WO2000063737A1 - Visiere pour casque - Google Patents

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WO2000063737A1
WO2000063737A1 PCT/FR2000/000898 FR0000898W WO0063737A1 WO 2000063737 A1 WO2000063737 A1 WO 2000063737A1 FR 0000898 W FR0000898 W FR 0000898W WO 0063737 A1 WO0063737 A1 WO 0063737A1
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WO
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visor
helmet
spherical
face
wearer
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PCT/FR2000/000898
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Laurent Potin
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Tales Avionics S.A.
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A42—HEADWEAR
    • A42B—HATS; HEAD COVERINGS
    • A42B3/00—Helmets; Helmet covers ; Other protective head coverings
    • A42B3/04—Parts, details or accessories of helmets
    • A42B3/18—Face protection devices
    • A42B3/22—Visors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D10/00—Flight suits
    • G—PHYSICS
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Definitions

  • the present invention relates to helmets with protective visors and in particular those equipped with an optical image projection system making it possible to display before the eyes of the wearer of the helmet, a synthetic image superimposed on his view of the outside world.
  • This type of helmet must meet a certain number of constraints, in particular space constraints because it is intended to be used in tight spaces such as the cockpit of an airplane or a helicopter, weight and moment constraints kinetics to limit fatigue at the wearer's neck. These constraints lead to lightening the elements of the image projection system as much as possible and placing them as close as possible to the center of gravity of the wearer's head.
  • the elements of a helmet image projection system are generally rejected, with the exception of the optical combiner making it possible to superimpose the synthetic image projected on the landscape before the eyes of the wearer of the helmet, on the upper periphery of the helmet because they must not encroach on the visual space of the helmet wearer or come to the lower periphery of the helmet wearer's face which is reserved for any breathing equipment (oxygen mask).
  • the synthetic image generated by the image projection system is therefore applied to the combiner placed in front of the helmet wearer's eyes from an optical system occupying the frontal area.
  • the helmet is always fitted with one or more lifting protective visors, for example a mechanical protective visor against wind, dust, etc. and an optical protective visor against the sun or laser attack.
  • This or these movable protective visors are completely removable or retract by pivoting above the head of the helmet wearer by passing over elements of the image projection system placed in the front area.
  • the visors For less bulk during their positioning and retraction movement, it is usual to give the visors a shape general spherical and to articulate them on the helmet around an axis of rotation placed in the frontal zone of the helmet and passing by the center of their sphere.
  • the visors which are generally obtained by thermoforming a transparent plastic plate of uniform thickness, often have a concentric bi-spherical final shape with a constant thickness and two faces: an internal face. and a spherical and concentric external face.
  • the helmet wearer's eye positions are offset laterally and downward relative to the center of the spheres of the external and internal faces of the visors, at angles exceeding 20 degrees. These eccentricities cause the light rays reaching the helmet wearer's eyes to pass through the walls of the visors at angles far from normal and undergo, during these crossings, refraction phenomena causing image shifts and distortions.
  • the wearer of a helmet notices, when he puts on a visor, both an upward shift in the image of the landscape which he perceives and distortions of this image.
  • the offset introduced by a visor varies with the direction in which the helmet wearer is looking because the value of the offset angle depends on this direction. It is around 0.4 degrees when looking straight ahead and worsens quickly when it deviates its gaze to the sides or down. This offset has the drawback of playing on the superposition perceived by the wearer of the helmet between a projected synthetic image and the landscape that he perceives.
  • the offset introduced into the viewing axis by the additional optical protection visor (s) is more troublesome because the helmet wearer is required to put or retract these visors according to the lighting conditions encountered or laser threats which can be very variables during the same mission. If one seeks to compensate for it by shifting in the same direction the projected synthetic image, it should only be done when these visors are lowered, which implies that one is able to detect at any time the positions of these visors. This position detection can be obtained by equipping the helmet with visor position sensors, but this goes against the general concern of lightening the helmet.
  • the present invention aims to combat the aforementioned drawbacks by playing on the optical properties of protective visors.
  • a helmet protective visor with a transparent wall having two faces, one internal, the other external, of general spherical shapes remarkable in that it comprises optical means for reducing the angular shifts perceived at its through by the helmet wearer.
  • said optical correction means consist of a relative offset between the two spherical faces of the wall of the visor giving this wall a variable thickness and resulting in a prismatic effect correcting the angular offset perceived by the wearer of the helmet when looking at the helmet. across the visor in a specific direction.
  • said optical correction means consist of a relative offset of the outer face of the visor with respect to the inner face in a vertical plane.
  • said optical correction means consist of an upward offset of an angle of the order of half a degree from the outside face of the visor with respect to the inside face of the visor.
  • said optical correction means consist of a reduction in the ratio of the radius of curvature of the outer face of the visor to the radius of curvature of the inner face of the visor relative to that of a concentric bi-spherical visor of constant thickness
  • said optical correction means consist of a variation in the ratio of the radius of curvature of the outer face on that of the inner face of the visor of the order of 1/100 th with respect to a concentric bi-spherical visor of constant thickness.
  • said optical correction means consist in adopting for the visor a spherical face and an aspherical face, the aspherical face approaching a theoretical shape minimizing distortions, obtained by calculation from a spherical shape approximated by polygonal facets, each facet being reoriented so as to correct the angular offset which it imposes on the light rays reaching the eyes of the wearer of the helmet, the reoriented facets being repositioned in depth with respect to each other starting with the center of the visor and finishing at the sides, to obtain a surface with a minimum of roughness and the faceted surface obtained being smoothed by calculation.
  • said aspherical face approaching a theoretical shape minimizing distortions, obtained by calculation is of the toric type.
  • said optical correction means consist in adopting for the visor two aspherical faces obtained in two steps from two initially spherical faces, a first aspherical face being determined during a first step by approximating a first theoretical shape. minimizing the distortions inherent in the initial spherical shapes, this first theoretical shape being obtained by calculation from a spherical shape approximated by polygonal facets, each facet being reoriented so as to correct the angular offset which it imposes on the light rays reaching the helmet wearer's eyes, the reoriented facets being repositioned in depth with respect to each other, starting at the center of the visor and ending at the sides to obtain a surface with a minimum of roughness and the faceted surface obtained being smoothed by calculation, and a second me aspherical face being obtained during a second step by approximating a second theoretical form minimizing the distortions inherent in the spherical-spherical form obtained during the first stage, this second theoretical form being obtained by calculation
  • said aspherical faces approaching theoretical shapes minimizing the distortions obtained by calculation are of the toric type.
  • said optical correction means consist of a relative offset between the two spherical faces of the visor causing a prismatic effect correcting the angular offset perceived by the wearer of the helmet when he looks through the visor in an arbitrary direction and in adoption of a ratio between the radius of curvature of the outer face of the visor on the radius of curvature of the inner face of the visor less than that of a concentric bi-spherical visor of constant thickness.
  • said optical correction means consist of a relative offset between the two faces of the visor causing a prismatic effect correcting the angular offset perceived by the wearer of the helmet when he looks through the visor in an arbitrary direction and into it.
  • said optical correction means consist of a relative offset between the two faces of the visor causing a prismatic effect correcting the angular offset perceived by the wearer of the helmet when he looks through the visor in an arbitrary direction and into it.
  • visor adoption a spherical face and an aspherical face of toroidal type configured, relative to the spherical face, so as to reduce the residual angular offsets in an area of the visor centered on said arbitrary direction.
  • said optical correction means consist of a relative offset between the two faces of the visor causing a prismatic effect correcting the angular offset perceived by the wearer of the helmet when he looks through the visor in an arbitrary direction and into it. adoption for the visor of two aspherical faces configured one with respect to the other so as to reduce the residual angular offsets in a zone of the visor centered on said arbitrary direction.
  • said optical correction means consist of a relative offset between the two faces of the visor causing a prismatic effect correcting the angular offset perceived by the wearer of the helmet when he looks through the visor in an arbitrary direction and into it.
  • said optical correction means consist of a holographic diffraction mask affixed to one of the faces of the visor and determined so as to equalize at any point of impact on the visor, the direction of the light rays collected by the eyes of the helmet wearer, before and after crossing their visor.
  • the holographic diffraction mask is affixed to the external face of the visor.
  • the holographic diffraction mask is tuned to the color green.
  • FIG. 1 is a sectional view showing the angular offset of the line of sight introduced by the presence of a conventional bi-spherical protective visor with constant thickness inserted before the eyes of an observer placed off-axis
  • FIG. 2 is a diagram detailing the refraction phenomena responsible for the angular offset of the line of sight
  • FIG. 3 is a measurement table giving a map of the angular offsets of the line of sight caused by the use of a conventional bi-spherical visor of constant thickness, according to the orientation of the eyes of the wearer of the helmet ,
  • FIGS. 4a and 4b show the effect of the introduction of a conventional protective visor before the eyes of a helmet wearer with an image projection system, the projected synthetic image being materialized by a reticle and the landscape by a pointing circle,
  • FIG. 5 is a vertical section of a bisphherical visor showing the geometry adopted, with offset of the faces, to avoid an angular offset in the axial direction,
  • FIG. 6 is a measurement table giving a map of the angular offsets of the line of sight when using a visor having a geometry conforming to that illustrated in Figure 5, depending on the orientation of the eyes of the helmet wearer,
  • FIG. 7 is a horizontal section of a bi-spherical visor according to the invention showing the geometry adopted, with modification of the ratio of the radii of curvature of the faces, to reduce the optical distortions caused by the visor, and
  • FIG. 8 is a measurement table giving a map of the angular offsets of the line of sight when using a visor having a geometry conforming to those illustrated in Figures 5 and 7, depending on the orientation of the eyes the helmet wearer,
  • FIG. 1 illustrates, in profile, the position of the eyes of a helmet wearer whose face is identified at 1, relative to a visor 2 articulated protection in a classic shape, in the folded position.
  • This protective visor 2 which can be a mechanical or optical protective visor has a more or less transparent wall, of constant thickness of spherical shape and is articulated on the sides of the front part of the helmet, along a passing articulation axis. by the center of its spherical shape.
  • This spherical shape and this arrangement adopted, in the usual way, for a visor meet various constraints including the need to leave a certain space in front of the front part of the helmet to accommodate the possible optical elements of a projection system carrying a synthetic image with an optical combiner placed in front of at least one of the helmet wearer's eyes as well as the search for a smaller size of the visor both in the folded down position, in the raised position or during the transition between the folded down and raised position .
  • Other considerations linked to the presence of an optical image projection system at the front of the helmet such as the need to reject outside the visual field the spurious images coming from the optical image projection system in order not to interfere with direct vision also militate in favor of such a shape and such a provision for a protective visor.
  • the visor 1 has a wall of constant thickness, with an internal face SI and an outer face S2 concentric spherical. It is said to be of concentric bi-spherical shape.
  • the protective visor 2 with its concentricnostiical shape, its constant thickness and its usual arrangement, is illustrated, in vertical section, by two concentric arcs of circle SI and S2 materializing its internal and external faces, placed in front the profile of the face of the wearer of the helmet 1, with their common center of sphere C coming at the level of the forehead of the helmet wearer,
  • a light ray R reaching the eye 3 of the helmet wearer through the visor undergoes two refractions, a first when it enters the wall of the visor 2 through its external surface S2 and a second when it leaves the wall of the visor 2 through its internal surface SI because it addresses in both cases, the external and internal surfaces of the visor 2 at angles of incidence far from normal, the latter being directed towards the forehead and not towards the eyes of the wearer of the helmet.
  • the light ray R follows a broken line RI, R2, R3 and moves away from the straight line by an offset angle ⁇ .
  • FIG. 2 details the phenomenon of double refraction affecting a light ray reaching the eyes of the helmet wearer looking through a concentric necessarilyical visor arranged according to the usual configuration illustrated in FIG. 1.
  • the helmet wearer's eye 0 is placed off-axis relative to the concentric bi-spherical visor.
  • the light ray R which reaches it therefore undergoes, on passing through the internal surfaces SI and external S2 of the visor, two refractions which give its path the form of a broken line RI, R2, R3. It arrives on the outer surface S2 of the visor with an angle of incidence i 'where it is refracted for the first time. It then enters at an angle of incidence r ′ within the wall of the visor before reaching the interior surface SI of the visor.
  • angles of incidence r, i at the point of impact A and the angles of incidence r ', i' at the point of impact B refer to different non-parallel normals
  • the angles of incidence r and r 'of the light ray at the ends of its path in the wall of the visor are not equal. It follows that the angles of incidence P and i of the light ray at its entrance and at its exit from the visor are themselves unequal and also refer to different non-parallel normals. The two phenomena play in opposite directions but the fact remains that the direction of the light ray is modified by the presence of the visor by a certain angle of offset which can be determined from a simple optical calculation geometric of the skilled person.
  • the angular offset occurs in a plane containing the light ray considered and the normals on the internal face SI and external S2 of the visor at the points of entry and exit of the ray considered on the visor, and depends on the angle eccentricity of this radius, If we consider the light ray placed in the axis of the visual field of the wearer of the helmet, it has an eccentricity angle which depends on its point of impact on the visor and therefore on the orientation of the helmet wearer's eyes relative to the visor.
  • FIG. 3 is a table giving an example of cartography of the angular offsets in milliradians which can be encountered with the aforementioned example of concentric bi-spherical visor, according to the orientation of the gaze of the helmet wearer with respect to the visor located in a system of angular coordinates expressed in degrees locating an azimuth angle on the abscissa and an elevation angle on the ordinate.
  • angular offset is quite variable and that it increases gradually when the helmet wearer looks towards the sides or down the visor.
  • the variations in angular offset as a function of the direction of gaze cause the wearer of the helmet to distort the landscape which reduces the width of his field of vision and pushes him to maintain his gaze in a direction close to the axis of the visor. . He must then compensate for the weakness of the width of his field of vision by movements of the head.
  • FIG. 4a shows a reticle 4 coming from a synthetic image generated by an optical projection system mounted on the helmet perfectly centered on an objective seen in the landscape in the absence of a visor and materialized by a circle 5.
  • FIG. 4b illustrates the transformation of the situation in FIG. 3a for the wearer of the helmet as soon as he puts on a visor.
  • the synthetic image and its reticle 4 have not moved.
  • the landscape and therefore the circle materializing the objective have moved upwards.
  • the wearer of the helmet when he realigns the reticle on the apparent objective then commits a designation error originating from the angular offset introduced into his perception of the landscape by the presence of the visor.
  • designation systems become more and more precise, the error due to the presence of a visor can no longer be overlooked.
  • a first measurement consists in introducing a compensating prismatic effect in the center of the field of vision of the wearer of the helmet where the reticle of the synthetic image is displayed by tilting the internal faces SI and external S2 of the visor, one by relation to each other around a horizontal axis passing through this center of field of vision.
  • Figure 5 shows the effect of such pivoting on the profile of a visor.
  • the latter sees the center C2 of its external spherical face S2 separated from the center Cl of its internal spherical face SI and slightly displaced upwards. It no longer has a constant thickness but a variable thickness which increases from the bottom to the top.
  • a visor with an average thickness of 2 mm one can imagine a thickness variation of 1 to 3 mm from the bottom to the top.
  • FIG. 6 is a table of the angular offset mapping obtained with a visor to which a pivoting has been applied between the external S2 and internal SI faces to obtain a correction of the angular offset in the direction of the axis of the helmet (look at the helmet wearer at azimuth 0 and site 0 relative to the visor). It can be seen that the desired angular offset correction is obtained, but that this is only complete over a small area centered on the azimuth 0 and the site 0.
  • the very small angle prism at the top (0.4 °) introduced between the two faces of the visor for the correction of the angular offset in a preferred direction, here that corresponding to the axis of the helmet, does not cause that a very weak effect of dispersion of the fundamental components of white light, very below the threshold of sensitivity of the eye and does not cause a noticeable effect of discoloration of the landscape.
  • Figure 7 is a horizontal sectional view of a visor obtained in this way. It can be seen that the two external S2 and internal SI faces of the visor are spherical but the radii of curvature of these faces are no longer in a ratio such that the thickness of the visor is constant but in a ratio giving the visor the profile a slightly converging lens, thicker at its center than at its ends. Thus designed, a visor with a thickness of 2 mm at its center is found with a thickness of the order of 1 mm on the sides and at its base and with a thickness of the order of 3 mm at its Mountain peak.
  • FIG. 8 is a table of the angular offset mapping obtained with the previous visor to which a vertical pivoting has been applied between the external S2 and internal SI faces to obtain a correction of the angular offset in the direction of the axis of the helmet ( gaze of the helmet wearer according to the azimuth 0 and the site 0 relative to the visor) as well as a reduction in the radius of the external face to approach the theoretical aspherical shape leading to the minimum of distortions.
  • R is the radius of the circle. It is the only parameter on which we can play with a surface in the shape of a spherical cap if we except its orientation.
  • a visor which consists in introducing a pivot angle in the vertical plane between the two faces of the visor and playing on the shape of the one of the faces of the visor to approach a theoretical shape obtained by calculation minimizing the residual angular offsets is applicable to any type of visor, whether the faces of the visor are initially bi-spherical concentric as has been described or that the initial faces of the visor are sphero-toric. spherical-aspherical or aspherical-aspherical, bi-toric type, asphero-toric or type "Bézier tiles" or other.
  • This technique can even be applied several times to the same visor, so as to arrive in stages, at an increasingly fine correction of the optical distortions which it causes.
  • correction deviations by prism effect is not the only way to combat angular shifts and distortions of a visor. It is also possible to use a holographic diffraction mask on one or the other, or on the two inner and outer faces of the visor. As before, we avoid modifying the optical properties of the inner face if it this is also used to present a synthetic image before the eyes of the helmet wearer, and only one holographic diffraction mask is placed on the external face of the visor.
  • the holographic diffraction mask is recorded in the usual way on the desired face of the visor.
  • This hologram records the disturbances caused by the visor on the light rays reaching the eye of the helmet wearer, with an opposite sign due to the real and imaginary complementary natures of the source points.
  • a holographic mask on the entire visible spectrum because its chromatism is important. This technique is especially usable when we do not try to keep intact the colorization of the landscape.
  • the mask diffraction holographic is then tuned to the green color for which the eye has its best sensitivity.
  • Such a holographic mask can be used in the case of a projection of symbology on the visor in red color. In this case, the internal face of the visor is used in reflection for the red color, whether it comes from the synthetic image projection system or from the landscape.
  • the helmet wearer therefore sees a landscape with a degraded red color Indeed, it is possible to have, for the projection of the symbology, a very strong selection of the red color on a very reduced spectral band occupying only one fraction of the area of red color perceived by the eye. Thus, only this fraction of the landscape's red color is not transmitted by the visor, but the red color is not lost as a whole.
  • the helmet wearer perceives the green and blue colors of the landscape. The blue color is not treated by the holographic mask but this is not very annoying insofar as the eye is much less sensitive to this color than to the green color.

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Abstract

Les visières pour casque sont généralement de forme sphérique et d'épaisseur constante, et articulées aux parois latérales d'un casque au niveau du front, autour d'un axe d'articulation passant par le centre de leur sphère. Ainsi conformées et montées, elles sont vues hors d'axe par un porteur de casque et occasionnent pour celui-ci des distorsions optiques provoquées par des effets de diffraction sur leurs faces interne et externe. On propose ici des visières à formes modifiées pour minimiser les distorsions optiques perçues par un porteur de casque. Un premier type de modifications consiste en un pivotement relatif, dans le plan vertical de l'une des faces de la visière par rapport à l'autre et en une légère réduction du rapport du rayon de courbure de la face extérieure de la visière sur celui de la face intérieure de la visière par rapport à la visière habituelle bisphérique concentrique. Un deuxième type de modifications consiste en l'adoption d'une ou deux surfaces asphériques de formes particulières. Un troisième type de modifications consiste en l'utilisation d'un masque holographique de diffraction apposé sur l'une des faces de la visière.

Description

VISIERE POUR CASQUE
La présente invention concerne les casques à visière de protection et notamment ceux équipés d'un système optique de projection d'image permettant d'afficher devant les yeux du porteur du casque, une image synthétique superposée à sa vue du monde extérieur
Ce genre de casques doit répondre à un certain nombre de contraintes, notamment des contraintes d'encombrement car il est destiné à être utilisé dans des espaces restreints comme le cockpit d'un avion ou d'un hélicoptère, des contraintes de poids et de moment cinétique pour limiter les fatigues au niveau du cou du porteur. Ces contraintes amènent à alléger au maximum les éléments du système de projection d'image et à les placer au plus près possible du centre de gravité de la tête du porteur.
Les éléments d'un système de projection d'image pour casque sont en général rejetés, à l'exception du combineur optique permettant de superposer l'image synthétique projetée au paysage devant les yeux du porteur du casque, à la périphérie supérieure du casque car ils ne doivent pas empiéter sur l'espace visuel du porteur du casque ni venir à la périphérie inférieure du visage du porteur du casque qui est réservée à un équipement éventuel de respiration (masque à oxygène). L'image synthétique engendrée par le système de projection d'image est donc appliquée au combineur placé devant les yeux du porteur du casque depuis un système optique occupant la zone frontale.
Par ailleurs, le casque est toujours équipé d'une ou plusieurs visières de protection relevables, par exemple une visière de protection mécanique contre le vent, les poussières... et une visière de protection optique contre le soleil ou les agressions laser. Cette ou ces visières de protection mobiles sont totalement amovibles ou s'escamotent en pivotant au-dessus de la tête du porteur du casque en passant par-dessus des éléments du système de projection d'image placés dans la zone frontaie. Pour un moindre encombrement lors de leur mouvement de mise en place et d'escamotage, il est habituel de donner aux visières une forme générale sphérique et de les articuler sur le casque autour d'un axe de rotation placé dans la zone frontale du casque et passant par le centre de leur sphère. En outre, pour des facilitées de fabrication, les visières qui sont généralement obtenues par thermoformage d'une plaque de plastique transparent d'épaisseur uniforme, ont souvent, une forme finale bi-sphérique concentrique avec une épaisseur constante et deux faces : une face interne et une face externe sphériques et concentriques.
Les positions des yeux du porteur du casque sont excentrées latéralement et vers le bas par rapport au centre des sphères des faces externes et internes des visières, selon des angles dépassant les 20 degrés. Ces excentrements font que les rayons lumineux parvenant aux yeux du porteur du casque traversent les parois des visières sous des angles éloignés de la normale et subissent à l'occasion de ces traversées, des phénomènes de réfraction provoquant des décalages et des distorsions d'image.
Ainsi, le porteur d'un casque constate, lorsqu'il met en place une visière, à la fois un décalage vers le haut de l'image du paysage qu'il perçoit et des distorsions de cette image. Le décalage introduit par une visière varie avec la direction dans laquelle regarde le porteur du casque car la valeur de l'angle d'excentrement dépend de cette direction. Il est de l'ordre de 0,4 degrés lorsqu'il regarde droit devant et s'aggrave rapidement lorsqu'il dévie son regard sur les côtés ou vers le bas. Ce décalage a l'inconvénient de jouer sur la superposition perçue par le porteur du casque entre une image synthétique projetée et ie paysage qu'il perçoit.
Jusqu'à présent, le décalage et les distorsions d'image dus aux visières étaient négligés, le décalage parce qu'il n'avait pas d'influence notable sur la précision des systèmes de désignation utilisant un viseur de casque et les distorsions d'image parce que le porteur du casque peut, la plupart du temps, se satisfaire d'un espace de vision réduit en orientant son champ de vision plus par déplacement de sa tête que par déplacement de ses yeux. Avec l'amélioration de la précision des systèmes de désignation à viseur de casque, l'influence des décalages d'image dus à la présence des visières sur les erreurs de visée ne peut plus être négligée. Le décalage introduit dans l'axe de vision par la visière de protection ou visière claire est facile à prendre en compte. En effet, comme cette visière est en général maintenue abaissée durant toute une mission, on peut tenir compte une fois pour toutes du décalage qu'elle introduit par un décalage dans le même sens de l'image synthétique projetée.
Le décalage introduit dans l'axe de vision par la ou les visières supplémentaires de protection optique est plus gênant car le porteur du casque est amené à mettre ou escamoter ces visières en fonction des conditions d'éclairage rencontrées ou des menaces laser qui peuvent être très variables au cours d'une même mission. Si l'on cherche à le compenser en décalant dans le même sens l'image synthétique projetée, il ne faut le faire que lorsque ces visières sont abaissées, ce qui implique que l'on est capable de détecter à tout instant les positions de ces visières. Cette détection de position peut être obtenue en équipant le casque de capteurs de position de visières mais cela va à l' encontre du souci général d'allégement du casque.
En outre, la compensation du décalage du paysage dû à la présence des visières par un décalage analogue de l'image synthétique projetée doit être faite en fonction de la direction du regard du porteur du casque puisque ia valeur de l'angle d'excentrement et donc du décalage en dépend. On pourrait penser à détecter la position oculaire du porteur du casque et décaler l'image synthétique de la valeur observée dans la direction visée par le porteur du casque mais cette correction dynamique de l'image synthétique est difficilement ressentie par le porteur du casque qui voit une image synthétique semblant onduler avec la direction de son regard,
La compensation du seul décalage ne permet pas de corriger la distorsion d'image due aux visières qui est pourtant particulièrement gênante pour les systèmes à vision nocturne ou à infrarouge car elle conduit à une mauvaise superposition de l'image synthétique avec le paysage perçu au travers des visières. Pour améliorer cette superposition, on pourrait penser à faire subir à l'image synthétique une distorsion analogue par traitement d'image mais cela nécessiterait d'introduire sur le casque des moyens de correction optiques ou numériques beaucoup trop pesants.
La présente invention a pour but de lutter contre les inconvénients précités en jouant sur les propriétés optiques des visières de protection.
Elle a pour objet une visière de protection pour casque avec une paroi transparente présentant deux faces, l'une interne, l'autre externe, de formes générales sphériques remarquable en ce qu'elle comporte des moyens optiques de réduction des décalages angulaires perçus à son travers par le porteur du casque.
Avantageusement, lesdits moyens optiques de correction consistent en un désaxement relatif entre les deux faces sphériques de la paroi de la visière donnant à cette paroi une épaisseur variable et entraînant un effet prismatique corrigeant le décalage angulaire perçu par le porteur du casque lorsqu'il regarde au travers de la visière dans une direction déterminée.
Avantageusement, lesdits moyens optiques de correction consistent en un désaxement relatif de la face extérieure de la visière par rapport à la face intérieure dans un plan vertical. Avantageusement, lesdits moyens optiques de correction consistent en un désaxement vers le haut d'un angle de l'ordre du demi degré de la face extérieure de la visière par rapport à la face intérieure de la visière.
Avantageusement, lesdits moyens optiques de correction consistent en une réduction du rapport du rayon de courbure de la face extérieure de la visière sur le rayon de courbure de la face intérieure de la visière par rapport à celui d'une visière bi-sphérique concentrique d'épaisseur constante
Avantageusement, lesdits moyens optiques de correction consistent en une variation du rapport du rayon de courbure de la face extérieure sur celui de la face intérieure de la visière de l'ordre de 1/100 ième par rapport à une visière bi-sphérique concentrique d'épaisseur constante.
Avantageusement, lesdits moyens optiques de correction consistent en l'adoption pour la visière d'une face sphérique et d'une face asphérique, la face asphérique approchant une forme théorique minimisant les distorsions, obtenue par calcul à partir d'une forme sphérique approximée par des facettes polygonales, chaque facette étant réorientée de manière à corriger le décalage angulaire qu'elle impose aux rayons lumineux parvenant aux yeux du porteur du casque, les facettes réorientées étant repositionnées en profondeur les unes par rapport aux autres en commençant par le centre de la visière et en finissant par les côtés, pour obtenir une surface présentant un minimum d'aspérités et la surface à facettes obtenue étant lissée par le calcul.
Avantageusement, ladite face asphérique approchant une forme théorique minimisant les distorsions, obtenue par le calcul est de type torique.
Avantageusement, lesdits moyens optiques de correction consistent en l'adoption pour la visière de deux faces asphériques obtenues en deux étapes à partir de deux faces initialement sphériques, une première face asphérique étant déterminée au cours d'une première étape en approximant une première forme théorique minimisant les distorsions inhérentes aux formes sphériques initiales, cette première forme théorique étant obtenue par calcul à partir d'une forme sphérique approximée par des facettes polygonales, chaque facette étant réorientée de manière à corriger le décalage angulaire qu'elle impose aux rayons lumineux parvenant aux yeux du porteur du casque, les facettes réorientées étant repositionnées en profondeur les unes par rapport aux autres en commençant par le centre de la visière et en finissant par les côtés pour obtenir une surface avec un minimum d'aspérités et ia surface à facettes obtenues étant lissées par le calcul, et une deuxième face asphérique étant obtenue au cours d'une deuxième étape en approximant une deuxième forme théorique minimisant les distorsions inhérentes à la forme sphérique-αsphérique obtenue au cours de la première étape, cette deuxième forme théorique étant obtenue par calcul à partir d'une forme sphérique approximée par des facettes polygonales, chaque facette étant réorientée de manière à corriger le décalage angulaire qu'elle impose aux rayons lumineux parvenant aux yeux du porteur du casque, les facettes réorientées étant répositionnées en profondeur les unes par rapport aux autres en commençant par le centre de la visière et en finissant par les côtés pour obtenir une surface avec un minimum d'aspérités et la surface à facettes obtenues étant lissée par le calcul.
Avantageusement, lesdites faces asphériques approchant des formes théoriques minimisant les distorsions, obtenues par le calcul, sont de type torique.
Avantageusement, lesdits moyens optiques de correction consistent en un désaxement relatif entre les deux faces sphériques de la visière entraînant un effet prismatique corrigeant le décalage angulaire perçu par le porteur du casque lorsqu'il regarde au travers de la visière dans une direction arbitraire et en l'adoption d'un rapport entre le rayon de courbure de la face extérieure de la visière sur le rayon de courbure de la face intérieure de la visière inférieure à celui d'une visière bi-sphérique concentrique d'épaisseur constante.
Avantageusement, lesdits moyens optiques de correction consistent en un désaxement relatif entre les deux faces de la visière entraînant un effet prismatique corrigeant le décalage angulaire perçu par le porteur du casque lorsqu'il regarde au travers de la visière dans une direction arbitraire et en l'adoption pour la visière d'une face sphérique et d'une face asphérique configurée, relativement à la face sphérique, de manière à réduire les décalages angulaires résiduels dans une zone de la visière axée sur ladite direction arbitraire.
Avantageusement, lesdits moyens optiques de correction consistent en un désaxement relatif entre les deux faces de la visière entraînant un effet prismatique corrigeant le décalage angulaire perçu par le porteur du casque lorsqu'il regarde au travers de la visière dans une direction arbitraire et en l'adoption pour la visière d'une face sphérique et d'une face asphérique de type torique configurée, relativement à la face sphérique, de manière à réduire les décalages angulaires résiduels dans une zone de la visière axée sur ladite direction arbitraire. Avantageusement, lesdits moyens optiques de correction consistent en un désaxement relatif entre les deux faces de la visière entraînant un effet prismatique corrigeant le décalage angulaire perçu par le porteur du casque lorsqu'il regarde au travers de la visière dans une direction arbitraire et en l'adoption pour la visière de deux faces asphériques configurées l'une par rapport à l'autre de manière à réduire les décalages angulaires résiduels dans une zone de la visière axée sur ladite direction arbitraire.
Avantageusement, lesdits moyens optiques de correction consistent en un désaxement relatif entre les deux faces de la visière entraînant un effet prismatique corrigeant le décalage angulaire perçu par le porteur du casque lorsqu'il regarde au travers de la visière dans une direction arbitraire et en l'adoption pour la visière de deux faces asphériques de type torique configurées l'une par rapport à l'autre de manière à réduire les décalages angulaires résiduels dans une zone de la visière axée sur ladite direction arbitraire.
Avantageusement, lesdits moyens optiques de correction consistent en un masque holographique de diffraction apposé sur l'une des faces de la visière et déterminé de façon à égaliser en tout point d'impact sur la visière, la direction des rayons lumineux collectés par les yeux du porteur de casque, avant et après leur traversée de la visière.
Avantageusement, le masque holographique de diffraction est apposé sur la face externe de la visière.
Avantageusement, ie masque holographique de diffraction est accordé sur la couleur verte.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-après de plusieurs modes de réalisation donnés à titre d'exemple. Cette description sera faite en regard du dessin dans lequel : - une figure 1 est une vue en coupe montrant le décalage angulaire de l'axe de visée introduit par la présence d'une visière de protection classique bi-sphérique à épaisseur constante intercalée devant les yeux d'un observateur placés hors d'axe, - une figure 2 est un schéma détaillant les phénomènes de réfraction responsables du décalage angulaire de l'axe de visée,
- une figure 3 est un tableau de mesure donnant une cartographie des décalages angulaires d'axe de visée provoqués par l'utilisation d'une visière bi-sphérique classique d'épaisseur constante, en fonction de l'orientation des yeux du porteur du casque,
- des figures 4a et 4b montrent l'effet de l'introduction d'une visière de protection classique devant les yeux d'un porteur de casque à système de projection d'image, l'image synthétique projetée étant matérialisée par un réticule et le paysage par un cercle de pointage,
- une figure 5 est une coupe verticale d'une visière bisphérique montrant la géométrie adoptée, avec désaxement des faces, pour éviter un décalage angulaire en direction axiale,
- une figure 6 est un tableau de mesure donnant une cartographie des décalages angulaires d'axe de visée en cas d'utilisation d'une visière ayant une géométrie conforme à celle illustrée par la figure 5, en fonction de l'orientation des yeux du porteur du casque,
- une figure 7 est une coupe horizontale d'une visière bi- sphérique selon l'invention montrant la géométrie adoptée, avec modification du rapport des rayons de courbure des faces, pour réduire les distorsions optiques provoquées par la visière, et
- une figure 8 est un tableau de mesure donnant une cartographie des décalages angulaires d'axe de visée en cas d'utilisation d'une visière ayant une géométrie conforme à celles illustrées aux figures 5 et 7, en fonction de l'orientation des yeux du porteur du casque,
La figure 1 illustre, de profil, la position des yeux d'un porteur de casque dont le visage est repéré en 1, par rapport à une visière 2 de protection articulée de forme classique, en position rabattue. Cette visière 2 de protection qui peut être une visière de protection mécanique ou optique présente une paroi plus ou moins transparente, d'épaisseur constante de forme sphérique et est articulée sur les côtés de la partie frontale du casque, selon un axe d'articulation passant par le centre de sa forme sphérique.
Cette forme sphérique et cette disposition adoptée, de manière habituelle, pour une visière répondent à diverses contraintes dont la nécessitée de laisser dégagé un certain espace en avant de la partie frontale du casque pour loger les éléments optiques éventuels d'un système de projection acheminant une image synthétique à un combineur optique placé devant l'un au moins des yeux du porteur du casque ainsi que la recherche d'un moindre encombrement de la visière aussi bien en position rabattue, en position relevée ou en cours de transition entre position rabattue et relevée. D'autres considérations liées à la présence d'un système optique de projection d'image en partie frontale du casque, comme ia nécessité de rejeter en dehors du champ visuel les images parasites issues du système optique de projection d'image afin de ne pas gêner la vision directe militent également en faveur d'une telle forme et d'une telle disposition pour une visière de protection.
Par ailleurs, pour des questions de facilité de fabrication (possibilité d'obtention par simple thermoformage d'une plaque d'un matériau plastique transparent d'épaisseur uniforme), la visière 1 présente une paroi d'épaisseur constante, avec une face intérieure SI et une face extérieure S2 sphériques concentriques. Elle est dite de forme bi-sphérique concentrique.
Sur la figure 1, la visière de protection 2, avec sa forme bisphérique concentrique, son épaisseur constante et sa disposition habituelle, est illustrée, en coupe verticale, par deux arcs de cercle concentriques SI et S2 matérialisant ses faces interne et externe, placés devant le profil du visage du porteur du casque 1, avec leur centre de sphère commun C venant au niveau du front du porteur de casque, On constate alors qu'un rayon lumineux R parvenant sur l'oeil 3 du porteur de casque au travers de la visière subit deux réfractions, une première lorsqu'il pénètre dans la paroi de la visière 2 par sa surface externe S2 et une deuxième lorsqu'il quitte la paroi de la visière 2 par sa surface interne SI car il aborde dans les deux cas, les surfaces externe et interne de la visière 2 sous des angles d'incidence éloignés des normales, celles-ci étant dirigées vers le front et non vers les yeux du porteur du casque. Par suite de ces deux réfractions, le rayon lumineux R suit une ligne brisée RI, R2, R3 et s'éloigne de la ligne droite d'un angle de décalage δ.
La figure 2 détaille le phénomène de double réfraction affectant un rayon lumineux parvenant aux yeux du porteur de casque regardant au travers d'une visière bisphérique concentrique disposée selon la configuration habituelle illustrée par la figure 1.
L'oeil 0 du porteur du casque est placé hors d'axe par rapport à la visière bi-sphérique concentrique. Le rayon lumineux R qui l'atteint subit donc aux traversées des surfaces interne SI et externe S2 de la visière deux réfractions qui donnent à son parcours la forme d'une ligne brisée RI, R2, R3. Il arrive sur la surface extérieure S2 de la visière avec un angle d'incidence i' où il est réfracté une première fois. Il pénètre alors sous un angle d'incidence r' au sein de la paroi de la visière avant d'atteindre la surface intérieure SI de la visière. Du fait de la forme bi-sphérique concentrique de la visière, il atteint la surface intérieure SI de la visière sous un autre angle d'incidence r et se trouve réfracté en direction de l'oeil O du porteur du casque sous un angle d'incidence i. Chaque réfraction respecte la loi de Descartes de sorte que l'on a ; sinι'= nsinr' sint' = nsinr
Comme ia visière bi-sphérique concentrique est vue hors d'axe, le rayon lumineux observé impacte sur les surfaces interne SI et externe S2 de la visière en des points A et B qui ne sont pas sur un même rayon de la sphère de la paroi de la visière. Cela a deux conséquences :
- Les angles d'incidence r, i au point d'impact A et tes angles d'incidence r', i' au point d'impact B se réfèrent à des normales différentes non parallèles, - Les angles d'incidence r et r' du rayon lumineux aux extrémités de son trajet dans la paroi de la visière ne sont pas égaux. Il en résulte que les angles d'incidence P et i du rayon lumineux à son entrée et à sa sortie de la visière sont eux-mêmes inégaux et se réfèrent aussi à des normales différentes non parallèles. Les deux phénomènes jouent en sens opposés mais il n'en reste pas moins que la direction du rayon lumineux est modifiée par la présence de la visière d'un certain angle de décalage qui peut être déterminé à partir d'un simple calcul d'optique géométrique du ressort de l'homme du métier.
Avec les valeurs usuelles, une visière bi-sphérique concentrique d'un rayon de l'ordre de 10 cm, d'épaisseur constante de l'ordre de 2 mm, en un polycarbonate transparent d'indice de l'ordre de 1,5, vue par le porteur du casque sous un angle de désaxement de l'ordre de 25°, ce qui correspond à la position de l'œil d'un observateur regardant devant lui, la présence de la visière entraîne un décalage angulaire vers le bas de l'ordre de 4 milliradians,
Plus généralement, le décalage angulaire se produit dans un plan renfermant le rayon lumineux considéré et les normales aux faces interne SI et externe S2 de la visière aux points d'entrée et de sortie du rayon considéré sur la visière, et dépend de l'angle d'excentrement de ce rayon, Si l'on considère le rayon lumineux placé dans l'axe du champ visuel du porteur du casque, il a un angle d'excentrement qui dépend de son point d'impact sur la visière et donc de l'orientation des yeux du porteur du casque par rapport à la visière.
La figure 3 est un tableau donnant un exemple de cartographie des décalages angulaires en milliradians que l'on peut rencontrer avec l'exemple précité de visière bi-sphérique concentrique, en fonction de l'orientation du regard du porteur de casque par rapport à la visière repérée dans un système de coordonnées angulaires exprimées en degrés repérant en abscisse un angle en azimut et en ordonnée un angle en site.
On remarque que le décalage angulaire est assez variable et qu'il augmente progressivement lorsque le porteur du casque regarde vers les côtés ou vers le bas de la visière. Les variations de décalage angulaire en fonction de la direction du regard entraînent, pour le porteur du casque une distorsion du paysage qui réduit la largeur de son champ de vision et le pousse à maintenir son regard dans une direction voisine de l'axe de la visière. Il doit alors pallier la faiblesse de la largeur de son champ de vision par des mouvements de la tête.
Lorsqu'il met sa visière, le porteur du casque a l'impression de voir le paysage remonter. Cela ne présente pas d'inconvénient particulier en l'absence d'appareil de visée utilisant un système optique de projection d'image synthétique monté à même le casque. Par contre, en présence d'un tel système optique, la mise en place de la visière se traduit par une remontée du paysage par rapport à l'image synthétique projetée. En effet, lorsque l'image synthétique projetée comporte un réticule de visée, celui-ci ne se superpose pas, pour le porteur du casque, au même point du paysage selon que la visière est ou non en place. Les figures 4a et 4b illustrent ce phénomène. La figure 4a montre un réticule 4 provenant d'une image synthétique engendrée par un système optique de projection monté à même le casque parfaitement centré sur un objectif vu dans le paysage en l'absence de visière et matérialisé par un cercle 5. La figure 4b illustre la transformation de la situation de la figure 3a pour le porteur du casque dès qu'il met en place une visière. L'image synthétique et son réticule 4 n'ont pas bougé. Par contre le paysage et donc le cercle matérialisant l'objectif se sont déplacés vers le haut. Le porteur du casque lorsqu'il réaligne le réticule sur l'objectif apparent commet alors une erreur de désignation provenant du décalage angulaire introduit dans sa perception du paysage par la présence de la visière. Les systèmes de désignation devenant de plus en plus précis, l'erreur due à la présence d'une visière ne peut plus être négligée.
Pour la réduire, on propose de jouer sur les propriétés optiques d'une visière. Une première mesure consiste à introduire un effet prismatique compensateur au centre du champ de vision du porteur du casque où s'affiche le réticule de l'image synthétique en faisant basculer les faces interne SI et externe S2 de la visière, l'une par rapport à l'autre autour d'un axe horizontal passant par ce centre de champ de vision. Le basculement consiste par exemple à faire pivoter vers le bas la face externe S2 de la visière autour de l'axe horizontal considéré de la valeur adéquate, sachant qu'un basculement d'angle a introduit un prisme d'angle a qui lorsque l'angle a est petit, ce qui est le cas, procure un décalage angulaire d de valeur : d = (n - \)
Avec les valeurs adoptées précédemment, un indice de 1,5 et un décalage angulaire à corriger de 0,4 milliradian, il faut faire pivoter la face externe de la visière S2 par rapport à la face interne SI d'un angle de l'ordre de 0,4 degré.
La figure 5 montre l'effet d'un tel pivotement sur le profil d'une visière. Celle-ci voit le centre C2 de sa face sphérique externe S2 désolidarisé du centre Cl de sa face sphérique interne SI et légèrement déplacé vers le haut. Elle n'a plus une épaisseur constante mais une épaisseur variable qui croît du bas vers le haut. Pour une visière d'épaisseur moyenne de 2 mm, on peut concevoir une variation d'épaisseur de 1 à 3 mm depuis le bas vers le haut.
La figure 6 est un tableau de la cartographie du décalage angulaire obtenu avec une visière à laquelle on a appliqué un pivotement entre les faces externe S2 et interne SI pour obtenir une correction du décalage angulaire dans la direction de l'axe du casque (regard du porteur de casque selon l'azimut 0 et le site 0 par rapport à la visière). On constate que l'on obtient bien la correction de décalage angulaire recherchée mais que celle-ci n'est complète que sur une zone de faible étendue centrée sur l'azimut 0 et le site 0.
On remarque que le prisme d'angle au sommet très petit (0,4°) introduit entre les deux faces de la visière pour la correction du décalage angulaire dans une direction privilégiée, ici celle correspondant à l'axe du casque, n'entraîne qu'un effet très faible de dispersion des composantes fondamentales de la lumière blanche, très en dessous du seuil de sensibilité de l'oeil et ne provoque pas d'effet sensible de décoloration du paysage.
Dans le cas d'une visière de protection solaire, teintée dans la masse, le fait d'être plus épaisse vers le haut que vers le bas lui donne un taux de filtrage de luminosité variable se dégradant du haut vers le bas. Ce dégradé est un avantage car il adapte la transmission de la visière à la luminosité du paysage, les zones les plus lumineuses d'un paysage correspondant au ciel et étant vues au travers de la partie supérieure de la visière.
Le problème du décentrage, par rapport au paysage, d'un réticule engendré par une image synthétique et centré sur l'azimut 0 et le site 0 par rapport à la visière est résolu. Cependant, la visière continue à provoquer des distorsions optiques du même ordre que précédemment réduisant la largeur du champ de vision du porteur du casque. En effet, le tableau de la figure 6 montre que, si les décalages angulaires ont été réduits en direction du bas de la visière, ils ont été légèrement aggravés en direction des côtés et du haut de la visière.
Pour lutter contre les distorsions optiques de la visière, on se propose de jouer sur la forme de l'une ou des deux faces de la visière.
Dans un premier temps, on n'intervient pas sur la face interne de la visière, car celle-ci peut avoir sa forme imposée par d'autres considérations. Elle peut en effet servir de combineur optique (miroir semi-transparent) pour un système optique de projection d'image synthétique monté sur le casque et avoir à ce titre une forme imposée.
On recherche alors la forme théorique à donner à la face externe de la visière pour corriger les décalages angulaires locaux constatés dans le tableau de la figure 6. Une manière de procéder consiste à approximer la vision binoculaire par une vision monoculaire en remplaçant les deux yeux du porteur du casque par un oeil cyclope disposé au milieu de son front et à approximer la face extérieure sphérique de la visière par une surface à facettes planes polygonales, chaque facette étant suffisamment petite pour ne pas être discernables à l'oeil. On détermine alors par des calculs géométriques les trajets des rayons parvenant à l'oeil cyclope en passant au travers de chacune des facettes de la face extérieure de la visière, et les décalages angulaires subis par ces rayons. On en déduit alors les corrections prismatiques à imposer à chacun des rayons, c'est-à-dire les corrections d'orientation à imposer à chacune des facettes de la face extérieure de la visière. Après réorientations, les facettes sont réajustées en profondeur en partant de celle correspondant au centre de la visière de manière à se raccorder au mieux et à diminuer le plus possible les aspérités de la forme d'ensemble obtenue. Cette opération de réajustement est rendue possible par le fait que les décalages angulaires varient de manière monotone en fonction de l'orientation des rayons par rapport à la visière. On obtient ainsi, à partir des facettes réorientées et réajustées, une nouvelle forme pour la face extérieure de la visière. Cette nouvelle forme définie par des fonctions continues affines par morceaux est alors lissée par traitement mathématique pour aboutir à une forme asphérique qui est celle donnant théoriquement à la visière un minimum de distorsion.
Cette forme asphérique théorique à laquelle on est parvenu pour la face extérieure de la visière peut se révéler difficile à réaliser. C'est pourquoi on peut être amené à l'approximer de manière plus ou moins fine. On peut tout d'abord essayer de l'approximer par une forme sphérique. La face extérieure de la visière conserve alors sa forme sphérique et son orientation par rapport à la face interne sphérique mais voit son rayon de courbure modifié de manière à se rapprocher au mieux de la forme asphérique théorique (obtention d'un minimum de la somme des erreurs quadratiques subsistant entre les deux formes).
La figure 7 est une vue en coupe horizontale d'une visière obtenue de cette façon. On voit que les deux faces externe S2 et interne SI de la visière sont sphériques mais les rayons de courbures de ces faces ne sont plus dans un rapport tel que l'épaisseur de la visière soit constante mais dans un rapport donnant à la visière le profil d'une lentille légèrement convergente, plus épaisse en son centre qu'à ses extrémités. Ainsi conçue, une visière avec une épaisseur de 2 mm en son centre se retrouve avec une épaisseur de l'ordre de 1 mm sur les côtés et à sa base et avec une épaisseur de l'ordre de 3 mm à son sommet. Le rapport du rayon de courbure de sa face extérieure sur le rayon de courbure de sa face intérieure est réduit ici, dans une proportion de l'ordre de 1/100 ième par rapport à celui d'une visière bi-sphérique d'épaisseur constante. La figure 8 est un tableau de la cartographie du décalage angulaire obtenu avec la visière précédente à laquelle on a appliqué un pivotement vertical entre les faces externe S2 et interne SI pour obtenir une correction du décalage angulaire dans la direction de l'axe du casque (regard du porteur de casque selon l'azimut 0 et le site 0 par rapport à la visière) ainsi qu'une réduction du rayon de la face externe pour s'approcher de la forme asphérique théorique conduisant au minimum de distorsions. On constate que l'étendue de la zone de la visière sans décalage angulaire a plus que doublé et que les décalages angulaires à la périphérie de cette zone ont beaucoup diminué. Cela montre bien l'intérêt que l'on a, à jouer sur la position angulaire relative, dans le plan vertical des deux faces d'une visière bi-sphérique concentrique et sur le rapport des rayons de courbure des deux faces d'une telle visière pour diminuer les distorsions optiques qu'elle occasionne. L'approximation de la forme théorique obtenue par calcul pour la face extérieure de la visière peut être améliorée en donnant à la face externe de la visière une forme asphérique déduite de la forme sphérique adoptée précédemment, En effet, une surface sphérique peut être définie en coordonnées cartésiennes par l'équation : x2 + y2 + z2 = R2
Soit : z = sphère(x,y)
R est le rayon du cercle. C'est le seul paramètre sur lequel on peut jouer avec une surface en forme de calotte sphérique si l'on excepte son orientation.
On améliore les possibilités d'ajustement en passant à une surface asphérique définie à partir de l'équation de la sphère complétée par des termes d'ordre supérieur : z = sphère(x,y) + a/V! + b/y, -l- c/yA - α, b, c étant des coefficients de réglage et h2 =x2 + y2
Grâce aux paramètres a, b, c ajoutés, il est possible d'approcher de manière plus précise encore, la forme théorique obtenue par le calcul pour la face extérieure de la visière.
De manière plus générale, on peut, pour approximer la forme théorique obtenue par le calcul pour la face externe de la visière, partir, non pas de l'équation d'une sphère mais de l'équation d'un tore. Il vient alors : z = tore(R,p,x, y) + a/-2 + bh4 + ch6 • • • a, b, c étant des coefficients de réglage différents des précédents et h valant toujours : h2 = x2 + y2
La technique que l'on vient de décrire pour réduire les décalages angulaires et donc les distorsions apportées par une visière, qui consiste à introduire un angle de pivotement dans le plan vertical entre les deux faces de la visière et à jouer sur la forme de l'une des faces de la visière pour approcher une forme théorique obtenue par calcul minimisant les décalages angulaires résiduels est applicable à tout type de visière, que les faces de la visière soient initialement bi- sphériques concentriques comme cela a été décrit ou que les faces initiales de la visière soient sphéro-torique.sphérique-asphérique ou asphérique-asphérique, de type bi-torique, asphéro-torique ou de type "carreaux de Bézier" ou autre.
Cette technique peut même être appliquée à plusieurs reprises à la même visière, de manière à parvenir par étapes, à une correction de plus en plus fine des distorsions optiques qu'elle occasionne. On peut notamment, dans le cas d'une visière bi- sphérique n'ayant pas une forme de surface interne imposée par un système de projection d'image synthétique monté sur le casque, soit parce qu'un tel système de projection est absent, soit parce que le combineur optique utilisé par ce système de projection optique ne met pas à contribution la surface interne de la visière, soit encore parce que la visière n'est qu'une deuxième visière, après avoir fait pivoter l'une deux faces de la visière par rapport à l'autre dans le plan vertical pour corriger le décalage angulaire dans l'axe du casque, remplacer la forme sphérique de la face externe de la visière par une forme asphérique se rapprochant de la forme théorique obtenue par calcul minimisant les distorsions, puis calculer à partir de la visière obtenue la forme théorique à adopter pour la face interne de la visière pour minimiser les distorsions résiduelles et remplacer la forme sphérique de la face interne de la visière par une forme asphérique se rapprochant de cette deuxième forme théorique pour parvenir finalement à une visière bi-asphérique avec un léger désaxement de ses faces dans le plan vertical.
L'emploi de déviations de correction par effet de prisme n'est pas le seul moyen pour lutter contre les décalages angulaires et les distorsions d'une visière. Il est également possible d'utiliser un masque holographique de diffraction sur l'une ou l'autre, ou sur les deux faces interne et externe de la visière, Comme précédemment, on évite de modifier les propriétés optiques de la face interne si celle-ci est utilisée par ailleurs pour présenter une image synthétique devant les yeux du porteur de casque, et l'on ne place qu'un seul masque holographique de diffraction sur la face externe de la visière.
Le masque holographique de diffraction est enregistré de la manière habituelle sur la face désirée de la visière. Pour ce faire, on peut utiliser deux points source cohérents, l'un réel, l'autre imaginaire mis à l'emplacement de l'oeil du porteur du casque (position fictive d'un oeil cyclope entre les deux yeux du porteur du casque) et enregistrer l'hologramme obtenu dans de la gélatine sensible recouvrant la face voulue de la visière. Cet hologramme enregistre les perturbations provoquées par la visière sur les rayons lumineux parvenant à l'oeil du porteur du casque, avec un signe opposé du fait des natures complémentaires réelle et imaginaire des points source.
Il est cependant difficile d'utiliser un masque holographique sur tout le spectre visible car son chromatisme est important. Cette technique est surtout utilisable lorsque l'on ne cherche pas à conserver intacte la colorisation du paysage. Le masque holographique de diffraction est alors accordé sur la couleur verte pour laquelle l'oeil présente sa meilleure sensibilité. Un tel masque holographique peut s'utiliser dans le cas d'une projection de symbologie sur la visière en couleur rouge. Dans ce cas, la face interne de la visière est utilisée en réflexion pour la couleur rouge, qu'elle provienne du système de projection d'image synthétique ou du paysage. Le porteur du casque voit donc un paysage avec une couleur rouge dégradée En effet, il est possible d'avoir, pour la projection de la symbologie, une sélection très forte de la couleur rouge sur une bande spectrale très réduite n'occupant qu'une fraction du domaine de la couleur rouge perçu par l'oeil. Ainsi, seule cette fraction de couleur rouge du paysage n'est pas transmise par la visière mais la couleur rouge n'est pas perdue dans son ensemble. Le porteur du casque perçoit les couleurs verte et bleue du paysage. La couleur bleue n'est pas traitée par le masque holographique mais cela n'est pas très gênant dans la mesure où l'oeil est beaucoup moins sensible à cette couleur qu'à la couleur verte.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1. Visière de protection pour casque avec une paroi transparente (2) présentant deux faces, l'une interne SI, l'autre externe S2, de formes générales sphériques caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens optiques de réduction des décalages angulaires perçus à son travers par le porteur du casque.
2. Visière selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens optiques de correction consistent en un désaxement relatif entre les deux faces SI, S2 de la paroi de la visière donnant à cette paroi une épaisseur variable et entraînant un effet prismatique corrigeant le décalage angulaire perçu par le porteur du casque lorsqu'il regarde au travers de la visière dans une direction déterminée.
3. Visière selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens optiques de correction consistent en un désaxement relatif de la face extérieure S2 de la visière par rapport à la face intérieure SI de la visière dans un plan vertical.
4. Visière selon la revendication 3, caractérisée en ce que lesdits moyens optiques de correction consistent en un désaxement vers le haut d'un angle de l'ordre du demi degré de la face extérieure S2 de la visière par rapport à la face intérieure SI de la visière.
5. Visière selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens optiques de correction consistent en une réduction du rapport du rayon de courbure de la face extérieure S2 de la visière sur le rayon de courbure de la face intérieure SI de la visière par rapport à celui d'une visière bi-sphérique concentrique d'épaisseur constante,
6. Visière selon la revendication 1 , caractérisée en ce que lesdits moyens optiques de correction consistent en une réduction du rapport du rayon de courbure de la face extérieure S2 sur celui de la face intérieure SI de la visière de l'ordre de 1/100 ième par rapport à une visière bi-sphérique concentrique d'épaisseur constante.
7. Visière selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens optiques de correction consistent en l'adoption pour la visière d'une face sphérique et d'une face asphérique, la face asphérique approchant une forme théorique minimisant les distorsions, obtenue par calcul à partir d'une forme sphérique approximée par des facettes planes polygonales, chaque facette étant réorientée de manière à corriger les décalages angulaires qu'elle impose aux rayons lumineux parvenant aux yeux du porteur du casque, les facettes réorientées étant repositionnées en profondeur les unes par rapport aux autres en commençant par le centre de la visière et en finissant par les côtés, pour obtenir une surface présentant un minimum d'aspérités et la surface à facettes obtenue étant lissée par le calcul.
8. Visière selon la revendication 7, caractérisée en ce que ladite face asphérique approchant une forme théorique minimisant les distorsions obtenues par le calcul est de type torique.
9. Visière selon la revendication 1, caractérisée en ce que, lesdits moyens optiques de correction consistent en l'adoption pour la visière de deux faces asphériques obtenues en deux étapes à partir de deux faces initialement sphériques, une première face asphérique étant déterminée au cours d'une première étape en approximant une première forme théorique minimisant les distorsions inhérentes aux formes sphériques initiales, obtenue par calcul à partir d'une forme sphérique approximée par des facettes planes polygonales, chaque facette étant réorientée de manière à corriger les décalages angulaires qu'elle impose aux rayons lumineux parvenant aux yeux du porteur du casque, les facettes réorientées étant repositionnées en profondeur les unes par rapport aux autres en commençant par le centre de la visière et en finissant par les côtés, pour obtenir une surface présentant un minimum d'aspérités et la surface à facettes obtenues étant lissées par le calcul, et une deuxième face asphérique étant obtenue au cours d'une deuxième étape en approximant une deuxjème forme théorique minimisant les distorsions inhérentes à la forme sphérique-asphérique obtenue au cours de la première étape, obtenue par calcul à partir d'une forme sphérique approximée par des facettes planes polygonales, chaque facette étant réorientée de manière à corriger les décalages angulaires qu'elle impose aux rayons lumineux parvenant aux yeux du porteur du casque, les facettes réorientées étant repositionnées en profondeur les unes par rapport aux autres en commençant par le centre de la visière et en finissant par les côtés, pour obtenir une surface présentant un minimum d'aspérités et la surface à facettes obtenues étant lissée par le calcul.
10. Visière selon la revendication 9, caractérisée en ce que, lesdites faces asphériques approchant des formes théoriques minimisant les distorsions, obtenues par le calcul, sont de type torique.
11. Visière selon la revendication 1 , caractérisée en ce que lesdits moyens optiques de correction consistent en un désaxement relatif entre les deux faces sphériques SI et S2 de la visière entraînant un effet prismatique corrigeant le décalage angulaire perçu par le porteur du casque lorsqu'il regarde au travers de ia visière dans une direction arbitraire et en l'adoption d'un rapport entre le rayon de courbure de la face extérieure S2 de la visière sur le rayon de courbure de la face intérieure SI de la visière inférieure à celui d'une visière bi-sphérique concentrique d'épaisseur constante.
12. Visière selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens optiques de correction consistent en un désaxement relatif entre les deux faces SI et S2 de la visière entraînant un effet prismatique corrigeant le décalage angulaire perçu par le porteur du casque lorsqu'il regarde au travers de la visière dans une direction arbitraire et en l'adoption pour la visière d'une face sphérique et d'une face asphérique configurée, relativement à la face sphérique. de manière à réduire les décalages résiduels dans une zone de la visière axée sur ladite direction arbitraire.
13. Visière selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens optiques de correction consistent en un désaxement relatif entre les deux faces SI et S2 de la visière entraînant un effet prismatique corrigeant le décalage angulaire perçu par le porteur du casque lorsqu'il regarde au travers de la visière dans une direction arbitraire et en l'adoption pour la visière d'une face sphérique et d'une face asphérique de type torique configurée, relativement à la face sphérique, de manière à réduire les décalages résiduels dans une zone de la visière axée sur ladite direction arbitraire.
14. Visière selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens optiques de correction consistent en un désaxement relatif entre les deux faces SI et S2 de la visière entraînant un effet prismatique corrigeant le décalage angulaire perçu par le porteur du casque lorsqu'il regarde au travers de la visière dans une direction arbitraire et en l'adoption pour la visière de deux faces asphériques configurées l'une par rapport à l'autre de manière à réduire les décalages résiduels dans une zone de la visière axée sur ladite direction arbitraire.
15. Visière selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens optiques de correction consistent en un désaxement relatif entre les deux faces SI et S2 de la visière entraînant un effet prismatique corrigeant le décalage angulaire perçu par le porteur du casque lorsqu'il regarde au travers de la visière dans une direction arbitraire et en l'adoption pour la visière de deux faces asphériques de type torique configurées l'une par rapport à l'autre de manière à réduire les décalages résiduels dans une zone de la visière axée sur ladite direction arbitraire.
16. Visière selon la revendication 1 , caractérisée en ce que lesdits moyens optiques de correction consistent en un masque holographique de diffraction apposé sur l'une des faces de la visière déterminé de façon à égaliser en tout point d'impact sur la visière, la direction des rayons lumineux collectés par les yeux du porteur de casque, avant et après leur traversée de la visière.
17. Visière selon la revendication 16, caractérisée en ce que le masque holographique de diffraction est apposé sur la face externe S2 de la visière.
18. Visière selon la revendication 17, caractérisé en ce que le masque holographique de diffraction est accordé sur la couleur verte.
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