Un minuscule appareil photo de la taille d’un grain de sel promet une vision claire du futur
Des chercheurs de l’université de Princeton et de l’université de Washington (États-Unis) ont mis au point un appareil photo minuscule, de la taille d’un grain de sel, capable de prendre des images nettes et en couleur. Il s’agit de ce que l’on appel métasurface qui capte la lumière et qui pourrait être mise à l’échelle pour transformer des surfaces entières en capteurs.
Image d’entête : le minuscule capteur de cette nouvelle caméra ne mesure qu’un demi-millimètre de large. (Université de Princeton)
Le dispositif ne ressemble guère plus qu’à une plaque transparente sur laquelle est gravé un motif circulaire. Ce cercle d’un demi-millimètre de large contient 1,6 million de cylindres, chacun d’entre eux étant soigneusement conçu pour dévier la lumière de la bonne manière, de sorte que l’ensemble du réseau forme le front d’onde optique. Des algorithmes de traitement du signal produisent ensuite une image à partir de ces données.
Les images obtenues sont bien plus nettes que celles d’autres petits capteurs. Lors de tests, l’équipe a montré que le nouveau capteur capturait des images de 720 x 720 pixels en couleur, captant des longueurs d’onde comprises entre 400 et 700 nm en lumière naturelle, avec une résolution spatiale de 214 paires de lignes par mm. Les chercheurs affirment que les images sont comparables à celles capturées par un objectif d’appareil photo composé classique, qui est un demi-million de fois plus grand que leur nouveau capteur.
Les algorithmes de post-traitement font le gros du travail pour améliorer la qualité de l’image, et ils ont été conçus en même temps que la métasurface pour s’assurer qu’ils fonctionnent bien ensemble.
Comparaison d’images prises par un ancien minuscule capteur d’images (à gauche) et par le nouveau capteur métasurface de l’équipe (à droite). (Université de Princeton)
Un autre avantage est que les dispositifs sont simples à produire, ce qui signifie qu’il devrait être relativement facile de les adapter à la production. Ils sont fabriqués en nitrure de silicium et les nanostructures de la surface peuvent être produites par lithographie ultraviolette profonde, une technique déjà utilisée pour fabriquer des semi-conducteurs.
S’ils étaient produits en masse, l’équipe affirme que ces dispositifs pourraient être utilisés pour l’imagerie médicale dans le corps, pour doter les petits robots d’une meilleure vision, ou même pour transformer pratiquement n’importe quoi en caméra en recouvrant une surface de milliers de ces capteurs.
Selon Felix Heide, auteur principal de l’étude :
Nous pourrions transformer des surfaces individuelles en caméras à ultra-haute résolution, de sorte que vous n’auriez plus besoin de trois caméras au dos de votre téléphone, mais que tout le dos de votre téléphone deviendrait une caméra géante. Nous pouvons penser à des façons complètement différentes de construire des appareils à l’avenir.
L’étude publiée dans Nature Communications : Neural nano-optics for high-quality thin lens imaging et présentée sur le site de l’Université de Princeton : Researchers shrink camera to the size of a salt grainshrink-camera-size-salt-grain.