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Une nouvelle caméra ultra-rapide développée par le laboratoire ICube

15/07/2020

Après 20 ans de travail, le premier modèle de caméra à balayage de fente doté d’un capteur à l'état solide vient d’être commercialisé par la société allemande Optronis. Il sera proposé aux chercheurs et ingénieurs à partir d’août 2020. La caméra ultra-rapide permet d’observer des phénomènes de quelques nanosecondes. Propulsée par la Satt Conectus, cette technologie inédite a été développée par Wilfried Uhring et son équipe du laboratoire ICube.

Wilfried Uhring (à g.) travaille en
collaboration avec la société allemande
Optronis. Photo journal L'Alsace

La genèse

 « Lors de ma thèse en 1999, j’ai étudié la technologie conventionnelle des caméras à balayage de fente (cf. encadré) », raconte Wilfried Uhring qui se tourne ensuite vers la reproduction de cette technique d’imagerie à l’aide d’un circuit intégré dans une technologie CMOS, semblable à celle utilisée dans tous les appareils photos des téléphones portables. Le chercheur du laboratoire ICube s’associe alors avec la société allemande Optronis, numéro 2 du secteur, avec laquelle il a déjà eu l’occasion de collaborer. Différents essais sont réalisés et en 2009 un projet ANR (Agence nationale de la recherche) est lancé avec un premier prototype en 2011. C’est là qu’intervient la Satt Conectus qui signe avec l’entreprise une licence exclusive pour l’exploitation mondiale de cette technologie.

Les plus

Fondée sur l’utilisation de capteurs CMOS, la caméra S3C-1 est moins rapide que les caméras à balayage de fente classiques mais elle offre une alternative nouvelle et comble un vide technologique. Plus compacte, 12 x 12 cm, plus légère, 2 kg contre 20 kg, elle est aussi plus robuste et résiste aux chocs ou aux lumières intenses. Elle présente également une fonctionnalité inédite pour les caméras à balayage de fente : le post-déclenchement qui permet de réaliser un enregistrement après qu’un événement se soit produit et ce grâce à un enregistrement en continu. « Au moins deux fois moins chère que son ainée, son prix pourrait descendre selon la demande », souligne le chercheur qui précise que si 20 caméras sont vendues, le succès commercial sera au rendez-vous.

Côté applications

Domaines pharmaceutiques, chimie, défense, nucléaire, microfluidique… La caméra permet d'analyser des phénomènes invisibles pour l’œil humain et peut être utile dans les secteurs de la recherche et de l’industrie. Notamment la physique des plasmas, une phase de la matière constituée de particules chargées d'ions et d'électrons ou dans le suivi de l’évolution d’une explosion pour mettre au point des explosifs. Sans oublier les applications où un certain nombre de signaux optiques individuels doivent être capturés simultanément comme la spectroscopie résolue en temps. La technique a également été utilisée pour observer la formation de bulles dans la conception d’imprimantes à jet d’encre.

La caméra S3C-1 utilise un
capteurs CMOS. Crédit DR

Et après

« Nous travaillons sur la version future depuis 10 ans déjà, toujours à l’aide d’une ligne de détecteurs et une électronique différente. La caméra sera 10 fois plus rapide que cette caméra et offrira une résolution temporelle sub-nanoseconde. » Capable de détecter des phénomènes faibles, elle pourrait notamment permettre de compter des photons un par un et devrait être commercialisée d’ici une dizaine d’années.

Marion Riegert

Les caméras à balayage de fente

Important information

Contrairement aux caméras classiques qui enregistrent des images en 2D, les caméras à balayage de fente captent des images en ligne selon une fente d’observation. « La caméra permet ainsi de visualiser l’évolution temporelle d’un signal lumineux. Ce type d’imagerie a été introduit dans les années 1950 afin d’obtenir une meilleure résolution temporelle. » Les caméras à balayage de fente requièrent l’utilisation de miroir tournant à très haute vitesse ou de tube à vide amplificateurs de lumière. Des technologies fragiles, encombrantes, environ de la taille d’un four, et onéreuses. Comptez 100 000 euros en moyenne par caméra.

En chiffres

Get more information

Un terra-pixel/seconde, c’est la résolution de la caméra. Elle peut ainsi remplir un disque dur d’un terra-octet en 1 seconde. Soit un flux de données équivalant au plus grand hub internet du monde.

200 photoéléments rapides sont intégrés sur le capteur de la caméra. Sans oublier une matrice permettant de sauvegarder 200 échantillons temporels pour chaque photoélément.

5 milliards, soit le nombre de lignes pouvant être enregistrées par seconde contre environ 500 images pour une GoPro.