Une matrice d’imagerie infrarouge de résolution thermique voisine du millième de kelvin

Le CEA-Leti vient de mettre au point une matrice d’imagerie infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la...) particulièrement sensible, proche du millième de kelvin (Le kelvin (symbole K, du nom de Lord Kelvin) est l'unité SI de température thermodynamique. Par convention, les noms...), détectant dans la bande de longueur d’ondes de 8 à 10 µm. Cette haute sensibilité a été atteinte grâce au couplage d’une matrice de détection et d’un circuit de lecture spécifique, et à la conversion numérique des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose,...) obtenues. 

Les recherches menées dans le cadre du laboratoire commun DEFIR (CEA, Sofradir, DGA, Onera) ont permis la mise au point d’une matrice à imagerie infrarouge innovante par sa haute sensibilité, de 1 à 2 mK, soit un gain d’un facteur 10 à 20 par rapport à ce qui est habituellement accessible pour des conditions d’observation identiques avec des composants conventionnels. La caméra infrarouge devient alors beaucoup plus sensible aux écarts de température (La température d'un système est une fonction croissante du degré d'agitation thermique des particules, c'est-à-dire de...) entre deux points ce qui permet d’obtenir une meilleure résolution et ainsi une meilleure qualité d’image.

Ces recherches ont consisté à coupler une matrice de détecteurs infrarouge réalisée en HgCdTe (1) de 320x256 pixels tous les 25 µm à un circuit de lecture spécifique, réalisé en filière ( Une filière est une suite de formalités, d'emplois à remplir avant d'arriver à un certain résultat :...) CMOS (2) 0,18 µm. Ce circuit, conçu par le CEA-Leti, comporte une conversion numérique au niveau de chaque pixel de détection, soit tous les 25 µm. On peut ainsi atteindre une charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de...) stockée de 3 Giga électrons. Cette matrice est refroidie à 77 K (3) afin de réduire de manière significative les bruits dus à son fonctionnement. L’assemblage de ces deux technologies a permis de restituer une image avec une résolution thermique encore jamais atteinte à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux...), de 1 à 2 mK pour une image observée à température ambiante et à une cadence classique de 25-50 Hz.

Ces résultats, qui se situent au meilleur niveau international, ont été présentés par le CEA-Leti à la conférence Internationale Defense, Security and Sensing qui s’est tenue à Orlando du 5 au 9 avril 2010, puis dans le cadre d’une communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique,interpersonnelle, groupale...) que l'animal...) invitée, lors de la conférence Internationale SPIE Security and Defense à Toulouse du 20 au 23 septembre dernier.

La technologie de détecteurs infrarouge à base de HgCdTe développée par le CEA-Leti est en production industrielle chez SOFRADIR, sous licence exclusive du CEA.

Source et illustration: CEA