Study, demonstration and prototyping of lighting/signalization systems and automotive HMI generating 3D floating image effects using synthetic holography under LED and multiple LED illumination

• Auteur / Autrice : Thomas Barbotin
• Direction : Kevin Heggarty
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Optique et photonique
• Date : Soutenance en 2024
• Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Pour l'Ingénieur et le Numérique
• Jury : Président / Présidente : Manuel Flury
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Kevin Heggarty, Thomas Lopez, Fannie Castignoles
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Guillaume Druart

Mots clés

Mots clés libres

Holographie synthétique

Image holographique 3D

Eclairage et Signalisation automobile

IHM 3D automobile

Synthetic holography

3D holographic image

Automotive Signalization et Lighting

Automotive 3D HMI

Résumé

Afin d’améliorer l’expérience utilisateur de leurs véhicules, les constructeurs automobiles recherchent des systèmes d’affichage et de contrôles innovants, tels des dispositifs permettant de produire des images 3D. Pour ceci, l’holographie est une solution a priori très performante car elle permet de générer une scène 3D incluant la majorité des indices de perception de la 3D nécessaire au cerveau humain. Si la production en série d’hologrammes « classiques » (i.e. à enregistrement optique) est trop contraignante pour les applications automobiles, les hologrammes synthétiques en relief de surface sont compatibles avec la technique de nano-imprint et peuvent donc aisément être produits en grande série. Mais le milieu automobile impose de plus de fortes contraintes de coût, de compacité du système et de sécurité oculaire. Le recours à une illumination LED des hologrammes est donc largement préférable à l’illumination laser généralement utilisée. Une solution holographique illuminé par LED et générant la perception d’un objet flottant, dans le cadre d’une application d’IHM intérieure au véhicule est démontrée. La réalisation d’une étude statistique confirmant que la grande majorité des observateurs perçoivent la scène 3D flottante correctement est détaillée et discutée. Enfin, la démonstration d’une extension de l’approche encore plus compacte en permettant l’illumination par de multiples sources LED distinctes d’un hologramme synthétique générant une image flottante perçue en 3D est présentée.

To improve the user experience in their vehicles, automotive manufacturers are searching for innovative display and control systems, such as devices producing 3D images. Holography is an attractive solution as it can generate 3D scenes incorporating most of the perceptual cues necessary for the human brain. While mass production of "classic" holograms (i.e., optically recorded) for automotive applications has strong constraints, surface relief synthetic holograms are compatible with nano-imprint technology, allowing easy large-scale production. However, the automotive environment imposes additional constraints of cost, system compactness, and eye safety. In this automotive context, the use of LED illumination for holograms is therefore highly preferable to the commonly used laser illumination. We demonstrate an LED illuminated holographic solution that creates the perception of a floating object, targeting an in-vehicle human-machine interface (HMI) application. We also present a statistical study confirming that a large majority of observers perceive the floating 3D scene correctly. Finally, we demonstrate an even more compact extension of the approach enabling simultaneous illumination by multiple distinct LED sources of a single synthetic hologram, generating the perception of floating 3D image.