Un nouveau système d’affichage 3D à champ lumineux sans lunettes avec une distance de visualisation considérablement étendue représente une étape importante vers des écrans 3D compacts et réalistes qui pourraient être utilisés pour les téléviseurs, les appareils électroniques portables et les appareils de table. Crédit : Wen Qiao, Université de Soochow
Une nouvelle approche jette les bases d’écrans 3D compacts permettant de créer des scènes virtuelles plus réalistes.
Des chercheurs ont fait la démonstration d’un prototype de système d’affichage 3D à champ lumineux sans lunettes, dont la distance de visualisation est considérablement accrue grâce à une lentille plate nouvellement développée. Ce système constitue une étape importante vers des écrans 3D compacts et réalistes qui pourraient être utilisés pour les téléviseurs, les appareils électroniques portables et les appareils de table.
Les écrans à champ lumineux utilisent un champ dense de rayons lumineux pour produire des vidéos 3D en temps réel et en couleurs qui peuvent être visionnées sans lunettes. Cette approche de la création d’un affichage 3D permet à plusieurs personnes de voir la scène virtuelle en même temps, tout comme un objet 3D réel.
“La plupart des écrans 3D à champ lumineux ont un champ de vision limité, ce qui fait que l’image virtuelle 3D se dégrade à mesure que l’observateur s’éloigne de l’appareil”, a déclaré le chef de l’équipe de recherche, Wen Qiao, de l’université de Soochow. “La lentille plate nanostructurée que nous avons conçue ne fait que 100 microns d’épaisseur et possède une très grande profondeur de champ, ce qui permet de voir une scène virtuelle 3D de haute qualité de plus loin.”
Sur Opticale journal du groupe d’édition Optica consacré à la recherche à fort impact, les chercheurs indiquent que leur prototype d’écran présente un rendement élevé et une grande fidélité des couleurs sur des distances d’observation allant de 24 cm à 90 cm. Ces caractéristiques se combinent pour créer une expérience visuelle plus réaliste.
Les chercheurs ont soigneusement conçu des lentilles plates diffractives qui ont ensuite été entrelacées pour créer un modulateur de vue pixellisé, le composant optique qui crée les différentes perspectives d’une scène dans un écran à champ lumineux. Un affichage 3D qui crée quatre vues comme celle qui est illustrée comprendrait quatre de ces lentilles, chacune faisant converger la lumière vers une vue unique. Crédit : Wen Qiao, Université de Soochow
“Nous avons développé cette nouvelle technologie dans l’espoir de créer des affichages qui permettraient aux gens de se sentir comme s’ils étaient réellement ensemble pendant une vidéoconférence”, a déclaré Wen Qiao. “Avec le développement continu des nanotechnologies, nous envisageons que les écrans 3D sans lunettes deviennent une partie normale de la vie quotidienne et changent la façon dont les gens interagissent avec les ordinateurs.”
Création de vues multiples
Les écrans à champ lumineux créent des images réalistes en projetant différentes vues qui permettent à la scène 3D d’avoir la même apparence lorsqu’elle est regardée sous différents angles. La longueur focale des lentilles utilisées pour créer ces vues est le facteur limitatif en ce qui concerne la distance de visualisation.
Pour surmonter ce problème, les chercheurs ont conçu une nouvelle lentille plate diffractive en appliquant des nanostructures sur une surface plate de manière à concentrer la lumière. L’entrelacement de plusieurs de ces lentilles leur a permis de créer un modulateur de vue pixellisé, le composant optique qui crée les différentes perspectives d’une scène dans un écran à champ lumineux. Un affichage 3D qui crée quatre vues, par exemple, utiliserait quatre de ces lentilles, chacune faisant converger la lumière vers une vue unique.
“Comme les lentilles plates offrent une capacité de manipulation de la lumière supérieure à celle des lentilles en verre traditionnelles, elles peuvent être utilisées pour résoudre des problèmes redoutables tels que la parallaxe de mouvement limitée, la diaphonie, la fatigue visuelle et les distances de visualisation limitées dans les affichages 3D”, a déclaré Qiao.
Test du prototype
Après avoir montré que les lentilles atteignaient une haute résolution lors de la mise au point de la lumière rouge, verte et bleue utilisée par les écrans LCD pour créer des images, les chercheurs les ont incorporées dans un prototype d’écran 3D à champ lumineux de 4 pouces avec des distances de visualisation comprises entre 24 et 90 centimètres.
L’écran a formé une parallaxe horizontale lisse avec une diaphonie inférieure à 26 % sur toutes les distances de visualisation, ce qui signifie qu’il y avait peu d’erreurs susceptibles de provoquer une fatigue oculaire ou de donner à l’image un aspect irréaliste. L’écran a également présenté une efficacité lumineuse de 82 %, bien supérieure à celle d’autres systèmes d’affichage 3D similaires qui ont été signalés. Une efficacité lumineuse élevée est importante pour créer une image virtuelle lumineuse, en particulier pour les applications où la consommation d’énergie est importante, comme les appareils électroniques portables.
Bien que le prototype ne présente qu’un angle de vision de 9 degrés, les chercheurs affirment qu’il pourrait être élargi à près de 180 degrés en optimisant la conception des nanostructures utilisées pour créer l’image.fabriquer les lentilles plates. En plus de cette étude, ils prévoient d’améliorer encore l’efficacité lumineuse en développant un algorithme de conception plus sophistiqué pour manipuler le faisceau lumineux au niveau de chaque pixel. Ils soulignent que des moyens plus faciles de fabriquer les nanostructures seraient également nécessaires pour que ce type d’affichage soit pratique à fabriquer.
Référence : “Vector light field display based on an intertwined flat lens with large depth of focus” par Fengbin Zhou, Feng Zhou, Yang Chen, Jianyu Hua, Wen Qiao, et Linsen Chen, 10 mars 2022, Optica.
DOI : 10.1364/OPTICA.439613
