Des optiques qui focalisent sans bouger

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En photographie, mettre au point, c'est faire bouger une lentille manuellement ou en automatique (autofocus). Du moins jusqu'à présent. Car une nouvelle génération d'optiques réalise la même opération sans mouvement, en changeant la forme de la lentille. Ces optiques adaptatives, dont le principe existe déjà en astronomie, ciblent la téléphonie mobile. Un énorme marché.

En effet, sur le milliard et demi de téléphones portables vendus en 2011, la plupart font aussi office d'appareil photo. Et plus de la moitié sont équipés d'un système autofocus. "L'autofocus devient indispensable car la définition des capteurs d'image ne cesse d'augmenter, pour atteindre 8, voire 12 mégapixels", explique François Vieillard, le directeur du marketing de PoLight, une société norvégienne qui s'apprête à commercialiser des lentilles adaptatives.

Jusqu'à mainenant, la distance entre la lentille et le capteur d'image était ajustée par un petit moteur (voice coil motor, VCM). Mais dans l'univers des équipements électroniques de poche, la solution "motorisée" est loin d'être optimale : elle est encombrante et énergivore (de 200 à 250 mW). Les technologies d'autofocus sans pièces mobiles peuvent faire beaucoup mieux.

Ainsi, les lentilles adaptatives de PoLight réduisent leur consommation électrique à 5 mW, circuit électronique de commande compris. Quant aux nouveaux procédés de mise au point, plus intégrés, ils permettront de diminuer significativement l'épaisseur des systèmes optiques.

Le français Varioptic, créé en 2002, a été le premier à s'aventurer dans la technologie des lentilles liquides. Se serait-il lancé prématurément ? Toujours est-il qu'il n'a pas réussi à percer sur le marché des téléphones portables. Racheté par Parrot en mai 2011, il se consacre désormais aux applications techniques : contrôle industriel, lecteur de codes-barres, caméras médicales...

Fabriquées à Taïwan par son partenaire Creative Sensor, ses lentilles ont été vendues à des dizaines de milliers d'exemplaires. Elles ne sont pas réalisées à partir des méthodes de fabrication collective - en parallèle sur un wafer, tels les circuits électroniques. Toutefois, leur procédé de fabrication, comparable à celui des piles bouton, est rapide et permettrait, indique Varioptic, de monter en cadence pour de plus grands volumes.

Entre-temps, d'autres systèmes d'autofocus ont vu le jour. Pour focaliser l'image sans bouger la lentille, l'américain LensVector contrôle l'orientation des cristaux liquides. De son côté, PoLight, qui collabore avec le centre de recherche norvégien Sintef et l'EPFL (École polytechnique fédérale de Lausanne) et qui a recruté plusieurs anciens salariés de Varioptic, déforme une membrane de verre avec un matériau piézoélectrique.

Plus d'un atout à l'actif des lentilles adaptatives

Ces deux nouvelles technologies visent le marché des téléphones portables avec des produits à bas coût. LensVector, en avance sur son concurrent norvégien, fabrique ses lentilles sur des wafers de 8 pouces, dans son usine de la Silicon Valley, dont la capacité est de plusieurs dizaines de millions de pièces par an. L'américain a passé un accord avec le taïwanais Edom en vue de distribuer ses composants optiques en Chine, où sont fabriqués des téléphones d'entrée de gamme.

Pour sa part, PoLight a confié la production de préséries, sous forme de wafers, à l'américain SVTC. "L'objectif est de fabriquer, pour nos clients partenaires, de 1 à 2 millions de pièces par mois à la fin 2012", indique François Vieillard. L'entreprise a signé un accord avec Texas Instruments, qui produira la partie optique intégrée. L'assemblage final sera assuré par des prestataires asiatiques. L'objectif : sortir 10 millions de pièces par trimestre en 2013.

Pour convaincre les fabricants de téléphones portables, les nouveaux venus misent sur la compacité et la faible consommation d'énergie. Mais pas seulement. Les lentilles adaptatives sont aussi capables de focaliser très rapidement. PoLight annonce des temps de réponse inférieurs à une milliseconde. Un nouveau mode de prise de vue dit "all in focus" devient possible. Avec trois photos prises successivement puis assemblées, on obtient une image où trois personnages placés sur plusieurs plans seront tous nets.

Autre atout pour les applications industrielles : la vitesse de mise au point. Un avantage certain quand un contrôle en ligne plus rapide permet d'accélérer la production. Et ce n'est pas tout. "Dans le secteur industriel, c'est surtout la fiabilité de nos lentilles qui séduit. Elles supportent des dizaines de millions de cycles sans problème. Sans parler de la résistance aux chocs, puisqu'il n'y a pas de pièces mobiles", précise Bruno Berge, le fondateur de Varioptic.

Le pionnier n'a pas l'intention d'en rester aux simples systèmes autofocus. Avec sa technologie de lentilles liquides, il veut créer des optiques plus élaborées, toujours sans pièces mobiles. Il vient juste de lancer, sous forme de kit d'évaluation, une nouvelle lentille adaptative qui réalise à la fois l'autofocus et la stabilisation de l'image, afin de corriger en temps réel le tremblement de la main.

La forme de la lentille liquide est pilotée par quatre éléctrodes, au lieu de deux pour le simple autofocus. Dans ses cartons, Bruno Berge a aussi une version à huit électrodes, qui pourrait réaliser des fonctions plus complexes, pour le traitement d'images, mais aussi pour le contrôle de faisceaux laser.