Présentation
Auteur(s)
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Gilbert GAUSSORGUES : Ingénieur de l’École supérieure d’optique - Président-directeur général de HGH Ingénierie systèmes infrarouges - Ancien directeur du laboratoire d’optronique de la Marine nationale
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Lire l’articleINTRODUCTION
avec la collaboration pour le paragraphe 2.3 de François MICHERON Docteur ès Sciences Directeur scientifique et technique de Thomson-CSF Optronique
pour le paragraphe 3.6 de Jean-Paul POCHOLLE Chef du laboratoire Sources laser pour l’optronique de Thomson-CSF LCR
pour le paragraphe 5.9 de Jean-Louis MEYZONNETTE Ingénieur de l’École supérieure d’optique Professeur à l’École supérieure d’optique
Depuis la découverte de l’infrarouge par Herschel en 1800 (effets thermiques au‐delà de l’extrémité rouge de la lumière décomposée par un prisme) et la découverte de l’ultraviolet par Ritter en 1801 (influence sur les matériaux photosensibles), est apparue la nécessité de mesurer ou de déceler les rayonnements optiques situés en dehors du domaine spectral de sensibilité de l’œil. Il est même souvent utile de pouvoir utiliser ces méthodes dans le domaine visible, compte tenu de la faiblesse des mesures photométriques visuelles.
Un détecteur de rayonnement transforme un signal optique incident, fonction de paramètres d’espaces et de temps F (x, y, t) (qui peut être un flux, un éclairement ou toute autre grandeur traduisant une énergie lumineuse), en un signal électrique ou réponse (qui peut prendre la forme d’une tension, d’un courant ou d’une puissance).
Il existe deux utilisations des détecteurs :
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en récepteurs de flux (radiométrie), qui réalisent l’intégration du signal optique sur les variables d’espace et donnent une réponse fonction du temps ;
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en récepteurs d’images (œil, photographie), pour lesquels l’intégration du signal porte sur le temps, la réponse étant fonction des variables d’espace.
Les détecteurs de flux fournissent une réponse dans le temps qui doit traduire l’évolution temporelle du signal incident. En particulier, lorsque cette évolution temporelle provient du déplacement du champ élémentaire vu par le détecteur, nous sommes en présence d’un système qui combine les deux modes d’utilisation, il s’agit de l’imagerie télévision ou de l’imagerie thermique infrarouge.
La limitation dans la détection des bas niveaux de rayonnement est due à la superposition au signal de sortie d’une fonction aléatoire appelée bruit. L’évaluation du rapport entre le signal de sortie et le bruit, permet de traduire un critère de qualité de la détection. Ce rapport doit être aussi élevé que possible.
VERSIONS
- Version courante de févr. 2021 par Isabelle RIBET, Marcel CAES, Sophie DERELLE, Sylvie BERNHARDT, Julien JAECK
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4. Autres types de détecteurs
4.1 Dispositifs à transfert de charges
Le fonctionnement de ces dispositifs nouveaux, appelés CCD (Charge Coupled Device ), est fondé sur le principe suivant : le rayonnement (ou toute autre forme d’énergie) induit des charges électriques dans un matériau détecteur semiconducteur. Ces charges sont stockées dans un élément d’isolant formant condensateur, puis, sous l’action d’un champ électrique, sont transférées dans un autre élément identique voisin.
L’information, mise sous forme de charges électriques contenues dans une mosaïque réalisée à partir de tels éléments capacitifs, est recueillie à l’extrémité de la chaîne, après une succession de transferts. Les transferts simultanés des contenus de chaque condensateur, dans le condensateur voisin, sont opérés par le jeu de tensions externes appliquées à ces capacités.
La collection de toutes les charges contenues dans le réseau se fait sur une électrode unique de sortie. Le dispositif se comporte donc comme un détecteur multiéléments, associés à un système de lecture et de multiplexage de l’information sous forme de signal vidéo.
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Il s’agit d’un CCD nécessitant des tensions de commande distribuées par trois horloges déphasées d’un tiers de période.
Le CCD est constitué par un semiconducteur (du germanium de type N par exemple), recouvert d’une couche d’oxyde isolante, sur laquelle sont fixées des électrodes en aluminium (structure MOS = Metal Oxide Semiconductor ).
Ces électrodes sont reliées par groupe de trois aux trois phases ϕ 1 , ϕ 2 , ϕ 3 , qui délivrent les tensions de commande (figure 48). Le transfert des charges se fait entre deux de ces tensions, V1 , V2 . La troisième V0 détermine le sens de déplacement des charges, en interdisant leur circulation en sens inverse (figure 49).
Un rayonnement incident hν induit des charges électriques positives dans le semiconducteur. Ces charges sont bloquées au voisinage...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ACCETTA (J.J.), SHUMAKER (D.L.) - The infrared and electrooptical systems handbook. - ERIM-SPIE, USA (1993).
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(2) - BOYD (R.W.) - Radiometry and the detection of optical radiation. - Wiley, NY (1983).
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(3) - DERENIAK (H.L.), CROWE (D.G.) - Optical radiation detectors. - Wiley, NY (1984).
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(4) - DESVIGNES (F.) - Détection et détecteurs de rayonnements optiques. - Masson, Paris (1987).
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(5) - HUDSON (R.), HUDSON (J.) - * - Infrared detectors. Wiley, NY (1975).
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(6) - KEYES (R.J.) - Optical and infrared detectors. - Applied Physics, vol. 19. Springer. Verlag, Berlin (1977).
-
(7) - KINGSTON...
ANNEXES
CHAUSSE (E.) - Test et modélisation de détecteurs infrarouges microbolométriques à température ambiante. - INP Grenoble (2000).
MAHRANE (A.) - Étude et réalisation de détecteurs infrarouges pyroélectriques P(VDF-TrFE). - Toulouse : Laboratoire d'automatique et d'analyse des systèmes du CNRS (1994).
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