FR2486712A1 - Tube intensificateur d'images a micro-canaux, et ensemble de prise de vues comprenant un tel tube - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN TUBE INTENSIFICATEUR D'IMAGE A MICRO-CANAUX. AFIN DE LIMITER LA QUANTITE ACCRUE D'IONS PRENANT NAISSANCE DANS LE TUBE DU FAIT DE LA PRESENCE D'UN ELEMENT A MICRO-CANAUX 4 DANS CELUI-CI, L'INVENTION PREVOIT DE DISPOSER DES GETTERS 50, 60 SUR LE TRAJET PROBABLE SUIVI PAR LES IONS SOUS L'ACTION DES POTENTIELS APPLIQUES AUX ELCTRODES; CES GETTERS SONT FIXES AUX ELECTRODES 30, 31 FAITES EN DEUX PARTIES 301, 302 ET 311, 312 POUR PERMETTRE EVENTUELLEMENT L'ALIMENTATION DES GETTERS, ET CES PARTIES RECOURBEES POUR SERVIR DE MASQUES DANS LE CAS DE GETTERS VAPORISABLES. APPLICATIONS: PRISE DE VUES NOCTURNE ET RADIOLOGIE MEDICALE, NOTAMMENT.

Description

L'invention concerne les tubes intensifi-

cateurs d'images comportant un élément à micro-canaux.

Un tel élément 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 deux 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 pou-.

vant atteindre couramment des valeurs de 4 à 105.

L'un des problèmes soulevés par l'introduc-

tion de galettes de micro-canaux dans les tubes intensificateur d'image, et dans les tubes à vide

en général, est celui du dégagementimportant -

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 photocahtode 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'émis-

sion d'électrons par la photocathode ne cesse de dé-

croître avec le temps, ce qui ôte toute stabilité

au fonctionnement du tube.

L'invention a pour objet d'améliorer cette

stabilité et d'accroître la durée de vie du tube.

L'invention sera mieux comprise en se re-

portant à la description qui suit et aux figures join-

tes 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'ima es suivant l'art

antérieur 3(a) et suivant l'invention 3(b).

On rappelle tout d'abord la structure géné-

rale d'un intensificateur d'images à micro-canaux telle

que connue de l'art antérieur. Cette structure est re-

présentée sur la figure 1, dans le cas d'un tube cylin-

drique d'axe X'X. -

Un tel intensificateur comprend - une couche photo-émissive ou photocathode, 20.1,incorporée à une fenêtre d'entrée 2; la photocathode

reçoit, en fonctionnement, le rayonnement incident,re-

présenté par la flèche ondulée,et émet en chaque point un nombre d'électrons proportionnel au flux incident re.çu par ce point - un dispositif d'optique électronique 3, électrostatique ou électromagnétique; - une galette de micro-canaux 4;

- un écran cathodo-luminescent 5,partie in-

tégrante 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 inver-

sion d'image, comme le montre le dessin du pinceau

d'électrons (flèches courbes, sans repère), corres-

pondant à l'un de ces points.

Le dispositif d'optique électronique se com-

pose de plusieurs éleetro'des-dont-on-a'représenté

sur la figure les deux principales, à savoir l'élec-

trode-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 focalisésvers les différents points de l'écran luminescent par 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 élec-

trons 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 correspondant

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 struc-

ture de la fenêtre d'entrée,ni celle de la fenêtre de sortie du tube. On n'en a retenu que la présence de la

photocathode dans la première et de l'écran lumines-

cente dans la deuxième,entre lesquelles à lieu lé trajet

des électrons produits -par la photocathode, ou photo-

électrons, et qui sont les seuls éléments nécessaires à la compréhension de l'invention. Ces fenêtres peuvent comprendred.!autrrs 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 repré-

sentationdes sources de tension utilisées en fonction-

4 2

nement dans le but de simplifier les figures. Par contre, on précisera cidessous, 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'éner-

gie communiquéeaux électrons par les potentiels appli-

qués d'une part, et à la multiplication assurée par la galette de microcanaux d'autre part.Cette propriété est

utilisée' dans de nombreux dispositifs pour l'observa-

tion de scènes faiblement éclairées, les scènes noctur-

nes notamment.

Dans l'art antérieur, pour pallier les incon-

vénients signalés plus haut, on met à' profil la distribution des potentiels sur'ces différentes électrodes et notamment celles

de la section de transfert, comprise entre la photoca-

thode 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 précé-

dente. Les électrons émis par la photocathode sont

d'abord accélérés puislégèrement ralentis, mais attei-

gnent l'entrée 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

0 de la face 42 de sortie(pour les électrons) de la ga-

lette 4, sont ralentis entre la face opposée, d'entrée, 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 microcanaux,

vers les parois de l'enceinte 20 et plus particu-

lièrement 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 rappelle 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.. Sélonl'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 correctiôn 31 *et sur la surface de l'électrode de focalisation 30 en regard de la

plaquette de micro-canaux 4, de l'exemple décritdans les condi-

tions 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 demi-

coupe 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 o le tube comporte-

rait 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 diveres 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'évapo-

ration les différentes parties constitutives 21- 24 de l'enveloppe isolante 20, ainsi que la plaquette de O10 micro-canaux 4, d'un côté et la photocathode i de 1'

l'autre, dans le cas o il s.'agit d'un getter éva-

porable au tantale, titane, baryum, etc. La même dis-

position peut être utilisée dans le cas d'un getter non évaporable, à 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 dis-

posé au niveau de l'électrode de correction 31 faite,

elle aussi, en deux parties 311 et 312 préférentiel-

lement recourbées pour les mêmes 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

photocahode, connexion qui consiste, selon une pra-

tique répandue,'en une coupelle 70 soudée à la fenêtre

d'entrée 2; ce getter est alimenté à travers le queu-

sot 90 par le passage 100. En outre un écran 110 est prévu pour protéger la photocathode proche contre l'évaporation du getter. En opposition avec cet art antérieur, l'invention prévdit, dé se

passer d'un tel getter, qui se trouve-placé a un en-

droit 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

radiologie médicale pour réduire l'intensité de l'irra-

diation X, o ils sont connus sous le nom d'intensifica-

teurs d'images radiologiques (11R). Dans le cas, la fenêtre

d'entrée comporte,devant la photocathode,un scintilla-

teur 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 chaines,dans lesquelles leur rôle est d'accroître le

niveau du signal de sortie.

L'invention couvre également de tels ensembles.

R E V E- N-D I C.A-:T....N:S

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 (6)

auxquelles sont incorporées respectivement une photo-

cathode (l)et un écran luminescent (5), laquelle fe- nêtre d'entrée est exposée, en fonctionnement, au rayonnement en provenance de l'image, et comprenant, disposé entre ces deux fenêtres, un système d'élec-_ trodes (3)assurant l.'accélération vers l'écran des électrons émis par la photocathode sous l'effet de ce rayonnement, l'impact de ces photoélectrons sur l'écran formant une image correspondant à l'image incidente,

ledit tube comprenant, en outre, un élément à micro-

canaux (4) placé-devantl'écran et dans sa proximité, caractérisé en ce que ledit tube comporte des getters (50, 60) disposés sur certaines de ces électrodes, à leur périphérie, notamment dans la dernière partie du trajet

des photo-électrons.

2. Tube intensificateur d'images suivant la revendication l,caractérisé en ce que, le système en question comportant.une électrode de focalisation (30) et une électrode de correction (31) se succédant sur le trajet du faisceau, il comprend un getter disposé

sur chacune de ces deux électrodes.

3. Tube intensificateur d'images suivant la

revendication 1, caractérisé en ce que chaque élec-

trode 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.

4. Tube intensificateur d'images suivant la revendication 3, caractérisé en ce que, ces parties

sont terminées,vers l'intérieur du tube,par des por-

tions recourbées.

5. Ensemble de prise de vues, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un tube intensificateur

d'images suivant l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4.