Développer un zoom optique multispectral couvrant le visible (VIS), le proche infrarouge (NIR) et l’infrarouge à ondes courtes (SWIR) est un défi technologique majeur. Peu de sociétés savent combiner performance optique, robustesse mécanique et viabilité industrielle sur un spectre aussi large.

PISÉO l’a démontré avec un projet de zoom continu multispectral, illustrant son savoir-faire unique en conception de systèmes optiques complexes, tout en répondant à des spécifications exigeantes : ouverture numérique précise, facteur de zoom x15 en continu, contrôle strict de la distorsion maximale autorisée, performances MTF élevées (Modulation Transfer Function, ou Fonction de Transfert de Modulation : capacité du système à restituer les détails fins avec contraste), tout en respectant des contraintes d’encombrement et de champ de vision (FOV/DOV, c’est-à-dire l’étendue et la profondeur de champ de la scène observable).

PISÉO est un partenaire reconnu pour le développement de systèmes optiques complexes, capable d’intervenir à chaque étape : de l’idée initiale au produit prêt pour le marché. S’engager avec PISÉO, c’est bénéficier d’un accompagnement rigoureux, d’une expertise pointue et d’une capacité à transformer des défis techniques en solutions concrètes et fiables.

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La collaboration avec un industriel du secteur, engagé dans le développement d’un capteur d’empreintes digitales souple et de grande taille, basé sur une technologie organique, en est une démonstration concrète. Ce capteur de nouvelle génération ouvre la voie à des applications critiques : contrôle d’identité multi-doigts en environnements sensibles, authentification renforcée sur dispositifs mobiles, etc.

Pour que ce capteur tienne toutes ses promesses, il a fallu relever un défi qui allait bien au-delà d’un simple éclairage : concevoir un système optique sur mesure adapté à des contraintes mécaniques et électroniques particulièrement fortes. C’est pour résoudre cette équation exigeante que PISÉO a été choisi.

Un défi optique et biométrique de haute technicité

Contrairement aux capteurs classiques, ce dispositif devait fonctionner dans un espace restreint, sans source lumineuse frontale, tout en assurant une image nette et homogène, quelles que soient les conditions.

Le projet a présenté plusieurs contraintes techniques majeures :

• Large surface à illuminer : Le capteur étant beaucoup plus grand qu’un capteur d’empreinte standard, il fallait garantir un éclairage uniforme du centre jusqu’aux bords, sans zones d’ombre ni variations excessives.
  
  
• Épaisseur et intégration : Le capteur souple devait s’intégrer dans un dispositif compact. Le système d’illumination ne pouvait pas utiliser de sources au-dessus du doigt (pas de LED frontale), il devait éclairer latéralement ou en arrière-plan, à la manière des écrans de liseuses électroniques qui sont rétroéclairés par la tranche.
  
  
• Technologie organique et empilement optique : Le capteur est constitué de couches optiques et électroniques innovantes (polymères organiques, films minces, etc.). Un guide de lumière devait être intégré pour répartir la lumière des LED sous l’empreinte. Le guide, en contact direct avec d’autres couches sans espace d’air, modifiait radicalement la propagation et l’extraction de la lumière. De plus, un filtre angulaire était ajouté au-dessus du capteur pour ne laisser passer que les rayons lumineux quasiment perpendiculaires, condition indispensable pour obtenir une image nette de l’empreinte.
  
  
• Conditions d’utilisation exigeantes : Le système devait fonctionner dans divers environnements (par ex. lumière ambiante variable) tout en maintenant un contraste élevé entre les crêtes et les vallées de l’empreinte. Il fallait également éviter que de la lumière parasite ou des réflexions indésirables ne viennent flouter l’image.
  
  

Face à une telle complexité, une approche empirique aurait été chronophage et incertaine. Il fallait une compréhension fine des phénomènes optiques en jeu pour aboutir à une solution fiable et optimisée. C’est là que PISÉO a fait la différence, en mobilisant son expertise en conception optique et en modélisation avancée pour répondre à l’exigence technique.

Une solution d’éclairage conçue sur mesure

L’approche de PISÉO a consisté à décomposer le problème en sous-systèmes optiques et à optimiser chacun d’eux, tout en assurant leur bon fonctionnement global.

Les principaux éléments du système d’illumination ont été :

• LEDs latérales : choisies pour leur angle d’émission et leur efficacité sans lentille. Le couplage avec le guide optique a été soigneusement ajusté pour limiter les pertes.
  
  
• Guide de lumière intégré : doté de microstructures de quelques microns, inspirées du rétroéclairage d’écrans plats. Objectif : distribuer la lumière uniformément et selon un angle précis.
  
  
• Filtre angulaire multicouche : modélisé pour bloquer les rayons trop inclinés et ne laisser passer que la lumière réfléchie directement par les crêtes de l’empreinte.
  
  

Modélisation 3D du système complet : L’une des forces de PISÉO dans ce projet a été d’utiliser des outils de simulation optique avancés pour créer un jumeau numérique du capteur biométrique. Chaque élément – LED, guide de lumière avec ses micro-structures, filtre angulaire, et même le doigt – a été modélisé afin de prédire le comportement du système. Cette approche a permis de tester virtuellement de nombreuses configurations et d’identifier les solutions optimales avant même la fabrication de prototypes physiques.

Intégration du doigt humain dans le modèle

Modéliser un doigt humain ne se limite pas à reproduire un motif 2D : il faut prendre en compte sa topographie complexe (crêtes et vallées) et ses propriétés optiques (diffusion à travers les couches de la peau). Pour cela, PISÉO a mené une campagne de mesures photométriques, utilisant un goniomètre optique pour analyser la réflexion lumineuse sur de vrais doigts.

Les données recueillies ont révélé une double réponse : une réflexion due à l’humidité naturelle de la peau, et une diffusion plus large. Ces caractéristiques ont été traduites en BRDF (Bidirectional Reflectance Distribution Function – fonction de diffusion) et intégrées dans le modèle optique.

Résultat : la simulation a généré des images d’empreintes très proches de la réalité. Comparées aux images physiques, elles ont confirmé la précision du modèle. Même le traitement d’image du client (par soustraction de référence) a pu être simulé avec succès, révélant les détails de l’empreinte.

Cette modélisation avancée, validée expérimentalement, a renforcé la confiance du client et permis de fiabiliser le développement dès les phases amont.

Dans un monde où la supériorité technologique est un enjeu stratégique, PISÉO transforme les contraintes opérationnelles en solutions concrètes. Pour vos systèmes de détection optiques, vos systèmes d’authentification ou vos dispositifs optroniques embarqués, PISÉO est un partenaire engagé au service de la performance et de la sécurité

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Cependant, dans certaines configurations exigeantes, la scène nécessite d’être « éclairée » au moyen d’un illuminateur.

Ainsi, cet illuminateur devra ainsi être spécifiquement conçu pour permettre au logiciel de traitement d’image et aux algorithmes associés de discriminer correctement les détails présents dans le champ de vision de la caméra.

Conception & prototypage d’un système IR bloc

A la demande d’un client spécialiste du domaine de la détection, les experts de PISÉO ont conçu et qualifié un système innovant d’illumination infrarouge haute puissance. Ce système utilise ainsi des LED infrarouge pilotées en mode pulsé et des lentilles spécifiques permettant de contrôler précisément le flux lumineux et par conséquent d’éclairer une scène à longue distance avec une lumière invisible à l’œil nu.

Prestations réalisées :

• Définition des besoins applicatifs (cas d’usage, performances et réglementation) et économiques.
• Analyse de l’état de l’art technologique (LED infrarouge).
• Proposition de concepts optiques et électroniques.
• Évaluation des performances atteignables par calcul et simulation avec LightTools.
• Spécification de l’architecture du système optique et du système électronique choisis.
• Calculs thermiques.
• Evaluation du risque photobiologique par calcul, simulation et essais.
• Conception détaillée du système optique et du système électronique.
• Réalisation d’un prototype en vue d’industrialisation.
• Test et qualification du prototype.

Essais en laboratoire sur système optique infrarouge à LED

Caractérisation des performances atteintes par goniophotométrie infrarouge

Analyse de fiabilité en enceinte d’essais climatiques ( -40°C / + 180°C )

PISÉO dispose d’une enceinte d’essais climatiques. Cette enceinte permet de tester la performance et la robustesse de vos systèmes d’illumination, de détection et d’imagerie.

Cet équipement de laboratoire permet un contrôle extrêmement précis et des variations rapides de température. Il est particulièrement utile pour analyser le comportement optique des systèmes photoniques mais également pour vérifier leur fiabilité lors des travaux de conception et de qualification que nous réalisons pour nos clients.

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DONECLE, société française, possède une solide expertise dans les processus de maintenance aéronautique, la robotique des drones, l’automatisation et les algorithmes « deep learning » de vision par ordinateur.

Cette société a donc saisi cette opportunité de révolutionner la façon dont les inspections sont effectuées depuis les 40 dernières années.

C’est pour ce projet ambitieux que DONECLE s’est tourné vers les experts de PISÉO afin d’être accompagné sur la conception de l’illuminateur de caméra d’inspection embarquée.

Les systèmes de vision industrielle sont de plus en plus répandus. En effet, on trouve aisément dans le commerce des caméras et des objectifs prêts à l’emploi.

Néanmoins, les logiciels de traitement des images capturées, même très élaborés, ne parviennent pas toujours à discriminer suffisamment les scènes. Cela est souvent dû à un éclairement mal adapté.

Les problèmes de vignettage des objectifs, de colorimétrie et d’uniformité de scène peuvent être compensés par un éclairage LED bien étudié.

PISÉO a donc accompagné cette société dans la conception de son système d’illumination.

L’objectif était de permettre de compenser le vignettage dû à l’objectif de la caméra et ainsi la performance globale du système d’inspection.

Grâce à ce produit, DONECLE devient ainsi rapidement le leader mondial de l’inspection visuelle automatisée des avions basée sur la technologie des drones. La société offre une solution unique combinant un drone 100% automatisé avec des algorithmes d’analyse d’image avancés pour la détection des dommages sur la surface extérieure des avions.

L’illuminateur développé avec PISÉO lui permet de garantir une qualité d’image homogène indépendamment des conditions lumineuses extérieures.

Etude du système d’illumination de la caméra embarquée

·  Recherche de composants LED adaptés.

·  Conception optique de plusieurs solutions.

·  Comparaisons des performances par simulation avec le logiciel Light Tools

·  Prototypage de la solution retenue.

·  Caractérisation performances optiques du prototype dans le laboratoire de PISÉO.

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