Si les capteurs ne cessent d’évoluer, ce n’est pas le cas des lentilles d’objectifs qui sont plus ou moins les mêmes depuis une décennie. Cela risque de changer dans un futur proche.
D’un unique capteur arrière en 2007, les smartphones se sont parés de multiples yeux les années passant. Aujourd’hui, vous retrouvez de multiples caméras devant et derrière votre téléphone et certains capteurs montent jusqu’à 108 mégapixels. C’est le cas notamment du plus gros capteur du Samsung Galaxy S21 Ultra.
Si la taille des capteurs et le nombre de pixels n’a cessé d’augmenter ces dernières années, sans compter les améliorations de traitement de l’image, les objectifs qui sont primordiaux à une image de qualité n’ont fondamentalement pas changés.
La société Metalenz cherche à créer une rupture technologique avec les caméras de téléphones. Il s’agit d’une lentille plate unique qui utilise une technologie appelée métasurface optique. Un appareil photo avec ce genre d’objectif peut produire une image de la même qualité, si ce n’est meilleur, qu’avec un objectif classique. Il capte plus de lumière, et peut permettre de nouvelles formes de capteurs tout en prenant moins de place.
Une lentille plate
Pour comprendre le principe, il est important de revenir sur le mode de fonctionnement de nos capteurs classiques. Un module photo moderne, comme celui de l’iPhone 12 pro par exemple, possède 3 objectifs au dos de l’appareil, mais chacun possède plusieurs lentilles disposées les unes sur les autres. Le capteur principal de l’iPhone utilise actuellement un objectif à 7 lentilles. Un système multi lentilles est plus efficace que son homologue avec une seule lentille. À chaque étage successif, l’image gagne en netteté et en clarté.
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Multiplier les lentilles permet aux constructeurs de compenser les irrégularités introduites par un seul élément comme les aberrations chromatiques ou les distorsions. En contrepartie, cela demande plus d’espace vertical dans le module caméra. C’est l’une des raisons principales de la présence d’une protubérance à l’arrière de nos téléphones. Elle a d’ailleurs tendance à s’épaissir à mesure que l’on rajoute des zooms optiques qui nécessitent plus de place.
Certains constructeurs comme Samsung en sont même arrivés à créer des optiques semblables à des périscopes afin de permettre une plus grande capacité de zoom. Si des progrès sur les lentilles ont été réalisés, il n’y a pas eu de révolutions majeures dans le domaine durant ces dix dernières années.
Rassembler les lentilles en une seule constituée de nanostructures
C’est ici qu’intervient Metalenz. Au lieu d’utiliser des lentilles en plastique ou en verre empilées, la société a développé un système qui utilise une seule lentille construite sur une matrice comprise entre 1×1 et 3×3 mm. En la regardant au microscope, on peut distinguer des nanostructures mesurant un millième de la largeur d’un cheveu humain. Ces nanostructures courbent la lumière d’une manière qui corrige de nombreuses lacunes d’un système à lentille unique.
La lumière traverse ces nanostructures à motifs ressemblants à des millions de cercles de diamètres différents. « Tout comme une lentille incurvée accélère et ralentit la lumière pour la plier, chacun d’entre eux nous permet de faire la même chose, afin que nous puissions plier et façonner la lumière simplement en changeant les diamètres de ces cercles », déclare Robert Devlin, cofondateur et CEO de Metalenz.
L’image obtenue est aussi nette que celle d’un capteur à plusieurs lentilles. Les nanostructures s’occupent de réduire ou d’éliminer les aberrations communes aux caméras traditionnelles. Ce design ne permet pas seulement de réduire la place occupée. Delvin déclare qu’un objectif Metalenz est capable de fournir plus de lumière au capteur permettant une image plus lumineuse et plus nette.
Un autre avantage de taille. La société a noué des partenariats avec deux leaders des semi-conducteurs (capables de produire actuellement un million de matrices par jour), ce qui veut dire que les optiques seraient fabriquées dans les mêmes fonderies que celles qui fabriquent une grande partie des appareils grand public et industriels. Un atout important dans la simplification de la chaîne d’approvisionnement.
De nouvelles formes de capteurs
La société va se lancer dans la production de masse d’ici la fin de l’année. Sa première application sera pour des capteurs 3D de smartphones. Metalenz n’a, pour le moment, révélé aucun nom de client. Delvin explique que les capteurs 3D actuels comme celui utilisé par le FaceID d’Apple utilisent un laser pour scanner le visage et donc consomment beaucoup d’énergie. Comme un objectif Metalenz est capable de fournir plus de lumière au capteur, il déclare que cela pourrait aider à réduire la consommation de l’appareil. Une autre bonne nouvelle ? L’objectif prenant beaucoup moins de place, il pourrait être placé directement sous le verre de l’écran et permettrait aux constructeurs d’éliminer l’encoche qui encombre l’écran.
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