SPAD - le capteur du futur

[cmltb612]

Salut tous,

 

Ce n'est pas nouveau à proprement parler, puisque la technologie est en développement depuis au moins deux décennies au niveau industriel, et est sans doute présente dans les labos les plus pertinents depuis bien plus longtemps que cela encore.

 

Je suis pourtant persuadé que c'est l'avenir de l'imagerie, en astronomie/astrophysique, mais pas uniquement. La médecine, la biologie, l'environnement, le secteur de l'armement, la sécurité, les transports, l'industrie en sa globalité, etc, sont ou seront impactés à terme.

 

Pratiquement une révolution, sinon un changement de paradigme.

 

Cela s'appelle : single-photon-avalanche-diode-based, ou SPAD.

 

Autrement dit, un capteur d'une extraordinaire sensibilité, grâce à une démultiplication secondaire des photons entrants (qui n'est pas sans rappeller le fonctionnement des premières caméras électroniques de type Lallemand dans les années 50), qui non content de cette performance déjà fort intéressante, permet en outre un comptage photon par photon, avec datation de l'instant d'arrivée sur le capteur, au quart de pouillème de pico-nano seconde près. Est-il nécessaire de signaler, en outre, que le SPAD fournit des mesures extrêmement peu bruitées, sinon totalement dépouvues de bruit ?

 

https://en.wikipedia.org/wiki/Single-photon_avalanche_diode

 

Une requête sur ADS/NASA ramène déjà plus de 1300 papiers tous extrêmement techniques.

 

https://ui.adsabs.harvard.edu/search/fq=%7B!type%3Daqp%20v%3D%24fq_database%7D&fq_database=(database%3Aastronomy%20OR%20database%3Aphysics)&q=spad&sort=date%20desc%2C%20bibcode%20desc&p_=1

 

Un papier paru, cette semaine sur arxiv, a retenu mon attention, relatif à une observation de la récente occultation de Betelgeuse, faite avec un RC10'' muni d'une matrice SPAD de 64X64 pixels.

L'observation y est décrite point par point, et le tout parait absolument fascinant.

 

https://arxiv.org/abs/2406.14704v1

 

 

 

 

Tout cela nous ramène furieusement à l'émergence du CCD, dans le courant des années 80. Nul doute que nous ne sommes qu'au début de l'émergence de cette technologie, et qu'il faudra en reparler.

D'ici dix ans, au plus tard, le CMOS commencera à décliner, suplanté par le SPAD.

 

Canon a sorti, en 2023, une caméra de haute technologie utilisant le SPAD. Le capteur fait 1'' pour 2.1 Mp. Le prix ? 25000 Euros. Bagatelle ! Mais je gage que cela va très rapidement baisser, et que d'ici à cinq ans, au plus tard, une telle caméra – haut de gamme et encore onéreuse - sera insérée dans le PO de nos pionniers de l'imagerie astro. Puis ZWO, ensuite, s'engagera au travers de la brèche.

 

https://www.canon.fr/video-cameras/ms-500/

https://www.youtube.com/watch?v=6zYrqOox8FU

 

Qu'on associe à cela une mesure de l'énergie du photon incident, permettant une détermination de sa longueur d'onde, et la spectroscopie traditionnelle aura vécu.

 

 

On en prend RDV et on en recause ?

😉

 

c

 

 

[cmltb612]

Change pas de main, je sens que ça vient !

 

Bruit de lecture : 0

Jusqu'à 100000 im/seconde sur 1bit.

 

https://www.axiomoptics.com/products/spad512s/

https://piimaging.com/product-spad512s

 

https://www.horiba.com/fra/scientific/products/detail/action/show/Product/flimera-1989/

https://www.laser2000.com/en/single-photon-detectors/1448-single-photon-camera.html

 

http://www.everyphotoncounts.com/instr-imager2d.php

 

Sans compter les applis Lidar ...

 

https://wisionlab.com/project/spad-lidar/

[GeoffreyJoe]

Le 27/06/2024 à 20:54, chrismlt a dit :

Qu'on associe à cela une mesure de l'énergie du photon incident, permettant une détermination de sa longueur d'onde, et la spectroscopie traditionnelle aura vécu.

Salut Christophe,

 

Tu peux développer ton raisonnement ? Je n'arrive pas à comprendre. Mes connaissances en spectro sont basiques celà dit.

 

G.

[Moot]

L'énergie E d'un photon est liée à sa longueur d'onde λ par la loi de Planck (utilisée comme artifice de calcul par le susdit, et interprétée physiquement par Einstein, ce qui a été l'acte fondateur de la physique quantique).

Une façon de l'exprimer : E x λ = hc ≈ 1240 eV.nm

[GeoffreyJoe]

Il y a 7 heures, Moot a dit :

L'énergie E d'un photon est liée à sa longueur d'onde λ par la loi de Planck (utilisée comme artifice de calcul par le susdit, et interprétée physiquement par Einstein, ce qui a été l'acte fondateur de la physique quantique).

Une façon de l'exprimer : E x λ = hc ≈ 1240 eV.nm

Ça ok je saisis, mais en quoi la mesure de l'énergie du photon incident rendrait la spectroscopie "classique" obsolète ? 

[cmltb612]

Salut Geoff,

 

Un capteur qui permettrait de déterminer l'énergie des photons incidents ... Et puis derrière un tableur pour trier les data selon les longueurs d'onde mesurées. Le violet à gauche, ensuite le bleu, le vert etc.

En gros, le travail du prisme ou du réseau dans un spectro actuel.

 

C

Ps ta monture est réparée ?

[GeoffreyJoe]

Il y a 12 heures, chrismlt a dit :

Ps ta monture est réparée ?

Non, du coup nouvelle raquette en commande sous peu 👍

[cmltb612]

Salut Tous,

 

Une petite vidéo qui explique bien les enjeux au niveau de ce nouveau capteur.

A voir à partir de 3:12, particulièrement bluffant.

 

 

 

A voir également, cette application particulièrement étonnante, et peut-être même inquiétante par certains côtés : le NLOS (Non-Line-of-Sight) sur cette page (pas mal de doc sur wiki, si on veut approfondir, mais c'est très théorique : https://en.wikipedia.org/wiki/Non-line-of-sight_propagation)

 

https://imasolia.com/cameras-spad-technologie-avancee-pour-la-detection-de-photons/

 

Côté prix, la caméra Canon MS500 passe de 25000€ pièce, il y a six mois, à environ 20-21000 euros. Encore très cher, mais pour des applis pros, ce n'est pas un souci. Encore deux ans, à ce train là, et elle sera à portée de bourse d'un amateur un peu à l'aise.

 

https://www.bhphotovideo.com/c/product/1784097-REG/canon_9915b001_ms_500_ultra_high_sensitivity_interchangeable_lens_camera.html

 

C

[Fredalamo]

Intéressant ce qui traîne dans les labos, ce n'est pas sans rappeler :

 

 

ou ça (le NVD) :

 

 

On cherche à augmenter electiquement le flux sur une petite surface pour "mieux voir" ou mieux compter si on veut  

[GeoffreyJoe]

Il y a 8 heures, cmltb612 a dit :

Salut Tous,

 

Une petite vidéo qui explique bien les enjeux au niveau de ce nouveau capteur.

A voir à partir de 3:12, particulièrement bluffant.

 

 

 

A voir également, cette application particulièrement étonnante, et peut-être même inquiétante par certains côtés : le NLOS (Non-Line-of-Sight) sur cette page (pas mal de doc sur wiki, si on veut approfondir, mais c'est très théorique : https://en.wikipedia.org/wiki/Non-line-of-sight_propagation)

 

https://imasolia.com/cameras-spad-technologie-avancee-pour-la-detection-de-photons/

 

Côté prix, la caméra Canon MS500 passe de 25000€ pièce, il y a six mois, à environ 20-21000 euros. Encore très cher, mais pour des applis pros, ce n'est pas un souci. Encore deux ans, à ce train là, et elle sera à portée de bourse d'un amateur un peu à l'aise.

 

https://www.bhphotovideo.com/c/product/1784097-REG/canon_9915b001_ms_500_ultra_high_sensitivity_interchangeable_lens_camera.html

 

C

 

C'est impressionnant.

Je comprends mieux l'intérêt de la chose avec la petite vidéo promotionnelle de Canon.

[cmltb612]

Le truc qui m'est apparu cette nuit, entre deux étoiles ... 100000 fps, c'est bien joli... mais faut aussi que ça suive au niveau vitesse de transfert, et capacité de stockage.

Sur la MS500, le débit est bridé à 60 fps en 1080, mais ce n'est qu'un début, forcément.