Le photon :

un photon est un grain d'énergie de valeur E=h.ν où h=6,62.10-34J/s (constante de Planck) et ν la

fréquence de radiation de ce photon.

Longueur d'onde :

une longueur d'onde (en mètre) caractérise un phénomène vibratoire. La relation entre fréquence et longueur d'onde est λ = 3.108/ν où 3.108 est la vitesse de la lumière en m/s et ν la fréquence de vibration. Chaque couleur est caractérisée par une longueur d'onde particulière.

Les capteurs passifs :

Un composant passif est un composant ne disposant d'aucune source interne. L'énergie de sortie est délivrée par l'environnement.

Les composants passifs de base sont les résistances, les condensateurs, les inductances.

Les capteurs actifs :

Un capteur actif, lorsqu'il est bien polarisé se comporte comme un générateur de courant ou de tension dont l'amplitude de la grandeur de sortie dépend de la grandeur à mesurer.

Albert EINSTEIN a montré en 1905 que l'impact d'un photon de fréquence ν sur un métal suffisait à en extraire un électron si l'énergie du photon E=h.ν dépassait l'énergie d'extraction W nécessaire pour dégager l'électron du métal. C'est le phénomène photoélectrique mis en œuvre dans la plupart des capteurs.

Réciproquement, si un électron libre e percute un électron e', que l'énergie apportée est suffisante, ce dernier se déplace sur une orbite d'atome de plus grand diamètre. En retrouvant sa position d'origine, il restitue l'énergie reçue sous forme de photons. C'est le principe mis en œuvre dans les émetteurs photoélectriques (diodes électroluminescentes).

Exemple d'application :

Une photorésistance en CdS nécessite une énergie de 2,4eV pour déplacer un électron. La fréquence du photon émis sera de :

E=2,4eVx1,6.10-19=6,62.10-34xν

où 1,6.10-19 est la charge de l'électron en Coulomb

ainsi ν=5.8.1014Hz soit une longueur d'onde de 0,52μm. Un capteur fait avec ce matériau serait particulièrement sensible à la couleur jaune.

L'application des photorésistances est multiple,mais on les utilise le plus souvent dans des structures ne nécessitant pas une grande précision et où l'encombrement n'est pas un critère essentiel.

On remarque l'échelle logarithmique pour les deux axes. Les valeurs résistives des photorésistances varient également légèrement en fonction de la température, ce qui explique la courbe MIN et MAX. Par ailleurs ces capteurs présentent une légère dérive de leur caractéristique les premiers mois de leur utilisation.

Les photodiodes sont des diodes au silicium qui exploitent l'effet photoélectrique.

Sous éclairement, les photons libèrent des paires électron trous. Sa polarisation en inverse produit un courant (IR) qui augmente proportionnellement à l'intensité lumineuse.

Comme pour les photorésistances, la sensibilité spectrale dépend du type de diode :

Une diode infrarouge ne détectera que très mal une lumière rouge par exemple.

La directivité est également une caractéristique importante. Elle exprime la capacité d'une photodiode (mais aussi d'un phototransistor, d'un phototriac, etc...) à détecter un faisceau lumineux présentant un angle par rapport à la normale de la surface.

En l'absence complet de lumière, la photodiode génère un courant appelé courant d'obscurité.

Ces capteurs disposent d'une très bonne répétabilité.

Le faible courant électrique transmis par les photodiodes a poussé les constructeurs de semi-conducteurs à rajouter à ce composant un transistor donnant ainsi naissance au photo-transistor. Les caractéristiques sont sensiblement les mêmes que celle des photodiodes. Mais on remarque un courant beaucoup plus important.

Certains photo-transistors disposent d'une troisième patte permettant d'affiner la sensibilité du capteur.

Utilisant le principe de la photodiode, une

cellule photovoltaïque (aussi appelée souvent pile solaire) se comporte comme un générateur en présence de lumière. On la distingue d'une photodiode par le fait que sa surface est nettement plus grande afin d'obtenir un courant plus important.

La courbe caractéristique est la suivante :

•la courbe 1 est celle d’une cellule dans l’obscurité

•La deuxième courbe correspond à une cellule soumise à un éclairement :

-Dans le cadran C, cette courbe ne passe plus par 0 mais par une tension photoélectrique d’environ 0,5v.

-Dans le cadran A, un courant inverse existe, la cellule travaille en photodiode (dans la pratique ce mode de fonctionnement conduirait à la destruction de la cellule).

-Dans le cadran B enfin, la cellule travaille en générateur d’énergie. Les valeurs Vm, Im permettent d’obtenir une puissance maximale.

Un capteur CCD est un circuit intégré optoélectronique dont la fonction est de capter une image. Afin de récupérer cette dernière, le capteur est composé d'une matrice de capteurs optoélectronique dont chaque point de mesure est appelé pixel.

Pour reconstituer l'image, il faut scruter les pixels du capteur les uns après les autres puis les transférer vers un fil de sortie.

Dans le cas d'une image couleur, chaque pixel est défini par l'intensité lumineuse du rouge du vert et du bleu. Il faut donc pour un même pixel trois capteurs photo électriques. La structure logique permettant le balayage des pixels en ligne et en colonne est intégré également dans le circuit.

Ce type de capteurs sont mis en oeuvre dans les scanners, les caméras, les appareils photos numériques, etc...