Brevet FR2478370A1 — publié le 19810918

La présente invention concerne un dispositif localisateur d'im- pact de particules. Elle concerne également les oscilloscopes catho- diques et les tubes de prise de vues comportant un tel dispositif. On connaît dans l'art antérieur des localisateurs des coordonnées x et y d'un point émissif P basés sur le principe suivant. On dispose d'une plaque rectangulaire en un matériau de résistivité uniforme, dont deux côtés opposés sont bordés d'une électrode en un matériau faiblement résistif. On injecte un courant en un point P quelconque de cette plaque par une source de tensiorf continue reliée entre la plaque et les électrodes. On sait qu'il circule dans chaque électrode des courants i1 et i2 tels que la coordonnée x du point P, sur un axe Ox perpendiculaire aux électrodes s'écrit: x = (i - i2) / (il + i2). Pour connaître la coordonnée y du point P sur un axe Oy perpendiculaire à Ox, il suffit de disposer sur la plaque deux autres électrodes perpendiculaires aux premières et d'injecter un courant au point P en utilisant ces électrodes. La coordonnée y du point P s'écrit en fonction des courants i'1 et i'2 qui circulent dans ces électrodes: y = (i'1 - i'1) / (i'1 + i'2) La présente invention concerne un dispositif localisateur qui permet de localiser non plus une suite séquentielle de points mais toute une courbe reçue simultanément par le localisateur. Le localisateur d'impact de particules selon la présente inven- tion comporte: - au moins une surface plane sensible dite surface principale munie de deux axes orthogonaux, Ox et Oy, qui est soumise à l'impact de particules provoquant une modification de l'état élec- trique initial de la surface; - des moyens assurant la lecture successive de'l'état électrique de surfaces élémentaires, de même dimension selon l'axe Oy que la surface principale et à la suite les unes des autres sur la surface principale selon l'axe Ox, et assurant, pour chaque surface élémen- taire ayant reçu un impact de particules, le passage dans deux électrodes de courants de lecture (il et i2) pris aux extrémités selon l'axe Ox de chaque surface élémentaire. Le localisateur d'impact de particules selon la présente inven- tion présente de nombreux avantages parmi lesquels on peut citer le fait qu'il permette la localisation d'une courbe en utilisant un balayage plus rapide, car plus simple, que le balayage télévision. En effet, la surface sensible du localisateur est divisée selon l'axe Ox en surface élémentaires qui sont déterminées soit par les dimensions du faisceau de lecture, soit par les dimensions des électrodes de stockage selon les modes de réalisation. L'existence même de ces surfaces élémentaires qui sont lues l'une après l'autre permet là localisation selon l'axe Ox alors que la mesure des courants de lecture pris aux extrémités selon l'axe Ox de chaque surfade élémentaire permet la localisation selon l'axe Oy du point d'impact des particules sur une surface élémentaire donnée. Le dispositif selon l'invention associé à une mémoire qui stocke les valeurs successives des courants de lecture il et i2 peut être utilisé pour l'enregistrement de signaux électriques, notamment lorsqu'on ne dispose pour étudier ces signaux que d'un oscilloscope standard non doué de mémoire ou possédant une mémoire peu rapide. En effet, les signaux mémorisés peuvent être restitués à une cadence réglable. Le dispositif selon l'invention peut être également utilisé dans un tube de prise de vues du type vidicon o il permet de localiser l'impact d'un signal lumineux y = f (x) avec un balayage simplifié par faisceau d'électrons. D'autres objets, caractéristiques et résultats de linvention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les figures annexées qui représentent: - La figure 1, un schéma illustrant le principe des localisateurs selon l'art connu; - La figure 2, un localisateur à transfert de charges selon l'invention; - La figure 3, un tube de prise de vues du type vidicon comportant un dispositif selon l'invention; - La figure 4, une vue de face du dispositif selon l'invention utilisé dans le tube de la figure 3; - La figure 5, un mode de réalisation particulier du dispositif selon l'invention. Sur les différentes figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments, mais, pour des raisons de clarté, les cotes et proportions des différents éléments ne sont pas respectées. La figure 1, représente un schéma illustrant le principe des localisateurs selon l'art connu. Ces localisateurs permettent de connaître les coordonnées x et y d'un point émissif P dans un système d'axes rectangulaires Ox et Oy. Le principe qui a déjà été précédemment décrit est le suivant. On dispose d'une plaque rectangulaire 1 en un matériau de résistivité uniforme. Deux électrodes ei et e2 bordent deux côtés opposés parallèles à l'axe Ox de cette plaque. Une source de tension continue E permet d'injecter un courant en un point P quelconque de la plaque. Cette, source est reliée entre la plaque et les électrodes. Si on appelle i'l et i'2 les courants qui circulent dans les électrodes e1 et e2, la coordonnée y du point P s'écrit: y = (i'1 - i'2) / (i'1 + i'2). Pour obtenir la coordonnée x du point P, il faut de même injecter un courant au point P en utilisant deux électrodes e'1 et e'2 couvrant les deux autres bords de la plaque 1. La figure 2, représente un localisateur à transfert de charges selon l'invention. Ce localisateur comporte une surface principale constituée par plusieurs registres à décalages à transfert de charges r1 r2, r3... disposés les uns au-dessus des autres selon l'axe Oy. Ces registres sont intégrés sur le même substrat semi-con- ducteur 2 recouvert d'une couche isolante 3. Le substrat semi- conducteur le plus couramment employé est le silicium. Des diffusions d'isolement consistant en un surdopage de substrat qui élève le seuil d'inversion et s'oppose ainsi à tout stockage des charges permettent de réaliser de façon connu plu- sieurs registres isolés les uns des autres sur le même substrat. Sur la couche isolante 3, des électrodes 4 sont disposées parallèlement les unes aux autres et à l'axe Oy. Ces électrodes sont communes à tous les registres. Les substrat semi-conducteur est soumis à l'impact de parti- cules qui peuvent provenir d'un rayonnement lumineux, de l'image de l'écran d'un oscilloscope cathodique projetée sur le substrat par un système optique par exemple. Ce rayonnement lumineux peut ar- river sur le localisateur soit du côté o se trouvent les électrodes 4 qui doivent alors être photosensibles, soit par l'autre côté. Les particules que reçoit le localisateur peuvent être aussi des élec- trons, les électrons du faisceau d'un oscilloscope par exemple. Les électrodes 4 déterminent sur le substrat 2 des surfaces élémentaires. Les charges dues à l'impact des particules qui sont stockées sous les électrodes sont lues par transfert simultané des charges dans tous les registres, d'une électrodes 4 à la suivante, selon la direction Ox, jusque dans une zone diffusée 5 commune à tous les registres. Pour provoquer le transfert des charges d'une électrode à la suivante, les électrodes 3 peuvent être soumises à trois signaux d'horloge périodiques de même période T, mais déphasés l'un par rapport à l'autre, Xl' 02' (3 Le transfert des charges dans une direction donnée peut être également obtenu, de façon connue, en utilisant des hétérogénités de structure telles qu'une surépaisseur d'oxyde ou des concentrations d'impuretés dans le substrat. La zone diffusée 5 est de type opposé à celui du substrat. Sa dimension selon l'axe Oy est au moins égale à la dimension qu'occupe selon l'axe Oy l'ensemble des registres. Les charges en provenance de tous les registres sont donc transférées sous cette zone diffusée 5. Les courbes qui permet de localiser le dispositif représenté sur la figure 2 ne doivent posséder qu'une seule valeur de y pour chaque valeur de x. Le fonctionnement du localisateur selon l'invention se fait en deux temps: - dans un premier temps, le localisateur est soumis à l'impact des particules; - dans un second temps, le localisateur est soustrait à l'impact des particules et on provoque le transfert de charges sous la zone 5. A un instant donné, on sait (en tenant compte du nombre de coups d'horloge ayant permis le transfert des charges sous -la zone 5), quelle électrode 4 c'est-à-dire quelle surface élémentaire a reçu l'impact qui a créé les charges se trouvant sous la zone 5. La localisation selon Ox est donc réalisée. Pour réaliser la localisation selon Oy, on utilise le principe des localisateurs selon l'art connu. Les extrémités selon Ox de la zone 5 sont reliées à deux électrodes e1 et e2 connectées à deux amplificateurs 6. Les amplificateurs 6 délivrent des courants i1 et i2 lors de l'arrivée de chaque paquet de charges sous la zone diffusée 5. La différence normée des courants (il - i2) / (il + i2) donne la coordonnée y. De plus, la somme des courants donne l'intensité du rayonnement lumineux ou du faisceau d'électrons reçu. Les courants i1 et i2 sont mis en mémoire séparément, en analogique ou après numérisation, comme dans le cas de la figure I o les mémoire sont repérées par 7. Les courants i1 et i2 peuvent aussi être traités en temps réel d'analyse de façon à obtenir le rapport (il - i2) I (il + i2) qui est ensuite mémorisé. La vitesse de la localisation de l'impact des particules qui est réalisée grâce au dispositif de la figure 2 peut être adaptée à la vitesse des circuits de traitement des courants il et i2. La vitesse de localisation peut être très élevée. La fréquence des signaux 0Z' 2, Q53 de transfert peut aller de 10 à 100 MHz. La vitesse de localisation peut être aussi très faible puisqu'il est possible d'obtenir une mémorisation des données dans le silicium de plusieurs minutes si le silicium est refroidi à basse température. Le dispositif localisateur représenté sur la figure 2 peut être utilisé, comme nous l'avons vu, pour mémoriser les coordonnées de la courbe y = f (x) qui apparaît sur l'écran d'un oscilloscope. Pour visualiser à nouveau cette courbe, il suffit d'appliquer aux plaques d'un oscilloscope cathodique les coordonnées mises en mémoire. La figure 3, représente un tube de prise de vues du type vidicon comportant un dispositif localisateur selon l'invention. Ce tube comporte une enveloppe à vide Il dans laquelle on trouve un canon à électrons qui comprend une cathode émettrice linéaire 13, un filament de chauffage 12 et une grille de commande ou Wehnelt 14 cylindrique. Les dispositifs de focalisation et de défiection du faisceau d'électrons émis par la cathode sont repré- sentés symboliquement et repérés par 15. La focalisation est magné- tique, la déflection peut être magnétique ou électrostatique. Ce tube comporte un dispositif localisateur selon l'invention qui est constituée d'une plaque rectangulaire résistive 9 dont les deux côtés opposés, selon l'axe Ox, sont bordés d'une électrode, e1 et e2, en un matériau faiblement résistif. Chaque électrode est reliée à un amplificateur 6 qui délivre les courants de lecture i'l et i'2. Cette plaque résistive 9 reçoit sur l'une de ses face f I un rayonnement lumineux, symbolisé par une flèche ondulée, dont on veut localiser l'impact. La plaque 9 est transparente à ce rayon- nement. L'autre face f2 de la plaque 9 est recouvert d'une couche photoconductrice 8. La plaque résistive 9 peut être réalisée en oxyde d'étain. ou d'indium et les électrodes, el et e2 peuvent être constituées de bandes de cuivre, d'or ou d'argent..., d'épaisseur variant de 0,1 à quelques microns. La figure 4, représente une vue de face du dispositif selon l'invention utilisée dans le tube de la fig ure 3. La couche photoconductrice 8 est périodiquement balayée par le faisceau d'électrons 10 émis par la cathode 12. Ce faisceau 2478;370 d'électrons est lameilaire, c'est-à-dire qu'il a une faible dimension selon l'axe Ox et que sa dimension selon l'axe Oy est au moins égale à celle de la plaque résistive 9. Enfin, ce faisceau d'électrons se déplace selon l'axe Ox, perpendiculairement aux électrodes e1 et e2; le faisceau d'électrons lamellaire 10 détermine lors de son dépla- cement les surfaces élémentaires de la couche photoconductrices 8 sur lesquelles il neutralise les charges créées par éclairement en provoquant le passage de courants, i'l et i'2, dans les électrodes el et e2 portées par la plaque 9. Le faisceau d'électrons 10 est soumis à un balayage selon Ox qui peut être très rapide, de quelques microsecondes à 10 micro- secondes. Il est possible d'adapter la vitesse du balayage à la bande passante des circuits de traitement des signaux i'l et i'2. La somme de l'intensité des courants de lecture est de l'ordre de 300 A et le rapport signal sur bruit est élevé. Enfin, la résolution est supérieure à 500 points selon Ox et de l'ordre de 300 à 400 points selon Oy pour une plaque résistive rectangulaire de 9,5 x 12,5 mm. Le même dispositif peut être utilisé dans un oscilloscope pour localiser le faisceau d'électrons de l'oscilloscope. Il est alors déposé sur une grille support dont il est séparé par un isolant. Le dispositif fonctionne alors en utilisant le principe de la conductibilité induite. Lorsqu'on désire localiser un oscillogramme constitué par une courbe présentant plusieurs valeurs de y pour la même valeur de x, comme c'est le cas sur la figure 5, il suf flit d'utiliser plusieurs dispositifs D1, D2, tels que ceux que nous venons de décrire, disposés l'un au dessus de l'autre selon Oy. Ces dispositifs délivrent des courants i'1 et i'2, i3 et i4 qui permettent la localisation de plusieurs points d'impact selon Oy pour une même valeur de x. Le balayage des surfaces sensibles selon des surfaces élémentaires (par un faisceau d'électrons lamellaire, par des signaux d'horloge @1 2, 03 appliqués à des électrodes de transfert de charges...) peut avantageusement être commun aux différents dispositifs Dl, D2. 2478370- REVENDICATIONS 1. Dispositif localisateur d'impact de particules, caractérisé en ce qu'il comporte: - au moins une surface plane sensible, dite surface principale, munie de deux axes orthogonaux, Ox et Oy, qui est soumise à l'impact de particules provoquant une modification de l'état élec- trique initial de la surface; - des moyens asurant la lecture successive de l'état électrique de surface élémentaires, de même dimension selon l'axe Oy que la surface principale et à la suite les unes les autres sur la surface principale selon l'axe Ox, et assurant, pour chaque surface élémen- taire ayant reçu un impact de particules, le passage, dans deux électrodes de courants de lecture (i'l1 et i'2) pris aux extrêmités, selon l'axe Ox, de chaque surface élémentaire. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs surfaces principales disposées les unes au-dessus des autres selon l'axe Oy. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que: - la surface principale est constituée par plusieurs registres à décalages à transfert de charges (rl, r2...) disposés les uns au-dessus des autres selon l'axe Oy qui sont intégrés sur le même substrat semi-conducteur (2) recouvert d'une couche isolante (3), les élec- trodes (4) assurant le transfert des charges dans les registres étant communes à tous les registres; - le substrat comporte une zone diffusée (5) de type opposé à celui du substrat sous laquelle sont transférées les charges en provenance de tous les registres, cette zone ayant une dimension* selon l'axe Oy au moins égale à celle occupée par les registres et ses extrémités selon Ox étant connectées à deux électrodes (el, e2) reliées à deux amplificateurs (6) délivrant les courants de lecture des charges (i'P et il 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le substrat semi-conducteur (2) est en silicium. 5. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les électrodes (4) sont photosensibles. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface principale est constituée d'une plaque rectangulaire résistive (9) dont les deux côtés opposés selon Ox sont bordés d'une électrode (e1, e2), en un matériau faiblement résistif, qui est reliée à un amplificateur (6), cette plaque recevant sur l'une de ses faces un rayonnement lumineux auquel elle est transparente et étant recou- verte sur l'autre face par une couche photoconductrice (8) balayée par un faisceau d'électrons (10), de faible dimension selon l'axe Ox et de dimension au moins égale à celle de la plaque résistive (9) selon l'axe Oy, qui se déplace selon l'axe Ox en déterminant les surfaces élémentaires et qui neutralise les charges créées par éclairement en provoquant le passage de courants de-lecture (i'l et i'2) dans les électrodes (el, e2) reliées aux amplificateurs (6). 7. Dispositif selon l'une des revendication 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte des mémoire (7) qui stockent les valeurs succes- sives des courants de lecture (i'l, l'2) ou de leur combinaison linéaire (i'1 i 2) / (i'l + 'Y. 8. Oscilloscope cathodique, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, dont le substrat serni- conducteur (2) reçoit l'image de l'écran de l'oscilloscope projetée par un systèmie optique ou dont le substrat semi-conducteur (2) reçoit les électrons du faisceau de l'oscilloscope. 9. Tube de prise de vues, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif selon la revendication 6 dont la couche photoconductrice (8) est balayée par un faisceau d'électrons (10) émis par la cathode linéaire (13) du tube.