Brevet FR2426330A1 — publié le 19791214

L'invention proposée concerne les dispositifs électroniques à vide à énergie réglable des électrons du faisceau destinés essentiellement à l'usage dans les systèmes de visualisation d'informations. On connait la classe de dispositifs électroniques à vide à énergie (vitesse) réglable des électrons du faisceau en fonction de laquelle varie la couleur de lueur, ou la durée de la rémanence, ou d'autres caractéristiques de l'écran du dispositif. Le fonctionnement de ces dispositifs est basé sur la propriété des électrons du faisceau de s'infiltrer dans un corps solide à des profondeurs différentes en fonction de leur énergie. Les écrans de tels dispositifs électroniques à vide peuvent entre réalisés en diverses versions ; par exemple, sous forme d'une couche unique comportant des particules de matériau recouvertes de matériaux déterminés présentant une barrière énergétique vis-à-vis des électrons, ou bien sous forme de plusieurs couches en divers matériaux superposées l'une à l'autre et dont les unes ont différentes caractéristiques (propriétés) lorsqutelles sont excitées par les électrons, tandis que les autres constitue une barrière énergétique vis-à-vis des électrons. Les électrons à différentes énergies qui exercent un effet sur lesdits écrans pénètrent dans telle ou telle couche, excitant la couche correspondante de l'écran. Selon le principe de fonctionnement de tels écrans, l'excitation d'un matériau ayanttelles ou telles propriétés n1 est possible qu'en réglant l'énergie des électrons du faisceau à partir d'une valeur déterminée quelconque Jusqu' une valeur plus grande. Il faut alors prendre des précautions pour empêcher une défocalisation du faisceau d'électrons sur l'écran. On connait diverses solutions techniques permettant d'obtenir une image concentrée sur l'écran en présence de différentes énergies du faisceau d'électrons. Le brevet d'invention décrivant cette solution propose un système à plusieurs canons de formation des faisceaux d'électrons, où chacun des canons émet un faisceau d'électrons concentré d'énergie définie. Les inconvénients d'un tel dispositif électronique à vide résident dans la présence de plusieurs canons rendant plus compliquée la construction du dispositif lui-même, ainsi que dans la non-coincidence des images reproduites à l'aide de différents canons. On connaît aussi un dispositif électronique à vide énergie réglable des électrons du faisceau possédant un sys thème de focalisation assurant la constance de la focalisation du faisceau d'électrons sur l'écran dans un dispositif électronique à vide dans lequel la première (suivant la propagation du faisceau d'électrons) des deux électrodes concentriquessymétriques constituant ce système est électriquement reliée à une électrode d'accélération tandis que la deuxième électrode est électriquement reliée à l'écran. Dans un tel dispositif électronique à vide le système de focalisation représente un ensemble composé d'une lentille magnétique à intensité constante du champ magnétique et d'une lentille électrostatique située, par rapport à la lentille magnétique, de façon à compenser toute variation de focalisation du faisceau d'électrons. La lentille électrons tatique -est faite sous forme de deux électrodes concentriques- symétriques, la première suivant la propagation du faisceau d'électrons, étant électriquement reliée à une électrode d'ac célération, et la deuxième, à l'écran du dispositif. Le dispositif électronique à vide ayant un tel système de focalisation présente à la fois des inconvénients dus aux systèmes à focalisation électromagnétique eux-m8mes (complexité d'ajustage de la lentille magnétique par rapport à l'axe du dispositif, augmentation des dimensions et du poids du dispositif,-nécessite d'utiliser une source d'alimentation suffisamment puissante pour alimenter la bobine magnétique, etc), et inconvénients -liés à l'établissement d'un régime individuel assurait la focalisation du faisceau d'électrons pour une fluctuation d'énergie des électrons de ce dernier, ctest-å-dfre quand il est nécessaire de trouver individuellement dans caque dispositif la position optimale du plan milieu de la ltill par rapport à la lentille électrostatique et de choisir le rapport de pobfiel de l'électrode d'accélération, et en même temps, la force magnétomotrice de la bobine magnétique. L'invention vise à fournir un dispositif électronique à vide à énergie réglable des électrons du faisceau, la réalisation constructive duquel assurerait la constance de la focalisation du faisceau d'électrons en régime électrostatique sur l'écran du dispositif vis-à-vis des fluctuations de l'énergie de ce faisceau. Ce problème est résolu à l'aide d'un dispositif électronique à vide à énergie réglable des électrons du faisceau, possédant un système de tcalisation assurant la constance de la focalisation du faisceau d'électrons sur l'écran et dans lequel la première, suivant la propagation du faisceau d'électrons, des deux électrodes concentriques-syé- triques constituant ce système est électriquement reliée à une électrode d'accélération pour former le faisceau d'électrons, tandis que la deuxième est électriquement reliée à l'écran, ledit dispositif électronique étant caractérisé, selon l'invention, en ce que le système de iocalisation comporte, afin de pouvoir assurer la constance de la focalisation du faisceau d'électrons sur l'écran, une lentille à pouvoir réfractif variable destinée à maintenir constante la focalisation du faisceau d'électrons dans le cas d'une fluctuation de l'énergie de ses électrons, cette lentille se situant entre l'électrode d'accélération et la deuxième électrode du sys tème de focalisation. Il est avantageux dtinterconnecter les deux électrodes du système de focalisation à l'aide d'un moyen permettant d'obtenir un champ électrique réparti, et fabriqué en un matériau à haute résistivité, et de disposer l'électrode d'accélération de façon qu'au moins une de ses surfaces d'extrémité tournée vers l'écran du dispositif électronique à vide se trouve entre les électrons symétriques par rapport à leur axe sur un tronçon dont la longueur, suivant la propagation du faisceau d'électrons, est limitée par des valeurs de résistance allant de 1/25 à 5/6 de la résistance totale au courant électrique du moyen d'obtention du champ électrique réparti et que ladite surface d'extrémité forme ensemble avec les électrodes axialement symétrique une lentille de puissance variable. I1 est encore avantageux de munir le système de focalisation d'une électrode auxiliaire située en aval de l'électrode d'accélération suivant la propagation du faisceau d'électrons et formant ensemble avec les électrodes axialement symétriques une- lentille de puissance variable, la distance entre les surfaces d'extrémité tournées vers l'écran de l'élec- trode auxiliaire et de la première (suivant- la propagation du faisceau d'électrons) des deux électrodes axialement symétriques devant être égale ou inférieure à 1,5 fois le plus grand diamètre des électrodes axialement symétriques, et le rapport du moindre diamètre des électrodes axialement symétriques au moindre diamètre de l'électrode auxiliaire devant autre choisi entre 1,5 et 6. La construction du dispositif électronique à vide à énergie réglable des électrons du faisceau proposé assure un pouvoir de résolution élevée (de 11 ordre de 2500 lignes par écran), rend plus simple le circuit de commande, entratne une réduction des dimensions et du poids du dispositif dans son ensemble, donc une réduction sensible de la puissance des sources d'alimentation du dispositif. L'invention sera expliquée dans ce qui suit par la description de modes de réalisation concrets -mais non limitatifs illustrés par les dessins annexés dans lesquels - La figure 1 représente un premier mode de réalisation d'un dispositif électronique à- vide à énergie des électrons du faisceau (coupe longitudinale) et le schéma synoptique de son circuit de commande, selon l'invention - La figure 2 représente un deuxième mode de réalisation du dispositif électronique à vide (en coupe longitudinale). et le schéma synoptique de son circuit de commande, selon l'invention - La figure 3 représente les rapports des diamètres d'un faisceau d'électrons concentré lors d'une croissance de l'énergie des électrons de ce dernier, selon l'invention Le dispositif électronique à vide à énergie réglable des électrons du faisceau proposé possède un système axialement symétrique de formation et de focalisation d'un faisceau d'électrons 1 (figure 1), comportant, renfermé à l'intérieur d'un ballon 2 du dispositif, une source d'électrons 3 composée d'une cathode 4 et d'un modulateur 5. Le dispositif électronique à vide possède un système de focalisation pour assurer la constance de focalisation du faisceau d'électrons sur l'écran, composé d'une électrode d'accélération 6 servant à former le faisceau d'électrons et situé en aval du modulateur 5 sur le traJet du faisceau d'électrons 1, et de deux électrodes axialement symé- triques 7, 8 situées en série sur le traJet du faisceau électronique, eneval de l'électrode d'accélération 6. La première électrode 7 placée sur le trajet du faisceau d'électrons 1 est électriquement reliée à l'électrode d'accélération 6, la deuxième électrode 8 est électriquement reliée i un écran luminescent 9. Entre les électrodes 7 et 8 est situé un moyen d'obtention d'un champ électrique réparti, fabriqué en un matériau à haute résistivité et électriquement relié à ces électrodes 7, 8. Dans le iode de réalisation considéré, les électrodes 7, 8 se présentent sous forme d'un revêtement conducteur de courant déposé sur la surface intérieure du ballon à vide 2, le moyen d'obtention du champ électrique réparti se présente sous forme d'une bande 10 posée suivant une ligne hélicoldalesur la surface intérieure du ballon à vide 2, alors que l'électrode d'accélération 6 est disposée de façon que sa surface d'extrémité tournée vers l'écran lu minescent 9 se trouve entre les surfaces frontales tournées l'une vers l'autre des électrodes 7 et 8, et sur un tronçon dont la longueur est limitée par les valeurs des résistances constituant, dans le sens de propagation du faisceau d'électrons 1, de 1/25 à 5/6 de la valeur totale de la résistance au courant électrique du moyen d'obtention du champ électrique ré- parti. Dans la variante de réalisation considérée, la surface d'extrémité de l'électrode d'accélération 6, disposée de la façon qu'on vient d'indiquer, constitue ensemble avec les électrodes 7 et 8, une lentille Il de puissance variable destinée à maintenir constante la concentration du faisceau d'électrons 1 lors des variations dténergie de ses électrons. A l'extérieur de l'enveloppe 2 se trouve un moyen de déviation d'électrons 1, représentant une bobine électromagnétique 12 et servant au balayage de l'écran 9 par le faisceau d'électrons 1. Le fonctlonnement du dispositif électronique à vide proposé est commandé en 11 alimentant à partir d'une source de signaux de commande 13, celle-ci étant connectée, via un bloc 14 de commande du courant électrique du faisceau d'électrons, au modulateur 5. La source 13 est aussi connectée, via un bloc 15 de déviation xL du faisceau d'électrons réalise en un montage largement connu, à la bobine de déviation 12, et par l'intermédiaire d'un commutateur à haute tension 16, à l'écran 19o Au commutateur à haute tension 16 est connectée une source d'alimentation haute tension 17. A l'électrode d'accélération 6 est connectée une source d'alimentation 18. Dans le dispositif électronique à vide proposé, la cathode 4 est mise à la terre.I1 est est cependant possible d'utiliser une variante dans laquelle l'électrode d'accélération 6 peut être mise à la terre, la cathode recevant Slors la tension négative correspondante. On peut aussi utiliser une autre variante de mise en oeuvre du dispositif électroniqueàtibà énergie réglable des électrons du faisceau, qui est analogue à la variante précitée. La différence réside dans le fait quelles électrodes axialement symétriques 19 (figure 2)- et 20 constituant le système de focalîsation sont des cylindres électriquement isolés l'un de l'autre, l'électrode 20 étant reliée à l'écran 9 par l'intermédiaire d'un revAtement 21 conducteur de courant déposé sur la surface intérieure de l'enveloppe à vide 2. Dans la variante considérée, la lentille depuissance variable Il est composée d'une électrode auxiliaire 22 placée en aval de l'électrode d'accélération 6 sur le trajet du faisceau d'élec- trons 1, ensemble avec les électrodes 19 et 20. La distance entre les surfaces d'extrémité tournées vers ltécrsl 9 vide l'électrode auxiliaire 22 et de la première électrode 19 est alors égale ou inférieure à 1,5 fois le plus grand diamètre des électrodes 19, 20, le rapport du moindre diamètre des électrodes 19, 20 au moindre diamètre de l'électrode auxiliaire 22 étant choisi entre 1,5 et 6. Ces rapports sont donnés pour les variantes du dispositif électronique à vide com- portant des électrodes de configuration compliquée. La commande du fonctionnement du dispositif électronique à vide réalisé suivant la deuxième variante se fait d'une façon analogue à celle de la première variante. La seule différence consiste en ce qutil y a une source d'alimentation auxiliaire 23. Il est aussi possible d'utiliser une variante dans laquelle l'électrode auxiliaire 22 est mise à la terre, la cathode 4 et l'électrode d'accélération 6 recevant alors les tensions correspondantes. Afin de pouvoir apprécier la qualité du fonctionnement du dispositif électronique à vide, la figure 3 donne un diagrane représentant le rapport entre, d'une part, le diamètre d'un faisceau d1électrons concentré à des énergies supérieures à 4 keV, et d'autre part son diamètre à une énergie de 4 keV, où sur l'axe des abscisses sont portées les valeurs de la tension U en kV de l'écran, et sur l'axe des ordonnées, leurapport d des diamètres. Le fonctionnement de la première variante de réalisation du dispositif électronique à vide à énergie réglable des électrons du faisceau proposé consiste en ce qui suit. Lorsqu'un signal venant du bloc 14 (figure 1) de commande du courant du faisceau d'électrons arrive au modulateur 5 delta source d'électrons 3, et qu'une tension d'accélération en provenance de la. source d'alimentation 18 est appli quée à l'électrode d'accélération 6, il se forme dans l'es- pacagent séparant la source d'électrons 3 de l'électrode d'accélération 6 en faisceau d'électrons 1 modulé en intensité de courant. On supposera qu'à l'écran 9 et, donc, à l'électro- de 8, est appliquée la moindre des deux tensions de travail prédéterminées. En faisant varier la valeur de la tension d'ayez lération à appliquer à partir de la source d'alimentation 18 à l'électrode d'accélération 6, on obtient sur l'écran 9 une image nette d'un "cross-over" (point de croisement) sous forme d'un spot de dimensions minimales. L'apparition dudit spot témoigne de la formation, entre la surface d'extrémité, tournée ers ltécran, de l'électrode d'accélération 6 et l'électrode 8, d'une lentille 11 de puissance déterminée. Lors d'une croissance de la tension, il se produit sur l'écran 9 une variation de la rëpar- tition du potentiel le long de l'axe du dispositif entre la surface d'extrémité, tournée vers l'écran 9, de ltélectrode d'accélération 6 et l'électrode 8, ainsi qu'un déplacement du plan principal de la lentille 11, ainsi formée, vers ladite surface dtextrémité de l'électrode d'accélération 6. Ainsi, -grgce au déroulement des deux phénomènes mentionnés (variation de la puissance de la lentille Il et déplacement du plan principal de celle-ci), le spot reste bien concentré sur l'écran 9 du dispositif électronique à vide. Le fonctionnement de la deuxième variante de mise en oeuvre du dispositif électronique à vide à énergie régla- ble des électrons du faisceau est analogue à celui du premier mode. La différence consiste en ce que la lentille de puissance variable Il (figure 2) est formée entre la surface d'extrémité, tournée vers l'écran 9, de l'électrode~auxiliaire 22 et la surface d'extrémité de l'électrode 20,- tournée vers la cathode 4. Comme on voit sur le diagramme de la figure 3, dans le dispositif électronique à vide à énergie réglable des électrons du faisceau proposé, le diamètre du- faisceau d'électrons 1 concentré sur ltécran 9 diminue avec la croissance de l'énergie des électrons du faisceau, alors qu'il existe dans les dispositifs connus deux points de focalisation optimale du faisceau d'électrons sur l'écran (par exemple, pour les valeurs de U égales à 6 et 12 kV), et on observe entreces points une augmentation négligeable du diamètre du faisceau d'électrons concentré et une défocalisation brusque pour les tensions se-situant avant le premier et après le deuxième point. L'application, dans le dispositif électronique à vide, de ladite lentille de puissance variable assure un pou voir de résolution élevé (Jusqu'd 2.500 lignes par écran) à des courants de faisceau allant jusqu'à 100pA. La puissance de ladite lentille variant simulta cément avec la variation du potentiel de 11 écran, et les potentiels des autres électrodes restant constants, la construction proposée du dispositif électronique à vide n'impose aucune limitation pour la rapidité de celui-ci, autrement dit, le seul élément déterminant la rapidité du dispositif électronique à vide est le conutateur haute tension, qui définit la valeur de l'énergie des électrons du faisceau à tout moment. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui ntont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. - Dispositif électronique à vide à énergie réglable des électrons du faisceau, du type comportant un système de focalisation assurant la constance de la focalisation du faisceau d'électrons sur l'écran du dispositif électronique à vide et dans lequel la première (suivant le sens de propagation du faisceau d'électrons) de deux électrodes axialement symétriques faisant partie de ee système de focalisation est électriquement reliée à une électrode d'accélération pour former le faisceau d'électrons, tandis que la deuxième éléctrode est électriquement reliée à l'écran, ledit dispositif électronique étant caractérisé en ce que le système de focalisation comporte, afin d'assurer aa constance de la focalisation du faisceau d'électrons sur l'écran, une lentille de puissance variable située entre l'électrode d'accélération et la deuxième électrode du système de focalisation et destinée à maintenir constante la focalisation da faisceau d'électrons lors des fluctuations de l'énergie des électrons de ce dernier. 2. - Dispositif électronique à vide selon la revendication 1, dans lequel, entre les électrodes axialement symétriques, est disposé un moyen en un matériau à haute résistivité, électriquement relié auxdites électrodes et permettant d'obtenir un champ électrique réparti, ledit dispositif électronique étant caractérisé en ce que l'électrode daccélération est disposée de façon qu'au moins l'une de ses surfaces d'ex- trémité, notamment celle tournée vers l'écran du dispositif électronique à vide, se trouve entre les électrodes axialement symétriques, dans la zone limitée par les valeurs de résistances allant de 1/25 à 5/6, suivant le sens de propagation du faisceau d'électrons, de la valeur totale de la résistance au courant électrique du moyen d'obtention du champ électrique réparti, et que ladite surface d'extrémité forme avec les électrodes axialement symétriques une lentille de puissance variable. 3. - Dispositif électronique à vide selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de focalisa- tion assurant la constance de la focalisation du faisceau d'électrons sur l'écran comporte une électrode auxiliaire placée en aval de l'électrode d'accélération (suivant le sens du faisceau d'électrons) et constituant avec lesdites électrodes axialement symétriques une lentille de puissance variable, la distance entre les surfaces d'extrémité, tournées vers l'écran, de l'électrode auxiliaire et de la première (suivant le sens de propagation du faisceau d'électrons) des deux électrodes axialement symétriques étant égale ou inférieure à 1,5 fois le plus grand diamètre des électrodes axialement symétriques, et le rapport entre, d'une part, le diamètre minimal des électrodes axialement symétriques, et d'autres part, le diamètre minimal de l'électrode auxiliaire étant choisi dans la gamme de valeurs allant de 1,5 à 6o