Photorécepteur (électronique)

Un photorécepteur est un transducteur de lumière qui donne un signal électrique en réponse à un rayonnement optique incident sur la surface du capteur. Les photorécepteurs sont des mécanismes capables de convertir l’énergie optique en énergie électrique.

Système Visuel HumainModifier

Dans ce cas, un photorécepteur dans le système visuel de l’homme (SVH) sont toutes les cellules ou mécanismes qui capturent la lumière grâce au procès de la photo transduction. D’abord on doit connaître correctement les parties du SVH :

  • Cornée : C’est la membrane qui donne forme aux yeux.
  • L'humeur aqueuse : C’est le liquide qui se trouve entre la cornée et la lentille.
  • Cristallin : Réalise l’approchement des images à la rétine.
  • Humeur vitrée : Sert à remplir l’intérieur des yeux.
  • Rétine : Transforme les images en signaux cérébraux.  

Dans la nature il y a plein de types de cellules photosensibles, animales et végétales, mais dans cet article on parlera des cellules photoréceptrices du système visuel des vertébrés (qui sont différents des systèmes visuels des autres animaux comme les insectes), spécialement le système visuel humain. Dans le système visuel humain, les photorécepteurs sont à l’intérieur de l’œil et on peut les classifier en deux types : les cônes et les bâtonnets.

cônes

Développent les fonctions :

  • Proportionnent l’information de la couleur.
  • Il y en a qui sont sensibles à la couleur Rouge, Vert et Bleue (R-G-B).
  • Chaque cône a une connexion directe au cerveau.
  • Ils sont seulement sensibles avec grandes niveaux de lumière.
Bâtonnets

Développent les fonctions :

  • Proportionnent l’information de la luminosité.
  • Vision aux bas niveaux de lumière.
  • Information de l’espace.
  • Plusieurs bâtonnets partagent la même fibre du nerf optique.
  • Il y en a 100 millions sur la rétine.

Phénomènes visuelsModifier

Les phénomènes suivants ont relation avec la variation de la lumière :

  • Avec bas niveaux de lumière :
    • Déplacement de la courbe de sensibilité.
    • Avec des niveaux encore plus bas, il n’y aura pas de couleur.
  • Masking espace visuel :
    • Réduction visuelle d’une stimule quand il y a des variations de lumière.
  • Masking visuel temporel :
    • Grande perte de la résolution de l’espace quand il y a des changements de la scène.

Composant électroniqueModifier

DéfinitionModifier

Capteur à l’état solide qui transforme l’énergie lumineuse en énergie électrique, qui génère un photo-courant à la sortie. L’incidence des photons d’une énergie provoque la transition d’électrons de la bande valence à la bande de conduction. Le photorécepteur est un composant essentiel de quelques systèmes de communication optique et un élément critique quand on parle de prestations.

TypesModifier

Dans la catégorie des détecteurs photoniques on peut trouver une grande variété de dispositifs, chacun présente des prestations différentes. Il y a deux grandes groupes : photoconducteurs et phototransistors.

PhotoconducteurModifier

Les photoconducteurs sont ceux qui changent leur résistance électrique pour l’exposition de l’énergie rayonnante qu'ils reçoivent. Il y en a deux de plus, photorésistance et photodiode. C’est le cas le plus simple de l’application de matériau semi-conducteur à la détection de la radiation du soleil. Le procès est d’absorption de la lumière pour la partie d’un semi-conducteur avec des contacts électriques. La résistance générée dépend de la lumière qui tombe sur la surface. À plus de lumière sur la surface, moins sera la résistance et à moins de lumière qui tombe sur la superface plus grande sera la résistance. Des exemples de cette résistance sont les imprimantes laser, qui font un pont entre le laser et le noyau du tambour, crée une image électrostatique. En plus si l’intensité du laser est modulée on peut contrôler avec grande précision la tonalité de l’image.

PhotodiodeModifier

Sur le même principe que les photoconducteurs, c'est l'absorption de radiations (lumière) par le matériau semi-conducteur qui entraîne la génération de porteurs de charges qui créent donc un photo-courant. Le semi-conducteur est exposé à la lumière à partir d’une couverture du cristal et parfois est parti de la lentille. Le matériau utilisé pour la conception du récepteur détermine les longueurs d'onde pour lesquelles le récepteur sera sensible (ex : lumière visible ou infrarouge). Il existe différentes configurations pour les photodiodes, chacune ayant ses propres caractéristiques. Les diodes classiques ont un sens normal du courant, la polarisation directe : le courant traverse la diode de l'anode vers la cathode. En polarisation inverse, le courant ne traversera pas la diode et sera donc bloqué. Mais les photodiodes sont intéressantes car le courant créé par l'absorption de radiation circule dans le sens inverse. C'est-à-dire, pour un fonctionnement correct, la photodiode est polarisée en sens inverse. Cela produit une plus grande circulation du courant quand la diode est excitée par la lumière. Un exemple de l’utilisation des photodiodes est une télécommande de télévision.

PhototransistorsModifier

On connait le phototransistor comme quelque transistor sensible à la lumière, normalement les infrarouges. La lumière qui tombe sur eux. La lumière tombe sur la région base, générer des transporteurs sur lui-même. Cette charge de base porte le transistor a l’état de conduction. Le phototransistor est plus sensible que la photodiode pour l’effet de gain du propre transistor. Les phototransistors ne sont pas très différents des transistors normaux, c'est-à-dire, sont composés pour le même matériau semi-conducteur, ils ont deux jonctions et les mêmes trois connexions externes : collecteur, base et émetteur.

 
Exemple de phototransistor

Le phototransistor est sensible à la lumière, la première différence c’est le boitier. Parce qu’il y a une petite fenêtre ou est transparent. À la vente on peut trouver phototransistors avec de base connexion ou sans et avec les boitiers plastiques ou métalliques (TO-72, TO-05), avec une lentille.

Fonctionnement

Il y a deux versions de transmission et de réflexion. Avec les mêmes caractéristiques que le transistor normal, c’est possible réguler le courant du collecteur à partir du courant base. Et aussi, dans ses caractéristiques de l’élément optoélectronique le phototransistor conduit plus ou moins courant du collecteur quand lui tombe plus ou moins lumière sobre sus jonctions. Les deux modes de régulation du courant du collecteur peuvent être utilisés au même temps. C’est normale n’utiliser pas ou ne connecter pas la connexion base des phototransistors parfois on peut appliquer une courant qui stabilise le fonctionnement du transistor dans les valeurs souhaitées. Ce courant pour stabiliser le fonctionnement (en anglais : bias) as les mêmes règles que les transistors, cet a dire, il y aura une relation entre l’amplification et le gain typique de courant. À ce courant on doit additionner les variations des changements de lumière qui tombe au phototransistor. Parce qu’il y existe un facteur d’amplification, les phototransistors donnent variations plus grandes de courant électrique en réponse aux variations de l’intensité de lumière.

Applications

Les phototransistors sont utilisés dans les lecteurs de cassettes et cartes perforées, stylets, etc. Pour les communications à partir de fibre optique on préfère utiliser des détecteurs avec photodiodes PIN. Aussi on les peut utiliser à la détection d’objets proches quand ils font partie d’un système de proximité. Sont utilisées normalement ensemble dans le même boitier avec une LED, sont des commutateurs optiques, qui détectent l’interruption de lumière par un objet.

Voir aussiModifier