Détecteurs infrarouge : les 3 innovations techniques à surveiller

La technologie infrarouge, comme toute technologie de pointe, évolue très vite. Basée sur l’amélioration  des performances et la réduction des coûts, elle fait l’objet de constantes recherches qui bénéficient aux capteurs infrarouge et à leurs diverses applications.

Nous vous proposons ici un tour d’horizon des 3 innovations techniques à surveiller dans le domaine des détecteurs infrarouge.

1- La réduction du pas pixel

L’objectif ici est de réduire la surface des détecteurs à travers leur pas pixel, afin d’augmenter le nombre de rétines fabriquées sur une plaque de silicium. Il s’agit d’une innovation en constante évolution.

Aujourd’hui, certains fabricants sont capables de produire des capteurs thermiques avec des tailles de pixels passant de 17µm à 12µm pour les microbolomètres. La recherche porte même sur des tailles de pixels de 8µm, réduisant ainsi drastiquement la surface de chaque pixel. Ceci permet d’accéder à des résolutions plus grandes sans augmenter la taille des rétines.

Concernant les détecteurs hybridés, les tailles de pixels tendent vers le 10µm voire 8µm ou inférieur.

Néanmoins, la réduction du pas pixel diminue de fait le flux infrarouge incident sur le pixel, et donc le signal. Il est donc nécessaire de travailler également sur l’amélioration de la sensibilité des détecteurs. 

Ainsi, la réduction du pas pixel permet, non seulement de baisser l'encombrement du détecteur mais également de réduire le coût final de la caméra. Elle permet également d’accéder à des résolutions plus importantes à taille de rétine équivalente.

Pour en savoir plus à ce sujet, nous vous proposons de consulter gratuitement le cas HELIAUS, projet européen destiné à développer des systèmes intelligents de perception thermique.

2- Les détecteurs infrarouge HOT

Dans cette bande spectrale MWIR, il existe 2 sous-bandes spectrales différentes :

• la bande 3.6µm à 4.2µm appelée bande bleue,
• la bande 3.7µm à 5µm appelée bande rouge.

Jusqu’à présent, les détecteurs refroidis fonctionnaient dans la bande rouge avec des températures de fonctionnement très basses (80K) qui engendraient des problèmes de fiabilité pour certaines applications, notamment en surveillance ou industrie fonctionnant en 24/7.

Depuis plusieurs années, les fabricants mettent sur le marché des détecteurs infrarouge fonctionnant à plus haute température dans la bande bleue mais qui offrent plus de fiabilité pour les applications en 24/7. Ce sont les détecteurs HOT (High operating Temperature) dont la température du détecteur est supérieure ou égale à 140K dans la bande spectrale MWIR.

Dans la bande bleue, la MAF (machine à froid des détecteurs refroidis) est moins sollicitée car la température du détecteur est plus élevée ; les détecteurs sont donc plus fiables et adaptés à certaines applications, comme notamment la surveillance 24/7.

Ainsi, en fonction de son application finale, il faut bien choisir la plage de fonctionnement de son détecteur.

3- L’intelligence artificielle pour augmenter les performances des systèmes

L’intelligence artificielle a comme objectif l’amélioration des performances des entreprises, des hommes et de leurs outils. Ainsi, intégrer de l’intelligence artificielle et des algorithmes au sein de systèmes infrarouge permet de développer leurs capacités et de leur apporter de la valeur supplémentaire.

Certaines applications utilisent déjà l’IA couplée à l’imagerie thermique, comme par exemple dans le domaine de l’optronique aéroportée.  En effet, les capteurs infrarouge évoluent dans un environnement ultra-connecté et intégrés à des systèmes qui sont ainsi capables de traiter et d’analyser des images qu’ils communiquent ensuite à des humains pour améliorer les prises de décision, notamment dans le secteur de la défense, sur des zones de combat.

L’intelligence artificielle est également beaucoup utilisée en complément de la technologie de l’imagerie thermique dans le domaine de la voiture autonome. En effet, elle permet d’augmenter le taux de reconnaissance des obstacles : les capteurs infrarouge fournissent des images de vision nocturne et le système qui intègre de l’IA, est capable de comprendre, d’analyser et de réagir à ces images. En infrarouge, et notamment dans l’infrarouge long, aussi appelé LWIR (Long Wave Infrared), ces images sont très contrastées et indépendantes des conditions d’éclairement. En effet, c’est dans la longueur d’ondes LWIR que les corps à température ambiante atteignent le maximum de luminance spectrale.  Elles sont en outre faciles à interpréter.

Ainsi, les innovations constantes dans le secteur de l’imagerie thermique permettent de démocratiser cette technologie afin de la rendre abordable et utilisable dans des applications toujours plus nombreuses. En effet, un des objectifs communs de ces 3 innovations est la création de solutions plus compactes et plus légères obtenues en optimisant la taille, le poids, la performance et le prix des détecteurs infrarouge. En recherche et développement, on parle de « SWaP-C » pour Size, Weight, Power and Cost.

Pour en savoir plus à ce sujet, nous vous proposons de consulter gratuitement le cas HELIAUS, projet européen destiné à développer des systèmes intelligents de perception thermique.