Brevet FR2037069A1 — publié le 19701231

La présente invention est relative à des dispositifs de formation d'images par un rayonnement qui convertissent un rayonnement de haute énergie tel que les rayonnementso, 4,2fet les rayons X en lumière. Jusqu'à maintenant, les ensembles d'entrée des tubes de formation d'imageS par rayonnement sont constitués par plusieurs couches minces de matériaux distincts. La couche externe est constituée fréquemment par une partie de l'ampoule du tube et assure un support à l'ensemble d'entrée. Elle est constitué par un matériau transparent aux rayonnements tel que de l'aluminium ou du verre recouvert d'aluminium. Sur cette couche externe est déposée une couche d'un halogénure alcalin sensible au rayonnement tel que de l'iodure de césium activé au sodium ou du fluorure de calcium dopé à I'europium, qui sert de scintillateur pour recevoir et convertir les images incidentes de rayonnement de haute énergie en images optiques. Un matériau de photocathode tel qu'un antimoniure alcalin est déposé sur le scintillateur, une couche de verre étant interposée entre eux dans certains cas. La photocathode reçoit les images optiques émanant du scintillateur et les convertit en images électroniques. L'ensemble d'entrée qui vient d'être décrit convient bien pour convertir les images de rayons X de longueur d'onde relativement courte ou d'intensité relativement élevée en images élec- troniques. Toutefois, lorsque les rayons X ont une longueur d'onde relativement élevée tels que ceux engendrés pour certaines applications biologiques ou ont une intensité relativement faible comme pour certaines applications spatiales, l'affaiblissement des rayons X dans la couche externe de l'ensemble d'entrée est très prononcée.Ceci est duA au fait que la couche externe doit être relativement épaisse lorsqutelle sert d'élément de support au scintillateur ou au tube proprement dit, Il en est ainsi meme si la couche externe est en verre, en aluminium, ou un autre matériau considéré comme transparent aux rayons X. Jusqu a maintenant, on a tenté de résoudre ce problème de l'affaiblissement par l'ampoule d'un faisceau de rayons X de longueur d'onde élevée ou de faible intensité en plaçant le maté riau sensible aux rayons X en dehors de ltaspoule itou tube et en recouvrant sa surface qui reçoit les rayons X, d'une couche mince de matériau ayant un faible numéro atomique tel que l'aluminium, le magnésium ou le béryllium. Cette couche mince protège le scintillateur en l'isolant de l'air ou de tout autre milieu qui pourrait, sinon, réagir avec lui.Le cote sortie de lumière du scintlllateur comporte une couche de verre ayant la forme d'une plaque de fibres optiques et servant de support disposé au voisinage d'une lentille qui a pour fonction de concentrer ltimage optique dans l'ampoule du tube et sur la photocathode. La diffi- culté rencontrée avec cette solution est que le scintillateur se dégrade lorsque la plaque en fibres optiques ou le support en verre simple est composé de verres tels que ceux contenant du plomb, qui sont utilisés couramment dans la fabrication des substrats de support ou des plaques en fibres optiques à fable ouverture numérique.Bien que ce phénomène ne soit pas bien connu, il existe de tout évidence une interaction chimique ou physique entre ces verres et le scintillateur à halogénure alcalin. En conséquence, l'invention vise à fournir - un dispositif perfectionné de formation d'images par rayonnement ; - un moyen empêchant une réaction chimique ou physique entre un scintillateur à halogènure alcalin et certains types de substrats en verre sur lesquels le matériau du scintillateur est évaporé ;; - un tube image perfectionné comportant un scintillateur à halogénure alcalin situé en dehors de l'enceinte du tube - un ensemble d'entrée perfectionné pour un dispositif de formation d'images à rayons X destiné à convertir un faisceau de rayons X en longueur d'onde relativement longue ou dtintensité- relativement faible en un faisceau optique L'invention a pour objet un dispositif de formation dtimages par rayonnement comportant un scintillateur à halogénure alcalin recouvrant un substrat en verre. Une barrière mince est interposée entre le scintillateur à halogénure alcalin et le substrat en verre. La barrière contient une majorité en poids de vanadium oxydé. Utautres caraeterlstiques e l'invention apparaitront au cours de la' description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en référence axx dessins annexés, dans lesquels la Fig. I est un schéma synoptIque d'un appareil de formation dtimages par rayonnement dans lequel un dispositif de formation images par rayonnement selon les renseignements de l'invention peut être utilisé la Fig. 2 représente une vue en coupe partielle d'un dispositif de formation d'images construit selon un mode de réalisation de l'invention la Fig. 3 représente une vue en coupe partielle d'un dispositif de formation d'images construit selon un autre mode de réalisation de l'invention, en combinaison avec un appareil capteur optique dont la lentille est représentée en élévation, les parties actives du dispositif d'intensification d'images étant représentées en coupe-partielle; la Fig. 4 représente un schéma d'un tube image à rayons X dans lequel un dispositif de formation d'images selon un autre mode de réalisation de l'invention est employé.Un générateur de rayons X, un faisceau de rayons X et un objet destiné à être examiné aux rayons X sont représentés schématiquement en combinaison avec le tube image à rayons X la Fig. 5 représente une vue en coupe partielle selon la ligne 5-5 de la Fig.- 4 et représente un détail de cet autre mode de réalisation de l'invention la Fig. 6 représente une vue en coupe partielle d'un dispositif selon un autre mode de réalisation de l'invention, représenté en combinaison avec un fragment d'une pellicule photographique en coupe transversale. En se référant maintenant plus en détail aux dessins, le schéma synoptique de la Fig. 1 représente l'utilisation en fonctionnement d'un dispositif de formation d'images -par rayonnement. Un rayonnement à haute fréquence et à haute énergie sous la forme dé rayonso(, i ou rayons X émanant d'une source de rayonnement frappe un dispositif de formation d'images par rayonnement qui convertit énergie du rayonnement en rayons lumineux de fréquence réduite. Les rayons lumineux émis par le dispositif de formation d'images sont reçus à leur tour par-un dispositif optique capteur approprié. La Fig. 2 représente un tel dispositif de formation d'images -constitué selon les principes de l'invention. On voit que le dispositif comprend un substrat en verre 1 ayant un degré élevé de transparence. Une couche de barrière mince contenant du vanadium oxydé prépondéránt en poids est déposé sur le substrat en verre. Un seintillateur en halogénure alcalin 3est déposé ensuite sur la barrière parévaporation.- La Fig. 3 représente un autre mode de réalisation de l'in- vention en comb naison avec un dispositif capteur optique particulier. Le dispositif de formation d'images par rayonnement se compose alors d'un substrat en verre 4 qui contient du plomb et sert de support physique pour un scintillateur 5.Le scintillateur comprend un halogénure alcalin déposé sous vide tel que du thallium, ou de l'indure de césium activé au sodium. Du fluorure de calcium dopé à l'europiumou de l'iodure de sodium peuvent éga- lement être employés. Une couche mince de barrière 6 est interposée entre le scintillateur 5 et le substrat en verre 4. La couche de barrière se compose essentiellement de 80 % environ de pentoxyde de vanadium et de 20 % de pentoxyde de phosphore. Son o épaisseur est comprise en 20 et 200 A et présente- uns transmission de la lumière visible d'environ 75 à 80 %. Une couche protectrice mince 7 est déposée sur le scintillateur qui est transparent aux rayonnements incidents de haute énergie.La couche 7 peut également servir de réflecteur de la lumière visible émanant du sc;ntillateur afin d'améliorer le rendement de l'appareil. On voit que le capteur optique comprend une lentille di.- posée près du dispositif de formation d'images et un dispositif d'intensification d1imagesdont la face est située au foyer de la lentille. Le dispositif d'intensification d'images comprend une enceinte mise sous vide 8 et un écran d'entrée constitué par une plaque en verre transparent 9 et une photo cathode 10 déposé sur la plaque. Un écran de sortie est disposé dans l'enceinte à une certaine distance de l'écran d'entrée. L'écran de sortie comporte un élément mince conducteur des électrons 11, en aluminium, une substance luminescente 12 et une plaque de support transparente 13. Des électrodes de concentration, représentées, sont disposées entre les écrans; d'entrée et de sortie. En fonctionnement, des rayonnements de haute-fréquence et de haute énergie tels que des rayons X frappent le dispositif de formation d'images de rayonnement et traversent la couche 7 pour astre convertis par le scintillateur 5 en rayons lumineux. Les rayons lumineux traversent la barrière 6 et quittentle-dispo.itit de formation d'images par le substrat en verre4-. Le faisceau lumineux passe ensuite dans la lentille pour etre concentré sur la photocathode 10 après avoir traversé la face-- transparente 9 du dispositif - d'intensification d'images; La photocathode émet des électrons suivant une configuration qui -est celle-provensnt - de l'image de lumière concentrée. Les électrons sont accélérés et concentrés par les électrodes de concentration sur l'élément con du acteur 11. La substance luminescente 12 émet une image de lumiere dont la configuration correspond à celle de l'image électronique incidente. Dans ce cas, il est représente un oeil humain placé de manière à observer l'image visible de sortie. La Fig. 4 représente un appareil à rayons X comportant- un générateur de rayons X qui projette un faisceau de rayons X sur un objet. Un tube image à rayons X est placé derrière l'objet afin de recevoir l'image de rayons X de celui-ci. Un tel appareil est décrit en détail dans l'article intitulé ttX-Ray Image Intensifica- tion With A Large Diameter Image Intensifier Tube" paru dans la revue "American Journal cf Roentgenology, Radium Therapy and Nuclear Medicine" Volume 85, pages 323-341, Février 1961. Le tube image à rayons X comprend une enceinte diélectrique mise sous vide 15 dont la partie frontale comporte un ensemble d'entrée 16 qui convertit les images à rayons X incidentes en mages d'électrons, Le tube comprend en outre une électrode de concentration des électrons 17, une anode 18 et un écran fluorescent d'observation 19, L'ensemble d'entrée est représenté plus en détail à la Fig. 5 et comprend un scintillateur en halogénure alcalin 20 dont la surface frappée par les rayons X est recouverte d'une couche mince de métal 21 tel que de l'aluminium ou du béryllium qui est transparente aux rayons X.Les halogénures alcalins particuliers dont le scintillateur peut être formé comprennent l'iodure de césium activée au sodium et le fluorure de calcium dopé à lteuropium. Le scintillateur 20 recouvre un écran à fibres optiques qui, pour la facilité du montage est divisé en deux parties 22 et 22', la dernière partie formant une partie frontale de l'enceinte 1 du tube. Une barrière mince 24 est interposée entre le scintillateur 20 et l'écran à fibres optiques 22. La barrière se eompose environ de 8O ss en poids de pentoxyde de vanadium et de 20 ss de pentoxyde de phosphore. Elle est déposée sur l'écran à fibres optiques sous vide à une épaisseur comprise entre 20 et 200 A pour assurer un coefficient de transmission de la Lumière visible d'environ 75 ss à O c/a. Une telle barrière empeche avec succès la dégradation du sclntillateur en halogénure alcalin par interaction avec écran à fibres optiques. Enfin, une photocathode 25 comportant une couche d'antimoniure de césium est déposée~sur autre face de l'écran fibres optiques 2S' dans l'enceinte du tube. En fonctionnement, les rayons X engendrés par le générateur de rayons X pénètrent dans l'objet à observer. Lt affaiblissement local des rayons X dépend à la fois de l'épaisseur et du numéro atomique des éléments constituant l'objet observé. Ainsi, le diagramme d'intensité du faisceau de rayons X après pénétration de l'objet contient des informations concernant la structure de cet objet. L'image de rayons X traverse ensuite la couche métallique mince 21 et frappe le scintillateur 20. Les photons des rayons X sont absorbées dans le scintillateur 20 et sont réémis sous la forme de photons optiques. Les photons optiques traversent la barrière 24 et l'écran à fibres optiques pour frapper la photocathode 25 dans laquelle ils produisent des électrons e.Les électrons sont émis par la photocathode suivant une configuration ou une image correspondant à l'image de rayons X initiale et incidente. Les électrons sont ensuite accélérés à une vitesse élevée dans le tube image à rayons X et sont concentrés par l'anode 18 sur l'écran fluorescent lg pour être vus par ltoeil de l'observa- teur ou par un autre dispositif optique capteur convenable. La Fig. 6 représente une autre application de l'invention dans laquelle une feuille de pellicule photographique est disposée sous une plaque en fibres optiques qui sert de matériau optique de captage. Une couche mince de barrière 28 constituée d'une major,-té en poids de pentoxyde de vanadium'et d'une minorité en poids de pentoxyde de phosphore est évaporée sur les fibres optiques. Un scintillateur en halogénure alcalin 29 est évaporé ensuite sur la couche de barriere. Enfin, une couche protectrice mince 30 pratiquement transparente est déposée sur le scintillateur. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de formation d'images par un rayonnement comportant un scintillateur en halogénure alcalin recouvrant un substrat en verre, caractérisé en ce qu'il comprend une barrière mince interposée entre le scintillateur en halogénure alcalin et le substrat de verre, la barrière étant constituée par une majorité en poids d'oxyde de vanadium. 2/ Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la barrière présente un coefficient de transmission de la lumière visible d'environ 75 à 80 %. 3/ Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la barrière a une épaisseur comprise entre 20 et 200 K. 4/ Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la barrière comprend une minorité en poids de pentoxyde de phosphore. 5/ Dispositif suivant la revendication I, caractérisé en ce que la barrière se compose essentiellement de 80 ss en poids de pentoxyde de vanadium et de 20 % en poids de pentoxyde de phosphore. 6/ Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le scintillateur comprend de l'indure de césium. 7/ Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le scintillateur comprend en outre du sodium. 8/ Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le scintillateur comprend de 140dure de césium dopé au thallium. 9/ Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le scintillateur comprend de l'iodure de sodium dopé au thallium. 10/ Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le scintillateur comprend du fluorure de calcium dopé à ' europium, 11/ Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat en verre comprend du plomb. 12/ Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat en verre est formé par une plaque de fibres optiques. 13/ Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la barrière est évaporée sur le substrat en verre. 14/ Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat en verre forme une partie de l'enceinte du tube image de rayonnement. 15/ Tube image à rayons X, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte mise sous vide et ayant une partie frontale comportant une plaque à fibres optiques, une couche de matériau de photocathode déposée sur la surface interne de la plaque à fibres optiques, une barrière mince comprenant une majorité en poids de vanadium oxydé déposé sur la surface externe de la plaque à fibres optiques et un scintillate;r en halogénure alcalin déposé sur la barrière.