Conçue pour les applications scientifiques et de R&D, les caméras infrarouges à ondes courtes (SWIR) sont souvent basées sur un détecteur InGaAs généralement avec une résolution VGA (640 x 512) optimisé pour la bande d’ondes de 0,9-1,7 µm.
L’infrarouge est lui même divisé en plusieurs sous-domaines : le très proche infrarouge (Near Infrared, NIR), le proche infrarouge (Short Wavelenght InfraRed, SWIR), le moyen infrarouge (Medium Wavelenght InfraRed, MWIR), le lointain infrarouge (Long Wavelenght InfraRed, LWIR) et le très lointain infrarouge (Very Long Wavelenght InfraRed, VLWIR).
On résume dans le tableau ci-dessous quelques caractéristiques physiques pour les différents domaines constituants le spectre infrarouge.
| Domaine | λ (μm) | ν (THz) | E (eV) | Nombre d’onde (cm-1) |
|---|---|---|---|---|
| NIR | 0.750 – 0.9 | 400 – 330 | 1.65 – 1.38 | 13333 – 11111 |
| SWIR | 0.9 à 3 | 330 – 100 | 1.38 – 0.41 | 11111 – 3333 |
| MWIR | 3 – 5 | 100 – 60 | 0.41 – 0.25 | 3333 – 2000 |
| LWIR | 5 – 15 | 60 – 30 | 0.25 – 0.083 | 2000 – 666 |
| VLWIR | 15 – 1000 | 20 – 0.3 | 0.083 – 0.001 | 666 – 100 |
Les détecteurs SWIR InGaAs
L’InGaAs, ou arséniure d’indium gallium, est un alliage d’arséniure de gallium et d’arséniure d’indium. Il appartient au système quaternaire InGaAsP constitué comme suit :
- alliages d’arséniure d’indium (InAs)
- arséniure de gallium (GaAs)
- phosphure d’indium (InP)
- phosphure de gallium (GaP)
Ces matériaux binaires et leurs alliages sont tous des semi-conducteurs composés III-V. Selon le tableau périodique, le gallium et l’indium appartiennent au groupe III, et l’arsenic et le phosphore appartiennent au groupe V.
Comme vous le savez certainement, les propriétés électriques et optiques d’un semi-conducteur dépendent de sa bande interdite d’énergie. Un semi-conducteur ne détectera que la lumière dont l’énergie des photons est supérieure à la bande interdite. En terme de longueur d’onde, il détectera la lumière dont la longueur d’onde est inférieure à la longueur d’onde de coupure. Ainsi, l’InGaAs standard a une longueur d’onde de coupure de 1,68 µm.
Les applications du SWIR
C’est dans les années 1960 que les imageurs SWIR ont commencé à être développés. On note même leur première commercialisation en 1985 [1]. Malgré leur développement précoce, le marché des imageurs SWIR est aujourd’hui plutôt discret comparativement aux imageurs MWIR et LWIR et surtout des imageurs visibles. Il existe de très nombreuses applications au SWIR mais la technologie liée au détecteur lui même coûte cher. En effet, pour une caméra SWIR il faut tout de même débourser environ 20 000€. Elles sont donc utilisées essentiellement dans trois domaines : la sécurité, la recherche scientifique et le contrôle industriel.
Si on détail un peu plus ses domaines d’applications, nous les résumerons comme suit :
- militaire et sécuritaire
- industrielle
- médicale
- aériennes et spatiales
- scientifiques
On cite ci-dessous quelques exemples d’applications parmi d’autres :
- thermographie (mesures de hautes températures)
- agriculture (mesures hyperspectrale)
- agroalimentaire (spectroscopie)
- surveillance
- astronomie
- communication (FSO, Free Space Optical)
Les principaux avantages du SWIR
Concernant les brouillards
On entend souvent que l’imagerie SWIR peut permettre de voir à travers le brouillard. C’est en partie vrai à condition que l’on définisse correctement ce qu’est un brouillard ! Sans entrer dans des détails trop techniques, la lumière est plus diffusée lorsque la longueur d’onde est courte et quand les particules diffusantes sont petites. Donc le rayonnement SWIR sera moins diffusé que le visible, lorsqu’il s’agit de fumée et de brouillard légers. En revanche, dans le cas de brouillards épais, le SWIR ne les traversera pas.
Concernant la qualité d’image
Dans le SWIR, comme dans le visible, les photons sont réfléchis et/ou absorbés par un objet. Cette propriété physique permet au SWIR d’apporter le contraste élevé nécessaire à l’imagerie de haute résolution. On obtient donc des informations supplémentaires d’une scène ou d’un objet. On trouve d’ailleurs souvent que les images SWIR sont très agréables à regarder pour l’oeil humain.
Concernant la sécurité oculaire
Le SWIR est souvent utilisé en imagerie active grâce à la sécurité oculaire de la longueur d’onde du laser associé. Pour en savoir plus sur ces systèmes, vous pouvez consulter le site de l’Institut Saint-Louis, expert en imagerie active.
Les principaux acteurs du SWIR
On cite dans le tableau ci-dessous les principaux acteurs internationaux du SWIR (caméra et/ou détecteurs) :
| Société | Nationalité |
|---|---|
| Lynred (ex. Sofradir) | France |
| NIT | France |
| First Light Imaging | France |
| Allied Vision | Allemagne |
| EHD Imaging | Allemagne |
| Selex | UK |
| Raptor Photonics | UK |
| Photonics Science | UK |
| SWIR Vision Systems | UK |
| Xenics | Belgique |
| Photon Focus | Suisse |
| SCD | Israël |
| Trieye | Israël |
| Raytheon | USA |
| DRS | USA |
| Flir | USA |
| Intevac | USA |
| Quantum Imaging | USA |
| Princeton Infrared | USA |
| Teledyne e2v | USA |
| UTC | USA |
| Atollo Engineering | USA |
| Photon etc | Canada |
| Chunghwa | Taiwan |
| Hamamatsu | Japon |
| Sony | Japon |
| Ghopto | Chine |
| Mikro-Tasarim | Turquie |
Conclusion
Nous avons vu dans cet article que le SWIR apporte des avantages certains, notamment par rapport au visible. D’abord la longueur d’onde du laser associé apporte de la sécurité occulaire pour les applications d’imagerie active. Ensuite les contrastes apportés par le SWIR sont souvent appréciés par rapport au visible. Enfin, le SWIR permet de traverser des fumées et des brouillards légers contrairement au visible.
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