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Caméras pour téléphones portables qui zooment
Bien que chaque génération d'appareils photo pour téléphones portables capture plus de mégapixels, les images ne peuvent toujours pas correspondre à la qualité de celles prises avec des appareils photo autonomes. La raison principale : la lentille. Dans l'appareil photo d'un téléphone portable, les objectifs intégrés sont figés, sans possibilité de zoomer physiquement sur un sujet.
Cette nouvelle conception d'objectif possède les capacités de zoom d'un téléobjectif de 40 millimètres de long, même s'il ne fait que 5 millimètres d'épaisseur. L'astuce consiste à collecter la lumière du bord extérieur (l'anneau sombre); réfléchissez-le huit fois dans la lentille, à l'aide de miroirs à l'avant et à l'arrière ; et concentrez-le sur un capteur de caméra.
Mais maintenant, des chercheurs de l'Université de Californie à San Diego (UCSD), travaillant avec une société d'optique basée dans l'Illinois Mise au point distante , ont développé un nouveau type d'objectif qui pourrait permettre aux appareils photo des téléphones portables de prendre des photos en gros plan. Joseph Ford , professeur de génie électrique et informatique à l'UCSD, et son groupe ont développé une lentille de cinq millimètres d'épaisseur qui a la puissance d'un système optique qui mesure généralement 40 millimètres de long. La nouvelle conception du groupe collecte la lumière et la réfléchit dans l'objectif pour obtenir le chemin optique complet de 40 millimètres, puis concentre la lumière sur le capteur de l'appareil photo. Ford dit que les objectifs pourraient être utilisés, en plus des appareils photo pour téléphones portables, dans toute situation dans laquelle un appareil photo petit et léger mais puissant, d'un télescope à un système d'imagerie militaire, est nécessaire. La recherche est financée par l'US Defense Advanced. Agence de projets de recherche dans le cadre du programme imageur MONTAGE.
La recherche est basée sur une technologie appelée système optique plié, que l'on trouve aujourd'hui dans certains télescopes. Dans ces télescopes, une série de lentilles et de miroirs séparés sont utilisés pour augmenter la distance parcourue par la lumière avant d'atteindre le capteur d'imagerie, une distance connue sous le nom de distance focale. La lumière est collectée à l'aide d'une lentille à une extrémité, réfléchie entre des miroirs, puis focalisée sur un capteur. Plus la distance focale d'un système est longue, plus l'image finale apparaîtra grande. Le groupe de Ford a compressé cette idée dans une nouvelle lentille mince et l'a conçue de manière à ce que la lumière se reflète à l'intérieur de la lentille huit fois avant d'atteindre le capteur.
Pour ce faire, les chercheurs ont apporté des modifications extrêmes à une lentille traditionnelle. Tout d'abord, ils ont utilisé l'usinage au diamant pour sculpter les surfaces des miroirs dans un matériau de lentille appelé fluorure de calcium. Les miroirs orientent la lumière, modifiant sa trajectoire afin que toute la lumière converge vers le capteur de l'appareil photo. Deuxièmement, ils ont recouvert à la fois l'avant et l'arrière du fluorure de calcium avec des miroirs afin que la lumière se reflète à l'intérieur de l'objectif. La clé pour faire fonctionner cet objectif est un alignement précis entre les miroirs, qui est réalisé en les usinant tous à partir d'une seule pièce .
Le miroir à l'avant de l'objectif empêche environ 90 % de la lumière d'entrer, explique Ford, ce qui peut réduire le contraste d'une image. Cependant, même avec autant de lumière bloquée, dit-il, l'appareil photo du groupe était capable de fonctionner presque aussi bien qu'un objectif conventionnel presque dix fois plus long, produisant des images qui ne sont que légèrement moins nettes que celles créées à l'aide d'un appareil photo traditionnel, dans lequel 100 pour cent de la lumière d'une image passe à travers l'objectif.
Le blocage de l'objectif, comme l'a fait le groupe, fait apparaître un petit anneau flou autour d'une image. Cependant, cet anneau a un diamètre d'environ un micromètre, et comme la plupart des capteurs de lumière des caméras ne sont sensibles qu'à une résolution de deux micromètres, l'anneau est indétectable. Si vous aviez un détecteur parfait avec une résolution infinie, ce serait un désastre, dit Ford. Mais cela fonctionne bien pour le type de capteurs que nous trouverions pour [les appareils photo numériques].
La recherche de l'UCSD tire parti d'un système optique bien connu, dit José Saisián , professeur de sciences optiques et d'astronomie à l'Université d'Arizona, à Tucson, mais il admet que la conception est unique. Je pense que cela a du mérite, dit-il. Ils ont pris cette idée, l'ont bien analysée, et elle peut avoir des applications intéressantes.
Ford reconnaît qu'il y avait quelques inconvénients au prototype initial du groupe. Le premier prototype avait une profondeur de champ limitée, par exemple, ce qui signifiait que tout ce qui se trouvait à environ deux pouces devant ou derrière le point de focalisation de l'objectif apparaîtrait flou. Cependant, dit-il, son équipe a exploré différentes formes d'objectifs qui augmentent la profondeur de champ, et elle a construit des prototypes de caméras réussis. Un deuxième prototype, plus petit, utilisant une tranche découpée dans un objectif rond, correspondait à la profondeur de champ de la caméra conventionnelle. Ford affirme que l'imageur de troisième génération, qui est actuellement testé, sera encore plus petit.