Brevet FR2502842A1 — publié le 19821001

CIBLE DE TUBE INTENSIFICATEUR DIMAGE ET TUBE INTENSIFICATEUR D'IMAGE A SORTIE VIDEO MUNI D'UNE TELLE CIBLE La présente invention concerne une cible de tube intensificateur dcimage. Elle se rapporte également aux tubes intensificateurs d'image à sortie vidéo munis d'une telle cible. La description suivante va essentiellement concerner les tubes intensificateurs d'image radiologique, couramment désignés par les initiales I.I.R., mais il est bien entendu que l'invention s'applique aussi aux tubes intensificateurs d'image lumineuse et aux tubes intensificateurs d'image de scintigraphie (rayonnement t). Dans les I.I.R., on désire disposer de cibles à gain variable, dont le gain, c'est-à-dire le nombre de photons émis pour chaque électron reçu par la cible, peut être multiplié par un facteur 100 environ. Ainsi l'I.I. R. peut, au choix, fonctionner en radiographie ou en radioscopie. En radiographie, le signal de sortie vidéo de l'I.I.R. permet la visualisation sur un écran de télévision de l'information contenue dans le faisceau de rayons X atteignant I'I.I.R.; l'image télévision est enregistrée sur film ou sur photo. Pour avoir un bon rapport signal/bruit, on doit envoyer pendant le temps d'exposition qui est court une dose de rayons X élevée. Il faut donc disposer- d'une cible de faible gain pour éviter sa saturation. En radioscopie, on se limite à observer directement l'écran de télévision. On envoie pendant le temps d'observation qui est rela- tivement long une faible dose de rayons X. Il faut alors disposer d'une cible de gain élevé pour obtenir une bonne image. On connait par la demande de brevet français N077.05031, publiée sous le NO 2.341.939, une cible d'I.l.R. à sortie vidéo qui présente un gain variable. Il s'agit d'une cible en silicium dont l'une des faces est recouverte d'une couche luminescente 12, elle-même recouverte d'une couche-barrière métallique 13. Le faisceau d'électrons 14 en provenance de la cathode de l'I.I.R. arrive sur la couche-barrière métallique qui le ralentit et ne laisse passer que les électrons de plus grande énergie. Ces électrons provoquent dans la couche luminescente la création de photons qui engendrent des porteurs de charges dans le silicium de la cible. Ces porteurs de charges déchargent des diodes, polarisées en inverse, et se trouvant sur l'autre face de la cible; enfin la répartition des charges sur l'autre face de la cible est explorée par le faisceau d'électrons d'un tube de prise de vue qui fournit le signal vidéo. La variation de gain de la cible est obtenue en faisant varier la tension d'accélération du faisceau de I'I.I.R. et en utilisant la relation non-linéaire qui existe, pour les couches-barrières métal- liques, entre la pénétration des électrons dans la couche-barrière et la tension d'accélération du faisceau d'électrons. Cette cible à gain variable selon l'art antérieur présente les inconvénients suivants: - - la résolution de l'l.I.R. est réduite du fait de l'utilisation de deux couches recouvrant la cible en silicium: la couche-barrière métal- lique et la couche luminescente; - la présence d'une couche-barrière métallique introduit du bruit et entraîne des défauts de l'image obtenue, comme cela est noté à la page 2, lignes 6 à 21 et à la page 5, lignes 27 à 31 de la demande de brevet citée. La présente invention concerne une cible à gain variable qui supprime ces inconvénients. La présente invention concerne une cible de tube intensi- ficateur d'image, ce tube comportant des moyens permettant de soumettre le faisceau d'électrons en provenance de sa photocathode à deux tensions d'accélération différentes. La cible selon l'invention comporte deux types de matériaux luminescents, de rendements lumineux différents, qui reçoivent l'im- pact du faisceau d'électrons. Des moyens assurent l'excitation du seul matériau luminescent de plus faible rendement lumineux par le faisceau d'électrons soumis à la plus faible tension d'accélération et assurent l'excitation du matériau luminescent de plus fort ren- dement lumineux par le faisceau d'électrons soumis à la plus forte tension d'accélération. Ainsi en passant d'une tension d'accélération à l'autre, on dispose d'une cible à gain variable dans de fortes proportions en jouant sur le rendement lumineux différent des deux matériaux luminescents constituant la cible. On n'utilise plus de couche- barrière métallique qui provoque du bruit et des défauts de l'image. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les deux matériaux luminescents de la cible émettent de la lumière de longueur d'onde différente et la cible comporte un filtre optique adapté qui transmet davantage la lumière émise par le matériau luminescent de fort rendement lumineux que celle émise par l'autre matériau luminescent. Ainsi, on obtient une cible dont le gain peut être multiplié par un facteur 100 environ. Enfin, selon un autre mode de réalisation préféré de l'inven- tion, les deux matériaux luminescents sont portés par une plaquette de fibres optiques et on obtient une meilleure résolution que dans le cas de l'art antérieur o la cible est en silicium, recouvert d'une couche luminescente et d'une couche-barrière métallique. D'autres objets, caractéristiques et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les figures annexées qui représentent: - la figure 1, le schéma d'un I.l.R. à sortie vidéo selon l'art antérieur; - la figure 2, le schéma d'un mode de réalisation d'une cible selon l'invention; - les figures 3 et 6 à 8, des schémas montrant, de façon plus détaillée que sur la figure 2, plusieurs modes de réalisation selon l'invention de la face de la cible qui reçoit le faisceau d'électrons en provenance de 1'I.I.R.; - la figure 4, la variation de la luminance en fonction de la tension d'accélération pour les matériaux luminescents L1 et L - la figure 5, les variations du coefficient de transmission du filtre optique 10 en fonction de la longueur d'onde; - les figures 9 et 10, deux modes de réalisation d'un I..R. à sortie vidéo comportant une cible selon l'invention. Sur les différentes figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments, mais, pour des raisons de clarté, les cotes et proportions des divers éléments ne sont pas respectées. La figure 1, représente le schéma d'un l.I.R. à sortie vidéo qui est globalement désigné par la référence 1. De gauche à droite sur la figure, on trouve d'abord l'I.I.R. puis le tube de prise de vue qui sont contenus dans la même enceinte à vide 2. Un faisceau de rayons X, après avoir traversé le corps à observer 3, pénètre dans l'I.I.R. par une fenêtre 4. L'I.I.R. comporte: - un écran d'entrée, constitué d'un scintillateur 5 et d'une photo- cathode 6 qui assurent la conversion des rayons X en photons - lumineux, puis en photo-électrons; - une optique électronique constituée de grilles g, g2 et g3 qui assurent la focalisation des électrons et les soumettent à une tension d'accélération; - une anode conique A; - une cible 7 qui reçoit sur sa face f1 l'impact du faisceau d'électrons. L'autre face f2 de la cible 7 est balayée ligne après ligne par un faisceau d'électrons produit par la cathode K, chauffée par un filament 8, du tube de prise de vue. Ce faisceau d'électrons est focalisé et accéléré par des grilles 94 à g7. Des bobines, non représentées, réalisent la concentration et la déviation du faisceau. Sur la cible 7, on recueille le signal vidéo de sortie S. La figure 2 représente le schéma d'un mode de réalisation d'une cible selon l'invention. : 5 Cette cible est constituée par une plaquette de fibres opti- ques, de 2 à 5 mm de longueur par exemple. La face f 1 de cette cible, c'est-à-dire celle qui est placée côté I.I.R., est représentée plus en détail sur la figure 3. Sur la figure 3, on constate que chaque fibre optique de la plaquette comporte un trou borgne qui est obtenu en éliminant, sur une profondeur de 5 pm par exemple, l'âme des fibres 12, sans toucher à leur enrobage 13. Cela peut, par exemple, être obtenu, par attaque chimique sélective des deux verres constituant l'âme et l'enrobage. On obtient ainsi des trous borgnes de 5 jum de pro- fondeurs, sur 5 pm de diamètre, par exemple, et qui sont séparés par des parois de 2 Hum par exemple. A l'intérieur de chaque trou, on dépose d'abord une couche de matériau luminescent L2, en grains, de fort rendement lumineux r2, puis une couchebarrière 14 et une autre couche de matériau luminescent L1, en grains également, mais de faible rendement lumineux r1. Avant de remplir les trous de la façon qui vient d'être exposée, on recouvre les parois latérales de chaque trou d'une mince couche métallique 15. Il s'agit généralement d'aluminium, évaporé sous vide, avec une incidence adaptée. Lorsque les trous sont remplis, on recouvre également d'une mince couche métallique 15 la couche L1. L'I.LR. comporte des moyens, il s'agit d'un dispositif de commutation manuel ou automatique, qui permettent de soumettre le faisceau d'électrons en provenance de sa photocathode à deux tensions d'accélération distinctes, V1 et V2, égales par exemple à 10 KV et 30 KV. On sait choisir la nature, l'épaisseur des matériaux lumines- cents L1, L2 et de la couche-barrière 14 de la figure 3 pour que seul le matériau luminescent L1 de plus faible rendement lumineux soit excité par le faisceau d'électrons soumis à la plus faible tension d'accélération V1, et pour que le matériau luminescent L de plus fort rendement lumineux soit principalement excité par le faisceau d'électrons soumis à la plus forte tension d'accélération V2. D'autres moyens permettant d'obtenir ce résultat seront pré- sentés par la suite; ils diffèrent de ceux présentés, par exemple, par l'absence de couche-barrière ou par le fait que les matériaux luminescents ne sont pas en grains mais en couche mince trans- parente, obtenue par évaporation sous vide de leur matériau cons- titutif. La figure 4, représente les variations de la luminescence. L en fonction de la tension d'accélération pour les matériaux L1 et L2. La densité de courant du faisceau incident étant constante, la luminance croit avec la tension d'accélération à partir d'une valeur de seuil V01 pour L1, V02 pour L2 et la croissance est plus rapide pour L2 que pour L1. Lorsqu'un faisceau d'électrons en provenance de la photo- cathode du tube.I.R. arrive sur la face f1 de la cible 7, il traverse la couche métallique 15, puis pénètre dans la première couche de matériau luminescent L1. Si ce faisceau est soumis à la plus faible tension d'accélération VI, une partie, 50 % par exemple, des électrons du faisceau ne dépasse pas la couche L1 et les autres 50 % ne dépassent pas la couche-barrière. L'excitation de la couche L1 produit de la lumière, en asez faible quantité à cause du faible rendement lumineux de cette couche. La surface externe de la couche L1 et les- parois de chaque trou borgne étant recouverts de la mince couche métallique 15, la lumière émise par la couche L1 de chaque fibre se propage le long de la fibre vers la face f2 de la cible 7. Il n'y a pas de diffusion de la lumière et on conserve la même résolution que celle de la plaquette de fibres. Si le faisceau est soumis à la plus forte tension d'accélération V2, une partie 15 % par exemple, des électrons du faisceau ne dépasse pas la couche L1, une autre partie, 35 % par exemple, ne dépasse pas la couchebarrière et le restant vient exciter la couche L de fort rendement lumineux. On comprend aisément que pour la tension d'accélération V la quantité de lumière émise est bien supérieure à celle qui est émise pour la tension d'accélération V1. Pour V1 = 10 KV et V2 = 30 KV, et avec un rapport des rendements lumineux r2 / r1 de l'ordre de 5, on obtient un gain qui peut être multiplié par un rapport 20 environ. Il est possible d'obtenir un gain variable qui peut être multiplié par un rapport 100 environ en utilisant des matériaux luminescents Li et L2 qui émettent de la lumière de longueur d'onde différentes et 2u2' du rouge et du vert par exemple, et en utilisant un filtre optique adapté qui transmet d'avantage la lumière émise par le matériau luminescent L de fort rendement lumineux que celle émise par l'autre matériau luminescent L1. Le matériau luminescent en grains 1I qui émet de la lumière rouge peut être constitué par exemple d'oxysulfure d'yttrium dopé à l'europium ou doxyde d'yttrium dopé à l'europium, de granulométrie inférieure à 1 Pm. Le matériau luminescent en grains L2 qui émet, de la lumière verte peut être constitué par exemple de sulfure de zinc cadmium dopé à l'argent, de granulométrie inférieure à 2 pm. La couche L1 est une monocouche d'épaisseur inférieure à 1 em et la couche L2 a une épaisseur de 4 Vm par exemple. Sur la figure 5, on a représenté les variations du coefficient de transmission T du tel filtre optique adapté en fonction de la longueur d'onde On adapte le coefficient de transmission T1 du filtre pour 1 et le coefficient de transmission T2 du filtre pour ?; 2' pour obtenir un gain multiplié par un rapport 100, ou même plus si nécessaire. La lumière émise par les matériaux luminescents Li et L2 se propage le long des fibres optiques jusqu'à la face opposée f2 de la cible 7, dont on va examiner la structure sur la figure 2. La face f2 de la cible 7 est recouverte d'une couche mince transparente conductrice 9, qui est obtenue par évaporation sous vide. Cette couche peut être constituée d'oxyde d'étain SnO2, d'oxyde d'indium ln2 O3, d'oxyde de cadmium Cd O3Y d'oxyde de manganèse Mn O, ou de mélanges de ces oxydes. Pour obtenir un gain qui- peut être multiplié par 100, on recouvre la couche 9 par le filtre optique adapté 10. Ce filtre peut être obtenu par évaporation d'un matériau en couche très mince, inférieure au micron et en agissant sur l'épais- seur de la couche pour modifier la transmission, comme cela est connu. On peut évaporer du diphtalocyanure de lutécium par exemple. Sur le filtre 10, est déposée une cible photosensible dassique Il de tube de prise de vue. Il peut s'agir d'une couche photo- conductrice continue ou de diodes polarisées en inverse. Cette couche photoconductrice peut être constituée de tri- sulfure d'antimoine, de sélénium amorphe, d'un composé amorphe de tellure de sélénium, de soufre et d'arsenic, ou encore d'une couche d'oxyde de plomb. Cette cible est lue ligne après ligne par le faisceau d'électrons du tube de prise de vue. Il est bienVentendu que s'il est suffisant d'obtenir un gain qui peut être multiplié par un rapport 20 environ, on peut utiliser des matériaux luminescents émettant de la lumière de même longueur d'onde et on peut supprimer le filtre optique adapté. Selon un autre mode de réalisation de l'invention,la face f2 de la plaquette peut, comme la face f 1, comporter des trous borgnes remplis par les trois couches 9, 10, 11. Les figure 6, 7 et 8, représentent d'autres modes de réalisation de la face f1 de la cible. Dans tous ces modes de réalisation, la cible est constituée par une plaquette de fibres optiques. Sur la figure 6, comme sur la figure 3, chaque fibre comporte un trou borgne. A l'intérieur de chaque trou, on dépose d'abord une couche de matériau luminescent L2, en grains, de fort rendement lumineux r2, puis, on dépose une couche évaporée L1 de matériau luminescent, de faible rendement lumineux r1. La couche évaporée L1 peut être choisie pour qu'il n'y ait pas besoin de couche-barrière intercalée entre les couches L1 et L2, et que la plus faible tension d'accélération V1 ne provoque l'excitation que de la couche L1 et la plus forte tension d'accélération V2 provoque l'excitation de la couche L2. La couche évaporée L1 peut aussi être choisie de rendement lumineux suffisamment faible pour obtenir un gain qui soit multiplié par 100 environ lorsqu'on passe de V1 à V2 et sans qu'il soit besoin de filtre optique adapté. Comme dans le cas de la figure 3, pour conserver la résolution de la plaquette de fibres optiques, les parois latérales des trous borgnes et la surface externe de la couche L1 sont recouverts d'une mince couche métallique 15. La figure 7 représente un mode de réalisation de la face f1 de la cible dans lequel la surface de la plaquette, est recouverte de deux couches évaporées L1 et L2 de matériau luminescent, de rendements lumineux différents. Une couche-barrière 14, également obtenue par évaporation sous vide, peut être si nécessaire interposée entre les coucèes L1 et L2. Une mince couche métallique 15 recouvre la surface externe de la couche L1 de faible rendement lumineux. L'utilisation de couches minces L1, L2 et 15, obtenues par évaporation sous vide de leurs matériaux constitutifs, permet d'obtenir une cible présentant une bonne résolution sans qu'il soit - nécessaire de creuser les fibres. Dans le mode de réalisation de la face f1 de la cible qui est représenté sur la figure 8, l'âme 12 des fibres fait saillie à la surface de la plaquette. Cela peut, par exemple, être obtenu par attaque chimique sélective des deux verres constituant l'âme et l'enrobage, comme c'était le cas pour lobtention des trous borgnes des figures 3 et 6, mais là, c'est l'enrobage des fibres qui est éliminé. Comme dans le cas de la figure 7, on dépose à la surface de chaque âme, deux couches évaporées L1 et L2 de matériau lumines- cent de rendements lumineux différents. Une mince couche métal- lique 15 recouvre la couche L1 et une couche-barrière évaporée peut si nécessaire être utilisée. La couche 1i peut être constituée d'oxyde ou d'oxysulfure d'yttrium dopé à l'europium et la couche L2 peut être constituée d'oxysulfure d'yttrium dopé au terbium. Ces deux couches sont déposées de façon classique par canon électronique. Selon un autre mode de réalisation de l'invention qui n'est pas représenté sur les figures, la cible peut être constituée, non plus par une plaquette de fibres optiques, mais par un substrat semi- conducteur, -en silicium, par exemple. La surface du silicium est alors recouverte des deux couches L1 et L2 qui sont de préférence des couches évaporées de matériau luminescent et non du matériau luminescent en grains, de façon à améliorer la résolution. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, on n'utilise plus deux couches de matériaux luminescents superposées et éven- tuellement séparées par une couche-barrière. On utilise deux types de matériaux luminescents en grains, de rendement lumineux dif- férents, mais les grains des deux matériaux sont mélangés et les grains de l'un des matériaux sont recouverts d'une couche-barrière. Les figures 9 et 10, représentent deux modes de réalisation d'un I.I.R. à sortie vidéo comportant une cible selon l'invention. Contrairement au mode de réalisation de la figure 1, le tube M.I.R. 20 et le tube de prise de vues 21 sont situés dans deux enceintes à vide distinctes. Sur la figure 9, le tube I..R. comporte une cible 7 telle que celle qui est représentée sur la figure 2, qui est constituée d'une plaquette de fibres optiques dont les faces f1 et f2 sont recouvertes de plusieurs couches L1, L2, 15 et 9, 10, 1. On fixe à l'aide d'une collerette 12, en scellement pyrocéram par exemple, l'enceinte du tube de prise de vue sur celle de l'I.I.R.. Ce mode de réalisation de l'l.I.R. permet d'éviter de faire subir au tube de prise de vue les températures élevées nécessitées pour la réalisation de 1'l.l.R.. De plus, on peut tester le fonctionnement de l'I.I.R. avant d'adapter le tube de prise de vue. Sur la figure 10, l'I.I.R. 20 et le tube de prise de vue 21 sont couplés par deux plaquettes de fibres optiques distinctes 22 et 23. T 'OI T 6 SaqpnoD seat Qt,!oap Op aDe es.ms.alod anA op as!jd ap aqni np gz.nnbeld el 8 g 9)a ç saOn!I sa ais 'aldwaxa aed ',auas.aada a la atuuoD T la Z1 Ta saqDno: sal TI aqpne ap a3e; s mns ap.od ' I'hl ap ZZ azanb eld uouAu p uouauI ap uo!eseaj ap ?aopad apow un uolaS Il Z SZOSZ f REVENDICATIONS 1. Cible de tube intensificateur d'image, ce tube comportant des moyens permettant de soumettre le faisceau d'électrons en provenance de sa photocathode à deux tensions d'accélération dif- férentes, caractérisée en ce qu'elle comporte deux types de maté- riaux luminescents (L1 et L2), de rendement lumineux différents (r1 et r2, qui reçoivent l'impact du faisceau d'électrons, et des moyens (14) assurant l'excitation du seul matériau luminescent (L1) de plus faible rendement lumineux (r1) par le faisceau d'électrons soumis à la plus faible tension d'accélération (V1) et assurant l'excitation du matériau luminescent (L2) de plus fort rendement lumineux (r2) par le faisceau d'électrons soumis à la plus forte tension d'accélération (V2). 2. Cible selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux matériaux luminescents (L1 et L2) émettent de la lumière de longueur d'onde différente ( t et ?s 2)' et en ce qu'elle comporte un filtre optique adapté (10) qui transmet davantage la lumière émise par le matériau luminescent (L2) de fort rendement lumineux que celle émise par l'autre matériau luminescent (L1). 3. Cible selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les deux matériaux luminescents (L1 et L2) sont portés par une plaquette de fibres optiques. 4. Cible selon la revendication 3, caractérisée en ce que les deux matériaux luminescents (L1 et L2) sont contenus dans des trous borgnes obtenus en creusant Pâme (12) des fibres, les parois laté- raIes de ces trous étant recouvertes d'une mince couche métallique (15). 5. Cible selon la revendication 4, caractérisée en ce que les trous borgnes contiennent deux couches de matériau luminescent en grains (L1 et L2) séparées par une couche-barrière (14), la couche de matériau luminescent (L2) de plus fort rendement lumineux étant située au fond des trous et la couche de matériau luminescent (L1) de plus faible rendement lumineux étant recouverte d'une mince couche métallique (15). 6. Cible selon la revendication 4, caractérisée en ce que les trous borgnes contiennent une couche de matériau luminescent en grains (L1) de fort rendement lumineux recouverte d'une couche évaporée (L2 de matériau luminescent de faible rendement lumi- neux, cette couche évaporée étant recouverte d'une mince couche métallique (15). 7. Cible selon la revendication 3, caractérisée en ce que la surface de la plaquette de fibres optiques est recouverte de deux couches évaporées de matériau luminescent (L1 et L2), la première (L2) de fort rendement lumineux et la deuxième (L1) de faible rendement lumineux, cette deuxième couche (LI), étant recouverte d'une mince couche métallique (15). 8. Cible selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'à la surface de la plaquette, l'âme des fibres (12) fait saillie, l'âme des fibres, étant recouverte de deux couches évaporées de matériau luminescent (L1 et L2), la première (L2) de fort rendement- lumineux et la deuxième (L1) de faible rendement lumineux, cette deuxième couche (L1) étant recouverte d'une mince couche métallique (15). 9. Cible selon l'une des revendications 6, 7 ou 8, caractérisée en ce qu'une couche-barrière (14) est intercalée entre les deux couches de matériaux luminescents (L1 et L2). 10. Cible selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les deux matériaux luminescents (L1 et L;) sont portés par un substrat semi-conducteur. Il. Cible selon l'une des revendications 3 à 10, caractérisée en ce qu'elle comporte, sur sa face opposée à celle recouverte de matériaux luminescents (L1, IL2), une cible photosensible (11) de tube de prise de vue. 12. Cible selon la revendication 11, caractérisée en ce que le filtre optique (10) est placé avant la cible photosensible (I1). 13. Cible selon l'une des revendications Il ou 12, caractérisée en ce que les matériaux luminescents sont portés par une plaquette de fibres optiques qui comporte sur sa face opposée à celle recouverte de matériaux luminescents, des trous borgnes, chacun de ces trous borgnes comportant une partie de la cible photosensible (11) et éventuellement du filtre optique (10). 14. Tube intensificateur d'image à sortie vidéo, muni d'une cible selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte un tube de prise de vue (21) qui émet un faisceau d'électrons balayant la cible photosensible (11). 15. Tube selon la revendication 14, caractérisé en ce que le tube intensificateur d'image (20) et le tube de prise de vue (21) sont situés dans la même enceinte à vide. 16. Tube selon la revendication 14, caractérisé en ce que le tube intensificateur d'image (20) et le tube de prise de vue (21) sont situés dans deux enceintes à vide distinctes. 17. Tube intensificateur d'image à sortie vidéo muni d'une cible selon l'une des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que la cible (7) à plaquette de fibres optiques de l'intensificateur d'image (20) est couplée à l'aide d'une autre plaquette de fibres optiques (23) à un tube de prise de vue (21). 18. Tube selon l'une des revendications 14 à 17, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un tube intensificateur d'image radiologique.