un viseur de casque tel que représenté en figure 1 est un système hors axe, c'est à dire que la visière 1 est inclinée de manière à que l'optique de collimation 2 et la source d'image 3 se trouvent en dehors du champ visuel de l'ceil de l'utilisateur 4 qui porte le casque 5. La visière 1 est en général de forme sphérique ou proche d'une sphère. Cette disposition entraine une légère déviation de la visée qui augmente avec la courbure et l'épaisseur de la visière et dépend de l'indice de réfraction du matériau de la visière. La figure 2 représente un agrandissement du centre de la visière. Comme on le voit sur cette figure, la double réfraction d'un rayon incident 13 correspondant à la ligne de visée sur les deux faces sphériques 11 et 12 de la visière 1 se fait à des incidences légèrement différentes, compte-tenu de la grande inclinaison 8 de la visière 1, provoquant le décalage a de la ligne de visée extérieure. Sur cette figure, les traits pointillés représentent les normales aux dioptres 11 et 12. Cette déviation est automatiquement compensée lors de l'alignement de l'image et de la détection de posture lors de la fabrication du viseur de casque. La visière solaire est en général parallèle à la visière claire et présente le même type de déviation prismatique. Son abaissement entraîne donc un décalage de l'image extérieure par rapport à l'image du viseur de casque, de l'ordre de 5 mrad, qu'il est nécessaire de compenser par un nouvel alignement avec le collimateur de référence. Cette opération réalisée en vol est délicate et souvent réalisée de manière peu précise à cause des mouvements et des vibrations de l'aéronef. La déviation prismatique de la visière solaire peut être annulée ou fortement réduite par la réalisation d'une visière d'épaisseur variable dont les surfaces externes et internes sont déterminées de manière à présenter des surfaces localement parallèles aux lignes de visée partant de l'oeil. Une telle visière est réalisable mais elle présente les inconvénients d'une masse supplémentaire d'environ 30 grammes et d'une transmission également variable avec l'épaisseur de la visière donc dans le champ, la transmission étant d'environ 8 % dans le bas de la visière et de 15% dans le haut.
Le dispositif selon l'invention ne présente pas ses inconvénients. Il consiste à détecter la présence de la visière solaire et à utiliser cette information dans le système de détection de posture. Ainsi, la visière solaire reste simple à réaliser avec une transmission constante dans le champ, la précision de la ligne de visée est conservée sans réalignement en cours de mission. De plus, il devient possible de faire l'économie du collimateur de référence. Plus précisément, l'invention a pour objet un système de détection de position de casque pour aéronef comprenant un casque comportant une visière mobile sensiblement sphérique pouvant occuper une position d'utilisation et une position de rangement, la visière étant disposée devant les yeux du pilote en position d'utilisation, caractérisé en ce que le casque comporte des moyens de détection de la position de la visière et que le système de détection de position du casque comporte des moyens permettant d'introduire une correction angulaire due à la visière mobile sur les mesures d'orientation lorsque la visière est détectée en position d'utilisation par les moyens de détection. Avantageusement, les moyens de détection sont au moins un premier capteur optique disposé sur la coque du casque de façon que dans l'une des positions de la visière, ce premier capteur soit sous la visière et que dans l'autre position, il ne soit pas sous la visière. Ces moyens de détection peuvent également comporter un second capteur disposé sur la coque du casque. Dans un premier mode de réalisation, ce second capteur n'est pas sous la visière quelque soit la position de celle-ci. Dans un second mode de réalisation, ce second capteur est disposé sur la coque du casque de façon que, dans l'une des positions de la visière, le premier capteur est sous la visière et le second capteur n'y est pas et que, dans l'autre position, le second capteur est sous la visière et le premier capteur n'y est pas. Les moyens de détection peuvent également comporter un détecteur électromécanique ou électromagnétique de position de la visière.
Avantageusement, le casque comporte un visuel de casque comportant une visière fixe utilisée comme mélangeur optique, la visière mobile étant une visière teintée à faible transmission optique. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages 10 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 déjà commentée représente un visuel de casque comportant une seule visière ; La figure 2 déjà commentée représente la réfraction de la ligne de 15 visée par une visière sphérique inclinée ; La figure 3 représente un premier exemple de réalisation d'un système de détection de position de casque selon l'invention ; La figure 4 représente un second exemple de réalisation d'un système de détection de position de casque selon l'invention.
20 A titre de premier exemple de réalisation, la figure 3 représente un système de détection de position de casque selon l'invention. Ce système comporte un casque 5 porté par un utilisateur dont la tête est représentée en pointillés, une détection de position de casque comprenant une partie fixe 20 25 montée dans le cockpit et dont la position et l'orientation sont parfaitement connues et une partie mobile 21 portée par le casque et symbolisée par trois losanges sur la figure 3 dont on cherche à déterminer la position ou l'orientation au moyen de la partie fixe. Au moins la partie fixe est reliée à un calculateur électronique non représenté sur la figure 3 qui assure la 30 génération, la mise en forme et le traitement des signaux émis et reçus par les parties fixe et mobile de façon à fournir les informations de position ou d'orientation de la partie mobile. Il existe différents types de détection de position de casque reposant sur des principes de détection électromagnétique ou optique. Ces systèmes sont bien connus de l'homme 35 du métier, utilisés sur avions et sur hélicoptères depuis plusieurs années et ils ne sont pas détaillés dans le cadre de cette description. Le visuel de casque 5 comprend l'optique de collimation 2, la source d'images 3 et la visière 1 qui permet la collimation de l'image issue de la source et sa superposition sur l'extérieur. De jour, cette image est essentiellement une symbologie dédiée au pilotage, à la navigation ou au tir. Elle comporte notamment un réticule de visée. De nuit, elle peut comporter une image synthétique, intensifiée ou infrarouge du paysage extérieur. La visière 1 est surmontée d'une visière mobile 10 teintée à transmission optique réduite. Cette visière peut prendre deux positions qui sont d'une part une position basse d'utilisation et d'autre part une position haute de rangement. Sur la figure 3, la position basse est représentée en traits pleins et la position haute en traits pointillés. Le casque 5 comporte de plus un capteur optique 14 disposé au voisinage de la visière mobile 10. Ce capteur est disposé de telle sorte que le changement de position de visière puisse être détecté, c'est-à- dire que pour une position de la visière mobile, le capteur est situé sous la visière et pour l'autre position, il est situé en dehors de la visière. Si le capteur est sensible à la lumière ambiante, lorsqu'il se trouve sous la visière, il capte un niveau d'énergie sensiblement plus faible dépendant de la transmission de la visière. La courbe de réponse du capteur enregistre alors des sauts correspondants à la transmission de 15% de la visière mobile. On détecte ainsi facilement la position de la visière solaire. Le capteur peut être la cellule photo-électrique déjà utilisée pour l'asservissement à la lumière ambiante de la luminosité de la symbologie issue du visuel de casque. Cette seule cellule permet de détecter le passage de la visière teintée et donc de déclencher la consigne de décalage de ligne de visée dans la détection de posture. Cette solution simple présente cependant certains inconvénients. Elle ne permet pas de détecter si la visière solaire est déjà abaissée à la mise en route du système. D'autre part, l'implantation de la cellule sous la visière solaire lorsqu'elle est abaissée permet bien de détecter sa présence par la mesure d'une faible valeur de luminosité mais avec le risque de déclencher la consigne par condition de faible luminosité ambiante alors que la visière solaire est relevée.
Aussi, il est préférable d'utiliser deux capteurs optiques 14 et 15 35 comme on le voit sur la figure 4 qui représente un second exemple de réalisation du dispositif selon l'invention. Sur cette figure, on a adopté les mêmes conventions que sur la figure 3. Dans un premier mode de réalisation, le second capteur est toujours disposé en dehors du champ de la visière mobile qu'elle soit baissée ou relevée. Dans ce cas, ce second capteur sert de référence. On peut ainsi déterminer avec certitude la présence de la visière solaire par la mesure différentielle des signaux venant des deux capteurs, la mesure différentielle correspondant à la transmission de la visière solaire. Dans un second mode de réalisation représenté sur la figure 4, le premier et le second capteur sont disposés sur la coque du casque de façon que, dans l'une des positions de la visière, le premier capteur soit sous la visière et le second capteur n'y soit pas et que, dans l'autre position, le second capteur soit sous la visière et le premier capteur n'y soit pas. Ainsi, un des deux signaux provenant des capteurs est toujours inférieur à l'autre quelque soit l'éclairement ambiant, le changement de signe dans la différence indique le changement de position de la visière.
La déviation de la ligne de visée correspondant au centre du champ image ou au réticule de désignation est déterminée par calcul à partir de la géométrie théorique de la visière solaire puis mesurée après fabrication. La valeur de déviation est enregistrée dans le programme de calcul de détection de posture. La consigne de décalage de la ligne de visée restituée par le système de détection de posture est déterminée par l'information issue des signaux des capteurs lorsque ceux-ci détectent la présence de la visière dans le champ visuel de l'utilisateur. II est à noter que cette technique permet d'obtenir un décalage parfait du réticule de désignation, sans avoir à décaler l'image. En effet, il est possible de décaler l'image du visuel de casque pour compenser le décalage introduit par la visière mobile. Cependant, cette technique est plus lourde à mettre en oeuvre si l'on cherche une compensation parfaite de toute l'image.
Dans les exemples précédents, les capteurs sont des capteurs optiques. Ces capteurs optiques peuvent être, par exemple, des photodiodes ou des photorésistances. La détection de présence de la visière solaire dans le champ visuel peut être assurée par d'autres moyens comme, par exemple, par un contact de fin de course mécanique, optique ou magnétique placé à proximité de l'articulation de la visière mobile. Comme il a été dit, les viseurs de casque de dernière génération utilisent la visière de protection du casque comme miroir de projection et de collimation. Bien entendu, le dispositif selon l'invention s'applique également aux viseurs de casque dont le mélangeur optique est un composant optique indépendant de la visière de protection. Dans ce cas également, la visière mobile recouvre le mélangeur optique en position d'utilisation.
En tout état de cause et quelque soit la mise en oeuvre retenue, la masse totale pour l'intégration de ces capteurs est inférieure à 5 grammes et n'apporte, par conséquent aucun surpoids appréciable au casque.

Claims (6)

  1. REVENDICATIONS1. Système de détection de position de casque pour aéronef comprenant un casque (5) comportant une visière mobile (10) sensiblement sphérique pouvant occuper une position d'utilisation et une position de rangement, la visière étant disposée devant les yeux du pilote en position d'utilisation, caractérisé en ce que le casque comporte des moyens de détection de la position de la visière (14, 15) et que le système de détection de position du casque (20, 21) comporte des moyens permettant d'introduire une correction angulaire due à la visière mobile (10) sur les mesures d'orientation lorsque la visière est détectée en position d'utilisation par les moyens de détection.
  2. 2. Système de détection de position de casque selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détection sont au moins un premier capteur optique (14) disposé sur la coque du casque de façon que dans l'une des positions de la visière, ce premier capteur soit sous la visière et que dans l'autre position, il ne soit pas sous la visière.
  3. 3. Système de détection de position de casque selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de détection comportent un second capteur (15) disposé sur la coque du casque de façon que ce second capteur ne soit pas sous la visière quelque soit la position de celle-ci.
  4. 4. Système de détection de position de casque selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de détection comportent un second capteur (15) disposé sur la coque du casque de façon que, dans l'une des positions de la visière, le premier capteur soit sous la visière et le second capteur n'y soit pas et que, dans l'autre position, le second capteur soit sous la visière et le premier capteur n'y soit pas.
  5. 5. Système de détection de position de casque selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détection (14, 15)comportent un détecteur électromécanique ou électromagnétique de position de la visière.
  6. 6. Système de détection de position de casque selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le casque comporte un visuel de casque (2, 3) comportant une visière fixe (1) utilisée comme mélangeur optique, la visière mobile (10) étant une visière teintée à faible transmission optique.
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