CR - Mise en oeuvre des systèmes

SP1 CCD
CR - S.T.S Génie Optique Photonique – Lycée Jean Mermoz – 68300 SAINT-LOUIS
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SPECTROGRAPHE À CAPTEUR CCD
Nom des étudiants :
Date :
Date de retour
 1 jour de retard
-2pts
 2 jours de retard
Note /2
 + de 2 jours de retard
Note=0/20
N°
Questions
Cor.
Pts sur
place
Pts
rapport
Remarques des correcteurs
1
Analyse fonctionnelle du système
1.3.1
Principales caractéristiques
CS
___/2
1.3.2
Principes fondamentaux
FP
___/2
1.3.3
SYSML
GB
___/1
2
Mise en œuvre du système
2.1.1
Montage optique
___/3
2.1.2
Mise en œuvre du CCD
CS
___/2
2.1.3
Étalonnage du spectrographe
FP
___/2
2.1.4
Électronique
CS
___/1.5
2.1.5
Calcul informatique des
coefficients DMC
GB
__/1
__/0.5
3
Analyse des performances du système
3.1.1
Pouvoir dispersif du prisme
FP
___/1
3.1.2
Spectre du sodium
FP
___/1
3.1.3
Étude de la CCD
FP
___/1
3.1.4
Conclusion
OS
__/1
Responsabilisation des étudiants
Rangement et autonomie
___/1
Note : ___/20
Les points dans les champs grisés sont
attribués sur place. À la correction, ces points
ne seront plus reportés sur le compte-rendu.
Remarques des étudiants (problèmes matériels, erreurs dans le sujet, …)
cadre 1 : Barème de correction.

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1. . A AN NA AL LY YS SE E F FO ON NC CT TI IO ON NN NE EL LL LE E D DU U S SY YS ST TÈ ÈM ME E
1.1. Éléments à votre disposition
1.2. Introduction
1.2.1. Spectroscope à fentes
1.2.2. Barette CCD
1.2.3. Électronique associée au capteur ILX503
1.3. Travail demandé
1.3.1. Principales caractéristiques
Rechercher dans le dossier technique les principales caractéristiques du capteur …
 Nombre de pixels (utiles + aveugles)?
 À quoi sert le temps d’intégration dans un capteur CCD ?
 Quelle valeur théorique minimum peut prendre le temps d’intégration (on suppose que l’on connaît la fréquence
f0 de lecture des pixels et le nombre de pixels N) en fonction de f0 et N ?
 Dans notre cas, la fréquence maximale de travail est de 5MHz. En déduire le temps d’intégration minimum.
 Longueur (notée d) de la partie active du capteur CCD ?
 Distance centre à centre en µm entre les pixels ?
Réponse :
.
.
.
.
.
.
1.3.2. Principes fondamentaux : Spectrographe
Le prisme d'angle A est utilisé au voisinage de la déviation minimum (i  i').
La déviation est alors donnée par :
A
2
A
sinnsin2D 1
imin 
(1)
Dmini est donné dans la documentation (courbe Excel en annexe) en fonction de la longueur d'onde .
Dans la relation (1),  n'apparaît pas explicitement, expliquer pourquoi la déviation D dépend pourtant de .
D'après les documents en annexe, la déviation est-elle une fonction affine de  ? Est-elle une fonction affine de
1/² ?
Réponse :
.
.
.
Pour simplifier, la loi de Cauchy qui donne l'indice n d'un verre en fonction de  est généralement admise :
n a b   2
.
Si on admet une loi semblable pour la déviation minimum :
D c d
imin   2
,

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donner la valeur et l'unité des constantes c et d.
On s'intéresse aux radiations du domaine visible, du violet 405 nm au rouge 644 nm. Quelle sera en sortie de
prisme l'écart angulaire  entre ces deux radiations extrêmes ?
On choisit la focale de la seconde lentille f2 = 500 mm. Peut-on observer le spectre visible du violet au rouge sur
toute la longueur active d du capteur ?
Réponse :
.
.
.
.
.
.
1.3.3. Analyse fonctionnelle
Compléter le diagramme de blocs ci-dessous :
Réponse :

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2. . M MI IS SE E E EN N Œ ŒU UV VR RE E D DU U S SY YS ST TÈ ÈM ME E
2.1. Travail demandé
2.1.1. Montage optique Montrer le montage à un professeur.
2.1.2. Mise en œuvre du CCD
 Pour retrouver les différentes longueurs
d'onde du cadmium et du mercure une
fois l’étalonnage réalisé, déplacer la souris
dans la fenêtre CCD , la longueur d’onde
correspondant à la position de la souris
s’affiche alors dans l’indicateur Long.
D’onde en nm.
Réponse :
 Sauvegarder l’enregistrement sous vos initiales.
Faire appel à un professeur en cas de difficultés.
 Rassembler vos résultats dans un tableau :
Réponse :
Compléter le tableau 1.
 Noter la valeur des coefficients a et b de la régression.
 Sauvegarder à nouveau sous vos initiales.
 (nm)
436
Hg
468
Cd
480
Cd (F')
509
Cd
546
Hg
578
Hg
644
Cd(C')
Cou-
leur
violet
indigo
bleu
bleu
clair
vert
bleu
vert
jaune
rouge
N°
pixel
tableau 1 : Raies du cadmium (468; 480; 509; 644 nm) et du mercure
(436; 546 et le doublet jaune 577+579).

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Réponse :
.
.
2.1.3. Étalonnage du spectographe
Faire sous Excel le graphe du N° du pixel en fonction de 1/2 à partir du tableau 1. Rechercher une régression
linéaire permettant d'établir l'équation N = f(1/2). Comparer les coefficients de la DMC aux valeurs a et b précé-
dentes.
Réponse :