FR 3032063 A1 20160729 FR 1550659 A 20150128 1 Circuit électronique configuré pour calibrer un dispositif de détection de photons à photomultiplicateurs silicium, dispositif de détection de photons, procédé de calibration, et programme d'ordinateur correspondant. 1. Domaine de l'invention Le domaine de l'invention est celui de la microélectronique et de l'optoélectronique. Plus précisément, l'invention concerne une technique relative aux dispositifs de détection de photons, également appelés photodétecteurs, comprenant une pluralité de photomultiplicateurs silicium SiPM utilisés pour détecter des paramètres physiques liés aux photons reçus. L'invention trouve notamment des applications dans le domaine médical (et plus particulièrement dans les dispositifs permettant de réaliser des tomographies par émission de positons, qui sont aussi appelés dispositifs TEP (ou PET, acronyme anglais pour « Positron Emission Tomography »). De tels dispositifs sont des dispositifs d'imagerie médicale permettant de détecter l'activité organique d'un patient. L'invention a également des applications dans les domaines utilisant des photomultiplicateurs silicium ou des dispositifs assimilables, tels que les télescopes en astronomie. 2. Art antérieur On s'attache plus particulièrement dans la suite de ce document à décrire la problématique existant dans le domaine des photomultiplicateurs silicium, à laquelle ont été confrontés les inventeurs de la présente demande de brevet. L'invention ne se limite bien sûr pas à ce domaine particulier d'application, mais présente un intérêt pour toute technique de calibrage de système comprenant une pluralité de photodiodes devant faire face à une problématique proche ou similaire. Un photomultiplicateur correspond à un tube à vide comprenant une photocathode qui, lorsqu'un photon incident entre en contact avec celle-ci, libère, sous l'effet photoélectrique, un électron. Un tel électron est ensuite dirigé vers une succession de dynodes en vue d'être multiplié (via un phénomène d'avalanche) pour pouvoir effectuer des mesures en sortie du photomultiplicateur. Plus précisément, il est important de pouvoir déterminer précisément à la fois l'instant auquel un photon arrive sur la photocathode (et donc potentiellement d'ordonnancer les 3032063 2 photons incidents), ainsi que de quantifier avec précision l'énergie véhiculée par les photons incidents. En effet, plus on est capable de déterminer avec précision l'instant d'arrivée d'un photon, et plus on est capable de déterminer si deux photons sont arrivés simultanément. Ce 5 critère est crucial, notamment dans le domaine médical où l'on cherche à identifier l'annihilation d'un positon via la détection de deux photons émis simultanément, qui s'échappent d'un patient, via l'utilisation d'au moins deux photomultiplicateurs positionnés à l'opposé l'un de l'autre (on considère que deux photons qui sont arrivés sur des photocathodes de photomultiplicateurs dans une telle configuration, avec un écart inférieur à une 10 nanoseconde sont signalés comme étant détectés simultanément). La quantification de l'énergie reçue par un photomultiplicateur a quant à elle un impact sur la qualité des tomographies obtenues via un dispositif PET. Plus la quantification est précise, et plus la qualité des tomographies obtenues est grande. La gamme dynamique caractérise le rapport du signal maximum au signal minimum (souvent le bruit électronique ou 15 le photon unique) et ce rapport est de quelques milliers. Le domaine PET actuel recherche des précisions temporelles de quelques dizaines de picosecondes (10-12 s) pour un seuil de déclenchement de quelques photoélectrons et des gammes dynamiques de quelques milliers de photoélectrons. Cette précision temporelle requiert des bandes passantes de l'ordre du GHz et une amplification des plus faibles signaux 20 de l'ordre d'un facteur 10 (20 dB). Ces bandes passantes élevées sont maintenant possibles à puissance raisonnable grâce aux progrès des circuits intégrés (ASICs), en particulier en technologie BiCMOS Silicium Germanium et au progrès des photodétecteurs « solid-state » (ou photomultiplicateur en silicium SiPM (pour « Silicon photomultipliers ») ou MPPC (pour « MultiPixel Photon Counter ») qui ont des résolutions intrinsèques suffisamment bonnes et limitent 25 les inductances parasites. En particulier, les photomultiplicateurs en silicium SiPM, outre leur précision temporelle (de quelques dizaines de picosecondes) sont capables de mesurer des intensités lumineuses très faibles (possibilité de mesurer les photons un par un). Au regard des photomultiplicateurs antérieurs correspondant à des dispositifs 11 à 30 tube à vide cher et volumineux tels qu'illustrés sur la figure 1, les photomultiplicateurs en silicium SiPM permettent de réduire considérablement l'encombrement des systèmes de détection comme illustré par la matrice de 8x8 photomultiplicateurs en silicium SiPM. 3032063 3 La figure 2 illustre le schéma électrique 20 et la microphotographie 200 d'un photomultiplicateur en silicium SiPM comprenant une pluralité de photodiodes (jusqu'à plusieurs milliers) encore appelées cellules ou pixels 21. Une telle segmentation en cellules, également appelés pixels 21, permet d'augmenter 5 fortement la granularité et la rapidité des photodétecteurs au regard des photomultiplicateurs antérieurs. En d'autres termes les « pixels » de lecture du photodétecteur sont plus petits et plus nombreux. En effet, comme illustré sur la figure 2, un SiPM correspondant à un carré de 4 mm par 4 mm comprend environ 1000 pixels. 10 Lorsqu'un photon touche une cellule, celle-ci claque en créant une charge électrique, communément appelée photoélectron (pe), un temps de recharge de cette cellule est ensuite nécessaire pour être à nouveau opérationnelle. L'ordre de grandeur de la charge électrique créée est de un million d'électrons par cellule touchée par un photon. En d'autres termes, le gain d'une cellule de photomultiplicateur 15 en silicium SiPM est de 106 électrons/photon. Ainsi, pour un photomultiplicateur en silicium SiPM comprenant une pluralité de cellules, le signal produit par le SiPM est donc proportionnel au nombre de photons émis (i.e. le SiPM délivre une réponse discrète représentative du nombre de photons émis), et la charge électrique créée correspond à un nombre entier de photoélectrons (pe), ce qui permet de 20 compter un par un les photons qui touchent le photodétecteur, cet aspect étant impossible avec les photomultiplicateurs antérieurs. La figure 3 illustre notamment la réponse discrète et idéale d'un photomultiplicateur en silicium SiPM sous la forme d'un spectre ADC (ADC de l'anglais « Analog-to-digital converter ») délivrant le nombre d'occurrences de détection de bruit (Ope 31), d'un seul 25 photoélectron (1pe 32), de deux photoélectrons crées simultanément (2pe 33), de trois photoélectrons (3pe 34), de quatre photoélectrons (4pe 35) en fonction de la valeur ADC. En d'autres termes la réponse d'un photomultiplicateur est mesurée à un instant précis (par exemple par déclenchement d'un laser émettant quelques photons) ce qui permet de la représenter sous la forme d'un histogramme ou « spectre de photoélectron ». 30 L'utilisation d'un photomultiplicateur en silicium SiPM offre donc une grande dynamique au regard des photomultiplicateurs antérieurs du fait qu'il est possible de détecter un à quelques milliers de photons. 3032063 4 Chaque photodiode est polarisées en mode Geiger en d'autres termes fortement en inverse au delà de la tension de claquage appelée VBR, tandis que la surtension ajoutée à la tension de claquage (de l'anglais « over-voltage ») est notée Vov. Ainsi, la tension VHV appliquée aux bornes d'un photomultiplicateur en silicium SiPM 5 peut donc être exprimée de la manière suivante : VHV= VBR+ Vov. Le fonctionnement optimal d'un photomultiplicateur en silicium SiPM requiert que le point de fonctionnement de chaque photodiode (ou cellule, pixel) soit situé à proximité du point de claquage 41 de la photodiode illustré par la figure 4 illustrant le courant photomultiplicateur en silicium SiPM en fonction de la surtension Vov. 10 Le réglage de la surtension Vov ajoutée à la tension de claquage est donc crucial. Cette opération devient complexe pour un photodétecteur comprenant une pluralité de photomultiplicateurs en silicium SiPM (les photomultiplicateurs en silicium SiPM d'un photodétecteur étant également appelés voies), car la surtension Vov n'est pas uniforme d'un photomultiplicateurs en silicium SiPM à l'autre. 15 Il est donc extrêmement fastidieux de régler un photodétecteur voie par voie, en d'autres termes SiPM par SiPM, la valeur de la surtension Vov, notamment lorsque le système comprend plusieurs milliers ou dizaine de milliers de voies. En outre, la surtension Vov est fortement sensible à la température, ce qui requiert un ajustement régulier lorsque la température du photodétecteur n'est pas contrôlée au dixième 20 de degré. Par ailleurs, les photodétecteurs à base de photomultiplicateurs en silicium SiPM génèrent du bruit, même en l'absence d'émission de photon (en d'autres termes dans le noir total), ce bruit (appelé « dark noise » en anglais) correspond au déclenchement intempestif de cellule (également appelé photodiode, ou pixel) sans présence de photon (dans ce cas des pics 25 32, 33 ou 34 tel qu'illustrés sur la figure 3 seront mesurés alors qu'aucun photon n'a été réellement émis). Un tel bruit est fortement dépendant de la surtension Vov et induit un courant de fuite qui évolue très fortement en fonction de la surtension Vov tel qu'illustré par la figure 4, où la zone de fonctionnement 42 est située sous la courbe de courant 43. 30 Ainsi, la calibration d'un photodétecteur à base de photomultiplicateurs en silicium SiPM est une opération complexe qui doit être effectuée régulièrement du fait de l'instabilité en température de celui-ci. 3032063 5 On connaît dans l'état de la technique différents types de techniques de calibration. Une première technique consiste à injecter une quantité de lumière prédéterminée dans chaque SiPM et à mesurer ensuite la charge issue de cette illumination, ce qui permet une détermination du gain correspondant, puis le réglage du gain se fait par approximations 5 successives en ajustant la tension VHV appliquée aux bornes du SiPM. A chaque ajustement, la charge issue de l'illumination prédéterminée est à nouveau mesurée. Les détails de cette technique sont notamment divulgués par ZALESAK J. (« Calibration Issues for the Calice 1m3 AHCAL ») Proceedings of the International Workshop on Future Linear Colliders LCWS11, Granada, Spain, 2011 http://arxiv.org/pdf/1201.6155v1.pdf. 10 L'inconvénient de cette première technique est qu'elle est complexe et inapplicable pour un photodétecteur comprenant une pluralité de photomultiplicateurs en silicium SiPM, également appelés voies ou canaux. En effet, le trop grand nombre de canaux mis en oeuvre ne permet pas une calibration fiable, rapide et efficace. Une deuxième technique consiste à mesurer le « bruit noir » (appelé « dark noise » en 15 anglais) sans aucun dispositif d'injection de lumière, autrement dit dans le noir. Selon cette technique un seuil très bas de détection, par exemple une valeur ADC deux fois plus petite que la valeur ADC utilisée pour détecter un photoélectron est utilisée afin de déterminer la charge de SiPM correspondante, en d'autres termes le nombre d'occurrences de détection de bruit. Du fait que l'une des propriétés du SiPM est de délivrer une réponse discrète, en 20 d'autre termes un nombre entier de photoélectrons détectés (Ope, 1pe, 2pe voir figure 3), il est alors possible de construire (en anglais « fit ») à partir de cette mesure un spectre de photoélectron de calibrage. Le ratio entre 1pe, 2pe et 3pe sur le bruit est uniquement donné par la diaphonie (en anglais "crosstalk") du SiPM (i.e. la probabilité, lors du déclenchement effectif d'un pixel, du déclenchement intempestif du pixel voisin sans présence de photon sur 25 celui-ci). La détection de tels pics permet ensuite de mesurer leur écart et de déterminer le gain. Les détails de cette technique sont notamment divulgués par Barrai J. (« Study of Silicon Photomultiplier »), 2004, chapitre 2, section 2.1.1 "calibration" http://web.stanford.eduhbarral/Downloads/StageOption-Rapport.pdf. 30 Cependant, l'inconvénient de cette deuxième technique, est qu'un photodétecteur, comprenant une pluralité de photomultiplicateurs en silicium SiPM, également appelés voies 3032063 6 ou canaux, doit être intercalibré. En d'autres termes, il est indispensable que toutes les voies (i.e. tous les SiPM du photodétecteur) présentent le même gain. En outre, une calibration absolue, permettant de faire correspondre un nombre de photons à une charge en sortie de SiPM, doit être effectuée pour obtenir une résolution en 5 énergie correcte, ce qui requiert, selon l'art antérieur, une correction de dérive en gain absolue en utilisant un pic d'énergie à 511Kev. Cette deuxième technique de calibration itérative est donc fastidieuse et chronophage car chaque itération requiert traitement de données important pour reconstruire le spectre de photoélectron à chaque itération. 10 3. Objectifs de l'invention L'invention, dans au moins un mode de réalisation, a notamment pour objectif de pallier ces différents inconvénients de l'état de la technique. Plus précisément, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, un objectif est de fournir une technique permettant une calibration fiable d'un photodétecteur à 15 photomultiplicateurs silicium qui ne soit pas itérative. Au moins un mode de réalisation de l'invention a également pour objectif de fournir une telle technique qui permette à la fois de conserver une grande gamme dynamique (à savoir la détection de un à quelques milliers de photons), une grande efficacité de déclenchement, ainsi que d'obtenir une grande uniformité sur l'ensemble des canaux mis en oeuvre. 20 En outre, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, il est proposé une technique n'utilisant que peu de composants électroniques, et minimisant la puissance dissipée, permettant de limiter l'échauffement du photodétecteur situé à proximité immédiate et très sensible à la température. 4. Exposé de l'invention 25 Dans un mode de réalisation particulier, il est proposé un circuit électronique configuré pour calibrer un dispositif de détection de photons comprenant une pluralité de photomultiplicateurs en silicium, ledit circuit électronique comprenant un module d'asservissement configuré pour asservir en gain dudit dispositif de détection de photons. Un tel circuit électronique est remarquable en ce que ledit module d'asservissement 30 comprend au moins: - des moyens d'obtention d'une information représentative du courant aux bornes de chaque photomultiplicateur en silicium de ladite pluralité, et 3032063 7 - des moyens de traitement de ladite information représentative du courant. L'invention permet ainsi d'améliorer les techniques de calibration de l'art antérieur en évitant la mise en oeuvre complexe et chronophage d'itérations de calibration, et repose sur un asservissement (autrement dit un contrôle) en gain du dispositif de détection des photons basé 5 sur l'obtention et le traitement d'une information représentative du courant aux bornes de chaque photomultiplicateur en silicium constituant le dispositif de détection de photons. En effet, le courant aux bornes de chaque photomultiplicateur est une fonction monotone de leur gain. De ce fait, la détermination du courant mise en oeuvre par le circuit électronique de calibration selon l'invention permet de déterminer rapidement, au moyen de 10 cette fonction, le gain correspondant, puis de le réajuster précisément afin que toutes les voies (i.e. tous les SiPM du photodétecteur) présentent le même gain. Ainsi, la calibration selon la présente invention est basée « intensité » et va donc à l'encontre des a priori de l'Homme du métier qui mettait jusqu'ici en oeuvre une calibration basée « tension ». En outre, une telle calibration ne requiert pas la mise en oeuvre 15 d'approximations successives ou encore le création d'un spectre de bruit. En effet, au regard des caractéristiques de fonctionnement des photodiodes de chaque photomultiplicateur, l'intensité présente une stabilité plus importante que la tension au voisinage du point de fonctionnement désiré tel que représenté sur la figure 4 décrite précédemment en relation avec l'art antérieur. 20 Une telle calibration basée « courant » (ou « intensité ») peut en outre être mise en oeuvre simplement et en temps réel ce qui permet une optimisation du dispositif de détection de photons, encore appelé photodétecteur, de sorte qu'il devient moins sensible aux variations des paramètres de son environnement d'utilisation, et par conséquent moins bruyant (i.e. le bruit généré par le photodétecteur est minimisé du fait que le point de fonctionnement de 25 chaque photodiode est contrôlé précisément par la calibration selon la présente invention). Selon un premier mode de réalisation de l'invention, pour un tel circuit électronique configuré pour calibrer un dispositif de détection de photons: - lesdits moyens d'obtention d'une information représentative du courant correspondent à au moins un module de mesure de courant, configuré pour délivrer 30 respectivement pour chaque photomultiplicateur en silicium de ladite pluralité, une valeur de courant, dit courant noir, et 3032063 8 - lesdits moyens de traitement de ladite information représentative du courant correspondent à un module d'ajustement configurer pour ajuster une haute tension d'alimentation de chaque photomultiplicateur en silicium en tenant compte respectivement dudit courant noir de chaque photomultiplicateur en silicium. 5 Selon ce premier mode de réalisation, il est à noter que ledit module d'asservissement est configuré pour être déconnecté dudit dispositif de détection de photons lorsqu'une émission d'un signal lumineux est mise en oeuvre. Selon ce premier mode de réalisation, notamment appliqué à la calibration d'un photodétecteur de tomographe, le module de mesure de courant correspond par exemple à un 10 microampèremètre apte à mesurer le « courant noir » (« dark current » en anglais) aux bornes de chaque photomultiplicateur en silicium en l'absence d'émission de signal lumineux. Un tel « courant noir » est représentatif du bruit produit par le déclenchement intempestif de cellules d'un photomultiplicateur en silicium lorsque le dispositif de détection de photons est inactif, en d'autres termes en l'absence de signal lumineux émis. 15 Un tel déclenchement intempestif de cellule du photomultiplicateur en silicium illustre le bruit, et provoque une composante continue de courant. En l'absence de signal lumineux, en d'autres termes lorsque le photodétecteur est inactif, un tel courant est mesurable, le nombre de déclenchements intempestifs de cellules étant limité. 20 Ainsi, l'invention propose de mesurer ce courant continu moyen plutôt que de relever les déclenchements intempestifs un par un pour recréer un spectre de bruit. Puis, dans un second temps, à partir du courant noir mesuré, l'invention propose d'ajuster précisément la haute tension d'alimentation de chaque photomultiplicateur en silicium afin que chaque photomultiplicateur en silicium présente le même gain. 25 La combinaison du module de mesure de courant et du module d'ajustement, selon ce premier mode de réalisation, permet donc de contrôler la polarisation de chaque photodiode constituant un photomultiplicateur SiPM réalisant ainsi un asservissement en gain du dispositif de détection de photons. Selon un aspect particulier de ce premier mode de réalisation, ledit module 30 d'ajustement de la haute tension d'alimentation dudit photomultiplicateur en silicium comprend: 3032063 9 - un module d'analyse recevant en entrée ledit courant noir de chaque photomultiplicateur en silicium et délivrant respectivement en sortie une information numérique pour chaque photomultiplicateur en silicium, - un convertisseur numérique-analogique configuré pour convertir respectivement 5 ladite information numérique de chaque photomultiplicateur en silicium en une tension analogique d'ajustement de ladite haute tension d'alimentation de chaque photomultiplicateur en silicium. Ainsi, la haute tension d'alimentation de chaque photomultiplicateur en silicium est adaptée indépendamment d'une voie à l'autre en fonction du courant noir mesuré sur chaque 10 voie. Selon un aspect particulier de ce premier mode de réalisation, ledit module d'analyse prend en compte : - une information de correspondance prédéterminée entre une valeur dudit courant noir et une valeur de ladite information numérique, ou 15 - une information de correspondance prédéterminée entre une valeur dudit courant noir et une valeur de gain de photomultiplicateur en silicium associée à ladite information numérique. La prise en compte d'une telle information de correspondance permet notamment une calibration absolue correcte. 20 Selon un autre aspect particulier de ce premier mode de réalisation, ledit circuit électronique comprend en outre : - au moins un premier interrupteur configuré pour déconnecter ledit module de mesure de courant dudit dispositif de détection de photons et, - un module de détection d'une émission d'un signal lumineux contrôlant 25 automatiquement ledit au moins un premier interrupteur de sorte à connecter ledit circuit électronique audit dispositif de détection en absence de signal lumineux. Cet aspect permet une recalibration automatique, i.e. sans intervention d'opérateur, lorsque le dispositif de détection de photons est inactif (inutilisé). Selon un autre aspect particulier de ce premier mode de réalisation, ledit circuit 30 électronique comprend en outre : 3032063 10 au moins un deuxième interrupteur, configuré pour déconnecter ledit module de mesure de courant, et localisé au voisinage dudit au moins un premier interrupteur dans ledit circuit électronique et, un module de détection de variation de température ambiante avec une précision de 5 l'ordre du dixième de degré commandant automatiquement ledit au moins un deuxième interrupteur lorsqu'une variation de température supérieure à un seuil de température prédéterminé est détecté. Cet aspect permet une recalibration automatique, avec un nombre de recalibrations limité au regard de la recalibration automatique décrite ci-dessus car dans ce cas on recalibre 10 systématiquement en absence de lumière et également lorsqu'une variation de température est détectée. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, notamment, lorsque la luminosité d'un signal lumineux analysé par ledit dispositif de détection de photons est inférieure à un seuil de luminosité prédéterminé et/ou lorsque le taux de comptage dudit 15 dispositif de détection de photons est inférieur à un seuil de taux de comptage prédéterminé, le circuit électronique selon l'invention est tel que : lesdits moyens d'obtention d'une information représentative du courant correspondent à au moins une source de courant, et lesdits moyens de traitement de ladite information représentative du courant 20 correspondent à un module de contrôle d'une valeur de courant délivrée par ladite au moins une source de courant. Selon ce deuxième mode de réalisation, notamment appliqué à la calibration d'un photodétecteur de télescope, la calibration du gain est basée sur l'utilisation d'une source de courant, délivrant un courant de consigne, qui ajuste la haute tension afin que le courant 25 moyen fournit par le photomultiplicateur en silicium corresponde à ce courant de consigne, en d'autres termes, la source de courant impose le courant du SiPM et donc son bruit et son gain. Il est nécessaire que le courant généré par le signal (i.e. le courant généré par des photons) soit négligeable devant le courant généré par le bruit (i.e. le courant généré en l'absence de photons). 30 De la même manière que pour le premier mode de réalisation, le contrôle du courant délivré par la source de courant au photomultiplicateur en silicium permet d'en réajuster 3032063 11 précisément et rapidement le gain afin que toutes les voies (i.e. tous les SiPM du photodétecteur) présentent le même gain. Ce deuxième mode de réalisation permet avantageusement une calibration en continu au regard du premier mode de réalisation. Ainsi, si une variation de température entraîne une 5 modification de la polarisation du SiPM considéré alors elle automatiquement détectée au moyen de la source de courant et compensée de sorte à uniformiser voie par voie le dispositif de détection de photons. Ainsi, lorsque la luminosité d'un signal lumineux analysé par ledit dispositif de détection de photons est inférieure à un seuil de luminosité prédéterminé et/ou lorsque le taux 10 de comptage dudit dispositif de détection de photons est inférieur à un seuil de taux de comptage prédéterminé, ce deuxième mode de réalisation permet donc de contrôler en continu la polarisation de chaque photodiode constituant un photomultiplicateur SiPM réalisant ainsi un asservissement en gain du dispositif de détection de photons. Selon un aspect particulier de ce deuxième mode de réalisation, ledit au moins un 15 module de contrôle de la valeur de courant délivrée par ladite au moins une source de courant prend en compte une information de correspondance prédéterminée entre ladite valeur de courant délivrée par ladite au moins une source de courant et une valeur de gain de photomultiplicateur en silicium. Selon un autre aspect, l'invention concerne également un dispositif de détection de 20 photons comprenant une pluralité de photomultiplicateurs en silicium et un circuit électronique tel que décrit précédemment. Selon un autre aspect, l'invention concerne également un procédé de calibration d'un dispositif de détection de photons comprenant une pluralité de photomultiplicateurs en silicium, ledit procédé de calibration mettant en oeuvre une phase d'asservissement en gain 25 dudit dispositif de détection de photons. Selon un tel procédé, ladite phase d'asservissement comprend : - une étape d'obtention d'une information représentative du courant aux bornes de chaque photomultiplicateur en silicium de ladite pluralité, - une étape de traitement de ladite information représentative du courant. 30 Un tel procédé est notamment mis en oeuvre par un circuit électronique selon l'invention, configuré pour calibrer un dispositif de détection de photons comprenant une pluralité de photomultiplicateurs en silicium, tel que décrit précédemment. 3032063 12 Selon une caractéristique particulière, ledit procédé comprend en outre une étape d'obtention d'une information de correspondance associant respectivement un ensemble d'informations représentatives de valeurs de courant aux bornes de chaque photomultiplicateur en silicium de ladite pluralité à un ensemble d'informations 5 représentatives de valeurs de gain de photomultiplicateur en silicium. L'invention se rapporte également à un programme d'ordinateur comportant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé de calibration d'un dispositif de détection de photons comprenant une pluralité de photomultiplicateurs en silicium précédemment décrit lorsque ledit programme est exécuté par un ordinateur. 10 5. Listes des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple indicatif et non limitatif, et des dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1, déjà présentée en relation avec l'art antérieur, présente un des 15 photomultiplicateurs antérieurs correspondant à des dispositifs à tube à vide ; - la figure 2, déjà présentée en relation avec l'art antérieur, illustre le schéma électrique et la microphotographie d'un photomultiplicateur en silicium SiPM comprenant une pluralité de photodiodes ; - la figure 3, déjà présentée en relation avec l'art antérieur, illustre la réponse discrète 20 et idéale d'un photomultiplicateur en silicium SiPM ; - la figure 4, déjà présentée en relation avec l'art antérieur, illustre le courant dans le SiPM en fonction de la tension de claquage ; - la figure 5 présente la topologie générale d'un circuit électronique selon l'invention ; - la figure 6 illustre un premier mode de réalisation d'un circuit électronique conforme 25 à cette topologie générale ; - la figure 7 illustre un deuxième mode de réalisation d'un circuit électronique conforme à cette topologie générale ; - la figure 8 illustre les étapes du procédé de calibration selon un mode de réalisation de l'invention ; 30 - la figure 9 présente la structure d'un dispositif de détection de photons. 6. Description d'un mode de réalisation de l'invention 6.1 Principe général 3032063 13 Le principe général de l'invention repose sur une calibration en gain d'un dispositif de détection de photons constitué d'une pluralité de photomultiplicateur en silicium SiPM tenant compte d'une information représentative de l'intensité aux bornes de chaque photomultiplicateur en silicium SiPM. 5 Une telle calibration en gain basée « intensité » permet d'obtenir un gain et un bruit uniforme d'un photomultiplicateur en silicium SiPM à l'autre. En d'autres termes, la présente invention permet une optimisation de l'inter-calibration de tous les SiPM constituant le dispositif de détection de photons à calibrer. En effet, la mesure du courant permet de régler très précisément le gain car, selon les 10 propriétés d'un photomultiplicateur en silicium la fonction mathématique associant une valeur de courant noir (en anglais « dark current ») à la tension de claquage (en anglais « overvoltage ») présente une pente très forte de même que la fonction mathématique associant une valeur de gain à la tension de claquage (en anglais « overvoltage »). Ainsi, selon ces propriétés une faible variation de la tension de claquage entraine une 15 forte variation de courant noir et de gain. A l'inverse, un réglage « basé intensité » présente une grande stabilité. En conséquence, intercalibrer l'ensemble des photomultiplicateurs en silicium d'un dispositif de détection de photons sur un même courant noir revient à les régler au même gain. Une telle calibration basée « intensité » en utilisant les propriétés d'un 20 photomultiplicateur en silicium présente en outre l'avantage d'être simple à mettre en oeuvre au regard des techniques de l'art antérieur basée sur une calibration « tension ». Une telle approche basée « intensité » n'avait pas été envisagée jusqu'ici selon les inventeurs. La calibration selon l'invention est donc rapide et peu complexe à mettre en oeuvre et peut donc être exécutée régulièrement du fait de l'instabilité en température des 25 photodétecteurs. En outre, cette calibration présente l'avantage d'être applicable à tout système utilisant un ou plusieurs SiPM quelle que soit l'application finale telle que l'imagerie médicale par émission de photons PET ou la tomographie d'émission monophotonique TEMP dite aussi SPECT (de l'anglais « single photon emission computed tomography ») ou encore 30 l'instrumentation scientifique (par exemple une application pour des télescope). Par la suite, sur les figures 5 à 7, les éléments identiques sont désignés par une même référence numérique. 3032063 14 On présente en relation avec la figure 5, la structure générale du circuit électronique proposé selon l'invention. Plus précisément, le circuit électronique selon l'invention est connecté à chaque photomultiplicateur du dispositif de détection de photons, également appelé voie. 5 La figure 5, présente en particulier les connexions entre le circuit électronique proposé selon l'invention et une voie SiPM 51 comprenant une pluralité de photodiodes (il est à noter que toutes les photodiodes d'un SiPM sont toutes connectées entre elles, sur la figure 5 une seule photodiode 500 est représentée par voie afin de simplifier la représentation dune voie SiPM). 10 Selon l'invention, le circuit électronique configuré pour calibrer un dispositif de détection de photons comprend un module d'asservissement (54) configuré pour asservir en gain le dispositif de détection de photons, connecté à la fois à la voie SiPM à calibrer, au circuit de lecture et au système d'acquisition de données qui transmettent (57) les données acquises à un système central de données (non représenté) du dispositif de détection de photons. 15 Plus précisément, le module d'asservissement (54) comprend des moyens d'obtention M_OBT_Isipm (541) d'une information Isipm représentative du courant aux bornes de chaque photomultiplicateur en silicium de ladite pluralité connectés au circuit de lecture du dispositif de détection de photons qui comprend d'autres moyens d'obtention de caractéristiques du SiPM considéré utilisés lors de la détection de photon en tant que telle (selon l'exemple de la 20 figure 5 des circuits électroniques de mesure de temps et de mesure d'énergie). En outre, le module d'asservissement (54) comprend des moyens de traitement M_T_Isipm (542) de ladite information représentative du courant connectés au système d'acquisition de données du dispositif de détection de photons qui à partir des mesures de temps et d'énergie relative à la voie SiPM considérée comprennent également un module de 25 traitement de données apte à construire des évènements, et un module de validation de données comprenant un système de déclenchement (« trigger » en anglais). Ainsi, selon la présente invention, l'inter-calibration de l'ensemble des voies du dispositif de détection de photons est réalisée en égalisant les courants noirs (« dark noise ») de l'ensemble des SiPM du système. 30 Par ailleurs, de manière optionnelle (représentée en pointillés), le circuit électronique de calibration selon l'invention peut comprendre un module de détection D_SL (55) d'une émission d'un signal lumineux d'excitation du dispositif de détection de photons, et/ou un 3032063 15 module de détection D_AT (56) de variation de température ambiante avec une précision de l'ordre du dixième de degré. Selon une caractéristique de l'invention non représentée, ces modules de détection comprennent optionnellement des indicateurs de re-calibration (par exemple un voyant 5 lumineux ou l'émission d'un son, ou d'un signal d'alerte) lorsque l'événement qu'il détecte s'est produit. Il est à noter que selon une première variante de l'invention, la calibration du dispositif de détection de photons met en oeuvre autant de circuits électroniques selon l'invention qu'il y a de voies à inter-calibrer. Dans ce cas, toutes les voies peuvent être avantageusement 10 calibrées simultanément. Selon une autre variante de l'invention, la calibration du dispositif de détection de photons met en oeuvre, un seul circuit électronique de calibration comprenant les différents modules (54, 55, 56) décrits ci-dessus, celui-ci étant connecté (successivement ou non), par défaut, manuellement ou automatiquement, à chaque voie du dispositif de détection de 15 photons à calibrer. Dans ce cas, le nombre de composants mis en oeuvre dans le circuit de calibration selon l'invention est avantageusement limité et permet une optimisation de l'encombrement généré par celui-ci, notamment si ce circuit de calibration est intégré directement lors de la conception d'un dispositif de détection de photons selon l'invention. 6.2 Premier mode de réalisation 20 On présente en relation avec la figure 6, un premier mode de réalisation de l'invention, dans lequel le module d'asservissement (54) du circuit électronique de l'invention est configuré pour être déconnecté du dispositif de détection de photons lorsqu'une émission d'un signal lumineux est mise en oeuvre. Selon ce premier mode de réalisation, les moyens d'obtention (541) d'une 25 information représentative du courant de la structure générale représentés à la figure 5 décrite précédemment, correspondent à un module de mesure de courant (61), ici un microampèremètre, configuré pour délivrer pour le photomultiplicateur en silicium considéré 51, une valeur de courant, dit courant noir IN. Par ailleurs, les moyens de traitement (542) de l'information représentative du courant 30 représentés à la figure 5 décrite précédemment, correspondent à un module d'ajustement configuré pour ajuster la haute tension d'alimentation de chaque photomultiplicateur en 3032063 16 silicium en tenant compte respectivement dudit courant noir de chaque photomultiplicateur en silicium. Plus précisément, ce module d'ajustement comprend un module d'analyse (63) recevant en entrée le courant noir de chaque photomultiplicateur en silicium et délivrant 5 respectivement en sortie une information numérique pour chaque photomultiplicateur en silicium. Ce module d'analyse (63) est notamment configuré pour être connecté au système d'acquisition de données classique du dispositif de détection de photons. En particulier, le module d'analyse (63) prend en compte une information de correspondance prédéterminée (631) entre une valeur du courant noir et une valeur de 10 l'information numérique, ou une information de correspondance prédéterminée entre une valeur du courant noir et une valeur de gain de photomultiplicateur en silicium associée à ladite information numérique. Par exemple, cette information de correspondance correspond à un tableau de valeurs comprenant une colonne de valeurs de courant noir et une colonne de valeurs correspondante 15 de gain et/ou une colonne de valeurs numériques correspondantes, la représentation d'une fonction mathématique telle que la courbe représentée selon la figure 4 illustrant le courant photomultiplicateur en silicium SiPM en fonction de la surtension Voy, et/ou la courbe illustrant le gain du photomultiplicateur en fonction du courant noir ... Une telle information de correspondance, est par exemple enregistrée par défaut dans 20 la mémoire du dispositif de détection de photons à calibrer ou dans une mémoire du module d'analyse (non représenté), ou transmise ultérieurement au module d'analyse (63) du circuit de calibration qui comprend dans ce cas des moyens de réception de cette information de correspondance. En outre, le module d'ajustement comprend un convertisseur numérique-analogique 25 (62) configuré pour convertir respectivement l'information numérique de chaque photomultiplicateur en silicium en une tension analogique d'ajustement de la haute tension d'alimentation de chaque photomultiplicateur en silicium. Comme illustré par la figure 6, ce convertisseur numérique-analogique (62) est connecté au système de lecture du dispositif de détection de photons et agit directement sur la polarisation du SiPM 51 considéré. 30 En d'autres termes, selon ce premier mode de réalisation, en absence de signal lumineux, un microampèremètre est connecté, par exemple au moyen d'un interrupteur (64) ou 65) au circuit de lecture des caractéristiques du SiPM 51 considéré, afin d'en mesurer le 3032063 17 courant noir, puis au moyen du module d'ajustement comprenant à la fois le module d'analyse (63) connecté au système de traitement de données et le convertisseur numérique-analogique (62), la haute tension HV est ajustée pour obtenir le gain souhaité pour le SiPM 51 considéré. Optionnellement, le circuit électronique de calibration selon l'invention comprend un 5 deuxième interrupteur (65) de déconnexion du module de mesure de courant (61), ce deuxième interrupteur étant localisé au voisinage dudit au moins un premier interrupteur dans ledit circuit et, commandé par un module de détection (56) de variation de température ambiante avec une précision de l'ordre du dixième de degré. Cet aspect optionnel permet de calibrer systématiquement lorsque deux conditions sont réunies à savoir en absence de 10 lumière et également lorsqu'une variation de température par exemple supérieure au dixième de degré est détectée. Ainsi, selon ce premier mode de réalisation, l'inter-calibration de l'ensemble des voies du dispositif de détection de photons est réalisé en égalisant les courants noirs (« dark noise ») de l'ensemble des SiPM du système. 15 6.3 Deuxième mode de réalisation On présente en relation avec la figure 7, un deuxième mode de réalisation de l'invention, notamment mis en oeuvre uniquement lorsque la luminosité d'un signal lumineux analysé par ledit dispositif de détection de photons est inférieure à un seuil de luminosité prédéterminé (par exemple de l'ordre de lkpe/(mm2.$), le bruit est à environ 100kpe/(mm2.$) 20 et/ou lorsque le taux de comptage dudit dispositif de détection de photons est inférieur à un seuil de taux de comptage prédéterminé, dans lequel le module d'asservissement (54) est configuré pour être connecté en continu au dispositif de détection de photons. Selon ce deuxième mode de réalisation, les moyens d'obtention (541) d'une information représentative du courant de la structure générale représentés à la figure 5 décrite 25 précédemment, correspondent à une source de courant (71). Par ailleurs, les moyens de traitement (542) de l'information représentative du courant représentés à la figure 5 décrite précédemment, correspondent à un module de contrôle (72) de la valeur de courant délivrée par ladite au moins une source de courant aux bornes de chaque photomultiplicateur en silicium. 30 Il est à noter que selon ce deuxième mode de réalisation, les modules de détection D_SL (55) d'une émission d'un signal lumineux d'excitation du dispositif de détection de photons, et/ou de détection D_AT (56) de variation de température ambiante avec une 3032063 18 précision de l'ordre du dixième de degré sont utilisés à titre de vérification des conditions de luminosité de l'environnement d'utilisation du dispositif de détection de photons mis en oeuvre, et/ou à des fin de mémorisations des conditions d'utilisation de ce dispositif. Par ailleurs, le module de contrôle (72) de la valeur de courant délivrée par la source 5 de courant (71) prend en compte une information de correspondance (721) prédéterminée entre ladite valeur de courant délivrée par ladite au moins une source de courant, correspondant au courant de fuite, et une valeur de gain du photomultiplicateur en silicium. De la même manière que pour le premier mode de réalisation, le contrôle du courant délivré par la source de courant au photomultiplicateur en silicium permet d'en réajuster 10 précisément et rapidement le gain afin que toutes les voies (i.e. tous les SiPM du photodétecteur) présentent le même gain. 6.4 Procédé de calibration On présente en relation avec la figure 8, le procédé (80) de calibration mis en oeuvre par le circuit électronique selon l'invention précédemment décrit en relation avec les figures 5 15 à 7. Plus précisément, ce procédé de calibration (80) met en oeuvre une phase d'asservissement (800) en gain du dispositif de détection de photons comprenant : - une étape d'obtention OBT_Is,pm (81) d'une information représentative du courant aux bornes de chaque photomultiplicateur en silicium de ladite pluralité, 20 - une étape de traitement T_ Is,pm (82) de ladite information représentative du courant. Un tel procédé correspond donc aux différentes étapes mises en oeuvre par les différents composants du circuit électronique de calibration décrit précédemment, et précise comment ces différents composants coopèrent les uns avec les autres. En outre, lorsque le dispositif de détection de photons n'en dispose pas par défaut, le 25 procédé selon l'invention comprend en outre une étape préalable OBT_F (80) d'obtention d'une information de correspondance associant respectivement un ensemble d'informations représentatives de valeurs de courant aux bornes de chaque photomultiplicateur en silicium de ladite pluralité à un ensemble d'informations représentatives de valeurs de gain de photomultiplicateur en silicium. 30 6.5 Structure d'un dispositif de détection de photons En relation avec la figure 9, on considère maintenant la structure simplifiée d'un dispositif 90 de détection de photons comprenant une pluralité de photomultiplicateurs en 3032063 19 silicium selon un exemple de réalisation de l'invention. Un tel dispositif de détection de photons est adapté pour mettre en oeuvre le procédé de calibration précédemment décrit. Dans l'exemple représenté à la figure 9, le dispositif de détection de photons 94 comprend une unité de traitement 92, équipée par exemple d'un processeur P, et pilotée par 5 un programme d'ordinateur Pg 93, stocké dans une mémoire M 91 et mettant en oeuvre le procédé de calibration selon l'invention. A l'initialisation, les instructions de code du programme d'ordinateur Pg 93 sont par exemple chargées dans une mémoire RAM (non représentée) avant d'être exécutées par le processeur P de l'unité de traitement 92. Le processeur de l'unité de traitement 92 met en 10 oeuvre les étapes du procédé de calibration décrit précédemment, selon les instructions du programme d'ordinateur 93. Selon l'invention, le dispositif de détection de photons 94 comprend en outre les composants du circuit électronique de calibration selon l'invention, à savoir un module M_A d'asservissement (54) comprenant des moyens d'obtention M_OBT_Is;pm (541) d'une 15 information représentative du courant aux bornes de chaque photomultiplicateur en silicium de ladite pluralité, et des moyens de traitement M_T_Is,pm (542) de ladite information représentative du courant, ce module d'asservissement (54) étant piloté par le processeur P de l'unité de traitement 92. 20 REVENDICATIONS1. Circuit électronique configuré pour calibrer un dispositif de détection de photons comprenant une pluralité de photomultiplicateurs en silicium (51), ledit circuit électronique comprenant un module d'asservissement (54) configuré pour asservir en gain ledit dispositif de détection de photons, caractérisé en ce que ledit module d'asservissement (54) comprend au moins: - des moyens d'obtention (541) d'une information représentative du courant aux bornes de chaque photomultiplicateur en silicium de ladite pluralité, et - des moyens de traitement (542) de ladite information représentative du courant. 2. Circuit électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que : - lesdits moyens d'obtention d'une information représentative du courant correspondent à au moins un module de mesure de courant (61), configuré pour délivrer respectivement pour chaque photomultiplicateur en silicium de ladite pluralité, une valeur de courant, dit courant noir, et - lesdits moyens de traitement de ladite information représentative du courant correspondent à un module d'ajustement configuré pour ajuster une haute tension d'alimentation de chaque photomultiplicateur en silicium en tenant compte respectivement dudit courant noir de chaque photomultiplicateur en silicium, ledit module d'asservissement (54) étant configuré pour être déconnecté dudit dispositif de détection de photons lorsqu'une émission d'un signal lumineux est mise en oeuvre. 3. Circuit électronique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit module d'ajustement comprend: - un module d'analyse (63) recevant en entrée ledit courant noir de chaque photomultiplicateur en silicium et délivrant respectivement en sortie une information numérique pour chaque photomultiplicateur en silicium, un convertisseur numérique-analogique (62) configuré pour convertir respectivement ladite information numérique de chaque photomultiplicateur en silicium en une tension analogique d'ajustement de ladite haute tension d'alimentation de chaque photomultiplicateur en silicium. 4. Circuit électronique selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ledit module d'analyse (63) prend en compte : 3032063 21 une information de correspondance prédéterminée (631) entre une valeur dudit courant noir et une valeur de ladite information numérique, ou - une information de correspondance prédéterminée entre une valeur dudit courant noir et une valeur de gain de photomultiplicateur en silicium associée à ladite 5 information numérique. 5. Circuit électronique selon l'une des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que ledit circuit électronique comprend en outre : - au moins un premier interrupteur (64) configuré pour déconnecter ledit module de mesure de courant (61) dudit dispositif de détection de photons et, 10 - un module de détection (55) d'une émission d'un signal lumineux contrôlant automatiquement ledit au moins un premier interrupteur de sorte à connecter ledit circuit électronique audit dispositif de détection en absence de signal lumineux. 6. Circuit électronique selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit circuit électronique comprend en outre : 15 au moins un deuxième interrupteur (65) configuré pour déconnecter ledit module de mesure de courant (61) et localisé au voisinage dudit au moins un premier interrupteur dans ledit circuit électronique et, un module de détection (56) de variation de température ambiante avec une précision de l'ordre du dixième de degré commandant automatiquement ledit au 20 moins un deuxième interrupteur lorsqu'une variation de température supérieure à un seuil de température prédéterminé est détecté. 7. Circuit électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que: - lesdits moyens d'obtention d'une information représentative du courant correspondent à au moins une source de courant (71), et 25 - lesdits moyens de traitement de ladite information représentative du courant correspondent à un module de contrôle (72) d'une valeur de courant délivrée par ladite au moins une source de courant aux bornes de chaque photomultiplicateur en silicium de ladite pluralité. 8. Circuit électronique selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit au moins un 30 module de contrôle (72) de la valeur de courant délivrée par ladite au moins une source de courant (71) prend en compte une information de correspondance (721) prédéterminée entre 3032063 22 ladite valeur de courant délivrée par ladite au moins une source de courant et une valeur de gain de photomultiplicateur en silicium. 9. Dispositif de détection de photons (94) comprenant une pluralité de photomultiplicateurs en silicium, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit 5 électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 10. Procédé (8000) de calibration d'un dispositif de détection de photons comprenant une pluralité de photomultiplicateurs en silicium, ledit procédé de calibration mettant en oeuvre une phase d'asservissement (800) en gain dudit dispositif de détection de photons, caractérisé en ce que ladite phase d'asservissement (800) comprend : 10 - une étape d'obtention (81) d'une information représentative du courant aux bornes de chaque photomultiplicateur en silicium de ladite pluralité, - une étape de traitement (82) de ladite information représentative du courant. 11. Procédé de calibration selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape préalable (80) d'obtention d'une information de correspondance associant 15 respectivement un ensemble d'informations représentatives de valeurs de courant aux bornes de chaque photomultiplicateur en silicium de ladite pluralité à un ensemble d'informations représentatives de valeurs de gain de photomultiplicateur en silicium. 12. Programme d'ordinateur (93) comportant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé de calibration d'un dispositif de détection de photons 20 comprenant une pluralité de photomultiplicateurs en silicium selon l'une quelconque des revendications 10 et 11 lorsque ledit programme est exécuté par un ordinateur.