Capteur de couleur | Principe | 5 Applications importantes

CAPTEUR DE COULEUR

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Que sont les capteurs de couleur?

Les capteurs de couleur sont une forme de «capteurs photoélectriques» qui utilise un émetteur pour émettre de la lumière et un récepteur pour détecter les longueurs d'onde lumineuses qui y sont réfléchies. Généralement, un capteur de couleur est capable de détecter une combinaison de longueurs d'onde appartenant au spectre rouge, bleu ou vert. L'analyse combinée de ces trois longueurs d'onde donne la couleur réelle de l'objet ou de la lumière. Le capteur de couleur est utilisé pour générer un signal de sortie qui a une énergie correspondant à l'énergie lumineuse incidente, c'est-à-dire qu'il mesure la longueur d'onde de la lumière reçue.

Quel est le principe d'un capteur de couleur?

Les capteurs de couleur peuvent être de deux types: un type de capteur illumine l'objet donné avec une lumière à large longueur d'onde comprenant toutes les longueurs d'onde du spectre rouge, vert et bleu, puis il détecte la longueur d'onde lumineuse que l'objet réfléchit à l'aide d'un récepteur . Le deuxième type de capteur illumine l'objet donné avec des longueurs d'onde spécifiques du spectre rouge, vert et bleu, puis il détecte le rapport des longueurs d'onde lumineuses que l'objet réfléchit aux longueurs d'onde de la lumière RVB incidente à l'aide d'un récepteur.

Lorsque l'énergie lumineuse sous forme de photons est bombardée sur une surface métallique, les électrons libres présents sur la surface métallique sont excités et sautent hors du réseau métallique, ce qui entraîne un flux d'électrons ou de courant électrique. La quantité de courant électrique généré dépend de l'énergie du photon ou de la longueur d'onde de la lumière incidente. C'est ainsi que la longueur d'onde de la lumière réfléchie est calculée. Les électrons peuvent émettre à partir de la surface métallique si la longueur d'onde de la lumière est inférieure ou égale à une longueur d'onde seuil. La fréquence seuil correspond à l'énergie minimale nécessaire pour rompre les liaisons métalliques par les électrons.

Un objet de couleur rouge ne refléterait la longueur d'onde de la lumière rouge que lorsqu'une lumière de grande longueur d'onde est incidente dessus. De même, un objet blanc refléterait la lumière de chaque longueur d'onde et un objet noir ne refléterait pas la lumière d'une longueur d'onde donnée.

capteur optique
Représentation du bombardement de photons qui émet des électrons sur une surface métallique. Source de l'image: PonorEffet photoélectrique dans un solide - diagrammeCC BY-SA 4.0

Les photodiodes sont utilisées pour convertir l'énergie lumineuse en flux d'électrons. Les photodiodes sont comparativement plus sensibles à la lumière ayant des fréquences moindres (c'est-à-dire qu'elles peuvent détecter la lumière du spectre infrarouge plus précisément que la lumière du spectre visible ou UV). Le fonctionnement d'une photodiode est similaire à une diode à jonction PN. Cependant, dans le cas des photodiodes, une lentille transparente est utilisée à la place d'un boîtier opaque qui sert à focaliser la lumière sur la jonction PN. La plupart des photodiodes sont constituées de matériaux comme le silicium et le germanium. Ces diodes sont sensibles à la lumière infrarouge et sont donc utilisées dans plusieurs applications médicales.

Certains capteurs de couleur utilisent également des photorésistances. Une photo-résistance est également appelée résistances dépendant de la lumière ou LDR. Ces dispositifs peuvent faire varier leur résistance interne en fonction de la quantité d'énergie lumineuse incidente. Plus l'intensité de la lumière est élevée, plus la résistance est faible. Lorsque l'intensité lumineuse incidente sur le LDR est plus élevée, le courant généré ou le flux d'électrons est plus élevé et, par conséquent, la résistance est moindre. La cellule au sulfure de cadmium est un matériau semi-conducteur à haute résistance et est sensible à la lumière infrarouge, c'est pourquoi ces cellules sont couramment utilisées dans les photorésistances. Dans certains cas, des matériaux comme le séléniure de plomb (PbSe), l'antimoniure d'indium (InSb) et le sulfure de plomb (PbS) sont également utilisés dans les LDR. Cependant, les photo-résistances nécessitent un temps relativement long (de l'ordre de quelques secondes) pour répondre à la lumière incidente.

Une photo-résistance. ou LDR. Source de l'image: © Nevit Dilmen, LDR 1480405 6 7 Optimiseur HDR 1CC BY-SA 3.0
Couleur de l'objetLumière réfléchie
 RougeGreenBlue
Rouge  
Jaune 
Green  
Blue  
Blanc
Black   
Tableau montrant la composition des couleurs rouge - vert - bleu ou RVB. Le rapport de la lumière RVB varie en fonction de la couleur de l'objet.

Où sont utilisés les capteurs de couleur?

Les capteurs de couleur ont une gamme d'applications dans notre vie quotidienne. Les capteurs de couleur sont utilisés dans:

  • Matériel médical: ces appareils sont largement utilisés dans le domaine de la médecine.
  • Contrôle des processus industriels: Les détecteurs de couleur sont utilisés dans plusieurs machines industrielles et imprimantes à des fins de correction et d'inspection de fabrication.
  • Contrôle de la cohérence des LED RVB: les détecteurs de couleur sont utilisés pour analyser la sortie de longueur d'onde des LED et d'autres types de lumière.
  • Mesure de la température de couleur de la lumière: les détecteurs de couleur sont utilisés pour mesurer la température de couleur de la lumière nécessaire à la conception des systèmes d'éclairage.
  • Systèmes de sécurité: certains systèmes de sécurité utilisent également des capteurs de couleur pour de meilleurs résultats.

Quels sont les capteurs de couleur disponibles sur le marché?

Certains capteurs de couleur populaires facilement disponibles sur le marché sont:

  • TCS3200
  • ColorPAL à partir de la parallaxe
  • SEN-11195
  •  TCS3200
  • TCS3400
  • TCS34715
  • TCS34727
  • Lego Mindstorms EV3

En dehors de ceux-ci, des capteurs de couleur peuvent être fabriqués en utilisant Arduino.

Pour en savoir plus sur les capteurs optiques, visitez ici.

À propos de Sanchari Chakraborty

Je suis un apprenant passionné, actuellement investi dans le domaine de l'optique appliquée et de la photonique. Je suis également membre actif de SPIE (Société internationale pour l'optique et la photonique) et OSI (Optical Society of India). Mes articles visent à mettre en lumière des sujets de recherche scientifique de qualité d'une manière simple mais informative. La science évolue depuis des temps immémoriaux. Alors, j'essaie de ma part de puiser dans l'évolution et de la présenter aux lecteurs.

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