Caractérisation spectroscopique Du plasmodium Falciparum

Le Capteur

Le capteur, composant électronique, sert à convertir des niveaux de luminosité d’une image en grandeur électrique proportionnelle. Plus précisément, il assure la transformation de la quantité de lumière reçue en grandeurs électriques. L’image reçue sur le capteur est décomposée en points élémentaires, que l’on appelle «pixel» (Picture élément), sur une surface dont la diagonale est exprimée en pouce laquelle définie la taille du capteur. Composée de rangées et de colonnes, cette surface est donc une matrice à deux dimensions (x,y). La lecture de chaque élément est effectuée par une horloge (temps d’exposition). L’analyse des éléments de la matrice fournie une information élémentaire de luminosité pour chaque pixel de l’image. La valeur obtenue de cette information élémentaire 11 passe par un convertisseur analogique numérique (ADC) afin d’être exploitée par des circuits de traitement de l’information que l’on appelle digital signal processing (DSP) [5]. 

CMOS: Complementary-metal-oxide-semiconductor

Metal-oxide-semiconductor se rapporte à la disposition de trois (3) couches superposées avec les matériaux suivants : Metal (aluminium : Al) puis Oxyde (dioxyde de Silicium SiO2) et enfin Semi-conducteur (Silicium dopé). Le capteur CMOS est un composant électronique qui sert à convertir des niveaux de luminosité d’une image en grandeur électrique proportionnelle. Plus précisément, il assure la transformation de la quantité de lumière reçue en grandeurs électriques.il est un capteur à balayage progressif qui génère un flux de données de pixels à une v itesse programmable ( a p artir de l’interface graphique de Labview sur l’ordinateur). Le c apteur CMOS intègre un(ADC) convertisseur analogique/numérique qui permet d e coder le résultat en langage binaire pour chaque pixel, un gain d’espace très appréciable. Une p articularité du capteur CMOS est que ch aque cellule du capteur est capable de convertir directement la charge électronique générée par la réception de la lumière afin de la rendre immédiatement exploitable, à l’inverse des cellules du capteur CCD (charge coupled device) ou dispositif de transfert de charge dont les charges sont transférées vers une porte de sortie pour y être analysées et converties. Ce sont ainsi les transistors et amplificateurs CMOS traditionnels qui effectuent le processus de lecture. Mais le CMOS ne possède pas que des avantages. En effet, chaque cellule intègre un amplificateur de tension et intègre également un c ircuit breveté de réduction du b ruit, qui élimine la quasi-totalité du «bruit de fond» de l’image avant lecture [6]. C’est ensuite le processeur (circuits de traitement de l’information) D.S.P. Digital Signal Processor, ou processeur de signal numérique, interne de l’appareil qui supprime la totalité du bruit avant d’enregistrer l’image.la résolution du capteur renseigne sur sa capacité de différencier les couleurs différentes dans notre cas de figure nous avons une résolution de 12 bit c’est-à- dire 212 couleurs soit 49254 couleurs et la taille des pixels permet d’analyser un plus de 5 millions de points. . La figure 1.2.1 montre le synoptique du capteur. Le noyau du capteur est un tableau de 5 méga pixels actifs. La taille des pixels est de 2,2𝜇𝑚 x 2,2 𝜇𝑚 et une diagonale de 7,13 mm. Technologie CMOS résolution 12 bit. Vitesse d’acquisition 41.8 𝜇𝑠 12 

Le Diffuseur

Les diffuseurs se composent de minces sections spécialement fait de spectralon conçu pour transmettre la lumière incidente et de façon efficace. Ces diffuseurs fabriqués à partir de Spectralon sont particulièrement utiles pour la diffusion à large bande de rayonnement optique, de l’ultraviolet à la région spectrale du proche infrarouge. Matériau de diffusion Spectralon sert essentiellement à l’alignement du faisceau et l’amélioration de l’uniformité des sources des DELs de lumière. Ces diffuseurs ont une portée utile de 200-2500 nm.les diffuseurs D1, D2 et D3 permettent donc de supprimer la dépendance des positions des DELs par rapport à l’éclairement des échantillons ils permettent ainsi pour chaque longueur d’onde donnée d’illuminer les échantillons de manière homogène. 

Les Diodes Électroluminescences : Del

Les sources du microscope sont constituées de diodes électroluminescences (Del) au nombre de 9 dont une triple bandes et une double bandes soit 13 différentes allant de l’ultraviolet au proche infrarouge en passant par le visible. Ces DELs multiplexées qui sont séquentiellement activées à partir de l’interface graphique de labview nous servent alors de source lumineuse pour effectuer la spectroscopie UV-Visible-IR des cellules sanguines infectées par P. falciparum. Les DELs peuvent être facilement intégrées dans les appareillages modernes de microscopie photonique et l’imagerie à la place des sources conventionnelles (filament de tungstène) car elle fournit une luminescence meilleure et m oins indépendante à la température et une distribution spectrale quasi monochromatique.

Physique des DELs

Une LED (light emitting diodes en anglais ou Del en français) est un semi-conducteur qui émet un rayonnement monochromatique lorsqu’elle est alimentée, dans ce cas de figure la lumière n’est pas générée par un filament (comme dans les lampes à f ilament) ou par décharge de gaz (comme dans les lampes fluorescentes), mais par le comportement du matériau semi-conducteur même. La structure de base de la Del est une jonction p-n, c’est-àdire un e mpilement de deux couches semi-conductrices, la première de type p ( trous majoritaires) et la seconde de type n (électrons majoritaires). Lorsque la jonction p-n est soumise à une tension directe, le courant électrique peut circuler. L’injection de trous dans la zone n ( et d’électrons dans la zone p) permet l’émission de photons par la recombinaison radiative électron-trou. Afin de favoriser ces recombinaisons radiatives, on i nsère généralement au milieu de la jonction p n un ou plusieurs puits quantiques. Les électrons et les trous sont attirés à l’intérieur du puits au passage du courant. La rencontre spatiale des porteurs de charge est ainsi facilitée et donc l’émission de lumière par une recombinaison de paires électrons-trous plus importante. Toutes les DELs « haute brillance » commercialisées aujourd’hui ont une zone active constituée de puits quantiques. Les DELs ont une durée de vie estimée de 200.OOO h, sans entretien et ne souffrent pas de défauts de fin de vie que l’on rencontre avec la plupart des autres sources lumineuses . Fig.1.4.1 vue d’une diode électroluminescence 

Couleurs des diodes électroluminescentes (DELs)

La couleur d’une Del standard est fixée par la valeur de l’énergie de bande interdite Eg du semi conducteur utilisé (Eg=hc/𝜆 où h est la constante de Planck, c la vitesse de la lumière et 𝜆 est la longueur d’onde d’émission de la DEL).Pour un s emi-conducteur de faible bande interdite de 1,5 à 2 eV (pour (Al, Ga) As ou (Al, Ga, In)P), la couleur d’émission est le rouge. Pour un semi-conducteur avec une grande bande interdite de 2,5 à 3 eV (cas de (Ga, In) N), la lumière produite est plutôt bleue et la longueur d’onde d’émission peut aller jusque dans l’ultra-violet au-delà de 3,5 eV.