Cunjiang Yu, professeur d'ingénierie mécanique à l'université de Houston, présente le développement d'une caméra dotée d'un capteur d'image incurvé et adaptable. Une nouvelle technologie qui pourrait améliorer la qualité des images dans les endoscopes, les lunettes de vision nocturne, les yeux artificiels composés et les caméras fisheye.
« Les capteurs d'images incurvés existants sont soit flexibles, mais non compatibles avec les surfaces focales réglables, soit étirables. Ils ont toutefois une faible densité de pixels et des facteurs de remplissage de pixels faibles. Le nouvel imageur avec conception empruntée au kirigami présente un facteur de remplissage des pixels élevé, avant étirement, de 78 %. Il peut aussi conserver ses performances optoélectroniques tout en étant étiré biaxialement de 30 % », indique Yu dans son rapport.
Une caméra incurvée à un seul objectif
Les systèmes modernes d'appareils photo numériques utilisant des capteurs d'images rigides et plats conventionnels nécessitent des lentilles complexes et encombrantes pour corriger les aberrations optiques. La caméra incurvée, comme le globe oculaire humain, en revanche, peut fonctionner avec un seul objectif. Elle peut malgré tout corriger les aberrations. Elle offre aussi d'autres avantages, tels qu'un large champ de vision et une taille compacte.
Yu a montré que les caméras courbes et adaptables à la forme avec des facteurs de remplissage de pixels élevés peuvent être créées en transférant un réseau de pixels de silicium ultraminces avec un motif de kirigami sur des surfaces courbes. La technique utilise l'impression par estampage additif conforme (CAS), une technologie de fabrication inventée dans son laboratoire.
Kirigami : un art japonais au service de la capture d'image
Le kirigami est l'art japonais de la découpe du papier, similaire à l'origami ou pliage du papier. Yu a utilisé le principe du kirigami sur une fine feuille de capteurs d'images. Il a ainsi effectué des découpes qui lui permettent de s'étirer et de se courber. Comparée à d'autres structures extensibles, telles que les structures serpentines à mailles ouvertes ou les ponts insulaires, cette nouvelle structure kirigami présente un facteur de remplissage beaucoup plus élevé. Ce qui signifie qu'elle conserve une densité de pixels élevée, créant ainsi de meilleures images.
Non seulement la caméra est incurvée, mais Yu la rend adaptative en termes de forme, ce qui lui permet de capturer clairement des objets à différentes distances.
« Le nouvel imageur adaptatif peut obtenir des vues focalisées d'objets à différentes distances en combinant une caméra de forme concave imprimée sur une feuille de caoutchouc magnétique avec une lentille accordable. On obtient la mise au point optique adaptative en réglant à la fois la longueur focale de l'objectif et la courbure de l'imageur. Ce qui permet d'obtenir des images claires d'objets éloignés et proches avec une faible aberration », a déclaré M. Yu, qui est également chercheur principal du Texas Center for Superconductivity à l'Université de Californie.
Dans l'impression CAS, un ballon élastomère ou extensible, doté d'un revêtement collant est gonflé. Il est ensuite utilisé comme support d'estampage, en poussant vers le bas sur des dispositifs électroniques préfabriqués. L'objectif étant de saisir les composants électroniques et de les imprimer sur diverses surfaces courbes.
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