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1 Les Intensificateurs dImage Thierry Midavaine Octobre 2004.

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1 1 Les Intensificateurs dImage Thierry Midavaine Octobre 2004

2 2 Plan de la présentation 1.Introduction 2.Les composants constituants et les types de tubes 3.Les tubes et leur performances 4.Les applications et composants dérivés

3 3 Bref historique zTechnologies des tubes à vide z1955 Les photomultiplicateurs zCamera électronique de Lallemand z1965 Les intensificateurs dimage z1973 Les galettes de micro-canaux z1974 Les tubes de 2eme genération zLes tubes vidicons intensifiés z1980 Les tubes de 3eme génération z1984 Les ICCD z1985 Super gen z1996 Les tubes de 4eme génération z1997 Hyper gen z1998 Les camera actives crénelées

4 4 Acronymes zI 2 ou II : Intensificateur dImage ou Image Intensifier zIL: Intensificateur de Lumière zICCD Intensified Charge Couple Device, Dispositif à Transfert de Charge Intensifié zEBCCD-EBCMOS-EBAPS Electron Bombarded CCD – CMOS zCMOS Complementary Metal Oxyde Semiconductor zAPS Active Pixel Sensor zAmplificateur de Brillance zMCP Micro Channel Plate ou Galette de microcanaux zTE Transfert dElectrons z1ere gen Tube à lentille electrostatique z2nd gen Tube à galette de microcanaux z3eme gen Tube à photocathode en GaAs z4eme gen Tube sans film de protection ou Tube à photocathode à Transfert dElectron

5 5

6 6

7 7 Niveaux déclairement nocturne NiveauAspectCielEclairement Ph/s/m 2 Eclairement en mLux Probabilité doccurence 1Très clairePleine Lune sans nuage % 2ClairePleine Lune et nuages % 3IntermédiaireQuartier de Lune sans nuage % 4SombreSans Lune sans nuage – 0.727,5% 5Très sombreSans Lune et nuages – 0.127,5% Sous bois Caves < 0.1

8 8 Principe de la jumelle IL

9 9

10 10 2 Les composants constituants et les types de tubes 2.1 Les photocathodes 2.2 Lamplificateur 2.3 Lécran 2.4 Lalimentation

11 11 Les photocathodes

12 12 Photocathodes zparamètres unité2nde gen 3eme gen zSensibilité visuelleµA/lm zDomaine spectralµm zSensibilité f( ) mA/W zRendement quantique5%-10%20%-40%

13 13 Rendement quantique des photocathodes

14 14 TE cathode photoresponse (measured at room temperature) High Quantum Efficiency ~ 20 % High Quantum Efficiency ~ 20 % Large Spectral Range Large Spectral Range Experimental curve Calculated Wavelength (nm)

15 15 Amplification par accélération des photoélectrons

16 16 La galette de microcanaux

17 17 Amplification dans le canal

18 18 Gain de la galette de micro canaux

19 19 Galette de micro-canaux z30 ans de progrés sur les micro-canaux zCanaux de 6µm donne une capacité à 64pl/mm

20 20 La double focalisation de proximié

21 21 Lécran Diagramme de rayonnement Electrons Ecran

22 22 Ecran, réponse du phosphore

23 23 Tubes à double focalisation de proximité et fibres inverseuses

24 24 Alimentation du tube

25 25 Alimentation

26 26 3. Les tubes et leur performances Les grandeurs utilisées Les performances des tubes Lecture des data sheets Les industriels

27 27 Les grandeurs utilisées dans les jumelles zLobjet observé : deux cas yobjet étendu, caractérisé par une Luminance L 0 yobjet ponctuel non résolu, caractérisé par une Intensité I 0 zEn entrée pupille nous avons un éclairement E 1 zLimage projetée par loptique de diamètre D 1 et de focale f 1 sur la photocathode se caractérise par un éclairement E 2 zLe signal en entrée se caractérise par un éclairement E 2 en lux ou en W/m 2 ou encore en photons/s/m 2 zLe signal en sortie de tube se caractérise par une Luminance L 3. Lécran rayonne dans 2 sr. zEn sortie doculaire de diamétre D 4 de focale f 4 le signal se caractérise par un éclairement E 4 zLe gain global optique G o = E 4 /E 2

28 28 Caractéristiques et choix zPhotocathode: yDiamètre utile : 11mm - 25mm – 80mm yFenêtre dentrée, verre ou fibres yréponse spectrale ysensibilité zAmplification ynbre de mcp: 0, 1, 2, 3 yGain 10 2 – 10 7 yRésolution, FTM (focalisation de proximité ou optique electrostatiques) zEcran de sortie yPhosphore couleur, sensibilité, rémanence yFenêtre de sortie verre, fibre droite, fibre inverseuse, ySurface plane, concave

29 29 Performances globales du tube zRapport signal sur bruit (sans dimension) yDéfini sur un éclairement yEclairement équivalent au Bruit yCapacité au comptage de photon zRésolution / FTM yPaire de ligne par mm (lp/mm) avec une attenuation damplitude zSensibilité de la photocathode y(µA/lm ou mA/W) yRendement quantique en fonction de la longueur donde zQualité image zGain zLuminance décran zDurée de vie yMTTF (Mean Time To Failure) en heures

30 30 Gamme de produits Photonis

31 31 Data sheet dun tube :

32 32

33 33

34 34

35 35

36 36

37 37 ITT

38 38

39 39

40 40

41 41 Applications zVision de nuit yMilitaire : infanterie (déplacement et visée), pilote helico et avion, épiscope char yCivil : chasse, navigation de plaisance, surveillance, convertisseur IR/visible zSpectroscopie zImagerie par fluorescence (biologie) zAstronomie zRadiologie zContrôle de semi-conducteurs zImagerie active

42 42 Lucie n Magnification 1 n FOV 51° n Gain 2000 n Resolution1 mrd/pl with XD4, hypergen or 3rd gen. tube n Focusing20 cm to infinity n Interpupillary distance 56 to 74 mm n Eye relief 20 mm min. n Dioptric adjustment-5 dp to +3 dp n Goggle weight 440 g (incl. battery) LUCIE : Light & Compact Intensifier Equipment

43 43 Caméra intensifiée Tube vidicon intensifié

44 44 Couplage en sortie des tubes AREA ARRAYS WITH FIBER OPTIC FACE PLATE zAPPLICATIONS yCoupling to image intensifier yLaser imaging yScintillator coating by the customer zMAIN FEATURES y5 µm fibers with extra mural absorption y1/1 ratio or tapers (demagnifying fibers) yApplicable to any TCS area array.

45 45 CCD intensifié

46 46 Les EBCCD Advantage of EB-CCD Technology: CCD Clock and bias Photoelectrons Image Photons Photocathode Video output Allows a very high gain by multiplication of the electrons generated by the TEP photocathode

47 47 EBCMOS Intevac


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