Brevet FR2011138A1 — publié le 19700227

la présente invention se rapporte à des tubes à décharge d'électrons intensifiant les images lumineuses et convertissant celles-ci et, plus particulièrement, elle se rapporte aux photocathodes de ces tubes. L'objet principal de la présente invention 5 est de prévoir des photocathodes à couche perfectionnées qui ont une sensibilité à peu près aussi tonne que celles des photocathodes actuelles mais qui sont en même temps à très faible résistance transversale. Bien qu'il y ait d'autres applications de la présente inven-10 tion, celle-ci a été appliquée principalement à des tubes dits convertisseurs ou intensificateurs d'images, à utiliser comme obturateurs électroniques à très grande vitesse en photographie. Comme cela est bien connu, la vitesse de fonctionnement d'un obturateur ordinaire de caméra photographique, qu'on peut obtenir, 15 est sévèrement limitée par suite du fait qu'il a des parties mécaniquement mobiles et en conséquence une inertie. Par suite, pour obtenir des vitesses supérieures, des tubes convertisseurs et Intensificateurs d'images qui sont sans partie mobile mécaniquement ont été utilisés comme obturateurs de caméra et,grâce à 20 eux, on peut atteindre des temps d'expositions très courts d'en-—6 —8 viron 10 à 10 seconde. Ces tubes peuvent être et seront ici. désignés sous le nom de n obturateurs électroniques " „ la figure 1 des dessins ci-joints représente schématiquement un obturateur électronique convenable. 25 En se référant à la figure 1, le tube T a «ne couche de photocathode T1 déposée à la surface intérieure d'une plaque d'extrémité de l'enveloppe et un écran fluorescent T2 déposé à la surface intérieure de l'autre plaque d'extrémité» Un. système convenable de lentille électronique, représenté d'une manière 30 simplifiée en grand T3, est prévu pour amener les photoélectrons, quittant n'importe quel point particulier sur la photocathode T1, à se déplacer Jusqu'au point correspondant sur l'écran T2„ Un objet 2 à photographier est mis au point par un système de lentille optique représenté en 3 sur la photoeathode T1» 4 est une 35 caméra photographique ayant un système de lentille optique représenté en 5» Une source S de tension à impulsion est prévue pour appliquer une impulsion à tension élevée typiquement dfenviron + 20 ET à l'écran T2, Si la lentille de eaméra 5 est ouverte et qu'une impulsion de tension, par exemple d'une durée de Î0~^ 40 seconde, est appliquée à l'écran fluorescent, une image photo- 69 19975 2 2011138 électrique de l'objet à photogrpilier et à'produire par la photo- cathode T1 sera convertie en une image lumineuse correspondante ( représentant l'image de l'objet durant la. durée de l'exposition) sur l'écran T2 et la caméra l'enregistrera. Le.tube T sert ainsi 5 d'obturateur électronique donnant ( dans ce cas particulier ) une exposition de 10~^ seconde» Des obturateurs électroniques de cette —8 nature et pouvant donner des expositions aussi brèves que 10 seconde ont été réalisés. Des photocathodes connues telles que couramment utilisées 10 actuellement dans des tubes de caméra de télévision ( tels que le tube à image dit Orthicon ), des photomultiplicateurs, des in-tensificateurs et des convertisseurs d'images dans des buts généraux ne conviennent pas à l'utilisation dans des obturateurs électroniques fonctionnant pour donner des expositions en dessous —6 15 d'environ 10~ seconde» C'est parce que la résistance transver- ~ .sale de ces photocathodes est élevée d'une manière indésirable. Pour citer un cas pratique typique, la résistance transversale de la photocathode d'un intensificateur d'images à un seul étage d'utilisation générale peut être de l'ordre de 10~^ ohm par 20 carré». Lorsqu'on cherche à utiliser un tel dispositif comme obturateur électronique et qu'il est en conséquence actionné, par impulsion, par des impulsions de très courte durée, les densités de courant de phûtoémission exigées de la part des photocathodes doivent être très élevées; autrement, il n'y a pas suffisamment 25 de photoélectrons qui atteindront l'écran fluorescent pour produire une image visible pouvant être photographiée» En général, les photoélectrons émis à partir d'une surface centrale de la photocathode par suite de l'irradiation par une masse transitoire optique intense doivent être remplacés par une conduction 30 transversale à travers la matière de la couche de photocathode et, si la conduction transversale n'est pas assez élevée, des surfaces de 11 haute luminosité n se chargeront positivement et perturberont la performance optique d'électrons du tube» Pour citer un cas pratique à cet effet, si un convertisseur d'images 35 à un seul étage d'utilisation générale avec une photocathode "typique d'efficacité élevée, telle qu'ordinairement utilisée dans un tel dispositif, est exposé, alors qu'une tension d'anode est appliquée , à un éclair d'une durée de 10~6 seconde à partir d'un tube à éclair, rempli drargon>de 50 joules, qui est mis au 40 point sur la photocathode par une lentille à large ouverture, il 69 19975 3 2011738 ne produira pas d'image visible sur son écran fluorescent. En conséquence, des tubes à décharge d'électrons,destinés à être utilisés comme obturateurs électroniques, ont été pourvus de photocathodes spécialement construites pour réduire leur ré-5 sistance transversale. Parmi les expédients employés, ii y a l'inclusion de métaux choisis,comme substrat sous la cathode ou par évaporation sur la cathode» I'évaporation d'alliages, de composés ou de mélanges Sb/m et l'utilisation de palladium, de rhodium, de chrome et du produit dit ni chrome ont été proposées. Un 10 autre expédient qui a été suggéré consiste à utiliser un verre conducteur comme substrat sous la photocathode, par exemple un verre conducteur à base d'oxyde d'étain. En adoptant ces expédients et d'autres encore, on peut obtenir des photocathodes avec une résistance transversale de l'ordre de 50 à 200 ohms par carré, 15 mais ces propositions connues laissent encore beaucoup à désirer D'abord, leur adoption entraîne une faible sensibilité de photocathode ( rendement quantique ), d'ordinaire seulement égale à environ 1 # ou moins» En outre, la plus faible résistance transversale qu'on peut obtenir par cet expédient est encore trop éle-20 vée pour ces obturateurs électroniques pouvant donner des expo- O sitions de 10 seconde ou en dessous et il y a une réduction progressive marquée de la qualité d'image pour des expositions _7 en dessous d'environ 10 seconde» Si l'on recherche 1''obtention • d'une résistance transversale inférieure en utilisant un film 25 métallique plus épais que la normale, comme substrat sous la photocathode ( par exemple en utilisant un film de palladium relativement épais ), l'absorption optique du film est augmentée et le rendement quantique ( sensibilité de la photocathode ) est réduit. L'utilisation de verres conducteurs comme substrat sous 30 la photocathode est accompagnée d'une réduction de transmission de lumière à travers» Ainsi, par exemple, un verre à base d'oxyde d'étain avec une résistance de 50 ohms par carré a line transmission de lumière visible seulement égale à environ 50 $» L'utilisation de verres conducteurs de cette manière-a un autre défaut 35 du faite que les métaux alcalins, normalement utilisés dans des "'photocathodes ( par exemple, Cs, Rb, K et Na. ) réagissent avec Ces'verres" et tendent à réduire leurs constituants métalliques, entraînant une perte graduelle de transmission de lumière,et une augmentation graduelle de résistance » 4-0 ' La présente invention cherche à éviter ces défauts et ces BAD ORIGINAL 69 19975 4 2011138 limitations et à fournir des photocathodes perfectionnées qui combinent les avantages de résistance transversale très faible ( des résistances de moins de 1 ohm par carré peuvent être obtenues par la présente invention ).et d'un rendement quantique 5 et d'une sensibilité élevés. Selon des caractéristiques de la présente invention, un tube à décharge d'électrons utilisé comme obturateur électronique à grande vitesse a une photocathode comprenant une couche de matière de photocathode, ayant un grand nombre de.parties métalli-10 ques intimement espacées qui sont en relation électrique les unes avec les autres, sont distribuées à la surface de la couche et sont placées par rapport à la couche pour être en contact avec elle et. pour agir comme masques de lumière qui,en effet, subdivisent la couche en ion grand nombre de surfaces séparées 15 qui ne sont pas masquées par les parties métalliques et sont situées dans les espaces entre elles, Selon une caractéristique de la présente invention, un tube à décharge d'électrons convenant à l'utilisation comme obturateur électronique à vitesse élevée a une photocathode, com-20 prenant une couche de matière de photocathode en dessous.de laquelle ( c'est-à-dire sur la face destinée à recevoir la lumière incidente ) se trouve une maille métallique fine» De préférence, la maille est une maille formée de trous carrés„ 25 Une maille préférée possède 750 à 1.000 trous pour 2,54 cm, La maille est, de préférence, en cuivre mais d'autres métaux peuvent être utilisés. Des photocathodes avec une sensibilité d'environ 120 jJA/L et "une résistance transversale d'environ 1 ohm par carré ont été 30 expérimentalement obtenues en utilisant la présente invention» la très faible résistance est, bien sûr, dûe à la prévision de la.maille métallique et la sensibilité élevée résulte du fait que la maille, en effet, divise la couche en un grand nombre de photocathodes séparées, chacune étant opposée à un trou dans là 35 maille et chacune ayant sa matière photoélectrique très proche d'un conducteur métallique. On a observé. qu'avec ùne"phôtocathode „ ordinaire ..comprenant une couche photoélectrique-à-surface Relativement grande,, entourée par un conducteur d'entourageon pou-. valt obtenir un rendement quantique renforcé depuis les.-parties 40 de la couche qui sont très proches du conducteur. La matière de D/A0 ORIGINAL >— a 69 19975 5 20 H138 chacune des petites photocathodes séparées, constituant, en effet, une division d'une photocathode selon des caractéristiques de la présente invention, est très proche d'un conducteur métallique constitué par la partie appropriée de la maille. La maille est 5 mince et fine et, quand le tube est utilisé, n'apparaît pas visiblement dans l'image lumineuse produite par l'écran fluorescent. Dans un exemple de réalisation préféré de la présente invention, une maille métallique est encastrée à la surface d'un substrat transparent et une couche de matière pour photocathode est 10 superposée à la maille» La figure 2 ci-jointe illustre une partie d'une forme de photocathode selon des caractéristiques de la présente invention, de manière purement schématique» La figure 2 représente la plaque d'extrémité E de la photocathode d'un tube, tel que le tube 15 ï de la figure 1. En dehors de la photocathode, comme le tube est connu en soi, seule la plaque d'extrémité E est représentée sur la figure 2. Cette plaque d'extrémité est en verre convenable, par exemple celui connu sous la marque déposée " Pyrex " et, dans sa surface intérieure ( c'est-à-dire la surface qui regardera 20 l'intérieur lorsque la plaque d'extrémité est assemblée dans le tube ), on encastre une maille* de cuivre M à trous carrés avec, par exemple, 1,000 trous-pour 2,54- cm, agencés en rangées et en colonnes. Sur la maille, on dépose, par n'importe quel-procédé connu, une couche de matière photoélectrique connue. Cette couche 25 n'est pas représentée sur la figure 2 parce que, si elle.était représentée, elle cacherait la maille» Une connexion électrique convenable (non représentée ) , pour faire une liaison avec la maille, est prévue» Divers procédés préférés pour fabriquer les photocathodes 30 selon des caractéristiques de la présente invention seront maintenant décrits» PROCEDE 1 Un substrat ên verre avec une surface optiquement plate est préparée et, dans la surface, on comprime à chaud une maille 35 de cuivre, par exemple ayant 750 à 1»000 trous carrés pour 2,54cm» La maille est comprimée sous la chaleur dans une atmosphère'réductrice ( si le verre est celui connu sous la marque déposée Pyrex, une température d'environ 900°C convient bien)en appliquant la pression entre des blocs de carbone opposés, optiquement 40 polis* La surface de maille est alors rodée et chimiquement net 69 19975 e 2011138 toyée et une couche de matière photoélectrique polie est déposée sur la maille d'une manière connue» PROCEDE 2 • Ce procédé est destiné à être utilisé lorsque la photoca-5 thode doit être formée sur une plaque dite à face optique de fibre» Cette surface de plaque à face optique de fibre, sur laquelle la photocathode doit être formée , est revêtue par une couche photorésistante et puis exposée à la lumière à travers la plaque optique de fibre, en laissant ainsi la photorésistance sur .10 les surfaces non exposées de revêtement noir, la résistance est alors développée pour exposer le revêtement noir et puis elle est durcie, si on l'exige, par cuisson» Une partie du revêtement noir est retirée par attaque jusqu'à une profondeur convenable ( typiquement environ 5 [V ) et, après rodage et nettoyage chimique, 15 un film convenable en métal, par exemple en alliage or / palladium, ou en argent, pu en aluminium, est pulvérisé ou évaporé dessus et puis poli pour laisser le métal déposé seulement dans les rainures qui ont été formées par attaque du revêtement noir» Ceci laisse une maille métallique encastrée qui à des trous d'une 20 forme ( par exemple carrée,hexagonale ou circulaire ) déterminée par la forme en coupe des fibres dans la plaque optique à fibre» Une couche de photocathode est alors déposée sur la maille» PROCEDE 3 Un substrat de support, qui peut être en n'importe quelle 25 matière transparente pouvant être rayée par un diamant, est rendu optiquement plat et la surface plate rayée au moyen d'un outil en diamant dans une configuration serrée de lignes, quelques uneéprofondes et correspondant à la maille exigée» le film métallique est alors déposé et poli comme dans le procédé 2 pour ne laisser 30 du métal que dans les lignes rayées et la couche de photocathode est alors déposée» PROCEDE 4- Une maille métallique est montée en contact avec la surface optiquement plate d'un verre ou autre support de substrat 35 convenable et une résistance en cire est évaporée sous vide à travers les trous de maille sur la surface» la maille est alors retirée et la surface du substrat est attaquée, lorsqu'elle nfest pas protégée par la cire, jusqu'à une profondeur de 5 à 5 , La cire est alors retirée par dissolution et un dépôt de métal 40 obtenu dans le rainurage résultant par dépôt et polissage de 69 19975 7 2011138 métal, comme dans les procédés 2 et 3 ci-dessus -, La couche photo-'électrique est alors déposée» PROCEDE 5 Du chrome est évaporé et condensé sur un substrat de support 5 pour former une couche déposée dessus et une résistance positive est alors formée sur cette couche, tout ceci étant réalisé par des techniques connues en soi, La résistance est alors exposée à la lumière à travers une grille positive ou un masque à configuration de maille et l'image d'ombre à configuration de maille 10 de la grille ou du masque ainsi obtenue sur la résistance, est développée par voie photographique, sur des parties du chrome exposé, Ces parties sont alors retirées par attaque pour laisser une maille dé chrome sur le substrat de support. Le produit résultant est alors nettoyé d'une manière connue. 15 La présente invention n'est pas limitée à l'utilisation des procédés particuliers de fabrication décrits ci-dessus et d'autres procédés peuvent bien sûr, être utilisés, La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au. contraire 20 susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art» 69 19975 8 2011138 KEVHTOICATIONS 1 - Tube à décharge d'électrons, convenant à l'utilisation comme obturateur électronique à vitesse élevée, caractérisé en ce qu'il a une photocathode comprenant une couche de matière 5 pour photocathode ayant un grand nombre de parties métalliques intimement espacées, qui sont en relation électrique les unes à côté des autres, sont distribuées sur la surface de la couche et sont placées par rapport à la couche pour être en contact avec elle et pour servir de masques de lumière qui,en effet, subdivi-10 sent la couche en un grand nombre de surfaces séparées qui ne sont pas masquées par les parties métalliques et sont situées dans les espaces entre elles„ 2 - Tube à décharge d'électrons convenant pour être utilisé comme obturateur électronique à vitesse élevée, caractérisé en 15 ce qu'il a une photocathode qui comprend une couche de matière pour photocathode sous laquelle se trouve une maille métallique fine « 3 - Tube selon la revendication 2, caractérisé en ce que la maille est une maille à trous carrés» 20 4 - Tube selon la revendication 2 ou 3» caractérisé en ce que la maille possède 750 à 1„000 trous pour 2,54 cm, 5 - Tube seloij les revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la maille est en cuivre, 6 - Procédé de fabrication de la photocathode d'un tube 25 tel qu'indiqué dans les revendications 1 à 5»