En utilisant une seule lentille d'environ un millième de pouce d'épaisseur, des chercheurs ont créé un appareil photo qui ne nécessite pas de mise au point. La technologie offre des avantages considérables par rapport aux appareils photo traditionnels tels que ceux de la plupart des smartphones, qui nécessitent plusieurs lentilles pour former de haute qualité, images nettes.

"Nos verres plats peuvent réduire considérablement le poids, complexité et coût des caméras et autres systèmes d'imagerie, tout en augmentant leur fonctionnalité, " a déclaré le chef de l'équipe de recherche Rajesh Menon de l'Université de l'Utah. " De telles optiques pourraient permettre des caméras de smartphone plus minces, caméras améliorées et plus petites pour l'imagerie biomédicale comme l'endoscopie, et des appareils photo plus compacts pour les automobiles."

Dans Optique , Le journal de l'Optical Society (OSA) pour la recherche à fort impact, Menon et ses collègues décrivent leur nouvel objectif plat et montrent qu'il peut maintenir la mise au point pour des objets distants d'environ 6 mètres les uns des autres. Les lentilles plates utilisent des nanostructures modelées sur une surface plane plutôt que du verre ou du plastique volumineux pour obtenir les propriétés optiques importantes qui contrôlent la façon dont la lumière se déplace.

"Ce nouvel objectif pourrait avoir de nombreuses applications intéressantes en dehors de la photographie, telles que la création d'un éclairage très efficace pour le LIDAR qui est essentiel pour de nombreux systèmes autonomes, y compris les voitures autonomes, " dit Menon.

Les chercheurs disent que l'approche de conception qu'ils ont utilisée pourrait être étendue pour créer des composants optiques avec un certain nombre de propriétés telles qu'une bande passante extrême, une fabrication plus facile ou un coût inférieur.

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Caméras conventionnelles, qu'ils soient utilisés dans les smartphones ou pour la microscopie, nécessitent une mise au point pour s'assurer que les détails d'un objet sont nets. S'il y a plusieurs objets à différentes distances de la caméra, chaque objet doit être focalisé séparément.

"Le nouvel objectif élimine le besoin de mise au point et permet à n'importe quel appareil photo de garder tous les objets au point simultanément, ", a déclaré Menon. "Les appareils photo conventionnels utilisent également plusieurs objectifs pour maintenir simultanément différentes couleurs de lumière au point. Puisque notre conception est très générale, nous pouvons également l'utiliser pour créer une seule lentille plate qui concentre toutes les couleurs de lumière, simplifiant encore considérablement les caméras."

Pour focaliser la lumière, les verres traditionnels transforment les ondes lumineuses parallèles en ondes sphériques qui convergent en un point focal. Dans une percée importante, les chercheurs ont réalisé que des vagues avec d'autres formes pouvaient produire un effet similaire, augmentant considérablement le nombre de conceptions de lentilles possibles.

« Contrairement à ce qui est enseigné dans les manuels d'optique, nos recherches ont montré qu'il y a plus d'une manière dont la transmission de la lumière est affectée par une lentille idéale - un concept connu sous le nom de fonction pupillaire, " a déclaré Menon. " Cela a ouvert des possibilités essentiellement infinies pour la fonction pupille du cristallin, et nous avons recherché parmi ces possibilités une qui atteignait une profondeur de champ extrême."

Confirmation expérimentale

Après avoir choisi la meilleure conception d'objectif pour la profondeur de champ, les chercheurs ont utilisé des techniques de nanofabrication pour fabriquer un prototype de lentille. Les expériences ont confirmé que le nouvel objectif fonctionnait comme prévu et atteignait une profondeur de champ de plusieurs ordres de grandeur supérieure à celle d'un objectif conventionnel équivalent.

Les chercheurs ont fait la démonstration du nouvel objectif en utilisant la lumière infrarouge et une ouverture numérique relativement faible, un nombre qui caractérise la plage d'angles sur laquelle l'objectif peut accepter ou émettre de la lumière. Ils prévoient d'étendre l'objectif à de plus grandes ouvertures numériques et de l'utiliser avec tout le spectre de la lumière visible. Des travaux visant à garantir que les lentilles puissent être fabriquées en série sont également nécessaires avant de pouvoir être commercialisés.

"Cette recherche est un bon exemple de la façon dont l'abandon des notions traditionnelles peut permettre à des dispositifs auparavant considérés comme impossibles, " a déclaré Menon. "Cela sert de bon rappel pour remettre en question les préceptes du passé."