Qu’est-ce qu’une microlentille ?
Les microlentilles sont des lentilles optiques de petite taille servant à faire converger la lumière et la concentrer sur la surface des capteurs. Découvrez le fonctionnement et les applications d’une microlentille.
Qu’est-ce qu’une microlentille et à quoi ça sert ? Découvrez le fonctionnement et les différentes applications des microlentilles avec les experts d’Optics Concept.
Une microlentille est une petite lentille optique de 10 micromètres (µm), dont le diamètre est généralement inférieur à un millimètre (mm). Du fait de sa petite dimension, la microlentille peut être sujette à des phénomènes de diffraction optique.
Une microlentille typique est un élément unique avec une surface plane et une surface sphérique convexe pour réfracter la lumière. Le substrat qui le supporte, est généralement plus épais, que la lentille optique elle-même. Ce fait doit être pris en compte lors de l’application des microlentilles.
Différents types de microlentilles
Il existe différents types de microlentilles :
- Microlentille à gradient d’indice (GRIN) : il s’agit d’une microlentille à deux surfaces plates et parallèles, qui obtient son action de focalisation par une variation d’indice de réfraction à travers la lentille optique.
- Microlentille de Fresnel : c’est une microlentille très mince et légère, qui focalise la lumière par réfraction dans un ensemble de surfaces courbes concentriques.
- Microlentille binaire : il s’agit d’une microlentille à rainures avec des bords étagés ou à plusieurs niveaux, qui se rapproche de la forme idéale. Cette microlentille focalise la lumière par diffraction et présente un avantage de fabrication et de réplication en utilisant des procédés semi-conducteurs standards tels que la photolithographie et la gravure ionique réactive (RIE).
Réseaux des microlentilles
Il est possible de combiner une multitude de microlentilles dans un réseau unidimensionnel ou bidimensionnel sur un substrat de support.
Placées côte à côte, ces microlentilles permettent de couvrir la surface de substrat et forment de minuscules systèmes de lentilles optiques servant à focaliser et à concentrer la lumière.
Fabrication de microlentilles
La technique de fabrication des microlentilles à utiliser avec les microscopes a été développée par Robert Hooke et Antoine van Leeuwenhoek déjà au 17e siècle. Hooke a fait fondre de petits filaments de verre vénitien et a permis à la tension superficielle du verre fondu de former les surfaces sphériques lisses requises pour les lentilles. Il a ensuite utilisé des méthodes conventionnelles pour monter et meuler les lentilles optiques.
Le principe a été répété en effectuant une photolithographie dans des matériaux tels que la résine photosensible ou l’époxy durci aux UV et en faisant fondre le polymère pour former des réseaux de lentilles multiples. Plus récemment, les réseaux de microlentilles ont été fabriqués en utilisant un assemblage par convection de particules colloïdales à partir d’une suspension.
Le processus de fabrication des microlentilles est de plus en plus miniaturisé. Les progrès technologiques ont permis de varier les méthodes de fabrication des microlentilles : moulage, gaufrage, etc.
Elles utilisent des technologies et des recherches issues de l’industrie des semi-conducteurs. En effet, elles permettent de façonner la structure et la forme des microlentilles, qui définissent à leur tour l’efficacité optique des microlentilles.
Applications des microlentilles
Les applications des microlentilles sont variées et différent selon l’utilisation des lentilles isolées ou couplées en réseau. Les microlentilles isolées servent au couplage de la lumière dans une fibre optique, alors que les réseaux de microlentilles sont souvent utilisés pour augmenter l’efficacité de la collecte de la lumière. Ce dernier point est très utile pour les capteurs CDD, les cellules solaires ou encore des diodes électroluminescentes.
Appareils d’imagerie compacts
Les microlentilles sont utilisées dans le domaine de l’imagerie pour créer des combinaisons de matrices et atteindre de nouvelles performances d’image, telles que la capacité à former une image de grossissement 1 sans inversion. On retrouve ces matrices dans des appareils d’imagerie compacts telles que les photocopieurs ou des appareils-photo de téléphone mobile.
Imagerie 3D
Les matrices de microlentilles peuvent être utilisées pour l’affichage en 3D. On parle alors d’imagerie lenticulaire, où la matrice de microlentilles permet de rétracter une image sur l’écran lenticulaire.
Microlentilles dans la nature
On trouve également des exemples d’utilisation des microlentilles dans la nature :
- dans les structures simples pour la concentration de la lumière et l’optimisation du rendement de la photosynthèse
- dans les yeux des insectes et des crustacées où le nombre de microlentilles peut atteindre 30 000
Les yeux composés des insectes s’avèrent être des capteurs extrêmement sensibles aux mouvements, permettant une collecte de nombreux images de manière simultanée. Ce principe a été repris pour la création des détecteurs – des caméras à vue panoramique.
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