Cours capteurs

Microscopie photonique
Rôle des capteurs :
Convertir l’information lumineuse
en un courant électrique mesurable
Un capteur va donc absorber
l’énergie portée par les photons
pour créer un flux d’électrons
Université Joseph Fourier
Yves Usson 2000
Microscopie photonique
Types de capteurs
Les capteurs ponctuels :
Ils permettent de mesurer l’intensité de la lumière que
dans un seul point à la fois.
Ils doivent être associés à un dispositif de balayage pour
former l’image totale du champ du microscope.
Ils sont très sensibles.
L’acquisition d’une image entière est lente.
ex. tube photomultiplicateur, photodiode
Les capteurs d’images :
Ils permettent d’obtenir directement une image de tout ou
partie du champ du microscope.
Ils sont de sensibilité moyenne.
L’acquisition d’une image entière est rapide.
ex. tube vidéo, caméra de photodiodes, caméra C.C.D.
Université Joseph Fourier
Yves Usson 2000
Microscopie photonique
Technologie des capteurs
Les détecteurs (convertisseurs)
Les détecteurs à effet photoélectrique
tubes à vides, tubes photomultiplicateurs
Les détecteurs à semi-conducteurs
photodiodes, photodiodes à avalanches
Les systèmes à bas niveau de lumière
Les caméras CCD refroidies
Les galettes de micro-canaux
Les amplificateurs de brillance
Université Joseph Fourier
Yves Usson 2000
Microscopie photonique
Les capteurs ponctuels - système à balayage
Miroir oscillant
Balayage horizontal
Miroir oscillant
Balayage vertical
Lentille objectif
Capteur
(PM ou diode)
Université Joseph Fourier
Yves Usson 2000
Microscopie photonique
Capteur ponctuel -Le tube photomultiplicateur
photocathode
Photon
dynode 200V
dynode 400V
ee-
Anode 600 V
dynode 100V dynode 300V dynode 500V
Université Joseph Fourier
Yves Usson 2000
Microscopie photonique
La photodiode à semi-conducteur
Rappel sur le principe des semi-conducteurs
Cristal de Silicium
non-conducteur
Atome de silicium
tétravalent
Université Joseph Fourier
donneur d’électrons
accepteur d’électrons
Cristal de Silicium
dopé à l’Arsenic
semi-conducteur N
Cristal de Silicium
dopé au Bore
semi-conducteur P
Atome d’arsenic
pentavalent
Atome de bore
trivalent
Yves Usson 2000
Microscopie photonique
La photodiode à semi-conducteur
-- - -- - - - -- --- - -- - - - -- - - - -
N
-- - -- - - - -- --- - -- - - - -- - - - + +++ + ++ ++ ++ +
+ +++ +++ +++ ++
P
+ +++ + ++ ++ ++ +
+ +++ +++ +++ ++
Diode
Diode == jonction
jonction NP
NP
Polarisation
Polarisation directe.
directe.
Les
Les charges
charges traversent
traversent
la
la jonction.
jonction. Le
Le courant
courant
circule.
circule.
Université Joseph Fourier
Polarisation
Polarisation inverse.
inverse.
Les
Les charges
charges s’accumulent
s’accumulent de
de
part
part et
et d’autre
d’autre de
de la
la jonction.
jonction.
Le
Le courant
courant est
est bloqué.
bloqué.
Yves Usson 2000
Microscopie photonique
La photodiode à semi-conducteur
-- - -- - - - -- --- - -- - - - -- - - - + +++ + ++ ++ ++ +
+ +++ +++ +++ ++
Polarisation
Polarisation inverse.
inverse.
Les
Les charges
charges s’accumulent
s’accumulent
de
de part
part et
et d’autre
d’autre de
de la
la
jonction.
jonction. Un
Un très
très faible
faible
courant
courant circule
circule appelé
appelé
courant
courant d’obscurité
d’obscurité
Université Joseph Fourier
+-- +- -+ --- + - - +
--- ++ - ++ --- ++ -- + --++++ - -- + +
++ -+ -- ++ -- ++ -
L’arrivée
L’arrivée de
de photons
photons
permet
permet aux
aux charges
charges de
de
traverser
traverser la
la jonction
jonction :: le
le
courant
courant passe
passe
Yves Usson 2000
Microscopie photonique
Les capteurs d’image
Caméra
Caméra CCD
CCD
Lentille
Lentille
objectif
objectif
Université Joseph Fourier
Image
Image du
du champ
champ
microscopique
microscopique
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Microscopie photonique
Les capteurs d’image
éléments
éléments photosensibles
photosensibles
(photodiodes
(photodiodes ou
ou phototransistors
phototransistors CMOS)
CMOS)
zones
zones d’accès
d’accès aux
aux éléments
éléments sensibles
sensibles
(plages
(plages aveugles)
aveugles)
Matrice
Matrice àà accès
accès direct
direct
Université Joseph Fourier
Matrice
Matrice àà accès
accès par
par
registres
registres àà décalage
décalage
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Microscopie photonique
Les capteurs C.C.D.
(charge coupled device)
hν
Signal
Signal video
video
hν
t0
t1
t2
t3
t4
pompe à vide
élément réfrigérant
réfrigérant
élément
éléments
éléments CCD
CCD
Element
Element CCD
CCD
(puits
(puits potentiel)
potentiel)
Principe d’intégration sur cible
Université Joseph Fourier
La CCD refroidie
Yves Usson 2000
Microscopie photonique
Les
Les amplificateurs
amplificateurs de
de lumière
lumière
Les
Les galettes
galettes de
de micro-canaux
micro-canaux
micro-canal à colorant solide
éléments
éléments amplificateurs
amplificateurs
CCD ou tube vidéo
Université Joseph Fourier
Yves Usson 2000
Microscopie photonique
Les amplificateurs de lumière
Caméra SIT
Photocathode
CCD ou tube video
photons
Ecran phosphorescent
ee-
Anode creuse tronc-conique
-
Université Joseph Fourier
+
Yves Usson 2000