Les objectifs traditionnels de caméra grand angle de haute qualité sont grands.
Une nouvelle conception pourrait permettre d’intégrer des caméras grand angle de haute qualité dans les smartphones.
Les chercheurs ont conçu un nouvel appareil photo compact qui acquiert des images grand angle de haute qualité à l’aide d’un réseau de métalenses – des surfaces plates à nanopatternes utilisées pour manipuler la lumière. En éliminant les lentilles encombrantes et lourdes généralement requises pour ce type d’imagerie, la nouvelle approche pourrait permettre d’intégrer des caméras grand angle dans des smartphones et des dispositifs d’imagerie portables pour des véhicules tels que des voitures ou des drones.
Tao Li et ses collègues de l’Université de Nanjing, en Chine, ont présenté leur nouvelle caméra ultrafine dans un article de la revue “Le Monde”. Opticale journal du groupe d’édition Optica consacré à la recherche à fort impact. La nouvelle caméra, qui ne fait que 0,3 centimètre d’épaisseur, peut produire des images claires d’une scène avec un angle de vue de plus de 120 degrés.
Des chercheurs ont conçu une nouvelle caméra compacte qui acquiert des images grand angle de haute qualité en utilisant un réseau de lentilles métalliques. Leur nouvelle caméra planaire (MIWC) a produit des images plus nettes d’images projetées sur un écran incurvé par rapport à une caméra basée sur une seule métalentille traditionnelle. Crédit : Tao Li, Université de Nanjing
L’imagerie grand angle est utile pour capturer de grandes quantités d’informations qui peuvent créer des images étonnantes et de haute qualité. Pour les applications de vision industrielle telles que la conduite autonome et la surveillance par drone, l’imagerie grand angle peut améliorer les performances et la sécurité, par exemple en révélant un obstacle que vous ne pourriez pas voir autrement lorsque vous faites marche arrière dans un véhicule.
“Pour créer une caméra grand angle extrêmement compacte, nous avons utilisé un réseau de lentilles métalliques qui capturent chacune certaines parties de la scène grand angle”, explique M. Li. “Les images sont ensuite assemblées pour créer une image grand angle sans aucune dégradation de la qualité de l’image.”
Miniaturisation de l’objectif grand angle
L’imagerie grand angle est généralement réalisée à l’aide d’une lentille composée à œil de poisson ou d’un autre type de lentille multicouche. Bien que les chercheurs aient déjà essayé d’utiliser des lentilles métalliques pour créer des caméras grand angle, celles-ci ont tendance à souffrir d’une mauvaise qualité d’image ou d’autres inconvénients.
Dans cette nouvelle étude, les chercheurs ont utilisé un réseau de métal-lentilles, chacune étant soigneusement conçue pour focaliser une gamme différente d’angles d’éclairage. Cela permet à chaque lentille d’imager clairement une partie d’un objet ou d’une scène à grand angle. Les parties les plus claires de chaque image peuvent ensuite être assemblées par calcul pour créer l’image finale.
Les chercheurs ont fabriqué un réseau de métalènes (agrandi à droite) et l’ont monté directement sur un capteur CMOS. Ils ont ainsi créé une caméra planaire d’environ 1 cm × 1 cm × 0,3 cm. Crédit : Tao Li, Université de Nanjing
” Grâce à la conception flexible des métasurfaces, la mise au point et les performances d’imagerie de chaque objectif peuvent être optimisées indépendamment “, a déclaré Li. “Cela permet d’obtenir une image finale grand angle de haute qualité après un processus d’assemblage. Qui plus est, le réseau peut être fabriqué en utilisant une seule couche de matériau, ce qui permet de réduire les coûts.”
Voir plus avec des lentilles plates
Pour démontrer cette nouvelle approche, les chercheurs ont utilisé la nanofabrication pour créer un réseau de métalènes et l’ont monté directement sur un capteur CMOS, créant ainsi une caméra planaire qui mesurait environ 1 cm × 1 cm × 0,3 cm. Ils ont ensuite utilisé cette caméra pour imager une scène grand angle créée en utilisant deux projecteurs pour éclairer un écran incurvé entourant la caméra à une distance de 15 cm.
Ils ont comparé leur nouvelle caméra planaire avec une caméra basée sur un seul métalens traditionnel tout en imageant les mots “Nanjing University” projetés sur l’écran incurvé. La caméra planaire a produit une image qui montrait clairement chaque lettre et avait un angle de vision supérieur à 120°, plus de trois fois supérieur à celui de la caméra basée sur un métalens traditionnel.
Les chercheurs notent que la caméra planaire démontrée dans cette recherche utilisait des métalènes individuelles de seulement 0,3 millimètre de diamètre. Ils prévoient de les agrandir à environ 1 à 5 millimètres pour augmenter la qualité d’imagerie de la caméra. Après optimisation, le réseau pourrait être produit en masse afin de réduire le coût de chaque dispositif.
Référence : “Planar wide-angle-imaging camera enabled by metalens array” par Ji Chen, Xin Ye, Shenglun Gao, Yuxin Chen, Yunwei Zhao, Chunyu Huang, Kai Qiu, Shining Zhu et Tao Li, 14 avril 2022, Optica.
DOI : 10.1364/OPTICA.446063
