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L’université de Stuttgart a développé un appareil photo sur puce miniature dont le système optique imprimé en 3D est inspiré de la fovéa de l'œil d'un aigle. Plus performant qu'un capteur photo de taille équivalente, il pourrait être embarqué dans des microdrones pour faire de la surveillance, servir en imagerie médicale ou en robotique.
L'acuité visuelle des rapaces, et en particulier celle des aigles, est bien connue. Une fois encore, la science s'inspire des extraordinaires capacités de Mère Nature pour inventer quelque chose d'étonnant. En l'occurrence, il s'agit d'un appareil photo miniature dont les lentilles inspirées de la fovéa de l'œil d'un aigle sont imprimées en 3D directement sur un capteur CMOS (complementary metal-oxide semiconductor). Développé par une équipe de l'université de Stuttgart (Allemagne), ce dispositif voué à faire de l'imagerie de précision offre un champ d'application assez vaste.
La fovéa est une minuscule fossette de la partie centrale de la rétine composée de photorécepteurs appelés cônes qui permettent de distinguer les couleurs. Le champ de vision de la fovéa est très étroit, seulement 1 degré, mais c'est la zone où l'acuité visuelle est la plus élevée. La fovéa humaine comporte environ 200.000 cônes par mm², celle de l'aigle environ 1 million par mm².
Un appareil photo basé sur le principe de la fovéa va fonctionner de la manière suivante : plus on va vers le centre de l'image, plus le niveau de résolution augmente. De flou sur ses bords, le cliché devient hautement détaillé en son centre. Ce type de photographie peut s'avérer très performant pour faire de l'imagerie ciblée sans avoir à produire un cliché très détaillé dans son ensemble qui nécessiterait beaucoup de ressources pour son traitement et serait donc difficilement miniaturisable.
En image: Le capteur photo avec ses microlentilles réparties par groupe de quatre ayant chacune une longueur focale différente. © Thiele et al, Science Advances.
Les lentilles sont imprimées en 3D directement sur le capteur d’image
Dans leur article paru dans Science Advances, les chercheurs de l'Institute of Applied Optics and Research Center de l'université de Stuttgart détaillent la conception de leur appareil photo. Il consiste en plusieurs groupes de quatre lentilles ayant chacune une longueur focale spécifique comprise entre 31 et 123 millimètres et dont le champ de vision va de 20 à 70 degrés. L'appareil va pouvoir prendre simultanément des clichés en haute et en basse résolution qui vont ensuite être superposés pour donner une image finale dont la définition ira en augmentant à mesure que l'on approche de sa partie centrale.
Les lentilles sont fabriquées par impression 3D directement sur le capteur d'image CMOS. Chaque lentille n'occupe que 300 micromètres carrés de surface sur la puce pour une hauteur inférieure à 200 micromètres. L'avantage de ce procédé est qu'il permet de concevoir la partie optique en une seule étape sans alignement ni calibrage. Les ingénieurs à la recherche d'un système de capture d'image à la fois précis et rapide à fabriquer ont là une solution des plus intéressantes.
Quant aux applications potentielles, les chercheurs de l'université de Stuttgart envisagent de nombreuses possibilités. Cela va de l'imagerie médicale type endoscopie, en passant par la métrologie optique et la détection optique pour les voitures autonomes et la robotique jusqu'à la surveillance par des microdrones ou d'autres systèmes miniatures. Pour le moment, les scientifiques vont s'atteler à perfectionner leurs lentilles en travaillant notamment sur un revêtement antireflet afin de lutter contre les défauts qui surviennent lorsque les photos sont prises sous certains angles.
Futura.
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