Brevet FR2336792A1 — publié le 19770722

L'invention concerne la mise en oeuvre, dans un dispositif de prise de vues à cible résistive, des moyens de compensation par ions. Un exemple de cible de ce genre est fourni par les cibles pyroélectriques, connues de l'art, utilisées dans les tubes de prise de vues en rayonnement thermique. Dans ce qui suit, on considérera cet exemple pour préciser les propriétés caractéristiques des cibles résistives auxquelles s'applique l'invention, étant entendu que l'invention n'est pas limitée à cet exemple mais s'applique en général à toute cible possédant ces caractéristiques, entre autres aux cibles piézoélectriques, utilisées à l'obtention d'images acoustiques. Les dispositifs de prise de vue en rayonnement thermique utili sent un tube électronique muni sur sa face d'entrée d'une cible en un matériau pyroélectrique. L'une des faces'de la cible est métallisée pour obtenir une surface équipotentielle de référencer ou plaque-signal. Le rayonnement thermique absorbé par la cible inscrit sur celle-ci un relief de température auquel correspond un relief de potentiel, image de l'objet d'où provient ce rayonnement : en chaque point de 12 la cible, douée d'une résistivité de l'ordre de 101? ? ohm - m, la polarisation électrique spontanée prend une valeur fonction de l'énergie thermique absorbée par ce point. Cette image est lue par un faisceau d'électrons balayant point par point la cible sur sa face opposée à celle exposée au rayonnement incident et déposant en chacun de ses points la quantité d'électrons nécessaire pour neutraliser la différence de potentiel régnant entre le point balayé et la cathode, au moment du passage du faisceau en ce point. L'écoulement de ces charges dans une résistance reliée à la cible constitue le courant de signal ; voir le brevet français 2 127 167 du 14 mai .. 1971. Dans ce genre de tubes, on se heurte, avec ce mode de lecture, à une difficulté connue provenant du signe constant des charges déposées par le faisceau lors de ses passages successifs sur le même point, à savoir celui, négatif, des électrons de ce faisceau. Or, entre un passage du faisceau en un point et son passage suivant en ce point, le potentiel de ce point par rapport à celui qui lui fait vis-à-vis sur la face opposée de la cible, pris comme référence, peut avoir varié tout aussi bien dans un sens que dans l'autre, ces variations pouvant être telles, en particulier, que le potentiel du point balayé s'abaisse en dessous du potentiel de la cathode. Il est clair alors que le balayage par le faisceau ne pourra neutraliser que les variations de polarisation laissant le point balayé à un potentiel supérieur à celui de la cathode. On a imaginé dans l'art antérieur diverses dispositions pour surmonter cette difficulté. L'une d'elles consiste à déposer sur la face de la cible balayée par le faisceau une quantité d'ions positifs rajoutant en tout point, au-potentiel de signal précédent, un potentiel positif fixe, supérieur en valeur absolue à la valeur maxima du potentiel de signal, de façon que la neutralisation à réaliser soit toujours de même sens et puisse être accomplie par les charges négatives des électrons du faisceau. On se heurte alors à une nouvelle difficulté, celle de la constance dans le temps de la quantité d'ions captée par chaque point de la cible ; il est nécessaire que cette quantité reste fixe et la même pour tous les points au cours du fonctionnement de la cible. On a donc imaginé aussi d'asservir, à la valeur du courant d'ions atteignant la cible, les moyens de production des ions, c'est-à-dire principalement le courant du faisceau d'électrons et la pression du gaz de remplissage du tube, auxquels ce courant d'ions est proportionnel. Quoi qu'il en soit, dans les systèmes connus de l'art antérieur, le faisceau d'électrons assurait simultanément la double fonction de lecture et celle d'ionisation des molécules de gaz ; pendant la lecture le faisceau assurait une ionisation suffisante pour produire sur la cible le courant d'ions exigé.Ce mode de fonctionnement, simultané, présente certains inconvenients, celui, notamment, de nécessiter une pression de gaz relativement élevée, autour de 5 x 10-4 torr dans le cas de l'hydrogène, si l'on veut pouvoir maintenir le courant d'électrons en deçà de certaines limites, afin de ménager la cathode et accroître la durée de vie du tube; un autre inconvénient est celui d'une répartition spatiale non homogène du courant d'ions sur la cible : on observe fréquemment en effet, une densité du courant d'ions plus élevée au centre de la cible qu'à la périphérie. La présente invention concerne un mode de fonctionnement séquentiel, où sont séparées,dans le temps, la fonction dlionisation des molécules de gaz et celle de lecture du relief de potentiel de la cible par le faisceau d'électrons. Ce mode séquentiel permet d'éviter les inconvénients cités plus haut desomodes non séquentiels, par 1'augmentation du courant de faisceau qu'il permet pendant les phases d'ionisation et la réduction corrélative de la pression de remplissage du tube, favorable comme on sait à une meilleure duréc de vie ;; d'autre part, l'augmentation du courant de faisceau au cours des phases d'ionisation ayant lieu avec dé-focalisation, elle contribue à diminuer les inhomogénéités de répartition spatiale du courant d'ions sur la cible, dont il a été question plus haut. La dé - focalisation en question consiste à augmenter par variation de la convergence du faisceau la surface d'impact sur la cible. Ces modifications de l'intensité et de la convergence du faisceau d'électrons,dans les tubes fonctionnant suivant le mode séquentiel de l'invention, se font par les moyens connus de l'optiawue électronique c'est-à-dire par modification du potentiel de l'électrode de comman- de du faisceau,placée au voisinage de la cathode et de celui des électrodes accélératrices. L'invention sera mieux comprise en se reportant à la description qui suit etaux figures jointes consistant en deux diagrammes de tension (figure 1) et de courant (figure 2) explicatifs de la méthode de l'invention. On notera que le courant du faisceau d'électrons, pendant la phase où il est utilisé à l'ionisation des molécules de gaz, doit assurer le dépit d'ions sur la cible mais ne doit produire, pendant cette phase, aucune destruction du relief de potentiel existant sur la cible. Dans ce but, la différence de potentiel entre la plaque signal et la cathode sera portée, pendant cette phase, à une valeur suffisamment négative pour que seul ait lieu le dépot d'ions positifs sur la face interne de la cible, c'est à dire celle balayée par le faisceau d'électrons et opposée à celle portant la plaque-signal, les électrons du faisceau étant eux-mêmes incapables d'atteindre la cible à cause de la valeur élevée de, cette différence de potentiel.La modification de la valeur de cette différence de potentiel par rapport à sa valeur pendant la phase de lecture se fait par commutation de la tension de la plaque-signal ou de la tension de cathode. De cette façon, pendant la phase d'ionisation, le relief de potentiel d'origine pyroélectrique inscrit sur la cible ne subit aucune altération ; il est annulé au cours de la phase de lecture, destructive, ohla différence de potentiel plaque-signal-cathode est portée à une valeur proche de zéro, ou légèrement négative, - 5 V par exemple, cette différence étant portée à - 20 V pendant la phase d'ionisation. Plusieurs variantes de succession entre phases d'ionisation et phases de lecture sont possibles dans le cadre de l'invention. A titre d'exemple, la lecture peut avoir lieu pendant une trame image, le faisceau d'analyse explorant la totalité de la cible, la phase suivante d'ionisation, ou de compensation, par apport d'ions positifs, ayant lieu pendant la trame suivante et pendant une durée égale à celle d'une trame de lecture, ou différente de cel]e-ci. L'intensité et la focalisation du faisceau d'électrons sont ajustées pendant cette phase à des valeurs indépendantes de celle de la phase de lecture. Un tel fonctionnement séquentiel permet de déterminer aisément le courant d'ions qui n'est autre, au signe près, qu'un courant de signal, dans les conditions particulières de la cible lors de la phase d'ionisation . Contrairement au cas du fonctionnement non séquentiel aucune structure particulière de la cible n'est nécessaire; dans l'art antérieur cette cible devait comporter une -bordure -conductrice sur sa face balayée ; voir la demande de brevet français enregistrée sous le No. 75.20 397 La figure 1 illustre, à titre d'exemple non limitatif, un mode de fonctionnement séquentiel de l'invention, ou une trame de compensation succède à une trame de lecture.Sur cette figure est représentée en fonction du temps la différence de potentiel entre la plaque-signal et la cathode, VS - Vg, pendant une trame de compensation, repère 1, et une trame de lecture, repère 2. La figure 2 donne le courant de signal io d'une ligne de ces trames au cours de la phase de compensation, segment de gauche, et de la phase de lecture. Àu cours de la phase de lecture le courant de la cible comprend le signal d'origine pyro-électrique, symbolisé par la sinusolde, alors que, pendant la phase de compensation, il ne comporte aucune composante pyroélectrique, puisque,comme on l'a noté, au cours-de cette phase, aucun électron n'atteint la cible. Dans le cadre de l'invention, l'alternance entre phases eut revêtir d'autres formes que celle de 11 exemple décrit ; la compensation peut se faire ligne par ligne, la lecture de chaque ligne étant suivie d'une phase d'ionisation, soit pendant la ligne suivante, soit pendant le retour de ligne. Le fonctionnement séquentiel de l'invention' permet des remplis sages gazeux à plus faibli pression, de l'ordre de 10 4 Torr, et des durées de vie du tube sensiblement augmentées. Dans le cas où une régulation du courant d'ions est prévue dans le tube, comme dans la demande de brevet citée, le courant de signal utilisé à cette régulation, prélevé pendant les phases de bombardement par les ions, offre l'avantage, avec le mode de fonctionnement séquentiel, de ne présenter aucune composante pyroélectrique. L'invention s'applique de façon générale à tous les tubes de prise de vues à cible résistive i compensation par ions. REVJDI CAT IONS Méthode de mise en oeuvre des moyens de compensation par ions dans les tubes de prise de vues à cible résistive, dans lesquels la face avant de la cible balayée point par point, au cours d'une phase de lecture, par un faisceau d'électrons issus de la cathode du tube, présente une différence de potentiel par rapport à la face arrière de ladite cible, à un potentiel fixe, dit premier potentiel, qui varie avec l'intensité du rayonnement incident reçu par le point, tubes dans lesquels des moyens sont prévus pour que ladite face avant reçoive un bombardement par des ions résultant de la collision entre les molécules du gaz de remplissage du tube et les électrons dudit faisceau, élevant le potentiel desdits points, caractérisée en ce que ces moyens sont mis en oeuvre dans une phase de bombardement distincte de ladite phase de lecture, ladite face arrière étant portée pendant les phases de bombardement à un second potentiel fixe intérieur au dit premier potentiel, en ce que lesdites phases de lecture et lesdites phases de bombardement par les ions se succèdent suivant une alternance donnée, et en ce que ces moyens comprennent des moyens pour faire varier les caractéristiques dudit faisceau de la phase de lecture à la phase de bombardement. 2. Méthode suivant la revendication 1, caractérisée en ce que chaque trame de lecture est suivie d'une trame de bombardement. 3. Méthode suivant la revendication 1, caractérisée en ce que chaque ligne de lecture est suivie d'une ligne de bombardement. 4. Méthode suivant la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens comprennent des moyens pour augmenter l'intensité dudit faisceau d'électrons pendant la phase de bombardement par ions. 5. Méthode suivant la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens comprennent des moyens pour augmenter la surface de l'impact dudit faisceau sur ladite face avant.