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À l’aide d’un seul objectif d’environ un millième de pouce d’épaisseur, des chercheurs ont créé un appareil photo qui ne nécessite pas de mise au point. Cette technologie offre des avantages considérables par rapport aux appareils photo traditionnels tels que ceux dans la plupart des smartphones, qui nécessitent plusieurs objectifs pour former des images nettes de haute qualité.

Un objectif plat pour les smartphones

« Nos objectifs plats peuvent réduire considérablement le poids, la complexité et le coût des caméras et autres systèmes d’imagerie, tout en augmentant leur fonctionnalité », a déclaré Rajesh Menon, chef de l’équipe de recherche de l’ Université de l’Utah. «De telles optiques pourraient permettre des caméras de smartphone plus minces, des caméras améliorées et plus petites pour l’imagerie biomédicale comme l’endoscopie et des caméras plus compactes pour les automobiles.»
Ces objectifs plats utilisent des nanostructures modelées sur une surface plane plutôt que sur du verre ou du plastique pour obtenir des propriétés optiques importantes qui contrôlent la façon dont la lumière se déplace. «Ce nouvel objectif pourrait avoir de nombreuses applications intéressantes en dehors de la photographie, telles que la création d’un éclairage très efficace pour le LIDAR qui est essentiel pour de nombreux systèmes autonomes, y compris les voitures autonomes», a déclaré Menon.
Les chercheurs disent que cette approche de conception qu’ils ont utilisée pourrait être élargie pour créer des composants optiques avec un certain nombre de propriétés telles qu’une bande passante extrême, une fabricabilité plus facile ou un coût inférieur.

Aucun besoin de faire une mise au point

Les caméras conventionnelles, qu’elles soient utilisées dans les smartphones ou pour la microscopie, nécessitent une mise au point pour garantir d’avoir tous les détails d’un objet ordinaire. S’il y a plusieurs objets à différentes distances de la caméra, chaque objet doit être mis au point séparément. « Ce nouvel objectif élimine le besoin de mise au point et permet à n’importe quel appareil photo de garder tous les objets au point simultanément », a déclaré Menon.
«Les caméras ordinaires utilisent également plusieurs lentilles pour garder simultanément différentes couleurs de la lumière au point. Étant donné que notre conception est très générale, nous pouvons également l’utiliser pour créer un objectif plat unique qui concentre toutes les couleurs de la lumière, simplifiant ainsi les caméras encore plus. »
Pour focaliser la lumière, les lentilles traditionnelles transforment les ondes lumineuses parallèles en ondes sphériques qui convergent en un point focal. Dans une percée importante, les chercheurs ont réalisé que les ondes avec d’autres formes pouvaient produire un effet similaire, augmentant considérablement le nombre de modèles de lentilles possibles.

Une confirmation expérimentale

Après avoir choisi la meilleure conception d’objectif, les chercheurs ont utilisé des techniques de nanofabrication pour fabriquer un objectif prototype. Nos expériences ont confirmé que ce nouvel objectif fonctionnait comme prévu et atteignait une profondeur de champ de plusieurs ordres de grandeur qui étaient supérieure à celle d’un objectif conventionnel.
Les chercheurs ont démontré les performances de leur objectif en utilisant une lumière infrarouge et une ouverture numérique relativement faible – un nombre qui caractérise la plage d’angles sur lesquels l’objectif peut accepter ou émettre de la lumière. Ils prévoient d’étendre leur l’objectif à de plus grandes ouvertures numériques et de l’utiliser avec tout le spectre de la lumière visible. Il faut également veiller à ce que nos objectifs puissent être fabriqués en série avant de pouvoir être commercialisés.

Remettre en question les diktats du passé

« Cette recherche est un bon exemple de la façon dont l’abandon des notions traditionnelles en optique peut permettre de concevoir des appareils auparavant considérés comme impossibles », a déclaré Menon. « Il sert de bon rappel pour remettre en question les diktats du passé. »
Cette recherche a été publiée dans Optica.
Source : The Optical Society
Crédit photo : Pexels

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