Brevet FR2063140A1 — publié le 19710709

La présente invention concerne des tubes renforçateurs d'image et convertisseurs d'image, c'est-à-dire des tubes du type comprenant une photocathode sur laquelle peut être fermée une image par rayonnement d'entrée, un écran de 5 sortie luminescent sur lequel peut être produite ladite image pour être affichée, et des moyens pour accélérer et focaliser des photo-électrons à partir de la photocathode et les obliger (directement ou indirectement) à excilter les différentes parties dudit écran avec des intensités variables, de façon à 10 obtenir l'image reproduite désirée. Dans la présente demande, on appellera un tube de formation d'image "tube renforçateur d'image" plutôt que tube "convertisseur d'image", même dans les applications où le premier objet est une modification de la longueur d'onde 15 du rayonnement de-l'image. L'invention concerne surtout des tubes de formation d'image du type que l'on appelle ici le type "direct". Ces tubes comportent une photocathode et un écran luminescent séparés par un espace vide qui ne renferme pas de dynode 20 ou de structure d'émission secondaire analogue. L'action d'un système de ce type est directe dans le sens que les électrons parvenant sur l'écran sont des électrons qui ont été émis par la photocathode. Ces tubes peuvent être du type bien connu qui utilise un système de formation d'image électro-optique 25 entre la photocathode et l'écran, le système électro-optique présentant une symétrie de révolution et un axe électrooptique qui coïncide avec son axe de symétrie de révolution, ledit axe étant normal aux surfaces de la photocathode et de l'écran aux points d'intersection respectifs. Les tubes de 30 ce dernier type réalisent une inversion d'image et peuvent être du type connu sous le nom de "diodes électro-optiques" et décrits dans Philips Research Reports Vol. 7, pages 119 à 130 (1952) et dans le brevet britannique N° 686.84-6. Les diodes électro-optiques et les tubes d'image 35 utilisés actuellement comportent un écran de sortie monochrome pour affichage monochrome. Bien que cela suffise dans de nombreuses applications, il existe des situations où il serait souhaitable de pouvoir obtenir un affichage dichrome ou Biamo trichrono• Ainsi l'invention a pour objet des tubes 40 renforçateurs d'image ou convertirseurs d'image perfectionnés 70 30706 2063140 jour former une image colorée. L'invention concerne également des tubes du type à "proximité" définis plus loin. L'invention se rapporte à un tube renforçateur 5 d'image comprenant une photocathode et un écran de sortie luminescent avec une couche conductrice associée, ledit écran de sortie étant un écran polychromatique du type "penetron" tel que défini ci-dessous. Le terme "écran penetron" est utilisé ici pour 10 désigner un écran qui émet d.e la lumière de différentes couleurs selon l'énergie (et par suite la profondeur de pénétration) des électrons incidents. Un écran de ce type peut comporter une structure multicouches ou des grains en plusieurs couches, et des exemples en sont donnés pour des ap~ 15 plications à la télévision dans les "brevets britanniques Nos 737.030 et No 1.000.064- ot également dans un ou plusieurs des brevets des Etats Unis d'Amérique Nos 2.4-93.200, 2.632.04-5, 2.73 Le tube peut être du type direct comprenant un système électro-optique d'inversion d'image .entre la photocathode et l'écran, le système électro-optique présentant une symétrie de révolution et un axe électro-optique coïn-25 cidant avec son axe de révolution. Dans les applications aux images de télévision en couleurs, l'utilisation d'un écran "penetron" introduit des problèmes extrêmement difficiles dus aux variations électrooptiques du système qui se produisent lorsqu'on modifie la 30 très haute tension accélératrice sur l'écran pour modifier la profondeur de pénétration de l'électron et, par suite, la couleur instantanée de l'image produite. Ces difficultés sont dues à l'utilisation (en télévision) d'un faisceau électronique de balayage qui doit être constitué pour former 35 et conserver une trame constante malgré les variations de la très haute tension. Au contraire, ces difficultés ne se présentent pas dans les tubes selon l'invention. En fait, dans le cas d'un simple tube électrostatique à deux électrodes ou "diode", la forme et l'effet du champ d'accélération et de BAD ORIGINAL 70 30706 2063140 focalisation électrostatique entre la photocathode et l'écran de' sortie restent constants ou sensiblement constants malgré les variations de la très haute tension. Selon une autrs caractéristique de l'invention, 5 on peut obtenir le même résultat avec trois électrodes ou davantage en faisant varier proportionnellement les potentiels appliqués aux différentes électrodes lorsque l'on doit modifier la couleur de l'image. Comme on le verra, les images sont dans tous les cas séquentielles et le rythme ou fréquence des variations de couleur dépendent de chaque application particulière Un domaine où le renforcement des images polychromatique s est Souhaitable est celui de la radiologie et des exemples d'appareils à rayons X utilisant des images polychromatiques sont donnés dans la demande de brevet . français FV H° déposée ce même jour à la même minute au nom de la Demanderesse pour "Perfectionnements aux systèmes de formation et d'affichage d'images à rayons X" Certains de ces exemples comprennent des tubes selon l'invention. Les figures annexées feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur la figure 1, un rayonnement extérieur est dirigé d'un objet O sur une photocathode P de façon à y former une image. Des photo-électrons son:fc libérés simultanément de toutes les parties de la photocathode avec des intensités locales variables en fonction de l'image formée. La photocathode P coopère avec une anode A conique ou sensiblement conique pour former une diode électro-optique du type mentionné précédemment• L'électro-optique de ce système est telle que les photo-électrons émis constituent ce qu'on appelle un pinceau de rayons tel qu'il est indiqué par la référence S, ledit pinceau convergeant sous l'action des surfaces équipotentielles sphériques comprises entre la photocathode et le cône anodiqûe. En traversant l'ouverture du cône anodique, le pinceau est rendu moins convergent par l'action de la lentille négative à l'ouverture du cône (ceci représente une augmentation de la distance focale). Le pinceau de rayons converge enfin en un foyer sur le "plan" appelé image (désigné par la 70 30706 4' 2063140 référence F) qui est en effet un "plan" focal ou surface de meilleure focalisation et présente une courbure considérable comme le représente la figure. L'écran de sortie SO comporte une couche conductrice et peut être plat comme le 5 montrent les figures ou bien incurvé de façon à être d'une forme plus proche de la surface F. En tout cas, le système électro-optique P-A-SO présente une symétrie de révolution autour d'un axe électro-optique Z-Z qui est normal à la surface de la photocathode P et à l'écran SO aux points 10 d'intersection respectifs. L'anode A est reliée à la couche conductrice de l'écran SO. Une source commutable (représentée schématique-ment par la référence Bd) fournit la très haute tension à l'anode A et à l'écran "penetron" SO. Ledit écran peut 15 être un écran bichrome (ou trichrome) et un commutateur SWd modifie de façon séquentielle la très haute tension entre deux (ou trois) valeurs pour obtenir les variations désirées de la pénétration électronique et de la couleur de l'image formée sur l'écran SO. 20 Un tube plus complexe du type "direct" est re présenté sur la figure 2 où l'anode conique A du montage à diode simple de la figure 1 est remplacée par la combinaison d'une anode cylindrique Ac et d'une électrode de focalisation cylindrique Af. L'anode Ac peut, en pratique, 25 être reliée à la couche conductrice de l'écran SO comme le montre la figure . Les électrons émis à partir de la cathode P et formant le dessin de l'image sont accélérés par la différence de potentiel entre la cathode P et l'anode Ac et 50 sont focalisés au moyen de l'électrode Af. La configuration électronique est réduite dans cet exemple, et est ainsi transformée en une image inversée beaucoup plus brillante qui apparaît sur l'écran de sortie SO. Comme on l'a mentionné précédemment, un montage 35 comportant trois électrodes (ou davantage) nécessite que les potentiels entre elles varient proportionnellement lors de la commutation de la couleur de l'écran. Dans le cas présent, les potentiels peuvent être par exemple conformes à ce qui suit, en supposant les dimensions approximatives 40 données à titre d'exemple : 70 30706 2063140 TABLEAU 1A Diamètre "de la photocathode P =22,9 centimètres " 11 1 ' écran SO = 20 mm Distance entre P et SO = 27,9 centimètres. TaBLEAU 1B Potentiel de la cathode P = -ero zéro zéro ii n l'électrode Af= 500 V 600 V 700 V * n n Ac et SO = 25 KV .30 KV 35 KV On peut obtenir les potentiels ci-dessus par des 10 moyens représentés schématiquement sous forme d'une triple source Bd1-Bd2-Bd3 dont chaque élément peut être monté aux "bornes d'un potentiomètre R1-R2 par un commutateur SWd. Le potentiel de l'électrode Af provient d'-une prise appropriée formant la jonction entre les résistances R1 et R2. 15 Si l'on doit utiliser le tube des figures 1 et 2 pour les rayons X, on peut ajouter un écran d'entrée fluorescent sur la face extérieure de la photocathode P. On peut y parvenir en plaçant l'écran d'entrée sur la paroi intérieure de la fenêtre de l'enveloppe, puis en superpo-20 sant la couche constituant la photocathode. Ou "bien encore, la fenêtre d'entrée peut être réalisée sous forme d'une plaque à fibres optiques, l'écran d'entrée étant posé sur la face extérieure de ladite plaque et la photocathode sur sr. face intérieure. Avec l'une de ces variantes, le 25 tube de la figure 2 est approprié pour être utilisé comme renforçateur d'image de rayons X. Si l'on doit utiliser le tube de la figure 2 à des'fins anaglyphiques, l'écran de sortie SO n'a besoin que de matières luminescentes de deux couleurs et l'on peut 30 par conséquent supprimer l'une des sources Bd1, Bd2 et Bd3« Selon une variante de l'invention que l'on va décrire à présent, le tube renforçateur d'image est un tube d'image du type à proximité, c'est-à-dire un tube dans lequel la photocathode est placée très près de l'écran de 35 sortie sans organe de focalisation électro-optique intermédiaire. Un tube de ce type peut être du type "Sirect" mais, dans sa forme de réalis tion préférée, un tube utilisa un dispositif du type représenté sous forme de "renforçateur à canaux" ou "plaque à canaux", c'est-à-dire un dis- 70 30706 2063140 positif multiplicateur d'électrons à émission secondaire comprenant -une matrice conformée en plaque comportant un grand nombre de canaux allongés suivant son épaisseur, ladite plaque comportant une première couche conductrice sur sa 5 face d'entrée et une couche conductrice séparée sur sa face de sortie pour jouer respectivement le rôle d'électrodes d'entrée et de sortie de façon à provoquer une multiplication à émission secondaire dans les canaux. Les dispositifs renforçateurs à émission secondaire de ce type sont décrits, 10 par exemple, dans les brevets britanniques Nos 1.075.073, 1.064.074 et 1.064.076. La figure 3 représente un tube de proximité de ce type utilisant une plaque à canaux I peu écartée entre une photocathode P et un écran de sortie SO. Cette plaque comporte 15 une électrode d'entrée E1 et une électrode de sortie E2. Les alimentations très haute tension des différentes électrodes sont indiquées schématiquement sous forme de sources Bo-Bi-Bd. Pour modifier la couleur de l'image sur l'écran SO, il suffit de modifier la valeur de la très haute tension fournie par 20 l'unité Bd, ceci étant réalisé au moyen d'un commutateur SWd. Encore une fois, l'écran SO peut être un écran dichrome ou trichrome selon l'application visée. Le dispositif de la figure 3 est particulièrement avantageux en ce que la plaque à canaux I isole efficacement 25 les étages P-E1 et E2-SO, de sorte que le potentiel appliqué aux bornes du premier étage par Bo (et également le potentiel appliqué aux bornes de la plaque elle-même par Bi) peut rester constant alors que le potentiel de sélection de couleurs aux: bornes du second étage varie dans une très large gamme. Ainsi, 30 par exemple, la source Bd et le commutateur SWd peuvent fournir des différences de potentiel respectives de 2 KV, 4 KV et 6 KV pour exciter les trois substances luminescentes de couleurs différentes de l'écran SO. Comme dans le cas des figures 1 et 2, la photoca-35 thode P de la figure 3 peut être précédée par une couche de substance luminescente sensible aux rayons X pour jouer le rôle de pré-convertisseur pour adapter le tube à l'utilisation avec les rayons X. Ou bien encore, cet étage préconvertisseur et la photocathode P peuvent être remplacés par 40 un dispositif renforçateur à canaux ou une plaque à canaux 7 70 30706 2063140 comportant une matrice absorbant les rayons X, comme il est décrit dans le brevet britannique N° 1.091.452, (EHB 31 307). Comme il est expliqué dans ce brevet, on peut éliminer la couche photo cathodique parce que l'on à trouvé que 5 certains des matériaux appropriés pour la construction de la matrice du dispositif renforçateur à canaux sont également de bons absorbants de rayons X dans la gamme d'énergie Utilisée pour la radiologie médicale. Cela veut dire qu'une fraction importante de toute la profondeur ou épaisseur de 10 la matrice peut être utilisée pour absorber efficacement les rayons X (en provoquant une émission photo-électrique surtout dans le corps de la matrice) avec relativement peu de risques de diffusion transversale des photo-électrons. Une matière typique pour constituer la matière à canaux 15 est un verre au plomb. 70 30706 2063140' REVENDICATIONS 1.- Tube renforçateur d'image caractérisé en ce qu'il comprend une ph.otocath.ode et un écran de sortie luminescent avec une couche conductrice associée, ledit écran de sortie étant un écran qui émet de la lumière de différentes couleurs selon l'énergie des électrons incidents . 2.- Tube renforçateur d'image selon la revendication 1, comportant une photocathode et un écran luminescent séparés par un espace vide qui ne renferme ni dynode, ni dispositif d'émission secondaire analogue , caractérisé en ce 10 qu'il comprend un système électro-optique d'inversion d'image entre la photocathode et l'écran, ledit systè- électrooptique présentant une symétrie de révolution et un axe électro-optique coïncidant avec son axe de symétrie de révolution. 15 3»- Tube renforçateur d'image selon la revendication 2, caractérisé en ce que le système électro-optique est constitué par la photo-cathode et une anode conique ou sensiblement conique. 4.- Tube renforçateur d'image selon la revendication 20 2 caractérisé en ce que le système photo-optique comprend au moins trois électrodes dont l'une est la photocathode. 5.- Tube renforçateur d'image selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa photocathode est placée très près de l'écran de sortie sans organe de focalisation 25 électro-optique intermédiaire. 6.- Tube renforçateur d'image selon la revendication 5, caractérisé en ce a^'il comprend une plaque à canaux entre la photocathode et l'écran de sortie. . 7«- Agencement électrique caractérisé en ce qu'il 30 comprend un tube renforçateur d'image selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, et des moyens d'alimentation très haute tension commutables sur différents niveaux de très haute tension de façon à activer sélectivement et de façon séquentielle différentes substances luminescentes de l'écran de 35 façon à modifier la couleur de l'image. 8.- Agencement selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est appliqué à un tube selon la revendication 4 comportant au moins trois électrodes, les moyens d'alimentation pouvant modifier proportionnellement les potentiels ap— 40 appliqués entre les différentes électrodes lorsque la couléur de l'image doit être modifiée.