Brevet FR2906076A1 — publié le 20080321

La présente invention concerne un dispositif pour le contrôle spatial de la sensibilité des intensificateurs d'images lumineuses. Ce dispositif permet le traitement des images lumineuses dont la dynamique de niveau d'éclairement est nettement supérieure à celle couramment admise 15 par les ensembles caméra/intensificateur. Il permet notamment de limiter l'effet d'éblouissement généré par une source lumineuse intense, présente dans l'image, provoquant une perte de la vision autour de ladite source lumineuse, voire parfois très largement au-delà de 20 celle-ci. D'une façon générale, on sait que dans le domaine du visible à faible niveau d'éclairement (éclairement de nuit), l'imagerie par une rétine d'éléments DTC est précédée généralement d'un intensificateur d'images lumineuses ; d'autres 25 techniques balbutiantes sont exploitées à ce jour, ne faisant pas appel à des intensificateurs d'images lumineuses. Un intensificateur d'images lumineuses est essentiellement constitué d'une photocathode d'entrée constituée d'un dépôt multicouche (multi-alkali ou 30 autres types...) sur l'intérieur de la fenêtre d'entrée, qui, placé sous vide, convertit les photons incidents en électrons. 1 2906076 2 Ces électrons sont ensuite accélérés dans des micro canaux possédant un émetteur d'électrons secondaires sur leurs parois, provoquant la formation de nouveaux électrons, lesquels frappent un écran de sortie en phosphore et 5 permettent la génération de lumière. Ces électrons secondaires sont obtenus dans les micro canaux sous l'effet d'un champ électrique accélérateur généré par une différence de potentiel entre la surface de sortie et la surface d'entrée, comprise entre 600 et 900 V. Ils sont ensuite fortement accélérés vers l'écran de sortie (5 à 8 kV) et génèrent des photons qui pourront alors être focalisés sur un capteur DTC. Dans le cas des rétines d'éléments DTC, un bloc de fibres optiques, captant l'image obtenue, permet de réduire les dimensions de la rétine ; ainsi le bloc de fibres optiques dégrandisseuses permet d'optimiser la résolution et de couvrir tout le champ de la mosaïque d'éléments DTC. Ces dispositifs sont appelés capteurs DTC intensifiés. D'une manière plus précise, la tension appliquée entre la photocathode et l'entrée des micro canaux est habituellement utilisée pour allumer ou éteindre l'intensificateur ; si la tension de la photocathode est légèrement supérieure à celle des micro canaux (face d'entrée), par exemple + 50 V, les électrons n'entreront pas dans les micro canaux et l'intensificateur est éteint ; réciproquement, si la tension de la photocathode est inférieure à celle des micro canaux, par exemple - 200 V, les électrons seront accélérés vers les micro canaux et l'intensificateur est allumé. En raison d'une forte résistance, les photocathodes ne permettent pas de réaliser un pilotage rapide de l'intensificateur. Afin de remédier à cela, une sous-couche de nickel est ajoutée sur la fenêtre d'entrée, sous le dépôt multicouche constituant la photocathode d'entrée, afin de limiter cette 2906076 -3- résistance. Ainsi, il est possible de piloter des portes temporelles jusqu'à 2 ns ; en revanche, le rendement quantique, c'est-à-dire la capacité du capteur à détecter les photons incidents et produire une charge électronique correspondante, est diminué. 5 Il existe trois types de moyens permettant de limiter l'effet d'éblouissement associés aux capteurs DTC intensifiés : l'obturateur électronique asservi à la valeur moyenne de l'éclairement, l'iris asservi à un filtre neutre possédant une forte atténuation dans la 10 zone centrale, proche de l'axe optique, - l'atténuateur optique variable à DLP ou autres matériaux similaires. Les deux premiers types de moyens anti-éblouissement ne permettent pas d'atténuer la lumière incidente localement, sur une partie de la matrice. 15 Le troisième type présente les inconvénients suivants : une atténuation de la lumière incidente dans les conditions normales d'utilisation (hors éblouissement), ce qui réduit les performances de détection à bas niveau d'éclairement, 20 une électronique de commande supplémentaire provoquant une augmentation de la consommation d'énergie électrique, et augmentant le volume du dispositif, une altération de la résolution. 25 Par ailleurs, ce type de dispositif doit s'insérer dans le système optique, ce qui peut avoir des conséquences sur la place disponible entre le détecteur et la lentille de sortie de l'optique. Une autre technique consiste à contrôler les tensions d'accélération des 30 électrons secondaires au niveau des micro canaux ; compte tenu des faibles résistances des deux faces de l'ensemble à micro canaux, il est possible de 2906076 -4 piloter l'intensificateur plus rapidement (proche de 10 ns) ; néanmoins cette solution ne permet pas d'atténuer la lumière incidente localement, sur une partie de la matrice. 5 L'invention a donc plus particulièrement pour but de supprimer ces inconvénients. Elle propose un dispositif de contrôle spatial de la sensibilité d'un intensificateur d'images lumineuses associé à une rétine d'éléments DTC, le 10 susdit intensificateur d'images lumineuses comprenant une photocathode d'entrée constituée d'un dépôt multicouche, un ensemble de micro canaux de multiplication électronique comprenant une face de conduction surfacique d'entrée, un écran de sortie et une source de polarisation délivrant une tension de polarisation de la susdite photocathode d'entrée par rapport au potentiel de 15 la face de conduction surfacique d'entrée du susdit ensemble de micro canaux, sachant que le susdit dépôt multicouche constituant la photocathode d'entrée comprend une pluralité de secteurs polarisés électriquement par la susdite source de polarisation en fonction du niveau d'éclairement détecté par la susdite rétine d'éléments DTC. 20 Avantageusement, la détection d'un niveau d'éclairement élevé par la susdite rétine d'éléments DTC, active positivement la tension de polarisation du secteur correspondant du dépôt multicouche constituant la photocathode d'entrée, par rapport au potentiel de la face de conduction surfacique d'entrée 25 dudit ensemble des micro canaux, bloquant le transfert du courant d'électrons à l'entrée de l'ensemble des micro canaux. Avantageusement, la détection d'un niveau d'éclairement faible par la susdite rétine d'éléments DTC, active négativement la tension de polarisation du 30 secteur correspondant du dépôt multicouche constituant la photocathode d'entrée, par rapport au potentiel de la face de conduction surfacique d'entrée 2906076 5 dudit ensemble des micro canaux, permettant le transfert du courant d'électrons à l'entrée de l'ensemble des micro canaux. Ainsi, à un niveau d'éclairement élevé correspond un temps de pose court, et 5 réciproquement, à un niveau d'éclairement faible correspond un temps de pose long. Du fait de la segmentation en une pluralité de secteurs du dépôt multicouche constituant la photocathode d'entrée, la sensibilité de l'intensificateur 10 d'images lumineuses sera contrôlée spatialement, permettant ainsi de limiter, voir d'annuler l'effet d'éblouissement généré par une source lumineuse intense, présente dans l'image. Avantageusement, cette segmentation en une pluralité de secteurs du dépôt 15 multicouche constituant la photocathode d'entrée pourra être réalisée sous forme d'une matrice carrée composée de secteurs carrés dont le nombre est 2 . Ainsi, pour n = 4, la matrice carrée comporte 16 secteurs carrés ; la surface minimale de blocage de l'effet d'éblouissement est équivalente à 6 % de la 20 surface totale de la photocathode d'entrée. Avantageusement, cette segmentation en une pluralité de secteurs pourra être effectuée au niveau d'une sous-couche métallique déposée entre la face interne de la fenêtre d'entrée et le dépôt multicouche constituant la photocathode 25 d'entrée. Ainsi, l'intensificateur d'images lumineuses et la rétine d'éléments DTC pourront être couplés mécaniquement et optiquement par différents moyens tels que des lentilles ou des réseaux de fibres optiques droites ou 30 dégrandisseuses. 2906076 -6- Il sera donc aisé, par un traitement d'images simple, de générer des zones de capture sur la rétine d'éléments DTC qui correspondent précisément à la pluralité de secteurs polarisés du dépôt multicouche constituant la photocathode d'entrée. Chaque zone de capture sur la rétine d'éléments DTC 5 sera bien entendu constituée d'un grand nombre de pixels. Chacune desdites zones de capture de la rétine d'éléments DTC étant isolée par une mémorisation adaptée par l'intermédiaire de moyens de traitement, le niveau de signal, moyen ou crête ou une combinaison des niveaux moyen et 10 crête, détecté pour chacune desdites zones de capture déterminera le temps de pose à appliquer au secteur correspondant de l'intensificateur d'images lumineuses afin d'obtenir une atténuation de la lumière incidente asservie à la valeur moyenne ou crête ou à la combinaison des valeurs moyenne et crête de l'éclairement incident. 15 Ainsi, la durée du temps de pose appliqué au secteur de l'intensificateur d'images lumineuses pourra être approximativement inversement proportionnel au niveau du signal détecté par la zone de capture correspondante de la rétine d'éléments DTC. 20 Avantageusement, les contrastes apparaissant au niveau des transitions entre les différentes zones de capture pourront être atténués par un traitement de l'image connu par ailleurs, de type gamma et histogramme, de manière à générer une image dans laquelle les éblouissements ont été éliminés et les 25 informations préservées. Un mode d'exécution de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels : 30 La figure 1 est un schéma de principe d'un capteur DTC intensifié selon l'état de l'art ; 2906076 7 La figure 2 est un schéma de principe représentant la sectorisation de la sous couche métallique située entre la face interne de la fenêtre d'entrée et le dépôt multicouche constituant la photocathode d'entrée ; et La figure 3 est un schéma de principe des moyens de commande temporelle de l'intensificateur d'images lumineuses associé à une rétine d'éléments DTC. 10 Dans l'exemple représenté sur la figure 1, le capteur DTC intensifié comprend : un intensificateur d'images lumineuses 1, - un dispositif de couplage optique par fibres 2, et - une rétine d'éléments DTC 3. 15 L'intensificateur d'images lumineuses 1 comprend à son tour : • une photocathode d'entrée comportant une fenêtre d'entrée 10, une sous couche métallique 11, une multicouche de conversion photons/électrons 12, 20 • un espace 13 de contrôle de flux des électrons issus de la multicouche de conversion photons/électrons 12, • un ensemble de micro canaux comportant une face de conduction surfacique d'entrée 14, des micro canaux 15 possédant un émetteur d'électrons secondaires, une face de conduction surfacique de sortie 16, 25 • un espace 17 de contrôle de flux des électrons secondaires issus de l'ensemble de micro canaux, • un écran de sortie permettant la génération de la lumière comportant une fenêtre de sortie 19 et une couche de phosphores 18 déposée sur la face interne de la fenêtre de sortie 19. 5 30 2906076 8 Ainsi, la tension appliquée entre la sous couche métallique 11 de la photocathode d'entrée et la face d'entrée 14 de l'ensemble de micro canaux est utilisée pour allumer ou éteindre l'intensificateur ; si la tension de la sous couche métallique 11 de la photocathode d'entrée est légèrement supérieure à 5 celle de la face d'entrée 14 de l'ensemble des micro canaux, par exemple + 15 V, les électrons n'entreront pas dans les micro canaux 15, et l'intensificateur est éteint ; réciproquement, si la tension de la sous couche métallique 11 de la photocathode d'entrée est inférieure à celle de la face d'entrée 14 de l'ensemble des micro canaux, par exemple - 200 V, les électrons seront 10 accélérés vers les micro canaux 15 et l'intensificateur est allumé. Le dispositif de couplage optique 2 comprend un ensemble de fibres optiques permettant de diriger l'image lumineuse émise par la couche de phosphore 18 en direction de la rétine d'éléments DTC 3. Ce couplage peut également s'effectuer par un ensemble de lentilles ; le coefficient de couplage par lentilles est moins bon ; en revanche, il permet la désolidarisation des deux ensembles intensificateur d'images lumineuses 1 et rétine d'éléments DTC 3. 20 La rétine d'éléments DTC 3 comprend : • la mosaïque de détection à transfert de charges ainsi que les registres associés 31, et • le boîtier céramique 32 supportant la rétine d'éléments DTC. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, la sous couche métallique de contrôle 11 selon l'invention, située entre la face interne de la fenêtre d'entrée 10 et le dépôt multicouche 12 constituant la photocathode d'entrée, est constituée d'une pluralité de secteurs S1, S2, S3,..., S. 15 25 30 2906076 -9- Dans le cas présent, cette segmentation en une pluralité de secteurs de la sous couche métallique de contrôle 11 est réalisée sous forme d'une matrice carrée composée de secteurs carrés dont le nombre est 2n ; pour n = 4, la matrice carrée comporte 16 secteurs carrés S1, S2, S3,..., S16. A chacun desdits secteurs carrés Si, S2, S3,..., S16 du dépôt multicouche 12 de la photocathode d'entrée de l'intensificateur d'images lumineuses 1 est associé une zone de capture Z1, Z2, Z3,..., Z16 sur la rétine d'éléments DTC 3, chacune desdites zones de capture étant constituée d'un grand nombre de pixels. 10 Ainsi, le niveau d'éclairement détecté par chacune desdites zones de capture Z1, Z2, Z3,..., Z16 sur la rétine d'éléments DTC 3 défini le temps de conduction correspondant du secteur associé S1, S2, S3,..., S16 du dépôt multicouche 12. Un temps de conduction court correspond à un niveau d'éclairement élevé ; 15 réciproquement, un temps de conduction long correspond à un niveau d'éclairement faible. La durée du temps de conduction ou de pose appliqué au secteur de l'intensificateur d'images lumineuses 1 est approximativement inversement 20 proportionnel au niveau du signal détecté par la zone de capture correspondante de la rétine d'éléments DTC 3. Dans l'exemple de la figure 3, les moyens de commande temporelle de l'intensificateur d'images lumineuses, comprennent : 25 un mesureur Mn du temps de conduction associé à la zone de capture Zä de la rétine d'éléments DTC 3, un commutateur Cn associé au secteur Sn de la photocathode d'entrée, lequel commutateur Cä commande une tension de polarisation dudit secteur Sr, négative ou positive par rapport au potentiel de référence de 30 la face d'entrée 14 dudit ensemble des micro canaux selon le temps de conduction mesuré par le mesureur M,,, et 5 2906076 - 10 - une source de tensions U délivrant une tension positive proche de 15 V et une tension négative proche de -200 V, laquelle source de tension U est référencée par rapport au potentiel de ladite face d'entrée 14 de l'ensemble des micro canaux. 5 Ainsi, la détection d'un temps de conduction court, provoqué par un niveau d'éclairement élevé, active positivement la tension de polarisation du secteur Sä considéré par rapport au potentiel de la face d'entrée 14 dudit ensemble des micro canaux, bloquant le transfert du courant d'électrons à l'entrée de 10 l'ensemble des micro canaux. La détection d'un temps de conduction long, provoqué par un niveau d'éclairement faible, active négativement la tension de polarisation du secteur Sä considéré par rapport au potentiel de la face d'entrée 14 dudit ensemble des 15 micro canaux, permettant le transfert du courant d'électrons à l'entrée de l'ensemble des micro canaux. Ainsi, à un niveau d'éclairement élevé correspond un temps de pose court, et réciproquement, à un niveau d'éclairement faible correspond un temps de pose 20 long. Du fait de la segmentation en une pluralité de secteurs SI, S2, S3,..., Sn de la sous couche métallique de contrôle 11, chacun des dits secteurs SI, S2, S3,..., Sä contrôlant le temps de pose concerné en fonction du niveau d'éclairement 25 détecté par lesdites zones de capture Z1, Z2, Z3,..., Zn correspondantes de la rétine d'éléments DTC, la sensibilité de l' intensificateur d'images lumineuses sera contrôlée spatialement, permettant ainsi de limiter, voir d'annuler l'effet d'éblouissement généré par une source lumineuse intense, présente dans l'image. 30 2906076 -11- Ainsi, le mesureur Mn du temps de conduction associé à la zone de capture Zn de la rétine d'éléments DTC 3, prend en compte la valeur moyenne et/ou la valeur crête du niveau d'éclairement incident. 5 Par conséquent, chacune des images obtenues par le capteur DTC intensifié est donc traitée en temps réel en cas d'éblouissement partiel ou total. Revendications 1. Dispositif de contrôle spatial de la sensibilité d'un intensificateur d'images lumineuses (1) associé à une rétine d'éléments DTC (3), le susdit intensificateur d'images lumineuses (1) comprend une photocathode d'entrée constituée d'un dépôt multicouche (12), un ensemble de micro canaux de multiplication électronique comprenant une face de conduction surfacique d'entrée (14), un écran de sortie (19) et une source de polarisation (U) délivrant une tension de polarisation de la susdite photocathode d'entrée par rapport au potentiel de la face de conduction surfacique d'entrée (14) du susdit ensemble de micro canaux, caractérisé en ce que le susdit dépôt multicouche (12) constituant la photocathode d'entrée comprend une pluralité de secteurs polarisés électriquement (S1, S2, S3,..., Sn) par la susdite source de polarisation (U) en fonction du niveau d'éclairement détecté par la susdite rétine d'éléments DTC (3). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détection d'un niveau d'éclairement élevé par la susdite rétine d'éléments DTC (3), active positivement la tension de polarisation du secteur correspondant (S1, S2, S3,..., Sn) du dépôt multicouche (12) constituant la photocathode d'entrée, par rapport au potentiel de la face de conduction surfacique d'entrée (14) dudit ensemble des micro canaux, bloquant le transfert du courant d'électrons à l'entrée de l'ensemble des micro canaux. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détection d'un niveau d'éclairement faible par la susdite rétine d'éléments DTC (3), active négativement la tension de polarisation du secteur correspondant (S1, S2, S3,..., Sn) du dépôt multicouche (12) constituant la photocathode d'entrée, par rapport au potentiel de la face de 2906076 - 13 - conduction surfacique d'entrée (14) dudit ensemble des micro canaux, permettant le transfert du courant d'électrons à l'entrée de l'ensemble des micro canaux. 5 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le susdit intensificateur d'images lumineuses (1) et la susdite rétine d'éléments DTC (3) sont couplés mécaniquement et optiquement par différents moyens optiques (2). 10 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la susdite rétine d'éléments DTC (1) comprend des zones de capture (Z1, Z2, Z3,..., Zn) qui correspondent précisément à la pluralité desdits secteurs polarisés électriquement (S1, S2, S3,..., Sn) du dépôt multicouche (12) constituant la photocathode d'entrée. 15 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la susdite pluralité de secteurs polarisés électriquement (S1, S2, S3,..., Sn) est constituée d'une sous-couche métallique (11) déposée sur le dépôt multicouche (12) constituant la photocathode d'entrée. 20 7. Dispositif selon les revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de traitement (M1, M2, M3,..., Mn, U., C1, C2, C3,..., Cä) associés aux susdites zones de capture (Z1, Z2, Z3,..., Zn) de la rétine d'éléments DTC (3) permettant : 25 - de mesurer le niveau d'éclairement incident sur au moins une zone de la susdite pluralité de zones de capture (Z1, Z2, Z3,..., Zn) de la rétine d'éléments DTC (3), de déterminer la durée du temps de pose correspondant au susdit niveau d'éclairement, 30 - d'appliquer une tension de polarisation (U) sur au moins un secteur correspondant de la susdite pluralité de secteurs (C1, C2, C3,..., Cä) du 2906076 - 14 - dépôt multicouche (12) constituant la photocathode d'entrée, dont la durée est égale au susdit temps de pose. 8. Dispositif selon la revendication 7, 5 caractérisé en ce que le susdit temps de pose est fonction de la valeur moyenne et/ou de la valeur crête du susdit niveau d'éclairement incident.