FR2561441A1 - SLOT SCANNING IMAGE CONVERTER TUBE - Google Patents
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Abstract
TUBE CONVERTISSEUR D'IMAGE A BALAYAGE DE FENTE. CE TUBE COMPREND, ENTRE UNE PHOTOCATHODE 2 MUNIE D'UNE FENTE 34 ET UN ECRAN 4, UN PREMIER MOYEN ELECTRONIQUE POUR FAIRE L'IMAGE DE LA PLUS GRANDE DIMENSION DE LA FENTE SUR L'ECRAN ET UN SECOND MOYEN ELECTRONIQUE INDEPENDANT DU PRECEDENT POUR FOCALISER ET DEFLECHIR LE FAISCEAU, DANS LE PLAN DE L'ECRAN, DANS UNE DIRECTION PERPENDICULAIRE A LA DIRECTION PRECEDENTE. CE SECOND MOYEN ELECTRONIQUE COMPREND AU MOINS UNE LENTILLE PLANE CONVERGENTE 36, 40 ET UNE ELECTRODE DE DEFLEXION 42, CHACUN DE CES DEUX MOYENS ETANT REGLABLE INDEPENDAMMENT. APPLICATION A LA CINEMATOGRAPHIE ELECTRONIQUE ULTRARAPIDE.SLOT SCAN IMAGE CONVERTER TUBE. THIS TUBE INCLUDES, BETWEEN A PHOTOCATHODE 2 EQUIPPED WITH A SLOT 34 AND A SCREEN 4, A FIRST ELECTRONIC MEANS TO MAKE THE IMAGE OF THE LARGEST DIMENSION OF THE SLIT ON THE SCREEN AND A SECOND ELECTRONIC MEANS INDEPENDENT OF THE PREVIOUS TO FOCUS AND DEFLECT THE BEAM, IN THE PLAN OF THE SCREEN, IN A DIRECTION PERPENDICULAR TO THE PREVIOUS DIRECTION. THIS SECOND ELECTRONIC MEANS INCLUDES AT LEAST ONE CONVERGENT FLAT LENS 36, 40 AND ONE DEFLECTION ELECTRODE 42, EACH OF THESE TWO MEANS BEING ADJUSTABLE INDEPENDENTLY. APPLICATION TO ULTRARAPID ELECTRONIC CINEMATOGRAPHY.
Description
Tube convertisseur d'image à balayage de fente La présente invention aSlit scan image converter tube The present invention has
pour objet un tubefor object a tube
convertisseur d'image à balayage de fente. slit scan image converter.
L'enregistrement d'images avec un temps de pose extrêmement court permet de relever le profil de l'évolution au cours du temps de phénomènes lumineux The recording of images with an extremely short exposure time makes it possible to raise the profile of the evolution over time of luminous phenomena
très brefs. Ainsi, la cinématographie électronique ul- very brief. Thus, electronic cinematography
tra-rapide s'applique à un large domaine de recherches tra-fast applies to a broad area of research
et de disciplines très diversifiées: balistique, dé- and very diversified disciplines: ballistics,
tonique, étude des cellules vivantes, expérience con- tonic, study of living cells, experience
duite autour des lasers, etc..-around lasers, etc. ..-
La camera à fente permet d'enregistrer pho- The slit camera allows you to record
tographiquement la variation au cours du temps du ni- graphically the variation over time of the
veau lumineux d'une image, à une dimension, des phéno- luminous calf of a one-dimensional image of phenomena
mènes à étudier. L'image du phénomène à étudier est faite sur une photocathode d'un tube convertisseur to study. The image of the phenomenon to be studied is made on a photocathode of a converter tube
d'image de type classique comportant, outre la photo- conventional type of image including, in addition to
cathode, une électrode de conmande, des électrodes d'accélération, une électrode de Localisation, une paire de déflecteurs et un écran électroluminescent, éventuellement associé à un dispositif multiplicateur d'électrons. Le nombre d'électrons émis en chaque point de la couche photosensible de la photocathode est cathode, a control electrode, acceleration electrodes, a locating electrode, a pair of deflectors and an electroluminescent screen, optionally associated with an electron multiplier device. The number of electrons emitted at each point of the photosensitive layer of the photocathode is
proportionnel au niveau de lumière appliqué locale- proportional to the level of local applied light
ment. Les électrons sont accélérés et focalisés à l'emplacement de l'écran en phosphore par exempleoủne image visible est réalisée. Lorsque le tube est au is lying. The electrons are accelerated and focused at the location of the phosphor screen, for example, a visible image is made. When the tube is at
repos, les électrons sont bloqués au niveau de la pho- rest, the electrons are blocked at the level of the
tocathode par un potentiel négatif appliqué sur l'électrode de commande ou sont défléchis par une électrode d'obturation puis interceptés par une autre électrode. Dans la caméra à fente, l'image réalisée sur la photocathode est délimitée par une fente étroite dont il est fait l'image sur l'écran, le défilement de l'image de la fente étant obtenu en appliquant sur les tocathode by a negative potential applied to the control electrode or are deflected by a closing electrode and then intercepted by another electrode. In the slit camera, the image made on the photocathode is delimited by a narrow slit of which the image is made on the screen, the scrolling of the image of the slit being obtained by applying on the
déflecteurs de l'optique de déflexion un signal de ba- baffle deflectors a signal of
layage. Sur la fenêtre de sortie du tube, on observe selon l'axe de balayage l'évolution de la brillance, en fonction du temps du phénomène lumineux mis à layage. On the exit window of the tube, we observe along the scanning axis the evolution of the brightness, as a function of the time of the luminous phenomenon set to
l'examen. Selon l'axe perpendiculaire à l'axe de ba- examination. Along the axis perpendicular to the axis of
layage, c'est-à-dire selon la plus grande dimension de layage, that is to say according to the largest dimension of
la fente, on relève l'évolution spatiale du même phé- the gap, we note the spatial evolution of the same phenomenon.
nomène. Le demandeur a divulgué dans le brevet enon. The applicant disclosed in the patent
n 74 31136 déposé le 13 septembre 1974 un tube con- No. 74 31136 filed on 13 September 1974 a tube con-
vertisseur d'image à balayage de fente dans lequel la focalisation du faisceau d'électrons est indépendante dans le plan de déflexion, ou plan temporel, et dans le plan spatial. Les mises au point de l'image de la fente sur l'écran sont ainsi facilitées. Les figures slit scan image vertifier in which the focusing of the electron beam is independent in the deflection plane, or time plane, and in the spatial plane. The focus of the image of the slot on the screen is thus facilitated. The figures
la et lb représentent respectivement de manière sché- la and lb represent respectively
matique la forme du faisceau d'électrons dans le plan the shape of the electron beam in the plane
spatial et dans le plan de déflexion dans un tube con- space and in the plane of deflection in a tube con-
vertisseur d'image à balayage de fente selon ce bre- slit scan image intensifier according to this patent
vet. Sur la figure la, on a représenté la forme du faisceau électronique dans le plan spatial entre la photocathode 2 et l'écran 4. Dans ce plan, l'image de la fente est obtenue grace à une lentille convergente réalisée par des électrodes 6 et 8, ladite image se vet. FIG. 1a shows the shape of the electron beam in the spatial plane between the photocathode 2 and the screen 4. In this plane, the image of the slot is obtained thanks to a convergent lens made by electrodes 6 and 8, said image
faisant sur l'écran 4 ou sur une galette de microca- on screen 4 or on a galette
naux 10 dans un système de sortie comportant un multi- 10 in an output system with a multi-
plicateur d'électrons. De préférence, la lentille con- pliers of electrons. Preferably, the lens
vergente utilisée est une lentille quadrupolaire qui présente l'avantage de ne pas introduire de grosses vergente used is a quadrupole lens that has the advantage of not introducing large
distorsions dans le plan spatial, puisqu'elle est dé- distortions in the spatial plane, since it is de-
pourvue d'aberrations du premier ordre. La trace du provided with first-order aberrations. The trace of
faisceau d'électrons dans le plan spatial porte la ré- electron beam in the spatial plane carries the re-
férence 12.12.
Sur la figure lb, on a représenté les moyens In FIG. 1b, the means
de déflexion du tube et l'allure du faisceau électro- tube deflection and the shape of the electron beam
nique dans le plan de déflexion. Entre la photocathode 2 et l'écran 4 sont disposées successivement une élec- trode accélératrice 14, les électrodes 16 et 18 de la in the deflection plane. Between the photocathode 2 and the screen 4 are arranged successively an accelerating electrode 14, the electrodes 16 and 18 of the
lentille quadrupolaire formant une lentille divergen- quadrupole lens forming a diverging lens
te dans le plan de déflexion, une lentille de dé- in the plane of deflection, a lens of de-
flexion et de focalisation 20 et éventuellement une bending and focusing 20 and possibly a
galette de microcanauz 10.microcanauz slab 10.
L'optique de déflexion et de focalisation est constituée par trois paires de plaques 22, 24 et 26. Cette structure permettait, dans les tubes selon l'art antérieur dont la longueur était limitée pour des raisons technologiques, d'éloigner physiquement la lentille de déflexion de l'écran, ce qui contribue à diminuer la distorsion du faisceau. Cependant, cette The deflection and focusing optics is constituted by three pairs of plates 22, 24 and 26. This structure allowed, in the tubes according to the prior art whose length was limited for technological reasons, to physically distance the lens from deflection of the screen, which helps to reduce beam distortion. However, this
structure a pour corollaire l'impossibilité d'optimi- structure leads to the impossibility of optimizing
ser indépendamment la focalisation et la déflexion du irrespective of the focus and deflection of the
faisceau.beam.
Un objectif de l'invention est de découpler la focalisation et la déflexion du faisceau dans le plan de déflexion. Ceci permet notamment d'améliorer, An object of the invention is to decouple the focusing and the deflection of the beam in the deflection plane. This makes it possible to improve
par rapport à l'art antérieur, la sensibilité de dé- compared to the prior art, the sensitivity of
flexion du faisceau.bending of the beam.
D'autre part, on constate que sur la figure lb, il est nécessaire de prévoir un diaphragme 28 en entrée de l'optique de focalisation et de déflexion On the other hand, it can be seen that in FIG. 1b, it is necessary to provide a diaphragm 28 at the input of the focusing and deflection optics.
, ceci afin que le faisceau d'électrons 30 qui di- this so that the electron beam 30 which
verge à la sortie des plaques 16 et 18 de la lentille yard at the exit of plates 16 and 18 of the lens
quadrupolaire ne vienne frapper ladite optique de fo- quadrupole does not come to strike the said optics of
calisation et de déflexion. La proportion de courant intercepté est importante. Elle est imposée par la dimension du diaphragme 28 et par la divergence créée par la lentille quadrupolaire réglée pour faire, dans Calification and deflection. The proportion of current intercepted is important. It is imposed by the size of the diaphragm 28 and by the divergence created by the quadrupole lens set to make, in
le plan spatial, l'image de la fente sur l'écran. the spatial plane, the image of the slot on the screen.
L'invention propose d'adjoindre une lentil- The invention proposes to add a lens
le convergente dans le plan de déflexion, en amont de la lentille quadrupolaire afin de limiter la largeur du faisceau en sortie de ladite lentille quadrupolaire et ainsi de limiter l'importance du courant intercep- té. La présence de deux lentilles convergentes dans le plan de déflexion avant et après la lentille the convergent in the deflection plane, upstream of the quadrupole lens to limit the beam width at the output of said quadrupole lens and thus to limit the magnitude of the intercepted current. The presence of two convergent lenses in the plane of deflection before and after the lens
quadrupolaire donne en outre une infinité de combinai- Quadrupole also gives an infinite number of combinations
sons de réglage des deux lentilles qui permet d'avoir adjustment sounds of both lenses that allows you to have
sur l'écran l'image de la fente. Ces différents régla- on the screen the image of the slot. These different
ges permettent de fixer soit le courant collecté, soit l'épaisseur de la trace du faisceau sur l'écran, c'est-à-dire la résolution, qui dépend de la largeur These allow to fix either the collected current, or the thickness of the trace of the beam on the screen, that is to say the resolution, which depends on the width
du faisceau en entrée du déflecteur. the beam at the entrance of the deflector.
Il est donc ainsi possible dans certaines It is thus possible in some
applications d'optimiser le courant collecté au détri- applications to optimize the current collected at the expense of
ment de l'épaisseur de la trace. Inversement, il est possible d'optimiser le nombre de points suivant l'axe the thickness of the trace. Conversely, it is possible to optimize the number of points along the axis
spatial au détriment du courant collecté. space at the expense of the current collected.
L'invention est donc un perfectionnement aux tubes convertisseurs d'image à balayage de fente connus. Elle permet, tout en conservant la résolution temporelle de ces tubes, d'améliorer la résolution The invention is therefore an improvement to the known slit scan image converter tubes. It allows, while maintaining the temporal resolution of these tubes, to improve the resolution
spatiale.Space.
De manière précise, l'invention a pour objet In a precise manner, the object of the invention is
un tube convertisseur d'image à balayage de fente des- a slit scan image converter tube of
tiné à observer des phénomènes lumineux d'évolution designed to observe luminous phenomena of evolution
rapide par balayage sur un écran de l'image d'une fen- fast by scanning on a screen the image of a split
te, ladite fente recueillant sur une photocathode la lumière envoyée par le phénomène lumineux à étudier, te, said slot collecting on a photocathode the light sent by the luminous phenomenon to be studied,
et émettant un faisceau d'électrons, ledit tube com- and emitting an electron beam, said tube
prenant ladite photocathode, une électrode de comman- taking said photocathode, a control electrode
de, une électrode accélératrice et une optique de dé- of, an accelerating electrode and an optics of
flexion et de focalisation du faisceau d'électrons si- bending and focusing of the electron beam
tuée entre l'électrode accélératrice et l'écran, ladi- killed between the accelerating electrode and the screen,
te optique de.?flexinn et de focalisation comprenant un premier mcyve.n él.ctrcnique pour faire l'image ds la plus grande dimenilsion de ladite fente sur l'écran et un second moyen électronique indépendant du precedent pour focaliser et ttléchir le %aisc e ut dans le pla-n de l'ecran, d ns une 3iiec:ton perpendiculaire à la direction.;.réc..n...edi. secondr moyen élect.ronique 10...comprenant.. entr) ctro.de acc;ilératr ice e l 'écran, une l-entille de Locclat..ion suivie cPune a focus and focusing optics comprising a first elctronic pattern for imaging the largest size of said slit on the screen and a second electronic means independent of the preceding for focusing and tracking the slice; in the screen, in a direction perpendicular to the direction of the screen. second electronic means 10 ... including .. inter) access to the screen, an I-wafer of Locclat..ion followed by cpune
électrode de tieflxion ladite letille de foca:isa- tieflxion electrode said let of foca: isa-
tion faisant l'itaae l t a 1:5 -Detire lmension dc- la fente sur 1 écra et.-_ait -s ia l!rt c du fa.iStCeau en entre de ljectrcie de A (fe: A'. nsi; Jl t-':a.i.s:l'oD j! 1- f éflexion du faisceau d7i leec' r'cs- anç ile pUin t drleoin sont 1a-1: 5 -Stretching the slit on the screen and on the screen of the screen in the middle of the screen of the screen. - ': ais: the reflection of the beam of the project is very short.
indépendantes iL eg: ain;,. szbi e d op' 'ir iser cha- independent iL eg: ain;,. szbi e d op 'iriser
cune de ces deux lfor, ei' s.Iï Selon:"?,oe de réalisation Pr.2féc de 1' invention,.'. o.tcque de fscalisation et de déflexion cornporte, ent ;e -. .ecrode ecé'l!éretrice et 1'écran, According to one of the embodiments of the invention, one embodiment of the invention and one of the corresponding deflection is provided by one of these two embodiments. Mother and the screen,
u.:: kentill, pcvn ç"onere;snv-e. une lentil.e qcuadrupo- u. :: kentill, pcvn ç "onere; snv-e. a lentil.e qcuadrupo
li&2e, uncie &ur 'ier úI.le nDilaï: co er e et Fne :) él3ectrode de d'f" 'c ' Sel-on un a; -je re'C3e préfé:ci de réalisation, li & 2e, unie & ndil.le ndilaï: coe e and Fne :) elecode de f''c 'Sel-on a I;
électrode de d.f]exJo't cïcnstitue un ligne à propa- electrode. This is a line for propagation.
gation d'onde.wave generation.
Ceci améliore la s..insoib. li5té de d-fl!exion du This improves the insulin. liity of discussion of the
faisceau.beam.
aut rec -ci. act.....tiques st avaitages de aut rec -ci. act ..... ticks
1'inventîioa apnpraîutront mieuox aàprès la description The invention will become better after the description.
oui suit d'exemirles de reisa donnés a At-re em- yes follow of reisa exemirles given to At-re em-
plicatit et nullement!iritatif, en référence aux des- plicatit and in no way! iritative, with reference to the
sins annexes sur lesquelles:annexes on which:
- les figures la et lb, déjà décrites, re- FIGS. 1a and 1b, already described, refer to
présentent l'allure du faisceau d'électrons dans le plan spatial et dans le plan de déflexion d'un tube convertisseur d'image à balayage de fente selon l'art connu, - la figure 2 est un schéma en perspective d'un mode de réalisation du tube convertisseur selon l'invention, - les figures 3a et 3b représentent la forme du faisceau d'électrons dans le plan spatial et dans show the appearance of the electron beam in the spatial plane and in the plane of deflection of a slot scan image conversion tube according to the known art, - Figure 2 is a perspective diagram of a mode embodiment of the converter tube according to the invention, - Figures 3a and 3b show the shape of the electron beam in the spatial plane and in
le plan de déflexion du tube convertisseur de la figu- the deflection plane of the converter tube of FIG.
re 2,re 2,
- les figures 4a et 4b illustrent la modifi- FIGS. 4a and 4b illustrate the modification
cation du faisceau électronique due à l'électrode ac- cation of the electron beam due to the electrode
célératrice dans le plan spatial et dans le plan de déflexion, - les figures 5a et 5b représentent deux vues de la lentille quadrupolaire, respectivement en coupe sur la figure 5a et de coté sur la figure 5b, celery in the spatial plane and in the plane of deflection, - Figures 5a and 5b show two views of the quadrupole lens, respectively in section in Figure 5a and side in Figure 5b,
- la figure 6 represente un mode de réalisa- - Figure 6 represents a method of
tion des lentilles planes convergentes dans le plan de déflexion, convergent planar lenses in the plane of deflection,
- la figure 7 représente un mode de réalisa- FIG. 7 represents a mode of realization
tion de "'électrode de déflexion, et deflection electrode, and
- la figure 8 illustre un mode de réalisa- - Figure 8 illustrates a mode of
tion d'un moyen d'obturation du tube. tion of a means for closing the tube.
Sur la figure 2, on a représenté un mode de FIG. 2 shows a mode of
réalisation d'un tube convertisseur selon l'inven- production of a converter tube according to the invention
tion. La lumière du faisceau 32 est concentrée par un système optique (non représenté) sur la photocathode 2 dans un rectangle 34 constituant la fente émettrice d'électrons. Le tube convertisseur comprend également une électrode accélératrice 14, une lentille plane convergente 36, une lentille quadrupolaire 38, une autre lentille plane convergente 40, une électrode de tion. The light of the beam 32 is concentrated by an optical system (not shown) on the photocathode 2 in a rectangle 34 constituting the electron emitter slot. The converter tube also comprises an accelerating electrode 14, a convergent planar lens 36, a quadrupole lens 38, another convergent flat lens 40, an electrode
déflexion 42 et un écran 4. Dans ce mode de réalisa- deflection 42 and a screen 4. In this embodiment,
tion, on n'a pas représenté les moyens d'obturation du did not represent the means of filling the
tube. Ceux-ci seront décrits en référence à la figu- tube. These will be described with reference to FIG.
re 8. De manière classique, l'image sur l'écran est reprise par un intensificateur de brillance qui 8. In a conventional manner, the image on the screen is taken up by a brightness intensifier which
peut être soit à l'intérieur du tube (galette de mi- can be either inside the tube (half
crocanaux), soit à l'extérieur du tube. Dans certains cas, la présence d'un intensificateur de brillance dans le tube introduit un bruit de fond importante Il est alors préférable d'utiliser un intensificateur de brillance extérieur tel qu'une matrice de cellules à crochannels), or outside the tube. In some cases, the presence of a brightness intensifier in the tube introduces a significant background noise. It is then preferable to use an external brightness intensifier such as a matrix of
dispositifs à transfert de charges (en anglais CCD). charge transfer devices (in English CCD).
L'électrode accélératrice 14 est reliée à une source de tension positive 44; les trois paires de plaques de la lentille convergente 36 sont reliées à une source de tension 46; les deux électrodes 6 et 8 de la lentille quadrupolaire 38 sont reliées à une même alimentation de tension positive 48, alors que les deux autres électrodes en regard 16 et 18 sont reliées à une même alimentation de tension négative ; les trois paires de plaques de la lentille de convergence 40 sont reliées à une source de tension 52 The accelerating electrode 14 is connected to a positive voltage source 44; the three pairs of plates of the convergent lens 36 are connected to a voltage source 46; the two electrodes 6 and 8 of the quadrupole lens 38 are connected to the same positive voltage supply 48, while the other two facing electrodes 16 and 18 are connected to the same negative voltage supply; the three pairs of plates of the convergence lens 40 are connected to a voltage source 52
et l'électrode de déflexion 42 à une source de ten- and the deflection electrode 42 to a source of voltage
sion 54.sion 54.
Dans le plan spatial, soit le plan xOz, l'image de la fente 34 est obtenue grâce à la lentille convergente réalisée par les électrodes 6 et 8 de la lentille quadrupolaire, ladite image se faisant sur l'écran 4. Dans le plan de déflexion, soit le plan yOz, l'électrode 42 défléchit selon la direction Oy (axe temporel) l'image de la photocathode sur In the spatial plane, the plane xOz, the image of the slot 34 is obtained thanks to the convergent lens made by the electrodes 6 and 8 of the quadrupole lens, said image being made on the screen 4. In the plane of deflection, the plane yOz, the electrode 42 deflects in the direction Oy (time axis) the image of the photocathode on
l'écran 4.the screen 4.
Sur la figure 3a, on a représenté la forme du faisceau électronique dans le plan spatial entre la photocathode 2 et l'écran 4. Le potentiel appliqué par l'alimentation 48 de la figure 2 aux électrodes 6 et 8 est tel que, dans le plan spatial xOz, l'image de la fente de la photocathode est réalisée sensiblement sur l'écran 4. Le faisceau électronique est représenté FIG. 3a shows the shape of the electron beam in the spatial plane between the photocathode 2 and the screen 4. The potential applied by the power supply 48 of FIG. 2 to the electrodes 6 and 8 is such that, in the xOz spatial plane, the image of the slot of the photocathode is substantially performed on the screen 4. The electron beam is represented
en 56.in 56.
Sur la figure 3b, on a représenté l'allure du faisceau électronique dans le plan de déflexion yOz. Le faisceau électronique 58 est accéléré par l'électrode accélératrice 10, puis il est préfocalisé par la lentille plane convergente 36 avant d'être FIG. 3b shows the appearance of the electron beam in the yOz deflection plane. The electron beam 58 is accelerated by the accelerating electrode 10, then it is prefocused by the convergent flat lens 36 before being
rendu divergent par les électrodes 16 et 18 de la len- rendering divergent by the electrodes 16 and 18 of the len
tille quadrupolaire. Il pénètre ensuite dans la len- quadrupole. He then enters the len
tille plane convergente 40, après avoir été éventuel- convergent flat map 40, after having been
lement diaphragmé par un diaphragme 60, pour être fo- then diaphragmed by a diaphragm 60, to be
calisé sur l'écran 4. Le courant arrêté par le dia- 4. The current stopped by the di-
phragme 60 peut être réglé grâce à la lentille de pré- 60 can be adjusted with the lens of
focalisation 36.focusing 36.
En aval de la lentille convergente 40, le faisceau 58 traverse l'électrode de déflexion 42 qui assure la fonction de balayage du faisceau sur l'écran. De préférence, cette électrode de déflexion constitue une ligne à propagation d'onde. Le signal de tension de déflexion se propage alors sur la ou les Downstream of the converging lens 40, the beam 58 passes through the deflection electrode 42 which provides the scanning function of the beam on the screen. Preferably, this deflection electrode constitutes a wave propagation line. The deflection voltage signal then propagates on the
plaque(s) de déflexion à la même vitesse que le fais- deflection plate (s) at the same speed as the
ceau d'électrons.electron beam.
Sur la figure 4a, on a représenté la photo- FIG. 4a shows the photo-
cathode 2 et l'électrode accélératrice 10 ainsi que le schéma des faisceaux issus de la photocathode tels que cathode 2 and the accelerating electrode 10 as well as the diagram of the beams coming from the photocathode such that
les faisceaux 62 et 64. Le point de première conver- beams 62 and 64. The point of first conver-
gence est situé en 66 et l'image de la photocathode is located in 66 and the image of the photocathode
donnée par l'électrode accélératrice 10 est représen- given by the accelerating electrode 10 is
tée en pointillé en 68. La position du point de pre- dotted position in 68. The position of the point of
mière convergence 66 de l'image de la photocathode 68 et la hauteur du point de première convergence varient en fonction du rapport e/d, o e est la demi-largeur de la fente de l'électrode accélératrice 10 et d la The first convergence 66 of the image of the photocathode 68 and the height of the point of first convergence vary according to the ratio e / d, where e is the half-width of the slot of the accelerating electrode 10 and the
distance entre la photocathode et l'électrode accélé- distance between the photocathode and the accelerated electrode
ratrice. Sur la figure 4b, on a représenté dans le plan spatial la photocathode émettant des faisceaux d'électrons tels que 70, 72 et 74, l'image 76 de la photocathode donnée par l'électrode accélératrice 10 Empress. In FIG. 4b, there is shown in the spatial plane the photocathode emitting beams of electrons such as 70, 72 and 74, the image 76 of the photocathode given by the accelerating electrode 10
dans ce plan étant située en aval. in this plane being located downstream.
Sur les figures 5a et 5b, on a représenté la lentille quadrupolaire 38. Cette lentille est formée selon ce mode de réalisation de quatre arcs hyperboles FIGS. 5a and 5b show the quadrupole lens 38. This lens is formed according to this embodiment of four hyperbola arcs.
equilatères, les arcs en vis-à-vis 16 et 18 étant por- equilaterals, the arches facing 16 and 18 being
tés au potentiel +V et les arcs 6 et 8 au potentiel -V. potential + V and arcs 6 and 8 at -V potential.
Sur la figure 4b, on a représenté la zCme lentille In FIG. 4b, the zCme lens is represented
quadrupolaire de longueur Ji vue de cÈté en coupe se- quadrupole length Ji side view in section se-
lon le plan yOz.the yOz plan.
Le potentiel à l'intérieur d'une telle len- The potential within such a long
tille est de la forme V = A(y - x2); la lentille est is of the form V = A (y - x2); the lens is
convergente dans le plan xOz, âV/ x = -2Ax, et di- convergent in the plane xOz, âV / x = -2Ax, and di-
vergente dans le plan yOz,,-V/b y = +2Ay. vergente in the plane yOz ,, - V / b y = + 2Ay.
On utilise la propriété de convergence de la lentille quadrupolaire 38 pour faire l'image de la fente 34 de la photocathode 2 sur l'icran. Dans le plan spatial, le faisceau issu de la photocathode 2 a The convergence property of the quadrupole lens 38 is used to image the slot 34 of the photocathode 2 on the icran. In the spatial plane, the beam from photocathode 2 has
des dimensions qui ne sont pas négligeables par rap- dimensions which are not negligible in terms of
port à la distance inter-électrode 2a. C'est donc dans le plan spatial que les aberrations de la lentille port at the inter-electrode distance 2a. It is therefore in the spatial plane that the aberrations of the lens
quadrupolaire altéreront la qualité de l'image. quadrupole will alter the quality of the picture.
Dans le plan de déflexion, la hauteur de la In the deflection plane, the height of the
fente étant par exemple de 1 mm, la hauteur du fais- the slot being, for example, 1 mm, the height of the
ceau sera faible devant 2a, de l'ordre du centimètre, will be weak before 2a, of the order of a centimeter,
et les aberrations négligeables. L avantage de la len- and negligible aberrations. The advantage of the long
tille quadrupolaire sur la lentille convergente simple est de ne pas introduire de grosses distorsions dans quadrupole lens on the single convergent lens is to not introduce large distortions in
le plan spatial puisqu'elle est dépourvue d'aberra- the spatial plane since it is devoid of aberration
tions du premier ordre.first order.
La forme des électrodes permettant de réali- The shape of the electrodes making it possible
ser le champ quadrupolaire est, comme on l'a vu une branche d'hyperbole équilatère. Cette forme étant dif- fic ile à usiner, on la remplace, dans une variante de the quadrupolar field is, as we have seen, an equilateral hyperbola branch. Since this form is difficult to machine, it is replaced in a variant of
V invention, par un arc de cercle oscu- Invention, by a circular arc oscu
lateur. Sur la figure 6, on a représenté un mode de réalisation d'une lentille convergente dans le plan de freezer. FIG. 6 shows an embodiment of a convergent lens in the plane of
déflexion tel que les lentilles 36 et 40. Cette len- deflection such as lenses 36 and 40. This
tille est constituée de trois paires de plaques 78,80 et 82. Les plaques 78 et 82 sont à la masse, et la plaque 80 à un potentiel négatif. Ce potentiel est The plate consists of three pairs of plates 78, 80 and 82. The plates 78 and 82 are grounded, and the plate 80 has a negative potential. This potential is
réglable et peut être ajusté indépendamment pour cha- adjustable and can be adjusted independently for each
cune des lentilles 36 et 40 situées de part et d'autre de la lentille quadrupolaire 38. Ceci permet, tout en focalisant le faisceau sur l'écran, de modifier son épaisseur à l'entrée de l'optique de déflexion, ce qui conditionne l'épaisseur de la trace sur l'écran. La one lens 36 and 40 located on either side of the quadrupole lens 38. This allows, while focusing the beam on the screen, to change its thickness at the entrance of the deflection optics, which conditions the thickness of the trace on the screen. The
résolution temporelle peut ainsi être réglée en fonc- time resolution can thus be adjusted
tion de chaque application. L'épaisseur minimale de la trace sur l'écran est très sensiblement plus petite each application. The minimum thickness of the trace on the screen is very significantly smaller
que dans les tubes selon l'art connu. only in the tubes according to the prior art.
On a représenté sur la figure 7 un mode de FIG. 7 shows a mode of
réalisation de l'électrode de déflexion 42. realization of the deflection electrode 42.
Un des problèmes importants qui apparait lorsque l'on défléchit un faisceau électronique est la défocalisation de déflexion. Lorsqu'on dévie un faisceau d'électrons au moyen de plaques, porté à des One of the important problems that emerge when deflecting an electron beam is the defocus defocus. When an electron beam is deflected by means of plates,
potentiels positif et négatif par rapport à un poten- positive and negative potentials with respect to a potential
tiel moyen, on voit la trace s'épaissir de part et d'autre de la position médiane. Cet épaississement est In the mean, we can see the trace thickening on both sides of the median position. This thickening is
dû à l'effet de lentille convergente créé par l'appli- due to the convergent lens effect created by the
cation sur les plaques des tensions de déflexion: les il électrons proches des plaques positives sont accélérés cation on the plates of the deflection voltages: the electrons close to the positive plates are accelerated
et étant plus rapides sont moins déviés que les élec- and being faster are less deviated than electricity.
trons axiaux.axial trons.
Au contraire, les électrons plus proches des plaques négatives sont ralentis, donc davantage dé- On the contrary, the electrons closer to the negative plates are slowed down,
viés, si bien que le croisement des trajectoires s'ef- so that the crossing of trajectories
fectue plus près que voulu de la sortie des plaques de déflexion. On montre quel'épaisseur de la trace est proportionnel à w /(12.L) o v est la largeur du faisceau en entrée de l'optique de déflexion, 12 la longueur des plaques de déflexion et L la distance closer than desired to the outlet of the deflection plates. We show that the thickness of the trace is proportional to w /(12.L) where v is the beam width at the entrance of the deflection optics, 12 the length of the deflection plates and L the distance
entre l'entrée des plaques de déflexion et l'écran. between the entrance of the deflection plates and the screen.
L'épaisseur du faisceau ne peut être réduite The beam thickness can not be reduced
si l'on souhaite conserver la majeure partie du cou- if one wishes to retain most of the
rant transporté. De plus, la longueur des plaques 12 ne peut être augmentée sans amputer la bande passante transported. In addition, the length of the plates 12 can not be increased without amputating the bandwidth
du système de déflexion. Il y a donc intéret à accroî- of the deflection system. There is therefore interest in increasing
tre la longueur L dans les limites compatibles avec la length L within the limits compatible with the
longueur du tube.length of the tube.
La bande passante du système de déflexion est limitée par le temps de transit des électrons du The bandwidth of the deflection system is limited by the transit time of the electrons of the
faisceau entre les plaques. Pour atteindre des vites- beam between the plates. To achieve speed
ses de balayage élevées, on utilise un système de dé- high scanning capacity, a system of
flecteur divisé à propagation d'onde c'est-à-dire un système dans lequel le signal de déflexion accompagne les électrons du faisceau. Ceci permet d'obtenir un déflecteur simple, à forte sensibilité, donc avec une tension de défiexion faible, et à très grande bande passante. L'optique de déflexion 42 représentée sur la figure 7 comprend une plaque 84 mise à un potentiel constant et une plaque 86 formant une ligne en zigzag wave-propagated split reflector i.e. a system in which the deflection signal accompanies the beam electrons. This allows to obtain a simple baffle, high sensitivity, so with a low defiexion voltage, and very high bandwidth. The deflection optic 42 shown in FIG. 7 comprises a plate 84 set at a constant potential and a plate 86 forming a zigzag line.
telle que la rampe de tension se propage, dans la di- such that the voltage ramp propagates in the di-
rection Oz, à la vitesse des électrons du faisceau. Oz rection, at the electron velocity of the beam.
Pour permettre une bonne propagation du signal de ba- To allow a good propagation of the signal of
layage, l'ensemble fils d'arrivée, connecteurs et li- layering, the set of incoming wires, connectors and li-
gne en zigzag doit être adapté à l'impédance et refer- zigzag pattern must be impedance matched and
mé sur l'impédance caractéristique. Ceci est réalisé par une résistance 87 disposée entre la plaque 86 et la masse. L'adaptation est enfin ajustée au moyen m on the characteristic impedance. This is achieved by a resistor 87 disposed between the plate 86 and the ground. The adaptation is finally adjusted by means of
d'une contre plaque 88 portée au potentiel de la mas- against a plate 88 brought to the potential of the mas-
se. Lorsque le tube est au repos, les électrons peuvent être bloqués de manière connue au niveau de la photocathode par un potentiel négatif appliqué sur une électrode de commande disposée entre la photocathode et l'électrode accélératrice. Un signal électrique de forme rectangulaire positif est alors superposé à ce is. When the tube is at rest, the electrons can be blocked in known manner at the photocathode by a negative potential applied to a control electrode disposed between the photocathode and the accelerating electrode. An electrical signal of positive rectangular shape is then superimposed on this
potentiel négatif de polarisation pour obtenir l'ou- negative polarization potential to obtain the
verture du tube. Ce mode de réalisation n'est pas tou- opening of the tube. This embodiment is not always
jours le plus adapté, notamment lorsque la distance entre la photocathode et l'électrode accélératrice est de l'ordre de quelques millimètres seulement et que le potentiel de l'électrode accélératrice est élevé, par most suitable day, especially when the distance between the photocathode and the accelerating electrode is of the order of a few millimeters only and that the potential of the accelerating electrode is high, by
exemple supérieur à 10 kV.example greater than 10 kV.
On a représenté sur la figure 8 un autre FIG. 8 shows another
mode de réalisation d'un système d'obturation du fais- embodiment of a shutter system of the
ceau électronique. Sur cette figure, représentant en coupe les différents éléments du tube, on a ajouté une première lentille d'obturation 90 entre la lentille convergente 36 et la lentille quadrupolaire 38, et une seconde lentille d'obturation 92 entre la lentille e-mail. In this figure, representing in section the various elements of the tube, a first shutter lens 90 has been added between the convergent lens 36 and the quadrupole lens 38, and a second shutter lens 92 between the lens
convergente 40 et l'électrodede déflexion 42. L'obtu- convergent 40 and the deflection electrode 42. The obturator
ration est réalisée par déflexion du faisceau électro- ration is carried out by deflection of the electron beam
nique en polarisant une des électrodes de la lentil- by polarizing one of the electrodes of the lens.
le 90.the 90.
L'impact des électrons sur la lentille 92 The impact of electrons on the lens 92
engendre des électrons secondaires dont il serait pré- generates secondary electrons of which it would be
judiciable qu'ils puissent se propager dans le tube. that they can spread in the tube.
Pour empêcher cela, il suffit de confiner les élec- To prevent this, it suffices to confine
trons secondaires dans l'espace délimité par la len- secondary trenches in the space delimited by the
tille 92 en appliquant sur ladite lentille un poten- by applying to said lens a potential
tiel supérieur au potentiel da la lentille convergente 40. Une tension de quelques centaines de volts est suffisante pour assurer l':bturationi higher than the potential of the convergent lens 40. A voltage of a few hundred volts is sufficient to ensure the: bturationi
En conclusion, onr va indiquer les caracté- In conclusion, we will indicate the characteristics
ristiques géométriques et électriques d'un mode de réalisation de i'invention - distance photocathod5e-cran a 500 mm, - dimensions de la fente de la photocathode s 1l2 L mP - grandissement dans le plan spatial a 2, - dimensions de la fente accé1!ratrice - 2x!2 mi, - lentille quadrupoleire, 1965 mm, a=14,4.mm - électrode de défexion 2 12=59 m L=223 r cu=2,8 mm, sensibilité f,08 mmi/V - plage utile de i'écran 24x32 mm, potentiel d'accélération: 15000 V, - potentiel de la ientille quadrupolaire: + 219 V, - potentiel de blocage de l'électrode d'obturation Geometric and electrical parameters of an embodiment of the invention - photocathode distance at 500 mm, - slot size of the photocathode s 1 12 L mP - magnification in the spatial plane a 2 - dimensions of the slot acc1 2 mm, - quadrupole lens, 1965 mm, a = 14.4.mm - deflection electrode 2 12 = 59 m L = 223 r cu = 2.8 mm, sensitivity f, 08 mmi / V - useful range of the screen 24x32 mm, acceleration potential: 15000 V, - potential of the quadrupole cell: + 219 V, - blocking potential of the closing electrode
- 500 V,- 500 V,
- potentie2 des lenti!ns planes oonî-rgentes: 500 V, - sensibilité de déflexion: 0,08 mm/V, - défocalisation de déflexion: = 25 IMn résolution spatiale dclans le sens de la fente z 25 pi/mm, - distorsion inférieure à 2%, - épaisseur de la trace dans le plan de déflexion: im, résolution temporelle le long de la fente: - potential of flat plane lances: 500 V, - deflection sensitivity: 0.08 mm / V, - deflection defocus: = 25 IMn spatial resolution in the direction of the slot z 25 ft / mm, - distortion less than 2%, - thickness of the trace in the deflection plane: im, temporal resolution along the slot:
1 picoseconde.1 picosecond.
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