Voir grand à l'aide d'une méta-lentille

Publié par Adrien le 26/09/2020 à 09:00
Source: ASP - Paul Fontaine
Image panoramique et faibles aberrations optiques font rarement partie du même portrait. Mais voilà qu'une équipe d'ingénieurs du MIT et de l'Université du Massachussetts à Lowell (UML) réalise un tour de force grâce à une lentille plate: concevoir un dispositif optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) à grand-angle aussi mince que quelques millimètres et ne déformant pratiquement pas l'image.


Crédit photo: Ulrike Leone, https://pixabay.com/photos/ball-glass-mirroring-glass-3763966/

Présentée dans Nano Letters la semaine dernière, cette lentille plate, également appelée méta-lentille, permet de capturer une image de près de 180° de large, la première en son genre, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en réduisant considérablement les déformations optiques. Ces déformations, qu'on peut généralement observées dans les vidéos (La vidéo regroupe l'ensemble des techniques, technologie, permettant l'enregistrement ainsi que la restitution d'images animées, accompagnées ou non de son, sur un...) enregistrées par une caméra (Le terme caméra est issu du latin : chambre, pour chambre photographique. Il désigne un appareil de prise de vues animées, pour le cinéma, la télévision ou la vidéo.) "fisheye" telle une GoPro, sont typiques des lentilles en verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le...), particulièrement les lentilles grand-angle qui présentent une forte courbure (Intuitivement, courbe s'oppose à droit : la courbure d'un objet géométrique est une mesure quantitative du caractère « plus ou moins courbé » de cet objet. Par exemple :). Pour cause: plus une lentille est courbée et plus il lui est difficile d'acheminer les rayons lumineux provenant de différents angles au même point (Graphie) focal. L'image qui en résulte est alors floue et déformée sur les bords. Bien sûr, un tel résultat peut être recherché pour des raisons artistiques ou esthétiques, mais lorsqu'il est question d'instrument de mesure (En physique et en sciences de l’ingénieur, mesurer consiste à comparer une grandeur physique qui caractérise un objet (ou un événement) avec celle de même nature choisie comme unité de...), les déformations sont détestables. Une des méthodes utilisées pour corriger ces aberrations est justement de faire appel non pas à un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise...) de lentilles courbes, ensemble qui peut être lourd, encombrant et coûteux, mais plutôt à une seule méta-lentille de l'épaisseur de quelques cheveux.

En effet, une lentille plate réduit considérablement les aberrations optiques par son absence manifeste de rondeur. L'idée est simple, mais difficile à réaliser. Des dépôts micrométriques de plomb (Le plomb est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Pb et de numéro atomique 82. Le mot et le symbole viennent du...) et de tellure (Le tellure est un élément chimique, de symbole Te et de numéro atomique 52. C'est un métalloïde du groupe des chalcogènes.) doivent être apposés sur la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent...) d'une pellicule transparente faite de fluoride de calcium (Le calcium est un élément chimique, de symbole Ca et de numéro atomique 20.) en suivant un patron bien précis. Ces dépôts, ou méta-atomes, sont d'ailleurs de forme et de taille variables, mais judicieusement calculées. Certains sont rectangulaires alors que d'autres ont la forme d'un "H". La géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le XVIIIe siècle, les figures d'autres...) particulière des méta-atomes et leur disposition méticuleuse permettent de rediriger les rayons lumineux selon leur angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) d'incidence. Par exemple, les rayons provenant directement en face de la lentille plate ne seront pas acheminés au même endroit sur l'écran (Un moniteur est un périphérique de sortie usuel d'un ordinateur. C'est l'écran où s'affichent les informations saisies ou demandées par l'utilisateur et générées ou restituées par l'ordinateur, sous forme de texte...) que ceux qui viennent de la gauche ou de la droite. De l'autre côté de la pellicule se trouve un tout petit diaphragme, large d'un millimètre, dont le rôle est d'assurer le focus de l'image. Bref, les propriétés optiques d'une lentille plate sont exclusivement dues à son architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.), c'est-à-dire à la forme des méta-atomes, à leur taille et au patron de leur disposition.

La méta-lentille réalisée par les ingénieurs du MIT et de L'UML allie ces trois ingrédients et parvient à être la première à pouvoir offrir un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) aussi large tout en assurant une image de haute qualité. Pour l'instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas intervalle de temps. Il ne peut donc être...), le dispositif qu'ils ont mis au point est conçu pour traiter la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet)...) infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible...) d'une longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans...) bien précise, mais selon les auteurs de la publication, cette architecture est adaptable à d'autres régions du spectre lumineux. Pour ce qui est du registre du visible, le défi est alors de réduire considérablement la taille des méta-atomes et de changer les matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) utilisés.

Les lentilles plates sont depuis plusieurs années les objets de prometteuses avancées technologiques. D'ailleurs, une lentille plate ne nécessitant aucun focus, ou une autre adaptée à une plage (La géomorphologie définit une plage comme une « accumulation sur le bord de mer de matériaux d'une taille allant des sables fins aux blocs ». La plage ne se limite...) complète du régime de la lumière visible (La lumière visible, appelée aussi spectre visible ou spectre optique est la partie du spectre électromagnétique qui est visible pour l'œil humain.) ne sont que des exemples des rapides développements dans le domaine. Dans un avenir proche, il ne serait pas étonnant de rencontrer des lentilles plates dans les appareils photos de nos cellulaires, dans des caméras biomédicales ou même dans des appareils de réalité virtuelle (La réalité virtuelle est une simulation informatique interactive immersive, visuelle, sonore et/ou haptique, d’environnements réels ou imaginaires.).
Cet article vous a plu ? Vous souhaitez nous soutenir ? Partagez-le sur les réseaux sociaux avec vos amis et/ou commentez-le, ceci nous encouragera à publier davantage de sujets similaires !
Page générée en 0.484 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique