Replay: Une équipe de Microsoft a résolu toute une série de défis assez difficiles et créé un capteur d’image incurvé qui tient la promesse de résoudre le problème de courbure du champ une fois pour toutes.

Une équipe de Microsoft a courbé ces capteurs d’image pour produire un angle de vue de près de 24 degrés.

Nous sommes habitués à l’hypothèse que les choses à une certaine distance devant la caméra sont au point. De même, la plupart des gens sont conscients du concept de mise au point arrière – l’idée que l’objectif doit être à une distance très bien contrôlée du capteur afin que la scène soit nette. C’est instinctivement facile à comprendre, mais il y a un problème: si nous voulons qu’un certain nombre de choses soient toutes à la même distance d’une lentille, alors elles seront disposées en arc de cercle, pas en ligne droite. Placez une rangée d’acteurs en ligne droite devant une caméra et les deux à l’extérieur sont plus éloignés de l’objectif que ceux du milieu. Cela rend la vie très difficile lorsque nous essayons, par exemple, de photographier un objet plat comme un tableau.

Ce que nous décrivons ici est appelé courbure de champ, car dans la plupart des lentilles, le point auquel les objets sont au point est incurvé. Dans les lentilles du monde réel, les concepteurs optiques travaillent dur pour éviter cela. Même dans ce cas, c’est presque toujours un problème, en particulier dans les zooms, ceux avec une distance focale très courte, une grande couverture de capteur, une courte distance de mise au point à bride ou d’autres conceptions complexes, surtout s’il y a aussi un désir d’éviter de déformer l’image. Les mêmes problèmes concernent la projection, ce qui explique (au moins une des raisons) pourquoi les plus grands écrans de cinéma sont parfois incurvés selon au moins un axe. Le plan de focalisation est presque invariablement une courbe composée.

Un processus de précision

Jusqu’aux cinq dernières années environ, l’idée de courber un capteur d’image était pour le moins difficile. Un capteur d’image est réalisé de la même manière que tout autre circuit intégré, sur une grande plaquette de silicium. Les plaquettes de silicium sont très plates. Un effort énorme est fait pour les rendre plats. En fait, le processus de planarisation chimico-mécanique (CMP, dans l’entreprise) est une partie importante de la fabrication de semi-conducteurs. Il est conçu pour créer une surface extrêmement plane afin que les détails très (très) fins de l’électronique de l’appareil puissent être créés photographiquement, et tous ces détails doivent être mis au point. Ce processus est si critique que des lampes spéciales émettant de la lumière ultraviolette à ondes courtes sont utilisées, car la lumière visible a une longueur d’onde trop longue pour créer une image de caractéristiques aussi petites.

Lorsque vous craignez que la lumière elle-même soit trop grande, vous savez que vous parlez d’un processus de précision.

Si nous pouvions créer un capteur incurvé, certaines de ces questions de conception de lentilles pourraient être un peu plus faciles. La rétine à l’arrière de l’œil humain, après tout, est incurvée. Et cela a été fait, ne serait-ce que très légèrement, en rendant le capteur à base de silicium très mince, de sorte qu’il puisse être poussé dans une forme légèrement bombée contre une sorte de moule. Malheureusement, le silicium est subjectivement plutôt semblable au verre et est à peu près aussi heureux d’être étiré et plié que l’instinct le suggère, et la quantité de courbure qui peut être obtenue par cette technique est limitée.

Cependant, les choses semblent sur le point de s’améliorer. Une annonce récente de (de toutes les organisations) Microsoft implique des améliorations de cette technique dans laquelle un capteur relativement petit de 1/2,3 ”était incurvé à un rayon d’environ 18,7 mm et couvrait ainsi un angle de vue de près de 24 degrés. Les chercheurs affirment que leur technique (qui semble se résumer à « pousser très soigneusement dessus de manière extrêmement contrôlée ») est également applicable aux capteurs de plus grande taille, et consiste à les fixer dans un moule de précision avec de la soudure ou un adhésif époxy thermorétractable. Les détails complets, y compris le document technique, sont ici.

Ce n’est pas tout à fait nouveau, car Sony discutait de caméras avec des capteurs légèrement incurvés dès 2014, mais le degré de courbure est une amélioration. Un bon point important est que les capteurs utilisés sont des types commerciaux, prêts à l’emploi, et non quelque chose de spécialement fabriqué à grands frais en utilisant des techniques spéciales. Cela ne veut pas dire que le processus de courbure spécial n’est pas une technique spéciale très coûteuse, mais c’est un début prometteur.

Performances améliorées

Les chercheurs affirment que les lentilles pour capteurs incurvés devraient offrir des performances bien améliorées, bien qu’elles soient plus simples, plus légères et donc moins chères. Le document fait référence à des tests avec un objectif f / 1.2 sur mesure avec un champ de vision de 55 degrés projetant un cercle d’image de 7,6 mm. Encore une fois, il s’agit d’une image plus petite que celle à laquelle nous sommes habitués en cinématographie, mais les résultats sont encourageants, étant décrits comme “presque le double de la netteté à chaque angle de champ, malgré un élément en moins et deux surfaces asphériques en moins. »Une comparaison d’étude de conception est donnée pour un cercle d’image plus grand de 43 mm, ce qui suggère qu’un objectif avec trois éléments en moins pourrait encore offrir 1,2 fois la FTM.

Qu’il s’agisse d’une solution universelle à tous les problèmes de géométrie et de champ plat est une autre question. Le degré de courbure idéal dépend dans une certaine mesure de l’angle de vue, ce qui rend les zooms, ou même les échanges entre des nombres premiers de différentes distances focales, difficiles. Pour le moment, cela semble viser principalement les caméras à objectif fixe où le verre peut être étroitement associé au capteur. Que nous puissions un jour voir des capteurs incurvés pour la cinématographie est une question de spéculation, mais pour l’instant, il y a des promesses d’amélioration de la netteté, de l’uniformité de l’éclairage et de la sensibilité (en veillant à ce que tous les photosites soient dirigés vers la lumière entrante.) Comme avec tant d’ingénierie originale, c’est un moyen de minimiser les impacts d’un compromis et une amélioration progressive bienvenue de ce qui peut être réalisé.