Couverture ElectroniqueS n°127

L'isérois Ulis inaugure sa quatrième génération de détecteurs microbolométriques avec notamment un modèle XGA au pas de 17 microns qui ouvre de nouvelles applications à l'infrarouge. Il en va des capteurs infrarouges comme des imageurs de nos appareils photo numériques : difficile de résister à l'inflation du nombre de pixels, censée améliorer la résolution de l'image optique ou thermique et ouvrir la voie à de nouvelles applications à coût constant. Le parallèle se poursuit malheureusement pour ce qui est de la pression exercée sur la qualité d'image à mesure que l'on multiplie les pixels. « Toute diminution de la taille du pixel s'accompagne d'une réduction automatique de ses performances et doit donc être compensée par des améliorations qualitatives », rappelle Jean-Luc Tissot, directeur technique et marketing chez Ulis, le fabricant d'imageurs infrarouges non refroidis. L'Isérois en sait quelque chose, qui inaugure aujourd'hui sa quatrième génération d'imageurs, avec un pas de 17 microns contre 25 µm précédemment - soit quasiment un doublement du nombre de pixels à taille égale de capteur. Avec une définition XGA (1 024 x 768) déjà très élevée pour ce type de produits, le premier modèle à pas de 17 µm d'Ulis ouvre la voie à de nouvelles applications ou, tout du moins, à des rapports qualité/prix inédits. « Si les détecteurs infrarouges non refroidis sont apparus sur le marché en 1995, les rares modèles grand format disponibles étaient jusqu'alors inabordables pour des applications autres que militaires », explique Jean-François Delepau, directeur général d'Ulis. Désormais, que ce soit avec des modèles XGA ou avec des versions telles que le VGA (640 x 480) dont la mise sur le marché est prévue pour le début 2010, ces composants s'ouvrent à des applications comme les caméras de sécurité et de surveillance, la thermographie ou l'aide à la conduite. A définition égale, ils permettent également d'abaisser le coût du capteur mais aussi celui, loin d'être négligeable en infrarouge, de l'optique associée, ainsi que la taille globale du système. Une sensibilité NETD de 47 mK sur 170°C !Concrètement, le capteur XGA lancé par Ulis reprend la plate-forme à silicium amorphe du fabricant, en y appliquant divers raffinements, afin de maintenir une bonne qualité d'image malgré des pixels plus petits. Le silicium amorphe demeure un support de choix pour diverses raisons. Il s'intègre facilement aux substrats silicium Cmos des circuits de traitement du signal qui mettent en forme les données délivrées par le détecteur. Il se prête bien à l'utilisation de géométries de plus en plus fines. Sa sensibilité s'avère remarquablement stable sur toute la gamme de températures courantes, limitant l'électronique associée à une « simple » collecte de résultats sans compensation sophistiquée en température. Enfin, le silicium amorphe demeure très simple à « usiner » quelle que soit la taille des pixels, permettant de fabriquer des détecteurs à haute définition qui présentent un très faible taux de pixels défectueux (on obtient ici typiquement moins de 0,5 % de pixels défectueux, un taux qui n'est pas éloigné de ce qui est accepté en imagerie grand public). Le premier prototype à pas de 17 µm présenté en 2008 offrait une sensibilité NETD* de 85 mK pour une dynamique de 120°C environ : désormais, Ulis parvient à obtenir un NETD de 47 mK sur une dynamique de 170°C, et même un NETD de 40 mK seulement sur une dynamique de 50°C environ. Au-delà des améliorations sur le détecteur lui-même (sur lesquelles on comprendra qu'Ulis ne s'étende pas trop), ces gains importants en performances relèvent également de l'attention portée au circuit de lecture intimement lié au capteur. Consommant 140 mW sous 3,6 V, ce circuit recueille les signaux issus du détecteur, leur soustrait un courant de bruit commun, échantillonne les résultats et les transmet via deux amplificateurs vidéo de sortie à 30 Hz (fréquence standard, qui peut être augmentée si besoin est, l'horloge principale étant cadencée à 12,5 MHz). Une fonction de fenêtrage permet de s'attacher à une petite portion de l'image, éventuellement avec une fréquence d'échantillonnage supérieure. Une simple liaison série commande le gain (1 à 4), qui module la dynamique et le NETD, ainsi que le fenêtrage et le basculement de l'image en mode portrait ou paysage. Après le déploiement de cette technologie 17 µm sur diverses définitions de capteurs, Ulis envisage déjà de continuer à affiner ses géométries. « Il n'y a pas de limite franche, car il s'agit d'un compromis : en particulier, un pixel plus petit exige des optiques plus performantes. Mais on envisage d'aller jusqu'à 12 µm », glisse J-L. Tissot. De quoi multiplier les modèles XGA, fer de lance des concurrents américains d'Ulis (qui cite BAE North America, L-3 Communication et DRS FLIR Systems), car le XGA constitue la définition demandée par l'armée américaine pour des applications comme l'aide à la conduite de véhicules militaires. * Voir lexique en page 42Ulis en brefCréé en juin 2002 par Sofradir, Ulis a comme objectif d'industrialiser des capteurs infrarouges non refroidis basés sur les recherches menées par le CEA/Léti. Ulis assure depuis 2003 la fabrication complète de ses capteurs, dans un site de 2 400 m2 (dont 500 m2 de salles blanches) capable de produire 100 000 microbolomètres par an. Ulis a lancé des détecteurs à pas de 45 µm en 2001, 35 µm en 2003, 25 µm en 2005 et 17 µm en 2008, alors à l'état de prototype. Jean-François Delepau a récemment pris à la tête d'Ulis, la succession de Jean-Pierre Chatard, parti à la retraite après avoir dirigé la société depuis sa création. General Electric a repris en 2008 les 15 % d'Ulis qui appartenaient auparavant à CEA Valorisation ; Sofradir détient toujours les 85 % restants.

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