Mise au point de modèles mathématiques pour l’adressage optimisé de distributions de points d’émission dans un écran à projection rétinienne

Development of mathematical models for optimized addressing of emissive point distributions in a retinal projection device

• Auteur / Autrice : Fabian Rainouard
• Direction : Olivier Haeberlé, Edouard Oudet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, optronique et systèmes
• Date : Soutenance le 14/09/2023
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département d'optronique (Grenoble, Isère, France ; 2008-....) - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives - Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information / CEA-LETI

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux de diffraction

Réalité augmentée

Granularité (optique)

Fourier, Optique de

Optoélectronique

Mots clés libres

Projection rétienne

Auto-focalisation

Points d’émission

Optique de Fourier

Réseaux dense de courbes

Réalité augmentée

Speckle

Courbes adaptatives

Retinal projection

Self-focus

Emission points

Fourier optics

Dense networks of curves

Augmented reality

Speckle

Adaptive curves

Résumé

Le CEA-Leti travaille sur un concept de projecteur rétinien destiné à la réalité augmentée. L'idée est de former une image, à partir de la focalisation de différents faisceaux lumineux directement au fond de l'œil. Les faisceaux se forment à l'intersection entre un groupe de guides et un groupe d'électrodes en formant une Distribution de Points d'Émission (DPE). Chaque DPE est associée à une direction angulaire qui forme un point unique sur la rétine. Ce sujet couvre des problématiques variées : la photonique intégrée, l'holographie, l'optique diffractive et les mathématiques appliquées.La thèse se concentre sur la définition mathématique des réseaux des guides d'onde et d'électrodes pour former des DPEs aléatoires. Trois modèles sont présentés : un modèle en sinusoïde, un modèle en enchaînement de segments approximé par des B-Splines et un modèle de courbes adaptatives défini à l'aide d'une méthode de Fast-Marching. Des méthodes efficaces permettent de calculer les intersections entre les courbes. À partir des distributions d'intersection, la simulation de l'auto-focalisation évalue l'efficacité du modèle pour la formation des images dans l'œil.Cette thèse valide expérimentalement les simulations concernant l'auto-focalisation par la mesure du signal focalisé et la prise en compte d'effets de speckle. Une dernière partie de la thèse évalue la qualité des images pouvant être affichées avec les lunettes. Les premiers résultats confirment des problèmes de contraste. À partir de ces résultats, une nouvelle approche de répartition des points d'émission est présentée, elle permet d'améliorer le contraste et d'avoir une meilleure vision des limites et du potentiel du concept.

CEA-Leti has been working on the concept of a retinal projection device for augmented reality since 2015. The idea is to form an image by focusing various light beams directly on the retina of the user. The beams are formed at the intersection between a group of waveguides and a selected group of electrodes. They create an Emissive Point Distribution (EPD). Each EPD is associated with an angular direction that forms a unique point on the retina. This topic covers various topics: integrated photonics, holography, diffractive optics, and applied mathematics. The thesis work focuses more specifically on the last two aspects.The goal of this thesis is to implement a mathematical definition of the networks of waveguides and electrodes in order to create random DPEs. Three models are presented: a sinusoidal model, a model of segment succession approximated by B-Splines, and a model of adaptive curves defined using a Fast-Marching method. Efficient methods are provided for calculating intersections between the curves for each of these models. Based on the intersection distributions, the simulation of self-focusing evaluates the effectiveness of image formation in the eye. This thesis also validates the self-focusing simulations experimentally by measuring the focused signal and considering speckle effects. The final part of the thesis presents the quality of the images that can be displayed with the glasses. The initial results confirm contrast issues. Based on these results, a new strategy for emissive points organization is presented. This approach improves contrast and provides a better understanding of the concept's limitations and potential.