Autres exemples de dispositifs sensibles aux r´ eponses spectrales

Tout instrument faisant du multiplexage en longueur d’onde est susceptible d’ˆetre sen-sible `a la r´eponse spectrale des pixels IR. En effet, `a partir du moment o`u l’on a besoin d’acc´eder `a l’information spectrale de la sc`ene observ´ee, les disparit´es entre pixels peu-vent introduire une source de bruit comme le BSF. Nous allons citer quelques exemples d’instruments concern´es par cette probl´ematique.

1.6.4.1 Spectrom`etres `a multiplexage spectral

On peut classer ces instruments selon deux cat´egories : les spectrom`etres `a transform´ee de Fourier, et les spectrom`etres utilisant du multiplexage de longueur d’onde mais pas au sens de Fourier. Dans la premi`ere cat´egorie on peut citer des spectrom`etres IR `a transform´ee de Fourier, bas´es sur des PFIR de type HgCdTe. Le premier exemple est l’instrument d´evelopp´e par le Laboratoire de recherche de la marine des ´Etats-Unis et l’universit´e d’ ´Etat de Saint Cloud [71], qui fonctionne dans le LWIR. Le CNES d´eveloppe ´

egalement un concept de spectrom`etre `a transform´ee de Fourier statique baptis´e SIFTI (Static Infrared Fourier Transform Interferometer) [72, 73]. Il est d´edi´e au sondage

Chapitre 1. Les d´etecteurs infrarouge pour la radiom´etrie

des concentrations en polluants, en particulier celui des mol´ecules CO et O₃ dans la troposph`ere. Il utilise un PFIR bas´e sur HgCdTe pour une mesure dans le SWIR. D’autres concepts de spectro-imageurs bas´es sur le multiplexage en longueur d’onde par transform´ee de Fourier et utilisant des PFIR existent. On peut se r´ef´erer, pour plus de d´etails, aux r´ef´erences [74, 75, 76, 77, 78].

Dans la seconde cat´egorie, on peut citer les spectrom`etres utilisant le multiplex-age des longueurs d’onde, mais pas au sens de Fourier. Un exemple int´eressant est le spectrom`etre dispersif d´evelopp´e `a l’universit´e Duke [79]. Ce dernier fonctionne en mode ”snapshot” dans le LWIR, et fait des mesures multiplex´ees en longueur d’onde selon Hadamard. Il utilise un PFIR de type microbolom`etre. En outre, l’universit´e d’Arizona a d´evelopp´e un spectro-imageur statique permettant d’acc´eder `a des mesures multiplex´ees par projection tomographique [80]. Il est bas´e sur un PFIR en InSb fonc-tionnant dans le MWIR.

L’ensemble de ces instruments peut ˆetre confront´e au probl`eme des disparit´es spec-trales entre pixels, dans la mesure o`u l’on cherche `a remonter `a l’information spectrale de la sc`ene observ´ee.

1.6.4.2 SIELETERS

SIELETERS (Spectro-Imageur Embarqu´e pour l’ ´Etude des Temp´eratures, ´Emissivit´es et R´eflectivit´es des Sc`enes) est un autre exemple d’instrument d´evelopp´e par l’ONERA [81, 82]. Il s’agit d’un spectro-imageur IR statique, `a transform´ee de Fourier, fonctionnant dans les r´egions du MWIR et du LWIR, con¸cu pour ˆetre embarqu´e `a bord d’un avion. La spectro-imagerie permet d’acqu´erir `a la fois l’image d’une sc`ene et des informations sur le spectre en chacun des points de l’image. Cet instrument est ´egalement bas´e sur l’utilisation d’un PFIR HgCdTe, refroidi par un cryostat sp´ecifique `a la temp´erature 77K.

Le sch´ema optique de SIELETERS est repr´esent´e sur la Figure 1.20 [83]. Il est bas´e sur un interf´erom`etre de Michelson modifi´e, plac´e face `a une optique imageante. Les deux bras de l’interf´erom`etre g´en`erent deux images de la sc`ene observ´ee sur le plan focal de la lentille, qui se superposent. Cependant, ´etant donn´e que le chemin optique est diff´erent dans les deux bras, des franges d’interf´erence se superposent sur l’image de la sc`ene. Ainsi, au fur et `a mesure que la sc`ene d´efile (perpendiculairement aux franges), par translation de l’avion, `a vitesse constante, chaque point de la sc`ene est vu successivement `a travers cette diff´erence de chemin optique. Cela permet de remon-ter au spectre en chaque point balay´e et d’´etablir une cartographie `a la fois spatiale et spectrale de la sc`ene observ´ee. Plus pr´ecis´ement, l’instrument permet de faire des mesures radiom´etriques absolues de rayonnement et ´emissivit´e spectrales [84]. Les spec-tres obtenus sont pr´esent´es dans la r´ef´erence [85].

Chapitre 1. Les d´etecteurs infrarouge pour la radiom´etrie

Figure 1.20: Sch´^{ema de principe du spectro-imageur SIELETERS dans le MWIR et} le LWIR, extrait de [83]

1.6.4.3 Vitrail

Figure 1.21: Sch´^{ema de l’instrument Vitrail}

D’autres dispositifs d’imagerie spectrale ont vu le jour, tels que Vitrail (Figure 1.21). Le principe consiste `a juxtaposer plusieurs objectifs sur un mˆeme plan focal, chaque objectif regardant la mˆeme sc`ene, mais pour une longueur d’onde diff´erente. Concr`etement, cela se traduit en une matrice de microlentilles mise au voisinage d’une matrice de d´etection, au-dessus de laquelle est rajout´ee une matrice de filtres pour obtenir des images multispectrales. Ce concept a d’abord ´et´e introduit dans la gamme du visible par Shogenji et al. [86]. Il a en particulier ´et´e r´eadapt´e un peu plus tard par l’ONERA dans le domaine IR, pour former la cam´era multispectrale Vitrail [87, 88].

Chapitre 1. Les d´etecteurs infrarouge pour la radiom´etrie

Le montage permet d’avoir des images identiques de la mˆeme sc`ene `a travers diff´erentes fenˆetres spectrales, puisque des zones enti`eres de d´etecteurs sont coloris´ees, et associ´ees chacune `a une microlentille. Ainsi, il suffit d’´evaluer l’intensit´e des images pour identi-fier, en fonction du filtre spectral consid´er´e, les objets sign´es spectralement. Par ailleurs, cette architecture optique, compos´ee de matrices de microlentilles et matrices de filtres, permet de faire de l’imagerie multispectrale en temps r´eel. Cela repr´esente un r´eel atout pour l’observation de ph´enom`enes ´evoluant rapidement dans le temps. En outre, ce concept permet un gain important en encombrement et est adaptable `a d’autres types de d´etecteurs IR, tels que les microbolom`etres.

Ce principe ouvre de larges perspectives en terme d’imageries multi- et hyperspec-trale. En effet, d’autres architectures ont ´et´e mises au point, visant `a filtrer spectrale-ment au sein mˆeme du pixel le flux incident avant d’ˆetre d´etect´e par la zone absorbante du pixel, ce qui revient `a coloriser les pixels un `a un avec des couleurs diff´erentes. Cela va des cavit´es Fabry-Perot au-dessus des pixels [89, 90], aux structures r´esonnantes sub-longueur d’onde [91], en passant par les architectures faisant varier les gaps dans les jonc-tions P-N [4]. Cela pose des difficult´es technologiques qui sont principalement li´ees aux dimensions tr`es r´eduites impos´ees par la taille des pixels, typiquement de 15µm15µm. L’optique associ´ee n’a cependant plus cette architecture optique matricielle, mais est plus conventionnelle.

Pour ce type de dispositif, il devient important d’avoir une connaissance fine du comportement spectral du pixel, afin d’optimiser les structures optiques s’y rajoutant.