FR2611384A1 - Dispositif cryostatique modulaire pour detecteurs photosensibles et le procede de mise en oeuvre - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE LES DISPOSITIFS CRYOSTATIQUES POUR PHOTODETECTEURS SENSIBLES PAR EXEMPLE A DES RAYONNEMENTS INFRAROUGES. LE DISPOSITIF CRYOSTATIQUE DE L'INVENTION COMPORTE DES MOYENS POUR AJUSTER DE FACON MICROMETRIQUE UNE BAGUE 11 DE POSITIONNEMENT AUTOUR DE LA PAROI 3 DU CRYOSTAT EN FONCTION DE LA POSITION D'UN NOMBRE PREDETERMINE DE CELLULES DU PHOTODETECTEUR 2. APPLICATION A TOUT CRYOSTAT.

Description

La, présente invention concerne des dispositifs cryostatiques de faibles dimensions tels que ceux prévus pour les détecteurs sensibles à des rayonnements infrarouges utilisés dans des applications militaires.

On sait que de tels détecteurs fonctionnent à une température très basse ; les cryostats utilisés sont formés essentiellement d'un doigt porté à très basse température, sur lequel est monté le ou les détecteurs, et d'une paroi formant avec ce doigt froid une enceinte étanche. Cette paroi est pourvue d'une fenêtre transparente aux rayonnements à détecter placée en face du photodétecteur. L'enceinte ain
Si formée est mise sous vide par exemple au travers d'un queusot de pompage.

La fabrication et le montage industriel de tels cryostats obligent les industriels à concevoir des cryostats modulaires adaptables à divers types de refroidisseurs. En outre, la modularité permet une interéchangeabilité de pièces défectueuses ou non conformes pendant des essais sans avoir à échanger le cryostat dans son ensemble, d'effectuer un positionnement précis du détecteur pendant son intégration.

Ainsi, les cryostats pour photodétecteurs déjà décrits dans la technique ne sont pas modulaires. La position du photodétecteur est obtenue par un simple centrage mécanique de l'embase ou de la paroi externe. La précision obtenue est très insuffisante pour l'utilisateur.

Le but de la présente invention est de pallier tous ces inconvénients des cryostats connus.

Le dispositif cryostatique modulaire de l'invention comporte un doigt 1 porté à basse température, ce doigt 1 ayant une structure sensiblement cylindrique et portant sur son extrêmité au moins un détecteur 2 et une paroi 3 entourant ce doigt et délimitant ainsi une enceinte sous vide, ladite paroi 3 étant pourvue d'une fenêtre 4 transparente aux rayonnements à détecter, cette fenêtre étant placée en face du détecteur 2 ; le dispositif cryostatique de l'invention comporte en particulier une bague 11 de positionnement ajustée de façon micrométrique autour de la paroi 3 en fonction de la position d'un nombre prédéterminé de cellules du dit photodétecteur 2.

L'ajustement de cette bague 11 par rapport à la position idéale dudit cryostat est obtenue par une épaisseur de colle ou par tout moyen mécanique de fixation.

Le doigt froid 1 supportant le photodétecteur 2 de l'invention est rigidifié au moyen d'au moins une vis 10 de réglage placée perpendiculairement à la surface cylindrique dudit doigt 1.

La vis 10 est choisie avantageusement dans l'un des matériaux suivants : verre, polycarbonate, PPMA (polyméthyméthacrylate) ou tout autre matériau isolant présentant de bonnes caractéristiques mécaniques.

La vis 10 est supportée par un bouclier 9 thermique ayant pour effet de protéger le doigt 1.

Le procédé de mise en oeuvre de l'ajustement micrométrique de l'invention consiste à rendre mobile la position du cryostat de l'invention dans les quatre dimensions X, Y,
Z, e jusqu'à ce que la position d'au moins une cellule dudit photodétecteur 2 soit amenée en correspondance avec sa position géométrique idéale, cette position idéale étant matérialisée par l'image d'une source lumineuse focalisée sur sa surface de détection, une amplitude maximale de signal électrique étant recueillie en sortie lorsque ladite image se trouve au centre de ladite cellule.

Le procédé de l'invention est tel que la position d'un nombre prédéterminé de cellules dudit photodétecteur 2 permet d'obtenir un réglage très précis du positionnement du cryostat modulaire de l'invention.

D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description suivante illustrée par des dessins.

La figure 1 représente le dispositif cryostatique préféré de l'invention.

La figure 2 représente le procédé de centrage du dispositif cryostatique selon l'invention.

En se référant à la figure 1, le cryostat de l'invention comporte un doigt froid 1 sensiblement cylindrique susceptible de recevoir en son centre'le dispositif cryogéné
de rateur non représenté. Le crygénérateur peut êtreStout type connu. Perpendiculairement à sa surface cylindrique, le doigt froid 1 comporte un plateau supportant le ou les photodétecteurs 2. Le doigt froid 1 est avantageusement choisi en un matériau métallique. Un ensemble de conducteurs 6 est disposé le long du doigt froid 1 pour relier le dispositif photodétecteur 2 aux bornes 7 bis métalliques de sortie du dispositif cryostatique ainsi qu'il sera explicité ultérieurement.

Ces conducteurs 6 peuvent par exemple être des lignes souples comme décrit dans le brevet 73 46 720 de la demanderesse.

Autour du doigt froid, est placée une paroi 3 formant avec le doigt froid 1 une enceinte étanche. Cette paroi 3 est pourvue d'une fenêtre transparente 4 aux rayonnements à détecter. Cette fenêtre 4 est placée en face du photodétecteur 2. La paroi 4 est avantageusement métallique. L'enceinte ainsi formée est mise sous vide au moyen d'un queusot 5 de pompage. Un ou plusieurs getters 8 sont implantés dans l'enceinte délimitée par le doigt 1 et la paroi 3, à proximité du queusot 5, et sont reliés à l'extérieur du cryostat au moyen de pattes 7 traversant de façon étanche l'em- base métallique 12 du dispositif cryostatique. Les getters 8 ont pour but de maintenir un bon vide dans l'enceinte.En effet, lors du fonctionnement du cryostat, il est usuel que les getters se chargent d'une couche d'oxyde et une réactivation des getters 8, par effet Joule, est obtenue en reliant les pattes 7 à une source de courant extérieure. Les getters 8 sont par exemple fixés sous un bouclier métallique 9 permettant dé protéger thermiquement le doigt froid et la partie supérieure de l'enceinte formée par ce doigt 1 et la paroi 3. Ce bouclier 9 est une pièce métallique s'appuyant sur l'embase 12 du cryostat et entourant le getter 8 jusqu'à un coude de la paroi 3. Le bouclier 9 réémet le chaleur vers l'extérieur et évite ainsi une pollution de l'enceinte et une montée de température excessive sur le photodétecteur 2. Les fils conducteurs 6 souples s'étendent autour du doigt froid 1 jusqu'au voisinage de l'embase 12.Cette embase 12 est pourvue de sorties hermétiques laissant passer les connections 7 bis électriques nécessaires. Sur l'embase 12 on dépose avantageusement un anneau 13 protecteur, par exemple en polycarbonate (commercialisé sous le marque déposée Macrolon).

Cet anneau 13 peut encore être réalisé en verre, en céramique usinable, en PMMA (polyméthylméthacrylate).

Une ou plusieurs vis 10, placées au voisinage de l'embase 12 perpendiculairement au cylindre du doigt 1 froid, rigidifient ce doigt et facilitent le positionnement modulaire du photodétecteur 2 donc du cryostat. Cette vis 10 est réalisée par exemple en verre, en PMMA (polyméthymétacrylate), polycarbonate, ou tout autre matériau réalisant un bon compromis entre les fuites thermiques que cette vis est susceptible d'occasionner et la stabilité mécanique qu'elle apporte.

Autour de la bague porte-queusot 5, est placée une bague de positionnement 11 dont l'ajustement est précisément une caractéristique de l'invention. En effet, il est extrêmement difficile de réaliser un dispositif cryostatique dont la paroi 3 externe puisse servir de face de positionnement.

Après rigidification du doigt 1 au moyen de la vis et scellement de la paroi 3 sur l'embase 12, le positionnement du cryostat, ainsi monté, est ajusté selon l'invention à l'aide du dispositif représenté sur la figure 2.

Le cryostat 20 de la figure 1 est placé sur un banc 21 de repérage mécanique, suivant les trois directions (X, Y, Z) ainsi qu'en rotation d dans le plan XY. On choisit avantageusement pour direction Z l'axe optique perpendiculaire au plan du photodétecteur 2 du cryostat 20.

Le cryostat 20 est déplacé au moyen d'un système 23 de préhension connu dans la technique par rapport au système de repérage 21. On utilise selon l'invention le photodétecteur 2 lui-même pour ajuster la position du cryostat 20.

En.effet, on éclaire le photodétecteur au moyen d'une source 24 lumineuse infrarouge modulée. On interpose un objectif 25 optique sur le faisceau de lumière parallèle issu de la source 24, faisceau parallèle obtenu par exemple en utilisant un miroir sphérique ou par tout moyen bien connu de l'homme de métier. Le photodétecteur 2 du cryostat à positionner est placé dans le plan focal image de la lentille 25.

Puis un certain nombre de cellules photodétectrices de la mosaïque 2 ou de la barrette selon l'application sont amenées en correspondance avec leurs positions géométriques idéales, matérialisées par l'image ponctuelle de la source 24, en agissant sur le système de repérage. La position de chaque cellule est déterminée par une mesure électrique d'un signal re cusili par exemple par un dispositif électronique 26 lorsque la surface de ladite cellule est balayée par l'image ponctuelle de la source infrarouge 24. L'amplitude de ce signal est maximale lorsque l'image de la source 24 se trouve au centre géométrique de la cellule du photodétecteur 2.

Les coordonnées de cet emplacement sont mises en mémoire, l'opération de centrage et de mise en mémoire de l'emplacement est recommencée pour les autres cellules de la mosalque sélectionnées. Le nombre et la répartition des cellules sélectionnées est à la convenance de l'homme de métier selon la précision de centrage recherchée.

Lorsque le positionnement de ces n cellules sélectionnées (n étant prédéterminé) coïncide avec leur position idéale, le cryostat 20 est collé par exemple à sa bague 11 métallique de positionnement. Cette bague est elle-même prépositionnée au moyen d'un alésage de référence 27.

Une commande électronique 28 centralisée des déplacements du cryostat 20 dans chaque plan du système de référence 21 permet une mesure extrêmement fine des déplacements.

Le dispositif 28 de commande électronique permet également de commander un déplacement en (X, Y, Z) du dispositif 25 optique par l'intermédiaire d'un système de repérage 30.

La figure 2 représente au moyen du repère 29 la couche de colle déposée sur la bague 11 ; c'est l'épaisseur de la couche de colle qui permet le bon positionnement relatif du cryostat 20 par rapport à sa bague de référence 11, donc une adéquation entre la position de la mosaïque et de la bague 11 de référence. Tout ajustement mécanique serait bien entendu équivalent, après mise en oeuvre du procédé de centrage de l'invention.

Un tel procédé de centrage permet la fabrication industrielle des cryostats et son utilisation sans nécessiter de positionnement et de manipulation après l'intégration du cryostat dans son équipement d'utilisation. On sait que de tels cryostats trouvent leur application dans les engins ou les caméras infrarouges ou tout autre matériel nécessi tant des détecteurs fonctionnant à basse température.

Le procédé de centrage de l'invention permet d'obtenir une précision mécanique de l'ordre de 10 à 2b,flalors que les procédés habituels procuraient une précision de l'ordre de 300 environ.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1 - Dispositif cryostatique modulaire pour détecteurs photosensibles comportant un doigt 1 porté à basse température, ledit doigt 1 ayant une structure sensiblement cylindrique et portant sur son extrêmité au moins un détecteur 2 et une paroi 3 entourant ledit doigt 1 et délimitant ainsi une enceinte sous vide, ladite paroi 3 étant pourvue d'une fenêtre 4 transparente aux rayonnements à détecter, ladite fenêtre 4 étant placée en face du détecteur 2, dispositif caractérisé par le fait qu'une bague 11 de positionnement est ajustée de façon micrométrique autour de la paroi 3 en fonction de la position d'un nombre prédéterminé de cellules dudit photodétecteur 2.

2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que ledit ajustement de la bague 11 par rapport à la position idéale dudit cryostat est obtenue par une épaisseur de colle ou par tout moyen mécanique de fixation.

3 - Dispositif selon la revendication 2 caractérisé par le fait que le doigt froid 1 est rigidifié au moyen d'au moins une vis 10 de réglage placée perpendiculairement à sa surface cylindrique.

4 - Dispositif selon la revendication 3 caractérisé par le fait que la vis 10 est choisie dans l'un des matériaux suivants : verre, polycarbonate, PPMA (polyméthymethacrylate) ou tout autre matériau isolant présentant de bonnes caractéristiques mécaniques.

5 - Dispositif selon la revendication 3 ou 4 caractérisé par le fait que la vis 10 est supportée par un bouclier 9 thermique ayant pour fonction d'entourer le getter 8 placé dans ladite enceinte sous vide, ledit bouclier 9 ayant pour effet de protéger ledit doigt 1.

6 - Procédé de mise'en oeuvre dudit ajustement micrométrique selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la position du cryostat est rendue mobile dans les quatre dimensions X, Y, Z et e jusqu'à ce que la position d'au moins une cellule dudit photodétecteur 2 soit amenée en correspondance avec sa position géométrique idéale, cette position idéale étant matérialisée par l'image d'une source lumineuse focalisée sur sa surface de détection, une amplitude maximale de signal électrique étant recueillie en sortie lorsque ladite image se trouve au centre de ladite cellule.

7 - Procédé selon la revendication 6 caractérisé par le fait que la position d'un nombre prédéterminé de cellules dudit photodétecteur 2 permet d'obtenir un réglage très précis du positionnement du cryostat modulaire de l'invention.