Brevet FR2637123A1 — publié le 19900330

VIDICON PLAT A LECTURE MATRICIELLE PAR CATHODES A ZICROPOINTES. DESCRIPTION La présente invention a pour objet un vidicon plat à lecture matricielle par cathodes à micropointes. Elle s'applique à la détection d'images en lumière ultraviolette, visible ou infrarouge. Parmi les différents dispositifs connus pour la détection d'images en lumière ultraviolette, visible ou infrarouge, le vidicon est le plus répandu. On en trouve une description dans le chapitre 3323 de l'article E920 paru dans "La Technique de l'Ingénieur". La figure 1 représente un vidicon tel qu'il est actuellement conçu. Un tube à vide 10 est ferme à une de ses extrémités par une fenêtre 12 transparente aux rayonnements lumineux à détecter. Une cible 14 composee en matériau photosensible est placée à I'intérieur du tube 10 en regard de la fenêtre 12. La face avant 16 de la cible 14 en regard de ta fenêtre 12, recouverte d'une couche conductrice et transparente aux rayonnements lumineux à détecter, forme l'anode du vidicon. Cette anode est portée à un potentiel de polarisation Vp compris entre 10V et 100V. Une cathode 20, portée à un potentiel Vk quasi nul, produit un faisceau d'électrons F. Une première electrode auxiliaire 22 portee à un potentiel négatif Vol compris entre -50 et -150V permet le réglage de L'intensité du faisceau. Une seconde électrode auxiliaire 24 portée à un potentiel Vo2 compris entre 300 et 800 V le limite et le focalise sur la cible 14, tandis qu'une grille 25, portée à un potentiel Vg compris entre 300 et 1000 V, l'accélère. La lecture de la cible 14 excitée par le rayonnement lumineux est effectuée par un balayage, suivant deux directions orthogonales, du faisceau d'électrons F sur la face arrière 18 de la cible. Le balayage est obtenu par des champs magnétiques engendrés Dar le passage d'un courant dans Les bobines extérieures 26. La décélération entre grille 25 et cible 14 participe à l'arrivée du faisceau d'électrons F perpendiculairement à la cible 14 et cela pour l'ensemble de la surface balayée. Cette condition assure l'uniformité de l'efficacité du faisceau pour recharger la cible 14. Pour former un signal vidéo à partir de l'image détectée par le vidicon, on observe le signal de sortie S. Ce signal S résulte de l'amplification du courant circulant dans la charge 28. Si la cible 14 est éclairée seulement par endroits, le courant observé dans 28 lorsque ces régions sont balayées par le faisceau F est plus important que pour les autres régions. Ainsi, le courant extérieur amplifié pour donner le signal S recueille de manière séquentielle toutes les charges recueillies en permanence et stockées par charge de la cible 14 (qui équivaut à un condensateur). Le codage du balayage régulier de la cibLe 14 assure la conversion espace-temps d'une manière connue. Ces vidicons présentent un certain nombre d'inconvénients. Leur encombrement est important ; un vidicon destiné à La détection infrarouge commercialisé par La société Thomson CSF et incorporé à une caméra distribuée par la Société HGH Ingéniérie Systèmes Infrarouges présente une longueur d'une dizaine de centimètres. Ces -dicons consomment une puissance électrique importante supérieure à 10 watts. De plus, l'accélération du faisceau d'électrons F nécessite des hautes tensions de quelques milliers de volts. Ces caractéristiques électriques réduisent l'autonomie de ces vidicons. L'information est lue de manière séquentielle, et l'on ne peut pas sélectionner une région de la cible pour l'observer indépendamment des autres. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients. Pour cela, le système de lecture de la cible engendrant le faisceau d'électrons et son balayage est remplacé par une matrice comportant des cathodes à micropointes. De façon plus précise, la présente invention concerne un vidicon comprenant un tube à vide munie d'une fenêtre transparente, en regard de la fenêtre, une cible composée en matériau photosensible et un système de lecture de la cible. La lecture de La cible est matricieLLe. Dans l'art anterieur, le balayage de la cible s'effectue ligne par ligne. La lecture matricielle, c'est-à-dire pixel par pixel suivant un adressage détermine par l'utilisateur donne L'accès à chaque pixel de la cible indépendamment des autres. Le système de lecture de la cible se compose d'un substrat isolant sur lequel sont disposées selon les deux directions de la matrice M colonnes conductrices (cathodes) supportant des micropointes et par dessus les colonnes, N lignes conductrices perforées (grilles), lignes et colonnes étant séparées par une couche isolante pourvue d'ouvertures permettant le passage des micropointes, chaque croisement d'une ligne et d'une colonne correspondant à un pixel de la cible du vidicon. L'ensemble de la cible est lue pendant un temps de trame T : c'est-à-dire que tous les pixels formant la cible sont lus pendant T. De manière préférée, la lecture de la cible s'effectue comme suit. Chaque ligne conductrice est portée periodiquement, à la période T, pendant une durée de sélection de ligne tg = T/N, à un potentiel d'adressage de ligne Vgmax. Pendant la durée de sélection tg de chaque Ligne, les colonnes conductrices sont successivement portées à un potentiel d'adressage de colonne Vkmin, chaque colonne étant adressée pendant une durée d'adressage de colonne tc = tg/M.Les potentiels Vgmax et Vkmin sont tels que la difference Vgmax-Vkmin soit suffisante pour extraire un faisceau d'électrons des micropointes situées au croisement de la ligne et de la colonne adressées, ce faisceau d'électrons étant suffisamment intense pour lire le pixel de la cible correspondant à ce croisement. Ainsi tour à tour, chaque croisement d'une ligne et d'une colonne est adressé pendant une durée tc. L'éclairement de la cible provoque l'apparition de charges électriques sur sa surface. Des variations d'intensité du courant traversant une charge reliée à la cible, suite à La lecture de la cible par des faisceaux d'électrons provenant de chaque croisement d'une ligne et d'une colonne, permettent de coder électriquement l'image détectee par la cible. Lorsqu'un pixel de la cible n'est pas adresse (lu), la valeur de la différence des potentiels appliqués sur la Ligne et la colonne correspondant à ce pixel n'est pas suffisante pour extraire, à partir des micropointes situées au croisement de cette Ligne et de cette colonne, un faisceau d'électrons suffisamment intense pour lire ce pixel. La cible est composé d'un matériau photodetecteur dont ta nature dépend de la gamme de longueurs d'onde que l'on cherche à détecter. Pour les gammes visibles et ultraviolettes, la cible est préférentieLlement en matériau photoconducteur. On peut par exemple utiliser l'oxyde de plomb (PbO) ou le sulfure d'antimoine (Sb2S3) pour le spectre visible et sulfure d'arsenic (AS2S3) pour l'ultraviolet. Dans L'infrarouge La cible est préférentiellement en matériau pyroélectrique. Les matériaux pyroélectriques utilisables comme cible de vidicon sont nombreux. On peut citer un alliage d'oxyde mixte de plomb et de titane, d'oxyde mixte de plomb et de zinc et de Lanthane (PLZT), un oxyde mixte de lithium et de tantale (LiTaO3) ou encore le sulfate de triglycine CTGS). De manière préférée on utiLise un alliage d'oxyde mixte de plomb et de titane, d'oxyde mixte de plomb et de zinc et de Lanthane (PLZT). La fenêtre est, dans chacun des cas transparente aux longueurs d'onde considérées. Les caracteristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux après la description qui suit donnée à titre explicatif et nullement limitatif. Cette description se réfère à des dessins annexes sur lesquels - la figure 1, déjà decrite et relative à l'art antérieur, représente schématiquement un vi di con, - la figure 2 représente schématiquement un vidicon plat à lecture matricielle selon l'invention, - la figure 3 représente schématiquement en perspective une partie significative de la matrice à cathodes à micropointes pour la lecture de la cible, - la figure 4 represente schématiquement un chronogamme du potentiel Vg appliqué sur une quelconque des lignes (grilles) de la matrice du système de lecture, - la figure 5 représente schématiquement un chronogramme du potentiel Vk appliqué sur L'une quelconque des colonnes (cathodes) de la matrice du système de lecture. La figure 2 représente schématiquement un vidicon plat à lecture matricielle conforme à l'invention. La cible 14 est contenu dans un tube à vide 10 fermé par une fenetre transparente 12. La cible 14 est en regard de la fenêtre 12 et peut ainsi capter sur sa face avant 16 une image provenant de l'extérieur du tube 10. Le matériau photodétecteur dont la cible 14 est composée, dépend du domaine des longueurs d'onde à détecter : oxyde de plomb ou sulfure d'antimoine par exemple pour Le visible, sulfure d'arsenic par exempte pour l'ultraviolet, alliage d'oxyde mixte de plomb et de titane, d'oxyde mixte de plomb et de zinc et de Lanthane (PbTi03-PbZn03-La) par exemple pour L'infrarouge. Le matériau dont est compose La fenêtre 12 dépend lui aussi du domaine de Longueurs d'onde concerné : verre par exempLe pour Le visible, quartz (SiO2) par exempLe pour L'uLtravioLet, germanium (Ge) par exempte pour L'infrarouge. Le système de Lecture 30 comprend une matrice composée de N Lignes conductrices perforées (grilles) et de M colonnes (cathodes). La figure 3 représente schématiquement en perspective une partie significative d'un tel système de Lecture. Les M coLonnes conductrices (cathodes) 32, en aluminium par exempte, sont positionnées sur un substrat 34 isolant, du verre par exempLe. Les micropointes 36 à effet de champ sont réparties sur les colonnes avec une densité d'environ 1û4 micropointes par mm2. Ces micropointes 36 sont metaLLiques, en molybdène par exempLe. Les Lignes conductrices perforées (grilles) 38 en niobium par exempLe, sont séparées des coLonnes 32 par un isoLant 40 en siLice par exempte. Cet insolant 40 est muni d'ouvertures permettant Le passage des micropointes 36. Le système de mesure présente un encombrement en épaisseur de moins de 10 micromètres ; L'epaisseur de la cible 14 avoisine elle aussi les 10 micromètres. L'encombrement (en epaisseur) du vidicon est donc ramenée à moins de 5 mm, L'espacement entre La cible 14 et Le système de Lecture étant au pLus de L'ordre du miLlimètre. Les lignes sont portées à un potentiels Vg variable, et Les coLonnes sont portées à un potentiel Vk variable. Chaque croisement d'une Ligne et d'une colonne définit un pixel de La cibLe 14 en regard. Pour des valeurs convenabLes de ces potentiels, les micropointes situées au croisement d'une Ligne et d'une colonne émettent des électrons. Ces valeurs dépendent des paramètres de La matrice (géometrie, espacement entre coLonnes et Lignes, diélectrique d'isolement). Le faisceau d'électrons ainsi formé va frapper La cible qui est portée à un potentiel de polarisation pouvant aller de 10 V à 200 V. On voit sur ta figure 2 que Le signal S de sortie permettant de former un signal vidéo correspondant à l'image détectée est délivré par un amplificateur relié à la charge 28. Le signaL S reflète Les variations du courant qui traverse La charge 28. L'intensité du courant recueilli est proportionnelle à l'illumination du pixel Lu. On decrit ci-dessous un exempLe de L'adressage des lignes et des coLonnes du système de lecture 30 pour La Lecture de La cibLe 14. Cet exemple concerne une matrice de N = 32 Lignes et M = 32 colonnes. L'ensembLe de La cibLe 14 est Lu en un temps de trame T égaL à 1 ms par exempLe. Chaque ligne est portée à un potentiel Vg variable. Successivement pour chaque Ligne, Vg prend une vateur Vgmax égale par exempLe à 80 V. Une même Ligne est donc portée périodiquement, à La période d'un temps de trame T, à La vaLeur Vbmax pendant une duree de séLection de Ligne tg = T/N, soit dans cet exemple tg = 1/32 ms. On voit sur la figure 4, l'évolution en fonction du temps t du potentieL Vg appLiqué à une ligne quelconque de l'écran. En dehors de la durée de sélection de cette Ligne Le potentiel Vg prend une valeur de référence, 0V par exemple. Chaque colonne est portée à un potentiel Vk. Pendant tout Le temps de sélection tg de chaque Ligne, chaque colonne est adressee successivement. Donc, successivement pour chaque cotonne, Vk prend une valeur Vkmin égale à 0V par exemple. Une meme colonne est portée périodiquement, à la période tg, au potentieL Vkmin pendant une durée d'adressage de colonne tc = tg/M, soit dans cet exemple tc = 1/1024 ms. On voit sur La figure 5, L'évolution en fonction du temps t du potentiel Vk appLiqué à une colonne quelconque de L'écran. En dehors de La durée d'adressage de cette coLonne, Le potentiel Vk prend une valeur de 80 V par exemple. Lorsqu'une Ligne est sélectionnée et qu'une colonne est adressée, la différence des potentiels Vg-Vk est égale à Vgmax-Vkmin soit 80 V dans L'exemple choisi. La valeur de La différence Vgmax-Vknin est suffisante pour extraire, à partir des micropointes situées au croisement de La Ligne et de ta colonne sélectionnées, un faisceau d'éLectrons d'intensité suffisante pour Lire Le pixel concerné. Lorsqu'un croisement d'une ligne et d'une colonne n'est pas adressé (Ligne sélectionnée et colonne non adressee ou bien Ligne non sélectionnée et coLonne adressée ou non), La différence des potentieLs Vg-Vk appliqués sur cette ligne et cette colonne n'est pas suffisante pour extraire, à partir des micropointes situées à ce croisement, un faisceau d'électrons sufisamment intense pour lire Le pixel correspondant. Un vidicon conforme à l'invention permet donc bien de pallier les inconvénients posés par les vidicons selon L'art anterieur. Il présente un encombrement réduit à quelques millimètres (en épaisseur). Sa consommation électrique est très faible, et les tensions nécessaires au fonctionnement sont inférieures à La centaine de voLts. Enfin ta lecture matricielle de la cible a remplacé une Lecture par balayage : cela permet, à volonté et selon L'adressage choisi, de lire toute l'image ou uniquement la partie utile à chaque instant. REVENDICATIONS 1. Vidicon comprenant dans un tube à vide (10) munie d'une fenêtre (12) transparente, en regard de la fenêtre (12), une cible (14) composée en matériau photosensible et un système de lecture (30) de la cible (14), caractérisé en ce que la lecture de la cible est matricielle et en ce que le système de lecture (30) de La cible (14) est composé d'un substrat isolant (34) sur lequel sont disposées selon les deux directions de la matrice M colonnes conductrices (32) (cathodes) supportant des micropointes (36) et par dessus Les colonnes (32), N lignes conductrices perforées (38) (grilles), lignes (38) et colonnes (32) étant séparées par une couche isolante (40) pourvue d'ouvertures permettant le passage des micropointes (36), chaque croisement d'une ligne et d'une colonne correspondant à un pixel de la cible (14) du vidicon. 2. Vidicon selon la revendication 1, pour lequel une lecture de l'ensemble de la cible (14) s'effectue pendant un temps de trame T, caractérisé en ce que chaque ligne conductrice (38) est portée, périodiquement à la période T, pendant une duree de sélection de ligne tg = T/N, à un potentiel d'adressage de ligne Vgmax, et en ce que pendant la durée de sélection tg de chaque ligne, les colonnes conductrices (32) sont successivenent portees à un potentiel d'adressage de colonne Vkmin, chaque colonne (32) étant adressée pendant une durée d'adressage de colonne tc = tg/M, les potentiels Vgmax et Vkmin étant tels que La différence Vgmax-Vkmin soit suffisante pour extraire un faisceau d'électrons des micropointes (36) situées au croisement de ta Ligne (38) sélectionnée et de La colonne (32) adressée, ce faisceau d'électrons étant suffisamment intense pour lire Le pixel ce La cible (14) correspondant à ce croisement, lorscu'un pixel n'est pas adresse, ta valeur de la différence des potentiels appliqués sur La ligne (38) et La colonne (32) correspondant à ce pixel n'est pas suffisante pour extraire à partir des micropointes situées au croisement de cette ligne et de cette colonne un faisceau d'électrons apte à lire ce pixeL. 3. Vidicon selon la revendication 1, caractérisé en ce que Ledit matériau photodétecteur est un matériau photoconducteur. 4. Vidicon selon ta revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau photodétecteur est un matériau pyroélectrique. 5. Vidicon selon ta revendication 4, caractérisé en ce que Ledit matériau pyroélectrique est un alliage d'oxyde mixte de titane et de plomb, d'oxyde mixte de zinc et de plomb et de Lanthane.