L’université de Stuttgart a développé un appareil photo sur puce miniature dont le système optique imprimé en 3D est inspiré de la fovéa de l'œil d'un aigle. Plus performant qu'un capteur photo de taille équivalente, il pourrait être embarqué dans des microdrones pour faire de la surveillance, servir en imagerie médicale ou en robotique.
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L'acuité visuelleacuité visuelle des rapacesrapaces, et en particulier celle des aigles, est bien connue. Une fois encore, la science s'inspire des extraordinaires capacités de Mère Nature pour inventer quelque chose d'étonnant. En l'occurrence, il s'agit d'un appareil photo miniature dont les lentilleslentilles inspirées de la fovéafovéa de l'œilœil d'un aigle sont imprimées en 3D directement sur un capteurcapteur CMOS (complementary metal-oxide semiconductor). Développé par une équipe de l'université de Stuttgart (Allemagne), ce dispositif voué à faire de l'imagerie de précision offre un champ d'applicationapplication assez vaste.

La fovéa est une minuscule fossette de la partie centrale de la rétinerétine composée de photorécepteurs appelés cônescônes qui permettent de distinguer les couleurscouleurs. Le champ de vision de la fovéa est très étroit, seulement 1 degré, mais c'est la zone où l'acuité visuelle est la plus élevée. La fovéa humaine comporte environ 200.000 cônes par mm², celle de l'aigle environ 1 million par mm².

Un appareil photo basé sur le principe de la fovéa va fonctionner de la manière suivante : plus on va vers le centre de l'image, plus le niveau de résolutionrésolution augmente. De flou sur ses bords, le cliché devient hautement détaillé en son centre. Ce type de photographiephotographie peut s'avérer très performant pour faire de l'imagerie ciblée sans avoir à produire un cliché très détaillé dans son ensemble qui nécessiterait beaucoup de ressources pour son traitement et serait donc difficilement miniaturisable.

Le capteur photo avec ses microlentilles réparties par groupe de quatre ayant chacune une longueur focale différente. © Thiele et al, Science Advances

Le capteur photo avec ses microlentilles réparties par groupe de quatre ayant chacune une longueur focale différente. © Thiele et al, Science Advances

Les lentilles sont imprimées en 3D directement sur le capteur d’image

Dans leur article paru dans Science Advances, les chercheurs de l'Institute of Applied Optics and Research Center de l'université de Stuttgart détaillent la conception de leur appareil photo. Il consiste en plusieurs groupes de quatre lentilles ayant chacune une longueur focalelongueur focale spécifique comprise entre 31 et 123 millimètres et dont le champ de vision va de 20 à 70 degrés. L'appareil va pouvoir prendre simultanément des clichés en haute et en basse résolution qui vont ensuite être superposés pour donner une image finale dont la définition ira en augmentant à mesure que l'on approche de sa partie centrale.

Les lentilles sont fabriquées par impression 3Dimpression 3D directement sur le capteur d'image CMOSCMOS. Chaque lentille n'occupe que 300 micromètresmicromètres carrés de surface sur la puce pour une hauteur inférieure à 200 micromètres. L'avantage de ce procédé est qu'il permet de concevoir la partie optique en une seule étape sans alignement ni calibragecalibrage. Les ingénieurs à la recherche d'un système de capture d'image à la fois précis et rapide à fabriquer ont là une solution des plus intéressantes.

Quant aux applications potentielles, les chercheurs de l'université de Stuttgart envisagent de nombreuses possibilités. Cela va de l'imagerie médicale type endoscopieendoscopie, en passant par la métrologie optique et la détection optique pour les voitures autonomes et la robotiquerobotique jusqu'à la surveillance par des microdrones ou d'autres systèmes miniatures. Pour le moment, les scientifiques vont s'atteler à perfectionner leurs lentilles en travaillant notamment sur un revêtement antireflet afin de lutter contre les défauts qui surviennent lorsque les photos sont prises sous certains angles.