Les sources du bruit dans un capteur optronique

Le signal électrique que doit traiter l'électronique du capteur est bruité pour plusieurs raisons : d'une part, le détecteur est un générateur bruité par le fait que le débit des photons incidents sur sa surface sensible n'est pas régulier. Ceci se traduit par un bruit de grenaille, ou bruit shot, dont la variance en courant a une densité spectrale constante, donnée par la formule de Shottky, où i est la valeur moyenne :

Par ailleurs, à cause de l'agitation thermique de ses électrons, la résistance de charge du détecteur est aussi une source de bruit, dont la densité spectrale est donnée, en fonction de la température T de la résistance, par la formule de Johnson :

Où kB est la constante de Boltzmann

Il faut aussi prendre en compte le bruit propre à l'électronique, qui provient en grande partie du préamplificateur et, à un degré moindre, des étages suivants (par exemple, bruit de numérisation). Pour pouvoir comparer les influences des diverses sources de bruit, on les évalue au même point que le signal, c'est à dire aux bornes de la résistance de charge du détecteur. On prend en compte les caractéristiques de bruit de composants électroniques, comme celui dû au préamplificateur, par l'intermédiaire de son facteur de bruit F, ce qui permet de ramener la densité spectrale de son bruit au même point que les deux précédentes :

Les sources de bruit étant décorrélées les unes des autres, la variance du courant de bruit global est la somme des variances des courants de bruit correspondants :

d'où l'expression suivante pour la variance globale du courant de bruit en sortie de détecteur, dans la bande passante équivalente de bruit Δf de l'électronique :

L'importance d'une composante de bruit par rapport à une autre varie en fonction du domaine spectral de fonctionnement du capteur, de son mode de détection (directe ou hétérodyne) et de l'environnement lumineux dans lequel le capteur doit fonctionner (obscurité, jour, source intense dans le champ,...). Le tableau de la figure 13 ci-dessous fait ressortir les origines principales du bruit dans des cas courants.

Figure 13 : Origines du bruit dans un capteur optronique [zoom...]