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Optique Enim cours


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Catégorie :Category: mViewer GX Creator Lua TI-Nspire
Auteur Author: thibault57420
Type : Classeur 3.6
Page(s) : 25
Taille Size: 1.87 Mo MB
Mis en ligne Uploaded: 14/02/2018
Uploadeur Uploader: thibault57420 (Profil)
Téléchargements Downloads: 1
Visibilité Visibility: Archive publique
Shortlink : http://ti-pla.net/a1365060

Description 

Capteurs Optiques
ENIM

Alain MAILLARD
Plan du cours
• I Introduction.
• La lumière onde électromagnétique
• Photométrie
• Optique géométrique
• II Optique Physique.
• Interférences
• Diffraction
• LASER.
• Instrumentation liée à la mesure.
• Interférentielle.
• Laser
• Spectroscopie
• Microscopie
• Opto-Electronique.
• Les capteurs
• Les Travaux Pratiques.
Introduction : la lumière onde électromagnétique
Polarisation de la lumière




Polarisation rectiligne
Polarisation elliptique
Polarisation circulaire
Photométrie
• Rayonnement énergétique.



• L’énergie transportée dans le vide est la moyenne temporelle de la
densité volumique d’énergie ou du vecteur de Pointing



• On constate que l’énergie transportée est proportionnelle à E02
Optique géométrique
• Rappels : rayons faiblement inclinés par rapport à l’axe optique.
• Loi de Descartes : n1 sin i1 = n2 sin i2
• Lentilles minces le centre O le sommet S sont confondus, loi de Newton.
• 3 règles de tracé.
Optique matricielle
Photométrie Radiométrie
• Définitions Radiométriques:
• Gradeurs énergétiques
• Flux énergétique P est la puissance émise ou reçue sous forme de rayonnement
exprimé en Watt [W]
• Flux émis par le soleil : P=3,92 1026 W
• Intensité énergétique I d’une source O dans une direction donnée
• I = dP/dW, avec W l’angle solide
• I exprimé en Watt/Stéradian [W/sr]


• Eclairement énergétique E exprimé en [W.m-2]
• E=dP/dS c’est le flux énergétique reçu par le récepteur
• La terre reçoit du soleil un flux énergétique P=1,8 1017 W, l’éclairement énergétique vaut alors
E=1kW.m-2
• Définitions photométriques.
• Intensité lumineuse




• Flux lumineux le lumen est un flux émis dans un angle solide d’un stéradian par
une source ponctuelle ayant une intensité de 1 candela.




• Eclairement lumineux c’est le flux lumineux par unité de surface.
Il est exprimé en lux [lux]
Chapitre 2 – Photométrie / Sources de lumière

I – Quelques grandeurs photométriques
a) Sources optiques
Une source optique produit de la lumière à partir d’autres formes d’énergie
comme :
- l’énergie électrique ex : lampes à filament
- l’énergie électronique ex : lampes spectrales utilisées en TP
- l’énergie thermique ex : le soleil
- l’énergie optique ex : scènes naturelles éclairées par le soleil
On distingue les sources :
- primaires qui sont à l’origine de leur rayonnement ex : le soleil
- secondaires qui n’émettent un rayonnement que si elles sont éclairées
Une source peut-être à la fois primaire et secondaire :
ex : nous sommes des sources secondaires de rayonnement visible et des sources
primaires de rayonnement IR 2
Chapitre 2 – Photométrie / Sources de lumière
b) Flux lumineux

La lumière transporte de l’énergie avec un débit appelé flux lumineux Φ.

Unité : J/s ou bien Watt (symbole W)


c) Angle solide

Angle Solide élémentaire : dΩ
r
u
Vecteur position : r = OM = OM dS
× θ
dΩ M r
r OM n
u=
OM
O
r r rr
Normale en M : n avec n = 1 u .n dS cos θ
dΩ = dS =
r2 r2 3
Chapitre 2 – Photométrie / Sources de lumière

L’angle solide total Ω est la somme des angles solides élémentaires dΩ

Exemples :
Ω tot = 4π
- Angle solide Ωtot sous lequel on voit l’espace entier :
- Angle solide Ω1/2 sous lequel on voit un demi espace : Ω1 / 2 = 2π
- Angle solide élémentaire dΩc associé à une couronne d’angle α de largeur dα
r r
M u=n
dΩ c = 2π sin αdα ×


O α
×




⎛ dS cos 0 2πr sin α × rdα ⎞
⎜ dΩ = 2
= 2
= 2 π sin α d α ⎟
⎝ r r ⎠ 4
Chapitre 2 – Photométrie / Sources de lumière
d) Intensité d’une source optique

Intensité : flux émis par la source par unité d’angle
solide dans la direction d’observation θ’ dS
×
dΦ(θ′) dΩ
I (θ′) =

Source θ′
Unité : W/sr

Source isotrope : l’intensité est constante Φ = I Ω
Flux total émis par une source isotrope Φ tot = 4π I




5
Chapitre 2 – Photométrie / Sources de lumière
e) Luminance d’une source étendue

La luminance L en M est l’intensité en M dans la direction
dS
θ’ par unité de surface apparente (notée dS’cosθ’ )
×
θ’ est l’angle entre la normale à la

surface élémentaire considérée et la dS ′
direction d’observation
Source θ′

dI (x, y, θ′) dΦ (x, y, θ′)
L ( x , y , θ′ ) = =
dS ′ cos θ′ dS ′dΩ cos θ′
Unité : W/sr/m2

Une source dont la luminance ne dépend pas de θ’ est une
source LAMBERTIENNE
6
Chapitre 2 – Photométrie / Sources de lumière

Remarque : Flux émis dans un demi-espace Φ par une source
LAMBERTIENNE et UNIFORME d’aire AS
Φ
L ( x , y , θ′ ) = L
π2 π2

AS dΦ = ∫ LdS ′dΩ
0
c ∫
cos θ′ = LdS ′ 2π sin θ′ cos θ′dθ′ = πLdS ′
0
Φ = π × L × AS

f) Eclairement

L’éclairement (au niveau d’un détecteur par exemple) est le flux reçu dΦR par
unité de surface éclairée dS

Unité : W/m2
dΦ R
dΦ R E=
dS
dS 7
Chapitre 2 – Photométrie / Sources de lumière
g) Grandeurs spectrales
Les caractéristiques d’une source dépendent de la longueur d’onde
d’émission. On définit alors des grandeurs photométriques spectrales qui
donnent la distribution de la grandeur en fonction de la longueur d’onde λ (ou
de la fréquence ν)

ex : luminances spectrales ou spectre d’émission
dL dL
dλ dν




λ ν

Unité : W/sr/m2/μm Unité : W/sr/m2/Hz


+∞ dL +∞ dL
La luminance totale L est alors donnée par : L= ∫ 0 dλ
dλ = ∫
0 dν

8
Chapitre 2 – Photométrie / Sources de lumière

II – Émission de la lumière
a) Généralités : système à deux niveaux
Les niveaux d’énergie des constituants de la matière sont quantifiés. Soit un
système à deux niveaux d’énergie E1<E2, soient N1 et N2 les populations de
ces niveaux. A l’équilibre thermodynamique :
E1 E2
− −
k BT k BT
N1 = N 0 e > N 2 = N 0e
Energie
E2
hν 0

E1
Equilibre Excitation Retour à l’équilibre
...

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