Brevet FR2349949A1 — publié le 19771125

L'invention a trait aux systèmes à faisceau d'électrons. Elle vise plus particulièrement un dispositif de focalisation de tels systèmes, ainsi qu'un dispositif pour la production d'image visible par le moyen du faisceau d'électrons. L'invention concerne en outre un renforçateur d'image comprenant en combinaison ces deux dispositifs. Suivant une première caractéristique de l'invention, le dispositif de focalisation destiné à un faisceau d'électrons comprend - une cathode incurvée - une première anode intermédiaire plane agencee à une certaine distance de cette dernière et comportant une ouverture - et une seconde anode éloignée prévue de l'autre côte de l'anode intermédiaire par rapport à la cathode. L'anode éloignée peut également être plane et la cathode partiellement sphérique, sa face concave étant orientée vers l'anode intermédiaire. Grâce à cette conformation, lorsqu'on etablit des différences de potentiel appropriées entre la cathode, l'anode intermédiaire et celle éloignée, il en résulte des surfaces euipo- tentielles substantiellement sphériques et concentriques à la cathode dans la zone située entre cette dernière et l'anode intermédiaire, ainsi que des surfaces équipotentielles substantiellement planes entre l'anode intermédiaire et celle éloignée. L'ouverture pratiquée dans l'anode intermédiaire peut être avantageusement prévue circulaire et concentrique à la cathode. Du fait d'un tel agencement, on accélère les électrons émis par la cathode vers l'anode éloignée, et on les focalise de telle manière qu'ils tendent à couper l'axe de symétrie du dispositif d'électrode dans une zone prédéterminée, connue sous le nom de point de croisement. L'anode éloignée peut également comporter une perforation centrale à travers laquelle le faisceau d'électrons est susceptible de passer, le point de croisement étant avantageusement situé à l'intérieur de cette perforation. Les électrons peuvent être émis à partir de la cathode par voie photo-électrique. Cette cathode peut être avantageusement prévue transparente à une radiation électro-magétique désirée, tandis qu'une couche appropriée d'une matière conductrice ou semi-conductrice de l'électricité, également à émission photo-électrique, recouvre la face de la cathode orientée vers l'anode intermédiaire. En outre selon une seconde caractéristique de l'invention, le dispositif de production d'image visible destiné à un faisceau d'électrons comprend - une cathode de retardement - une anode située à une certaine distance de cette dernière et comportant une perforation - ainsi qu'un écran fluorescent perforé placé entre l'anode et la cathode de retardement et qui fait face à celle-ci ; de telle sorte que, lorsqu'on établit un champ électrique de retardement entre la cathode et l'anode, les électrons, passant au travers des perforations pratiquées dans cette anode et dans l'écran pour arriver dans la zone située entre ce dernier et la cathode de retardement, sont renvoyés en arrière vers l'écran fluorescent. Cet ecran peut être avantageusement agencé contre la face de l'anode en vis-à-vis de la cathode de retardement ; il peut consister en une couche de matière fluorescente recouvrant cétte face. Cette anode peut, en particulier, être plane et la cathode de retardement soit plane, soit incurvée ; dans ce dernier cas sa face orientée vers l'anode est concave ou convexe en fonction de la distorsion minimale ou de la résolution maximale désirée. La cathode de retardement peut notamment être partiellement sphérique. La surface de l'anode recouverte de la couche de matière fluorescente peut présenter un pouvoir de réflexion élevé pour optimiser la quantité de radiations émises, ou bien elle peut être non réfléchissante afin d'améliorer la résolution du dispositif. Dans une forme de réalisation particulière, la cathode de retardement peut être transparente à la lumière visible. Elle est alors constituée d'une matière transparente électriquement isolante et comportant sur sa face tournée vers l'anode une couche superficielle qui présente des propriétés conductrices ou semi-conductrices de l'électricité et est substantiellement transparente à la lumière visible. Le dispositif de focalisation et celui de production de l'image visible suivant l'invention peuvent être combinés pour la réalisation d'un renforçateur d'image. L'anode du second dispositif selon l'invention peut alors être constituée par l'anode éloignée du premier. Ainsi, suivant une troisième caractéristique de l'invention, un renforçateur d'image comprend - une photo-cathode incurvée - une première anode intermédiaire plane comportant une ouverture - une seconde anode éloignée située du côté opposé de l'anode intermédiaire par rapport à la photo-cathode, pourvue d'une perforation et recouverte d'une couche fluorescente sur sa face opposée à la photo-cathode ; - et une cathode de retardement agencée à une certaine distance de la seconde anode du côté de sa face recouverte de la couche fluorescente, cette dernière cathode étant transparente à la lumière visible. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer. Fig. 1, 2 et 3 montrent en coupe des représentations schématiques respectives de trois formes d'exécution d'un renforçateur d'image suivant l'invention. En référence à fig. 1, 2 et 3 du dessin, le renforçateur d'image 10 comporte une fenêtre d'entrée plan-concave 12 qui présente sur sa face concave une couche 14 faite en matière à émission photoélectrique et constituant la photo-cathode de l'appareil. A une certaine distance de celle-ci se trouve une anode intermédiaire plane de focalisation 16 en métal ainsi qu'une anode éloignée 18 également plane et métallique. L'anode intermédiaire 16 comprend une ouverture circulaire centrale 20 de 7 mm de diamètre tandis que la seconde 18 est elle-même percée d'une perforation centrale plus petite 22 de moins de 1 mm de diamètre. Le centre de courbure de la surface concave de la fenêtre 12 se situe au centre de l'ouverture 20 de l'anode intermédiaire 16. La couche 14 sur la face concavede la fenêtre 12 est constituée, comme on l'a déjà dit, par une matière à émission photoélectrique et également conductrice de l'électricité, de façon que la lumière incidente y provoque l'émission d'électrons. Lorsque les anodes 16 et 18 sont mises sous un potentiel respectivement de 1 480 volts et de 13 000 volts par rapport à la photo-cathode 14, il se forme un champ électrostatique comportant des surfaces équipotentielles substantiellement sphériques et concentriques à la photo-cathode à l'intérieur de la région.située entre cette dernière et l'anode de focalisation 16, ainsi que des surfaces equipoten- tielles substantiellement planes dans la zone entre les première et seconde anodes 16 et 18. Ce champ tend à focaliser les électrons émis par la photo-cathode 14 de telle sorte qu'ils convergent vers une région particulière de l'axe de symétrie -ou point de croise ment. La perforation 22 de l'anode éloignée 18 est située sur ce point. Le renforçateur d'image 10 comporte en outre une fenêtre de sortie 24 pEéSentant sur sa face interne une couche d'oxyde d'étain transparente et semi-conductrice, qui constitue la cathode de retardement 26. 1'appareil de fig. 1 et 3 comporte des fenêtres 24 en forme de coquille sphérique partielle, dont la face convexe pour fig. 1, respectivement concave pour fig. 3, est orientée vers l'anode 18. Dans le cas de fig. 2, au contraire, la fenêtre de sortie 24 est plane. L'anode éloignée 18 est réalisée en un métal approprié et sa face tournée vers la fenêtre de sortie 24 est polie afin de constituer miroir réfléchissant. Sur cette face est étendue une couche 28 de matière fluorescente qui constitue l'écran du renfor çateur 10.Lors de l'utilisation, la cathode de retardement 26 est maintenue à un potentiel légèrement négatif (-10 volts) par rapport à la photo-cathode 14. De ce fait les électrons focalisés passant à travers la perforation 22 de l'anode 18 sont soumis à un champ de retardement qui provoque leur mouvement vers l'avant, et ils viennent frapper la couche fluorescente 28 pour émettre ainsi de la lumière, visible en totalité à travers la fenêtre de sortie 24. Ce champ de retardement est tel que le temps de transit des électrons est égal à celui de focalisation de manière qu'ils soient focalisés sur l'écran fluorescent 28 et que la surface de l'image colncide avec ce dernier. Les lignes 29 montrent les trajectoires caractéristiques des électrons. De ce fait, le faisceau de lumière frappant la cathode 14 se trouve renforcé sur l'écran 28, l'image amplifiée étant visible par la fenêtre de sortie 24. Les fenêtres 12 et 24, ainsi que les anodes 16 et 18, sont montées dans un boltier 30 étanche aux gaz et convenablement évacué tandis que des conducteurs appropriés sont prévus pour relier les cathodes 14 et 26 et les anodes 16 et 18 à une source (non représentée) propre fournir les divers potentiels. Grâce au renforçateur 10 montré en fig. 1 et comportant une distance de 19 mm entre la photo-cathode 14 et l'écran 28, on peut obtenir une résolution de 80 couples de lignes par mm avec une distorsion de moins de 2 %. Au lieu d'avoir une surface polie sur l'anode 18, on peut la rendre non réfléchissante pour augmenter la résolution du renforçateur bien que l'intensité de la lumière soit légèrement plus faible. Les spécialistes apprécieront en outre de pouvoir faire varier à volonté la distorsion et l'homogénéité de la résolution en changeant la forme de la cathode de retardement 26, c'est-à-dire en la rendant plane ou concave comme montré en fig. 2 et 3. Du fait du rabattement des trajectoires électroniques, on peut ainsi obtenir un renforçateur d'image très court. De façon analogue, comme la couche fluorescente est tournée à l'opposé de la photo-cathode 14, l'anode 18 peut être rendue opaque en empêchant ainsi une réaction positive de la lumière. Etant donné que l'écran 28 n'a pas besoin d'être recouvert par une couche réfléchissante d'aluminium par exemple, comme dans le cas des renforçateurs où l'écran fait face à la photo-cathode, l'énergie cinétique totale des électrons peut être transformée en lumière utile. En outre la face de l'anode pourvue de l'écran peut être très finement polie de façon à réfléchir ainsi la lumière vers la fenêtre de sortie 24 pour accroître l'intensité lumineuse sortant du renforçateur. En utilisant une surface d'image plane, on peut obtenir une résolution uniforme sur la totalité de celle-ci grâce à une conformation appropriée de la fenêtre de sortie 24 et de l'électrode de retardement 26. I1 doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. REVENDICATIONS 1. Dispositif de focalisation d'un système à faisceau d'électrons, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison - une cathode incurvée 14 - une première anode intermédiaire plane 16 disposée à une certaine distance de la cathode et comportant une ouverture 20 ; - une seconde anode éloignée 18 agencée de l'autre côte de l'anode intermédiaire par rapport à la cathode. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'anode éloignée est également plane. 3. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la face concave de la cathode, en partie sphérique, est orientée vers l'anode intermédiaire, tandis que les trois éléments du dispositif sont prévus tels que, lorsqu'on établit entre eux des différences de potentiel appropriées, il en résulte des surfaces équipotentielles substantiellement sphériques dans la zone située entre la cathode et l'anode intermédiaire, et des surfaces équipotentielles substantiellement planes entre l'anode intermédiaire et celle éloignée. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'ouverture de l'anode intermédiaire est circulaire et concentrique à la cathode. 5. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la cathode, l'anode intermédiaire et celle éloignée sont réalisées de telle sorte que, lorsqu'on établit entre elles des différences de potentiel appropriées, les surfaces équipotentielles partiellement sphériques qui en résultent dans la zone située entre la cathode et l'anode intermédiaire, sont concentriques à ladite cathode. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce que l'anode éloignée présente une perforation 22 a travers laquelle peuvent passer les électrons focalisés. 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la cathode, l'anode intermédiaire et celle éloignée sont réalisées de telle façon que, lorsqu'on établit entre elles des différences de potentiel appropriées, les électrons focalisés coupent l'axe de symétrie du dispositif au niveau de la perforation de l'anode éloignée. 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce que la cathode est transparente aux radiations électro-magn8tiques et en ce que sa surface en vis- - vis de l'anode intermédiaire présente des propriétés d'émission photo-électrique. 9. Dispositif de production d'image visible d'un système à faisceau d'électrons, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison - une cathode de retardement 26 ; - une anode 18 placée à une certaine distance de celleci et présentant une perforation 22 ; - et un écran fluorescent 28 situé entre l'anode et la cathode de retardement, comprenant une perforation 22 et qui fait face à ladite cathode ; de telle sorte que, lorsqu'on établit un champ électrique de retardement entre la cathode et l'anode, les électrons passant à travers les ouvertures de l'anode et de l'écran dans la région située entre ce dernier et la cathode de retardement, sont renvoyés en arrière vers la couche fluorescente. 10. Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé en ce que l-'écran fluorescent est disposé contre la surface de l'anode en vis-à-vis de la cathode de retardement. 11. Dispositif suivant la revendication 10, caractérisé en ce que l'écran fluorescent est constitué par une couche de matière appropriée recouvrant la surface de l'anode en vis-à-vis de la cathode de retardement. 12. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que l'anode est plane. 13. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que la cathode de retardement substantiellement sphérique présente une face convexe orientée vers l'anode. 14. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que la cathode de retardement est substantiellement plane. 15. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que la cathode de retardement substantiellement sphérique présente une face concave orientée vers l'anode. 16. Dispositif suivant la revendication 11, caractérisé en ce que la surface de l'anode recouverte de la couche de matière fluorescente présente un pouvoir réfléchissant élevé. 17. Dispositif suivant la revendication 11, caractérisé en ce que la surface de l'anode recouverte de la couche de matière fluorescente est non réfléchissante quelconque 18. Dispositif suivant l'une / des revendications 9 à 17, carac térisé en ce que la cathode de retardement est transparente à la lumière visible. 19. Renforçateur d'image caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison un dispositif de focalisation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, et un dispositif de production d'image visible suivant l'une quelconque des revendications 9 à 18, l'anode éloignée 18 du premier constituant celle du second.