Les appareils photo traditionnels, même ceux des téléphones portables les plus fins, ne peuvent pas être vraiment plats en raison de leur optique :des objectifs qui nécessitent une certaine forme et taille pour fonctionner. Chez Caltech, Les ingénieurs ont développé une nouvelle conception de caméra qui remplace les lentilles par un réseau optique à phases (OPA) ultra-mince. L'OPA fait informatiquement ce que font les lentilles en utilisant de gros morceaux de verre :il manipule la lumière entrante pour capturer une image.

Les lentilles ont une courbe qui courbe le chemin de la lumière entrante et la focalise sur un morceau de film ou, dans le cas des appareils photo numériques, un capteur d'images. L'OPA dispose d'un large éventail de récepteurs de lumière, dont chacun peut ajouter individuellement un délai (ou déphasage) étroitement contrôlé à la lumière qu'il reçoit, permettant à la caméra de regarder de manière sélective dans différentes directions et de se concentrer sur différentes choses.

"Ici, comme la plupart des autres choses de la vie, le timing est tout. Avec notre nouveau système, vous pouvez regarder de manière sélective dans la direction souhaitée et sur une très petite partie de l'image devant vous à tout moment, en contrôlant le timing avec une précision à la femto-seconde (quadrillionième de seconde), " dit Ali Hajimiri, Bren Professeur de génie électrique et de génie médical à la Division de l'ingénierie et des sciences appliquées de Caltech, et le chercheur principal d'un article décrivant la nouvelle caméra. L'article a été présenté à la conférence de l'Optical Society of America (OSA) sur les lasers et l'électro-optique (CLEO) et publié en ligne par l'OSA dans l'OSA Technical Digest en mars 2017.

« Nous avons créé une seule couche mince de photonique au silicium intégrée qui émule l'objectif et le capteur d'un appareil photo numérique, réduire l'épaisseur et le coût des appareils photo numériques. Il peut imiter une lentille ordinaire, mais peut passer d'un fish-eye à un téléobjectif instantanément - avec juste un simple réglage de la façon dont la matrice reçoit la lumière, " dit Hajimiri.

Réseaux phasés, qui sont utilisés dans la communication sans fil et le radar, sont des collections d'émetteurs individuels, tous envoyant le même signal que les vagues. Ces ondes interfèrent les unes avec les autres de manière constructive et destructive, amplifier le signal dans une direction tout en l'annulant ailleurs. Ainsi, un réseau peut créer un faisceau de signal étroitement focalisé, qui peut être orienté dans différentes directions en échelonnant la synchronisation des transmissions effectuées à divers points du réseau.

Un principe similaire est utilisé en sens inverse dans un récepteur optique à commande de phase, qui est la base de la nouvelle caméra. Les ondes lumineuses reçues par chaque élément à travers le réseau s'annulent dans toutes les directions, sauf un. Dans cette direction, les ondes s'amplifient mutuellement pour créer un "regard" focalisé qui peut être contrôlé électroniquement.

"Ce que fait la caméra est similaire à regarder à travers une paille fine et à la scanner à travers le champ de vision. Nous pouvons former une image à une vitesse incroyablement rapide en manipulant la lumière au lieu de déplacer un objet mécanique, " dit l'étudiant diplômé Reza Fatemi (MS '16), auteur principal de l'article de l'OSA.

L'année dernière, L'équipe de Hajimiri a déployé une version unidimensionnelle de la caméra capable de détecter des images en ligne, de telle sorte qu'il agissait comme un lecteur de codes-barres sans lentille mais sans pièces mécaniques en mouvement. L'avancée de cette année était de construire le premier tableau bidimensionnel capable de créer une image complète. Cette première caméra sans objectif 2D dispose d'un réseau composé de seulement 64 récepteurs de lumière dans une grille de 8 par 8. L'image résultante a une faible résolution. Mais ce système représente une preuve de concept pour une refonte fondamentale de la technologie des caméras, Hajimiri et ses collègues disent.

"Les applications sont infinies, " dit l'étudiant diplômé Behrooz Abiri (MS '12), co-auteur de l'article de l'OSA. "Même dans les smartphones d'aujourd'hui, l'appareil photo est le composant qui limite la minceur de votre téléphone. Une fois mis à l'échelle, cette technologie peut rendre obsolètes les objectifs et les caméras épaisses. Cela peut même avoir des implications pour l'astronomie en permettant aux ultra-légers, d'énormes télescopes plats ultra-minces au sol ou dans l'espace."

« La capacité de contrôler électroniquement toutes les propriétés optiques d'une caméra à l'aide d'une couche mince comme du papier de photonique au silicium à faible coût sans aucun mouvement mécanique, lentilles, ou des miroirs, ouvre un nouveau monde d'imageurs qui pourraient ressembler à du papier peint, stores, ou même du tissu portable, " dit Hajimiri. Ensuite, l'équipe travaillera sur la mise à l'échelle de la caméra en concevant des puces qui permettent des récepteurs beaucoup plus grands avec une résolution et une sensibilité plus élevées.

L'étude s'intitule "Une caméra OPA sans objectif hétérodyne 8X8".