Brevet FR2033382A1 — publié le 19701204

La présente invention est relative à des perfectionnements aux caméras pour prise de vues de télévision et.à leurs circuits de sortie. Les perfectionnements objets de la présente invention seront décrits en partant d'une caméra du type image orthicon mais on com-5 prendra facilement à la lecture de la description qui va suivre que ces perfectionnements peuvent être utilisés dans d'autres types de tubes ou de systèmes. On sait que dans un tube du type image orthicon une image optique est projetée sur une photocathode située immédiatement à l'inté-10 rieur de l'enveloppe en verre du tube. Du fait de cette image optique la photocathode émet des électrons qui se dirigent vers un écran disposé parallèlement à la photocathode à une distance de cette dernière d'environ 4cm. Lorsque des polarisations convenables sont appliquées aux éléments appropriés, les électrons sont pronetés sur l'écran où 15 ils donnent lieu à un phénomène d'émission secondaire. Les électrons secondaires sont recueillis par une grille à mailles fines disposée à proximité de l'écran entre ce dernier et la photocathode. Du fait de l'extraction d'électrons secondaires sur l'écran, ce dernier se charge positivement avec une distribution proportionnelle à la bril-20 lance de l'image optique et la valeur de cette charge est plusieurs fois supérieure à celle de l'image électronique incidente du fait de la multiplication électronique qui intervient lors de l'émission d'électrons secondaires à la surface de l'écran. L'écran est constitué par une couehe de verre très mince ou en 25 tout autre matériel approprié à haute résistivité. La résistance latérale de l'écran est suffisante pour conserver la configuration des charges sur l'écran le temps d'un balayage. L'image est détectée sur l'écran au moyen de deux méthodes différentes de lecture avec effacement, l'une étant désignée sous l'appellation de lecture du type à 30 retour de faisceau l'autre sous l'appellation de lecture à faisceau direct. Dans la première méthode, un faisceau de balayage engendré par un canon à électrons frappe la face de l'écran opposée à celle située du côté de la photocathode et de la grille à mailles fines. Le fais^-35 ceau de balayage se réfléchit sur l'écran et revient au voisinage du canon à électrons. L'intensité du faisceau réfléchi est mesurée au moyen d'un multiplicateur d'électrons disposé au voisinage du canon à électrons. La quantité d'électrons prélevée au faisceau de balayage pour rétablir le potentiel d'équilibre de l'écran est déduite de cette 40 mesure et fournit le signal video de sortie. Cette méthode est illus 70 06511 2 2033382 trée à la figure 1 des dessins ci-joints mais toutefois après avoir incorporé des perfectionnements propres à la présente invention. Bans la seconde méthode on détecte la modification du potentiel de l'écran lorsque celui-ci est ramené au potentiel du canon à élec-5 trons au moyen du faisceau de balayage. Cette détection est faite dans l'appareillage de l'art antérieur en utilisant la grille à mailles fines comme plaque de signal. Les variations de potentiel sur l'écran sont couplées par capacité avec la plaque de signal pour être détectées après amplification appropriée dans le circuit de sortie 10 video. A la lumière de la description qui précède on constate que dans les systèmes de l'art antérieur il n'existe aucune possibilité d'amplifier les faisceaux d'électrons en provenance de la photocathode avant qu'ils tombent sur l'écran. D'autre part la présence de la 15 grille à maille fines entre photocathode et écran est line source de perturbation pour la répartition des charges à la surface de l'écran par rapport à l'image transmise par la photocathode. la présente invention permet d'éviter ces inconvénients. Suivant l'invention la caméra qui est destinée à fournir un si-20 gnal de sortie et qui est du type comportant î une photocathode prévue pour recevoir une image optique dirigée sur elle et pour engendrer en réponse une" image électronique ; un. écran ayant une face pour recevoir cette image électronique et un canon à électrons engendrant un faisceau d'électrons destiné à balayer l'autre face de l'écran, est 25 caractérisé en ce qu'elle comprend, disposé entre la photocathode et l'écran, un réseau multiplicateur d'électrons comprenant une multiplicité de canaux ou conduits disposés en un faisceau parallèle serré et présentant chacun un rapport longueur/diamètre assez grand dont la surface interne est douée d'une résistivité déterminée et de pou-30 voir d'émission secondaire et une face de sortie commune et conductrice et un circuit de sortie connecté à cette face de sortie conductrice pour en extraire le signal de sortie. Suivant un premier mode de réalisation de l'invention, la face conductrice de sortie du réseau multiplicateur d'électrons est dis-35 tante de l'écran. Suivant un second mode de réalisation de l'invention, l'écran est rigidement fixé sur la face conductrice de sortie du réseau multiplicateur si bien que ce dernier supporte physiquement l'écran et lui confère une meilleure résistance aux chocs éventuels. 40 Suivant un mode de réalisation préféré le réseau multiplicateur 70 06511 3 2033382 d'électrons supporte encore physiquement l'écran par sa face conductrice de sortie mais il en est isolé par une couche d'isolant intercalée. Suivant une autre caractéristique de réalisation le réseau 5 multiplicateur d'électrons qui comporte aussi une face conductrice d'entrée est inséré dans une sorte de cage de Faraday par mise à la masse de ses faces d'entrée et de sortie au moyen de deux connexions comportant chacune une résistance et un condensateur en série. Avantageusement ces .deux connexions à la masse sont reliées 1 o entre elles par une connexion transversale incorporant un condensateur et le circuit de sortie est relié à la connexion qui met la face conductrice de sortie à la masse. D'autres caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre et qui n'est donnée qu'à titre d'exemple. A cet effet on 15 se reportera aux dessins joints dans lesquels : - la figure 1 est un diagramme schématique d'une caméra incorporant certains perfectionnements propres à la présente invention, la lecture de l'écran se faisant à l'aide d'un faisceau réfléchi ; - la figure 2 est un diagramme schématique semblable à celui 20 de la figure 1, la lecture de l'écran se faisant à l'aide d'un faisceau direct ; - la figure 3 est une vue agrandie de la partie de la figure 1 située à l'intérieur du cercle A ; - la figure 4 est une première variante de réalisation par 25 rapport à la figure 3 ; - la figure 5 est une seconde variante de réalisation par rapport à la figure 3 » - la figure 6 est un diagramme schématique illustrant un mode de réalisation d'un circuit éliminateur de signaux parasites associé 30 perfectionnements des figures précédentes. Suivant le mode de réalisation de la figure 1, une caméra 10 comprend une photocathode 12 sur laquelle on peut diriger une image optique d'entrée, et un écran 14 sur lequel tombe dans certaines conditions l'image électronique engendrée par la photocathode. Suivant 35 l'invention un réseau multiplicateur d'électrons 16 est placé entre la photocathode 12 et l'écran 14. Tous ces éléments sont placés à l'intérieur d'une enveloppe dans laquelle ^.e vide a été réalisé comme il est bien connu. Les électrons émis par la photocathode sont focalisés soit magnétiquement soit électrostatiquement soit simple-40 ment du fait de la proximité de la photocathode sur le multiplicateur 70 06511 4 2C33382 d'électrons 16 à micro-conduits. les électrons sortant du multiplicateur 16 tombent sur l'écran 14 à emmagasinage de charges, l'écran 14 peut être fait d'une pellicule de verre mince de l'ordre de 2,5 microns d'épaisseur. Il peut être également constitué d'un film min-5 ce d'oxyde d'aluminium et d'oxyde de magnésium de l'ordre de 500 A d'épaisseur. Il peut encore être réalisé à partir d'une substance i-solante telle que du chlorure de potassium ou du fluorure de magnésium évaporé en atmosphère gazeuse pour former une couche spongieuse et poreuse d'environ 10 microns d'épaisseur. Dans certaines réalisa-10 tions conformes à la présente invention l'écran 14 est disposé à 50 microns environ de la face ou électrode de sortie du réseau multiplicateur d'électrons 16. L'électrode de sortie du réseau multiplicateur d'électrons est normalement placée à une tension de polarisation positive. Celle-ci dépend de la substance en laquelle l'écran 14 est réalisé mais une tension de l'ordre de 10 Volts est ordinairement satisfaisante, les électrons qui sortent du multiplicateur ont suffisamment d'énergie pour franchir la barrière de potentiel existant entre l'électrode de sortie du réseau multiplicateur et l'écran et pour libérer en moyen-20 ne plus d'un électron secondaire de l'écran, les électrons secondaires émis par l'écran sont collectés par l'électrode de sortie du réseau multiplicateur. Ils laissent donc une charge positive sur l'écran 14. Cette charge positive est couplée par capacité avec l'autre face de l'écran et par conséquent agit sur le faisceau d'électrons qui 25 balaye cette autre face de l'écran. le faisceau d'électrons de balayage est engendré par un canon à électrons 20 qui dirige un faisceau d'électrons sur l'écran 14 au travers d'un dispositif d'électrodes de focalisation classique. Si l'écran 14 nécessite des électrons pour revenir à son potentiel d'é-30 quilibre, du fait de la charge qui est couplée par capacité sur la face opposée de cet écran, ces électrons sont prélevés sur le faisceau de balayage, la partie réfléchie du faisceau de balayage qui retourne vers le canon 20 est interceptée par une structure multiplica-trice à dynodes 22 placée au voisinage immédiat du canon à électrons 35 20. la structure à dynodes 22 comporte une multiplicité de plaques successives 24 qui servent à la multiplication par émission secondaire - des électrons qui tombent dessus et le signal de sortie video de l'ap-, pareil est prélevé par un conducteur 26 relié à la dernière plaque du multiplicateur à dynodes 22. 40 Le dispositif de la figure 2 fonctionne d'une manière sem- 70 06511 s 2C33382 blable. Il en diffère toutefois par le fait que la charge sur 1* écran 14 est détectée par un couplage capacitif entre l'écran 14 et la face de sortie conductrice du réseau multiplicateur d'électrons 16.Un Circuit de sortie video comprenant un condensateur 28 et une résistan-5 ce 30 est relié à la face de sortie conductrice du réseau multiplicateur d'électrons 16. La résistance 30 est d'autre part reliée à une source de tension de polarisation positive de 10 volts par exemple. Ce mode de fonctionnement est connu sous l'appellation de lecture à faisceau direct. Dans ce mode de fonctionnement la variation du poten-10 tiel de l'écran 14 lorsque ce dernier est ramené au potentiel du canon à électrons 20 par le faisceau dé lecture est détectée par une plaque de signal. Dans le cas du dispositif suivant la présente invention la plaque de signal est constituée par la face conductrice de sortie du réseau multiplicateur d'électrons 16 au lieu de la gril-15 le à mailles serrées de l'art antérieur. Les figures 3,4 et 5 précisent la relation qui doit exister entre la face de sortie du réseau multiplicateur d'électrons 16 et l'écran 14 suivant la présente invention. ^ Suivant la figure 3» l'écran 14 est distant de la face de sor-20 tie du réseau multiplicateur 16. Le faisceau multiplicateur est par exemple fait en verre 34, dont la face de sortie est rendue conductrice au moyen d'un revêtement conducteur 36 qui s'étend tout au long de la face de sortie du multiplicateur 16. Suivant la figure 4, l'écran 14 est supporté directement par 25 la face conductrice de sortie du multiplicateur 16. Cela lui permet de supporter des chocs mécaniques et électriques supérieurs à ceux que les caméras de l'art antérieur pouvaient accepter» D'autre part, la capacité réelle que l'écran est capable d'emmagasiner est grandement augmentée ce qui permet d'accumuler des charges plus élevés 30 sur l'écran. Il en résulte un rapport signal sur bruit grandement amélioré. De plus les électrons secondaires émis par l'écran sont empêchés physiquement de s'éparpiller ce qui réduit les effets de redistribution. La figure 5 est un troisième mode de réalisation qui incorpore 35 les effets désirables à la fois de la figure 3 et de la figure 4. Dans le mode de réalisation de la figure 5, la face de sortie du multiplicateur 16 est munie d'un revêtement conducteur 36 qui est recouvert d'une couche isolante 40, si bien que cette couche isolante 40 fournit un espacement entre la face de sortie du multiplicateur 36 40 et l'écran 14. Le mode de réalisation de la figure 5 combine les a 70 06511 6 2033382 vantages propres à celui de la figure 3 ainsi qu'à celui de la figure 4. De plus il est avantageux dans le cas où un écran est utilisé qui repose pour un: fonctionnement continu sur la conductibilité entre ses faces comme c'est le cas pour tin écran fait d'un film de ver-5 re mince.'l'avantage d'un tel dispositif est que le potentiel positif sur la face de sortie du multiplicateur 16 nécessaire à la collecte correcte des électrons secondaires en provenance de l'écran n'a plus la possibilité de s'écouler au travers de l'écran vers la face balayée et par là d'y produire un potentiel positif parasite. 10 En utilisant un réseau multiplicateur d'électrons tel que décrit jusqu'à présent l'expérience montre que des signaux parasites sont engendrés à la sortie du fait du déplacement des électrons en aval du canal ou conduit ce qui amène un courant de déplacement à être intercepté par la face de sortie du réseau multiplicateur d'é-15 lectrons. Ce signal de sortie apparait comme un signal de polarité négative qui se traduit sous la forme de taches blanches aléatoires sur l'écran du moniteur de télévision, le nombre de ces taches est proportionnel au niveau du signal d'entrée sur la photocathode, le signal parasite responsable de ces taches blanches ne se voit bien 20 que lorsque le réseau multiplicateur d'électrons fonctionne avec un gain élevé, l'intensité du signal parasite est proportionnelle au gain du réseau multiplicateur. lorsque le réseau multiplicateur fonctionne avec un faible gain, les signaux parasites sont suffisamment faibles pour être masqués par les sources de bruit dans le système. 25" le circuit de la figure 6 permet d'éliminer les signaux parasites en évitant que toute variation dans la distribution des charges le long des canaux ou conduits du multiplicateur d'électrons se répercute dans le circuit video de sortie. Suivant le mode de réalisation de la figure 6, le con-30 ducteur 48 du circuit video de sortie est connecté à la face de sortie du réseau multiplicateur d'électrons 16 par l'intermédiaire d'un condensateur 50. Cette face de sortie du réseau multiplicateur d'électrons 16 est par ailleurs à la masse par l'intermédiaire de la connexion" en série d'une résistance 52 et d'un condensateur 58.1e 35 point commun à la résistance 52 et au condensateur 58 est relié par une résistance 54 et un conducteur 56 à une source de polarisation positive par exemple de +10 volts comme dans le cas des figures 1 et 2. D'une manière analogue la face d'entrée du réseau multi-40 plicateur d'électrons 16 est mise à la masse par l'intermédiaire de 70 06511 7 2C33382 la connexion en série d'une résistance 62 de découplage et d'un condensateur 66. le point commun à la résistance 62 et au condensateur 66 est relié par une résistance 64 à une source de polarisation négative, comprise par exemple entre 500 Volts et 2 kilovolts. De plus 5 les deux conducteurs de mise à la masse sont interconnectés par l'intermédiaire d'un condensateur 60. De cette manière on réalise une sortèrde cage de Faraday pour le réseau multiplicateur d'électrons 16 et la face d'entrée est découplée par la résistance 62. En pratique le condensateur 60 peut être constitué par le condensateur que 10 forment les faces d'entrée et de sortie du multiplicateur 16. Des valeurs qui se sont montrées satisfaisantes en pratique sont les suivantes : un condensateur 60 de 10 picofarads et une résistance 62 de l'ordre de 470 kiloohms. On comprendra toutefois que le condensateur 60 et la résistance 62 peuvent prendre des valeurs situées dans une lar 15 ge gamme aussi longtemps que la fréquence 1 est inférieure à la haute fréquence de coupure du circuit amplifSSateur video de sortie. le choix des paramètres d'un circuit réel est déterminé par des conditions d'espace, de commodité et de charge des autres paramètres du circuit. 20 Bien entaidu l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation représentés et décrits qui ne l'ont été qu'à titre d'exemple. Il appartiendrait au technicien d'y apporter de nombreuses modifications sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. 70 06511 8 2033382 REVENDICATIONS 1) Caméra pour prise de vues destinées à fournir un signal de sortie et qui est du type comportant : une photocathode prévue pour recevoir une image optique projetée sur elle et pour engendrer en réponse une image électronique ; un écran ayant une face pour recevoir cette image électronique et tin canon à électrons engendrant un faisceau d'électrons destiné à balayer l'autre face de l'écran, caractérisé en ce qu'elle comprend, disposé entre la photocathode et l'écran, un réseau multiplicateur d'électrons comprenant une multi- 10 plicité de canaux ou conduits disposés en un faisceau parallèle serré et présentant chacun un rapport longueur diamètre assez grand, dont la surface interne est douée d'une résistivité déterminée et de pouvoir d'émission secondaire et une face de; sortie commune et conductrice et un circuit de sortie connecté à cette face de; sortie 15 conductrice pour en extraire le signal de sortie. 2) Caméra suivant la revendication 1, caractérisée en ce que cette face de sortie commune et conductrice est distante de l'écran. 3) Caméra suivant la revendication 1, caractérisée en ce que cette face de sortie commune et conductrice est rigidement fixée à 20 l'écran si bien qu'elle le supporte physiquement et matériellement. 4) Caméra suivant la revendication 3, caractérisée en ce qu'une couche isolante est interposée entre l'écran et le revêtement conducteur de la face de sortie du réseau multiplicateur d'électrons. 5) Caméra suivant la revendication 1 ou l'une des revendications 25 2 à 4 dans la mesure où elle dépend de la revendication 1, caractérisée en ce que le réseau multiplicateur d'électrons comporte une face d'entrée conductrice qui est à la masse par l'intermédiaire de la connexion en série d'une première résistance et d'un premier condensateur, en ce que sa face de sortie conductrice est à la masse par 30 l'intermédiaire de la connexion en série d'une seconde résistance et d'un second condensateur et en ce que ces connexions à la masse sont reliées entre elles par l'intermédiaire d'un troisième condensateur. 6) Caméra suivant la revendication 5, caractérisée en ce que le circuit de sortie est connecté à la connexion reliant à la masse 35 la face de sortie commune et conductrice du réseau multiplicateur, et en ce que le point commun à la résistance et à la capacité dans chacune de ces connexions à la masse est relié à une source de potentiel de polarisation approprié, chacun par l'intermédiaire d'une résistance. 40 7) Caméra suivant la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce 70 06511 9 2C33382 que si l'on désigne par H. la valeur de la résistance de découplage de la face d'entrée conductrice du réseau multiplicateur et par C la valeur du troisième condensateur, les valeurs de R et C sont choisies de façon que 1 soit inférieur à la haute fréquence de coupure 5 du circuit amplifiêâteur video de sortie.