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L'invention concerne un dispositif équipé d'un tube électronique à fais- ceau concentré, ainsi qu'un tube électronique à faisceau concentré propre à être utilisé dans un tel dispositif.
Les tubes électroniques à faisceau concentré sont fréquemment utilisés en osoillographie et en télévision. Afin d'obtenir une image précise et nette, à grande définition, ce qui est nécessaire surtout en télévision, il importe que, dans toutes les circonstances, le faisceau, provoque l'illumination d'un très petit point de l'écran. A cet effet, le faisceau doit être bien concentré. Cette concentration est essentiellement déterminée par le canon électronique. Il s'est pas 'difficile d'obtenir, avec un faisceau d'intensité constante et pour une déviation déterminée, un très petit spot.
Toutefois, pour l'enregistrement d'images non seulement la déviation est variable mais surtout en télévision, l'intensité du courant du faisceau varie, de sorte que le spot a une grandeur irrégulière. Pour une intensité de courant déterminée du faisceau, donc pour une intensité lumineuse et une quantité de lumière déterminées du spot, on obtient, pour un faisceau immobile, un spot de dimensions déterminées. Ces dimensions varieront tant sous l'effet de la déviation que sous celui de la modulation d' intensité. La variation résultant de la déviation est appelée "déconcentration de déviation" alors que la variation résultant de la modulation de l'intensité, est appelée "déconcentration de modulation".
La forme du canon électronique permet d'influencer la déconcentration de déviation et la déconcentration de modulation. L'invention concernant uniquement un canon électronique constitué par une cathode, une grille de commande, une anode d'aspiration, une anode et une lentille principale à commande électrostatique et/ou électromagnétique, le mémoire dé- orira uniquement l'influence des dimensions, de l'emplacement et des potentiels des électrodes d'un tel canon, sur la déconcentration de modulation et sur la déconcentration de déviation.
Il y a lieu de noter en outre que l'invention est limitée à un tube électronique, dont le canon comporte un pège à ions, de construction connue, dans lequel les ions sont extraits du faisceau en un point déterminé de l'anode ou en un point proche de l' anode et sont colle ctés sur une partie de la paroi de l'anode,tandis que lesélectrons sont guidés, à l'aide d'un champ magnétique, à travers un diaphragme que comporte l'anode.
Dans un canon du genre mentionné, il se produit un rétrécisse- ment du faisceau à 7,'endroit de la grille de commande ou directement der- rière cette grille. En réalité, cette grille de commande est constituée par un diaphragme à petite ouverture. Ce rétrécissement du faisceau, qui sera appelé "noeud du faisceau" dans la suite du mémoire, est, à proprement parler, l'objet que le canon électronique représente sur l'écran collecteur. Entre l'anode d'aspiration et l'anode se forme une lentille électrostatique qui sera appelée "lentille de préconcentration".
Par la coopé- ration de la grille de commande, de l'anode d'aspiration et de l'anode, on obtient un faisceau électronique qui produira, sur l'écran collecteur, un spot de dimensions déterminées, même en l'absence de la lentille principale. Toutefois, pour obtenir un spot de très petites dimensions, on dispose encore, du coté de l'anode opposé à la cathode, une telle lentille principale. Celle-ci peut être électrostatique ou électromagnétique. Une lentillemagnétique e st souvent formée par une bobine parcourue par du courant et disposéeà l'extérieur du tube. On peut également disposer à l'intérieur ou à l'extérieur du tube des aimants permanents qui provoquent un chap magnétique de concentration.
Une lentille principale électrostatique peut s'obtenir en disposant dans le tube diverses électrodes auxquelles sont appliquées des tensions déterminées. Une des formes les plus simples de ces lentilles est la lentille unipotentielle (Einzellinse). Cette lentille est constituée par trois électrodes, à savoir l'anode du canon électro- nique,une électrode cylindrique qui entoure le pinceau électronique et une anode terminale. Dans une telle lentille unipotentielle, le potentiel de l'anode est égal à celui de l'anode terminale.
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La déconcentration de déviation est approximativement proportionnelle au diamètre du faisceau au centre de la déviation., Donc, plus la section du faisceau est petite en cet endroit, plus la déconcentration de déviation diminue.
La distance du noeud du faisceau à l'écran et la distance du centre de la déviation a l'écran sont fixées. Elles sont en effet déterminées par les dimensions du tube, qui sont liées à des valeurs déterminées.
On peut encore choisir l'emplacement de la lentille principale,entre de le centre de la déviation et le noeud du faisceau. Plus la lentille principale se trouve près du noeud du faisceau,, plus le diamètre du faisceau à l'endroit du centre de déviation diminue. Ceci est dû tout d'abord à la réduction de l'agrandissement angulaire, et en second lieu à la plus grande distance entre la lentille principale et le centre- :le déviation. Toutefois, la réduction de la distance entre la lentille principale et le noeud du faisceau est limitée par la présence du piège à ions.
Si la lentille principale est une lentille électrostatique ou une lentille magnétique incorporée dans le tube, une réduction de la distance entre le noeud du faisceau et la lentille entraine une réduction du rendement du piège à ions.
Par "rendement", il y a lieu d'entendre ici le produit de la distance entre le point où les trajets des ions et des électrons divergent et le diaphragme, par la tangente de l'angle formé par les axes du faisceau, d' électrons et du faisceau d'ions. Dans le cas d'une lentille principale magnétique extérieure, la distance entre la lentille et le noeud du faisceau ne sera pas inférieure à la valeur admissible pour que le champ magnétique du piège à ions, ne soit pas influencé par le champ de dispersion magnétique inévitable de la lentille principale. On est donc forcé de placer la lentille principale à une distance minimum déterminée du noeud du faisceau ou, ce qui revient pratiquement au même, de la grille.
Toutefois, dans ce cas, pour obtenir une faible déconcentration de déviation, il faut recourir à une lentille de préoonoentration d'une intensité minimum déterminée. Par suite de cette lentille de préconcentration, qui fait office de loupe, on obtient une image virtuelle derrière le noeud de faisceau réel et on réduit donc l'angle d'ouverture du faisceau. Partant de ce plus petit angle d'ouver- ture, on obtient, avec ll'agrandissement angulaire inchangé de la lentille principale, une plus petite section de faisceau à l'endroit du centre de la dévi ati on.
Toutefois, l'emploi d'une lentille de préconcentration en combinaison avec la lentille principale présente un inconvénient: le grossissement transversal de l'ensemble du système lenticulaire augmente. De ce fait, les variations de l'emplacement et les dimensions du noeud du faisceau sont représentées plus grandes que sans l'emploi de la lentille de préconcentration.
Pour maintenir la déconcentration de modulation entre des limites déterminées, on peut recourir, en principe, à deux dispositions. Tout d'abord, on peut augmenter la pente du système triode constitué par la cathode, la grille et l'anode d'aspiration, en réduisant la transparence du champ de l'anode d'aspiration. Toutefois, la pente ne peut être augmentée d'une manière illimitée, car l'augmentation de la pente entraîne une réduction de la tension de coupure (en valeur absolue). De ce fait, l'émission maximum de la cathode diminue, ce qui limite à nouveau l'augmentation de la pente. Il existe donc une pente maximum admissible. La seconde possibilité de réduire la déconcentration de modulation, consiste à réduire la surface de l'ouverture ménagée -dans la grille de commande.
De ce fait, le développement du noeud de faisceau, diminue, en Valeur absolue de sorte que sa variation d'emplacement par la modulation devient également plus petite, en valeur absolue.
On peut alors utiliser une plus forte lentille de préconcentration sans que le spot ne devienne trop grand sur l'écran, tout en obtenant une très faible déconcentration de modulation. Toutefois, il est impossible de réduire d'une manière illimitée la section du trou ménagé dans la grille de commande, car lorsque la forme géométrique de la partie triode ne chan-
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ge pas, la transparence du champ provoque par l'anode d'aspiration est trop faible. Pour ramener la transparence de ce champ à sa valeur initiale il faudrait modifier la forme géométrique. A cet effet, on peut réduire la distance de la cathode à la grille et/ou la distance de la grille à l' anode d'aspiration. Toutefois, cette réduction est limitée par des difficul- tés d'ordre mécanique et électrique.
Dans le cas de petites distances, les tolérances jouent un trop grand rôle et de plus, il faut évidemment éviter la formation d'arcs. On peut également réduire l'épaisseur de la grille, mais cette grille doit évidement présenter une résistance mécanique suf- fisante. Abstraction faite des difficultés mécaniques, la réduction de la distance est encore limitée par le fait que la charge superficiel-le de la cathode ne peut être choisie arbitrairement élevée.
Des essais très poussés ont prouvé que, malgré les conditions contradictoires énumérées, il est possible de construire un canon électro- nique permettant de maintenir entre des limites admissibles la déconcentra- tion de déviation et la décon@entration de modulation.
Un dispositif conforme à l'invention comporte un tube à fais- oeau électronique concentré, dont le'canon électronique est constitué par une cathode, une grille de commande,se trouvant à un potentiel négatif de 0 à 100 V par rapport à la cathode, une mode d'aspiration formée par un cylindre confortant, du côté dirigé vers la cathode, un fond percé d' un trou et portée à un potentiel positif de 200 à 400 V, par rapport à la cathode, une anode portée à un potentiel de 12 à 18 kv, par rapport à la cathode, dans laquelle les ions sont extraits du faisceau alors que les électrons sont guidés à travers un diaphragme et une lentille principale électronique, ce dispositif étant caractérise en ce que :
la distance entre la surface de la cathode et la grille est comprise entre 0,16 et 0,25 mm; l'épaisseur de la grille est comprise entre 0,10 et 0,25 mm; le diamètre du trou ménagée dans la grille est compris entre 0,5 mm et 1 mm; la distance entre la grille et le fond de l'anode d'aspiration est compri- se entre o,15 et 0;60 mm; le diamètre du trou ménagé dans le fond de l'anode d'aspiration est compris entre 0,5 et 1,2 mm; le diamètre de l'anode d'aspiration est compris entre 8 et 30 mm; la hauteur de l'anode d'aspiration est comprise entre 5 et 20 mm; le rapport du diamètre à la hauteur de l'anode d'aspiration est compris entre 1:0,5 et 1:1,2; la distance entre l'anode d'aspiration et le bord de l'anode du côté cathodique est comprise entre -6 et +6 mm; le diamètre de l'anode est compris entre 6 et 30 mm;
la distance du point de divergence des trajets des ions et des électrons jusqu'au diaphragme dans l'anode est comprise entre 12 et 30 mm; l'angle formé par ],,'axe du faisceau d'ions et par l'axe du faisceau d'électrons est compris entre 7 et 16 ; le rapport de la distance mentionnés sous 11 et de l'angle spécifiée sous 12 est compris entre 1:0,6 et 1:0,9: le diamètre du trou ménagé dans le diaphragme de l'anode est compris entre 1 mm et 4 mm; la distance de la surface de référence de la lentille principale à la grille de commande est comprise entre 25 et 60 mm.
En ce qui concerne les dimensions mantionnées, il y a lieu de noter que celles-ci concernent uniquement le tube à l'état froid. Les hauteurs et les diamètres des diverses électrodes sont mesurées extérieure- mante
En ce qui concerne le point spécifié sous 9 , il y a lieu de noter que, par l'expression "la distance est comprise entre-6 et +6 mm", il y a lieu d'entendre que le bord de l'anode est écarté de la cathode au
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maximum de 6 mm de plus que le bord de l'anode d'aspiration, ou se trouve au maximum 6 mm plus près de la cathode que ledit bord. L'anode d'aspiration s'entourent alors partiellemento Suivant le diamètre des deux électrodes, soit l'anode, soit l'anode d'aspiration se trouve du côté extérieur.
Afin d'éviter la formation d'arcs, il faut évidemment une certaine distance minimum entre l'anode et l'anode d'aspiration. Pour les tenions usuelles, il suffit en général d'une distance de 1 mm.
Par "plan de référence" de la lentille principale, on entend la lentille imaginaire infiniment mince qui, en ce qui concerne son fonctionnement, peut remplacer pratiquement la lentille principale.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention.
La figure 1 représente schématiquement le montage d'une partie d'un tube électronique à faisceau concentré propre à être utilisé dans un dispositif conforme à l'invention, avec une lentille principale électrostatique.
Les figures 2 et 3 représentent des graphiques qui expliquent le fonctionnement d'un canon électronique tel que représenté sur la figure 1.
Sur la figure 1, l'enveloppe 1 du tube électronique à faisceau concentré contient un canon électronique dont la cathode est indiquée par 2. Devant cette cathode, se trouve la grille dont la partie active est constituée par un diaphragme 3 percé d'une ouverture 4. Ce diaphragme 3 comporte un prolongement cylindrique qui entoure plus ou moins la cathode mais qui n'exerce aucune influence sur la formation du faisceau. L'anode d'aspiration 5 est constituée par une partie cylindrique 6, dont le fond 7 est percé d'une ouverture 80 L'anode 10 est constituée par une partie 11, coaxiale avec la cathode t l'anode d'aspiration, et par une partie 12, dont l'axe passe par le milieu de l'écran collecteur.
Cet axe coupe l'axe commun de la cathode et de l'anode d'aspiration au point 13. Mathématiquement parlant, ce point constitue également le centre de divergence du faisceau d'ions et du faisceau d'électrons.
Cette partie du canon électronique se trouve en effet dans un champ magnétique transversale Ce champ n'exerce pratiquement aucune influence sur les ions, de sorte que ceux-ci poursuivant librement leur route et sont captés sur l'anode 10. Par contre, les électrons sont déviés de sorte qu'ils parviennent dans l'axe de la seconde partie de l'anode et peuvent traverser l'ouverture 15 ménagée dans le diaphragme 16 de cette anode. Après le passage de ce diaphragme,les électrons parviennent dans la lentille principale constituée par la coopération de l'anode 10, de l'anode terminale 17 et de l'électrode 18. Cette lentille principale concentre finalement le faisceau sur l'écran collecteur 19. Sur la figure la distance comprise entre l'écran collecteur 19 et le canon électronique est représentée à trop petite échelle.
Entre l'écran 19 et l'anode terminale 17 se produit la déviation.
Les potentiels, les dimensions et les écartements des diverses électrodes sont choisis de la manière mentionnée. On obtient ainsi un noeud de faisceau entre l'anode d'aspiration 5 et le diaphragme 3, ainsi qu'une lentille de préconcentration entre l'anode d'aspiration 5 et l'anode 10.
La forme coudée de l'anode 10 n'est pas indispensable.
En effet, comme on le sait, on peut aussi provoquer une séparation des ions et des électrons à l'aide d'un système dans lequel toutes les électrodes sont coaxiales et dans lequel les parois disposées en regard de l'anode d' aspiration et de l'anode sont coupées de biais parallèlement l'une à 1' autre. On obtient alors un champ électrostatique oblique qui dévie tant les ions que les électrons. A l'aide d'un champ magnétique, les électrons
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sont alors ramenés dans l'axo du systèe, tandis que les ions sont collec- tès par l'anode.
La figure 2 est un graphique qui indique les variations des dimensions du spot (portées en ordonnées et exprimées en mm) en fonction de l'intensité du courant anodique (portée en abscisses et exprimée en micro-ampères). Cette intensité du courant anodique est évidemment la fonction connue du potentiel de la grille de commande (caractéristique
Ia-Vg)o Les courbes sont relevées pour une tension fixe de l'anode d'aspi- ration, à savoir 300 Vo La tension des électrodes 10 et 17 était de 14 kV et celle de l'électrode 18, de 200 V. Ces potentiels assurent la concentra- tion optimum pour un courant anodique de 50 u/A. La courbe a-a montre net- tement que le spot devient plus grand à mesura que l'intensité du courant anodique augmente sous l'effet d'un potentiel plus positif de la grille de commande.
On pourrait encore réduire le spot en modifiant la réfraction de la lentille principale. On obtiendrait alors la courbe a-b, qui donne donc les dimensions minima du spot. Il est compréhensible que l'on ne peut procéder de cette façon en pratique, car le dispositif devrait comporter un trop grand nombre de possibilités de réglage. On constate donc que lors d'un. accroissement de l'intensité du oourant du faisceau, il se produit en tout cas, un agrandissement du spoto En effet, s'il n'en était pas ainsi, la courbe a-b serait parallèle à l'axe des abscisses du graphique. La dif= férence entre les courbes a-a et a-b indique donc le degré de déconcentra- tion de modulation.
Dans le cas d'une plus forte lentille de préconcentration, obtenue par une autre forme géométrique, on obtient les courbes c-f, et c-d, qui correspondent aux courbes a-a et a-b. On constate donc que, pour une forte lentille de préconcentration, la déconcentration de modulation augmente très fortement. Toutefois, on utiliserait volontiers une telle forte lentille de préconcentration, car il en résulte une forte diminution de la déconcentration, de déviationo Ce fait est nettement montré par le graphique de la figure 3
La figure 3 donne la relation entre la tension' de 1'-anode aspiration (portée en abscisses et exprimée, en volts) , et le diamètre.du. spot (porté en ordonnées et exprimé en millimètres).
Ce diamètre est dêter- miné sans lentille principale, afin d'obtenir une image exacte du fonctionnement de la lentille de préconcentration. A cet effet, les électrodes 10, 17 et 18 sont interconnectées directement. La tension de ces trois électrodes a été fixée à 14 kV.
Les courbes g-h, k-l, et m-n donnent la relation entre le diamètre du spot et la tension de l'anode d'aspiration pour une intensité de courant de respectivement 50, 100 et 250 u/A, pour la forme de construction à laquelle se rapportent les courbes a-a et a-b de la figure 2. La courbe o-p (relevée pour une intensité de courant de 100 u/A) correspond aux courbes a-f et c-d de la figure 2. Cette courbe o-p mon'tre nettement que l'on peut obtenir un faisceau de plus petit diamètre à l'endroit du centre de déviation et que la déconcentration de déviation sera donc plus petite.
Toutefois, cette plus forte lentille de préconcentration est inutilisable, car, comme le montre la figure 2 , elle provoque une très forte déconcentration de modulation.
Ce n'est qu'en satisfaisant à toutes les conditions qui sont imposées conformément à l'invention, qu'il est possible de maintenir entre de limites admissibles tant la déconcentration de déviation que la déoon- @ modulation.