Les progrès réalisés dans les systèmes d’imagerie MWIR prêts à l’emploi peuvent réduire le temps de développement de deux ans

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Solutions intégrées MWIR et objectif à zoom continu

Les caméras infrarouges à ondes moyennes (MWIR) sont depuis longtemps la solution privilégiée pour des détails d’image thermique clairs à des distances supérieures à un kilomètre (km) pour les applications de défense, de contre-UAS, de sécurité, d’UAS et d’autres applications de surveillance à longue portée. Pour répondre à ces exigences d’imagerie, ils sont généralement intégrés à un ensemble d’objectifs à zoom continu (CZ). Le développement de caméras et d’objectifs CZ personnalisés peut être coûteux en termes de temps et de ressources, et cela peut devenir compliqué. Cependant, les récentes avancées technologiques dans les solutions prêtes à l’emploi disponibles pour le développement de plateformes MWIR offrent désormais aux intégrateurs des économies significatives, une optimisation des performances, une réduction des risques techniques et des améliorations de calendrier. Les intégrateurs pourraient réaliser des économies de temps de développement de deux ans
ou plus.

Traditionnellement, les intégrateurs de plateformes d’imagerie MWIR devaient travailler avec plusieurs entreprises pour s’approvisionner en capteurs, en optiques et en composants de sous-système électrique. Avec la sortie par Teledyne FLIR de plusieurs nouvelles caméras MWIR et ensembles d’objectifs CZ à partir de 2021, les intégrateurs ont désormais accès à des systèmes prêts à l’emploi ou semi-personnalisés provenant d’un seul partenaire de fabrication offrant des avantages en matière de conception, d’intégration, de service et de support.

Cet article examine les défis traditionnels de la conception de la plateforme d’imagerie MWIR et illustre comment l’utilisation d’un fournisseur de solution unique peut réduire le délai de mise sur le marché, la complexité et l’accessibilité tout en améliorant la taille, le poids et les performances (SWaP).

Avancées en matière de caméra MWIR et de technologie d’objectif CZ

Les progrès réalisés dans les capteurs MWIR à haute température de fonctionnement (HOT) ont permis d’améliorer le SWaP au niveau du système de caméra, ainsi qu’un temps d’image plus rapide, rendant les modules de caméra MWIR HOT parfaits pour les UAS, l’intelligence, la surveillance et la reconnaissance (ISR) et les applications portatives telles que les viseurs d’armes.

Des progrès tout aussi importants ont été réalisés avec la technologie de lentille MWIR CZ. Contrairement aux zooms visibles, les optiques MWIR CZ sont traditionnellement complexes et coûteuses en raison des matériaux exotiques requis et des défis inhérents au maintien de la mise au point dans toute la plage de zooms, en particulier lorsqu’elles fonctionnent sur une large plage de températures. Désormais, grâce à des outils de conception technique améliorés, de nouveaux matériaux optiques et des techniques de fabrication automatisées, les intégrateurs peuvent profiter du développement de plusieurs nouveaux ensembles de lentilles SWaP et CZ optimisés pour la performance.

Défi de conception traditionnel

Figure 1. Assemblage éclaté de la caméra Teledyne FLIR Neutrino LC avec objectif intégré 19-290 CZ

Un système de caméra MWIR se compose de plusieurs sous-systèmes. En se déplaçant de gauche à droite (Figure 1), l’optique de zoom continu détermine le champ de vision (FOV), ou grossissement optique, vers la caméra. La lentille collecte et concentre l’énergie MWIR sur la matrice de plan focal (FPA) conditionnée dans un ensemble de refroidisseur Dewar intégré (IDCA). Les composants électroniques de la caméra traitent les informations provenant de l’IDCA en données utilisables ou en image prenant en charge la sortie de la caméra ainsi que le logiciel de commande et de contrôle.

La méthode traditionnelle d’approvisionnement et d’intégration de ces solutions nécessitait souvent le développement d’exigences de sous-assemblage distinctes et la collaboration avec plusieurs sources pour développer un système MWIR CZ. Lors du développement d’exigences de sous-assemblage distinctes, les intégrateurs doivent prendre en compte plusieurs paramètres de performance et les consolider au niveau du système pour prendre en charge les fournisseurs de lentilles et d’IDCA. Voir le Tableau 1 ci-dessous pour des exemples de considérations. Pour les projets dotés de ressources suffisantes, avec des exigences uniques et des échéanciers plus longs, cela peut fonctionner, mais de plus en plus comme pour les solutions de caméra CMOS, l’industrie reconnaît la valeur de travailler avec un fournisseur unique capable de fournir une solution abordable, haut de gamme et performante le plus rapidement possible.

Outre les considérations décrites dans le Tableau 1, ces systèmes d’imagerie MWIR peuvent également subir une baisse des performances et de la fiabilité du système en raison des compromis de compatibilité. Cela entraîne une perte d’efficacité et une complexité inutile dans le processus de développement et d’intégration du système, l’approvisionnement, la fabrication et l’éventuelle prise en charge du système.

Tableau 1. Exemples de considérations de conception pour les caméras MWIR avec optique CZ

Intégration et prise en charge de sous-systèmes distincts

Après la conception, l’intégration de sous-systèmes provenant de plusieurs fournisseurs peut présenter des défis supplémentaires. Les lentilles infrarouges CZ sont extrêmement complexes et nécessitent un alignement précis sur cinq axes. Cela nécessite des dépenses d’investissement importantes, pouvant potentiellement s’élever à plus de 400 000 USD par l’achat d’équipements tels que des collimateurs, des chambres de température, des corps noirs, des équipements de test MTF et des stations de test de vibration. Les techniciens et ingénieurs de test hautement spécialisés doivent ensuite être formés et financés pour soutenir l’intégration. Les protocoles logiciels peuvent également différer pour chaque sous-système entraînant des complications à la fois pour l’intégration et l’assistance.

Une fois les solutions intégrées sur le terrain, l’assistance et le service peuvent également être difficiles à exécuter. En général, l’assistance technique au client doit être gérée par l’intégrateur en collaboration avec les fournisseurs de sous-systèmes IDCA et de lentilles pour obtenir des résolutions satisfaisantes. Une unité retournée pour réparation ou entretien doit également être traitée et mise au rebut par l’intégrateur avant que le sous-système concerné puisse être retourné au fournisseur pour un traitement supplémentaire. Cela ajoute du temps et des dépenses.

Figure 2. Le service d’assistance et de garantie peut nécessiter la contribution de l’intégrateur et des fournisseurs clés

Solutions prêtes à l’emploi et semi-personnalisées

En résumé, une solution prête à l’emploi, similaire à la série Neutrino® IS, contrairement au développement d’une solution d’objectif/caméra personnalisée, fournit souvent un produit supérieur en raison des avantages suivants :

• Optimisé SWaP, facilité d’utilisation et performances d’image
• Tolérances optique-caméra garantissant une meilleure rétention de la vision de pointe
• Les contrôles électriques et logiciels simplifiés et courants éliminent les problèmes d’interface
• Moins de pièces mobiles, de connecteurs, de câbles et de SDK logiciels
• La caméra et l’objectif sont alignés avec précision en usine et étalonnés pour une qualité d’image optimale
• Point de contact unique pour tous les services et l’assistance technique

Teledyne FLIR peut aider les clients à déterminer quelle solution est adaptée à leur application à partir d’options prêtes à l’emploi existantes ou, étant donné l’interface commune de la série Neutrino SWaP, les solutions semi-personnalisées peuvent être conçues et intégrées plus rapidement et à moindre coût qu’une solution personnalisée. Cela permet aux intégrateurs de travailler avec un seul fournisseur pour des solutions qui comprennent des détecteurs IR, des moteurs de refroidissement, des zooms, des appareils électroniques de caméra/objectif et des emballages.

Figure 3. Gamme Neutrino IS Series de Teledyne FLIR (juillet 2022)

Impact sur la mise sur le marché

Avec un accès à un large portefeuille de solutions prêtes à l’emploi disponibles en trois à quatre mois, selon le délai d’exécution, les intégrateurs peuvent économiser considérablement sur le temps et les coûts de développement. Pendant ce temps, des solutions semi-personnalisées, qui nécessitaient généralement environ 18 mois, peuvent être acquises en six à neuf mois. En comparaison, pour les programmes d’acquisition avec des solutions personnalisées, les développeurs doivent prévoir 24 à 30 mois à partir de la définition des exigences jusqu’à la qualification finale. Il est important de noter que ces solutions personnalisées peuvent être rationalisées de manière significative en spécifiant des exigences à des niveaux d’assemblage plus élevés comme ceux généralement disponibles pour les systèmes de caméras visibles commerciales. Travailler avec un seul fournisseur de solutions verticalement intégrées entraînera un cycle de conception plus court, un processus d’approvisionnement rationalisé et une capacité accrue à créer des solutions fiables.

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Figure 4. Comparaison des exigences, du développement, de l’intégration et de la qualification pour les solutions personnalisées, semi-personnalisées et prêtes à l’emploi