Façonner la lumière avec une optique intelligente

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Les performances de l’appareil photo sur les appareils mobiles se sont révélées être l’une des fonctionnalités les plus recherchées par la plupart des utilisateurs qui veulent avoir un appareil photo ultraportable offrant des clichés qualitatifs.

Une optique intelligente pour les mobiles

L’importance de l’amélioration de la qualité optique des images et la tendance à utiliser des smartphones de plus en plus minces ont poussé les fabricants à augmenter le nombre de caméras afin de fournir aux téléphones un meilleur zoom, une photographie de meilleure qualité en situation de faible luminosité et des paramètres pour prendre des portraits plus flatteurs.

Toutefois, l’ajout de lentilles à une configuration optique miniaturisée et la focalisation de l’éclairage d’accompagnement avec un dispositif électronique ne sont pas aussi faciles à implémenter qu’il n’y paraît, en particulier dans des espaces confinés comme les smartphones.

L’intégration d’un objectif à zoom dynamique ajustable dans un téléphone cellulaire d’un millimètre d’épaisseur, dans un microscope miniaturisé ou à l’extrémité d’un endoscope médical nécessite des formules optiques complexes capables de gérer l’intégralité du spectre optique et d’être reformés électriquement en quelques millisecondes.

Jusqu’à présent, une classe de matériaux souples connue sous le nom de modulateurs spatiaux de lumière à cristaux liquides était l’outil de choix pour la mise en forme de la lumière à haute résolution, mais sa mise en œuvre s’est avérée avoir des limites en matière de performances, d’encombrement et de coût.

Dans une étude récemment publiée dans Nature Photonics, les chercheurs démontrent une technique ajustable permettant de manipuler la lumière sans aucun mouvement mécanique. Dans cette approche un courant passe à travers une résistance à l’échelle micrométrique bien optimisée et le réchauffement modifie localement les propriétés optiques de la plaque de polymère transparente contenant la résistance.

Cette optique est capable de dévier de la lumière

De la même manière qu’un mirage courbe la lumière traversant l’air chaud pour créer des illusions de lacs lointains, cette région chaude à l’ échelle microscopique est capable de dévier de la lumière. En quelques millisecondes, une simple plaque de polymère peut être transformée en lentille et inversement: de petites optiques intelligentes à l’échelle micrométrique se réchauffent et se refroidissent rapidement et avec une consommation d’énergie minimale.

Les auteurs de cette étude ont démontré que plusieurs objets situés à des distances très différentes peuvent être mis au point dans la même image en activant les optiques intelligentes situées en face de chacune d’elles, même si la scène est en couleurs.

En modélisant la diffusion de la chaleur et la propagation de la lumière et en utilisant des algorithmes inspirés des lois de la sélection naturelle, les auteurs montrent qu’ils peuvent aller bien au-delà des simples objectifs: une résistance bien conçue permet de modeler la lumière avec un très haut niveau de contrôle et une variété de fonctions optiques.

Par exemple, si la résistance appropriée est imprimée dessus, un morceau de polymère peut être activé ou désactivé à volonté pour générer une « forme libre » et corriger les défauts spécifiques de la vue ou des aberrations d’un instrument optique.

Une technologie évolutive et peu onéreuse

Comme le fait remarquer le professeur Romain Quidant, « la technologie des optiques intelligentes est rentable et évolutive, et nous avons prouvé qu’elle peut être appliquée à des systèmes technologiques haut de gamme ainsi qu’à de simples dispositifs d’imagerie orientés vers un utilisateur lambda ».

Les résultats de cette étude ouvrent une nouvelle fenêtre pour le développement de dispositifs accordables dynamiquement et à faible coût qui pourraient avoir un impact important sur les systèmes optiques existants.

Source : The Institute of Photonic Sciences
Crédit photo : Pixabay

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