EP0554145B1 - Image intensifier tube, particularly of the proximity focusing type - Google Patents
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- EP0554145B1 EP0554145B1 EP93400150A EP93400150A EP0554145B1 EP 0554145 B1 EP0554145 B1 EP 0554145B1 EP 93400150 A EP93400150 A EP 93400150A EP 93400150 A EP93400150 A EP 93400150A EP 0554145 B1 EP0554145 B1 EP 0554145B1
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- H01J31/50—Image-conversion or image-amplification tubes, i.e. having optical, X-ray, or analogous input, and optical output
- H01J31/506—Image-conversion or image-amplification tubes, i.e. having optical, X-ray, or analogous input, and optical output tubes using secondary emission effect
Definitions
- the invention relates to image intensifier tubes of the type in which, on the one hand, incident ionizing radiation is converted into visible or near visible photons, and in which, on the other hand, a wafer of microchannels is used to ensure a gain in electrons.
- Such image intensifier tubes are often called “proximity focusing", they are used for example in the field of radiology.
- the principle of radiological image intensifier tubes or abbreviated as “IIR tubes” using microchannel wafers is well known. It is described in particular by J. Adams in “Advances in Electronics and Electron ⁇ Physics", volume 22A, pages 139-153, Academic Press, 1966.
- Patent DE-A1-37 04716 described according to the preamble of claim 1 a tube image intensifier with a primary screen comprising a scintillator and a photocathode, an electron multiplier of microchannel type facing the photocathode and a phosphor opposite the electron multiplier.
- Figure 1 shows schematically the structure of a conventional IIR tube, using such a microchannel wafer.
- the IIR tube 1 comprises a vacuum-tight enclosure, constituted by a tube body 2 disposed around a longitudinal axis 13 of the tube.
- the body 2 is closed at one end by an inlet window 3, and at the other end by an outlet window 14.
- the entry window 3 is generally formed by a thin metal sheet (aluminum, tantalum, etc.) .
- the X-rays then meet a layer 4 of scintillator materials, in which they are absorbed and give rise to a local light emission proportional to the amount of X-ray absorbed.
- the scintillator material may for example be cesium iodide forming the layer 4 with a thickness of the order of 0.1 to 0.8 mm.
- the layer 4 of scintillator material is supported by a support plate 5 transparent to X-rays, formed for example of a thin sheet of metal (for example of aluminum alloy), or else of a glass plate based on silica , etc ...
- the support plate 5 is located towards the entry window.
- the scintillator 3 carries a photocathode 6.
- the photocatode 6 consists of a very thin layer (often less than 1 micrometer) of a photoemissive material, a layer which is deposited on one face of the scintillator 4 opposite the support plate 5.
- the photocathode 5 absorbs the light emitted by the scintillator 4 and emits in response locally electrons in the ambient vacuum, in proportion of this light.
- the assembly constituted by the support plate 5 carrying the scintillator 4 itself carrying the photocathode 6 constitutes a primary screen 15.
- the electrons (not shown) emitted by photocathode 6 are directed by an electric field, towards the input face 8 of a wafer 7 of microchannels.
- a first and a second potential V1, V2 are applied respectively to the photocathode 6 and to the input face 8, with the second potential V2 more positive than the first potential V1.
- the wafer 7 of microchannels is an assembly of a multitude of small parallel channels 12 assembled in the form of a rigid plate.
- Each primary electron (emitted by the photocathode) which enters a channel is multiplied by a phenomenon of secondary emission in cascade on the walls of the channel, so that the electronic current leaving the wafer can be more than a thousand times higher informed at the entrance.
- the diameter d1 of the channels can be between 10 and 100 micrometers.
- the channels 12 are inclined relative to the normal to the plane of the wafer, so that electrons emitted by the photocathode 6 parallel to this normal cannot emerge from a channel without having given rise to a phenomenon of secondary emission.
- the thickness E of the plate forming the wafer 7 of microchannels is typically between 1 and 5 mm.
- the electronic gain of the wafer can be adjusted within a wide range of values, for example between 1 and 5000, depending on the voltage developed between the input face 8 and an output face 9 of this wafer 7, output face. 9 to which a third potential V3 is applied.
- the electrons leaving the microchannel wafer are accelerated and focused by an electric field, on a luminescent screen (10) arranged opposite the wafer, parallel to it, and at a distance D of the order of 1 to 5mm.
- the luminescent screen 10 locally emits an amount of light proportional to the incident electron current.
- the luminescent screen therefore reproduces a visible and intensified image of the X-ray image projected on the scintillator, through the window. tube inlet.
- the luminescent screen which is a layer a few micrometers thick consisting of grains of phosphor material, is deposited on a glass window which can constitute the exit window 14 of the tube.
- the face of the luminescent screen 10 facing the wafer 7 of microchannels is coated with a very thin metallic layer 18, made of aluminum for example.
- This metallization allows the electric polarization of the screen (by the application of a fourth potential V4 more positive than the third potential V3), and serves as a reflector for the light emitted towards the rear by this screen.
- the porthole 14 supporting the screen 10 may be made of glass, or constituted, for example, by fiber optics.
- the screen 10 can be deposited directly on this window, or on an intermediate transparent support, if one wishes to isolate the screen 10 from the window, for constraints of use.
- the primary screen 15 and the wafer 7 of microchannels are secured to the body 2 of the tube, for example using lugs 21,22,23 sealed in this body, and to which are applied in addition the polarization potentials V1, V2 , V3.
- the polarization of the inlet and outlet faces 8, 9 is also ensured by means of a metallization (not shown) with which these inlet and outlet faces of the wafer are generally coated, except of course opposite. channels 12.
- the primary screen 15 and the wafer 7 are thus fixed so as to be electrically isolated from each other, while being separated by a relatively small distance D1, of the order of a few tenths of a millimeter (It should be noted that for the sake of clarity in Figure 1, the scale of dimensions is not respected).
- the distance D1 between the photocathode 6 and the wafer 7 must be maintained uniformly to obtain good image resolution over the entire field.
- the correct positioning of the primary screen 15 and in particular of the photocathode 6 relative to the wafer 7 is a long and delicate operation, which is made even more difficult because of the low mechanical rigidity that the support plate presents. 5 (carrying the scintillator 4) in order to absorb the incident X-ray at least.
- IIR tubes with proximity focusing capable of capturing large images
- the primary screen can commonly reach a diameter of up to about 50 centimeters.
- the present invention relates to image intensifiers of the type in which, on the one hand, a scintillator is used to convert ionizing radiation into light or near-visible radiation, and where, on the other hand, a wafer of microchannels arranged nearby is used. of the primary screen and more particularly of the photocathode.
- the object of the invention is to allow precise and reliable relative positioning between the primary screen and the microchannel plate, at a very small distance, which may be less than 0.2 millimeter.
- the invention proposes to secure the primary screen and the microchannel wafer, by means of electrically insulating wedges.
- the number and distribution of these shims are chosen in particular as a function of the facing surfaces, in order to achieve the best compromise between mechanical rigidity and minimum absorption of the electrons emitted by the photocathode.
- the invention relates to claim 1 an image intensifier tube comprising a primary screen, a microchannel plate fixed in the intensifier tube, the primary screen comprising a scintillator carried by a support plate, a photocathode carried by the scintillator, the photocathode facing an entry face of the wafer, characterized in that the primary screen is secured to the wafer by means of insulating shims, the primary screen being pressed on the entry face of the microchannel wafer through the insulating shim (s).
- FIG. 2 represents an IIR tube according to the invention.
- the tube 20 has a general structure similar to that of the IIR tube shown in FIG. 1.
- the tube 20 differs from that shown in FIG. 1 essentially by the way in which the fixing of its primary screen is carried out.
- the tube 20 comprises a vacuum-tight enclosure, constituted by a tube body 2 closed at one end by an inlet window 3, and at the other end by an outlet window 14.
- This enclosure contains a primary screen 19, and a wafer 7 of microchannels placed between the primary screen 19 and the outlet window 3.
- the primary screen 19 is formed by a thin sheet or plate 5 serving to support a scintillator 4; the scintillator is constituted for example by a layer of cesium iodide.
- the support plate 5 is oriented towards the entry window 3 and the scintillator 4 is oriented towards the wafer 7 of microchannels.
- the scintillator 4 carries, on a face oriented towards the wafer 7, a thin layer of photoemissive material forming a photocathode 6.
- the wafer 7 of microchannels is fixed in the body 2 of the tube by means of fixing lugs 22, 23 which on the one hand are sealed in the body 2 which they pass through, and which on the other hand are welded to the two opposite large faces 8, 9 which respectively constitute the entry face and the exit face of the wafer 7.
- the fixing lugs 22, 23 can thus also serve to apply the potentials V2, V3 useful for the operation of the wafer 7 as already explained previously.
- the primary screen 19 is supported on the input face 8 of the wafer 7 of microchannels by means of one or more electrically insulating wedges 25; the height of the shims 25 defines the spacing between the photocathode 6 and the input face 8 of the wafer 7, that is to say the distance D1 between them.
- the wedges 25 are glass balls, for example having a diameter d2 of 100 micrometers which forms the height of the wedges. Such balls are commonly available commercially with a very small diameter dispersion around the nominal value.
- the wafer 7 of microchannels being fixed to the body 2 of the tube, it constitutes the support of the primary screen 19, which is kept pressed on the latter under the thrust of one or more thrust members 26.
- the primary screen 19 is thus mechanically secured to the wafer 7 of microchannels, and not to the body 2 of the tube as is the case in the prior art.
- the thrust members 26 can be formed in different ways, depending in particular on the manufacturing methods specific to each IIR tube. In the nonlimiting example of the description, these pressure members bear on an inner peripheral part 27 of the entry window 3, this peripheral part being more massive than the central part which must absorb the X-ray as little as possible. incident.
- these thrust members 26 comprise: a rigid spacer 28 and a spring washer 29.
- the spring washer 29 is placed on the support plate 5 (in a peripheral zone of the latter) and the spacer 28 is disposed between the inlet window 3 and the spring washer 29.
- the spacers 28 have a height H suitable for keeping the screen applied primary 19 against the shims 25 using spring washers 29.
- Several such thrust members can be used, distributed around the primary screen 15.
- the first potential V1 is brought into the tube 20 by a bushing 31, to be applied to the photocathode 6, without however establishing a rigid connection between the body 2 and the primary screen 19.
- the electrical connection between the bushing 31 and the photocathode can be achieved in different ways using means in themselves simple.
- this is obtained on the one hand, by connecting the bushing 31 to the spring washer 29, by a flexible conductive wire 32, the spring washer 29 itself being in contact with the support plate 5 carrying the scintillator (the support plate 5 is then preferably made of an electrically conductive material); on the other hand, the spring washer 29 is electrically connected to the photocathode 6 via a conductive layer 33, and a metallization layer 34 produced between the scintillator 4 and the photocathode 6 in a peripheral zone of the primary screen 19 (this metallization 34 obviously does not cover the useful central surface of the primary screen).
- the metallization 34 is carried out, for example, by evaporation under vacuum of a thin layer (for example 0.1 to 1 micrometer) of chromium or aluminum, or of another metal, deposited on the periphery of the scintillator 4 .
- This metallization 34 is then partially covered by the photocathode, so that the electrical connection with the latter is ensured, while keeping clear the most peripheral part of the metallization 34.
- This most peripheral part of the metallization 34 is then covered of the conductive layer 33 which is also in contact with the support plate 5 and the spring washer (s) 29, as well as with the edge of the scintillator 4.
- the conductive layer 33 can cover the entire turn of the screen primary 19 that is to say the edge of this primary screen, edge on which it can be deposited in a simple manner: for example it can result from the application, using a brush, of a paste containing metallic grains: suspensions of silver grains allowing such use are commonly found commercially.
- these balls can be secured to the inlet face 8 of the wafer 7 of microchannels by gluing.
- the adhesive used can be photocurable, or thermosetting, and compatible in its cured state, for use under vacuum.
- the glue used for this purpose may for example be of the type known under the name "Araldite” which is a registered trade mark; the polymerization of "Araldite” is accelerated by heating.
- the balls or shims 25 are distributed and fixed on the input face 8 according to a pitch p of the order, for example, of 2 centimeters. This can be accomplished in a simple manner, for example by depositing on the entry face 8 of the wafer glue dots with a spacing step p of 2 centimeters. Once the dots of adhesive have been deposited, the entry face 8 of the wafer is covered with a layer of glass beads, then the adhesive is hardened by exposure to heat or by heating. Glass beads are then eliminated, with the exception of those which were in contact with a point of glue, and which are consequently joined to the wafer 7 by these points of glue.
- the application of the glue dots can be accomplished manually, or with the aid of automatic installation machines in themselves conventional.
- the primary screen 19 is then placed on the wafer 7 and fixed to the latter as explained above by relying, at regular intervals, on the small glass balls or wedges 25.
- the primary screen 19 itself maybe done in a traditional way.
- the diameter of the balls 25 can be chosen as a function of the desired image resolution, small enough so that the balls are not visible on the image.
- the pitch p of the balls is adapted as a function of the deformability of the primary screen 19, that is to say the lower the greater the deformability.
- the balls 25 have a nominal diameter d2 larger than the diameter d1 of the microchannels.
- Figure 3 is a sectional view similar to Figure 2, showing the primary screen 19 before its attachment to the wafer 7 of microchannels.
- the primary screen 19 has a slightly concave shape so that when it is placed above the wafer 7 before it is fixed to the latter, it is first of all through its central zone 30 that it is in contact with the wedges 25. Then ensuring regular pressure on the periphery 36 of the primary screen 19 during its fixing using the pushing members 26 (shown in Figure 2), we obtain a uniform support of the primary screen on the shims 25, playing on the elasticity of the primary screen and particularly of the support plate 5.
- Such a particularly concave shape of the primary screen 15 can result from an internal mechanical tension of the primary screen 19, mechanical tension which can itself result from the concave shape initially given to the support plate or support 5 before deposition.
- scintillator 4 on this support The coefficient of expansion of cesium iodide is generally higher than that of the support, and this scintillator is deposited hot on this support. In this way, the tension exerted by the scintillator 4 tends to reduce the initial concavity, and it is necessary to give the support 5 a slightly greater concavity than that which is ultimately necessary.
- the uniformity of the spacing between the latter and the photocathode 6 depends more on the diameters of the balls which constitute the shims 25, than on the mechanical rigidity of the support or support plate 5 Consequently, the thickness of the support plate 5 can be reduced in order to less absorb the incident radiation.
- FIG. 4 schematically illustrates another way of producing the insulating shims 25 which separate the photocathode 6 from the wafer 7 of microchannels.
- Figure 4 partially shows the wafer 7 of microchannels by a sectional view similar to that of Figure 3, but enlarged relative to the latter.
- insulating shims consist of one or more deposits of electrically insulating material, deposits made by one or more layers 40 deposited on the inlet face 8 of the wafer 7, between the inlets of some or all of the channels 12. These deposits or wedges 25a must preferably (but not necessarily), obstruct the least possible channels 12.
- the deposits 25a can be obtained for example by a method of the vacuum evaporation type of an insulating material such as silica SiO2, alumina Al2O3, or any other compatible with the techniques of vacuum and photocathodes.
- This insulating material can be evaporated at a very oblique incidence relative to the surface of the wafer, so as not to cover the wall of the channels 12 in depth.
- the use of microchannels with a flared inlet 35 limits the surface offered for the deposition of the insulation, and thus limits the obstruction of these channels 12. The penetration of the insulating material into the channels can be limited to the depth of the flare 35.
- the wafer 7 is fixed in the tube and the primary screen 19 is fixed to the wafer 7 in a manner similar to that explained previously with reference to FIGS. 2 and 3.
- this embodiment insulating shims also applies when the primary screen 19 has an internal mechanical tension giving it a concave shape.
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- Image-Pickup Tubes, Image-Amplification Tubes, And Storage Tubes (AREA)
Description
L'invention se rapporte aux tubes intensificateurs d'images du type dans lequel, d'une part on convertit en photons visibles ou proches du visible un rayonnement ionisant incident, et dans lequel d'autre part on utilise une galette de microcanaux pour assurer un gain en électrons.The invention relates to image intensifier tubes of the type in which, on the one hand, incident ionizing radiation is converted into visible or near visible photons, and in which, on the other hand, a wafer of microchannels is used to ensure a gain in electrons.
De tels tubes intensificateurs d'images sont souvent appelés "à focalisation de proximité", ils sont utilisés par exemple dans le domaine de la radiologie. Le principe des tubes intensificateurs d'images radiologiques ou en abrégé "tubes IIR" utilisant des galettes de microcanaux est bien connu. Il est décrit notamment par J. Adams dans "Advances in Electronics and Electron ·Physics", volume 22A, pages 139-153, Academic Press, 1966. Le brevet DE-A1-37 04716 décrit selon le préambule de la revendication 1 un tube intensificateur d'images avec un écran primaire comportant un scintillateur et une photocathode, un multiplicateur d'électrons de type à microcanaux face à la photocathode et un phosphore en regard du multiplicateur d'électrons.Such image intensifier tubes are often called "proximity focusing", they are used for example in the field of radiology. The principle of radiological image intensifier tubes or abbreviated as "IIR tubes" using microchannel wafers is well known. It is described in particular by J. Adams in "Advances in Electronics and Electron · Physics", volume 22A, pages 139-153, Academic Press, 1966. Patent DE-A1-37 04716 described according to the preamble of claim 1 a tube image intensifier with a primary screen comprising a scintillator and a photocathode, an electron multiplier of microchannel type facing the photocathode and a phosphor opposite the electron multiplier.
La figure 1 montre de manière schématique la structure d'un tube IIR classique, utilisant une telle galette de microcanaux.Figure 1 shows schematically the structure of a conventional IIR tube, using such a microchannel wafer.
Le tube IIR 1 comporte une enceinte étanche au vide, constituée par un corps de tube 2 disposé autour d'un axe longitudinal 13 du tube. Le corps 2 est fermé à une extrémité par une fenêtre d'entrée 3, et à l'autre extrémité par une fenêtre de sortie 14.The
Les rayons X incidents pénètrent dans le tube IIR par la fenêtre d'entrée qui doit être aussi transparente que possible à ces rayons : la fenêtre d'entrée 3 est généralement constituée par une feuille métallique mince (aluminium, tantale, etc...).Incident X-rays enter the IIR tube through the entry window which must be as transparent as possible to these rays: the
Les rayons X rencontrent ensuite une couche 4 de matériaux scintillateur, dans laquelle ils sont absorbés et donnent lieu à une émission de lumière locale proportionnelle à la quantité de rayonnement X absorbé. Le matériau scintillateur peut être par exemple de l'iodure de cesium formant la couche 4 avec une épaisseur de l'ordre de 0,1 à 0,8 mm. La couche 4 de matériau scintillateur est supportée par une plaque support 5 transparente aux rayons X, formée par exemple d'une mince feuille de métal (par exemple en alliage d'aluminium), ou bien d'une plaque de verre à base de silice, etc... La plaque support 5 est située vers la fenêtre d'entrée .The X-rays then meet a
Le scintillateur 3 porte une photocathode 6. La photocatode 6 est constituée par une couche d'une très faible épaisseur (souvent inférieure à 1 micromètre) d'un matériau photoémissif, couche qui est déposée sur une face du scintillateur 4 opposée à la plaque support 5. La photocathode 5 absorbe la lumière émise par le scintillateur 4 et émet en réponse localement des électrons dans le vide ambiant, en proportion de cette lumière. L'ensemble constitué par la plaque support 5 portant le scintillateur 4 portant lui-même la photocathode 6, constitue un écran primaire 15.The
Les électrons (non représentés) émis par la photocathode 6 sont dirigés par un champ électrique, vers la face d'entrée 8 d'une galette 7 de microcanaux. A cet effet un premier et un second potentiel V1, V2 sont appliqués respectivement à la photocathode 6 et à la face d'entrée 8, avec le second potentiel V2 plus positif que le premier potentiel V1.The electrons (not shown) emitted by
La galette 7 de microcanaux est un assemblage d'une multitude de petits canaux 12 parallèles assemblés sous la forme d'une plaque rigide. Chaque électron primaire (émis par la photocathode) qui pénètre dans un canal, est multiplié par un phénomène d'émission secondaire en cascade sur les parois du canal, de sorte que le courant électronique en sortie de la galette peut être plus de mille fois supérieur au courant à l'entrée. Le diamètre d1 des canaux peut être compris entre 10 et 100 micromètres. Les canaux 12 sont inclinés par rapport à la normale au plan de la galette, afin que des électrons émis par la photocathode 6 parallèlement à cette normale ne puisse émerger d'un canal sans avoir donné lieu à un phénomène d'émission secondaire. En vue de réduire le nombre des électrons qui frappent la face d'entrée de la galette 7 en dehors des canaux 12, il est courant de réaliser un évasement 35 à l'entrée de ces canaux et donc de réduire l'épaisseur de leurs parois. L'épaisseur E de la plaque formant la galette 7 de microcanaux est typiquement comprise entre 1 et 5 mm. Le gain électronique de la galette peut être ajusté dans une grande plage de valeurs, par exemple entre 1 et 5000, en fonction de la tension développée entre la face d'entrée 8 et une face de sortie 9 de cette galette 7, face de sortie 9 à laquelle est appliqué un troisième potentiel V3.The
Les électrons en sortie de la galette de microcanaux sont accélérés et focalisés par un champ électrique, sur un écran luminescent (10) disposé en regard de la galette, parallèlement à celle-ci, et à une distance D de l'ordre de 1 à 5mm. L'écran luminescent 10 émet localement une quantité de lumière proportionnelle au courant d'électrons incident. L'écran luminescent restitue donc une image visible et intensifiée de l'image de rayons X projetée sur le scintillateur, à travers la fenêtre d'entrée du tube. L'écran luminescent, qui est une couche de quelques micromètres d'épaisseur constituée par des grains de matériau luminophore, est déposé sur un hublot de verre qui peut constituer la fenêtre de sortie 14 du tube. La face de l'écran luminescent 10 tournée vers la galette 7 de microcanaux, est revêtue d'une couche métallique 18 très mince, en aluminium par exemple. Cette métallisation permet la polarisation électrique de l'écran (par l'application d'un quatrième potentiel V4 plus positif que le troisième potentiel V3), et sert de réflecteur pour la lumière émise vers l'arrière par cet écran. Le hublot 14 supportant l'écran 10 peut être en verre, ou constitué, par exemple, par une optique à fibres. L'écran 10 peut être déposé directement sur ce hublot, ou sur un support transparent intermédiaire, si on veut isoler l'écran 10 par rapport au hublot, pour des contraintes d'utilisation.The electrons leaving the microchannel wafer are accelerated and focused by an electric field, on a luminescent screen (10) arranged opposite the wafer, parallel to it, and at a distance D of the order of 1 to 5mm. The
L'écran primaire 15 et la galette 7 de microcanaux sont solidarisés au corps 2 du tube, à l'aide par exemple de pattes 21,22,23 scellées dans ce corps, et auxquelles sont appliqués en outre les potentiels de polarisation V1, V2, V3. La polarisation des faces d'entrée et de sortie 8,9 est assurée en outre à l'aide d'une métallisation (non représentée) dont sont généralement revêtues ces faces d'entrée et de sortie de la galette, sauf bien entendu en regard des canaux 12. L'écran primaire 15 et la galette 7 sont ainsi fixés de manière à être électriquement isolés l'un de l'autre, tout en étant séparés par une distance D1 relativement faible, de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres (Il est à noter que pour plus de clarté de la figure 1, l'échelle des dimensions n'est pas respectée).The
Ces conditions sont nécessaires pour obtenir entre la photocathode 6 et la face d'entrée 8 de la galette, un champ électrique approprié à accélérer vers l'entrée des microcanaux de la galette 7, les électrons émis par la photocatode 6 ; ce champ électrique doit être suffisamment intense pour limiter la dispersion angulaire des électrons, dispersion qui tend à réduire la résolution spatiale du tube IIR.These conditions are necessary to obtain between the
En outre, la distance D1 entre la photocathode 6 et la galette 7 doit être maintenue de façon uniforme pour obtenir une bonne résolution d'image sur l'ensemble du champ.In addition, the distance D1 between the
Dans ces conditions, le positionnement correct de l'écran primaire 15 et particulièrement de la photocathode 6 par rapport à la galette 7 est une opération longue et délicate, qui est rendue encore plus difficile du fait de la faible rigidité mécanique que présente la plaque support 5 (portant le scintillateur 4) afin d'absorber au minimum le rayonnement X incident.Under these conditions, the correct positioning of the
Une complexité supplémentaire est donnée par une différence dans les coefficients de dilatation du scintillateur 4 et de son support 5. De cette différence, il résulte que la structure d'écran primaire 15 tend à se déformer, et qu'il est difficile de limiter cette déformation à moins de quelques dixièmes de millimètres quand elle s'exerce sur des longueurs voisines de plusieurs centimètres. En outre, si on éloigne l'écran primaire 15 de la galette 7, pour minimiser l'influence des déformations, il en résulte une perte de résolution inacceptable.An additional complexity is given by a difference in the expansion coefficients of the
Or, ce qui est recherché, c'est de réaliser industriellement des tubes IIR à focalisation de proximité pouvant capter des images de grandes dimensions, comme c'est le cas des tubes IIR dans lesquels l'image, formée sur l'écran de sortie par les électrons émis par la photocathode, résulte d'une focalisation de ces électrons à l'aide d'un dispositif d'optique électronique. Dans les tubes IIR à optique électronique, l'écran primaire peut atteindre couramment un diamètre allant jusqu'à 50 centimètres environ.However, what is sought is to industrially produce IIR tubes with proximity focusing capable of capturing large images, as is the case of IIR tubes in which the image formed on the output screen by the electrons emitted by the photocathode, results from a focusing of these electrons using an electronic optical device. In IIR tubes with electronic optics, the primary screen can commonly reach a diameter of up to about 50 centimeters.
Il est clair que dans de telles dimensions, le positionnement d'un écran primaire par rapport à une galette de microcanaux pose de sérieux problèmes. Ceci constitue actuellement un des graves inconvénients présentés par les tubes IIR à focalisation de proximité. Mais ce type de tube IIR présente cependant des avantages par rapport à ceux qui utilisent une optique électronique, ainsi par exemple par rapport à ces derniers : ils peuvent être beaucoup plus plats (moins de distance entre l'écran primaire et l'écran de sortie) ; de plus, ils peuvent plus facilement être réalisés pour recevoir et former une image rectangulaire.It is clear that in such dimensions, the positioning of a primary screen relative to a wafer of microchannels poses serious problems. This currently constitutes one of the serious disadvantages presented by IIR tubes with proximity focusing. However, this type of IIR tube has advantages over those using electronic optics, for example compared to the latter: they can be much flatter (less distance between the primary screen and the output screen ); moreover, they can more easily be made to receive and form a rectangular image.
La présente invention concerne les intensificateurs d'image du type dans lequel on utilise d'une part, un scintillateur pour convertir un rayonnement ionisant en rayonnement lumineux ou proche du visible, et où on utilise d'autre part une galette de microcanaux disposée à proximité de l'écran primaire et plus particulièrement de la photocathode. L'invention a pour but de permettre un positionnement relatif précis et fiable entre l'écran primaire et la galette de microcanaux, à une distance très faible, pouvant être inférieure à 0,2 millimètre.The present invention relates to image intensifiers of the type in which, on the one hand, a scintillator is used to convert ionizing radiation into light or near-visible radiation, and where, on the other hand, a wafer of microchannels arranged nearby is used. of the primary screen and more particularly of the photocathode. The object of the invention is to allow precise and reliable relative positioning between the primary screen and the microchannel plate, at a very small distance, which may be less than 0.2 millimeter.
A cette fin l'invention propose de solidariser l'écran primaire et la galette de microcanaux, par l'intermédiaire de cales électriquement isolantes. Le nombre et la distribution de ces cales sont choisis notamment en fonction des surfaces en regard, pour réaliser le meilleur compromis entre la rigidité mécanique et une absorption minimum des électrons émis par la photocathode.To this end, the invention proposes to secure the primary screen and the microchannel wafer, by means of electrically insulating wedges. The number and distribution of these shims are chosen in particular as a function of the facing surfaces, in order to achieve the best compromise between mechanical rigidity and minimum absorption of the electrons emitted by the photocathode.
L'invention concerne selon la revendication 1 un tube intensificateur d'image comportant un écran primaire, une galette de microcanaux fixée dans le tube intensificateur, l'écran primaire comportant un scintillateur porté par une plaque support, une photocathode portée par le scintillateur, la photocathode étant en regard d'une face d'entrée de la galette, caractérisé en ce que l'écran primaire est solidarisé à la galette par l'intermédiaire de cales isolantes, l'écran primaire étant appuyé sur la face d'entrée de la galette de microcanaux par l'intermédiaire de la ou des cales isolantes.The invention relates to claim 1 an image intensifier tube comprising a primary screen, a microchannel plate fixed in the intensifier tube, the primary screen comprising a scintillator carried by a support plate, a photocathode carried by the scintillator, the photocathode facing an entry face of the wafer, characterized in that the primary screen is secured to the wafer by means of insulating shims, the primary screen being pressed on the entry face of the microchannel wafer through the insulating shim (s).
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de certains de ses modes de réalisation, faite en référence aux dessins annexés parmi lesquels :
- la figure 1 déjà décrite est une vue en coupe représentant la structure d'un tube IIR à focalisation de proximité suivant l'art connu ;
- la figure 2 est une vue en coupe montrant schématiquement la structure d'un tube IIR à focalisation de proximité, réalisé suivant une version préférée de l'invention ;
- la figure 3 est une vue en coupe illustrant comment réaliser un écran primaire montré à la figure 2 ;
- la figure 4 est une vue en coupe montrant schématiquement une autre forme de réalisation de cales isolantes montrées à la figure 2.
- Figure 1 already described is a sectional view showing the structure of an IIR tube with proximity focusing according to the known art;
- Figure 2 is a sectional view schematically showing the structure of an IIR tube with proximity focusing, produced according to a preferred version of the invention;
- Figure 3 is a sectional view illustrating how to make a primary screen shown in Figure 2;
- FIG. 4 is a sectional view schematically showing another embodiment of insulating shims shown in FIG. 2.
Pour une meilleure clarté des figures 1 à 4, l'échelle des dimensions n'est pas respectée.For better clarity of Figures 1 to 4, the scale of dimensions is not respected.
La figure 2 représente un tube 20 IIR suivant l'invention. Le tube 20 a une structure générale semblable à celle du tube IIR montré à la figure 1.FIG. 2 represents an IIR tube according to the invention. The
Cependant le tube 20 diffère de celui montré à la figure 1 essentiellement par la manière dont est réalisée la fixation de son écran primaire.However, the
Le tube 20 comporte une enceinte étanche au vide, constituée par un corps de tube 2 fermé à une extrémité par une fenêtre d'entrée 3, et à l'autre extrémité par une fenêtre de sortie 14. Cette enceinte contient un écran primaire 19, et une galette 7 de microcanaux disposée entre l'écran primaire 19 et la fenêtre de sortie 3.The
L'écran primaire 19 est formé par une feuille ou plaque mince 5 servant de support à un scintillateur 4 ; le scintillateur est constitué par exemple par une couche d'iodure de cesium. La plaque support 5 est orientée vers la fenêtre d'entrée 3 et le scintillateur 4 est orienté vers la galette 7 de microcanaux. Le scintillateur 4 porte, sur une face orientée vers la galette 7, une couche fine d'un matériau photoémissif formant une photocathode 6.The
La galette 7 de microcanaux est fixée dans le corps 2 du tube à l'aide de pattes de fixation 22,23, qui d'une part sont scellées dans le corps 2 qu'elles traversent, et qui d'autre part sont soudées sur les deux grandes faces opposée 8,9, lesquelles constituent respectivement la face d'entrée et la face de sortie de la galette 7. Les pattes de fixation 22,23 peuvent ainsi servir en outre à appliquer les potentiels V2,V3 utiles au fonctionnement de la galette 7 comme déjà expliqué précédemment.The
Suivant une caractéristique de l'invention, l'écran primaire 19 est appuyé sur la face d'entrée 8 de la galette 7 de microcanaux par l'intermédiaire d'une ou plusieurs cales 25 électriquement isolantes ; la hauteur des cales 25 définit l'écartement entre la photocathode 6 et la face d'entrée 8 de la galette 7, c'est-à-dire la distance D1 entre ceux-ci.According to a characteristic of the invention, the
Dans l'exemple non limitatif montré à la figure 2, les cales 25 sont des billes en verre, ayant par exemple un diamètre d2 de 100 micromètres qui forme la hauteur des cales. De telles billes sont couramment disponibles dans le commerce avec une très faible dispersion de diamètre autour de la valeur nominale.In the nonlimiting example shown in FIG. 2, the
La galette 7 de microcanaux étant fixée au corps 2 du tube, elle constitue le support de l'écran primaire 19, lequel est maintenu appuyé sur celle-ci sous la poussée d'un ou plusieurs organes de poussée 26.The
L'écran primaire 19 est ainsi mécaniquement solidarisé à la galette 7 de microcanaux, et non au corps 2 du tube comme c'est le cas dans l'art antérieur.The
Les organes de poussée 26 peuvent être constitués de différentes manières, en fonction notamment des modes de fabrication propres à chaque tube IIR. Dans l'exemple non limitatif de la description, ces organes de pression prennent appui sur une partie périphérique intérieure 27 de la fenêtre d'entrée 3, cette partie périphérique étant plus massive que la partie centrale qui elle doit absorber le moins possible le rayonnement X incident.The
Dans l'exemple représenté à la figure 2, ces organes de poussée 26 comportent : une entretoise rigide 28 et une rondelle ressort 29. La rondelle ressort 29 est placée sur la plaque support 5 (dans une zone périphérique de cette dernière) et l'entretoise 28 est disposée entre la fenêtre d'entrée 3 et la rondelle ressort 29. Les entretoises 28 ont une hauteur H appropriée à maintenir appliqué l'écran primaire 19 contre les cales 25 à l'aide des rondelles ressort 29. Plusieurs tels organes de poussée peuvent être utilisés, répartis autour de l'écran primaire 15.In the example shown in FIG. 2, these
Le premier potentiel V1 est amené dans le tube 20 par une traversée 31, pour être appliqué à la photocathode 6, sans pour autant établir de liaison rigide entre le corps 2 et l'écran primaire 19. La liaison électrique entre la traversée 31 et la photocathode peut être réalisée de différentes manières à l'aide de moyens en eux-mêmes simples. Dans l'exemple non limitatif décrit, ceci est obtenu d'une part, en reliant la traversée 31 à la rondelle ressort 29, par un fil conducteur 32 souple, la rondelle ressort 29 étant elle-même au contact de la plaque support 5 portant le scintillateur (la plaque support 5 est alors, de préférence, en un matériau électriquement conducteur) ; d'autre part, la rondelle ressort 29 est reliée électriquement à la photocathode 6 via une couche conductrice 33, et une couche de métallisation 34 réalisée entre le scintillateur 4 et la photocathode 6 dans une zone périphérique de l'écran primaire 19 (cette métallisation 34 ne recouvre évidemment pas la surface centrale utile de l'écran primaire).The first potential V1 is brought into the
La métallisation 34 est réalisée, par exemple, par une évaporation sous vide d'une couche mince (par exemple 0,1 à 1 micromètre) de chrome ou d'aluminium, ou d'un autre métal, déposée sur la périphérie du scintillateur 4.The
Cette métallisation 34 est ensuite recouverte partiellement par la photocathode, de telle sorte que la liaison électrique avec cette dernière est assurée, tout en conservant dégagée la partie la plus périphérique de la métallisation 34. Cette partie la plus périphérique de la métallisation 34 est ensuite recouverte de la couche conductrice 33 qui est également en contact avec la plaque support 5 et la ou les rondelles ressort 29, ainsi qu'avec la tranche du scintillateur 4. En fait la couche conductrice 33 peut recouvrir l'ensemble du tour de l'écran primaire 19 c'est-à-dire la tranche de cet écran primaire, tranche sur laquelle elle peut être déposée de façon simple : par exemple elle peut résulter de l'application, à l'aide d'un pinceau, d'une pâte contenant des grains métalliques : on trouve couramment dans le commerce des suspensions de grains d'argent permettant une telle utilisation.This
Dans l'exemple de réalisation montré à la figure 2 où les cales 25 sont constituées par des billes, ces billes peuvent être solidarisées à la face d'entrée 8 de la galette 7 de microcanaux par collage. La colle utilisée peut être photodurcissable, ou thermodurcissable, et compatible dans son état durci, à une utilisation sous vide. La colle utilisée à cet effet peut être par exemple du type connu sous le nom "Araldite" qui est une marque commerciale déposée; la polymérisation de l'"Araldite" est accélérée par chauffage.In the embodiment shown in Figure 2 where the
Les billes ou cales 25 sont réparties et fixées sur la face d'entrée 8 suivant un pas p de l'ordre, par exemple, de 2 centimètres. Ceci peut être accompli de manière simple, par exemple en déposant sur la face d'entrée 8 de la galette des points de colle avec un pas d'espacement p de 2 centimètres. Une fois les points de colle déposés, on recouvre la face d'entrée 8 de la galette par une couche de billes de verre, puis l'on fait durcir la colle par insolation ou par chauffage. On élimine ensuite les billes de verre à l'exception de celles qui se trouvaient au contact d'un point de colle, et qui par suite sont solidarisées à la galette 7 par ces points de colle. La pose des points de colle peut être accomplie de façon manuelle, ou à l'aide de machines de pose automatique en elles-mêmes classiques.The balls or shims 25 are distributed and fixed on the input face 8 according to a pitch p of the order, for example, of 2 centimeters. This can be accomplished in a simple manner, for example by depositing on the entry face 8 of the wafer glue dots with a spacing step p of 2 centimeters. Once the dots of adhesive have been deposited, the entry face 8 of the wafer is covered with a layer of glass beads, then the adhesive is hardened by exposure to heat or by heating. Glass beads are then eliminated, with the exception of those which were in contact with a point of glue, and which are consequently joined to the
Les billes 25 étant solidaires de la galette 7, cette dernière est alors fixée mécaniquement dans le tube, suivant la technique classique.The
L'écran primaire 19 est ensuite placé sur la galette 7 et fixé à cette dernière comme expliqué précédemment en s'appuyant, à intervalles réguliers, sur les petites billes de verre ou cales 25. Bien entendu l'écran primaire 19 en lui-même peut-être réalisé d'une manière traditionnelle.The
Le diamètre des billes 25 peut être choisi en fonction de la résolution d'image recherchée, suffisamment petit pour que les billes ne soient pas visibles sur l'image. Le pas p des billes est adapté en fonction de la déformabilité de l'écran primaire 19, c'est-à-dire d'autant plus faible que la déformabilité est grande. Suivant un mode de réalisation possible (mais non obligatoire), les billes 25 ont un diamètre nominal d2 plus grand que le diamètre d1 des microcanaux.The diameter of the
Pour obtenir un appui plus régulier de la photocathode 6 sur les cales 25, il est possible aussi de conférer à l'écran primaire 19, avant sa fixation sur la galette 7, une forme légèrement non plane, notamment concave (vu depuis la fenêtre d'entrée 3).To obtain a more regular support of the
La figure 3 est une vue en coupe semblable à la figure 2, montrant l'écran primaire 19 avant sa fixation sur la galette 7 de microcanaux.Figure 3 is a sectional view similar to Figure 2, showing the
L'écran primaire 19 a une forme légèrement concave de telle sorte que quand il est placé au-dessus de la galette 7 avant sa fixation sur cette dernière, c'est d'abord par sa zone centrale 30 qu'il est au contact des cales 25. En assurant ensuite une pression régulière sur la périphérie 36 de l'écran primaire 19 lors de sa fixation à l'aide des organes de poussée 26 (montrés à la figure 2), on obtient un appui uniforme de l'écran primaire sur les cales 25, en jouant sur l'élasticité de l'écran primaire et particulièrement de la plaque support 5.The
Une telle forme notamment concave de l'écran primaire 15 peut résulter d'une tension mécanique interne de l'écran primaire 19, tension mécanique qui peut elle-même résulter de la forme concave donnée initialement à la plaque support ou support 5 avant le dépôt du scintillateur 4 sur ce support. Le coefficient de dilatation de l'iodure de césium est généralement supérieur à celui du support, et ce scintillateur est déposé à chaud sur ce support. De la sorte, la tension exercée par le scintillateur 4 tend à réduire la concavité initiale, et il faut donner au support 5 une concavité un peu supérieure à celle qui est finalement nécessaire. On pourra par exemple donner une flèche intiale voisine de 1 millimètre, pour un support 5 en alliage d'aluminium de 0,5 millimètre d'épaisseur, et de 15 à 25 centimètres de diamètre.Such a particularly concave shape of the
En fixant ainsi l'écran primaire 19 sur la galette 7, l'uniformité de l'écartement entre cette dernière et la photocathode 6 dépend davantage des diamètres des billes qui constituent les cales 25, que de la rigidité mécanique du support ou plaque support 5. En conséquence, l'épaisseur de la plaque support 5 peut être réduite afin de moins absorber le rayonnement incident.By thus fixing the
Il est à noter qu'en conférant une telle forme concave à l'écran primaire 19, résultant d'une tension mécanique interne comme ci-dessus expliqué, non seulement on peut obtenir une meilleure fixation de l'écran primaire, mais on obtient en outre une limitation voire une annulation des déformations mécaniques de cet écran primaire en cours de fonctionnement, dues aux différences de coefficients de dilatation thermique du scintillateur 4 et de son support 5. Ceci bien entendu à la condition que la tension mécanique préalable d'une part et les dilatations thermiques d'autre part, entraînent des déformations dans des directions opposées.It should be noted that by conferring such a concave shape on the
La figure 4 illustre de manière schématique une autre manière de réaliser les cales isolantes 25 qui séparent la photocathode 6 de la galette 7 de microcanaux.FIG. 4 schematically illustrates another way of producing the insulating
La figure 4 montre partiellement la galette 7 de microcanaux par une vue en coupe semblable à celle de la figure 3, mais agrandie par rapport à cette dernière. Dans cette autre version, des cales isolantes (repérées 25a) sont constituées par un ou des dépôts de matière électriquement isolante, dépôts réalisés par une ou plusieurs couches 40 déposées sur la face d'entrée 8 de la galette 7, entre les entrées de certains ou de tous les canaux 12. Ces dépôts ou cales 25a doivent de préférence (mais non impérativement), obstruer le moins possible les canaux 12.Figure 4 partially shows the
Les dépôts 25a peuvent être obtenus par exemple par une méthode du type évaporation sous vide d'un matériau isolant tel que de la silice SiO₂, de l'alumine Al₂O₃, ou tout autre compatible avec les techniques du vide et des photocathodes. Ce matériau isolant peut être évaporé selon une incidence très oblique par rapport à la surface de la galette, de manière à ne pas recouvrir la paroi des canaux 12 en profondeur. L'utilisation de microcanaux avec une entrée évasée 35 limite la surface offerte au dépôt de l'isolant, et limite ainsi l'obstruction de ces canaux 12. La pénétration du matériau isolant dans les canaux peut être limitée à la profondeur de l'évasement 35.The
Avec une telle méthode, il est possible de déposer sur la face d'entrée 8 de la galette 7 une unique couche 40 de matière isolante, couche qui est percée au regard de chaque canal 12. Mais il est possible aussi de réaliser plusieurs dépôts localisés, ne constituant pas une unique couche interrompue.With such a method, it is possible to deposit on the inlet face 8 of the wafer 7 a
Après réalisation des cales 25a, la galette 7 est fixée dans le tube et l'écran primaire 19 est fixé à la galette 7 d'une manière semblable à celle expliquée précédemment en référence aux figures 2 et 3. Bien entendu, cette forme de réalisation des cales isolantes s'applique également quand l'écran primaire 19 comporte une tension mécanique interne lui conférant une forme concave.After the
Claims (11)
- An image intensifier tube comprising a primary screen (15), a slab (7) of micro-channels, said primary screen (19) comprising a scintillator (4) borne by a support plate (5) and a photo-cathode (6) borne by the scintillator, said photo-cathode (6) being opposite an entry face (8) of the slab (7) of micro-channels, characterized in that the primary screen (19) is secured to the slab (7) of micro-channels by the intermediary of at least one insulating spacer element (25, 25a), said primary screen (19) being supported on the entry face (8) of the slab (7) of micro-channels by the intermediary of the insulating spacer or spacers (25, 25a).
- The image intensifier tube as claimed in claim 1, characterized in that the insulating spacer or spacers (25, 25a) are fixed on the entry face (8) of slab (7) of micro-channels.
- The image intensifier tube as claimed in either of the preceding claims, characterized in that the insulating spacers (25) are fixed by bonding.
- The image intensifier tube as claimed in any one of the preceding claims, characterized in that the insulating spacers (25) are balls.
- The image intensifier tube as claimed in claim 4, characterized in that the balls (25) possess a nominal diameter (d2) greater than the diameter (d1) of the micro-channels (12).
- The image intensifier tube as claimed in claim 1 or in claim 2, characterized in that the insulating spacers (25a) are constituted by at least one layer (40) of an insulating material arranged on the entry face (8) of the slab (7) of micro-channels.
- The image intensifier tube as claimed in claim 6, characterized in that the layer (40) is obtained by a vacuum evaporation method.
- The image intensifier tube as claimed in any one of the preceding claims, characterized in that the entry of the micro-channels (12) of the slab (7) comprises, on the entry face (8) side, a widened part (35).
- The image intensifier tube as claimed in claim 8, characterized in that the layer (40) of insulating material covers the walls of the micro-channels (12) for a depth which is limited, at the maximum, to the widened part (35).
- The image intensifier tube as claimed in any one of the preceding claims, characterized in that the primary screen (15) is fixed to the slab (7) of micro-channels with the aid of means (26) in order to exert a thrust on the primary screen (19) at the periphery of the same.
- The image intensifier tube as claimed in any one of the preceding claims, characterized in that the primary screen (19) possesses, prior to being secured to the slab (7) of micro-channels, a concave form.
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