Lentilles de liquide

Nous n'attendons pas grand-chose d'un appareil photo pour téléphone portable. D'une part, seule une poignée de téléphones avec appareil photo disposent d'un système d'objectif capable de se concentrer automatiquement sur des objets à différentes distances, ce qui provoque de nombreux instantanés flous.

Mais il existe peut-être une solution au problème de la mise au point du téléphone avec appareil photo – et une solution qui pourrait également trouver des utilisations dans d'autres appareils. Saman Dharmatilleke, Isabel Rodriguez et leurs collègues du Institut de recherche et d'ingénierie des matériaux à Singapour ont proposé de remplacer l'objectif en plastique fixe de la plupart des téléphones avec appareil photo par une goutte de liquide, comme de l'eau, qui pourrait être mise au point automatiquement en faisant varier la pression appliquée sur la goutte. L'objectif de l'équipe n'a pas de pièces mobiles, ce qui le rend robuste, et il n'utilise qu'un minimum d'électricité, de sorte qu'il n'épuiserait pas la batterie d'un téléphone portable.

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De plus, les propriétés optiques des liquides peuvent être meilleures que celles du matériau de lentille standard. L'eau est plus transparente à la lumière que le verre ou le plastique, dit Rodriguez. L'eau ne peut pas être rayée et, en principe, est exempte de défauts.

La technologie, qui est apparue en ligne dans le numéro du 26 janvier de Lettres de Physique Appliquée , est basé sur le fait qu'une goutte d'un liquide avec une tension superficielle élevée a une courbure naturelle similaire à celle d'une lentille conventionnelle. Lorsque la goutte est placée dans un petit puits et qu'on y exerce une pression, la courbure de la goutte change ; plus de pression augmente la courbure, et moins aplatit la goutte. À mesure que la courbure change, la distance focale de l'objectif change également, ce qui permet de capturer une image claire à différentes distances. Dans la plupart des appareils photo, la fonction de mise au point automatique déplace mécaniquement l'objectif solide vers l'avant ou l'arrière afin d'ajuster la distance focale. Mais dans un appareil photo à objectif liquide, la gouttelette reste en place et seule sa courbure change.

Les chercheurs ont testé différentes tailles de gouttes, de 100 microns à 3 millimètres : toutes ont répondu aux changements de pression en quelques millisecondes. Plus l'objectif est grand, bien sûr, plus il collecte de lumière et plus de lumière produit de meilleures images. Mais lorsqu'une goutte devient trop grosse, il est plus difficile de rester stable. Jusqu'à deux millimètres, l'objectif reste parfaitement dans l'ouverture par tension de surface, explique Rodriguez. Il faut le secouer très fort pour qu'il sorte. Elle soupçonne que les lentilles d'un à deux millimètres de diamètre sont idéales pour la plupart des systèmes d'imagerie miniaturisés.

Bien que cette équipe ne soit pas la première à utiliser du liquide pour les lentilles, elle est la première à ajuster la distance focale en appliquant simplement une pression. En 2004, Philips a annoncé un système de lentilles liquides , en utilisant une technique appelée électromouillage, qui repose sur la conductivité électrique intrinsèque des liquides aqueux. Avec cette technique, un courant électrique est appliqué à une lentille liquide, modifiant les liaisons des molécules du liquide, modifiant ainsi la courbure de la goutte. En janvier, la société française Varioptique introduit un téléphone portable contenant une lentille liquide électriquement variable, qui utilise une version d'électromouillage qui, selon Rodriguez, est antérieure à la conception de Philips.

Stein Kuiper, le chercheur de Philips qui a développé la technique d'électromouillage pour les lentilles liquides de son entreprise, voit des avantages à utiliser la pression à la place. Les propriétés électriques du liquide ne sont pas pertinentes, ce qui permet une plus large gamme de liquides, et donc des propriétés optiques et mécaniques de la lentille. De plus, dit Kuiper, la tension requise pour modifier la pression dans un système de lentilles liquides peut être inférieure à celle requise dans un système utilisant l'électromouillage. Pour ces raisons, dit-il, Philips a accumulé des droits de propriété intellectuelle sur les deux types d'objectifs.

Actuellement, Dharmatilleke et son équipe se sont associés à une entreprise locale pour affiner et fabriquer leur système de lentilles liquides, et ils cherchent à commercialiser la technologie. Comme le note Rodriguez, les applications de ces objectifs s'étendent au-delà des téléphones avec appareil photo, dans les webcams et les appareils médicaux portables.

Images reproduites avec l'aimable autorisation d'Isabel Rodriguez au Institut de recherche et d'ingénierie des matériaux .

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