FR3043215A1 - Systeme de visualisation et de communication audio porte par la tete d'un utilisateur comportant un dispositif de maintien de nuque escamotable - Google Patents
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Abstract
Le domaine général de l'invention est celui des systèmes de visualisation et de communication audio (1) destiné à être porté par la tête d'un utilisateur. Le système selon l'invention comporte: - un arceau de tête (2) comportant deux premiers bras (21) comportant chacun un porte-écouteur (22) et un écouteur audio (23) ; - un arc sagittal (3) support rattaché au centre de l'arceau de tête ; - un dispositif de visualisation (4) monté sur ledit arc sagittal ; - un dispositif de détection de posture (5) monté sur ledit arc sagittal ; - une cale de nuque (6) montée sur deux seconds bras articulés (61) au niveau des deux écouteurs audio de façon que ladite cale de nuque occupe une première position haute permettant, à l'utilisateur, d'installer ou d'ôter le système de visualisation et de communication audio et une seconde position basse d'utilisation où la cale est située au niveau de l'inion de la tête de l'utilisateur.
Description
Système de visualisation et de communication audio porté par la tête d’un utilisateur comportant un dispositif de maintien de nuque escamotable
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. Il est donc nécessaire d’utiliser, comme support des moyens audio et visuels, un serre-tête qui ne présente pas les inconvénients du casque et qui est moins « présent » sur la tête.
Il existe, par ailleurs, des dispositifs civils grand public de réalité augmentée dits « see-through » susceptibles d’afficher les informations de vol. Ces dispositifs sont généralement des lunettes ou des masques. Ces lunettes et masques très légers ne sont généralement pas compatibles du port de lunettes de vue. D’autre part, ces systèmes n’ont pas les performances requises pour des applications aéronautiques.
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 sur ce casque audio ajoute une image «connectée» acceptable par le pilote et les passagers. Il existe actuellement des projets de tels casques audio comportant un 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.
Un dispositif d'affichage et de détection de posture destiné à une utilisation aéronautique a une masse d'au moins 200 g. Une fois attachée au casque audio et disposée devant l'œil du pilote, la masse et l’inertie du dispositif de visualisation entraîne un glissement vers l'avant de l'ensemble conduisant à la perte visuelle de l'information. Une augmentation du serrage du casque audio sur la tête ne permet pas d'éviter ce glissement. 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 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 Carrière 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 moins fatigante sur les longs trajets que le lest. Cependant, dans un cockpit d'avion privé par exemple, l'espace entre le plafond et la tête peut n’être que de 50 mm seulement. Cet espace n'est pas compatible de la hauteur d'un casque audio équipé d'une cale de nuque et oblige donc le pilote à baisser la tête pour s'équiper.
Par ailleurs, le câble d'alimentation du casque audio et la présence de fils entre ce casque et ses écouteurs constituent une gêne à la mise en place sur la tête avec des risques d'accrocher les fils ou d'engager les boucles de fils dans des aspérités du cockpit telles que des interrupteurs ou des commandes. Cette gêne est amplifiée en présence du câble d'alimentation du dispositif d'affichage monté sur le casque audio. Sur les casques audio, les fils d'alimentation des écouteurs sont situés à l'extérieur de l'arceau de tête, au moins dans la zone de réglage de hauteur des écouteurs où se trouve une boucle d'aisance du fil. Cette boucle d'aisance constitue un risque d'accrochage à la mise en place sur la tête et lors des déplacements dans le cockpit.
Le système selon l’invention ne présente pas ces inconvénients. Il comporte une cale de nuque pouvant être relevée pour faciliter la mise en place du système de visualisation et de communication audio. Plus précisément, l’invention a pour objet un système de visualisation et de communication audio destiné à être porté par la tête d’un utilisateur, ledit système de visualisation et de communication audio comportant : - un arceau de tête comportant deux premiers bras de longueur réglable, chaque bras comportant un porte-écouteur et un écouteur audio ; - un support rattaché à l’arceau de tête ; - un dispositif de visualisation monté sur ledit support; - un dispositif de détection de posture monté sur ledit support ; caractérisé en ce que le système de visualisation et de communication audio comporte une cale de nuque montée sur deux seconds bras articulés au niveau des deux écouteurs audio de façon que ladite cale de nuque occupe une première position haute permettant, à l’utilisateur, d’installer ou d’ôter le système de visualisation et de communication audio et une seconde position basse d’utilisation où la cale est située au niveau de l’inion de la tête de l’utilisateur.
Avantageusement, le support est un arc sagittal rattaché au centre de l’arceau de tête.
Avantageusement, l’adaptation et le serrage de la cale de nuque est assuré par un système pignon-crémaillères, le pignon étant entraîné par une molette située au niveau de la cale de nuque, chaque bras comportant, à son extrémité, une crémaillère.
Avantageusement, le blocage du système pignon-crémaillères est assuré par un ressort de torsion disposé au niveau du pignon.
Avantageusement, chaque second bras articulé comporte au niveau de son articulation avec chaque premier bras une surface circulaire crantée.
Avantageusement, le support comporte un appui frontal.
Avantageusement, le système de visualisation et de communication audio comporte un câble d’arrivée unique comportant plusieurs brins destinés à alimenter les écouteurs audio, le dispositif de visualisation et le dispositif de détection de posture, la connexion dudit câble avec le système de visualisation et de communication audio étant établie au niveau de la base d’un des deux porte-écouteurs, ledit câble circulant à l’intérieur de goulottes à travers l’arceau de tête et l’arc sagittal, ledit câble comportant une boucle d’aisance disposée dans un réservoir de l’arceau de tête. L’invention sera mieux comprise et d’autres avantages 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 profil d’un système de visualisation selon l’invention, la cale de nuque étant en position relevée ;
La figure 2 représente une vue éclatée du montage de la cale de nuque sur ses bras articulés ;
La figure 3 représente une vue de détail du système pignon-crémaillères assurant le serrage de la cale de nuque ;
La figure 4 représente une vue de détail du ressort de torsion assurant le blocage de la cale de nuque ;
La figure 5 représente une vue éclatée du montage de l’articulation des bras de la cale de nuque avec les bras de l’arceau de tête ;
La figure 6 représente une vue partielle du montage précédent ;
La figure 7 représente une vue de profil d’un système de visualisation selon l’invention monté sur la tête d’un utilisateur, la cale de nuque étant en position baissée. A titre d’exemple non limitatif, la figure 1 représente une vue de profil d’un système de visualisation et de communication audio selon l’invention, la cale de nuque étant en position relevée. Sur cette vue, les flèches indiquent les différents sens des réglages et des mouvements des parties mécaniques.
Le système de visualisation et de communication audio 1 comporte : - un arceau de tête 2 comportant deux premiers bras 21, chaque bras comportant un porte-écouteur 22 et un écouteur audio 23 ; - un support rattaché à l’arceau de tête qui est, dans le cas de la figure 1, un arc sagittal 3 disposé au centre de l’arceau de tête. D’autres dispositions mécaniques dudit support sont possibles. A titre d’exemple, on peut le disposer en latéral ; - un dispositif de visualisation 4 monté sur ledit arc sagittal 3 ; - un dispositif de détection de posture 5 monté sur ledit arc sagittal ; - une cale de nuque 6 montée sur deux seconds bras 61 articulés au niveau des deux écouteurs audio ; - un câble de raccordement 7. L’arceau de tête 2 comporte un arc mécanique élastique portant à chacune de ses extrémités un bras 21. Chaque bras porte un porte-écouteur 22 en forme d’étrier articulé. Des écouteurs audio 23 sont montés dans les étriers 22. Les différents réglages des bras 21, des étriers 22 et des écouteurs 23 et l'élasticité de l’arceau de tête 2 permettent d’adapter la position des écouteurs aux différentes morphologies des utilisateurs. L’arc sagittal 3 est attaché au centre de l’arceau de tête. Il porte un appui front 31. Cet arceau sagittal 3 porte le dispositif de visualisation 4. Dans le cas de la figure 1, ce dispositif de visualisation est monoculaire. Mais, le système selon l’invention s’adapte, sans difficulté majeure, à un dispositif de visualisation binoculaire. Ce dispositif de visualisation est réglable de façon que l’œil de l’utilisateur soit parfaitement situé dans la pupille du dispositif de visualisation. Ce dispositif de visualisation comporte classiquement un afficheur de petite taille, une optique de collimation et un combineur optique disposé devant l’œil de l’utilisateur et qui assure la superposition de l’image issue de l’imageur sur le paysage extérieur. L’arceau de tête, l’arc sagittal ou le dispositif de visualisation portent également un dispositif de détection de posture 5. Il existe différentes techniques permettant de mesurer la posture du dispositif de visualisation par rapport à un référentiel connu. Dans le cas d’applications aéronautiques, ce référentiel est celui du cockpit.
Ces systèmes de détection de posture peuvent être des systèmes hybrides. Ceux-ci comprennent alors un capteur inertiel qui fonctionne à une fréquence de mesure élevée et un capteur optique qui fonctionne à une fréquence de mesure plus faible. Le capteur optique permet de compenser périodiquement la dérive temporelle du capteur inertiel de façon à avoir une mesure précise à cadence élevée. Le capteur optique comporte un premier sous-ensemble monté sur la tête comprenant une micro-caméra et des diodes électroluminescentes d’éclairage et un second sous-ensemble constitué d’un ensemble de mires optiques disposées dans le référentiel connu. Ce référentiel est celui du cockpit dans le cas d’applications aéronautiques.
La cale de nuque 6 est montée sur deux seconds bras 61 articulés au niveau des deux écouteurs audio. La figure 2 représente une vue éclatée du montage de la cale de nuque 6 sur ses bras articulés 61. L’ensemble mécanique de la cale de nuque comporte, dans cet ordre, une molette de réglage 62, un support de molette 63, un ressort de torsion 64, un pignon d’entrainement 65 et un repose-nuque 66 destiné à être disposé sur la nuque de l’utilisateur.
Les extrémités de chaque bras articulé 61 sont disposées entre le pignon d’entraînement 65 et le repose-nuque 66. Comme on le voit sur la figure 3 qui représente une vue partielle des extrémités des bras articulés, ces extrémités comportent une ouverture dentelée 67 de façon à constituer une crémaillère avec le pignon d’entraînement 65. Pour serrer ou desserrer les bras articulés, il suffit de tourner la molette de réglage 62 qui entraîne en rotation le pignon 65 qui resserre ou qui desserre les bras articulés au moyen de leurs crémaillères respectives. Sur la figure 3, les flèches blanches indiquent le mouvement des bras articulés.
Le maintien du réglage est assuré par le ressort de torsion 64. Il est représenté en vue de face sur la figure 4. Il comporte deux extrémités 68 en forme de brins. Lorsque les bras sont en tension, le pignon d’entraînement 65 agit sur les brins du ressort de torsion. Le ressort se déroule, son diamètre s’agrandit puis se bloque dans un alésage du support de molette 63, empêchant ainsi les bras articulés de se détendre. Lorsque la molette agit sur les brins du ressort, le ressort s’enroule, son diamètre diminue et glisse dans l’alésage du support de molette 63. En tournant, les brins du ressort entraînent le pignon 65.
La figure 5 représente une vue éclatée du montage d’un des bras articulés 61 dans les porte-écouteurs 21. Cet ensemble mécanique comporte, dans cet ordre, une vis d’axe 70, une première rondelle d’appui 71, une rondelle élastique 72, une première pièce mécanique 24 attachée au bras 21 d’un des écouteurs audio, une seconde pièce mécanique 73 comportant une surface crantée 74 et une surface dentée 75, l’extrémité du bras articulé 61, une seconde rondelle d’appui 76 et enfin l’écrou frein 77 qui vient bloquer l’ensemble dans la vis d’axe 70.
La figure 6 représente une vue partielle de face de la première mécanique 24. Elle comporte une surface crantée 25. Les crans sont représentés sur cette figure 6 par les parties alternativement blanches et grises. Cette surface crantée 25 vient se loger dans les crans de la surface crantée 74 de la pièce 73.
La pièce 61 comporte un logement 68 comportant les mêmes indentations creuses que la surface dentée 75 de façon que le mouvement en rotation du bras 61 entraîne le mouvement en rotation de la seconde pièce mécanique 73.
La cale de nuque est maintenue en position par la pression exercée par la rondelle élastique 72 sur les surfaces crantées 74 et 25. Lorsque la cale de nuque est abaissée ou relevée, la surface crantée 74 est repoussée le long de la vis axe 70 par les crans de la surface 25. Le réglage de la pression exercée par la rondelle élastique 72 et par l’écrou frein 77 permet d’ajuster la valeur du couple résistant maintenant la cale de nuque en position.
Le câble 7 est attaché à la partie arrière inférieure du porte-écouteur droit 22. Il comporte plusieurs brins permettant d’alimenter les écouteurs, les moyens de détection de posture et enfin, l’afficheur du dispositif de visualisation. Les brins cheminent à l'intérieur du système de visualisation et de communication audio selon le parcours suivant : - Passage à l'intérieur du porte-écouteur 22 ; - Traversée à l’intérieur du porte-écouteur 22 d’un pivot vertical. Ce pivot possède une entaille pour le montage du câble équipé de ses connecteurs à chaque extrémité ; - Traversée du bras 21. La protection des brins du câble dans la zone de réglage de hauteur des écouteurs est assurée par une première goulotte en matière plastique souple et de section trapézoïdale autorisant sa flexibilité ; - Traversée de l’arceau 2. La protection de la boucle d'aisance des brins du câble est assurée dans un « réservoir » formé par la surface d'appui au sommet de la tête et la goulotte de protection du câble ; - Passage des brins du câble sous l'arceau sagittal 3. La protection des brins est assurée par une seconde goulotte dans la zone de réglage «télescopique» de la position du dispositif d'affichage. Ce réglage par coulissement sur un arc de cercle permet un déplacement longitudinal et vertical combiné de l'appui frontal et de la position du dispositif d'affichage ; - Passage du câble au travers de la chape d'articulation du dispositif d'affichage 4 sur l'arceau sagittal 3. Les connecteurs de raccordement du dispositif de visualisation se situent à l'intérieur du dispositif d'affichage de façon à assurer leur protection.
La figure 7 représente une vue de profil d’un système de visualisation 1 selon l’invention monté sur la tête d’un utilisateur, la cale de nuque 6 étant en position baissée. Cette figure comporte une coupe partielle au niveau des bras porte-écouteurs montrant la surface crantée 25. L’articulation de la cale de nuque est bloquée par cette surface crantée. Sur cette figure, les flèches noires F1 à F5 représentent les différences forces et moments exercés par la tête de l’utilisateur sur le système.
La flèche F1 représente le poids du dispositif de visualisation 4. Cette force est verticale. La flèche F2 représente la composante d’adhérence de l’appui frontal s’opposant au poids et au moment du dispositif d’affichage et au serrage de la cale de nuque 6. La flèche F3 représente la force exercée par l’appui supérieur de l’arceau 2 s’opposant au poids et au moment du dispositif d’affichage. La flèche courbe F4 représente le moment s’opposant à celui du dispositif d’affichage. Il est créé par l’élasticité de l’arceau et l’adhérence des écouteurs. La flèche F5 représente la composante d’adhérence de l’appui nuque 6 s’opposant au poids et au moment du dispositif d’affichage. Ces différentes forces et moments s’équilibrent. Ainsi, le casque est parfaitement fixé sur la tête de l’utilisateur, sans risque de se déplacer.
Un des avantages principaux de cette solution est qu’elle est compatible du port de lunettes de vue par l’utilisateur. Un autre de ces avantages est que la mise en place du système de visualisation et de communication audio est simple et rapide. Par ailleurs, l’ergonomie générale du système reste celle d’un casque audio traditionnel avec ses écouteurs. Enfin, l’ensemble du système conserve une taille et un poids raisonnable.
Claims (7)
- REVENDICATIONS1. Système de visualisation et de communication audio (1) destiné à être porté par la tête d’un utilisateur, ledit système de visualisation et de communication audio comportant : - un arceau de tête (2) comportant deux premiers bras (21) de longueur réglable, chaque bras comportant un porte-écouteur (22) et un écouteur audio (23) ; - un support (3) rattaché à l’arceau de tête ; - un dispositif de visualisation (4) monté sur ledit support; - un dispositif de détection de posture (5) monté sur ledit support ; caractérisé en ce que le système de visualisation et de communication audio comporte une cale de nuque (6) montée sur deux seconds bras articulés (61) au niveau des deux écouteurs audio de façon que ladite cale de nuque occupe une première position haute permettant, à l’utilisateur, d’installer ou d’ôter le système de visualisation et de communication audio et une seconde position basse d’utilisation où la cale est située au niveau de l’inion de la tête de l’utilisateur.
- 2. Système de visualisation et de communication audio selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support est un arc sagittal rattaché au centre de l’arceau de tête.
- 3. Système de visualisation et de communication audio selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’adaptation et le serrage de la cale de nuque est assurée par un système pignon-crémaillères, le pignon (65) étant entraîné par une molette (62) située au niveau de la cale de nuque, chaque bras comportant, à son extrémité, une crémaillère (67).
- 4. Système de visualisation et de communication audio selon la revendication 3, caractérisé en ce que le blocage du système pignon- crémaillères est assuré par un ressort de torsion (64) disposé au niveau du pignon.
- 5. Système de visualisation et de communication audio selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque second bras articulé comporte au niveau de son articulation avec chaque premier bras une surface circulaire crantée.
- 6. Système de visualisation et de communication audio selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support comporte un appui frontal (31).
- 7. Système de visualisation et de communication audio selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de visualisation et de communication audio comporte un câble d’arrivée unique (7) comportant plusieurs brins destinés à alimenter les écouteurs audio, le dispositif de visualisation et le dispositif de détection de posture, la connexion dudit câble avec le système de visualisation et de communication audio étant établie au niveau de la base d’un des deux porte-écouteurs, ledit câble circulant à l’intérieur de goulottes à travers l’arceau de tête et l’arc sagittal, ledit câble comportant une boucle d’aisance disposée dans un réservoir de l’arceau de tête.
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| US5739893A (en) * | 1993-08-20 | 1998-04-14 | Seiko Epson Corporation | Head-mounted image display apparatus |
| US20090031482A1 (en) * | 2007-05-08 | 2009-02-05 | Warrior Sports, Inc. | Helmet adjustment system |
| US20090243965A1 (en) * | 2006-03-01 | 2009-10-01 | Joel Price | Lightweight head mounted display with multiple adjustments |
| US20150009102A1 (en) * | 2011-06-29 | 2015-01-08 | Recon Instruments Inc. | Modular heads-up display systems |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP4279106A3 (fr) * | 2012-09-04 | 2024-01-17 | Fisher & Paykel Healthcare Limited | Masque de valsalva |
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2015
- 2015-10-30 FR FR1502292A patent/FR3043215B1/fr active Active
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2016
- 2016-10-28 US US15/338,281 patent/US20170123451A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (5)
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| Publication number | Publication date |
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