Les amplificateurs Lock-in classiques mesurent de manière ponctuelle. En revanche, dans l’imagerie Lock-in, la même démodulation est effectuée en parallèle au niveau des pixels – amplitude et phase pour chaque pixel. Cela permet de réaliser des expériences difficilement réalisables, voire impossibles, avec des mesures ponctuelles : informations de phase spatialement résolues, cartographies rapides et évaluations robustes, même en cas de bruit important.
Dans les applications avec des conditions d’éclairage exigeantes – qu’il s’agisse d’un signal faible dans un bruit important ou d’une lumière de fond ou parasite très forte – les caméras conventionnelles atteignent leurs limites. Soit une saturation (écrêtage) se produit rapidement, soit le signal faible doit être moyenné pour réduire le bruit, ce qui ralentit la cadence ou la rend même impossible. Dans les deux cas, le signal utile est dominé par des sources de perturbation. Si le signal utile peut toutefois être modulé et ainsi séparé des signaux parasites, la heliCam™ C4 continue de fournir des images de haute qualité.
Image 1 : Une caméra dotée de la technique Lock-in au niveau des pixels peut supprimer presque entièrement les sources de perturbation spécifiques, telles qu’un arrière-plan constant ou un bruit 1/f.
Un amplificateur Lock-in rend visibles des signaux extrêmement faibles, même s’ils sont recouverts de bruit et de lumière parasite. Il compare le signal d’entrée s(t) de manière synchrone avec un signal de référence de même fréquence et phase (détection sensible à la phase).
Fonctionnement en bref :
1. Entrée : s(t) contient le signal utile + le bruit + les signaux parasites
2. Multiplication synchrone : avec les références cos(ωt) et sin(ωt) → deux canaux I (en phase) et Q (quadrature).
3. Intégration / passe-bas : La moyenne sur le temps de mesure T réduit la largeur de bande du bruit (ENBW ≈ 1/(2T)) et supprime les parties en dehors de la fréquence de référence.
Résultat :
• Amplitude : R = √(I2 + Q2)
• Phase : φ = atan2(Q, I)
• Le bruit à large bande et la lumière parasite non synchrone s’estompent en grande partie ; le signal utile reste en tant que composante continue.
• En pratique, le Lock-in agit comme un filtre très étroit, sensible à la phase, dont la sélectivité est déterminée par le temps d’intégration T.
Dans l’imagerie Lock-in, le même processus est exécuté en parallèle au niveau des pixels : chaque pixel fournit I/Q (ou amplitude/phase) – la base pour des mesures spatialement résolues et sensibles à la phase dans des conditions d’éclairage exigeantes.
Image 2 : Signal utile fortement bruité dans le domaine temporel (à gauche) et dans le domaine fréquentiel (à droite). Malgré des amplitudes de perturbation plus importantes, le signal utile peut être extrait et mesuré avec succès grâce au principe du Lock-in.
Le traitement du signal Lock-in au niveau des pixels, développé et breveté par Heliotis, est l’élément central de tous nos produits. Dans notre capteur d’image CMOS propriétaire, la démodulation sensible à la phase n’a pas lieu dans le trajet du signal en aval, mais directement sur chaque pixel. Chaque pixel effectue une mesure synchrone I/Q et émet respectivement une valeur In-Phase (I) de 10 bits et une valeur Quadrature (Q) de 10 bits (démodulation à double phase). À partir de I et Q, l’amplitude et la phase du signal utile peuvent être déterminées immédiatement – de manière surfacique, stable et reproductible.
Cette démodulation parallèle au niveau des pixels supprime l’arrière-plan constant, le bruit 1/f et la lumière parasite non synchrone dès l’acquisition, de sorte que même les signaux modulés très faibles deviennent visibles de manière fiable – sans longs temps de moyennage.
Les domaines d’application dans lesquels les caméras Lock-in sont le plus souvent utilisées peuvent être décrits grossièrement comme suit :
Imagerie dans des milieux diffusants
Une grande partie de la recherche vise à acquérir des images optiques dans des structures troubles ou, plus généralement, à focaliser la lumière qui interagit avec un milieu diffusant.
Imagerie 3D interférométrique
Dans l’imagerie 3D interférométrique, des améliorations de l’interférométrie à lumière blanche à balayage ainsi que des méthodes de mesure alternatives ont été proposées.
Méthodes d'imagerie de phase quantitative
Plusieurs groupes de recherche ont proposé des méthodes d’imagerie de phase quantitative afin d’obtenir des images sans marquage et à contraste élevé, par exemple, de cellules biologiques qui apparaissent largement transparentes dans les mesures optiques classiques basées sur l’absorption.
Sensorique quantique
Les applications dans la sensorique quantique gagnent de plus en plus d’importance, notamment en ce qui concerne un microscope quantique à diamant à large champ pour l’imagerie dynamique de très petits champs magnétiques.
Spectroscopie
Les procédés spectroscopiques qui détectent les modifications périodiques les plus infimes et les plus rapides du spectre, provoquées par différents mécanismes, ont été réalisés à plusieurs reprises avec les caméras Lock-in d’Heliotis.
Autres applications
Pour en savoir plus sur les exemples d’application mentionnés et d’autres exemples d’application de la caméra Lock-in, consultez notre collection de publications de recherche.
Les caméras Lock-in sont un outil relativement nouveau, mais extrêmement puissant dans la recherche. Elles ouvrent des possibilités passionnantes pour l’imagerie sensible à la phase et les expériences de haute précision.
Vous trouverez ci-dessous les réponses à quelques questions fréquemment posées.
L’heliCam™ C4 avec 542 × 512 pixels Lock-in démodule les signaux dans la plage de 305 Hz à 134 kHz.
L’heliCam™ C4M avec 1024×1102 pixels Lock-in démodule les signaux dans la plage de 305 Hz à 50 kHz.
Vous trouverez de plus amples informations dans notre documentation et sur les pages suivantes :
Oui, vos questions sont généralement traitées par notre équipe de support (en cas d’installation, de questions techniques, etc.) et nos experts en applications (en cas de questions d’application) en Suisse. Avant l’achat, nous serons heureux de vous conseiller individuellement et sans engagement.
Les prêts sont possibles après que l’applicabilité a été validée avec nos experts.
Nos experts vous aident à développer la configuration adaptée à votre question, à choisir les paramètres optimaux et à mener rapidement votre expérience au succès.
