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Microscopie photonique Microscopie photonique Université Joseph Fourier Yves Usson 2000 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 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

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Microscopie photoniqueMicroscopie photonique

Université Joseph Fourier Yves Usson 2000

Rôle des capteurs :

Convertir l’information lumineuseen un courant électrique mesurable

Un capteur va donc absorberl’énergie portée par les photonspour créer un flux d’électrons

Rôle des capteurs :

Convertir l’information lumineuseen un courant électrique mesurable

Un capteur va donc absorberl’énergie portée par les photonspour créer un flux d’électrons

Microscopie photoniqueMicroscopie photonique

Université Joseph Fourier Yves Usson 2000

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 oupartie 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.

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 oupartie 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.

Microscopie photoniqueMicroscopie photonique

Université Joseph Fourier Yves Usson 2000

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

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

Microscopie photoniqueMicroscopie photonique

Université Joseph Fourier Yves Usson 2000

Les capteurs ponctuels - système à balayage

Capteur(PM ou diode)

Miroir oscillantBalayage vertical

Miroir oscillantBalayage horizontal

Lentille objectif

Les capteurs ponctuels - système à balayage

Capteur(PM ou diode)

Miroir oscillantBalayage vertical

Miroir oscillantBalayage horizontal

Lentille objectif

Microscopie photoniqueMicroscopie photonique

Université Joseph Fourier Yves Usson 2000

Capteur ponctuel -Le tube photomultiplicateur

photocathode dynode 200V dynode 400V

dynode 100V dynode 300V dynode 500V

Anode 600 VPhoton

Capteur ponctuel -Le tube photomultiplicateur

photocathode dynode 200V dynode 400V

dynode 100V dynode 300V dynode 500V

Anode 600 V

e-

e-Photon

Microscopie photoniqueMicroscopie photonique

Université Joseph Fourier Yves Usson 2000

donneur d’électrons accepteur d’électrons

La photodiode à semi-conducteur

Rappel sur le principe des semi-conducteurs

Cristal de Siliciumnon-conducteur

Cristal de Siliciumdopé à l’Arsenic

semi-conducteur N

Cristal de Siliciumdopé au Bore

semi-conducteur P

Atome d’arsenicpentavalent

Atome de boretrivalent

Atome de silicium tétravalent

La photodiode à semi-conducteur

Rappel sur le principe des semi-conducteurs

Cristal de Siliciumnon-conducteur

Cristal de Siliciumdopé à l’Arsenic

semi-conducteur N

Cristal de Siliciumdopé au Bore

semi-conducteur P

Atome d’arsenicpentavalent

Atome de boretrivalent

Atome de silicium tétravalent

donneur d’électrons accepteur d’électrons

Microscopie photoniqueMicroscopie photonique

Université Joseph Fourier Yves Usson 2000

La photodiode à semi-conducteur

Diode = jonction NP

Polarisation inverse.Les charges s’accumulent depart et d’autre de la jonction.Le courant est bloqué.

Polarisation directe.Les charges traversentla jonction. Le courantcircule.

La photodiode à semi-conducteur

N

P

Diode = jonction NP

- - - - - - - - - -- --- - -- - - - -- - - - -

+ +++ + ++ ++ ++ ++ +++ +++ +++ ++

Polarisation inverse.Les charges s’accumulent depart et d’autre de la jonction.Le courant est bloqué.

Polarisation directe.Les charges traversentla jonction. Le courantcircule.

+ +++ + ++ ++ ++ ++ +++ +++ +++ ++

- - - - - - - - - -- --- - -- - - - -- - - - -

Microscopie photoniqueMicroscopie photonique

Université Joseph Fourier Yves Usson 2000

Polarisation inverse.Les charges s’accumulentde part et d’autre de lajonction. Un très faiblecourant circule appelécourant d’obscurité

L’arrivée de photonspermet aux charges detraverser la jonction : lecourant passe

Polarisation inverse.Les charges s’accumulentde part et d’autre de lajonction. Un très faiblecourant circule appelécourant d’obscurité

+-- +- -+ --- + - - + --- ++ - ++ --- ++ -

- - - - - - - - - -- --- - -- - - - -- - - - -

+ +++ + ++ ++ ++ ++ +++ +++ +++ ++

L’arrivée de photonspermet aux charges detraverser la jonction : lecourant passe

-- + --++++ - -- + +++ -+ -- ++ -- ++ -

La photodiode à semi-conducteurLa photodiode à semi-conducteur

Microscopie photoniqueMicroscopie photonique

Université Joseph Fourier Yves Usson 2000

Caméra CCD

Image du champmicroscopique

Lentilleobjectif

Les capteurs d’image

Caméra CCD

Image du champmicroscopique

Lentilleobjectif

Les capteurs d’image

Microscopie photoniqueMicroscopie photonique

Université Joseph Fourier Yves Usson 2000

éléments photosensibles(photodiodes ou phototransistors CMOS)

zones d’accès aux éléments sensibles(plages aveugles)

Matrice à accès direct Matrice à accès parregistres à décalage

Les capteurs d’image

éléments photosensibles(photodiodes ou phototransistors CMOS)

zones d’accès aux éléments sensibles(plages aveugles)

Matrice à accès direct Matrice à accès parregistres à décalage

Les capteurs d’image

Microscopie photoniqueMicroscopie photonique

Université Joseph Fourier Yves Usson 2000

élém

ent r

éfrig

éran

t

Signal video

pompe à vide

éléments CCD

Element CCD(puits potentiel)

Principe d’intégration sur cible La CCD refroidie

Les capteurs C.C.D.

(charge coupled device)

Signal video

t0 t1 t2 t3

hνhν

t4 pompe à vide élém

ent r

éfrig

éran

t

éléments CCD

Element CCD(puits potentiel)

Principe d’intégration sur cible La CCD refroidie

Les capteurs C.C.D.

(charge coupled device)

hνhν

t0 t1 t2 t3 t4

Microscopie photoniqueMicroscopie photonique

Université Joseph Fourier Yves Usson 2000

CCD ou tube vidéo

Les amplificateurs de lumière

Les galettes de micro-canaux

éléments amplificateursmicro-canal à colorant solide

CCD ou tube vidéo

Les amplificateurs de lumière

Les galettes de micro-canaux

éléments amplificateursmicro-canal à colorant solide

Microscopie photoniqueMicroscopie photonique

Université Joseph Fourier Yves Usson 2000

photons

Photocathode Ecran phosphorescent

Anode creuse tronc-conique

Les amplificateurs de lumière

Caméra SIT

+-

photonse-

e-

Photocathode

CC

D ou tube video

Ecran phosphorescent

Anode creuse tronc-conique

Les amplificateurs de lumière

Caméra SIT