Metalenz dévoile une nouvelle technologie d’objectifs qui promet de révolutionner la photographie sur smartphone. Avec des « métasurfaces », la start-up s’attaque à la taille des objectifs photo et promet de les rendre ultra-minces. Explications.
Les smartphones ont fortement évolué depuis l’apparition du premier iPhone en 2007. Cette progression se vérifie tout particulièrement dans le domaine de la photographie où les smartphones ont peu à peu bousculé les appareils photo traditionnels. Ils sont à l’origine de nouveaux usages et profitent de la concurrence entre les fabricants pour progresser à chaque génération. La taille des capteurs ainsi que leurs nombres et la course aux mégapixels ont animé le secteur ces dernières années, accompagnés par des améliorations liées au traitement de l’image. Ces changements ont amené à la création des « photophones », une catégorie dans laquelle figurent aujourd’hui des modèles dotés de trois (et jusqu’à cinq) modules photo à l’arrière avec des capteurs à 108 mégapixels, comme sur le Galaxy S21 Ultra.
La tendance n’est pas près de s’inverser, si bien que l’on évoque déjà un capteur de 200 Mpx, puis de 600 Mpx sur les modèles à venir. Le smartphone se heurte toutefois à une limite de taille, celle de la place disponible pour loger toutes ces améliorations. Si le capteur évolue régulièrement, les fabricants n’ont pas la possibilité de multiplier à l’infini le nombre ou la taille des lentilles, ce qui leur impose certaines concessions. Pour être toujours plus performants, certains smartphones – comme les derniers Galaxy S ou iPhone – embarquent désormais un bloc photo protubérant. Longtemps considéré comme une erreur en termes de design, puisqu’il nuit à la stabilité du smartphone lorsqu’il est posé sur une surface plane, le phénomène tend à s’amplifier. En effet, les capteurs plus grands et les zooms – en plus de l’augmentation du nombre de lentilles – nécessitent toujours plus d’espace. Or, il ne sera pas possible pour les constructeurs d’augmenter indéfiniment la taille du bloc photo.
Les objectifs ont peu évolué depuis le premier iPhone
Depuis ses débuts, le smartphone s’inspire des appareils photo numériques traditionnels pour sa partie photo. Les constructeurs s’appuient sur des objectifs classiques et ont peu à peu miniaturisé les différents éléments, sans toutefois faire considérablement évoluer la technologie. Ainsi, les lentilles sont empilées afin de proposer un « bloc optique » et des smartphones comme l’iPhone 12 peuvent disposer d’un objectif à sept éléments. « L’optique des smartphones se compose généralement de quatre à sept lentilles », confirme d’ailleurs Oliver Schindelbeck, responsable de l’innovation chez Zeiss, au site Wired. « Si vous avez un seul élément de lentille, rien que par la physique, vous aurez des aberrations comme la distorsion ou la dispersion dans l’image ».
Toutefois, le procédé est amené à évoluer dans les années à venir et la solution pourrait venir de la start-up Metalenz. Présenté comme un spin-off (société indépendante) de l’Université de Harvard, Metalenz commence à se faire un nom et promet de bousculer le segment de la photo sur smartphone. La start-up veut s’attaquer à la taille du bloc photo et aux « cameras bumps » (bosses) des smartphones, jugés aussi disgracieux que l’encoche en son temps. La technologie de Metalenz repose sur des « métasurfaces » – des composants optiques ultra-minces – pour remplacer les lentilles traditionnelles. Elle permettrait de proposer des images de même qualité, voire meilleure, tout en prenant moins de place. Plutôt que d’utiliser des lentilles en plastique et en verre empilées, une seule pièce plate mille fois plus petite qu’un cheveu humain effectue les mêmes tâches. Sa taille est comprise entre 1 x 1 et 3 x 3 millimètres tandis qu’une vue au microscope permet de distinguer des nanostructures. Ces dernières courbent les rayons lumineux de manière à corriger de nombreuses lacunes des systèmes de caméra à objectif unique, rapporte Wired.
Un objectif plat, le rêve des fabricants de smartphones
La lumière va alors traverser ces nanostructures à motifs, semblables à des millions de cercles de différents diamètres au niveau microscopique. « De la même manière qu’une lentille courbée accélère et ralentit la lumière pour la courber, chacune de ces nanostructures nous permet de faire la même chose, de sorte que nous pouvons courber et façonner la lumière en changeant simplement le diamètre de ces cercles », explique Robert Devlin, PDG et cofondateur de Metalenz. Il est accompagné dans cette aventure par le célèbre physicien italien Federico Capasso, connu pour être l’un des inventeurs des lasers à cascade quantique (QCL).
La technologie a nécessité une décennie de recherche et Metalenz n’est pas la seule entreprise à s’y intéresser. Fin 2016, une équipe de chercheurs de Caltech et Samsung avaient présenté un système de lentilles plates visant à réduire l’épaisseur des smartphones. Plus récemment, des chercheurs de l’université de l’Utah ont développé des objectifs ultra-fins à destination des smartphones, drones et caméras de vision nocturne. L’objectif est à chaque fois le même, à savoir faire disparaître ces « bosses » disgracieuses qui apparaissent au dos des smartphones.
Concernant le projet Metalenz, la start-up peut compter sur le soutien de 3M, Intel Capital ou TDK et prévoit une mise en production pour la fin de l’année. La première mission sera de proposer un capteur 3D pour les smartphones, moins gourmand en énergie que les solutions actuelles telles que les caméras TrueDepth. Ce capteur serait proposé sous la forme d’une caméra selfie permettant l’authentification des visages, sans avoir à recourir à une encoche. L’espace gagné en renonçant aux lentilles traditionnelles permettrait aux fabricants de smartphones de placer des capteurs et des caméras sous l’écran de leurs appareils. Cette innovation, espérée de longue date, devrait d’ailleurs prendre son envol cette année. Elle a déjà été aperçue chez ZTE avec le Axon 20 5G et est notamment attendue chez Xiaomi.
