Si vous avez déjà essayé de prendre une photo dans un restaurant sombre, tu sais qu'il est difficile d'y voir clair, image de qualité. À l'avenir, les appareils photo pourraient ne pas avoir de difficultés dans ces conditions grâce à une nouvelle méthode de courbure sphérique des capteurs d'image plats que l'on trouve dans les appareils photo numériques d'aujourd'hui.

"Notre approche pour courber les capteurs d'images disponibles dans le commerce pourrait permettre d'avoir une nouvelle classe de caméras qui serait très petite, mais ont une qualité d'image qui serait comparable aux capteurs d'image trouvés dans des caméras beaucoup plus grandes, " a déclaré Brian Guenter, chef de l'équipe Microsoft Research. "En plus d'améliorer les caméras grand public, des capteurs incurvés pourraient être utilisés pour créer de meilleures caméras pour la surveillance, visiocasques et avancées dans la navigation autonome des véhicules.

La plupart des appareils photo actuels utilisent des objectifs composés de plusieurs éléments optiques qui corrigent diverses erreurs optiques, ou aberrations, et qui manipulent également l'image afin qu'elle puisse être détectée par un capteur plat. A l'aide d'une courbe, plutôt que plat, capteur d'image signifie que les éléments optiques doivent faire moins de travail pour corriger et aplatir l'image, permettant d'utiliser moins d'éléments optiques. Cela se traduit non seulement par plus petit, lentilles plus rapides et moins chères, mais permet également d'améliorer plus facilement d'autres propriétés des composants optiques.

"Lorsque vous utilisez des capteurs incurvés, il est possible de corriger les aberrations de manière beaucoup plus efficace, facilitant la création d'objectifs très grand angle qui produisent des images nettes sur tout le champ de vision ou pour créer des objectifs rapides qui produisent de meilleures images en basse lumière, " a déclaré Neel Joshi, un membre de l'équipe de recherche. "Il est également plus simple de fabriquer des caméras qui présentent un éclairage uniforme sur toute l'image."

Dans le journal de la Société d'optique Optique Express , des chercheurs du laboratoire Microsoft Recherche et recherche et développement HRL Laboratories LLC, rapportent que leur nouvelle méthode peut créer des capteurs d'image avec une courbure sphérique trois fois plus élevée que celle rapportée précédemment. Ils ont pu intégrer l'un des capteurs dans un prototype de caméra. Par rapport aux appareils photo reflex (SLR) commerciaux haut de gamme d'aujourd'hui, la caméra avec le nouveau capteur a produit des images à plus haute résolution sur tout le champ de vision.

"Bien que les avantages de l'utilisation de capteurs incurvés soient connus depuis un certain temps, notre travail permet désormais de réaliser des caméras avec des capteurs courbes, " a déclaré Richard Stoakley, un membre de l'équipe de recherche. "L'ajout d'une courbure sphérique à un capteur d'image standard peut être effectué à un coût raisonnable et d'une manière qui présente des avantages significatifs."

Créer l'appareil photo idéal

La nouvelle approche pour créer des capteurs incurvés est née d'une question que les chercheurs se sont posées il y a environ sept ans :« À quoi ressemblerait une caméra idéale ? Ils ont décidé qu'un tel appareil photo prendrait des photos sous un éclairage très faible, être très petit, et produire des images extrêmement nettes.

"À l'époque, ce n'était pas possible de faire un appareil photo comme ça, " a déclaré Guenter. " Nous avons pensé que si nous pouvions améliorer l'optique d'un appareil photo en créant un objectif plus rapide, nous pourrions potentiellement utiliser un capteur plus petit tout en collectant suffisamment de lumière pour obtenir une bonne image. Cela nous a motivés à commencer à étudier les capteurs incurvés comme un moyen d'atteindre potentiellement des performances révolutionnaires."

Pour réaliser des capteurs courbes, les chercheurs ont placé des capteurs individuels découpés dans une plaquette de capteur d'image CMOS amincie dans des moules sur mesure, puis ont utilisé une pression pneumatique pour pousser chaque capteur vers le bas dans le moule. D'autres tentatives pour courber un capteur ont généralement consisté à coller les bords et à essayer de pousser sur le centre du capteur. Cependant, cela crée des points de contrainte élevée qui provoquent la rupture du capteur avant qu'il n'atteigne le niveau de courbure cible.

Les chercheurs ont obtenu une courbure nettement plus importante des capteurs en les laissant flotter librement pendant le processus de pliage, ce qui a permis aux contraintes de se dissiper progressivement. Ils ont également utilisé un moule de forme spéciale qui crée très lentement des contraintes autour des bords de la puce lorsqu'elle est pressée dans le moule. Microsoft a contracté les laboratoires HRL, qui a des capacités et des équipements de fabrication de semi-conducteurs, pour aider à résoudre certains des défis physiques spécifiques impliqués dans la flexion des capteurs.

"Ce travail a impliqué de nombreuses expérimentations, " a déclaré Joshi. " Chaque surface impliquée doit être soigneusement traitée pour présenter les propriétés exactes nécessaires pour que le capteur se retrouve avec la bonne quantité de contrainte sans se casser. "

Les tests ont montré que la courbure des capteurs ne modifiait aucune de leurs caractéristiques électriques ou d'imagerie. Lorsqu'il est utilisé dans un prototype d'appareil photo avec un objectif f/1.2 spécialement conçu, un capteur incurvé présentait une résolution plus du double de celle d'un appareil photo reflex haut de gamme avec un objectif similaire. Vers les bords de l'image, le capteur incurvé était environ cinq fois plus net que l'appareil photo reflex.

Bien que la plupart des caméras présentent une détection de lumière réduite autour des coins du capteur d'imagerie, les chercheurs ont montré que les capteurs incurvés ne perdaient presque pas de lumière. Il s'agit d'une amélioration significative par rapport à la diminution d'environ 90 % mesurée pour l'appareil photo reflex commercial.

"Nous avons montré que vous pouvez prendre un capteur standard, le courber et améliorer considérablement les performances du système optique, ", a déclaré Guenter. "Cela peut être fait avec des coûts relativement bas et effectivement sans inconvénient."

Capteurs courbes pour téléphones portables

Bien que le prototype d'appareil photo mentionné dans le document ait à peu près la taille d'un petit appareil photo grand public, les chercheurs disent que les lentilles pourraient être suffisamment petites pour les téléphones portables et les tablettes. Il devrait également être possible de construire des machines capables de produire en masse ces capteurs courbes, permettant au traitement supplémentaire d'être incorporé dans la fabrication de capteurs existants d'une manière qui s'amortirait bien dans la production en volume.

Les chercheurs travaillent maintenant pour voir si de nouvelles améliorations pourraient produire des capteurs avec encore plus de courbure. Ils veulent également expérimenter des capteurs de courbure qui fonctionnent dans des longueurs d'onde infrarouges, ce qui pourrait être utile pour les télescopes, cartographie spatiale 3D, authentification biométrique et diverses applications scientifiques. Bien qu'ils avertissent qu'il est peu probable que des produits commerciaux dotés de capteurs incurvés soient bientôt disponibles, ils souhaitent travailler avec d'autres sociétés pour améliorer encore les capteurs et effectuer les tests de robustesse ardus qui seraient nécessaires pour se préparer à la production en série.

"Je pense que nous avons ouvert la porte à une toute nouvelle classe de lentilles, " a déclaré Stoakley. " Je suis ravi de voir comment notre groupe et d'autres utilisent des capteurs incurvés pour obtenir encore plus d'améliorations de la qualité de la caméra grâce à une conception d'objectif innovante. "