DOSSIER
OPTRONIQUE & infrarouge
Figure 1. Vue simplifiée d’ un bolomètre:( 1) réflecteur,( 2) planche,( 3) pilier,( 4) bras,( 5) thermomètre,( 6) absorbeur.
interféromètres, etc.) indépendant des imageurs. Leur intégration au sein du capteur d’ imagerie peut ouvrir la voie à des systèmes plus compacts, plus robustes, plus économiques et peut-être plus performants par certains aspects.
MATRICES DE MICROBOLOMÈTRES MULTISPECTRALES Un microbolomètre est un détecteur de la famille des systèmes micro-électro-mécaniques( MEMS)( Fig. 1). Il est généralement constitué d’ une planche centrale comprenant un absorbeur optique, typiquement un film métallique résistif, et un transducteur électro-thermique, typiquement un matériau thermorésistif tel que l’ oxyde de vanadium. La planche est suspendue à 1-2 µ m au-dessus d’ un réflecteur grâce à deux bras très fins qui ont une triple fonction: maintien mécanique de la planche, isolation thermique de la planche et connexion électrique entre le transducteur et l’ électronique de lecture. Le principe de fonctionnement peut se résumer simplement: le flux optique incident est converti en échauffement par l’ absorbeur et cet échauffement est mesuré électriquement grâce au transducteur. Les imageurs actuels comprennent jusqu’ à plus d’ 1 million de pixels, chacun de taille entre 8 et 17 µ m.
Pour un imageur multispectral, l’ enjeu consiste à intégrer au plus près ou au sein du bolomètre un dispositif capable d’ imposer une réponse spectrale sélective et différenciée
en différentes zones de la matrice, idéalement différente pixel à pixel. Plusieurs approches ont été envisagées et peuvent être comparées au regard de plusieurs critères que sont i) la réponse spectrale obtenue et sa compatibilité avec l’ application visée, ii) la résolution spatiale de l’ image dans chaque bande spectrale, iii) et enfin l’ industrialisation ou la capacité à fabriquer des imageurs en grande série à un coût compétitif( Fig. 2). Ainsi, une première solution pour rendre le dispositif spectralement sélectif est de modifier le réflecteur qui détermine la longueur d’ onde de résonance de la cavité optique sous le bolomètre. Une seconde option est de placer une structure absorbante résonante sur la planche bolométrique en lieu et place de l’ absorbeur large bande habituel. Ces deux options n’ ont pas permis des réponses spectrales intéressantes dans l’ état de l’ art actuel et sont difficiles à industrialiser car elles remettent en cause la structure même du bolomètre. La troisième option, que nous retenons, sera décrite plus en détails dans la section 3. Une quatrième option consiste à placer une matrice de filtres sous la fenêtre de boitier du capteur. Cette dernière option ne permet pas de varier la réponse spectrale pixel à pixel pour des raisons optiques car la fenêtre est placée à une distance nécessairement grande
Figure 2. Quatre stratégies de réalisation de matrices bolométriques multispectrales consistant à intégrer un dispositif de sélection spectrale sous le bolomètre( a), sur le bolomètre( b), au-dessus du bolomètre à courte distance( c), ou sous la fenêtre du boitier sous vide( d).
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