Capteurs de lumière

Groupe:Pierre CONRAUD

Sovandy TANPhilippe RENAUX

Thomas GAI

Sommaire

• 1° Photorésistance

• 2° Photodiode

• 3° Phototransistor

• 4° Photographique

• 5° Barrière photoélectrique

Principe Une photorésistance est composée d'un

semi-conducteur à haute résistivité. Si la lumière incidente est de fréquence suffisamment élevée (donc d'une longueur d'onde inférieure à la longueur d'onde seuil), elle transporte une énergie importante. Au-delà d'un certain niveau propre au matériau, les photons absorbés par le semi-conducteur donneront de l’énergie aux électrons.

AVANTAGESCapteur sensible.

Larges gammes spectrales

Faible coût.

Facilité de mise en œuvre.

Rapport de transfert statique.

Sensibilité élevée.

INCONVENIENTSNon linéarité de la réponse en fonction du flux.

Sensibilité thermique.

Refroidissement nécessaire dans certains cas (capteurs thermiques).

Temps de réponse élevé (0,1 us à 100 ms).

Bande passante limitée.

Instabilité dans le temps (vieillissement dû aux échauffements).

APPLICATIONSDétecteur de flamme

Détecteur de présence

Récepteur infrarouge

Détecteur UV

Allumage de lumière

Mesure de luminosité

Exemple de photorésistance

Caractéristique:

R 01 25 kΩType M 9960Pmax 250 mWUmax 100 VR10 23 kΩR 05 75 kΩBoîtier 5,2 x 5,2 mmPrix : 1,90 €

PhotodiodeCapteur de lumière qui convertit un signal optique en un signal électrique (courant).

Une photodiode réagit comme un générateur de courant (proportionnel à la lumière reçue) dont le courantse déplace de la cathode vers l'anode (contrairement à une diode)

Une photodiode est constituée par une jonction PN qui peut être éclairée extérieurement.Elle travaille en polarisation inverse : figure ci-contre. mais la tension de claquage ne doit pas être atteinte.

Dans l'obscurité elle laisse passer, comme toute diode, un faible courant inverse. Ce courant s'appelle le courant d'obscurité. Lorsqu'on éclaire la jonction il y a formation d'un courant Iph dit courant photoélectrique vient s'ajouter au courant d'obscurité.

Avantages et inconvénients

Avantages des photodiodes

- linéarité

- temps de réponse court (nanosecondes)

- grande bande passante

- petites et robustes

Inconvénient

- sensibilité à la température

APPLICATIONSApplication (nombreuses) :

- commande

- photométrie (luxmètres...)

- mesure d'impulsions rapides (lasers déclenchés)

EXEMPLE : Fibre optique La photodiode est le composant qui est capable de reproduire le signal électrique à partir du signal

lumineux détecté en sortie de fibre optique.Elle est en effet en mesure de détecter le signal optique et le transformer en signal exploitable.

Voici un schéma explicatif de son fonctionnement :

1. Le détecteur absorbe les photons de la lumière

2. Les photons absorbés libèrent des e- (électrons libres) dans le circuit

3. Le mouvement d'électrons vers la couche chargée positivement crée un courant : on a donc une tension

Phototransistorlorsque la base est éclairée le phototransistor est équivalent à un interrupteur fermé entre l'émetteur et le collecteur et lorsque la base n'est pas éclairée, c'est équivalent à un interrupteur ouvert.

PhototransistorsCaractéristiques techniquesType BPW 40 = BPW 96 CAngle d'ouv. 40 °Conforme à la norme RoHS ouiUCEO 70 VBoîtier 5 mmI P /Ev 3 - 6Longueur d'onde 850 nm

Photographique Le capteur photographique est un composant électronique

essentiel dans un appareil photo numérique, qui sont l'équivalent de la pellicule photo en photographie argentique.

3 grande famille:

Les capteurs CDD ( pour Charge-Coupled device « détecteur à couplage de charge )

Les capteurs CMOS: Complementary metal oxide semi-conductor)

Les capteurs Foveon:

Photographique

3 grande famille: équipe plutôt les compacts

Les capteurs CDD ( pour Charge-Coupled device « détecteur à couplage de charge ) Le CCD pleine trame: est le plus sensible car toute la

surface du capteur contribue à la détection Le CCD à transfert de trame: est composé de deux

matrices CCD de même dimension, dont l'une est exposée à la lumière et l'autre est masquée.

Les données sont rapidement transférées de la matrice d'exposition vers la matrice de stockage, ce qui permet de prendre une deuxième photo tout en numérisant la première image.

Le CCD interligne: associe une photodiode à chaque cellule photosensible.

Photographique Les capteur CMOS: le plus répondue sur les appareille réflexe.

Ils permettent notamment une conversion de la charge directement sur la photosite de génération par la présence d'un amplificateur sur le pixel. Cette particularité permet également de supprimer de nombreux transferts et d'accroitre la vitesse de lecture. Leur principaux avantages sont issus de leur fabrication.

Conversion directe de la charge sans transfert

Chaque pixel a son propre ampli

Chaque pixel est adressable individuellement

Faible consommation électrique (100 x moins que CCD)

Cadence de lecture élevée

La Grille de bayer

Comparatif entre CCD et CMOS

Capteur Foveon

Barriere photoélectrique

5 types de barrière photoélectrique:

Barriere photoélectrique à réflexion

Barriere photoélectrique a réflexion avec filtre de polarisation

Barriere électrique unidirectionnelle

Détecteur actif à infrarouge à détection

Détecteur actif à infrarouge à réflexion avec suppression de l’arrière-plan

Barriere électrique unidirectionnelle

Barriere photoélectrique à réflexion

Barriere photoélectrique a réflexion avec filtre de

polarisation

Détecteur actif à infrarouge à détection

Détecteur actif à infrarouge à réflexion avec suppression de

l’arrière-plan