Brevet FR2335037A1 — publié le 19770708

La présente invention concerne un procédé de mise au point et de visualisation d'une image électronique et un per fectionner,ent aux dispositifs de visualisation-d'image électronique utilisant ledit procédé. Dans les dispositifs de visualisation d'objets au oyer, de faisceaux d'électrons, les images électroniques ne sont pas visibles t l'oeil nu. Par ailleurs elles se trouvent formées dans la ile.:'e enceinte à vide, généralement blindée, où se truuve insérée la source d'électrons. Il s'ensuit que lesdites images sont difficilement saisissables et ne peuvent être utilisées di rectenent. On doit donc effectuer la mise au point de telles images, soit sur un écran fluorescent, soit sur des plaques photo- graphiques dont l'emulsioll est spéciale. Il en résulte que toute étude de telles images doit être faite soit dans le noir, soit à l'aide d'un appareillage de prise de vues, c'est-à-dire sans contrôle immédiat de l'oeil humain.Dans le cas où l'étude est faite dans la penobre ou le noir, sur écran fluorescent, la luminosité et le contraste de l'image restent de toute façon limités et des @rises de vues ultérieures sont presque toujours indispensables. Ceci est le cas par exemple des études faites au mi- croscope électronique. Aux moyens grandissements (entre 20 000 et 100 000) la mise au point1 qui ne peut être faite à l'oeil nu, est généralement réalisée en utilisant une loupe binoculaire, extérieure à l'appareil visant un écran fluorescent placé obliquement par rapport a l'axe de faisceau à travers une vitre en verre au plomb qui assure l'étanchéité de l'appareil. Mais cet appareil devient vite insuffisant aux très forts grandissements (par exemple 500 000) car l'intensité lumineuse et le contraste sont trop faibles pour l'oeil.On a recours alors à un "tour de main" bien connu de l'homme de l'art qui consiste à imprimer l'image sur plaques photographiques en faisant toute une série de prises de vues correspondant a différentes longueurs focales de l'objectif électronique autour de la mise au point présumée On obtient ainsi par tatonnement la bonne mise au point estimée d'après la netteté des photos obtenues, celles-ci devant être prise en nombre élevé, par exemple de l'ordre de 6 a 8, par mise au point du microscope. Cette méthode est longue et coûteuse .1 i 'usage. Un inconvénient supplémentaire de la méthode peut résulter du fait que l'objet étudié se trouve soumis, pendant toute la durée de l'opération, au flux d'électrons ce qui peut le détériorer. On a proposé des procédés plus sûrs pour visualiser correctement les images électroniques fournies par certaisis dispositifs ou pour contrôler et nour faire la mise au point desdits dispositifs plus systématiquement avec pour but, dans certains cas, d'abréger le temps de mise au point et d'agir quasiment en temps réel. Ces procédés utilisent pour le réglage de la mise au point la transformée de Fourier de l'image électronique d'un ohjet test généralement C bruit blanc, c'est-t--dire contenant toutes les fréquences spatiales distribuées plus ou moins uniformé- ment, ledit objet test étant placé au lieu et place de l'objet a examiner. L'intensité du spectre dans le plan de Fourier de l'image d'un tel objet, quand la @ise au point du dispositif est correctJ est â répartition circulaire @ lu ou moins uni forme, la- quelle s'étend jusqu'à la fréquence de coupure du dispositif de visualisation électronique. Par contre, si l'objet n'est pas bien focalisé) il apparaît des ondes d'inégale intensité dans le nlan de Fourier, tandis que l'astigmatisme se signale par une reparti- tion qui n'est plus circulaire. Lors de ces procédés, l'image électronique de l'ob- jet test ou de l'objet à visualiser est généralement transformée en une transparence optique (diapositive) ou encore en un sig@al électrique à la sortie d'un tube gellre vidicon. Dans le premier cas, la transformée de Fourier est obtenue par diffraction ontique en utilisant de la lumière c laser. Dans le second cas, l'art antérieur révèle deux possibilités : - Une première possibilité consiste dans l'usage d'un ordinateur pour traiter le signal issu du vidicoii et en obtenir la transformée de Fourier comme indiqué nar exemple dans la Revue Journal of Physic E. Scientific Instruments 1975 Vol. 8 pages 582 - 587. - Une deuxième possibilité est celle indiquée dans le revue Advances in Image Pick up and Display-Academic Press INC Vol 1 (c) 1974 pages 286 et 287. Le signal est adressé à un relais optique à cible balayée à la même fréquence ligne que le vidicon. Pour le contrô- le de mise au point, la biréfringence de la cible correspondant a l'image électronique est lue en lumière cohérente, de manière à obtenir directement la transformée de Fourier sur un écran. Ce dispositif présente l'avantage de fournir des images optiques de grande dimension. Si ces procédés fournissent effectivement une visualisation de l'image électronique avec moyens de contrôle de la mise au point sûrs et élégants, et permettent de bénéficier dans certains cas d'un agrandissement de l'image, ils présentent néanmoins des inconvénients dûs notamment au fait qu'ils utilisent des étapes intermédiaires de transformations de l'image électronique en transparence optique ou en signal vidéo. Dans le cas de transformation préalable en transparence optique cette étape est longue. Dans le cas ae la transformation préalable en signal vidéo, on est obligé de faire appel a un matériel encombrant et coûteux : caméra de télévision, ordinateur, dispositif d'affichage, relais optiquedifficilement incorporable à demeure au dispositif électronique de visualisation d'objet proprement dit, et dont le temps imparti à la mise en oeuvre est loin d'être négligeable. De pluswl'utilisation du matériel précité et en particulier de la caméra de télévision limite la finesse de l'image visualisée. L'un des buts de l'invention est de visualiser et de traiter l'image électronique) en particulier en vue d'améliorer la mise au point de l'appareil et de la contrôler par une voie plus directe qui supprime lesdites étapes intermédiaires longues et coûteuses en matériel a mettre en oeuvre. L'invention permet également, grâce à l'emploi d'un dispositif réalisé en couche mince de restituer beaucoup mieux qutune caméra de télévision les détails de l'image visualisée. Pour cela, le procédé selon l'invention utilise un dispositif connu de l'art antérieur par exemple du brevet fran çais N" 2 139 606. Ce dispositif comporte principalement une plaquette de matériau électro-optique à biréfringence variable par effet Pockels en fonction de la tension électrique appliquée entre ses faces, ladite plaquette étant recouverte sur l'une de ses faces d'une couche photoconductrice en sélénium par exemple. Une différence de potentiel est appliquée entre la couche photoconductrice et l'autre face de la plaquette. Si une image optique est projetée sur la couche photoconductrice, les photons modulent la conduction de la couche et par conséquent la différence de potentiel appliquée entre les faces de la plaquette électro-optique et aussi sa biréfringence. Cette biréfringence est lue à l'aide d'une lumière polarisée qui restitue sur un écran l'image optique primitive. En fait la cible photoconductrice n'est pas uniquement sensible à des photons mais aussi a des électrons de moyenne ou haute énergie, si bien que le dispositif peut également restituer une image électronique sans le besoin des étapes intermédiaires mentionnées précédemment. L'invention utilise cette propriété.Eneintnx3limt Pockels sensible aux électrons indiqué ci-dessus, directement dans l'enceinte à vide du dispositif de visualisation électronique, ledit élément étant placé dans le champ image électronique et l'enceinte étant munie d'une fenetre transparente a la lumière pour la lecture de la biréfringence de la plaquette électrO-Optique. L'invention prévoit extérieurement à l'enceinte tous les moyens optiques de lecture de la biréfringence et d'affichage optique sur écran, ou encore de traitement optique par transformée de Fourier et filtrage en lumière cohérente ou incohérente. Un deuxième but de l'invention est ainsi atteint on obtient simultanémént avec l'image électronique une réplique optique de ladite image ou encore sa transformée de Fourier ou encore un filtrage de ladite image avec possibilité d'apprécier immédiatement la qualité de l'image en vue d'améliorer év-ntuellement la mise au point sur l'objet du dispositif de visualisation électronique et d'en améliorer la résolution ou d'extraire quasi instantanément l'information contenue dans l'image. Un troisième but de l'inventioll se se trouve en même temps atteint de ne soumettre l'objet à étudier qu'a un rayonnement aussi r(duit que possible, bien que l'image optique af fichée pressente ule luminosité élevée ; en effet le faisceau élec tronique C visualiser est utilisé uniquement pour moduler la transparence de la plaquette électro-optique de sorte que la luminosité de l'image optique affichée ne dépend que de la puissance lumineuse de la source utilisée pour la lecture. I1 en résulte one l'image optique affichée peut présenter une luminosité bien supérieure a celle qu'on obtiendrait en visualisant le faisceau électronique a l'aide d'un écran cathodolurinescent. Ainsi, le procédé selon l'invention pour visualiser et traiter une image électronique est remarquable en ce que l'enceinte â vide est munie transversalement au faisceau d'élec- trons, du côté du champ image électronique, d'une fenêtre trans parente à la lumière, et en ce que l t os introduit a l'intérieur de ladite enceinte, dans ledit champ image, un modulateur à effet Pockels directement sensible à des électrons du genre comprenant, cas l'ordre, dans le sens du déplacement des électrons, une coucle conductrice électriquement transparente aux électrons, une couce de matériau se comportant comme une couche à résistivité transversale variable sous l'impact d'électrons, un miroir diélectrique réfléchissant la lumière, une plaquette de matériau électro-optique à effet Pockels, une couche conductrice éle,ctri- quement, une différence de potentiel électrique constante étant appliquée entre la première et la dernière couche de llempile- ment, le modulateur comportant en outre d'une façon préférable des moyens pour refroidir la plaquette électro-optique au voisinage du Point de Curie et en ce que, a l'aide de moyens optiques extérieurs au dispositif électronique, la biréfringence optique induite dans la plaquette électro-optque est lue a travers la fenetre de l'enceinte en lumière polarisée laquelle, après réflexion sur le miroir diélectrique et sortie du dispositif électronique, est analysée dans un séparateur analyseur, puis projetée sur l'écran sous la forme d'une réplique optique de l'image électronique fournie par le dispositif, ladite projection étant concommitante avec la formation de l'image électronique. Une application directe de ce procédé général consiste en un procédé de contrôle de la mise au point des disposi tifs de visualisation d'objet à l'aide de faisceaux d'électrons, plus particulièrement mais non limitativement, d'un microscope électronique classique ou à balayage opérant > ar transmission en faisant usage de la transformée de Fourier d1uii objet test à spec- tre de Fourier connu. L'invention s'étend au dispositif de mise en oeuvre de ce procédé, ledit dispositif le lus général étant un dispositif de visualisation d'objet par faisceau d'électrons muni d'un modulateur à effet Pockels sensible aux électrons C l'intérieur dudit dispositif, et a l'extérieur, de moyens de lecture optique de la biréfringence de l'élément Pockels, uii cas particulier et remarquable dudit dispositif général étant le microscope électro- nique. L'invention sera mieux comprise @ 1 l'aide de la des- cription suivante de quelqueS modes de réalisation de l'invention accompagnée de dessins qui représentent : Figure 1: un schéma de modulateur à effet Pockels sensible aux électrons et son système optique de lecture de traite ment et d'affichage de biréfringence, l'élément a effet Pockels étant introduit dans le champ image electroni que d'un dispositif de visualisation d'objet par élec trons. Figure 2 : l'utilisation de la transformée de Fourier tour la mi se au point d'un microscope électronique et son con trôle à l'aide d'un modulateur à effet Pockels sensi ble aux électrons, introduit dans le champ image dudit microscope. Sur la figure 1 on a rappelé la structure du relais optique utilisé dans l'invention avec son système de lecture optique de biréfringence de la plaquette à effet Pockels et d'af- fichage sur écran de ladite lecture. Le modulateur à effet Pockels proprement dit est in troduit selon l'invention à l'intérieur de ltenceirIte 1 vide il d'un dispositif de visualisation par électrons. L'enceinte comporte une f@nêtre 12 transparente à la lumière; Ce modulateur comprend une @lace support 13 transparente à la lumière puis dans l'ordre une couche 14 conductrice transparente à la lumière, une @laquette électro-o@tique 15 pré sentant l'effet Pockels, par exemple en phos@hate diacide de po- tassium deutéré t-KDP), -un miroir diélectrique 16 en plusieurs couches réfléchissant la lumière de lecture, une couche 17 faite d'un matériau à résistivité élevée dans lequel le bombardement électronique génère des porteurs de charge susceptibles de se déplacer dans ledit matériau et d'y engendrer sous l'effet d'un champ électrique appliqué, des courants primaires ou secondaires, de telle sorte que ladite couche se comporte comme un élément présentant une résistance variable ; la couche 17 peut etre en sélénium amorphe par exemple ; enfin une couche 18 transparente aux électrons par exemple en or. Ce modulateur est d'une façon préférable refroidi jusqu'à une température voisine de la température de Curie du matériau électro-optique à effet Pockels, par exemple à l'aide d'éléments refroidisseurs a effet Pelletier non représentés. L'interrupteur 19 à 2 positions est relié d'une part au moyen des fils conducteurs 17' et 18' aux électrodes 14 et 18, d'autre part au générateur de tension électrique 20. I1 permet soit d'appliquer ladite tension auxdites électrodes, soit de les court-circuiter. L'image électronique du dispositif de visualisation est transportée par le faisceau électronique 21. Selon l'invention, la couche 18 du modulateur est placée dans le champ image électronique dudit dispositif. La biréfringence inscrite dans le KDP est lue en lumière polarisée linéairement a l'aide du faisceau 9. Ce faisceau de lumière provient de la source de lumière 10. Il est focalisé par l'élément optique 8 dans le polariseur 7 lequel réfléchit la lumière vers l'objectif 6. Le faisceau traverse alors cet objectif puis tombe sur le modulateur précédemment décrit situé à l'intérieur de l'enceinte Il. Le faisceau est réfléchi par le miroir diélectrique 16.La lumière possède alors à la sortie du modulateur les informations de biréfringence contenues dans la plaquette électro-optique 15 et correspondant à l'image électronique véhiculée par le-faisceau électronique 21. Le faisceau 9 ressort du dispositif électronique par la fenetre 12. La lumière qui est alors polarisée élliptiquement est dirigée par 1' objectif 6 sur le polariseur 7 qui joue le role d'analyseur séparateur de lumière eut laisse passer vers l'écran d'observation 5 une lumière dont les variations spatiales reproduisent l'image de charges électroniques présen tes aux bornes du KDP. On obtient ainsi sur l'écran 5 en temps réel une réplique agrandie de l'image électronique transportée dans le faisceau 21. Selon l'invention cette image permet en particulier de juger instantanément de la mise au point du dispositif électronique sur l'objet à étudier. En effet cette mise au point affectera la netteté de l'image obtenue sur l'écran par l'intermédiaire de la couche 17 dans le champ image du dispositif électronique. L'invention profite et met en usage les possibilités et performances connues du relais qui sont rappelées ici pour mémoire étaS;bien entendu que l'invention ne revendique pas le relais optique lui-même, mais son application à un cas d'espèce. Lesdites propriétés et performances utilisées sont celles qui concernent les possibilités de mémoire du dispositif lesquelles se trouvent transposées daims le domaine des images électroniques. Il en découle selon l'invention en ce qui concerne lesdites images des possibilités d'addition de deux images, d'intégration temporelle, de soustraction de deux images, de dérivations spatiales, de traces de contour d'équiluminance, de soulignement de contours et de rehaussement de détails, autant d'opérations qui se font en un temps limité Sur la figure 2 on a représenté une application de ce procédé général consistant dans l'utilisation de la transformée de Fourier pour le contrôle de mise au point d'un dispositif de vision d'objet par faisceau d'électrons ou encore pour une analyse d'image électronique. -A titre d'exemple on a supposé que le dispositif de vision par électrons est un microscope électronique. C'est en effet une des applications les plus intéressantes de l'invention. Ce microscope électronique est représenté en 30 au niveau de la formation de l'image. On sit que la profondeur de champ d'un tel instrument est très grande si bien que dans ce champ peut être placée la chambre photographique 31 puis une autre chambre 32 contenant le modulateur a effet Pockels. Pour la manipulation des plaques photographiques la chambre 31 peut être isolée du vide de l'appareil et de la chambre 32. En l'absence de manipulation ces chambres 31 et 32 conmuniquent avec le vide de l'appareil et le faisceau 33 électronique tombe sur le rnodula- teur re@résenté en 34. La couche sensible aus électrons est du côt de la face 35 du modulateur tandis que la plaquette électro-optique est du côté de la face 36. Le dispositif de lecture à travers la fenêtre 41 de la biréfringence de la plaquette est analogue â celui de la figure i a ceci près aue la source d'éclairement est une source de lumière cohérente constituée car le laser 37 dot le faisceau est focalise par la lentille 8 au point F' symétrique du foyer F de l'objectif U nar rapport au miroir t0 du du polariseur analyseur 7. On récolte alors la transformée de Fourier de l'image électronique sur l'écran placé cette fois-ci dans le plan du foyer image F de l'objectif b. Pour le contrôle de-la mise au point du micros copte électronique on se sert par exemple d'objet test à spectre de Fourier connu, par exemple un film de carbone. Si la mise au point est correcte on obtient dans le plan de Fourier une réuniforme partition circulaire d'intensité lumineuse \ tandis qu'une d@fo- calisation se signale par l'apparition d'a@@eaux d'intensité inégale et l'astigmatisme par une distorsion desdits anneaux. On dispose ainsi d'une méthode directe quasi instantanée de contrôle de la mise au point. On peut aussi procéder à des filtrages de l'image oar introduction d'un filtre spatial dans le plan de Fourier (plan de l'écran 5) et reconstruction de l'image sous une forme agrandie. L'invention s'étend au dispositif de mise en oeuvre dudit procédé de contrôle et de mise au point et notamment à tout dispositif de vision d'objet par électrons muni d'un modulateur à effet Pockels sensible a un faisceau d'électrons et introduit a l'intérieur dudit dispositif, par exemple le mi microscope écrit srécédenulent. REVENDICATIONS : 1. Procédé pour visualiser et traiter une liage électronique dans un dispositif de visualisation d'objets par électrons, caractérisé en ce que l'enceinte à vide est munie transversalement au faisceau d'électrons, du côté du clamp image électronique, d'une fenêtre transparente à la lumière, et en ce que l'on introduit à l'intérieur de ladite enceinte, dans ledit cnamp image, un modulateur å effet Pockels directement sensible r;; électrons du genre comprenant, dans l'ordre, dans le sens du dé- placement des électrons, une couche conductrice électriquement transparente aux électrons, une couche de matériau se comportant comme une couche â résistivité transversal- variable sous l'impact d' électrons, un miroir diélectrique réfléchissaut la lumière, une plaquette de matériau électro-optique à effet Pockels, une couche conductrice électriquement, une différence de potentiel électrique constante étant appliquée entre la première et la dernière couche de ltempilement, le modulateur comportant en outre d'une façon préférable des moyens pour refroidir la pla omette électro-optique au voisinage du Point de Curie et en ce que, à l'aide de moyens optiques extérieurs au dispositif élec- tronique, la biréfringence optique induite dans la plaquette é- lectro-optique est lue a travers la fenêtre de l'enceinte en lumière polarisée laquelle, après réflexion ;;nr le miroir diélec- trique et sortie du dispositif électronique, est analysée dans un séparateur analyseur, puis projetée sur l'écran sous la forme d'une réplique optique de l'image électronique fournie parltriit dispositif, ladite projection était concommitante avec la formation de l'image électronique. 2. Procédé selon la revendication l, caractérise en ce que ladite réplique optique est une image optique, au sens classique, de image électronique. 3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'image optique présente une luminosité élevée et indépendante de l'intensité du faisceau électronique. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lumière de lecture de la biréfringence de l'élément Pockels est cohérente et on ce que ladite réplique optique est la transformée de Fourier de l'image électro@ique, ou une image optique ayant subi un filtrage dais le plaii de Fourier. 5. Procédé de mise au point et de réglage d'un dispositif de visualisation d'objet par électrons, caractérisé en ce qu'il utilise l'un des procédés selon l'une des revendications 1 à 4 . b. Procédé de mise au point et de réglage selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il utilise le procédé selon la revendication 4 et un objet test à spectre de Fourier connu. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'objet test est un objet à bruit spatial blanc, par exemple un film de carbone évaporé. 8. Perfectionnement aux dispositifs de visualisation d'objets par faisceau d'électrons, caractérisé en ce qu'ils sont conçus pour la mise en oeuvre de l'un des procédés selon l'une des revendications 1 à 7. 9. Perfectionnement selon la revendication 8, caractérisé en ce qu 10. Perfectionnement selon la revendication 9 a un microscope électronique du genre comprenant dans le champ image électronique une chambre à usage photographique pouvant être isolée provisoirement du vide de l'appareil, caractérisé en ce que le modulateur à effet Pockels est mis à la suite de ladite chambre dans le sens de déplacement des électrons.