1 Les Intensificateurs dImage Thierry Midavaine Octobre 2004.

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Les Intensificateurs d’Image

Thierry MidavaineOctobre 2004

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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

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Bref historique

Technologies des tubes à vide 1955 Les photomultiplicateurs Camera électronique de Lallemand 1965 Les intensificateurs d’image 1973 Les galettes de micro-canaux 1974 Les tubes de 2eme genération Les tubes vidicons intensifiés 1980 Les tubes de 3eme génération 1984 Les ICCD 1985 Super gen 1996 Les tubes de 4eme génération 1997 Hyper gen 1998 Les camera actives crénelées

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Acronymes

I2 ou II : Intensificateur d’Image ou Image Intensifier IL: Intensificateur de Lumière ICCD Intensified Charge Couple Device, Dispositif à Transfert de Charge

Intensifié EBCCD-EBCMOS-EBAPS Electron Bombarded CCD – CMOS CMOS Complementary Metal Oxyde Semiconductor APS Active Pixel Sensor Amplificateur de Brillance MCP Micro Channel Plate ou Galette de microcanaux TE Transfert d’Electrons 1ere gen Tube à lentille electrostatique 2nd gen Tube à galette de microcanaux 3eme gen Tube à photocathode en GaAs 4eme gen Tube sans film de protection ou Tube à photocathode à Transfert

d’Electron

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Niveaux d’éclairement nocturne

Niveau Aspect Ciel Eclairement

Ph/s/m2

Eclairement en mLux

Probabilité d’occurence

1 Très claire Pleine Lune sans nuage

1015 1000 - 40 14%

2 Claire Pleine Lune et nuages

1012 40 - 10 24%

3 Intermédiaire Quartier de Lune sans nuage

1011 10 - 2 7%

4 Sombre Sans Lune sans nuage

109 2 – 0.7 27,5%

5 Très sombre Sans Lune et nuages

108 0.7 – 0.1 27,5%

Sous bois

Caves

< 0.1

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Principe de la jumelle IL

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2 Les composants constituants et les types de tubes

2.1 Les photocathodes

2.2 L’amplificateur

2.3 L’écran

2.4 L’alimentation

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Les photocathodes

0,1

1

10

100

1000

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

5

50

500

S (mA/W)

2

20

200AsGa

S1

S20

S20 ER

(ER: étendue rouge)

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Photocathodes

paramètres unité 2nde gen 3eme gen Sensibilité visuelle µA/lm 300-700 1200-2500 Domaine spectral µm Sensibilité f() mA/W Rendement quantique 5%-10% 20%-

40%

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Rendement quantique des photocathodes

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TE cathode photoresponse(measured at room temperature)

High Quantum Efficiency ~ 20 %High Quantum Efficiency ~ 20 %

Large Spectral RangeLarge Spectral Range

0.30.3

0.20.2

0.10.1ExperimentalExperimental curvecurve

CalculatedCalculated

WavelengthWavelength (nm)(nm) 15001500 1700170010001000900900

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Amplification par accélération des photoélectrons

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La galette de microcanaux

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Amplification dans le canal

18

Gain de la galette de micro canaux

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Galette de micro-canaux

30 ans de progrés sur les micro-canauxCanaux de 6µm donne une capacité à 64pl/mm

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La double focalisation de proximié

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L’écran

Diagramme de

rayonnement

Electrons

Ecran

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Ecran, réponse du phosphore

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Tubes à double focalisation de proximité et fibres inverseuses

Photocathode

Galette de microcanaux

Bloc de fibresoptiques

inverseuses

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Alimentation du tube

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Alimentation

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3. Les tubes et leur performances

Les grandeurs utilisées Les performances des tubes Lecture des data sheets Les industriels

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Les grandeurs utilisées dans les jumelles

L’objet observé : deux cas objet étendu, caractérisé par une Luminance L0

objet ponctuel non résolu, caractérisé par une Intensité I0

En entrée pupille nous avons un éclairement E1

L’image projetée par l’optique de diamètre D1 et de focale f1 sur la photocathode se caractérise par un éclairement E2

Le signal en entrée se caractérise par un éclairement E2 en lux ou en W/m2 ou encore en photons/s/m2

Le signal en sortie de tube se caractérise par une Luminance L3. L‘écran rayonne dans 2 sr.

En sortie d’oculaire de diamétre D4 de focale f4 le signal se caractérise par un éclairement E4

Le gain global optique Go= E4/E2

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Caractéristiques et choix

Photocathode: Diamètre utile : 11mm - 25mm – 80mm Fenêtre d’entrée, verre ou fibres réponse spectrale sensibilité

Amplification nbre de mcp: 0, 1, 2, 3 Gain 102 – 107

Résolution, FTM (focalisation de proximité ou optique electrostatiques) Ecran de sortie

Phosphore couleur, sensibilité , rémanence Fenêtre de sortie verre, fibre droite, fibre inverseuse, Surface plane, concave

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Performances globales du tube

Rapport signal sur bruit (sans dimension) Défini sur un éclairement Eclairement équivalent au Bruit Capacité au comptage de photon

Résolution / FTM Paire de ligne par mm (lp/mm) avec une attenuation d’amplitude

Sensibilité de la photocathode (µA/lm ou mA/W) Rendement quantique en fonction de la longueur d’onde

Qualité image Gain Luminance d’écran Durée de vie

MTTF (Mean Time To Failure) en heures

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Gamme de produits Photonis

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Data sheet d’un tube :

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ITT

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Applications

Vision de nuit Militaire : infanterie (déplacement et visée), pilote helico et

avion, épiscope char Civil : chasse, navigation de plaisance, surveillance,

convertisseur IR/visible Spectroscopie Imagerie par fluorescence (biologie) Astronomie Radiologie Contrôle de semi-conducteurs Imagerie active

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Lucie

Magnification 1 FOV 51° Gain 2000 Resolution 1 mrd/pl with XD4,

hypergen or 3rd gen.

tube Focusing 20 cm to infinity Interpupillary distance 56 to 74 mm Eye relief 20 mm min. Dioptric adjustment -5 dp to +3 dp Goggle weight 440 g (incl. battery)

LUCIE : Light & Compact Intensifier EquipmentLUCIE : Light & Compact Intensifier Equipment

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Caméra intensifiéeTube vidicon intensifié

Section IMAGE Section ANALYSE

Cible Silicium bombardée par les électrons

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Couplage en sortie des tubes AREA ARRAYS WITH FIBER OPTIC FACE PLATE

APPLICATIONS Coupling to image intensifier Laser imaging Scintillator coating by the

customer

MAIN FEATURES 5 µm fibers with extra mural

absorption 1/1 ratio or tapers

(demagnifying fibers) Applicable to any TCS area

array.

Fiber optic face plate Focal plane

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CCD intensifié

TUBE IIL 2ème géné.

Couplage par cône defibres optiques

réductrices

CCD à entréeen fibres optiques

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Les EBCCD

Advantage of EB-CCD Technology:

CCDCCD

Clock and biasClock and bias PhotoelectronsPhotoelectrons

Image PhotonsImage Photons PhotocathodePhotocathode

Video outputVideo output

Allows a very high Allows a very high gain by multiplication gain by multiplication

of the electrons of the electrons generated by the TEP generated by the TEP

photocathodephotocathode

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EBCMOS Intevac

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