Brevet FR2282716A1 — publié le 19760319

La présente invention concerne un dispositif du genre tube de prise de vue par comptage de photons. Plus particulièrement, elle concerne un tube de prise de vue comportant, pour réaliser le comptage de photons, un élément multiplicateur d'électrons sous la forme d'une galette de microcanaux à émission secondaire électronique dont les axes desdits microcanaux sont parallèles entre eux et présentent une courbure entre l'entrée et la sortie des électrons. I1 est connu de construire des tubes de prise de vue incluant un élément amplificateur d'image du type galette de microcanaux dont les parois internes présentent le phénomène d'émission secondaire. Ces tubes comprennent essentiellement, d'une manière générale, à ltintérieur d'une enceinte à vide munie d'une fenêtre transparente aux radiations photoniques, dans l'ordre, une couche photoélectrique qui convertit 11 image optique en une image électronique, un élément multiplicateur d'électrons sous la forme d'une galette de microcanaux à émission secondaire électronique, une cible accumulant localement les charges issues des microcanaux et les moyens pour balayer, neutraliser et lire séquentiellement l'image inscrite sur la cible.Ces moyens sont constitués par exemple d'un canon a électrons lents munis de moyens de déflexion du faisceau d'électrons. Un tel dispositif est décrit par exemple dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique ne 3.544.825 et nO 3.555.345. L'utilisation d'un tel multiplicateur d'électrons apporte des améliorations notables aux performances des tubes de prise de vue sous la forme d'une augmentation de la sensibilité optique et du rapport signal à bruit. Cependant, ces performances sont encore limitées du fait que les microcanaux utilisés sont des canaux rectilignes. On sait, quten effet, lorsque de fortes tensions électriques sont appliquées entre les faces d'une galette à canaux rectilignes en vue d'augmenter le gain, apparaissent alors les phénomènes de retours ioniques qui se traduisent par des signaux parasites dans l'image. Les galettes sont alors en fait nécessairement alimentées à l'aide de tensions plus faibles pour éviter ces retours ioniques. Par suite des processus aléatoires de multiplication, le gain du multiplicateur présente une grande variation si bien qu'il n'existe pas une relation univoque entre la charge de la particule à l'entrée d'un canal et la charge des particules qui lui correspondent en sortie. Certains photoélectrons provenant de l'image peuvent alors être noyés dans le bruit en sortie et ne peuvent être identifiés. Cet inconvénient est très gênant lorsqu'il s'agit d'enregistrer de tres faibles flux de photons en provenance par exemple d'étoiles de magnitude supérieure à 20. On a alors besoin de pouvoir individualiser les photons et de les compter. On fait alors appel à des intensificateurs d'image comportant une série de couples photocathode-écran phosphorescent montés en cascades comme indiqué dans l'article de A. Boksenberg et D.E. Burgess "An Image Photon Counting System for Optical Astronome publié dans Advances in Electronics and Electron Physicé' 33 B 1972 page 835 et suivantes - Academic Press-London and New York. Cette solution présente l'inconvénient d'hêtre encombrante. L'un des buts de l'invention est d'utiliser un intensificateur d'image moins encombrant. Un autre but de l'invention est de munir le tube de prise de vue d'un élément intensificateur permettant d'individualiser les photons et d'en assurer le comptage. L'invention propose d'utiliser une galette de microcanaux a émission secondaire possèdant des propriétés particulières ,du fait de ses caractéristiques spéciales notamment la courbure des microcanaux. La courbure des microcanaux évite les retours ioniques et permet le fonctionnement de la galette avec des gains élevés de l'ordre de 107 dans le régime saturé d'impulsion unique. Le gain est alors très peu variable et chaque photon est individualisé du fait qu'â chaque photoélectron correspond en sortie une avalanche d'électrons dont la charge totale est calibree à la valeur maximum possible, compte tenu de la saturation du canal considéré. L'image optique se trouve transformée en une image électronique par des moyens conventionnels telle une cible isolante placée en sortie de la galette de microcanaux sur laquelle se développe une charge qui est lue à l'aide d'un balayage par électrons lents, ladite lecture fournissant un signal vidéo. Dans le cas d'une image optique, d'un objet de faible luminosité, par exemple une étoile faible, l'observation s'effectue pendant un certain laps de temps et l'image électronique obtenue ainsi que le signal vidéo qui lui correspond se présente comme une accumulation digitale de photoélectrons lus séquentiellement, pouvant être mise en mémoire, par exemple dans un calculateur pour une restitution ultérieure. Selon la présente invention, il est ainsi mis au point un tube de prise de vue du genre comprenant, dans l'ordre, un ensemble détecteur convertisseur de photons en photoélectrons et intensificateur desdits photoélectrons, sensible à un photoélectron unique et un système d'analyse et de lecture de l'image électronique en sortie de l'intensificateur traduisant ladite image en un signal vidéo, caractérisé en ce que la partie intensificatrice des photoélectrons dudit ensemble est une galette de microcanaux dont les parois internes présentent un phénomène d'émission électronique secondaire avec un coefficient d'émission supérieur à 1, les axes des canaux étant parallèles et présentant une courbure, lesdits canaux fonctionnant en régime de saturation de charge lorsqu'ils sont excités par des électrons uniques. Les moyens d'affichage et de lecture peuvent revêtir d'autres formes telle qu'une multianode ou cible au silicium avec transfert latéral de charges. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description de modes de réalisation accompagnés des dessins représentant: fig. i : une coupe longitudinale d'un dispositif comportant, pour la lecture,un canon à électron lent. fig. 2 : une coupe longitudinale d'un dispositif comportant pour la lecture,une plaque multianode. fig. 3 : une vue particulière de la plaque multianode. Sur la figure i' sous le numéro lloest représentée une enceinte à vide fermée à l'aide de la fenêtre 12 transparente aux radiations lumineuses 18. En 13 est représentée une couche photoélectrique transparente. Une galette à canaux courbes est représentée sous le numéro 14 ladite galette étant munie sur les faces d'entrée et de sortie, respectivement 32 et 31, de couches conductrices respectivement 20 et 19 En aval de la galette on trouve nécessairement une cible isolante 10 déposée, par exemple, sur la couche 19,de coefficient d'émission secondaire électronique supérieur à 1, une grille 15 et un canon à électrons 16 muni de ses plaques de déviation 17. Des différences de potentiels électriques sont appliquées entre les différentes électrodes, les bornes d'alimentation étant indiquées en 26, 27, 28 et 29. A titre d'exemple pour une galette constituée de canaux de 12,5/ru de diamètre, l'épaisseur de la galette étant de 2,5 mm, la face de sortie 19 donc aussi la cible 10 est-à la masse à travers la résistance de charge 22 tandis que la face d'entrée est à - 1600 V, la photocathode 13 à - 1900 V et l'élec trode 15 à 100 V, le potentiel du canon 16 étant pour sa part voisin de celui de l'électrode 19. Sous l'action des photoélectrons multipliés dans la galette, la cible émet des électrons secondaires qui sont absorbés par la grille 15 laissant subsister une répartition de charges positives sur la cible. Le faisceau d'électrons lents 21 permet de lire ladite répartition. Celui-ci balaye ligne par ligne la cible 10. Lorsqu'il rencontre des charges positives, les électrons annulent une certaine quantité de charges positives ou sont collectés par l'électrode 19. Lorsqu'il nten rencontre pas les électrons sont réfléchis et attirés par l'électrode 15. I1 en résulte une modulation du courant capté par cette électrode ou l'électrode de sortie 19. Cette modulation apparait sous la forme d'un signal vidéo aux bornes d'un circuit résistance capacité relié à l'électrode 15 ou 19. Sur la figure 1 ces résistance et capacité sont respectivement les éléments 22 et 23 reliés à l'électrode 19. Le signal vidéo apparaît à l'extré- mité 9 de la capacité 23, laquelle extrémité est reliee au moyen 24 d'exploitation du signal vidéo. Du fait de la forte tension électrique appliquée aux faces de la galette, celle-ci fonctionne dans le mode saturé de charge et délivre en sortie des avalanches d'lectrons impultionnelles calibrées correspondant chacune à l'entrée d'un électron dans l'un des canaux. Après une avalanche à la sortie d'un canal, une autre avalanche ne peut se produire à la suite de entrée d'un nouvel électron dans le même canal1 qu'après un laps de temps, dit de récupération, de l'ordre de i ms pendant lequel l'intérieur du canal retrouve son état électrique avant multiplication. Dans le cas où l'objet est constitué de points lumineux de faible intensité,correspondant par exemple à des étoiles de faible grandeur, l'apport de photons est faible, si bien que la probabilité pour que plusieurs photoélectrons se présentent à la fois à l'entrée d'un même microcanal est faible. Le signal vidéo est alors constitué d'impulsions calibrées correspondant chacune à un photoélectron. Le dispositif peut alors fonctionner en comptage de photons qui, grâce aux impulsions calibrées, sont individualisés et peuvent être mis en mémoire et intégrés dans un calculateur numérique qui constitue le moyen d'exploitation du signal vidéo indiqué sous le numéro 24 de la figure 1. Avec un tel dispositif le taux de comptage de photons est de l'ordre de 1000 coups par seconde et par canal. Selon un autre mode de réalisation, le système de détection est constitué d'une multianode comme indiqué à la figure 2 en coupe. 51 est une enceinte à vide munie d'une fenêtre 52 transparente aux radiations lumineuses 53. Le dispositif comporte une photocathode 54 et unie galette de microcanaux courbes 55 munie sur ces faces d'entrée de couches conductrices respectivement 56 et 57. La multianode est représentée en 58. Cette multianode se présente comme une plaque plane représentée plus spécialement sur la figure 3. Elle est constituée d'un arrangement suivant des lignes et des colonnes de surfaces élémentaires conductrices telles que 61, 62, 63 noyées dans un matériau isolant 66. Chaque élément est solidaire d'un conducteur tel que 65, rigide, perpendiculaire à l'élément, ce conducteur permettant l'alimentation en potentiel de l'élément et le prélèvement du signal. Par des moyens non représentés on prévoit la commutation séquentielle de chaque élément avec le moyen d'exploitation du signal vidéo. Les différents éléments du tube sont portés à certains potentiels électriques à savoir par exemple 57 à la masse, 56 a - 1600 V, 54 à - 1900 Y et chaque élément d'anode à 200 V par l'intermédiaire d'une résistance de charge de l'ordre de 10.000 ohMs. Ce système fonctionne comme le précédent en compteur de photons. II a de soi que fait partie de l'invention tout système pour prise de vue qui comporterait une galette de canaux courbes fonctionnant dans le mode saturé et dont le système de lecture de l'image électronique serait emprunté à l'art connu, tellepar exemple une cible au silicium avec transfert latéral de charges entrant dans la constitution de dispositifs de prise de vue entièrement solide. PVENDICATIONS, t. Tube de prise de vue du genre comprenant, dans l1ordre, un ensemble détecteur convertisseur de photons en photoélectrons et intensificateur desdits photoélectrons, sensible à un photoélectron unique, et un système d'analyse et de lecture de l'image électronique en sortie de l'intensificateur traduisant ladite image en un signal vidéo, caractérisé en ce que la partie intensificatrice des photoélectrons dudit ensemble est une galette de microcanaux dont les parois internes présentent un phénomène d'émission électronique secondaire avec un coefficient d'émission supérieur à 1, les axes des canaux étant parallèles et présentant une courbure, lesdits canaux fonctionnant en régime de saturation de charge lorsqu'ils sont excités par des électrons uniques. 2. Tube de prise de vue selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens d'analyse et de lecture de limage électronique sont constitués d'une cible isolante à fort coefficient d'émission secondaire électronique placée parallèlement à la galette de icrocanaux en sortie de celle-ci et d'un canon à électrons lents balayant séquentiellement ladite cible isolante. 3. Tube de prise de vue selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens d'analyse et de lecture de l'image électronique sont du genre multianode constituée d'une électrode plane placée parallèlement à la galette de microcanaux en sortie de celle-ci, ladite électrode comportant un arrangement régulier de régions séparées l'une de l'autre par un isolant électrique, lesdites régions étant portées à un potentiel positif par rapport à la face de sortie de la galette de microcanaux, la face externe de chaque région étant reliée à un conducteur électrique permettant la prise du signal sur chacun des éléments de la multianode. 4. Tube de prise de vue selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens d'analyse et de lecture de l'image électronique sont constitués d'une cible au silicium en forme de mosaique avec transfert latéral de charges, analogue à celle entrant dans la constitution de dispositif de prise de vue entièrement solide.