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Qu’ont en commun le Pico 4 Ultra, le Bigscreen Beyond et le Meta Quest 3 ? Outre leur design élégant et fin, ils sont tous équipés de la technologie lentilles pancake. Quelles sont donc les différences entre l’optique Pancake et les lentilles de réalité virtuelle actuelles Fresnel, et qu’est-ce que cela signifie pour l’avenir des casques VR ?
Lorsque les consommateurs et les entreprises qui ne s’intéressent pas à l’actualité de la VR/AR pensent aux casques de réalité virtuelle, ils imaginent des boîtes encombrantes fixées sur la tête. C’est vrai, même si les services de conception ont tenté de contourner cet obstacle depuis la résurgence de la VR en 2012. Même les passionnés de technologie et les experts du secteur connaissent dans les moindres détails l’affichage des casques VR : quelle est la densité de pixels par pouce ? Le taux de rafraîchissement est-il élevé ? La précision des couleurs de l’écran est-elle bonne ? Etc. Mais si l’affichage est essentiel, le verre ou le plastique qui le recouvre est tout aussi important.
Les lentilles de Fresnel fonctionnent comme des phares en dirigeant et en améliorant une source de lumière existante. Elles ont été inventées 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 facetté en forme de ruche, qui réfléchit la lumière réfractée.
Pour simplifier, les casques de réalité virtuelle actuels sont comme un écran lumineux semblable à un phare fixé sur votre visage. Cela nécessite naturellement un espace important entre l’écran et la lentille de Fresnel. Par conséquent, cela alourdit le casque et augmente son encombrement.
Dans le domaine technologique, il est indéniable que les technologies deviennent plus abordables et tentent de devenir plus compactes. Ces deux lois naturelles s’appliquent aussi bien aux smartphones, aux ordinateurs portables, aux puces électroniques qu’aux casques de réalité virtuelle et de réalité augmentée.
La réalité augmentée vise à devenir plus abordable et plus fine, et est stimulée par les itérations de la nouvelle conception de guides d’ondes. Les futurs casques de réalité virtuelle seront probablement équipés de la technologie de lentilles Pancake.
La technologie Pancake n’est pas nouvelle en soi. Elle était déjà utilisée par l’armée et la communauté scientifique bien avant d’être adoptée par la réalité virtuelle. Nous avons vu pour la première fois un prototype de casque VR Pancake en 2015, présenté par eMargin, suivi par Kopin, le principal développeur de composants pour casques portables, qui a lancé son modèle Kopin Elf en 2017. Aujourd’hui, certains des principaux casques VR utilisent des lentilles Pancake, comme les lentilles Pancake Meta Quest 3, qui sont de plus en plus répandues.
Cependant, Huawei, HTC, Pico et EM3 ont soit commercialisé des casques, soit présenté des exemples conceptuels de ce qui est possible. Essentiellement, les casques VR équipés de lentilles pancake transforment la perception encombrante de la réalité virtuelle en symboles de mode élégants grâce à un design plus fin et plus léger, rendant la réalité virtuelle plus accessible aux consommateurs précurseurs.
En effet, cela permet d’élargir 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 le secteur se développe.
Kopin a annoncé mi-juin 2021 la conception d’une lentille Pancake entièrement en plastique appelée P95, décrite par le Dr John C.C. Fan, PDG et fondateur de Kopin Corporation, comme étant « spécialement optimisée pour être utilisée avec nos micro-écrans OLED haute luminosité 2,6K x 2,6K. Cette nouvelle technologie serait idéale pour la réalité virtuelle », ajoutant que « cette avancée majeure représente une étape fondamentale pour les marchés émergents de la réalité virtuelle. Les casques encombrants et lourds ont longtemps constitué un obstacle majeur à l’adoption rapide de cette technologie par les consommateurs ».
Lorsque l’on compare les lentilles Fresnel et Pancake, plusieurs facteurs doivent être pris en compte. L’origine de la lumière de l’écran et la forme de la lentille. Le temps nécessaire à la lumière pour entrer dans la lentille et en sortir. Ainsi que la longueur d’onde (couleur) de la lumière elle-même.
Les optiques Fresnel offrent un champ de vision plus large que les lentilles Pancake, mais sont sujettes à des aberrations chromatiques (images fantômes/chevauchement des couleurs). De plus, le calibrage logiciel, qui nécessite une puissance de traitement importante, doit tenir compte de la « distorsion en coussinet » propre aux lentilles Fresnel. Cette distorsion s’apparente à un étirement de l’image aux quatre coins. Le logiciel doit alors étirer artificiellement l’image pour normaliser ce que voit l’utilisateur, le tout en temps réel.
Les lentilles Pancake, quant à elles, fonctionne en pliant plusieurs lentilles ensemble dans une courbe, faisant rebondir la lumière à l’intérieur du verre ou du plastique. Cela permet de réduire la distance nécessaire entre les yeux de l’utilisateur et l’écran. Les casques VR peuvent ainsi être plus fins et plus légers, tout en libérant de la puissance de traitement, car les lentilles Pancake ne présente pas de problème de distorsion. Enfin, les lentilles Pancake ne présente pas d’aberration chromatique, contrairement aux lentilels Fresnel.
L’inconvénient de l’optique Pancake par rapport à l’optique Fresnel provient du rebond de la lumière à l’intérieur de la lentille elle-même, ce qui entraîne une faible efficacité lumineuse. En bref, cela assombrit l’image perçue par l’utilisateur, ce qui explique pourquoi John C.C. Fan, fondateur de Kopin, a souligné que la lentille Pancake P95 fonctionne bien avec les « micro-écrans à haute luminosité ». De plus, le problème des images fantômes est également un fléau pour les lentilles Pancake.
Les lentilles pancake Apple Vision Pro sont intéressantes car elles utilisent une conception optique personnalisée pour obtenir leur profil mince. En pliant la lumière plusieurs fois à l’intérieur du système de lentilles, elles maintiennent une grande clarté d’image tout en conservant un casque compact, ce qui ajoute confort et élégance.
En résumé, les lentilles Pancake présentent plus d’avantages que d’inconvénients par rapport aux lentilles Fresnel, tant en termes de qualité d’image perçue que de format nettement plus fin et plus léger.
L’un des principaux facteurs de l’essor des casques à lentilles pancake est la demande croissante en réalité mixte (MR). Avec des appareils tels que le Meta Quest 3 et le HTC Vive XR Elite, qui mélangent les environnements virtuels et physiques, le besoin de casques légers et compacts n’a jamais été aussi grand. Les lentilles pancake sont particulièrement adaptées à la MR car elles réduisent la distance entre les yeux et l’écran, ce qui permet d’intégrer davantage de capteurs, de caméras et de modules de transmission sans augmenter la taille globale.
En 2025, les casques destinés aux particuliers et aux entreprises s’appuieront sur l’optique pancake pour prendre en charge des fonctionnalités telles que l’ancrage spatial dans le monde réel, le suivi des mains et le passthrough des couleurs. Cette tendance suggère que, à mesure que la MR deviendra centrale dans la manière dont les utilisateurs interagissent avec le contenu virtuel, les lentilles pancake deviendront une technologie essentielle dans la VR.
Tout comme la réalité augmentée, la réalité virtuelle s’oriente vers un avenir plus fin et plus léger. Une philosophie de conception qui élargit le marché de la réalité virtuelle, car les consommateurs occasionnels s’intéresseront à l’adoption d’un casque de réalité virtuelle. Cela permettra de maturer le marché de la réalité virtuelle et de développer les services annexes qui feront progresser cette technologie.
Le meilleur indicateur de cette tendance est le lancement du HTC Vive Flow, qui mise sur un design élégant, un segment de clientèle plus large et une différenciation sur des éléments non techniques tels que la méditation.
La technologie à l’origine de cette tendance est la conception des lentilles pancake, qui n’est en soi pas nouvelle, mais révolutionnaire dans le domaine des casques VR. Elle permettra de créer des designs élégants qui attireront un public plus large et se détacheront des appareils externes tels que les ordinateurs portables ou les smartphones performants.
À partir de 2022, la réalité virtuelle arrivera à maturité tant au niveau du matériel que des cas d’utilisation, et la technologie dont on parle trop peu, la conception optique Pancake, en sera le catalyseur.
