Brevet FR2213582A1 — publié le 19740802

L'invention concerne un tube de prise en vues du type vidicon pour une caméra de télévision en couleurs à un seul tube avec deux filtres chromatiques à bandes dichroiques, disposés l'un derrière l'autre en position croisée dans le trajet optique s des rayons, avec notamment un dispositif magnétique de focalisation et de déviation pour le faisceau électronique de balayage ainsi qu'une cible photosensible à semiconducteur. On connaît, d'après la demande de brevet allemand publiée avant examen sous le nO 1 956 940, des-filtres chromatiques à bandes dichroiques. Ils se composent de bandes parallèles en un matériau filtrant sélectif pour les couleurs et en un matériau transparent à la lumière et non sélectif, ces bandes étant disposées alternativement côte à côte. Dans ces conditions, les bandes selectives de couleurs des deux filtres chomatiques à bandes disposés l'un derrière l'autre sélectent des composantes chromatiques différentes pour chaque filtre. Il se- produit ainsi une modulation, produite par les deux filtres, de l'information balayée par le faisceau électronique du tube de prise de vues, information qui contient l'information de chrominance.L'information de chrominance se compose de deux parties qui peuvent être distinguées l'une de l'autre par le fait par exemple que les bandes de l'un des filtres sont disposées dans une direction sensiblement perpendiculaire aux lignes de balayage, c'est-à-dire parallèlement à l'axe vertical de l'image, et que celles de l'autre filtre forment un angle oblique avec l'axe vertical de l'ima- ge. I1 a déjà éte proposé, pour une caméra de télévision à un seul tube, un codage qui permet, sans perte de définition, une reproduction en couleurs optimale de l'image prise. Dans ce cas, le codage est effectué optiquement au moyen de deux filtres à bandes dichrolques disposés l'un derrière l'autre en position croisée. Les deux filtres, composés alternativement de bandes sélectives de couleurs et non'sélectives, à savoir un filtre d'arrêt du bleu et un filtre d'arrêt du rouge, ont les mêmes constantes de réseau et sont disposés symétriquement,en position pivotée par rapport à l'axe vertical de l'image, avec un sens dtinclinaison différent de * 22,50. En raison des constantes de réseau des filtres de 50 jU environ et de leur inclinaison de +22,50 par rapport à l'axe vertical de l'image, les signaux de chrominance sont décalés dans le spectre de fréquences de + 1/4 par rapport à des multiples entiers de la fréquence dc lignes. Etant donné que les deux filtres à bandes sont des filtres dichrolques jaune et cyan, l'information de vert, qui représente essentiellement la brillance (information de'luminancc) de l'image est formée sans atténuation ni perte de définition sur la couche photoconductrice de la cible. Dans le spectre de fréquences du signal video, cette information apparaît dans les multiples entiers de la fréquence de lignes. Ainsi, les trois informations, c' est-à-dire les deux informations de chrominance décalées de + 1/4 par rapport à la fréquence de lignes et l'information de vert, sont codées électroniquement de manière séparée par les filtres. On connaît déjà une caméra de télévision en couleurs à un seul tube qui fonctionne avec le tube vidicon spécial, connu sous le nom de marque "SpektraPlex". Dans ce dispositif connu, deux filtres à bandes dichroiques croisés sont disposés, avec une optique à fibres, à l'extérieur du tube en avant du verre frontal et le tube de prise de vues lui-même est équipé d'une cible au trisulfure d'antimoine, courant pour un vidicon, ainsi que de bobines magnétiques de focalisation et de déviation usuelles. Ce dispositif connu a pour inconvénients 1) une sensibilité insuffisante, et notamment une distribution défavorable de la sensibilité spectrale, due à la couche photosensible formée de trisulfure d'antimoine; 2) une altération des couleurs par suite d'erreurs de point d'impact relativement importantes dans le cadre de la rotation de 3600 du faisceau él-ectronique qui se produit avec la focalisation magnétique en coopération avec le champ magnétique de déviation, ainsi qu'en raison de l'inertie et notamment de l'inertie variable sur l'étendue de laX cible de trisulfure d'antimoine; 3) la nécessité d1une optique à fibres coûteuse; 4) une relation non linéaire entre le courant de signal et l'intensité d'éclairement, aboutissant à des composantes d'intermodulation des signaux de chrominance. C'est pourquoi, à titre de variante dans une autre caméra connue de télévision en couleurs à un seul tube, équipée d'un tube de prise de vues de télévision au type. vidicon connu sous le nom commercial "Trinicon" > les filtres à bandes di chroniques sont déjà disposes à l'intérieur du tube, pour éviter les pertes par dispersion dues à la disposition à l'extérieur' du tube.Toutefois, dans ces tubes de prise de vues de télévi-sion, il est nécessaire, pour le filtre à-bandes réalisé différemment sous forme de filtre d'absorption pour toutessles ttois couleurs, de prévoir une électrode de signal spéciale à-structure en peigne dont les couches de revêtement conductrices sont formées de deux peignes a dents imbrique-es et qui doit être placée pour cette raison sur un support isolé. En conséquence, la couche photosen- sible en question est aussi formée, à la manière habituelle, de trisulfure d'antimoine.En raison des pertes importantes qui résultent de -l'exécution des filtres sous forme de filtres d'absorp- tion en forme de bandes, ainsi qu'en raison de l'insensibilité relative de la cible àu trisulfure d'antimoine, on n'obtient pas, avec cette caméra de prise de vues de télévision connue, une qualité suffisante de la reproduction d'imagez du fait surtout de la sensibilité insuffisante. A cela contribuent egalement les altérations de couleur qui se produisent, en raison-de l'imprécision de l'association des filtres à bandes aux électrodes de signal et en raison de l'insuffisance du rapport signal/bruît des signaux de chrominance, ainsi qu'en raison de l'inertie variable, et relativement importante sur l'étendue de la cible, et de la caractéristique non linéaire de la cible au trisulfure d'antimoine. L'invention a pour but d'elimine-r les inconvénients que présentent tous ces dispositions connus et qui-donnent lieu à la reproduction d'images dont la qualité n'est que médiocre, par une construction particulière du tube, une modification de l'optique électronique et le choix du matériau de la cible. A cela s'ajoutent les objectifs suivants : 1) une -sensibi-lité spectrale élevée, et en particulier une distribution favorable de la sensibilité; 2)-une faible inertie de la cible en vue d'une faible altération des couleurs; 3) une relation absolument linéaire entre le courant de signal et l'intensite- d'éclairement. L'invention -a également pour but, en vue d'obtenir un rapport signal/bruit favorable des signaux de chro- minance, et une définition élevée, ainsi que pour eviter les erreurs de point d' impact qui provoquent des altérations de couleurs importantes, de réaliser une incidence aussi perpendiculaire que possible du faisceau électronique sur la cible, sur toute l'étendue de celle-ci. Avec un tube de prise de vues du genre d'un vidicon, tel que défini au début de cette description, pour une caméra de télévision en couleurs à un seul tube comportant deux filtres chromatiques à bandes dicnrolques, disposés l'un der rière l'autre en position croisée soes un angle de 450 sur le trajet optique des rayons, ce résultat est obtenu suivant l-'inven- tion-grace au fait que les deux filtres chromatiques à bandes ayant la même constante de réseau, croisés symétriquement par rapport à l'axe vertical de l'image avec un sens de rotation diffé rent de + 22,50, sont disposés à l'intérieur de l'enceinte de décharge directement sur I'électrode de mémoire réalisée sous forme de cible à diodes multiples au silicium, et que le dispositif opto-électronique est dimensionné différemment du dispositif usuel associé au vidicon en ce qui concerne la bobine de déviation de la géométrie de la triode, en particulier pour une formation d'image réduite avec de faibles erreurs de point d'impact. Comme on le sain, la réalisation de la cible photosensible sous forme de cible à diodes multiples au silicium signifie, par rapport aux dispositifs connus mentionnés, à la fois une sensibilité nettement plus élevée, s'accompagnant d'une distribution favorable de la sensibilité spectrale, et un rapport linéaire entre le signal et l'intensité d'éclairement, ainsi que pratiquement une indépendance du courant de signal à l'égard de la tension de cible. Du fait qu'en outre les filtres à bandes di chroniques croisés sont disposés à l'intérieur du tube directement sur la cible ou sur le substrat de la cible å diodes multiples au silicium, on évite les pertes, par exemple par dispersion, parfois importantes, qui se produisent autrement.La modification de l'op- tique électronique couramment adoptée jusqu'ici avec un vidicon, effectuée en outre en liaison avec ce qui précède, concerne essentiellemnt les bobines magnétiques de déviation et de focalisation, ainsi que le dimensionnement des électrodes dusystème génerateur de faisceau électronique. Dans un tabe de prise de vues réalisé selon l'invention, les bobines de déviation sont donc dimensionnées pour mi champ de déviation qui n'a qu'environ la moitié de l'é- tendue habituelle dans la direction de l'axe et leur distance à la cible est choisie de sorte qu'après avoir quitté le champ de déviation, le faisceau électronique subisse, sous l'influence de la bobine de focalisation, une rotation de 1800 dans son trajet jusqu'à la cible. Par cette disposition, les trajectoires du faisceau électronique sont modifiées de telle sorte, par rapport à une focalisation habituelle jusqu ici avec une rotation du faisceau électronique de 360e dans le champ magnétique de dévia- tion, que l'erreur de point d'impact est réduite au point de disparaître, et qu'une définition élevée est atteinte. Pour cette disposition, il est particulière ment avantageux que la bobine de focalisation soit réalisée et disposée, en liaison avec les bobines de déviation, de telle fa çon que sa composante axiale de champ décroisse avec une pente très forte vers l'extrémité voisine de la cible, afin que parmi les composantes de vitesse formées, la composante de vitesse radiale du faisceau électronique devienne nulle au niveau de la cible du fait de la rotation de 1800 et qu'en outre la composante de vitesse tangentielle soit amenée à disparaître par la composante radiale du champ de focalisation.Dans ces conditions, en plus de la bobine de focalisation, la composante du champ de focalisation dans la direction de l'axe est en outre choisie de telle façon qu'elle soit plus grande au niveau de la cible qu'à celui du diaphragme d'ouverture, d'où il résulte, de manière avantageuse, une formation à échelle réduite de l'image du diaphragme d'ouverture sur la cible. Pour augmenter la définition dù processus de formation d'image en vue d'un rapport signal/bruit favorable du signal de chrominance, l'ouverture du diaphragme est, de façon particulièrement avantageuse, nettement plus petite que d'habitude afin de réduire le diamètre du faisceau électronique qui est, entre autres, un facteur décisif à cet égard : c'est-à-dire qu'au lieu de 40 , on lui donne une grandeur de 10 à 20 lu seulement et qu'en conséquence le faisceau électronique a une forme particulièrement effilée.Pour rendre néanmoins possible la plus grande densité d'énergie du faisceau, approximativement quadruple, nécessaire de ce fait, l'intensité de champ qui agit sur la surface d'émission cathodique est augmentée de manière avantageuse, notamment par une réduction correspondante de la distance entre électrodes. Mais étant donné que, dans ces conditions, la région de la surface d'émission qui assure 11 émission est encore notablement plus petite, on utilise de façon particulièrement avantageuse pour cette raison,' à la place d'une cathode d'oxyde habituelle, une cathode à réserve, et notamment une cathode à réserve imprégnee. D'autres détails-de l'invention seront expli qués en se référant å l'exemple de réalisation représente de fa çon purement schématique au dessin annexé. Les éléments qui ne sont pas indispensables à la compréliension de l'invention n'ont pas été désignés-ou ont été omis sur ces dessins. La figure. 1 est une coupe longitudinale du tube de prise de vues avec son ensemble de bobines magnétiques de focaliation et de deviation. La figure 2 représente l'allure de la composante de champ de la bobine de focalisation dans la direction de l'axe du tube et, respectivement, de la composante de champ de la bobine de déviation dans la direction perpendiculaire à la précé centre. Sur la figure 1 la reférence 1 désignel'en- ceinte de décharge, constituée essentiellement par une ampoule cylindrique dont une extrémité est fermée Far le verre frontal 2. A l'intérieur de l'enceinte de décharge, la cible 3 est disposée en arrière du verre frontal 2 de manière à être fixée sur celui-ci qui est fixé à son tour à l'ampoule du tube. La cible 3 est réalisée sous forme de cible à diodes multiples au silicium et elle a de ce fait les propriétés avantageuses d'une sensibilité élevée avec des phénomènes de trainée horizontale réduits par suite d'une faible inertie, -d'une caractéristique linéaire ainsi que d'un signal approximativement constant, pratiquement indépendant de la tension de cible. La distribution de sensibilité spectrale qu'il est possible d'atteindre est telle qu'aux longueurs d'onde limites de 450 et 650 nm, on obtient encore en toute sécurité 20 % de la sensibilité élevée dans la gamme de 550 à 600 nm.Entre le verre frontal 2 et la cible 3, deux filtres à bandes dichrolques 4 et 5, croises l'un derrière l'autre, sont disposés en contact intime de façon qu'il ne puisse se produire aucune perte additionnelle de la lumière inci dente, par exemple par dispersion en arrière des bandes. A la fabrication, les filtres à bandes peuvent être disposés, soit sur le verre frontal 2, soit sur la cible 3. Les deux filtres, formés alternativement de bandes sélectives pour les couleurs et de bandes non sélectives, à~savoir un filtre d'arrêt du bleu et un filtre d'arrêt du rouge, ont la même. constante de reseau et sont disposés en position pivotée de +22,50 avec un sens de rotation différent, symétriquement par rapport à l'axe vertical de l'image. En conséquence, il apparaît, lors du balayage de la cible 3 à diodes multiples au silicium par le faisceau électronique 6, outre le signal de luminance, les deux signaux de chrominance qui contiennent essentiellement le signal de vert et qui sont décalés de + 1/4 de la fréquence de lignes dans le spectre de fréquences du signal vidéo. Dans ces conditions, la hauteur d'amplitude des signaux de chrominance dépend entre autres facteurs du diamètre du faisceau électronique. Le faisceau électronique 6 lui-même provient d'un système générateur de faisceau électronique se composant essentiellement d'une cathode 7, dlune électrode de Wehnelt 8 et d'une première anode d'attraction 9.Parmi ces éléments, l'anode d'attraction 9 est constituée par un court cylindre creux qui est fermé aux extrémités par deux diaphragmes frontaux, le diaphragme du côté entrée ayant une plus grande ouverture que celui qui se trouve du côté sortie. L'ouverture de ce dernier diaphragme représente l'objet de l'optique électronique et, en conséquence, son image est formée sur la cible, en particulier dans le rapport 1 : 0,7, avec un jeu approprié de bobines, se-com- posant d'une bobine de focalisation 15 et de bobines de déviation 16. A la différence de la disposition habituelle, la bobine de focalisation est emmanché directement sur l'enceinte de décharge 1, tandis que les bobines de déviation 16 sont emmanchées de manière avantageuse sur la bobine de focalisation 15.A la première anode d'attraction fait suite l'anode 11 proprement dite, se composant d'un cylindre étroit et d'un cylindre large qui sont réunis l'un à l'autre par une- zone de transition conique. En avant de l'ex- trémité de la partie large du cylindre, c'est-à-dire devant la cible 3 est-prévu, à faible distance, un autre cylindre court 12 sur lequel est tendu, à l'extrémité voisine de la cible, un réseau de champ 13 classique à mailles très fines. Entre ces deux cylindres qui se trouvent à des potentiels différents, il se forme en service une lentille collimatrice 14 qui assure, avec les champs des bobines 15 et 16, une incidence normale du faisceau électronique sur la cible. Sur l'enceinte de décharge 1, le système de bobines magnétiques, réalisé en un ensemble et composé de bobines de focalisation et de déviation 15, 16, est emmanché de telle manière que la bobine de focalisation 15 s'étende approximativement à partir du diaphragme d'ouverture 10 du système générateur du faisceau électronique jusqu'au verre frontal Z de l'enceinte de décharge 1. Par cette bobine, l'image de l'ouverture du d-iaphragme, servant d'-objet, est formée avec une incidence aussi normale que possible du faisceau électronique sur la cible, avec de faibles erreurs de point d'impact. L'allure du champ de la bobine de focalisation 15 le long de l'axe z du tube a été représentée sous forme de courbe B z sur la figure 2 en'un diagramme sur l'axe Z, c'est-àdire l'axe du tube, en particulier entre le plan du diaphragme d'ouverture 10 et le plan de la cible 3. D'après cette courbe, la bobine de focalisation 15 est dimensionnée de telle sorte que la composante de champ axiale Bz décroît avec une pente très forte avant la cible 3, à l'endroit de la lentille collimatrice 14, si bien que la composante de vitesse radiale du faisceau électronique est nulle au niveau de la cible en raison de la rotation de 1800 et que la composante tangentielle est amenée à disparaître par la composante radiale du champ de focalisation.En- outre, l'allure du champ est telle que l'intensité de champ axiale à l'ex- trémité voisine de la cible, avec sa chute à forte pente, soit plus grande qu'à l'autre extrémité, dans la région du diaphragme d'ouverture. Il en résulte entre autres la formation d'une image réduite du diaphragme d'ouverture sur la cible. Du fait qu'en outre le diamètre du faisceau électronique est plus petit que d'habitude, c'est-à-dire conformément à l'ouverture du diaphragme qui est réduite à 10-20 ji, on obtient une définition nettement plus élevée. Tandis que la composante de champ de focalisation dans la direction de l'axe a de façon générale la même étendue que d'habitude, l'étendue du champ de déviation est -réduite de sorte qu'elle ne correspond qu'à la moitié environ de l'étendue habituelle.La courbe BAblv qui représente l'allure de le composante de champ de déviation dans la direction perpendiculaire à l'axe du tube, permet de constater, par sa forme avec un maximum marqué, l'effet de déviation intense pour une plus courte étendue du champ. Par cette disposition, il est possible, de façon avantageuse, que le faisceau électronique atteigne déji la cible après une rotation de 1800 après avoir quitté le champ de déviation et que l'erreur de point d'impact disparaisse pratiquement du fait de la chute à pente brusque de la composante axiale du champ de focalisation.L'exigence plus sévère d'emissìon au niveau de la cathode, liée à la diminution de l'ouverture du diaphragme, a amené à réaliser la cathode sous forme de cathode à réserve, et en particulier sous fornie.de cathode à réserve imprégnée. La haute définition visee, liée à due faibles erreurs de point d'impact et > par suite, à de faibles altérations de couleur, peut être aussi atteinte plus ou moins bien avec un système de bobines avec lequel le champ de focalisation et le champ de déviation s'étendent l'un et l'autre de façon homogène sur une longueur usuelle de 92 mm environ entre le dia phragme d'ouverture et la cible. Outrez les avantages déjà mentionnés par rapport aux tubes correspondants connus, le tube de prise de vues décrit a entre autres une structure simple, comparable à celle. d'un vidicon normal. REVENDICATIONS 1. Tube de prise de vues du type vidicon pour une caméra de télévision en couleurs à un seul tube, avec deux filtres chromatiques dichroiques à bandes disposés l'un derrière l'autre en position croisée à 450 dans le trajet optique des rayons, avec notamment un dispositif magnétique de fcalisation et de déviation pour le faisceau électronique de balayage ainsi qu'une cible semiconductrice sensible à la lumière, caractérisé en ce que les deux filtres chromatiques à bandes (4, 5) ayant la même constante de réseau, croisés symétriquement par rapport à l'axe vertical de l'image avec un sens de rotation différent de + 22,50, sont disposés à l'intérieur de l'enceinte de décharge (1) directement sur l'électrode de mémoire (3) réalisée sous forme de cible à diodes multiples au silicium, et en ce que le dispositif opto-électronique est dimensionné différemment du dispositif usuel associé au vidicon en ce qui concerne les bobines de déviation et la géométrie de la triode, en particulier en vue d'une formation d'image réduite avec de faibles erreurs de point d'impact. 2. Tube de prise de vues selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour l'obtention d'une faible erreur de point d'impact pour un champ de déviation magnétique qui n'a qu'environ la moitié de l'étendue habituelle dans la direction de l'axe, les bobines de déviation (16) sont dimensionnées et disposées en dehors de la bobine de focalisation et leur distance à la cible est choisie de telle façon qu'après avoir quitté le champ de déviation, le faisceau électronique (6) subit, sous l'influence de la bobine de focalisation (15), une rotation de 1800 dans son trajet jusqu'à la cible 3.Tube de prise de vues selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que pour l'obtention d'une faible erreur de point d'impact et d'une haute définition, la bobine de focalisation (15) est réalise et disposée de telle façon que sa composante de champ axiale (21) a une valeur maximale- à l'extré- mite voisine de la cible et décroit avec une forte pente vers la cible (3), afin que la composante de champ radiale fasse disparaître la composante de vitesse tangentielle du faisceau électronique (6). 4. Tube de prise de vues selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que parmi les éléments du système de bobines magnétiques (15, 16), la bobine de focalisation (15) est disposée directement sur la paroi de l'enceinte de décharge (1) et les bobines de déviation (16) sont disposées par dessus et à l'extérieur de- la bobine de focalisation, en formant un ensemble; 5. Tube de prise de vues selon l'une quelconque des revendications 1 a 4, caracterisé en ce que, pour l'obtention d'une haute définition, c'est-à-dire d'un rapport signal/bruit élevé des signaux de chrominance, le diaphragme d'ouverture (10) du système générateur de faisceau électronique a une ouverture qui ne mesure que 10 à 20 lu. 6. Tube de prise de vues selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, pour obtenir une intensité de champ électrique élevée, la cathode (7) du système générateur de faisceau électronique est réalisée sous forme de cathode à réserve, et en particulier sous forme de cathode à réserve imprégnée.