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RÉSUMÉ
Cet article présente les principaux paramètres optiques qui sont à la base de la conception des dispositifs optroniques: tout d'abord, on définit les paramètres géométriques et spectraux des rayonnements optiques, puis les caractéristiques (absorption, diffusion) des milieux et des surfaces, en particulier de l'atmosphère qui intervient dans une grande majorité de cas. On caractérise ensuite les composants optiques (ouverture, champ, aberrations?), destinés à mettre en forme les faisceaux à l'émission et à les collecter en réception, ainsi que les détecteurs, qui sont chargés de transformer le signal optique en signal électrique, le seul qui soit utilisable pour l'enregistrement, le filtrage, et le traitement de l'information. Enfin tous ces paramètres sont réunis pour exprimer la performance du capteur, dans le calcul de son rapport signal à bruit.
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Jean-Louis MEYZONNETTE : Ingénieur SupOptique - Ex-professeur à l'Institut d'optique, Palaiseau, France
INTRODUCTION
Le terme « optronique » désigne l'association entre l'optique et l'électronique, qui donne lieu à un renouvellement de chacune de ces disciplines et à une expansion considérable de leurs applications. Initialement, ce terme a été utilisé dans le domaine de la défense qui, à l'issue de la Seconde Guerre mondiale, a entrevu l'intérêt des équipements optroniques en tant que compléments du radar, en particulier pour la conduite de tir, la résolution et la précision de pointage optiques étant supérieures à celles du radar.
Depuis ses débuts dans le secteur de la défense, l'optronique s'est répandue rapidement dans les domaines les plus divers : spatial, astronomie, télécommunications optiques, industrie, médecine, recherche, applications grand public. On peut mesurer dans la vie quotidienne la révolution apportée dans le domaine de l'imagerie par cette association entre l'optique, l'électronique et l'infor- matique : photographie numérique, minicaméras des téléphones portables, webcams, écrans plats...
L'optronique constitue un domaine de recherche et d'innovation très actif dans plusieurs disciplines : optique, physique du solide, électronique, mécanique, traitement du signal et de l'image, qui se traduit par un renouvellement de plus en plus rapide des technologies et un accroissement des performances. Chaque équipement comporte un ensemble de composants défini par sa « chaîne optronique », plus ou moins complexe en fonction de la finalité du dispositif, et dont le noyau commun est le bloc optique.
Cet article a pour objet de décrire les principaux composants optiques d'équipements « optroniques », et d'en définir les paramètres qui ont le plus d'influence sur la conception, la caractérisation et la performance de tels équipements.
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- Version archivée 1 de mars 1994 par Jean DANSAC
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4. Détecteurs optiques
De même que la rétine de l'œil est le transducteur entre la scène et le stimulus visuel pour la personne qui l'observe, de même le détecteur est le transducteur du rayonnement optique en signal électrique exploitable par le système. Aucun détecteur n'a une bande passante suffisante pour pouvoir répondre aux fréquences extrêmement élevées (3 × 1014 Hz à λ = 1 μm), dictées par la théorie ondulatoire de la lumière, du champ électromagnétique sur la surface sensible. La détection optronique est de type quadratique, le signal électrique (courant ou tension) en sortie de détecteur étant, pour les détecteurs les plus rapides, proportionnel au flux (ou puissance moyenne instantanée), qui est lui-même proportionnel à la moyenne du carré du champ.
On distingue traditionnellement deux grandes familles de détecteurs : d'une part, les détecteurs thermiques, dont la température varie en fonction de l'énergie du faisceau incident, cette variation de température étant alors convertie en signal électrique et, d'autre part, les détecteurs quantiques, ou photoniques, qui transforment directement en électrons les photons incidents qu'ils absorbent.
4.1 Détecteurs thermiques
Les détecteurs « thermiques » sont des absorbeurs dont la température varie en fonction de l'énergie lumineuse absorbée. Cette variation de température est transformée en signal électrique, par exemple sous forme de variation de conductivité électrique du matériau (thermistance) dans les bolomètres (figure 10), de production de charges électriques de surface dans des lames de cristal ferroélectrique (TGS) dans les détecteurs pyroélectriques, ou comme différence de potentiel entre soudures « froide » et « chaude » d'un ensemble de couples thermoélectriques (Fe-constantan) montés en série dans les thermopiles.
Ces détecteurs, bien adaptés à l'infrarouge, mais qui demeurent limités à la réception de phénomènes lumineux lents à cause de leur inertie thermique, sont pour l'instant d'usage beaucoup moins répandu que les détecteurs quantiques, présentés ci-dessous. Ils se développent cependant très rapidement pour certaines applications de l'imagerie infrarouge (automobile, détection...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SPIE - The infra-red and electro-optical systems handbook. - SPIE Press (1993).
-
(2) - HOLST (J.C.) - Holst's practical guide to electro-optical systems. - JCD Publishing (2003).
-
(3) - GAUSSORGUES (G.) - La thermographie infrarouge. - Techniques et documentation (1999).
-
(4) - MEYZONNETTE (J.-L.), LEPINE (T.) - Bases de radiométrie optique. - Cépaduès (1999).
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
1.1 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
AFOP : Association française de l'optique photonique http://www.afoptique.org
CNOP : Comité national d'optique et de photonique http://www.cnop-france.org
EOS : European Optical Society http://www.myeos.org
OSA : Optical Society of America http://www.osa.org
SFO : Société française d'optique http://www.sfoptique.org
SPIE : Society of Photo-Instrumentation Engineers http://www.spie.org
HAUT DE PAGE1.2 Documentation – Formation – Séminaires (liste non exhaustive)
Formation continue
Institut d'Optique graduate school http://www.institutoptique.fr
ARUFOG, Association pour la recherche et l'utilisation des fibres optique et de l'optique guidée http://www.arufof.org
PYLA http://www.pyla-routedeslasers.com
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