Brevet FR2478373A1 — publié le 19810918

La présente invention concerne les tubes électroniques convertisseurs d'image tels que les amplificateurs pour faible niveau de lumière et les intensificateurs d'image pour rayons X. Dans ces tubes, l'image de sortie est produite sur un écran fluorescent bom- bardé par des électrons et elle est observée à travers une fenêtre transparente étanche au vide. Lorsque la lumière traverse la fenêtre de sortie, une partie de cette lumière est réfléchie à la frontière extérieure verre-air. La lumière réfléchie frappe la surface intérieure verre-vide à différents points qui peuvent être des régions sombres de l'image. La lumière peut être à nouveau réfléchie sur cette surface par la discontinuité d'indice de réfraction ou elle peut être diffusée par l'écran à luminophores. Dans les tubes image de télévision, il est courant d'améliorer le contraste en réalisant la fenêtre de sortie en un verre qui absorbe partiellement la lumière. L'image directe désirée ne traverse qu'une seule fois la fenêtre, tandis que la lumière réfléchie doit la traverser au moins trois fois. Le rapport entre la lumière réfléchie et la lumière directe est ainsi amélioré d'une valeur au moins égale au carré du coefficient de transmission de la fenêtre. Dans les tubes de télévision, la fenêtre absorbante a égale- ment l'avantage d'atténuer la lumière ambiante réfléchie, qui doit traverser la fenêtre au moins deux fois, alors que la lumière de l'image ne la traverse qu'une seule fois. Ce principe -n'a pas été appliqué de manière générale aux tubes électroniques convertisseurs d'image, du fait que ces tubes sont soumis à la contrainte qui consiste dans l'obtention d'un gain optique global suffisant, et en particulier du fait que le gain peut être très variable d'un tube à un autre dans le même lot de fabrica- tion. De plus, les tubes convertisseurs d'image sont traditionnelle- ment vendus avec des spécifications de rapport de contraste entre de grandes zones brillantes et sombres. La dégradation due à des réflexions multiples se produit dans des zones relativement plus petites qui ont cependant davantage d'importance réelle pour le contenu d'information de l'image. Un but de l'invention est de réaliser un tube convertis- seur d'image ayant un contraste amélioré. Un autre but est de réaliser un tube ayant un contraste amélioré et un gain satisfaisant. On parvient à ces buts en réalisant le tube avec une fenê- tre d'observation de sortie pratiquement transparente, en mesurant le gain, en choisissant un filtre qui absorbe autant de lumière qu'on le désire, sans réduire le gain au-dessous d'un minimum accep- table, et en fixant le filtre sur la face extérieure de la fenêtre de sortie, de façon qu'il soit en contact optique avec cette sur- face. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la des- cription qui va suivre de modes de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une coupe schématique d'un tube intensifica- teur d'image pour rayons X. La figure 2 est une coupe schématique de la fenêtre de sortie montrant les réflexions internes de la lumière. La figure 3 est un graphique de l'intensité lumineuse au voisinage d'un point brillant. La figure 4 est une coupe schématique d'une fenêtre corres- pondant à l'invention. La figure 5 est une coupe schématique d'un mode de réalisa- tion différent de l'invention. La figure 1 représente sous forme schématique une coupe axiale d'un tube intensificateur d'image pour rayons X. Ce tube com- porte par exemple une enceinte à vide 10, en verre. On utilise égale- ment des enceintes métalliques. La "fenêtre" d'entrée 12, convexe, est transparente aux rayons de l'image de rayons X qu'elle reçoit. Une couche de luminophores 14 est déposée du côté intérieur de la fenêtre 12 et lorsque cette couche est excitée par les rayons X, elle émet de la lumière visible. Une couche mince de photocathode 16 est déposée sur la couche de luminophores14 et elle émet des électrons lorsqu'elle est excitée par la lumière visible. Une con- nexion 17 passant par une traversée hermétique fournit des électrons de remplacement à la photocathode 16. Il existe souvent une couche conductrice très mince (non représentée) entre la couche de lumino- phores 14 et la photocathode 16, pour mieux fournir les électrons à toutes les parties de la photocathode 16. Les électrons sont extraits de la photocathode 16 par dès électrodes de focalisation 18,22 qui reçoivent des potentiels de plus en plus positifs par l'intermédiaire de traversées20,24.L'action qui s'exerce sur les électrons leur fait décrire des trajectoires 25 qui sont de façon générale radiales et rectilignes,et les électrons sont accélérés en direction d'une anode hémisphérique 26 qui reçoit le potentiel le plus positif par une traversée 28. Les électrons sont focalisés dans une ouverture centrale 30 de l'anode 26, puis ils divergent pour frapper l'écran fluorescent de sortie 32. La lumière visible qui est produite dans l'écran 32 est une image géométrique de la configuration de rayons X sur la couche de luminophores d'entrée 14. La lumière visible traverse une fenêtre de sortie transparente 34 en verre plat au point de vue optique, et elle est observée au moyen d'un système de réception 36 approprié qui peut être un dispositif de grossissement optique, un appareil photographique ou une caméra de télévision. On n'observe généralement pas l'image de façon directe (comme il est représenté), du fait que l'écran de sortie 32 est déli- bérément beaucoup plus petit que l'écran d'entrée 14, afin d'augmen- ter sa luminosité. La figure 2 représente à plus grande échelle quelques réflexions et diffusions internes qui dégradent le contraste dans l'image optique. Un rayon électronique 40 est absorbé dans l'écran à luminophores 32' représenté ici avec une épaisseur fortement accrue. La lumière visible produite est émise dans toutes les directions. L'écran à luminophores 321 est, de façon caractéristique, couvert d'une couche mince transparente aux électrons 41, par exemple en alu- minium, qui réfléchit las lumière qui retourne vers la photocathode. On a représenté les chemins de deux rayons optiques 42, 58, pris à titre d'exemple. Le rayon 42 qui est émis sous un angle élevé par rapport à la surface 44 de la fenêtre 34' est réfracté à la surface 44 qu'il traverse en direction d'un point image optique 36'. La discontinuité d'indice de réfraction à la surface 44 produit un rayon de réflexion partielle 48 qui retourne vers l'écran à luminophores 32' à un point 50 distant de celui correspondant au rayon électronique 40. A ce point, le rayon 48 est diffusé et un rayon 54 retourne et est réfracté à la surface 44 pour donner le rayon observé 56, apparais- 2478-v 73 sant sous forme de lumière parasite provenant d'un point qui devrait être sombre. Cette lumière 48 réfléchie de façon interne peut être réduite par un revêtement anti-réflexion bien connu placé sur la surface de sortie 44. Cependant, la réduction ne peut pas être com- plète pour tous les angles d'incidence. Un second rayon 58 provenant du point lumineux frappe la surface de sortie 44 sous un angle suffisamment faible pour qu'un rayon 60, subissant une réflexion interne totale, retourne vers la surface intérieure au point 62. Certaines particules de l'écran à luminophores 32' sont en contact optique avec le verre 34' de la fenêtre et diffusent une partie du rayon réfléchi 60, en donnant des rayons 64 qui divergent de façon aléatoire. Un rayon 66 faisant partie des rayons 64 est réfracté au niveau de la surface de verre 44 pour donner le rayon 68 qui entre dans le récepteur 36'. Une par- tie du rayon réfléchi 60 n'est pas diffusée au point 62 mais subit à nouveau une réflexion interne totale pour donner un rayon 70. Cependant, sous l'effet de réflexions successives, la majeure partie de la lumière soumise à une réflexion interne totale finit par être diffusée et elle se manifeste par une lumière de fond diffuse qui réduit le contraste. Un anneau de verre sombre entourant la zone d'image absorbe la lumière réfléchie restante. Les revêtements anti- réflexion n'agissent pas sur la réflexion interne totale. Dans la description qui précède, on a considéré des rayons lumineux particuliers à titre d'exemples des phénomènes de réduction de contraste. Naturellement, la lumière émise et diffusée par l'écran à luminophores est émise dans toutes les directions. Ainsila lumière parasite se manifeste sous la forme d'un fond diffusé autour du point brillant. Sur la figure 3, la courbe 72 est une représentation de la luminosité de l'écran près d'une petite zone éclairée 74. La lumino- sité diminue rapidement au bord de la zone 74, mais elle atteint à une plus grande distance un pic secondaire large 76 (halo). Ceci est associé à la distance à laquelle la première réflexion interne totale atteint l'écran. Pour des distances supérieures, la luminosité - décroît régulièrement jusqu'à une limite correspondant à un fond 24 78 3 7 3 général 78. Dans l'industrie des tubes image on spécifie habituelle- ment le rapport de contraste entre une grande zone brillante et une grande région sombre qui en est bien éloignée. Les effets qui sont représentés sur la figure 3 montrent que la perte de contraste peut être très supérieure entre des régions très voisines, dont la réso- lution est encore plus importante pour la qualité de l'image. Le con- traste spécifié n'est donc pas une bonne mesure de la qualité de l'image. La figure 4 est une coupe schématique d'un écran de sortie et d'une fenêtre correspondant à l'invention. A l'extérieur de la fenêtre 34'' (du côté de l'air) se trouve une couche 80 d'une matière partiellement absorbante, comme du verre sombre. La couche 80 est en contact optique avec la fenêtre 34"', étanche au vide par exemple par l'intermédiaire d'un joint 82 en un adhésif optique. Le rayon lumineux direct 42' n'est ni réfracté ni réfléchi au niveau du joint 82 du fait que les deux verres ont approximativement les mêmes indices de réfraction. Le rayon direct 42' est réfracté à la surface extérieure 44' du filtre 80 pour donner le rayon image reçu 46'.Une certaine lumière est perdue dans le filtre 80. L' intensité est indi- quée par la fraction en pointillés correspondant au rayon 46'. La lumière parasite 68' provenant du rayon 58', soumis à une réflexion interne totale, doit traverser trois fois le filtre 80 avant d'attein- dre le récepteur 36"'. Le rapport entre le rayon image direct 46' et le rayon parasite 68' est donc amélioré de la valeur T2, en désignant par T le coefficient de transmission de la couche de filtre 80. Comme on l'a indiqué précédemment, on peut parvenir à cette amélioration en réalisant la fenêtre 34 avec un verre partiellement absorbant. Ceci fait apparaître le problème qui consiste en ce qu'il est impossible de connaître l'amplification quantique globale entre le photon X d'entrée et les photons de lumière visible de sortie, avant que le tube image soit construit. On ne connaît donc pas la quantité de lumière qu'on peut sacrifier pour l'absorption dans la fenêtre. Confor- mément à l'invention, le filtre 80 est réalisé sous la forme d'un élé- ment séparé, fixé à la fenêtre transparente 34'' une fois que le tube image a été terminé et testé. Les tests indiquent la valeur du gain qu'on peut sacrifier, ce qui permet de choisir pour le filtre 80 un 2 4 78 3 73 coefficient d'absorption qui ne réduise le gain global que jusqu'à un niveau demeurant acceptable. Le fabricant peut ainsi réaliser un com- promis entre le gain et le contraste pour satisfaire les exigences du client. La figure 5 est une coupe schématique d'un autre mode de réalisation. A la place d'une plaque de verre absorbant 80, on emploie une couche 84 de polymère organique, constituant un filtre gris, en tant qu'élément absorbant. Ces filtres, comme par exemple la série de la marque Wratten, existent en une gamme de transmittances très étendue et ils sont très bon Pkrché. Le filtre organique 84 peut étre couvert par une dalle de verre transparente 86 pour assurer la protection mécanique. La fenêtre 34''', le filtre 84 et la dalle 86 sont tous en contact optique, par exemple au moyen d'un adhésif optique, pour éviter les réflexions internes. Un avantage des filtres organiques 84 consiste en ce qu'on peut avoir la même épaisseur pour toute la série de transmittances, si bien que la position de l'image optique est la même pour tous les tubes. On peut également donner une épaisseur cons- tante aux filtres de verre de la figure 4, mais ceci nécessiterait de disposer de stocks de nombreux types de verre différents, ce qui serait relativement coûteux. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent etre apportées au dispositif et au procédé décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invention. 2 4 78 3 7 3 REVENDICATIONS 1. Tube convertisseur d'image caractérisé en ce qu'il com- prend un écran à luminophores de sortie (32), une fenêtre pratique- ment transparente (34) étanche au vide et qui permet d'observer l'écran de sortie, et des moyens de filtrage (80,84) ayant une trans- mission optique notablement inférieure à celle de la fenêtre, ces moyens de filtrage étant en contact optique avec la surface de la fenêtre située du côté opposé à l'écran. 2. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de filtrage consistent en une couche de verre partiellement absorbant (80). 3. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de filtrage consistent en une couche d'une matière plastique organique partiellement absorbante (84). 4. Tube selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche de matière plastique est couverte par une couche de verre pratiquement transparent (86). 5. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'écran à luminophores est déposé du côté de la fenêtre duquel règne le vide. 6. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite transmission est choisie de façon à être compatible avec le gain quantique du tube. 7. Procédé de fabrication d'un tube convertisseur d'image comprenant un écran à luminophores de sortie (32) et une fenêtre pra- tiquement transparente (34)étanche au vide et permettant d'ob- server l'écran, caractérisé en ce que: on assemble le tube, on fait le vide dans le tube et on le traite, on mesure le gain du tube, on choisit ui filtre de sortie (80,84) ayant une transmission optique suffisante pour que le gain, filtre compris, soit supérieur à la valeur imposée, et on fixe ce filtre en contact optique avec la fenê- tre. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on dépose l'écran à luminophores, du côté de la fenêtre duquel règne le vide. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que 24 78 3 73 l'indice de réfraction du filtre est approximativement égal à celui de la fenêtre de sortie. 10. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le filtre consiste en une couche de verre partiellement absorbant (80). 11. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le filtre consiste en une couche d'une matière plastique organique par- tiellement absorbante (84). 12. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on couvre en outre la matière plastique organique d'une couche de verre pratiquement transparent (86).