Brevet FR2017364A1 — publié le 19700522

Ii* invention concerne des photodétecteurs statiques divisés et vise à réduire le courant d*obscurité de ces détecteurs. Un détecteur d'infra-rouge peut présenter la forme 5 d'une cellule à barrière superficielle telle qu'une cellule formée par exemple par un substrat de silicium à. la surface duquel est disposée une mince couehe d'antimoine.- Dans le fonctionnement de la cellule, cette couche est polarisée positivement relativement au substrat et recueille des charges 10 libérées dans le substrat par photoémission par suite de l'énergie infra-rouge incidente qui atteint la couche superficielle et arrive dans le substrat à travers cette couche. En l'absence d'énergie incidente, on observe qu'un courant résiduel fuit vers la couche superficielle et est recueilli par celle-ci. Ce cou-15 rant est nuisible car des fluctuations irrégulières de son intensité réduisent le rapport signal : bruit du système dont la cellule fait partie. la fuite résiduelle est appelée courant d'obscurité. le procédé usuel pour réduire le courant d'obscurité 20 dans une cellule du type décrit consiste à prévoir un anneau de garde de la matière de couehe superficielle, disposé autour et à proximité immédiate de la couche superficielle dè la cellule. Un tel anneau réduit la composante de la fuite de courant d'obscurité qui est associée particulièrement au bord de la couche 25 superficielle de lu cellule et qui représente la majeure partie du courant total d'obscurité de la cellule. La composante de fuite de courant d'obscurité qui est associée à la masse du substrat n'est pas sensiblement affectée par l'utilisation de 11 anneau de garde. 50 Dans un détecteur statique divisé comme celui qui sert par exemple à suivre une balise à infra-rouge porté par un projectile qu'il s'agit de guider au moyen de l'information de poursuite obtenue, la.couche superficielle d'une cellule à barrière superficielle est divisée en quadrants séparés l'un de 35 l'autre par une interruption de très petites dimensions. Bien que les quadrants exercent un certain effet mutuel de garde réduisant la composante marginale de fuite de courant d'obscurité le long des bords de 11 interruption, cet effet n'est pas grand. 69 30074 2 2C17364 L'invention a pour but de fournir une disposition de photodétecteur statique divisé dans-lamelle la* composante marginale de fuite du courant -d'obscurité soit plus complètement supprimée et dans laquelle il soit possible aussi de rédui- i 5 re la composante principale de fuite de"ce courant. Selon l'invention, on prévoit une disposition de photodétecteur statique divisé comprenant de multiples surfaces sensibles à l'énergie incidente de photons et un système optique divisé disposé de manière à pouvoir former uhë image d'une 10 source de photons sur chacune des surfaces sensibles de façon que les courants tirés individuellement de ces-surfaces fournissent une information quant à l'emplacement de la source, chaque surface étant protégée sur la totalité ou la quasi-totalité de son périmètre par un anneau ou bande de garde de matière 15 de surface de manière à réduire la composante marginale de fuite de courant d'obscurité des surfaces respectives. Ces surfaces peuvent être, comme indiqué, les surfaces sensibles de cellules du type à barrière superficielle. Dans un mode d'exécution de l'invention, le système 20 optique présente au moins en partie la forme d'un système optique divisé fibres. Si l'on utilise dans cette disposition quatre cellules sensibles à 1*infra-rouge, les fibres optiques sont divisées en quatre groupes, chaque groupe communiquant exclusivement avec chaque cellule. De préférence, les fibres des 25 groupes sont amincies de telle sorte que la même quantité ou à peu près la même quantité d'énergie incidente est concentrée dans une aire plus petite que si cet amincissement n'était pas appliqué et que par suite on peut utiliser des cellules de grandeur notablement réduite et qu'en outre, un espacement accru 30 est assi assuré entré" les cellules pour l'insertion d'anneaux de garde ou agencements similaires, bien qu'une continuité notable soit conservée en ce qui concerne la réception de l'énergie incidente de photons. Avec des cellules de ce genre, la composante principale de fuite de courant d'obscurité est 35 notablement réduite. Mais au lieu d'utiliser un système optique divisé à fibres, on peut utiliser une" lentille divôaée ou un autre système optique divisé. ' - Os. décrira maintenant 1J i'îrventïon à titre d'exemple en se référant aux dessins annesêè5--siai? Ië:sqùels Y 69 30074 ' 2017364 - la figure 1 montre en élévation latérale une disposition de détecteur statique divisé du type à quadrants dans laquelle la division optique est obtenue par groupement optique de fibres, et 5 - la figure 2 montre, en élévation de face et partiel lement en coupe, une disposition de photodétecteur statique divisé couplée à des circuits permettant d*en tirer des signaux d*erreur destinés à guider un véhicule le long d8un parcours choisi. 10 Sur la figure 1, la flèche 1 indique 1*arrivée d'é nergie infra-rouge sur le dispositif» cette énergie atteignant la faee optique 2 formée par les extrémités des fibres optiques du syàème optique à fibres qui sont situées dans le plan de cette face, les fibres sont amincies et présentent un diamètre 15 réduit à leurs extrémités opposées à la face 2 et sont divisées en quatre groupes correspondant à quatre quadrants carrés juxtaposés qui consituent la face 2. Le groupe s'amincit vers lTarrière en partant de la face 2» vers des cellules sensibles à 1*infra-rouge, de manière à communiquer l'énergie infra-rouge 20 incidente aux faces sensibles des cellules et dans 1*élévation latérale des desBins, on voit deux des groupes, appelés 3 et 4, communiquant avec les cellules respectives 5 et 6. Ces cellules comprennent des substrats 7 et 8 sur lesquels sont formées des couches de barrière 9 et 10 et les groupes amincis 3 et 4 de 25 fibres optiques sont disposés de telle sorte que les extrémités de fibres opposées à la surface 2 sont étroitement adjacentes aux couches de barrière pour leur communiquer l'énergie incidente. Pour réduire la composante marginale de fuite du courant d1obscurité dés couches 9 et 10, celles-ci sont munies, à leur 30 périmètre, de surfaces respectives de garde 11 et 12 qui, de préférence, enferment complètement les couches. On peut utiliser une disposition de photodétecteur statique divisé, par exemple, pour suivre une balise à infrarouge portée par. un projectile. Si l'on utilise quatre cellules 35 photosensibles comme on l*a dit à propos de la figure 1, on peut traiter les signaux de sortie de ces eellules et les utiliser pour corriger des écarts relativement au parcours désiré d'un tel projectile, à la fois dans les directions angulaires verticale e*t horizontale. 69 30074 4 2017364 On considérera maintenant la figure 2 qui aontre, en élévation de face et partiellement en coupe, un photodétecteur statique divisé, 20. les extrémités de certaines des fibres optiques qui reçoivent de l'énergie incidente de photons sont 5 indiquées schématiquement dans les deux portions 21. Dans l'exemple considéré, ces fibres sont divisées.en quatre groupes, appelés 22, 23, 24 et 25* Chacun des groupes de fibres communique exclusivement avec une cellule photosensible respective 30, 31» 32 et 33 et à chacune des cellules est associé un anneau de 10 garde respectif 26, 27, 28 et 29. les cellules 30-33 Ofit une aire plus petite que les extrémités extérieures des groupes récepteurs de fibres 22-25 parée que les fibres s*amincissent en direction des cellules, assurant ainsi simultanément une diminution de la composante principale de fuite de courant 15 d*obscurité et un espacement suffisant entre les cellules pour l'inclusion d'un anneau périphérique de garde autour de ehaque cellule. Le signal électrique de sortie venant des cellules 30, 31, 32 et 33 apparaît respectivement aux bornes 34, 35, 36 et 37 et ces signaux sont amplifiés dans des amplificateurs respec-20 tifs à commande de gain 38, 39, 40 et 41 à la suite desquels ils sont appliqués aux bornes d'entrée respectives 42, 43, 44 et 45 des eircuits correcteurs d'erreur verticale 46. Les deux flèches W et HH indiquent dans cet exemple les directions verticale et horizontale. On obtient le signal d'erreur verticale en soustra-25 yant la somme des signaux de sortie des cellules 32 et 33 de la somme des signaux de sortie des cellules 30 et 31 et par suite, les signaux appliqués aux bornes 42 et 43 sont additionnés dans le circuit additionneur 52 et les signaux appliqués aux bornes 44 et 45 sont additionnés dans le circuit additionneur 53. Les 30 sorties des circuits 53 et 52 sont appliquées aux deux bornes d'entrée d'un circuit de soustraction 54 et le signal qui apparaît à la borne de sortie 58 est donc le signal d'erreur verticale. Les signaux apparaissant aux sorties des amplificateuis 35 38, 39s 40 et 41 sont aussi appliqués aux bornes d'entrée 47 3 48, 49 et 50 des circuits calculateurs d'erreur horizontale 51® On obtient l'erreur horizontale en soustrayant la somme des signaux de sortie des cellules 31 et 32 de la somme des signaux de sor 69 30074 5 2017364 tie des cellules 30 et 33 et par suite, dans les circuits 51» lés signaux appliqués aux bornes 47 et 50 sont appliqués au circuit additionneur 55 et les signaux appliqués, aux "bornes 48 et 49 sont appliquées au circuit additionneur 56. les signaux 5 de sortie des circuits 55 et 56' sont alors appliqués aux deux "bornes d'entrée du circuit de soustraction 57 de sorte que le : signal qui apparaît à la "borne 59 est lè"signal d'erreur horizontale. les signaux venant des "bornes 58 et 59 sont communi-10 qués au projectile de manière à corriger les écarts de celui-d relativement au parcours désiré, la communication peut prendre par exemple la forme d'une liaison hertzienne à impulsions codées. les cireuits additionneurs 52, 53» 55 et 56 peuvent 15 comprendre par exemple des réseaux résistants et les cireuits de différence 58 et 59 peuvent comprendre par exemple un amplificateur eommun à différence de cathode ou son équivalent transistorisé. Dans l'application de l'invention telle qu'elle est 20 normalement envisagée, l'énergie incidente se situe dans la partie du spectre qui est au delà du rouge visible et qui est normalement appelée la partie infra-rouge, mais l'invention est applicable aussi à des dispositifs convenant à une énergie incidente comprise par exemple dans la région visible. 25 On comprendra qu'au lieu de cellules du type à barriè re superficielle on peut utiliser des détecteurs plans au silicium à jonction diffusée pour constituer les surfaces photosensibles. - , - R E Y- S M S 1-0 A J2- I 0 S- S 1. Disposition de photodétécteur statique divisé caractérisée par le fait qu'elle coinprerid de multiples surfaces sensibles à l'énergie incidente de photons et un système optique divisé disposé de manière à pouvoir former une image d'une source de photons sur chacune des surfaces sensibles de façon que les courants tirés individuellement de ees surfaces fournissent une information quant à l'emplacement de la soufce, chaque surface étant protégée,sur la totalité ou la quasi-totalité de son périmètre, par tua. anneau ou bande de garde de matière de surface de manière à réduire la composante marginale de fuite de courant d'obscurité des surfaces respectives. 2. Disposition selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les surfaces sont les surfaces sensibles de cellules du type à barrière superficielle. 3. Disposition selon la revendication 2, caractérisée par le fait que les surfaces sont constituées par des détecteurs plans au silicium à jonction diffusée. 4. Disposition selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que le système optique divisé comprend plusieurs groupes de fibres optiques, chaque groupe communiquant exclusivement avec l'une dus surfaces. 5. Disposition selon la revendication ; caractérisée par le fait que les fibres de chacun des groupes présentent des diamètres réduits en direction des surfaces respectives avec lesquelles les groupes communiquent ce qui j rmet d'augmenter la distance séparant chacune des surfaces xjour faciliter l'insertion d'anneaux ou bandes de garde de matière de surface entre les surfaces tout en maintenant une continuité notable en ce qui concerne la réception d'énergie incidente de photons, et en assurant en outre une diminution de l'aire des surfaces en comparaison des dispositions de photodétecteur statique divisé de la technique antérieure présentant des aires similaires de réception de photon, donc une diminution de la composante principale de fuite au courant» 6. Sj'strae de £ui*cgs de véhioitle. 'révisé par le fait qu'il comprend une disposition de pbet-càëtecteur statique ôad original 69 30074 7 2017364 airisé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, des moyens d'amplification des signaux tirés de chacune des surfaces et des moyens propres à tirer, de ces signaux amplifiés, des signaux d'erreur qui servent à régler la direction de 5 mouvement d'un véhicule.