La différence entre les lentilles pancakes et les lentilles de fresnel actuelles que l’on trouve sur les casques VR

Que partagent le HTC Vive Flow, le EM3 Ether et le prochain Project Cambria de Meta ? Outre un design élégant et fin, la technologie de la lentille Pancake. Quelles sont donc les différences entre l’optique Pancake et les lentilles de réalité virtuelle actuelles et qu’est-ce que cela signifie pour l’avenir des HMD VR ?

Les lentilles de Fresnel actuelles

Lorsque les consommateurs et les entreprises, non investis dans les flux d’actualités VR/AR, pensent aux HMD de réalité virtuelle, ils pensent à des boîtes à chaussures encombrantes attachées sur la tête. C’est vrai, même si les départements de conception ont essayé de contourner cette barrière d’entrée, depuis la résurgence de la VR en 2012. Même les passionnés de technologie et les experts du secteur connaissent de nombreux détails concernant l’écran des casques VR : quelle est la densité de pixels par pouce ? Le taux de rafraîchissement est-il élevé ? Quelle est la précision des couleurs de l’écran ? Et ainsi de suite. Mais si l’affichage est vital, la claque de verre, ou de plastique, est tout aussi essentielle.

Les lentilles de Fresnel fonctionnent comme les phares en dirigeant et en améliorant une source de lumière existante. Ses origines remontent au début des années 1800 par Augustin Fresnel et ont été surnommées : « l’invention qui a sauvé un million de navires ». La lentille fonctionne comme un anneau de prismes cristallins disposés en un dôme à facettes, en forme de ruche, qui reflète la lumière réfractée.

Pour dire les choses crûment, les HMD de réalité virtuelle actuels sont comme un écran de phare attaché à votre visage. Cela nécessite naturellement un espace important entre l’écran et la lentille de Fresnel elle-même. Par conséquent, le casque est plus volumineux, ce qui ajoute du poids et un facteur de forme important.

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L’émergence de la conception de l’objectif Pancake

Au sein de la technologie, il est un fait que la technologie devient plus abordable et tente de devenir plus compacte. Ces deux lois naturelles s’appliquent aussi bien aux smartphones qu’aux ordinateurs portables, aux puces, aux casques VR et AR.

La réalité augmentée s’efforce d’être abordable et mince, et est motivée par des itérations de la nouvelle conception du guide d’ondes. Les futurs HMD de réalité virtuelle seront probablement pilotés par la technologie de lentille Pancake.

La technologie Pancake elle-même n’est pas nouvelle. La communauté militaire et scientifique a utilisé l’optique Pancake des années avant que la réalité virtuelle ne l’adopte. Nous avons vu pour la première fois un prototype de casque VR Pancake en 2015 de la part d’eMargin, et Kopin, le principal développeur de composants de casque portable, a suivi avec son itération en 2017, appelée Kopin Elf.

Bien que récemment, Huawei, HTC, Pico, et EM3, ont soit sorti des casques commerciaux, soit montré des exemples conceptuels de ce qui est possible. Essentiellement, les HMD VR compatibles avec la technologie Pancake transforment la perception encombrante de la réalité virtuelle en symboles de mode élégants avec un design plus fin et plus léger, rendant la réalité virtuelle plus accessible pour les premiers consommateurs majoritaires.

En fait, ils élargissent le marché de la VR au profit de tous les acteurs du secteur. Naturellement, plus le marché est grand, plus la VR/AR devient avancée et innovante et plus l’industrie s’améliore.

Les différences entre les lentilles Pancake et Fresnel et ce que cela signifie

Kopin a annoncé à la mi-juin 2021 une conception de lentille Pancake entièrement en plastique appelée P95, expliquée par le Dr John C.C. Fan, PDG et fondateur de Kopin Corporation, comme étant « spécifiquement optimisée pour être utilisée avec nos micro-écrans OLED 2,6K x 2,6K à haute luminosité. Cette nouvelle technologie serait idéale pour la RV », ajoutant que « [c]ette avancée majeure représente une étape fondamentale pour les marchés émergents de la RV. Les casques encombrants et lourds ont été un obstacle majeur à une adoption plus rapide par les consommateurs pendant de nombreuses années. »

Lorsque l’on compare Fresnel et Pancake, il y a quelques facteurs à prendre en compte. L’endroit d’où provient la lumière de l’écran et la forme de la lentille. Le temps qu’elle met à entrer dans la lentille et à en sortir. Ainsi que la longueur d’onde (couleur) de la lumière elle-même.

L’optique Fresnel offre un champ de vision plus large que l’optique Pancake, mais elle est sujette aux aberrations chromatiques (images fantômes/chevauchement des couleurs). En outre, l’étalonnage du logiciel, qui consomme de la puissance de traitement, doit tenir compte de la lentille de Fresnel, connue sous le nom de « distorsion en coussinet ». Cette distorsion est similaire à une image étirée aux quatre coins. Le logiciel doit alors étirer artificiellement l’image davantage pour normaliser ce qui est vu par le porteur, le tout en temps réel.

 

Le système Pancake, quant à lui, fonctionne en pliant plusieurs lentilles ensemble en une courbe, faisant rebondir la lumière dans le verre ou le plastique. En effet, la distance nécessaire entre les yeux du porteur et l’écran est réduite. Cela permet aux HMD VR d’être plus fins et plus légers, tout en libérant de la puissance de traitement, puisque le problème de distorsion du Pancake n’est pas présent. Enfin, la conception Pancake ne présente pas l’aberration chromatique présente comme le Fresnel.

L’inconvénient de l’optique Pancake, par rapport à la Fresnel, provient du rebondissement de la lumière dans l’objectif lui-même, ce qui entraîne une faible efficacité lumineuse. C’est pourquoi John C.C. Fan, le fondateur de Kopin, a souligné que l’objectif Pancake P95 fonctionne bien avec les « micro-écrans à haute luminosité ». En outre, le problème des images fantômes est également un fléau pour l’objectif Pancake.

En résumé, la lentille Pancake présente plus d’avantages que d’inconvénients par rapport à la lentille Fresnel, tant au niveau de la qualité d’image perçue que du facteur de forme nettement plus mince et plus léger que permet la lentille Pancake.

Conclusion

Comme la réalité augmentée, la VR est sur la voie d’un avenir plus mince et plus léger. Une philosophie de conception qui élargit le marché de la RV, car les consommateurs occasionnels verront l’intérêt d’adopter un HMD de RV. En effet, cela fera mûrir le marché de la réalité virtuelle et développera les services auxiliaires, propulsant la technologie plus loin.

Le meilleur indicateur de cette tendance a été le lancement du HTC Vive Flow qui s’est concentré sur un design élégant, un segment de clientèle plus large et une différenciation sur des éléments non technologiques tels la méditation.

La technologie qui sous-tend cette tendance est le design de la lentille en crêpe, qui n’a rien de nouveau en soi mais qui est révolutionnaire dans les HMD VR. Elle apportera des designs élégants qui attireront un public plus large et sera capable de se détacher des appareils externes tels qu’un ordinateur portable ou un smartphone performant.

En 2022 et au-delà, la réalité virtuelle arrivera à maturité, tant au niveau du matériel que des cas d’utilisation, et la technologie dont on ne parle pas assez, le design de l’optique Pancake, en est le catalyseur.

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