Écran 3D holographique à champ de lumière : vision nette sans distorsion pour la réalité augmentée

• Une nouvelle méthode éliminerait les distorsions visuelles dans les écrans 3D sans optiques lourdes supplémentaires.
• Le système crée une image 3D claire dans l'espace, le rendant adapté aux applications de réalité augmentée.

Nous interagissons principalement avec le contenu numérique via des claviers et des panneaux tactiles 2D. Cependant, des technologies comme la réalité virtuelle (VR) et la réalité augmentée (AR) promettent désormais plus de liberté face à ces restrictions.

Les appareils VR/AR ont leurs propres inconvénients, par exemple une tendance à provoquer fatigue oculaire, vertiges et mal des transports en raison de leurs conceptions basées sur la stéréoscopie. Une utilisation prolongée de ces appareils pourrait augmenter le sentiment de nausée et de distorsion, également connu sous le nom de « mal de VR ».

Pour surmonter ces limitations, des chercheurs en Belgique et au Japon ont commencé à explorer une combinaison d'holographie et de technologie de champ de lumière. Bien que cela nécessite un équipement supplémentaire, ils ont essayé de maintenir la taille et le coût bas pour qu'il puisse connaître un succès commercial.

Comment ça marche ?

Les caractéristiques des objets (telles que taille, couleur, texture, hauteur, distance) sont définies par la lumière diffusée par eux dans différentes directions à différentes intensités. Les yeux humains voient ces rayons modulés et envoient des signaux au cerveau où ces caractéristiques sont recréées.

Les véritables écrans 3D comme l'holographie et les dispositifs d'affichage à champ de lumière peuvent générer les mêmes rayons modulés sans la présence d'un objet réel. Cependant, reconstruire avec précision toutes les caractéristiques de l'objet est un processus coûteux.

C'est pourquoi les chercheurs ont d'abord calculé la modulation requise, puis transformé les données en signaux lumineux à l'aide d'un LCD. Ces signaux sont ensuite envoyés à d'autres instruments optiques comme des combinateurs de faisceaux, miroirs et lentilles.

Ils ont développé un élément optique holographique avec une fine couche d'élément photosensible capable de reproduire les fonctions de plusieurs modules optiques. Il est principalement fait de verre qui détermine la qualité et la performance de l'affichage.

Pour enregistrer/imprimer plusieurs composants optiques en une seule fois, l'équipe a développé une méthode appelée Élément Optique Holographique Conçu Numériquement (DDHOE). Cette méthode peut enregistrer toutes les caractéristiques de différents composants optiques, sans nécessiter la présence physique des composants réels.

Source : The Optical Society

Fondamentalement, le but est de mesurer l'hologramme de toutes les caractéristiques des composants et de les recréer optiquement ensemble à l'aide d'un laser et d'un LCD. Les signaux optiques finaux ressemblent à la même lumière modulée par tous les composants réels ensemble. L'hologramme enregistré est finalement projeté sur la fine feuille de matériau photosensible.

(a) Réseau de lentilles DDHOE, (c) scène 3D générée par ordinateur, (d) Image 3D finale | Crédit : Boaz Jessie Jackin

L'équipe a déjà testé cette technique sur un affichage 3D à champ de lumière de type tête haute (head-up). Comme c'est un système transparent qui génère des images/vidéos 3D, la technologie pourrait avoir une variété d'applications en AR.

Pour afficher des images multi-vues sur un verre (film de réseau de microlentilles), le système utilise un projecteur 2D conventionnel. Ce film mince module la lumière provenant du projecteur et recrée l'image en 3D dans l'espace.

En quoi diffère-t-elle des autres méthodes ?

Dans les techniques traditionnelles, la lumière du projecteur se disperse avant de frapper le réseau de microlentilles. Cela distord l'image 3D finale dans l'espace. Pour corriger cela, vous devez collimater les lumières du projecteur en un faisceau parallèle.

Cependant, si vous voulez un affichage plus grand, vous devez augmenter la taille des lentilles de collimation, ce qui augmente le coût des composants – la principale raison pour laquelle ces techniques n'ont pas connu de succès commercial.

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La nouvelle méthode, en revanche, intègre les fonctions de collimation sur le réseau de microlentilles lui-même en le fabriquant avec DDHOE. Cela élimine le besoin d'optiques de collimation plus lourdes. Les chercheurs pensent que leur technique remplacera bientôt les modèles existants qui utilisent des composants optiques volumineux.