Taches d'Airy et vidéo (3/5)
Mesure de l'influence de la position de la tache d'Airy sur la matrice CCD
Si l'on veut effectuer une mesure, il faut réunir les éléments suivants :
- étoile artificielle de taille égale ou inférieure à celle d'un pixel ;
- possibilité de positionner correctement cette étoile sur la matrice CCD ;
- possibilité d'ajustement rapide de la tache et anneaux sur la matrice pour les deux positions ci-après.
Pour une étoile de 6,17 µm de diamètre, tache centrale 1er et 2e anneaux.
La réalisation se décompose en deux éléments :
- une LED rouge, réglable en intensité enfermée dans une boite ;
- une plaquette percée de trous de 0,6, 1, 1,5 et 2 mm guidée par des glissières se déplace devant la LED sur des positions prédéfinies par verrouillage.
La boite est fixée sur un mouvement micrométrique en X et Y (les chariots d'un tour d'horloger). Le tout est monté sur une équerre rigide fixée sur un coin d'étagère à l'aide d'un serre-joint.
La caméra est placée à 3,54 m de l'étoile (distance maximale possible dans la pièce utilisée pour les mesures).
Calibrage de l'ensemble
Une image fixe est réalisée à l'aide de ce dispositif, puis un enregistrement DVD, qui après traitement donne une image qui permet la mesure de la hauteur en pixels de la boite LED :
Taille réelle : 70 mm
Taille en pixels : 72
Hauteur d'un pixel : 10 µm (en tenant compte de la séparation inter-ligne)
Hauteur sur la CCD : 720 µm
Facteur diviseur : 70 000/720 = 92,7
Diamètre pour trou de 300 µm : 600/92.7 = 3.24 µm
600 µm : 600/92.7 = 6.47 µm
1 000 µm : 1 000/92.7 = 10.78 µm
1 500 µm : 1 500/92.7 = 16.18 µm
2 000 µm : 2 000/92.7 = 21.58 µm
Procédure d'essais
Pour régler la position de l'étoile sur la matrice CCD on utilise :
- un moniteur de contrôle ;
- un dispositif d'analyse ;
- un oscilloscope à double balayage.
Le moniteur sert à maintenir l'étoile dans une fenêtre de mesure, l'oscilloscope est utilisé pour l'aide au positionnement sur les pixels.
Centrage sur un pixel
Pour être certain de travailler sur la même trame, le balayage est déclenché par le front montant du signal parité de trame pour l'image de gauche, et par le front descendant sur l'image de droite. En déplaçant verticalement l'étoile on cherche un maximum, on contrôle que sur l'autre trame on a égalité de niveau sur les deux signaux, puis par un déplacement horizontal on affine le maximum. Un enregistrement vidéo est effectué durant 10 secondes.
Les tracés ci-dessous correspondent à une inspection verticale de l'image. Si nous voulions savoir ce qui se passe sur une ligne il faudrait un autre oscilloscope.
Dans une image complète les trames étant entrelacées, les deux plus grand signaux de la seconde image prendront place de part et d'autre du grand signal de la première.
Centrage sur un croisement de bandes
En déplaçant verticalement l'étoile, on cherche une identité de valeurs symétriques sur les deux trames, puis par un déplacement horizontal on affine le minimum. Un enregistrement vidéo est effectué durant 10 secondes.
Comme les résultas ne sont pas ceux escomptés, on recherche pourquoi.
Une première raison est que la caméra est sur Gamma = 0,5. Même si la caméra est sur Gamma = 1,l'étoile semble être trop grande environ 2 fois. Un trou de 0,3 mm est percé dans la plaquette de l'étoile artificielle et nous essayons à nouveau. Pour ce trou le diamètre de l'étoile sur la CCD est de 300/92,7 = 3,23 µm.
Nous refaisons les tests pour tous ces diamètres avec Gamma = 0,45, 0,5 et 1. Le gamma est une réponse Amplitude/Amplitude décrite dans les graphiques ci dessous. C'est appliqué individuellement à chaque pixel. Son effet est certainement limité pour ne pas trop amplifier le bruit, mais sa limite d'action nous est inconnue.
L'inspection sur une ligne donne :
Gamma = 1
Gamma = 0,45
À gauche : centré sur un pixel, à droite : centré sur une bande
Les oscillations existant sur les figures correspondent à chaque pixel, leurs amplitudes sont ×2 avec le gamma. D'autre part, les temps de montée et de descente ne sont pas symétriques. Tout ce qui présente un renforcement de luminosité sur les courbes est l'effet de ces oscillations.
Sur les courbes à gamma = 1, il y a 5 pixels concernés et sur celles à gamma = 0,45 : 7 pixels. La valeur mesurée est d'environ 6 à 7 ADU sur les images à gamma = 1 et de 13 à 14 ADU sur celle à gamma = 0,45.
Comme l'étoile n'est pas ponctuelle, on doit considérer chaque point comme une étoile avec sa propre diffraction. Une simulation a été faite sur un tableur et on obtient un résultat en accord avec ce qui a été constaté.
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