La miniaturisation, étape-clé de l’optimisation du développement de systèmes optiques

Une de nos compétences est d’accompagner nos clients depuis la conception d’un système optique jusqu’à sa fabrication en série, en passant par l’industrialisation. Au fil des ans et des projets, l’équipe d’EVOSENS a acquis une expertise particulière sur une étape-clé pour aboutir à un produit correspondant aux attentes de l’utilisateur final : la miniaturisation.

A quoi sert la miniaturisation ?

Bien entendu, quand on parle « miniaturisation » d’un système optique, on parle en premier lieu d’encombrement.
Les atouts apportés répondent à différents enjeux :

– La compacité d’un système va permettre, à volume équivalent, d’en optimiser les performances techniques et économiques (qu’on parle d’une source lumineuse, d’un capteur optique ou d’un système d’imagerie). En d’autres termes, en miniaturisant, on fait entrer plus de fonctions dans un volume donné. Cet atout est particulièrement utile pour des applications destinées à des espaces contraints, comme le spatial, l’exploration sous-marine, ou encore certaines technologies médicales.

– Miniaturiser un système a aussi pour conséquence d’en réduire l’empreinte environnementale. En effet, un système optique plus petit implique moins de matières premières utilisées ; cela signifie aussi un poids et une consommation énergétique moins importants (critères essentiels pour tous les systèmes embarqués).

Mais dans l’approche d’EVOSENS, la miniaturisation fait partie du cycle de développement d’un système optique. C’est donc une étape qui va aussi être l’occasion de travailler sur la stabilité et la robustesse du système afin de pouvoir en faire un produit industriel aux performances répétables et durables.

De quoi parle-t-on ?

La miniaturisation d’un système va faire appel à toutes les compétences technologiques de l’expertise photonique d’EVOSENS et s’inscrit dans un processus itératif.

Ainsi, à l’issue d’une première phase de conception et de prototypage, le client aura validé les fonctionnalités et les performances du système optique. Sa conception va pouvoir ensuite être affinée pour répondre aux exigences de la miniaturisation. C’est par exemple à cette étape qu’on cherchera à optimiser les chemins optiques de façon à les rendre plus compacts avec des concepts astucieux.

Dans le même esprit, on pourra également préciser le choix de certains composants opto-électroniques pour répondre aux enjeux de sobriété énergétique ou aux problèmes de dissipation thermique, ou encore pour récupérer un maximum de signal lorsqu’on fait de la détection ultrasensible. Le positionnement des composants tiendra aussi compte de ces exigences (par exemple pour découpler au maximum les sources de chaleur du reste du système) et anticipera également la facilité de montage.

C’est aussi à cette étape que la sélection des composants pourra être revue afin d’en diminuer le nombre (et/ou le coût). Comme notre équipe réalise en permanence un travail de veille technologique, nos ingénieurs sont au fait des évolutions les plus récentes chez les fournisseurs de composants et ont développé un savoir-faire pointu pour dénicher les composants présentant les meilleurs compromis coût/performance/robustesse.

L’ensemble de ces choix pourront ensuite être confirmés par la simulation des systèmes (simulation optique sous Zemax , simulation mécanique et thermique sous Solidworks, simulation électronique sous LT Spice).

Enfin, après la validation de ces simulations avec notre client, l’étape suivante sera celle du prototypage où entreront en œuvre les savoir-faire de l’équipe de techniciens photoniques d’EVOSENS en matière d’alignement optique, de collage optique, de réglage et de calibration de systèmes optiques.

Quelques exemples

Développement d’un « Optical Processing Unit » pour LIGHTON

De la manip de labo à un petit cube que l’on tient au bout de ses doigts

Application : intelligence artificielle et calculs de grande capacité. Nous avons travaillé sur le coeur optique (source/optiques/détection) et plus particulièrement sur :

• l’optimisation de la source
• la mise en forme de faisceaux
• l’optimisation de la détection
• la réduction de lumières parasites

Le résultat : un volume divisé par 1000 en 9 mois

• t0 : manip de labo 50 cm x 50 cm x 20 cm
• t0 + 4 mois : 1er proto intégré 13 cm x 9 cm x 6 cm
• t0+ 9 mois : 2è proto 5 cm x 5 cm x 2 cm

Cœur optique (source/optiques/détection)

• Optimisation source
• Mise en forme de faisceaux
• Optimisation détection
• Réduction de lumières parasites

Calculateur optique pour l’IA 2.10¹² opérations sur un cycle d’horloge, à très faible consommation énergétique
Apprentissage Machine, traitement de données, Classification d’images, reconnaissance d’actions dans des vidéos, modèles de langage, simulation numériques complexes, données structurées en graphes, …

Système d’imagerie photo-acoustique pour DEEP COLOR IMAGING

Application :  imagerie médicale / image 3D haute résolution en profondeur.

• Technologie mise en œuvre : Microscopie
• Principales caractéristiques attendues du système : plus performant et robuste

Challenge pour notre équipe et défi relevé : rapidité d’exécution et d’adaptation
Prototype 2 t0 +16 mois (Droite)

Périmètre d’intervention d’Evosens : Conseil, conception optique, mécanique, électronique et informatique, fabrication, programmation matériel + IHM, mise au point, installation.

•  50µm de résolution
• Grande profondeur, Grand champ de vue
• 10mm de profondeur
• Champ de vue 14 x14 mm
• Séparation spectrale des chromophores
  Mélanine
  Oxyhémoglobine
  Hémoglobine
  Lipides…

15 décembre 2022
Evosens

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