EP0044239B1 - Tube intensificateur d'images à micro-canaux et ensemble de prise de vues comprenant un tel tube - Google Patents

Tube intensificateur d'images à micro-canaux et ensemble de prise de vues comprenant un tel tube Download PDF

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EP0044239B1
EP0044239B1 EP81401034A EP81401034A EP0044239B1 EP 0044239 B1 EP0044239 B1 EP 0044239B1 EP 81401034 A EP81401034 A EP 81401034A EP 81401034 A EP81401034 A EP 81401034A EP 0044239 B1 EP0044239 B1 EP 0044239B1
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EP
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tube
photocathode
electrode
image intensifier
getter
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Yves Beauvais
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Thales SA
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Thomson CSF SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J31/00—Cathode ray tubes; Electron beam tubes
    • H01J31/08—Cathode ray tubes; Electron beam tubes having a screen on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted, or stored
    • H01J31/50—Image-conversion or image-amplification tubes, i.e. having optical, X-ray, or analogous input, and optical output
    • H01J31/501—Image-conversion or image-amplification tubes, i.e. having optical, X-ray, or analogous input, and optical output with an electrostatic electron optic system
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J29/00—Details of cathode-ray tubes or of electron-beam tubes of the types covered by group H01J31/00
    • H01J29/94—Selection of substances for gas fillings; Means for obtaining or maintaining the desired pressure within the tube, e.g. by gettering

Definitions

  • the invention relates to image intensifier tubes comprising a micro-channel element.
  • the object of the invention is to improve this stability and to increase the life of the tube.
  • the present invention therefore relates to an image intensifier tube comprising, situated at the ends of a vacuum enclosure, an inlet window and an outlet window in which are respectively incorporated a photocathode and a luminescent screen and, arranged between these two windows, an electrode system ensuring the acceleration towards the screen of the electrons emitted by the photocathode, under the effect of this radiation and a micro-channel element placed between the electrode system and the screen at proximity to the latter, getters being arranged at the periphery of some of the electrodes of said system, characterized in that each electrode on which a getter is disposed is made of two parts electrically insulated from one another between which is mounted the getter.
  • the electronic optics ensures the acceleration and the transfer of the electrons emitted by each point of the photocathode towards a homologous point of the wafer 4; this electron transfer is accompanied by an image inversion, as shown by the drawing of the electron brush (curved arrows, without mark), corresponding to one of these points.
  • the electronic optical device consists of several electrodes, the two main ones of which have been shown in the figure, namely the focusing electrode and the correction electrode; these electrodes bear the marks 30 and 31 respectively.
  • the secondary electrons are accelerated and focused towards the different points of the luminescent screen an electric field established between the wafer 4 and the screen 5; the figure shows, without reference mark, the cone of impact, on the screen, of the electrons of a channel, cone of which we have, for clarity, deliberately exaggerated the angle at the top.
  • These impacts form on the screen a bright image corresponding to the incident image.
  • inlet window and that of the tube outlet window have not been specified in the drawings. We only retained the presence of the photocathode in the first and of the luminescent screen in the second, between which takes place the path of electrons produced by the photocathode, or photoelectrons, and which are the only elements necessary for the comprehension of the invention.
  • These windows may include other elements, such as optical fiber wafers or scintillators in the case of incident radiation outside the visible spectrum, as known in the art.
  • Such a tube makes it possible to obtain on its output screen an image with high luminance, thanks to the energy communicated electrons by the potentials applied on the one hand, and to the multiplication ensured by the wafer of micro-channels on the other hand .
  • This property is used in many devices for the observation of dimly lit scenes, night scenes in particular.
  • FIG. 2 gives one of the most common examples of this distribution of potentials in an intensifier tube such as that described; the marks are used here to designate the average levels of the electrodes of the previous figure.
  • the electrons emitted by the photocathode are first accelerated then slightly slowed down, but reach the entry of the micro-channels with a positive acceleration; on the other hand, the ions created in these micro-channels, and whose potential is at most equal to that of the exit face 42 (for the electrons) of the wafer 4, are slowed down between the opposite face, entry, 40 thereof and the focusing electrode 30; their energy is insufficient for them to reach this electrode, which pushes them towards the micro-channel plate, towards the walls of the enclosure 20 and more particularly towards the correction electrode 31, the potential of which is the most negative. They fail to cross the top A of the potential profile.
  • correction electrode 31 the role of the correction electrode 31 is to standardize the angle of incidence of the electron brushes on the wafer of micro-channels, in order to standardize the gain, and to reduce the distortion of the picture.
  • the previous arrangement has the advantage of avoiding the degradation of the photocathode by a part of the ions present in the tube; on the other hand, it does not limit the rise in pressure in the tube following the appearance of these ions and which indirectly has the same effects.
  • a getter material is placed on the parts of the tube to which the ions preferentially go, located in the last part of the path followed by the electrons, in particular on the correction electrode 31 and on the surface of the focusing electrode 30 opposite the micro-plate. channels 4, of the example described, under the conditions which will be explained.
  • Figure 3 shows, without limitation, an embodiment of the invention; in this figure, the left part, 3 (a) represents a half-section of a microchannel image intensifier of the known art, and the right part, 3 (b) the other half-section of the same tube modified by the invention.
  • the figure shows three possible modifications, but not necessarily carried out simultaneously in the same tube of the invention.
  • the focusing electrode 30 is modified so as to allow the electrical supply of a getter; it is provided in two parts 301 and 302; the getter 50 is placed between these two parts, advantageously curved so as to serve as masks protecting against evaporation the various constituent parts 21-24 of the insulating envelope 20, as well as the micro-channel plate 4, of one side and photocathode 1 on the other, in the case of an evaporable getter with tantalum, titanium, barium, etc.
  • the same arrangement can be used in the case of a non-evaporable getter, aluminum zirconium oxide for example; in this case the getter is supplied between the two parts of the electrode to which it serves as an electrical connection, by connections, 51 and 52 in the figure.
  • getter is arranged at the level of the correction electrode 31 also made in two parts 311 and 312 preferably curved for the same reasons; the getter carries the mark 60 in the figures and its connections the marks 61 and 62.
  • the prior art provides in some cases for housing a getter 80 at the photocathode connection, connection which consists, according to widespread practice, in a cup 70 welded to the input window 2; this getter is fed through the queusot 90 through the passage 100.
  • a screen 110 is provided to protect the near photocathode against evaporation of the getter.
  • the invention provides, to do without such a getter, which is placed at a location in the tube where the formation of ions is unlikely.
  • the tip, or cathode connection is thus simplified and its diameter reduced, all other things being equal, compared to the case of tubes of the prior art. Such a reduction in the radial size of the tubes constitutes an advantage of the invention
  • Such tubes are also used in medical radiology to reduce the intensity of X-ray irradiation, where they are known as X-ray image intensifiers.
  • the input window includes, in front of the pho tocathode, a scintillator attached to it. They are also frequently incorporated into shooting chains comprising several other tubes; they are placed at various levels in these chains, in which their role is to increase the level of the output signal.
  • the invention also covers such assemblies.

Landscapes

  • Image-Pickup Tubes, Image-Amplification Tubes, And Storage Tubes (AREA)

Description

  • L'invention concerne les tubes intensificateurs d'images comportant un élément à micro-canaux.
  • Des tubes intensificateurs d'images comportant un élément à micro-canaux sont décrits, par exemple dans le brevet américain 3 868 536. En fait, l'élément à micro-canaux est constitué d'un grand nombre de canaux de très faible diamètre juxtaposés, réalisés dans une galette d'un matériau à coefficient d'émission secondaire élevé et à faible conductibilité électrique. Lorsqu'une tension de quelques centaines de volts est appliquée entre les extrémités des canaux, chaque électron pénétrant dans l'un d'eux provoque l'émission d'électrons secondaires, par impact sur la paroi du canal, lesquels électrons engendrent à leur tour de nouveaux électrons secondaires et ainsi de suite, le résultat étant un gain en électrons pouvant atteindre couramment des valeurs de 104 à 105.
  • L'un des problèmes soulevés par l'introduction de galettes de micro-canaux dans les tubes intensificateurs d'images, et dans les tubes à vide en général, est celui du dégagement important de gaz auquel donne lieu le matériau de la galette, sous l'effet notamment du bombardement électronique. Les gaz libérés sont facilement ionisés par les électrons, les ions ainsi formés se trouvant accélérés vers les parties à bas potentiel du tube, la photocathode notamment, dans le cas d'intensificateurs d'images. L'érosion ionique de la photocathode entraine alors sa destruction progressive et abrège, de ce fait, la vie du tube.En outre l'émission d'électrons par la photocathode ne cesse de décroître avec le temps, ce qui ôte toute stabilité au fonctionnement du tube.
  • L'invention à pour objet d'améliorer cette stabilité et d'accroître la durée de vie du tube. La présente invention a en conséquence pour objet un tube intensificateur d'images comprenant, situées aux exrémités d'une enceinte à vide, une fenêtre d'entrée et une fenêtre de sortie auxquelles sont incorporées respectivement une photocathode et un écran luminescent et, disposé entre ces deux fenêtres, un système d'électrodes assurant l'accélération vers l'écran des électrons émis par la photocathode, sous l'effet de ce rayonnement et un élément à micro-canaux placé entre le système d'électrodes et l'écran à proximité de ce dernier, des getters étant disposés à la périphérie de certaines des électrodes dudit système, caractérisé en ce que chaque électrode sur laquelle est disposé un getter est faite de deux parties électriquement isolées l'une de l'autre entre lesquelles est monté le getter.
  • L'invention sera mieux comprise en se reportant à la description qui suit et aux figures jointes qui représentent:
    • Figure 1: une vue schématique d'ensemble d'un tube intensificateur d'images à micro-canaux tel que connu de l'art;
    • Figure 2: la répartition des potentiels le long de l'axe dans un tube tel que celui représenté sur la figure précédente;
    • Figures 3a et 3b: des vues comparées de réalisations d'un intensificateur d'images suivant l'art antérieur 3(a) et suivant l'invention 3(b).
  • On rappelle tout d'abord la structure générale d'un intensificateur d'images à micro-canaux telle que connue de l'art antérieur. Cette structure est représentée sur la figure 1, dans le cas d'un tube cylindrique d'axe X'X.
  • Un tel intensificateur comprend:
    • - une couche photo-émissive ou photocathode, 1, incorporée à une fenêtre d'entrée 2; la photocathode reçoit, en fonctionnement, le rayonnement incident, représenté par la flèche ondulée, et émet en chaque point un nombre d'électrons proportionnel au flux incident reçu par ce point;
    • - un dispositif d'optique électronique 3, électrostatique ou électromagnétique;
    • - une galette de micro-canaux 4;
    • - un écran cathode-luminescent 5, partie intégrante d'une fenêtre de sortie 6.
  • L'optique électronique assure l'accélération et le transfert des électrons émis par chaque point de la photocathode vers un point homologue de la galette 4; ce transfert d'électrons s'accompagne d'une inversion d'image, comme le montre le dessin du pinceau d'électrons (flèches courbes, sans repère), correspondant à l'un de ces points.
  • Le dispositif d'optique électronique se compose de plusieurs électrodes dont on a représenté sur la figure les deux principales, à savoir l'électrode de focalisation et d'électrode de correction; ces électrodes portent les repères 30 et 31 respectivement.
  • A la sortie de chaque canal, les électrons secondaires sont accélérés et focalisés vers les différents points de l'écran luminescent un champ électrique établi entre la galette 4 et l'écran 5; la figure montre, sans repère, le cône d'impact, sur l'écran, des électrons d'un canal, cône dont on a, pour la clarté, volontairement exagéré l'angle au sommet. Ces impacts forment sur l'écran une image lumineuse correpondant à l'image incidente.
  • L'ensemble des éléments ci-dessus forme le tube intensificateur d'images 10, dont l'enveloppe à vide porte le repère 20.
  • On n'a pas précisé sur les dessins la structure de la fenêtre d'entrée, ni celle de la fenêtre de sortie du tube. On n'en a retnu que la présence de la photocathode dans la première et de l'écran luminescent dans la deuxième, entre lesquels à lieu le trajet ds électrons produits par la photocathode, ou photoélectrons, et qui sont les seuls éléments nécessaires à la compréhension de l'invention. Ces fenêtres peuvent comprendre d'autres éléments, comme des plaquettes de fibres optiques ou des scintillateurs dans le cas de rayonnements incidents en dehors du spectre visible, comme connu de l'art.
  • De même on a omis volontairement la représentation des sources de tension utilisées en fonctionnement dans le but de simplifier les figures. Par contre, on précisera ci-dessous, sur un exemple, la répartition des potentiels dans un tel tube.
  • Un tel tube permet d'obtenir sur son écran de sortie une image à luminance élevée, grâce à l'énergie communiquée électrons par les potentiels appliqués d'une part, et à la multiplication assurée par la galette de micro-canaux d'autre part. Cette propriété est utilisée dans de nombreux dispositifs pour l'observation de scènes faiblement éclairées,les scènes nocturnes notamment.
  • Dans l'art antérieur, pour pallier les inconvénients signalés plus haut, on met à profit la distribution des potentiels sur les différentes électrodes et notamment celles de la section de transfert, comprise entre la photocathode et la galette de micro-canaux, distribution qui fait que les ions créés dans les micro-canaux ne peuvent atteindre en grand nombre la photocathode.
  • Le diagramme de la figure 2 donne un exemple, parmi les plus courants, de cette distribution des potentiels dans un tube intensificateur tel que celui décrit; les repères sont utilisés ici pour désigner les niveaux moyens des électrodes de la figure précédente.
  • Les électrons émis par la photocathode sont d'abord accélérés puis légèrement ralentis, mais atteignent l'entré des micro-canaux avec une accélération positive; par contre, les ions créés dans ces micro-canaux, et dont le potentiel est au plus égal à celui de la face 42 de sortie (pour les électrons) de la galette 4, sont ralentis entre la face opposée, d'entrée, 40 de celle-ci et l'électrode de focalisation 30; leur énergie est insuffisante pour qu'ils atteignent cette électrode, qui les repousse vers la galette de micro-canaux, vers les parois de l'enceinte 20 et plus particulièrement vers l'électrode de correction 31, dont le potentiel est le plus négatif. Ils n'arrivent pas à franchir le sommet A du profil de potentiel.
  • On rappélle que le rôle de l'électrode de correction 31 est d'uniformiser l'angle d'incidence des pinceaux d'électrons sur la galette de micro-canaux, afin d'uniformiser le gain, et de réduire la distorsion de l'image.
  • La disposition précédente a le mérite d'éviter la dégradation de la photocathode par une partie des ions présents dans le tube; par contre elle ne limite pas l'élévation de la pression dans le tube consécutive à l'apparition de ces ions et qui a indirectement les mêmes effets.Selon l'invention, pour limiter cette élévation, un matériau getter est disposé sur les parties du tube vers lesquelles se dirigent préférentiellement les ions, situées dans la dernière partie du trajet suivi par les électrons, en particulier sur l'électrode de correction 31 et sur la surface de l'électrode de focalisation 30 en regard de la plaquette de- micro-canaux 4, de l'exemple décrit, dans les conditions qui vont être exposées.
  • La figure 3 montre, à titre non limitatif, un exemple de réalisation de l'invention; sur cette figure, la partie gauche, 3(a) représente une de- micoupe d'un intensificateur d'images à micro-canaux de l'art connu, et la partie droite, 3(b) l'autre demi-coupe du même tube modifié par l'invention. La figure montre trois modifications possibles, mais non nécessairement réalisées simultanément dans un même tube de l'invention.
  • Par contre dans le cas où le tube comporterait davantage d'électrodes que celui de l'exemple, dans son système optique notamment, des modifications telles que celles décrites pourraient être appliquées, dans le cadre de l'invention, aux diverses électrodes.
  • Comme le montre le dessin, l'électrode de focalisation 30 est modifiée de manière à permettre l'alimentation électrique d'un getter; elle est prévue en deux parties 301 et 302; le getter 50, est placé entre ces deux parties, avantageusement recourbées de façon à servir de masques protégeant contre l'évaporation les différentes parties constitutives 21-24 de l'enveloppe isolante 20, ainsi que la plaquette de micro-canaux 4, d'un côte et la photocathode 1 de l'autre, dans le cas où il s'agit d'un getter évaporable au tantale, titane, baryum, etc. La même disposition peut être utilisée dans le cas d'un getter non évaporable, oxyde de zirconium aluminium par exemple; dans ce cas le getter est alimenté entre les deux parties de l'électrode auquelles il sert de liaison électrique, par des connexions, 51 et 52 sur la figure.
  • De la même manière, un autre getter est disposé au niveau de l'électrode de correction 31 faite, elle aussi, en deux parties 311 et 312 préférentiellement recourbées pour les même raisons; le getter porte le repère 60 sur les figures et ses connexions les repères 61 et 62.
  • L'art antérieur prévoit dans certains cas de loger un getter 80 au niveau de la connexion de photocathode, connexion qui consiste, selon une pratique répandue, en une coupelle 70 soudée à la fenêtre d'entrée 2; ce getter est alimenté à travers le queusot 90 par le passage 100. En outre un écran 110 est prévu pour protège la photocathode proche contre l'évaporation du getter. En opposition avec cet art antérieur, l'invention prévoit, de se passer d'un tel getter, qui se trouve placé a un endroit du tube ou la formation d'ions est peu problable. L'embout, ou connexion de cathode se trouve ainsi simplifié et son diamètre réduit, toutes choses égales par ailleurs, par rapport au cas des tubes de l'art antérieur. Une telle réduction de l'encombrement radial des tubes constitue un avantage de l'invention
  • De tels tubes sont utilisés également en radio- logie médicale pour réduire l'intensité de l'irradiation X, où ils sont connus sous le nom d'intensificateurs d'images radiologiques (IIR). Dans ce cas, la fenêtre d'entrée comporte, devant la photocathode, un scintillateur accolé à celle-ci. Ils sont aussi fréquemment incorporés à des chaînes de prise de vues comportant plusieurs autres tubes; ils sont placés à des niveaux variés dans ces chaînes, dans lesquelles leur rôle est d'accroître le niveau du signal de sortie. L'invention couvre également de tels ensembles.

Claims (3)

1. Tube intensificateur d'images comprenant, situées aux extrémités d'une enceinte à vide (20), une fenêtre d'entrée (2) et une fenêtre de sortie photocathode (1) et un écran luminescent (5), et disposé entre ces deux fenêtres, un système d'électrodes (3) assurant l'accélération vers l'écran des électrons émis par la photocathode sous l'effet de ce rayonnement et un élément à micro-canaux (4) placé entre le systemè d'électrodes et l'écran à proximité de ce dernier, des getters étant disposés à la périphérie de certaines des électrodes dudit système, caractérisé en ce que chaque électrode sur laquelle est disposé un getter est faite de deux parties électriquement isolées l'une de l'autre (301, 302-311, 312) entre lesquelles est monté le getter.
2. Tube intensificateur d'images suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, ces parties sont terminées, vers l'intérieur du tube, par des portions courbées.
3. Tube intensificateur d'images suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les getters sont disposés sur une électrode de focalisation (30) et/ou une électrode de correction (31) faisant partie dudit système (3).
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