Brevet FR2028005A1 — publié le 19701002

.0" 2028005 La présente invention a trait d'irne façon générale à un dispositif image tel que convertisseur ou amplificateur d'image, et plus particulièrement à l'écran d'entrée d'un tel dispositif. L'écran d'entrée d'un tube image à rayons X reçoit un 5 faisceau conique de rayons X et le convertit en un faisceau d'électrons qui sont accélérés et focalisés sur un écran fluoresaent à visionner. Pour plus de simplicité, les rayons X peuvent être considérés comme provenant d'une source ponctuelle faisant partie d'un générateur de rayons X- Donc pour toutes les régions de 10 l'écran d'entrée devant se trouver à égale distance de cette source ponctuelle, l'écran doit être de forme sphérique, la face de l'écran tournée vers les rayons incidents étant concave. Mais en fait la face de l'écran d'entrée des tubes images actuels à rayons X, tournée vers les rayons incidents, est convexe au lieu d'être 15 concave. XI en résulte que la région centrale de l'écran d'entrée de ces tubes modernes est située plus près de la source des rayons que sa région périphérique. En conséquence les rayons X qui viennent frapper la région périphérique ont à parcourir un trajet plus long que les rayons tombant dans la région centrale de l'écran. Quand 20 ce trajet s'effectue dans un milieu filtrant-les rayons X comme l'air, ceux de ces rayons qui viennent frapper la région périphérique ont donc été filtrés davantage que ceux tombant dans la région centrale. Cette différence de trajet se traduit aussi par le fait que la partie du faisceau qui vient frapper la région périphéri-25 que de l'écran est moins dense que celle tombant dans la région centrale, en raison de la divergence du faisceau, où l'intensité différentielle varie comme l'inverse du carré de la distance parcourue. Enfin quand un objet à examiner, d'épaisseur sensiblement uniforme, est disposé dans un faisceau dé rayons"X, normalement à 30 l'axe géométrique de ce faisceau, les rayons de la périphérie du faisceau ont un trajet plus long à parcourir à la traversée de l'objet, que ceux voisins de l'axe du faisceau. XI en résulte qu'il y a davantage de rayons X à être absorbés par le corps dans les régions périphériques du faisceau que dans les régions axiales 35 de celui-ci, si l'on suppose que les compositions atomiques, les masses et densités des deux catégories de régions correspondantes du corps sont au moins approximativement les mêmes. Ces différents effets font que l'excitation par les rayons X de la région périphérique de l'écran d'entrée est moindre que celle de la région kO centrale, là où l'image donnéepar les rayons X d'un corps examiné 70 00687 2 2028005 devrait être uniforme. Cette différence d'excitation par les rayons X va être transposée sur l'écran fluorescent de sortie du tube en une chute de brillance allant du centre vers la périphérie. Ceci à son tour peut conduire l'observateur de l'information trans-5 mise par le tubé image à mal interpréter la structure de l'objet examiné. Le problème que l'on vient d'exposer se présente aussi dans les tubes amplificateurs d'image, tels que les tubes amplificateurs d'une lumière de trop faible intensité. Mais ici le problème 10 découle surtout de la nécessité de disposer une lentille ou tin système de lentilles de focalisation en avant de l'écran d'entrée. L'existence de ces lentilles crée un "vignettage", dont l'effet sur l'écran de sortie du tube, est encore une chute de brillance allant du centre vers la périphérie. D'un autre côté on peut aussi 15 avoir à utiliser une lentille simple ou un système de lentilles, en association avec la sortie du tube, dans certains cas particuliers, ce qui bien entendu entraîne une accentuation de l'effet de vignettage. Antérieurement ce problème de chute de la brillance, en 20 allant du centre vers la périphérie, a été quelque peu tourné, en utilisant un tube image ayant une fenêtre transparente au rayonnement et faisant partie de 1'enveloppe du tube, fenêtre que traversent les rayons incidents avant de venir frapper l'écran d'entrée du tube. Un tube image à rayons X, pourvu d'une telle 25 fenêtre, a été décrit dans lé brevet des E.U.À. No. 2 955 219 du 4 Octobre 19^0 dans lequel l'épaisseur de la fenêtre varie en raison inverse de la distance mesurée radialement à partir de l'axe géométrique de la fenêtre. Cette structure est telle que l'épaisseur de fenêtre traversée par des rayons de même divergence issus 30 d'une source disposée sur l'axe géométrique de la fenêtre, est uniforme. Mais cette solution approchée du problème est essentiellement négative, car la fenêtre a dans une certaine mesure un effet filtrant, surtout quand les rayons incidents sont de longueur d'onde relativement grande. Augmenter l'épaisseur de certaines 35 parties de la fenêtre revient donc à accroître l'effet filtrant exercé par ces parties. En outre cette solution s'est révélée . aboutir à une dégradation de la qualité de l'image. Plus précisément une telle structure s'est avérée produire un accroissement de dispersion des rayons X au sein de l'enveloppe du tube et par 40 voie de conséquence une moins bonne définition de l'image. Ceci 70 00687 3 2028005 réduit l'information apportée par l'image. Dans ces conditions la présente invention a principalement pour but de fournir un dispositif image perfectionné, par exemple convertisseur ou amplificateur d'image» et plus précisément, un 5 écran d'entrée perfectionné destiné à un tel dispositif. L'invention a aussi pour objet de fournir pour un dispositif image, tin écran d'entrée ayant des moyens de compenser le vignettage induit par une lentille ou par un système de lentilles associé. Un autre objet de l'invention est de fournir pour un disposi-10 tif image, un écran d'entrée perfectionné conçu pour convertir ou amplifier une image d'entrée produite par un faisceau conique incident de rayons à haute énergie, tels que rayons X, cet écran d'entrée ayant des moyens de compenser la chute d'intensité, dans le sens allant de l'axe vers la périphérie du faisceau, chute causée 15 par les différences de trajets suivis par les rayons entre la source et l'écran. A cette fin dans un dispositif image suivant l'invention ayant un écran d'entrée qui permet de recevoir et de convertir l'image du rayonnement incident en image d'électrons, la région 20 périphérique de cet écran a un rendement de conversion plus élevé que celui de la région centrale. L'invention sera maintenant décrite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la Fig. 1 est un schéma d'un système à rayons X comprenant 25 un tube convertisseur suivant l'invention; - la Fig. 2 est un schéma d'un système image comprenant un tube amplificateur de lumière suivant l'invention; - la Fig. 3A est_ un schéma permettant d'exposer comment se produit la chute d'intensité en allant de l'axe vers la périphérie 30 d'un faisceau conique de rayons projetés sur la surface d'un écran sphérique convexe ; - la Fig. 3B est une vue de profil d'un objet plan disposé dans le faisceau de rayons X de la Fig. 3A5 - la Fig. k est un schéma permettant d'exposer comment se 35 produit le vignettage; - la Fig. 5 est une vue en coupe à grande échelle d'une petite partie de l'écran d'entrée du tube convertisseur de la Fig. 1, cette petite partie étant délimitée par la ligne courbe 5-5 de la Fig. 1 ; ko - la Fig. 6 est une vue analogue en coupe à grande échelle 70 00687 k 2028005 d'une petite partie de l'écran d'entrée du tube amplificateur de la Fig. 2, cette petite partie étant délimitée par la ligne courbe 6-6 de la Fig. 2; - la Fig. 7 est line vue en coupe à grande échelle d'un écran 5 d'entrée en forme de ménisque, pour tube image à rayons X, et présentant une première caractéristique suivant l'invention; - la Fig. 8 est une vue en coupe à grande échèlle d'un écran d'entrée en forme de ménisque, pour tube image à rayons X, et présentant deux caractéristiques suivant l'invention, autres que la 10 précédente,. Un système à rayons X, tel qu'il est représenté à la Fig. 1, comporte un générateur de rayons X qui projette un faisceau conique de rayons X sur un objet. Un tube image à rayons X est disposé en arrière de l'objet pour recevoir l'image donnée par les 15 rayons X de cet objet. Un tel système est décrit de façon détaillée dans l'article intitulé: "X-Ray Image Intensification with a Large Diameter Image Intensifier Tube", publié dans le "American Journal of Roentgenology Radium Therapy and Nuclear Medicine", volume 85» pages 323 - 3^1» février 1961. 20 Ledit tube image comporte une enveloppe 1 en matériau diélec trique, mise sous vide, d'environ 43 cm de longueur et d'environ 25 cm de diamètre. La partie avant du tube présente un écran d'entrée 2 suivant l'invention, qui est représenté de façon plus détaillée à la Fig. 5- Le tube comporte d'autre part une électrode 25 de focalisation du faisceau 3» une anode k et un écran fluorescent à visionner 5- L'écran d'entrée représenté à la Fig. 5 comporte lui-même un élément extérieur 6 formant enveloppe et servant de couche support à l'écran, cet élément étant en aluminium, métal trans-30 parent aux rayons X incidents. Un scintillateur 7 est constitué par une couche d'iodure de caesium, disposé contre la couche support 6. Sur le scintillateur a été disposée une couche filtrante 8, en verre pour que cette couche filtrante soit semi-transparente « Enfin sur la couche de verre a été disposée une photocathode 35 constituée par une couche 9 d'antimoniure de caesium. En fonctionnement, les rayons X engendrés par le générateur traversent l'objet à observer. L'affaiblissement subi en chaque point par les rayons X dépend à la fois de l'épaisseur traversée et du numéro atomique des éléments constituant l'objet observé. 40 L'image en modulation donnée par les intensités des différents 70 .00687 5 2028005 rayons du faisceau ayant traversé l'objet contient donc une information sur la structure de l'objet, Les rayons ainsi modulés traversent ensuite la couche support 6 de l'écran et viennent frapper le scintillateur 7» à la manière indiquée de façon symbolique par 5 la flèche 10 de la Fig. 5- Au sein du scintillateur 7 les photons X sont absorbés et réémis sous forme de photons optiques. Ces photons optiques traversent la couche filtrante 8 et viennent frapper la photocathode 9» en produisant des électrons e. Les électrons e sont émis par la photocathode suivant une modulation carres— 10 pondant à celle des rayons X qui l'ont provoquée. Ces électrons sont ensuite accélérés jusqu'à prendre une vitesse élevée dans le tube image, et sont focalisés par une anode k sur un écran fluorescent 5» à visionner soit directement par l'oeil soit par tout autre dispositif optique explorateur convenable. 15 La Fig. 2 représente un système amplificateur de lumière où les rayons lumineux venant d'un objet observé sont focalisés par une lentille sur l'écran d'entrée 11 d'un tube à vide amplificateur de lumière. L'écran d'entrée, représenté à la Fig. 6, est constitué par un élément avant 6 formant enveloppe, en verre trans-20 parent à la lumière, et sur la surface intérieure duquel a été déposée une photocathode 9. En fonctionnement, les photons optiques traversent l'élément transparent 6 pour venir frapper la photocathode 9» où ils produisent des électrons e, suivant une modulation correspondant à l'image optique. Ces électrons sont accélérés 25 par une anode 12 et focalisés par elle sur un écran fluorescent 13 à visionner. Ce tube amplificateur de lumière fonctionne donc de façon analogue à celui du tube image à rayons X décrit ci-dessus, la principale différence tenant à la nécessité d'utiliser un scintillateur dans l'écran d'entrée de celui-ci pour détecter les 30 rayons X incidents et les convertir en rayons lumineux. Un tube amplificateur de lumière est donc destiné à amplifier l'intensité lumineuse réfléchie par une image médiocrement intense, alors qu'un convertisseur d'image, tel qu'un tube image à rayons X est destiné à détecter une image de rayons X, ultraviolets ou infra-35 rouges,et à convertir cette image invisible en image visible. La cause, déjà discutée ci-dessus de la chute d'intensité, en allant de l'axe vers la périphérie d'un faisceau de rayons incidents de haute énergie, peut être examinée de plus près en se reportant à la Fig. 3A. Sur cette figure, tous les points de l'arc ko -[k, qui a été tracé tangent à l'arc convexe de section méridienne 70 00687 6 2028005 d'un écran, d'entrée, sont à égale distance d'une source de rayonnement. Le rayon 15 qui coïncide avec l'axe géométrique du faisceau se trouve ainsi à un certain instant avoir atteint l'écran, avant les rayons 16 qui sont à la périphérie du faisceau bien que tous 5 ces rayons aient parcouru à l'instant considéré la même distance à partir de leur source commune. La distance supplémentaire 161 que les rayons 16 doivent franchir avant de venir frapper l'écran fait que les rayons 16 sont soumis à une filtration plus importante que le rayon 15» toutes 10 les fois que le milieu "traversé par les rayons entre la source et l'écran a un effet filtrant sur de tels rayons. Un outre, les ra.yons proches du rayon 15 constituent dans le faisceau une région plus dense que les rayons proches des rayons 16, du fait que la divergence croit avec la distance parcourue. Ce serait encore vrai, 15 quoiqu'à un moindre degré, si l'écran était plan. Comme les rayons X ne tombent pas perpendiculairement à l'écran, dans la région périphérique de celui-ci, la brillance se trouve ici réduite d'un facteur égal au cosinus de l'angle compris entre l'axe du faisceau et la normale à la surface de l'écran, bien que ceci soit encore 20 modifié dans une certaine mesure par l'allongement du trajet à parcourir par les rayons pour traverser l'écran. On peut également voir à la Fig. 3B que le rayon 15» en traversant un objet d'épaisseur sensiblement uniforme et disposé dans le faisceau de rayons, perpendiculairement à l'axe géométrique de ce faisceau, a un trajet 25 à parcourir plus court que les rayons 16, du fait de la différence des angles d'incidence de l'un et des autres. Ceci entraîne pour une composition uniforme du matériau constitutif de l'objet traversé, une absorption des rayons 16 plus forts que celle du rayon 15» ce qui se traduit par une nouvelle chute systématique de l'in-30 tensité du rayonnement incident, quand on va du centre vers la périphérie de l'écran. On peut se rendre compte de l'effet de vignettage, déjà discuté ci-dessus en se reportant à la Fig. 4. On voit que la lumière issue d'un point central de l'objet et qui traverse im» 35 lentille pour être focalisée sur ion écran voisin sous-tend un angle a, alors que la lumière issue d'un point périphérique de l'objet, traversant également la lentille, sous-tend un angle b. Comme l'angle a est plus grand que l'angle b, il y a moins de lumière à provenir d'un point périphérique de l'objet pour être 40 focalisée sur l'écran que de lumière à provenir d'un point central 70 00687 7 2028005 de l'objet. Ceci se traduit par une chute progressive de brillance de l'écran, quand on va du centre de celui-ci vers sa périphérie. Suivant la présente invention, la région périphérique de l'écran d'entrée du dispositif image a un rendement de conversion 5 plus grand que la région centrale du même écran, ce qui revient à dire que la région périphérique de l'écran émet, en réponse à un niveau donné de l'intensité du rayonnement excitateur, une plus grande densité d'électrons que ne le fait la région centrale dudit écran, Une première forme de réalisation est représentée à la Fig. 10 7 où un scintillateur 7 est en forme de ménisque divergent, c'est-à-dire dont l'épaisseur va en croissant progressivement du centre vers la périphérie. Du fait de cette variation de l'épaisseur du scintillateur,-les rayons venant frapper la région périphérique de celui-ci provoquent l'émission de plus de photons optiques que ne 15 le fait un rayon de même intensité venant frapper la région centrale du scintillateur. Le gradient d'épaisseur du ménisque dépend des différences de filtration subies par les différents rayons du faisceau dirigé sur l'écran d'entrée. Une autre forme de réalisation suivant l'invention est re-20 présentée à la Fig. 8, où la couche filtrante 8, disposée entre le scintillateur 7 et la photocathode 9, est en forme de ménisque convergent. Comme la couche filtrante 8 est semi-transparente, elle absorbe moins de lumière en provenance de la périphérie du scintillateur 7 que de lumière d'égale intensité rayonnée à partir du 25 centre du scintillateur. Ceci permet de compenser les différences de filtration du faisceau par le milieu extérieur au dispositif image. Mais d'autres caractéristiques de l'invention interviennent dans la composition de la photocathode et que l'on peut utiliser 30 aussi bien dans un écran d'entrée ayant un scintillateur et line couche filtrante que dans un écran n'ayant ni scintillateur ni couche filtrante comme celui représenté à la Fig. .6» On notera dans la région centrale de la photocathode 9j voisine de l'axe géométrique X de l'écran, la présence de petits granules dont la densité 35 va en diminuant progressivement vers la périphérie de la photocathode. Ces granules représentent symboliquement un poison photocathodique, c'est-à-dire un agent chimique qui a pour effet de réduire le rendement de la photocathode dans la conversion de la modulation de rayonnement en modulation d'électrons. Gomme il 40 existe dans la région centrale plus de poison que dans la région 70 00687 8 2028005 périphérique l'activité de la photocathode 9 est relativement moins forte dans la région périphérique. Mais lesdits granules peuvent aussi être considérés comme symbolisant des compositions locales d'activité photocathodique inférieure à l'optimale, la 5 composition photocathodique d'activité optimale étant généralement déterminée empiriquement par des essais effectués en cours de fabrication. Quelle que soit la façon dont les granules sont à considérer le résultat fonctionnel est le même: moins de rendement photocathodique en région périphérique de la photoçathode 10 qu'en région centrale. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation représentés et décrits qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples. C'est ainsi que l'écran suivant l'invention peut être utilisé aussi bien dans un dispositif image utilisant 15 la technologie de l'état solide que dans un tube image à vide. L'invention peut être appliquée aussi bien à un écran plan qu'à un écran non plan. Les caractéristiques de l'invention peuvent être combinées de différentes manières sur un seul et unique écran. 70 00687 9 20280Ô5 REVENDICATIONS 1 - Dispositif image dont l'écran d'entrée, destiné à recevoir une image ou modulation de rayonnement et à la convertir en image ou modulation d'électrons, présente une région centrale et une région périphérique, caractérisé en ce que ladite région 5 périphérique est dotée d'un rendement de conversion supérieur à celui de ladite région centrale. 2 — Dispositif image selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit écran d'entrée comporte un scintillateur ayant la forme d'un ménisque divergent. 10 3 - Dispositif image selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit écran d'entrée comprend un scintillateur, une photocathode et une couche filtrante semi-transparente, interposée entre ledit scintillateur et ladite photocathode. 4 - Dispositif image selon la revendication 3, caractérisé 15 en ce que ladite couche filtrante semi-transparente a la forme d'un ménisque convergent. 5 - Dispositif image selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit écran d'entrée comporte une photocathode dont le rendement de conversion de l'image de rayonnement en image d'élec- 20 trons est plus grand dans la région périphérique de l'écran que dans sa région centrale. 6 - Dispositif image selon la revendication 5» caractérisé en ce que la région centrale de ladite photocathode renferme un agent ou poison chimique dont l'action tend à réduire l'activité 25 photocathodique. 7 - Dispositif image selon la revendication 5» caractérisé en ce que ladite photocathode est en forme de ménisque. 8 - Dispositif image selon la revendication 5» caractérisé en ce que la composition de la région périphérique de ladite photo- 30 cathode est capable d'un plus grand rendement de conversion d'une image de rayonnement en image d'électrons, que ne l'est la composition de la région centrale de ladite photocathode. 9 - Dispositif image selon la revendication 1, en forme de tube, dont l'écran d'entrée, destiné à recevoir Une image de 35 rayonnement et à la convertir en image d'électrons, présente une région centrale voisine de l'axe géométrique du tube et une région périphérique éloignée dudit axe géométrique, caractérisé en ce que ladite région périphérique est dotée d'un rendement de conversion 70 00687 10 2028005 supérieur à celui de ladite région centrale. 10 - Dispositif image selon la revendication 9 constitué par un tube image à rayons X, comprenant un écran d'entrée disposé à l'une des extrémités du tube et sensiblement sphérique, 5 capable de convertir un faisceau sensiblement conique de rayons X venu de l'extérieur du tube et ayant comme axe géométrique celui dudit écran et dudit tube en un faisceau d'électrons de même axe, projeté à l'intérieur dudit tube, des moyens d'accélérer et de focaliser ledit faisceau d'électrons, et un écran fluorescent à 10 visionner, disposé à l'autre extrémité dudit tube image pour convertir ledit faisceau d'électrons en image visible de l'extérieur du tube image, caractérisé en ce que le rendement de conversion d'image de rayons X en image d'électrons dudit écran d'entrée varie continûment entre zones annulaires dudit écran d'entrée 15 centrées sur l'axe géométrique de celui-ci, de façon que ce rendement soit croissant avec la distance radiale de chaque zone annulaire audit axe géométrique.