Brevet FR2137164A1 — publié le 19721229

, 2137164 La présente invention concerne un syst$$e de prise de vue perfectionné à ciblé pyroélectrique. On rappelle que les cibles pyroélectriques pour tubes de prise de vues sont constituées essentiellement d'un matériau 5 possédant la propriété de présenter en chacun de ses points une polarisation électrique fonction de la température en ce point# La polarisation dont il est plus particulièrement question ici est celle qui apparaît au sein de la cible dans la direction de son épaisseur. 10 Ces cibles, exposées au rayonnement en provenance d'un objet, permettent d'obtenir, grâce à cette propriété, une image de cet objet sous l'effet de la variation de température provoquée par le rayonnement incident en chacun de leurs points. La mise en oeuvre de ces cibles utilise généralement une 15 couche conductrice de l'électricité recouvrant une de leurs faces et un faisceau d'électrons de lecture balayant l'autre face. Ces cibles ont la propriété d'être sensiblœà un spectre très large, la seule- condition imposée, d'après ce qui précède, au rayonnement auquel elles sont exposées étant que ce rayonnement 20 provoque une variation de température en son point d1 impact sur la cible. Elles sont en particulier sensibles à l'infrarouge et permettent par conséquent la détection d'objets non éclairés, par l'effet de leur seul rayonnement. Le mécanisme de fonctionnement de ces cibles est le suivant : 25 Un rayonnement incident frappant la cible en un point provo que, en ce point, une variation de température du matériau constitutif de la cible, variation en rapport avec l'énergie du rayonnement incident. Cette variation de température entraîne à son tour une variation d'intensité du vecteur polarisation élec-30 trique dans 11 épaisseur de la cible en ce point, c'est-à-dire l'apparition en ce point de deux quantités égales de charges positives et négatives sur les deux faces de la cible. C'est le phénomène pyroélectrique.Le faisceau d'électrons permet, dans certaines conditions,de neutraliser ces charges et de recueillir 35 un signal de lecture lié à la valeur du rayonnement incident qui a provoqué l'apparition de ces charges ; ce signal est prélevé aux bornes d'une résistance connectée en série entre le canon 'd'où, ost issu le faisceau d'électrons et la couche conductrice. La lecture s'opère comme suit : le canon envoie vers la 71 17556 2137164 - 2 - cible un faisceau d'électrons lents q"ui se déposent sur celle-ci jusqu'à neutralisation des charges positives apparues en ce point sous l'effet du rayonnement incident. On a supposé que les charg#» accumulées en ce point sur cette face de la cible sont des charges 5 positives susceptibles d'être neutralisées par les charges négatives apportées par le canon. On examinera plus loin le cas de charges négatives. Après lecture, le point balayé est alors à un potentiel voisin de celui de la cathode du canon. Au passage suivant du faisceau de lecture, sur le même point, 10 et en admettant que le matériau de la cible soit suffisamment isolant pour qu'entre les deux passages du faisceau il ne se soit produit aucune fuite appréciable au sein du matériau, il ne pourra y avoir de nouveau un signal que si, entre temps, la polarisation électrique de la cible en ce point a changé, c'est-à-dire s'il 15 s'est produit pendant l'intervalle qui sépare les deux passages une variation de température de la cible en ce point,. entraînant une variation de la quantité des charges apparues en ce point» En particulier, dans le cas d'objets fixes émettant un rayonnement d'intensité constante, cette condition n'est plus 20 réalisée à partir du moment où l'équilibre thermique de la cible sous l'effet de ce rayonnement est atteint, c'est-à-dire où sa température ne varie plus. Le balayage est alors inopérant pour l'obtention d'une image. C'est pourquoi les dispositifs de lecture de cibles pyro-25 électriques comportent en outre un obturateur placé sur le trajet du rayonnement incident de façon à intercepter celui-ci entre deux passages successifs du: faisceau de lecture sur un même point de la cible, et à faire varier ainsi la polarisation électrique de la cible en ce point, entre ces deux passages. 30 Or l'emploi d'un tel obturateur a pour effet de provoquer sur les différents points de la cible des variations de température entre le moment où l'obturateur est ouvert et celui où il est fermé. Ces variations, de sens opposés, se traduisent par des variations en sens inverses des quantités de charges apparues au 35 point considéré, entre le moment où ce point est exposé au rayonnement et celui où il est masqué par l'obturateur. 71 17556 2137164 - 3 - I»e faisceau d'électrons lentB, qui ne peut apporter que des charges négatives ne pourrait compenser que l'une de ces deux variations, celle se traduisant par un accroissement de la quantité de chargeé positives apparaissant au point balayé. 5 H est donc nécessaire d'associer à cet obturateur des moyens pour neutraliser aussi des charges négatives, ces moyens ne pouvant plus être les électrons lents du canon précédent, d'après ce qui précède. Pour neutraliser ces charges négatives, une solution de l'art 10 connu consiste à utiliser un canon fournissant des électrons à haute énergie capables de provoquer, à leur impact sur la cible, l'émission secondaire de celle-ci avec un coefficient supérieur à l'unité. Parmi les matériaux pyroélectriques couramment utilisés pour la constitution des cibles, on trouve facilement des 15 matériaux: possédant cette propriété, par exemple, le TG-S ( sulfate de triglycine) . Selon une disposition de l'art connu, c'est le même canon qui fournit les électrons lents et les électrons à haute énergie, ou électrons rapides, précédents, suivant la tension d'accélé-20 ration appliquée entre le canon et la face de la cible sur laquelle a lieu l'impact des électrons. Dans ce cas, la tension d'accélération varie généralement au cours du balayage de la cible, suivant un créneau compris entre la valeur* de la tension (basse tension) correspondant aux électrons lents et celle correspon-25 dant aux .électrons rapides(haute tension). Ces variations de tension sont synchronisées avec les phases de l'obturateur en désignant par phases les temps pendant lesquels l'obturateur est ouvert et fermé. Toutefois, il s'avère que le potentiel d'équilibre de la 30 surface d'ime pièce isolante qui est le siège d'un phénomène d'émission secondaire à coefficient supérieur à l'unité ne présente qu'une uniformité médiocre. Dans le système de balayage à deux "tensions ci-dessus,cet inconvénient se présënte nécessai-rerùent à là fin de la phase haute tension du balayage. 35 lia présente "invention a pour objet un tube de prise de vue muni de moyens permettant d'éviter cet inconvénient. 71 17556 2137164 - 4 - L'invention sera mieux comprise en se repportant à la description qui suit et aux figures jointes qui représentent ï - Figure 1 î une vue d'ensemble schématique du système de prise de vues à cible pyroélectrique de l'invention ; 5 - Figure 2 : un diagramme explicatif se rapportant au système de la figure 1 ; - Figure 3 : un exemple de réalisation de l'une des pièces du système de la figure 1• Sur la figure 1, on distingue une enveloppe isolante (10) 10 en verre par exemple, et, à l'intérieur de celle-ci, un canon pour la production d'un faisceau d'électrons. Ce canon à électrons est composé, suivant l'art connu, de plusieurs pièces qui n'ont pas été repérées séparément, le canon étant désigné dans son ensemble par le repère (11). Le faisceau d'électrons engendré par le canon 15 se dirige vers l'extrémité (20) de l'enveloppe où est située une cible de prise de vue dont il sera question plus en détail plus loin. Sur le trajet du faisceau d'électrons sont disposées des moyens, non représentés, permettant, suivant les techniques connues, de défléchir le faisceau de façon à amener son impact en tout 20 point désiré àe cette extrémité. A l'extrémité (20), l'enveloppe (10) est obturée de façon étanche par une plaque (21) transparente au rayonnement (flèche), en provenance de l'objet à observer. Cette plaque revêtue sur sa face interne d'une couche (22) en un matériau conducteur de l'élec-25 tricité porte des plots (23), également conducteurs de l'électricité. Sur ces plots repose une cible (24) en un matériau pyroélectrique sensible au rayonnement incident et dont la face en contact avec les plots porte un revêtement conducteur de l'électricité (25). Le rayonnement en question peut être le rayonnement 30 infrarouge ou tout autre rayonnement capable d'impressionner la cible pyroélectrique c'est-à-dire de faire varier de façon sensible sa polarisation électrique. Un diaphragme ou obturateur (26), placé but le trajet du rayonnement incident, au-delà de l'extrémité (20) de l'enveloppe, permet d'intercepter périodiquement 35 le rayonnement en provenance de l'objet. TJn commutateur à trois positions (27) permet, d'autre part, de connecter la couche conductrice (22), à travers une résistance 71 17556 2137164 _ 5 - (28), successivement à trois sources de potentiel (31), (32) et (33) de valeurs inégales, les deux sources (31)et (33) fournissant une basse tension, tandis que la source (32) fournit une haute tension. 5 la borne moins de ces sources est reliée à la masse à laquelle est aussi reliée la cathode du canon à électrons comme indiquée sur la figure 1. les électrons issus du canon sont accélérés à grande vitesse (électrons rapides), lorsque c'est la haute tension de la source (32) qui est appliquée à la couehe 10 (22), et à faible vitesse (électrons lents), lorsque c'est la basse tension des sources (31) et (33) qui lui est appliquée# On a vu dans ce qui précède, comment une synchronisation entre l'action de l'obturateur (26) ou celle du commutateur (27) permet la lecture des différents points de la cible balayée par 15 le faiseeau d'éleotrons, dans tous les cas, c'est-à-dire qu'il y ait eu, entre deux passages du faisceau d'électrons en un même point de la cible, refroidissement ou échauffement de ce point, le balayage utilisant le faisceau d'électrons lents lorsque les charges à neutraliser pont des charges positives et le faisceau 20 d'électrons rapides lorsqu'elles sont négatives. Dans ce dernier cas, le faisceau d'électrons rapides agit, comme on l'a déjà précisé, en provoquant une émission d'électrons secondaires, en son point d'impact sur la cible. Ces électrons secondaires sont collectés, dans les conditions connues de l'art, par le collecteur 25 (40) de la figure 1, réalisé dans l'exemple de cette figure, sous la forme d'une grille. Pour fixer les idées, on précise, à titre d'exemple non limitatif, que l'obturateur (26) consiste en une plaque métallique (29) munie d'une échancrurè (30) en forme d'arc de cercle 30 s'étendant sur un demi cercle, comme le montre la figure 3. Cette plaque parallèle à la plaque isolante (21), tourne autour de son axe Y, parallèle à l'axe XX du tube, d'un mouvement uniforme qui lui est imprimé par un dispositif non représenté, à la cadence, par exemple, d'un tour en 240 millisecondes, la cible (24) se 35 trouvant exposée au rayonnement incident (phase d'ouverture), pendant là moitié de ce temps et soustraite au rayonnement (phase d'obturation), pendant l'autre moitié. 71 17556 6 2137164 Ces deux phases sont représentées sur le diagramme de la figure 2 (ligne plus haut) respectivement par les symboles 0 et F couvrant le cycle complet,en abscisse,du mouvement de l'obturateur. Sur cette figure (ligne brisée du bas) sont représentées en 5 ordonnées les tensions successivement appliquées à la couche conductrice (22) pendant ce cycle, tensions désignées par les mômes repères que les sources qui les produisent. On a enfin représenté sur cette figure (ligne du milieu) les temps pendant lesquels la cible est balayée par le faisceau d'élec-10 trons ; ces temps correspondent aux portions en traits épais de cette ligne, traits épais simples pour le balayage par électrons lents et trait épais double pour le balayage par électrons rapides. Oes temps ne coïncident pas nécessairement avec les temps pendant lesquels sont appliquées les tensions des sources (31), (32) et 15 (33) à la couche (22) car, comme il est bien connu dans la technique des tubes électroniques, ces tensions ne sont pas les seules à commander l'émission électronique, d'autres électrodes parmi celles constituant le canon (11) étant généralement prévues pour permettre de bloquer à volonté cette émission. 20 II faut bien noter par ailleurs qu'un balayage de la cible pendant la totalité des temps d'ouverture et de fermeture de l'obturateur, quoique possible, n'est nullement nécessaire pour une bonne lecture. Un balayage pendant une fraction seulement de chacune de ces phases suffit en général largement ; l'éventualité de 25 plusieurs balayages successifs, de mêmes durées ou de durées différentes entre elles, s'étalant sur une partie de la durée de chacune de ces phases , ou sur la totalité de cette durée,est également possible, le choix dépendant des caractéristiques thermiques de la cible. 30 Dans l'exemple de la figure 2, on a représenté le cas d'un balayage par le faisceau d'électrons lents, correspondant au commutateur de la figure 1 dans la position 1, d'une vingtaine de millisecondes de durée, à la fin de la phase d'ouverture de l'obturateur, en supposant qu'à la fin de cette phase ce soit une diminution 35 du nombre descharges négatives ou une augmentation du nombre des t 71 17556 7 2137164 charges positives qui se soit produite au point considéré depuis le passage précédent du faisceau de lecture en ce point. Si tel n'était pas le cas il suffirait d'intervertir sur la figure 2 les lettres 0 et F pour que le diagramme conserve 5 sa signification. lie signal de lecture est celui apparaissant dans la résistance 28 lors de ce balayage dit balayage en électrons lents de lecture. D'après les expériences de la demanderesse ce balayage se situe de préférence juste avant le balayage en électrons rapides 10 et n'est appliqué que pendant une fraction de la phase de l'obturateur au cours de laquelle il intervient, comme c'est le cas dans l'exemple donnée en Figure 2. Ce balayage par électrons lents est représenté par le trait épais simple du milieu de la ligne du milieu du diagramme de la figure 2. 15 Donô le même exemple, le balayage en électrons rapides (commutateur dans la position (2) ) commence en même temps que la phase d'obturation qui suit la phase d'ouverture, et se poursuit pendant une centaine de millisecondes. On sait d'après ce qui précède, qu'à la fin du balayage par 20 électrons rapides le potentiel de la cible est fluctuant du fait des instabilités inhérentes au phénomène d'émission secondaire. C'eBt pourquoi l'invention prévoit d'effectuer, après le balayage par électrons rapides en question, et avant le balayage par électrons lents précédent,qui fournit le signal de lecture, 25 un autre balayage de la cible, de courte durée, par un faisceau d'électrons lents correspondant au commutateur (27) dans la position (3) (tension 33 ^tension 31 figure 2), de façon à uniformiser le potentiel de la cible. Dans l'exemple de la figure 2, ce balayage,qui commence juste 30 au moment où. s'arrête le balayage par électrons rapides et est maintenu jusqu'à l'apparition de la phase suivante, est représenté par le trait épais simple à l'extrémité droite de la ligne du milieu du diagramme. Plusieurs autres variantes sont possibles î ce balayage pourrait, par exemple, commencer un certain temps après 71 17556 8 2137164 la fin du balayage par électrons rapides, empiéter sur la phase suivante, etc.. . Ce dernier cas étant nécessairement réalisé si le balayage en électrons rapides se poursuivait jusqu'à la fin de la phase F dans l'exemple de la figure 2. Toutes ces variantes 5 sont comprises dans l'invention. La tension appliquée à l'électrode 22 pendant le balayage en électrons rapides ainsi que le courant du faisceau d'électrons rapides sont choisis de façon que la quantité de charges positives créées sur la face de la cible balayée par les électrons rapides 10 soit supérieure à la quantité de charges négatives pouvant apparaître sur cette face du fait du phénomène pyroélectrique, pendant tout le temps séparant le début de la phase de l'obturateur pendant laquelle est appliqué le faisceau d'électrons rapides,du moment où commence ce balayage par électrons lents. 15 D'une façon plus générale, il y a lieu de noter que, si sur le diagramme de la figure 2 on a donné un exemple d'un cycle possible, il est bien entendu que divers autres cycles le sont également dans le cadre de l'invention, la seule condition caractéristique du système de l'invention étant d'assurer un balayage 20 de courte durée par électrons lents après la fin du balayage en électrons rapides et au moins jusqu'au début de la phase du cycle de l'obturateur pendant laquelle a lieu le balayage par électrons lents de lecture. 71 17556 9 2137164 REYBSDICATI0H3 1. Système de prise de vues comprenant une cible pyroélectrique exposée au rayonnement incident et lue par balayage par un faisceau d'électrons lents de lecture, ledit balayage alternant avec un balayage par un faisceau d'électrons rapides suivant une 5 alternance réglée sur le cycle d'un obturateur placé devant la cible et masquant celle-ci au rayonnement incident pendant la phase d'obturation dudit cycle et la découvrant pendant la phase d'ouverture, ledit bâlayage en électrons lents se situant dans l'une desdites phases et le balayage en électrons rapides dans 10 l'autre, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour assurer un second balayage en électrons lents de ladite cible après la fin du balayage en électrons rapides et au moins jusqu'au début de la période du cycle de l'obturateur pendant laquelle a lieu le balayage en électrons lents de lecture. 15 2. Système de prise de vues suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le balayage en électrons lents de lecture et / ou le balayage en électrons rapides est/sont fractionné(s) en plusieurs balayages élémentaires séparés par des intervalles. 3. Système de prise de vues suivant la revendication 1, 20 caractérisé en ce que lesdits moyens consistent en un commutateur monté dans le circuit d'alimentation desdits faisceaux d'électrons, et comportant trois positions correspondant respectivement au balayage en électrons lents de lecture,au balayage en électrons rapides et au second balayage en électrons lents.