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RÉSUMÉ
Les techniques de cinématographie électronique permettent de nos jours de manipuler les images bien au-delà des limites imposées par les systèmes d’analyse purement optiques. Une caméra optique est constituée d’un convertisseur d’images basé sur la double conversion photons-électron puis électron-photons. Leur résolution temporelle atteint sans difficulté la picoseconde et leur gamme spectrale couvre le spectre électromagnétique depuis l’infrarouge jusqu’au domaine du rayonnement des rayons X.
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Noël FLEUROT : Docteur de 3e cycle de sciences physiques (génie électronique) Commissariat à l’Énergie Atomique (CEA-DAM) Bruyères le Châtel
INTRODUCTION
Afin de décomposer les mouvements d’objets trop rapides pour être saisis par l’œil, la cinématographie optique a depuis ses origines [1] mis à profit trois dimensions contenues dans chaque image (deux dimensions d’espace et une d’intensité). La « base de temps » qui fournit la succession régulière des images permet de localiser l’évolution d’un objet à différents instants et d’accéder à la mesure de sa vitesse, voire de son accélération ; dans le cas où il se déforme, la vitesse de déformation pourra être mesurée. Transposée en milieu industriel ou au laboratoire, cette technique permet également les mesures de chronométrie et de synchronisation d’événements. La dimension d’intensité lumineuse, lorsqu’elle est rattachée à des informations spectrales, peut également donner accès à l’évolution de la température des objets observés.
Les années 1950 ont rendu accessibles les temps d’analyse allant de la milliseconde jusqu’au domaine de la microseconde pour les équipements spécifiques les plus élaborés de l’époque. De nombreuses applications de type industriel correspondent à cette gamme de temps.
Les années 1960 ont vu ces caméras optiques atteindre progressivement leurs limites ultimes de résolution. Elles ont alors cédé la place aux caméras électroniques, temporellement plus résolvantes, qui mettent en œuvre la double conversion photons-électron puis électron-photons dans un tube électronique dit « convertisseur d’images ». L’accroissement de rapidité apporté grâce à la manipulation électronique de l’image intermédiaire donne accès au domaine des temps compris entre la microseconde (10−6 s) et la picoseconde (10−12 s) pour les caméras standards, dégageant ainsi un champ d’application particulièrement vaste au niveau des laboratoires.
Les caméras les plus performantes atteignent actuellement une résolution temporelle voisine de quelques centaines de femtosecondes (1 femtoseconde = 10−15 s) en mode dit « balayage de fente », ce qui reste encore deux à trois ordres de grandeur au-dessus des impulsions lumineuses les plus brèves actuellement produites.
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5. L’expérience et son environnement
Dans la plupart des cas, les expériences visent à acquérir des phénomènes très rapides, mal reproductibles, voire aléatoires, et uniques. Afin d’assurer le succès dans les conditions les plus délicates, on devra souvent mettre en place une infrastructure qui garantisse le niveau de luminosité adéquat ainsi que les dispositifs de déclenchement et de synchronisation.
5.1 Éclairage
On se reportera avec intérêt aux références ([1] [2] : p. 127-144) qui abordent cette question.
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L’intensité de l’émission doit au préalable être calculée ou mesurée pour déterminer correctement les niveaux d’atténuation qui doivent placer l’éclairement sur la photocathode à l’intérieur de la dynamique de la caméra. L’intensité la plus forte devra correspondre à la valeur E max définie au paragraphe 3.2. On tiendra compte de l’ouverture numérique propre à chaque optique relais, qui constitue en fait un atténuateur supplémentaire.
HAUT DE PAGE5.1.2 Objets insuffisamment lumineux
Dans le cas où le temps de pose est trop bref pour assurer un enregistrement correct ou dans le cas d’un objet peu lumineux, un éclairage de complément est indispensable pour dépasser le seuil de détectabilité de la caméra. On utilise le plus souvent une source lumineuse impulsionnelle pour atteindre les forts éclairements appropriés à la durée du phénomène (lampes flashes ou impulsions laser délivrant des durées...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MIQUEL (J.C.) - L’observation en vidéo rapide - . TEC et DOC.
-
(2) - Solid State Camera Product - . 1989 EG and G RETICON.
-
(3) - FLEUROT (N.), GEX (F.), CAVAILLER (C.), al - S1 photocathode designed for streak camera image converter tubes - . Review of Scientific Instruments. Vol. 54, p. 161-164, fév. 1983.
-
(4) - FLEUROT (N.), CAVAILLER (C.), SAUNEUF (R.), al - Cinématographie ultra-rapide dans le domaine spectral X destinée aux expériences d’interaction laser-matière - . Premier Congrès Européen de cinéradiographie par photons ou particules. SPIE, vol. 312, p. 93-100, Paris, 19-21 mai 1981.
-
(5) - CAVAILLER (C.) - The evolution of high speed photography and photonics techniques in detonics experiments - . XIXth International Congress on high speed photography and photonics, SPIE, vol. 1358, part 1, p. 220-222, Cambridge (UK), sept. 1990.
-
...
ANNEXES
(liste non exhaustive)
HAUT DE PAGE1.1 Caméras électroniques ultra-rapides et tubes convertisseurs d’images
Cordin http://www.cordin.com
Hamamatsu Photonics France http://www.hamamatsu.com
Kentech https://www.kentech.com/
Lhesa Électronique http://www.lheritier-sa.com
Optronis http://www.optronis.com
ORS
Photonis http://www.photonis.com
Sydor http://www.sydor.com
Thales http://www.thalesgroup.com
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