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Look at a green letter E and the eye sees it sharp only as long as the lens does its job. In a study published in Optics Letters, researchers at the International Centre for Translational Eye Research (ICTER), based at the Institute of Physical Chemistry of the Polish Academy of Sciences, showed that a green E drawn with invisible infrared light keeps its edges far better when the eye is not perfectly focused on it.
Regardez une lettre E verte : l'œil ne la voit nette que tant que le cristallin fait son travail. Dans une étude publiée dans Optics Letters, des chercheurs du Centre international de recherche translationnelle sur l'œil (ICTER), rattaché à l'Institut de chimie physique de l'Académie polonaise des sciences, ont montré qu'un E vert dessiné avec de la lumière infrarouge invisible conserve bien mieux ses contours lorsque l'œil n'est pas parfaitement focalisé dessus.
A healthy eye changes the shape of its lens to match the distance of what it looks at, a process called accommodation. Head-mounted displays such as VR and AR headsets can break that link: a virtual object may appear at one distance while the optics require the eye to focus on another. The eye then has to work against the display, and the image blurs.
Un œil sain modifie la forme de son cristallin pour s'adapter à la distance de ce qu'il regarde, un processus appelé accommodation. Les casques de visualisation tels que les casques VR et AR peuvent rompre ce lien : un objet virtuel peut apparaître à une distance donnée, alors que l'optique impose à l'œil de faire le point sur une autre. L'œil doit alors lutter contre l'écran, et l'image se brouille.
The ICTER team works on two-photon vision. Near-infrared pulses normally pass unseen, but when two photons are absorbed almost at the same moment, their combined energy corresponds roughly to that of a single photon at half the wavelength. Infrared light at about 1040 nm therefore produces a sensation close to 520 nm green. The stimulus was drawn by a scanning laser that moved across the retina fast enough to form a letter 12.5 arcminutes high, refreshed 50 times per second. The 12 participants, eight men and four women aged 25 to 47, all had good vision, and their dominant eye was tested alone. The researchers matched the perceived brightness of the two letters for each person, then added negative defocus in steps of 0.5 diopters, a unit of optical power, until a slight but persistent blur appeared.
L'équipe de l'ICTER travaille sur la vision à deux photons. Les impulsions proche infrarouge passent normalement inaperçues, mais lorsque deux photons sont absorbés presque au même instant, leur énergie combinée correspond à peu près à celle d'un photon unique de longueur d'onde moitié. La lumière infrarouge d'environ 1 040 nm produit donc une sensation proche du vert à 520 nm. Le stimulus était dessiné par un laser à balayage qui parcourait la rétine assez vite pour former une lettre haute de 12,5 minutes d'arc, rafraîchie 50 fois par seconde. Les 12 participants, huit hommes et quatre femmes âgés de 25 à 47 ans, avaient tous une bonne vision, et leur œil directeur a été testé seul. Les chercheurs ont égalisé la luminosité perçue des deux lettres pour chaque personne, puis ont ajouté une défocalisation négative par paliers de 0,5 dioptrie, unité de puissance optique, jusqu'à l'apparition d'un flou léger mais persistant.
For the non-presbyopic group, the infrared letter held its sharpness until 6.6 ± 0.7 diopters of defocus, against 4.3 ± 0.7 diopters for visible light. Thresholds were lower in participants with presbyopia, the age-related loss of near focus, at 2.7 ± 0.4 against 1.9 ± 0.3 diopters, but the advantage remained. In both groups, the range over which the infrared image stayed sharp was more than 1.4 times as wide. The effect was seen in all 12 participants, though its size varied.
Pour le groupe sans presbytie, la lettre infrarouge a conservé sa netteté jusqu'à 6,6 ± 0,7 dioptries de défocalisation, contre 4,3 ± 0,7 dioptries pour la lumière visible. Les seuils étaient plus bas chez les participants presbytes, cette perte de la vision de près liée à l'âge, à 2,7 ± 0,4 contre 1,9 ± 0,3 dioptrie, mais l'avantage subsistait. Dans les deux groupes, la plage sur laquelle l'image infrarouge restait nette était plus de 1,4 fois plus large. L'effet a été observé chez les 12 participants, même si son ampleur variait.
For wearers of VR and AR headsets, the practical reading is a wider margin before the image looks soft when the eye and the display disagree. Nothing in the study, however, sets a date for such a display, and the team gives no timeline. The measurements come from a small group of healthy adults, in a laboratory, and describe perception rather than a product. What the work establishes is that an image built on two-photon vision tolerates focus errors that blur the conventional one.
Pour les utilisateurs de casques VR et AR, la lecture pratique est une marge plus grande avant que l'image ne paraisse molle lorsque l'œil et l'écran ne concordent pas. Rien dans l'étude, toutefois, ne fixe de date pour un tel écran, et l'équipe ne donne aucun calendrier. Les mesures proviennent d'un petit groupe d'adultes sains, en laboratoire, et décrivent une perception plutôt qu'un produit. Ce que les travaux établissent, c'est qu'une image fondée sur la vision à deux photons tolère des erreurs de mise au point qui brouillent l'image conventionnelle.