Brevet FR2527836A1 — publié le 19831202

La présente invention se rapporte aux tubes intensificateurs d'image du type utilisé dans les systèmes de vision nocturne et concerne plus particulièrement un tube intensificateur d'image à voile de lumière parasite réduit, et concerne aussi une méthode de fabrication d'un tel tube intensificateur d'image. Les tubes intensificateurs d'image multiplient la quantité de lumière incidente qu'ils reçoivent et fournissent ainsi une augmentation la lumière sortante qui peut être fournie soit à un appareil de prise de vues, soit directement à un observateur Ces dispositifs sont particuliè- rement utiles pour fournir des images de régions sombres et possèdent des applications industrielles et militaires Par exemple, ces disposi- tifs sont utilisés pour augmenter la vision nocturne des aviateurs, pour photographier des objets non-terrestres, et pour offrir des possibilités de vision nocturne à des personnes souffrant de retinis pigmentosa (héméralopie). Les tubes intensificateurs d'image modernes utilisent une pla- que à micro-canaux (souvent désignée par l'abréviation anglo-saxonne "MPC") qui est une mince plaque de verre dotée d'une matrice de trous microscopiques qui la traversent Chaque trou est capable d'agir comme un multiplicateur-d'électrons du type à canal, à émission secondaire. Lorsque la plaque à micro-canaux est placée dans le plan d'une image électronique, dans un tube intensificateur, on peut obtenir un gain pouvant atteindre jusqu'à plusieurs milliers de fois, et une résolution extrêmement poussée Comme, dans une plaque à micro-canaux, chaque canal opère presque indépendamment de tous les autres, il en résulte qu'une brillante source ponctuelle de lumière va saturer quelques canaux mais ne va pas s'étendre sur des zones adjacentes Cette caractéristique de "localisation de la saturation" confère à ces tubes une plus grande immunité au flou dans les zones brillantes Toutefois, ces tubes souf- frent d'un problème connu sous le nom de "voile de lumière parasite". Ce voile résulte de ce que de la lumière diffusée arrive sur l'entrée de lumière ou surface focale du tube Dans l'intensificateur d'image, cela se traduit par une perte de contraste par apport de lumière dans les régions les plus sombres de l'image, et par une diminution de la visibi- lité des objets petits ou peu contrastés En fait, dans les cas extra- mes, cela peut conduire à une perte totale de l'information d'image dans une partie substantielle du champ de vision. Le voile de lumière parasite est de en premier lieu à la lumière d'incidence anormale, qui est réfléchie à l'intérieur du tube et qui est intensifiée de sorte qu'elle apparait, dans le champ de vision, sous forme d'images indésirables Les sources du voile de lumière para- site sont des rayons lumineux intenses situés en dehors du champ de vision normal, donc angulairement éloignés de l'axe de vision La lumière émanant de sources extérieures au champ de vision normal est réfléchie par le tube et provoque le voile de lumière parasite indésirable. Dans l'art antérieur, diverses tentatives ont été faites pour éliminer ou atténuer le voile de lumière parasite, en ajoutant au tube une matière qui absorbe la lumière d'incidence anormale et l'empêche d'être réfléchie vers l'intérieur du tube Par exemple, on a formé des anneaux noirs sur la surface réfléchissant la lumière d'incidence anormale, et ces anneaux ont été retenus en place en scellant une bague de verre sur la surface, ou en faisant fondre une bague de verre sur la surface, pour emprisonner l'anneau entre surface réfléchissante et ba- gue en verre Cela s'est avéré difficile à réaliser et très onéreux Une autre technique a-consisté à aménager, par attaque chimique, une gorge entre la surface d'entrée de lumière et la lumière réfléchissante, et à remplir cette gorge avec un matériau absorbant la lumière Cela aussi s'est avéré difficile à réaliser et très onéreux. La présente invention a pour but de parvenir à un tube inten- sificateur d'image, économique à fabriquer et avec lequel le voile de lumière parasite sera réduit Un autre but de l'invention est de parvenir à une méthode très économique et efficace pour fabriquer un tel tube. Un tube intensificateur d'image est formé avec une plaque fron- tale faite d'un matériau optique pour transmettre la lumière, et avec des moyens photoémissifs pour émettre des électrons en réponse à la lumière transmise au travers de ladite plaque frontale La fabrication du tube selon l'invention comporte une étape dans laquelle on forme, dans la plaque frontale, au voisinage de toute surface qui serait susceptible de réfléchir la lumière d'incidence anormale vers lesdits moyens photo- émissifs, une couche de matériau optique colorée, faiblement réfléchissante, absorbant la lumière. Le tube ainsi formé comporte: la plaque frontale aménagée pou: recevoir la lumière incidente et la transmettre, les moyens photoémissifs pour émettre les électrons et une plaque à micro-canaux pour amplifier les électrons émis La plaque frontale comporte aussi une surface o la lumière arrivant selon une incidence anormale pourrait être réfléchie vers les moyens photoémissifs et la couche colorée est formée dans la région adjacente à cette surface. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'un tube intensifica- teur d'image; la figure 2 est une vue partielle, en coupe, d'une plaque fron- tale en verre utilisable dans le tube intensificateur d'image selon la présente invention; et la figure 3 est une vue en coupe partielle d'un tube intensi- ficateur d'image réalisé conformément à la présente invention. La figure 1 représente une vue simplifiée, en perspective, d'un tube intensificateur d'image, 10 Ce tube intensificateur 10 comporte une enveloppe cylindrique 11 dans laquelle est logée une plaque frontale antérieure 12 faite d'une matière optique aménagée pour recevoir et trans- mettre de la lumière La plaque frontale 12 est normalement scellée à l'intérieur de l'enveloppe Il et est entourée par une bride périphérique Des rayons lumineux provenant du champ de vision (ces rayons étant repérés sur la figure 1 par la mention "sur l'axe" désignant une incidence normale) pénètrent dans la plaque frontale 12 et sont dirigés vers les moyens électroniques de l'intensificateur d'image o leur amplitude est accrue Des rayons lumineux provenant de l'extérieur du champ de vision (ces rayons étant repérés sur la figure 1 par la mention "hors axe" dé- signant une incidence angulairement éloignée de la normale, brièvement dite "anormale" dans ce qui suit) sont réfléchis sur une surface inté- rieure du tube 10 et sont renvoyés aux moyens électroniques o leut am- plitude est également augmentée Cette lumière d'incidence "anormale" est la source du voile de lumière parasite comme exposé dans ce qui suit. Sur la figure 2, on peut voir que le tube intensificateur d'ima- ge, 10, comporte trois composants fondamentaux: la plaque frontale 12 qui opère en tant que-cathode, une plaque frontale (située dans une chambre 18 mais non représentée sur le dessin) qui opère en tant qu'anode, et une plaque 25 à micro-canaux logée dans l'intervalle compris entre la plaque frontale 12 et la chambre 18 en étant espacée de chacun de ces deux éléments La plaque frontale cathodique et la plaque frontale anodique sont de préférence en verre de haute qualité optique La pla- que à micro-canaux est également faite d'une matière vitreuse et possè- de des propriétés d'émission secondaire et des caractéristiques de conduction Cette plaque à micro-canaux est montée dans le tube image de façon que ses faces d'entrée et de sortie soient parallèles à la plaque frontale cathodique 12 du tube image et à un écran luminescent associé à la plaque frontale anodique La plaque à micro-canaux opère de façon à amplifier les photoélectrons produits par la lumière incidente et ainsi àaaccroitre le signal lumineux à la sortie du tube. La plaque froÉtale 12 peut être faite d'un verre optique transparent, de haute qualité, tel que le "Corning'7056 " Ce verre com- porte 70 % de silice (Si O 2), 17 % d'oxyde de bore (B 203), 8 % de potasse (K 20), 3 % d'alumine (A 1203) et 1 % de soude (Na 20) ainsi que 1 % d'oxy- de de lithium (Li 20) Bien entendu d'autres verres peuvent être utilisés Pour ce qui est de sa forme, la plaque frontale 12 comporte une partie centrale de forme générale circulaire, 12 a "partie corps" et une partie i bord 12 b qui possède une épaisseur réduite et présente la forme d'un coll entourant la "partie corps" Une face 13 de la plaque frontale 12 occupe, sans discontinuité, l'étendue transversale des parties corps et rebord, respectivement 12 a et 12 b, et la partie de cette face qui s'étend au- dessus de la partie rebord 12 b s'adapte, ainsi qu'une petite portion adjacente de la partie corps centrale 12 a, en dessous de la bride 15 con- tre laquelle elle est arrêtée de façon que la plaque frontale soit tenue dans l'enveloppe 11 Le reste de la face 13, c'est-à-dire la partie qui est entourée parla bride 15, est la surface découverte de la plaque fron- tale 12, surface sur laquelle arrive la lumière incidente. La plaque frontale 12 comporte aussi des portions de surface 16 a et 16 b qui sont globalement parallèles à la surface 13 et qui s'éten- dent respectivement sur la partie corps 12 a et la partie rebord 12 b. Comme la partie corps 12 a et la partie rebord 12 b ont des épaisseurs diff rentes, les portions de surface 16 a et 16 b se trouvent dans des plans différents, la portion 16 a étant plus éloignée de la face 13 que ne l'est la portion 16 b Une portion de surface 16 c qui, dans la forme de réalisa- tion décrite ici, est de forme générale tronconique, s'étend entre les portions de surface 16 a et 16 b qu'elle relie. Selon une technique connue, la portion de surface 16 a est recou verte d'un matériau photoémissif 19 formé de façon que la lumière arri- vant sur la portion découverte de la face 13 et rencontrant finalement le matériau 19 provoque l'émission d'électrons Ces électrons sont accélérés par un champ électrique, traversant un intervalle, arrivent sur la plaque 25 à micro-canaux et provoquent l'émission d'électrons secondaires, tout ceci conformément à des principes connus Le matériau photoémissif habi- tuel est un composé approprié, à base d'arséniure de gallium (Ga As), mais d'autres matériaux adéquats peuvent être utilisés Pour relier le matériau photoémissif 19 à une source d'alimentation extérieure (non représentée) qui crée la polarisation, un revêtement de matière conductri 21 est appliqué sur les surfaces 16 b et 16 c et recouvre aussi une por- tion de la surface 16 a, de façon à établir un contact avec le matériau 19. La méthode la plus courante pour appliquer le revêtement 21 sur ces surfaces est d'opérer par évaporation d'un métal tel que, par exemple, l 'Inconel, selon des techniques classiques. Bien que tout-à-fait satisfaisants, le revêtement métallique conducteur 21 est, en fait, une cause majeure d'existence du voile de lumière parasite La lumière d'incidence anormale arrivant sur la por- tion découverte de la surface 13 rencontre ce métal et est réfléchie sur la partie corps centrale o elle rencontre le matériau photoémissif 19 et provoque l'émission d'électrons qui sont accélérés vers la plaque à mi- cro-canaux, 25, provoquant ainsi l'émission secondaire d'électrons Cela accroit en fait le voile de lumière parasite, puisque la plaque à micro- canaux, 25, est la source d'un accroissement de la lumière sortante. Pour réduire le voile de lumière parasite, la présente invention utilise un colorant qui est thermiquement diffusé dans le verre de la plaque frontale, dans la région adjacente aux surfaces réfléchissantes Le fait de fondre le colorant et de le faire diffuser dans le verre transfor- me une couche du verre optique transparent, adjacente à la surface réflé- chissante, en un verre coloré, peu réfléchissant, absorbant la lumière, comme indiqué en 14 sur le dessin Le colorant est tel qu'il forme dans le verre un oxyde métallique qui fournit la coloration de la couche 14. Cette couche 14 absorbe la lumière d'incidence anormale et l'empêche d'être réfléchie sur le matériau photoémissif 19 Ainsi, la lumière d'in- cidence anormale ne provoque pas l'émission d'électrons allant à la pla- que à micro-canaux, 25, pour produire le voile de lumière parasite. Un oxyde métallique préféré pour la couche 14 est l'oxyde d'ar- gent (Ag O) qui peut être formé à partir d'un colorant ambré comportant de petites quantités d'argent Un exemple d'un tel colorant est le pro- duit vendu sous l'appellation "Amber Dip Stain N O 657 " et fabriqué par "American Ceramics Lab of Woodridge", New Jersey, Etats-Unis d'Amérique. La couche 14 est de préférence formée avant que le matériau photoémissif 19 et le revêtement conducteur 21 soientappliqués Cela est réalisé en en- duisant, avec le colorant ambré, la portion de surface de liaison 16 c et, de préférence, aussi la portion de surface 16 b Ensuite, on soumet la plaque frontale 12 à un chauffage adéquat dans un four, sous une atmos- phère oxydante (qui est, par exemple, l'air), à une température comprise entre environ 5300 C et environ 5900 C On maintient à cette température pendant environ six à sept heures. En chauffant, comme décrut ci-avant, la plaque revêtue, des ions argent sont formés dans le colorant, et des ions sodium sont formés dans le verre, et il y a un échange d'ions: les ions argent migrent dans le verre tandis que des ions sodium migrent dans le colorant ambré Les ions argent se combinent avec -l'oxygène dans le verre, en formant une couche d'oxyde d'argent 14, noire ou rouge-noir, qui absorbe la lumière et qui occupe une profondeur d'environ 30 à 100 micromètres Cette couche absorbe la lumière d'incidence anormale et, par conséquent, cette lumière n'est pas réfléchie vers la plaque à micro-canaux, 25 On laisse refroi- dir la plaque ainsi revêtue, puis on l'enlève du four Le résidu de résini et sodium est ensuite éliminé, par grattage, des portions de surface 16 b et 16 c, puis la plaque est nettoyée et traitée conformément aux techniques classiques, pour y appliquer le matériau photoémissif 19 et le matériau conducteur 21. On a déterminé que la coloration nécessaire n'est pas obtenue si le colorant est en fusion, aux températures indiquées, pendant une durée inférieure à six heures, et qu'un chauffage pendant plus de sept heures ne conduit pas à un accroissement significatif de la coloration. Si, après sept heures, la coloration est estimée insuffisamment sombre, on enduit de nouveau les portions de surface 16 b et 16 c du colorant ambré, et on les soumet de nouveau à un traitement thermique comme décrit plus haut En répétant cette procédure, on assombrit la couleur de la couche 14. Divers colorants peuvent être utilisés pour former la couche colorée Toutefois, il s'est avéré que, si l'on utilise un matériau photo- émissif à l'arséniure de gallium, il faut alors éviter les colorants contenant de grandes quantités de cuivre Une quantité de cuivre excessive dégrade l'arséniure de gallium et compromet ses performances. Sur la figure 3, le tube intensificateur d'image 10 est repré- senté de façon plus détaillée Comme on peut le voir, la bride 15 est une partie du corps cylindrique 11, et la plaque frontale 12 se trouve en-des- sous de cette bride 15 et est supportée à ses extrémités par deux élé- ments 30 en forme de "L" La portion corps centrale 12 a est d'environ ,6 mm, tandis que le rebord 12 b est d'environ 3,8 mm. La plaque à micro-canaux, 25, est située en-dessous de la pla- que frontale 12 Les deux plaques 12 et 15 sont liées au corps tubulaire 17 au moyen de structures porteuses classiques La chambre 18 contient la plaque frontale optique anodique, et les autres structures formant le tube intensificateur d'image Le tube complet mesure sensi- blement, de haut en bas, environ 31,75 mm de long et son diamètre est typiquement de 35,6 mm Il s'avère donc que l'ensemble est très petit. La description donnée dans ce qui précède n'est nullement limitative Diverses variantes, ainsi que le recours à des moyens équi- valents étant possibles sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Tube intensificateur d'image, comportant une plaque frontale faite d'un matériau optique, pour recevoir et transmettre une lumière incidente, cette plaque frontale comportant des moyens photoémissifs pour émettre des électrons en réponse a la lumière in- cidente et une plaque a microcanaux, pour amplifier les électrons émis par lesdits moyens photoémissifs, ladite plaque frontale comportant une surface o la lumière arrivant selon une incidence anormale pour- rait être réfléchie vers lesdits moyens photoémissifs en y provoquant une émission d'électrons génératrice d'un voile de lumière parasite, ce tube intensificateur d'image étant caractérisé en ce qu'une couche de ladite plaque frontale, adjacente à ladite surface, est colorée pour créer un matériau absorbant la lumière. 2 Tube intensificateur d'image selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche comporte un oxyde métallique ther- miquement diffusé dans ladite plaque frontale. 3 Tube intensificateur d'image selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite couche comporte de l'oxyde d'ar- gent. 4 Tube intensificateur d'image selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens photoémissifs sont un matériau a base d'arséniure de gallium. Tube intensificateur d'image selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche s'étend vers l'intérieur, depuis ladite surface, sur environ 30 a 100 micrométres. 6 Tube intensificateur d'image selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens photoémissifs sont un maté- riau à base d'arséniure de gallium, et en ce que ladite couche ne compor te pas de cuivre en quantité significative. 7 Méthode de fabrication d'un tube intensificateur d'ima- ge comportant une plaque frontale faite d'un matériau optique pour transmettre la lumière, et, associés a cette plaque frontale, des moyens photoémissifs pour émettre des électrons en réponse à de la lu- mière transmise au travers de ladite plaque frontale, ladite méthode étant caractérisée en ce qu'elle comprend une étape dans laquelle on forme, dans ladite plaque frontale, au voisinage de toute surface qui serait susceptible de réfléchir de la lumière d'incidence anormale vers lesdits moyens photoémissifs, une couche de matériau optique colorée, faiblement réfléchissante, absorbant la lumière. 8 Méthode selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'on forme'ladite couche par diffusion thermique d'un colorant dans ledit matériau optique. 9 Méthode selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'on forme ladite couche en revêtant ladite surface avec un colorant, et en chauffant ladite plaque frontale de façon à provoquer la diffusion thermique d'ions métalliques dans ledit matériau optique. Méthode selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'on forme ladite couche en revêtant ladite surface avec du colorant contenant un élément métallique, et en chauffant ladite surface ainsi revêtue. 11 Méthode selon la revendication 10, caractérisée en ce que ladite plaque revêtue est chauffée dans une atmosphère oxydante, pendant une durée suffisante pour former un oxyde dudit métal dans ledit matériau optique. 12 Méthode selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'on forme ladite couche en revêtant ladite surface avec un colorant comportant de l'argent, puis en chauffant ladite plaque frontale, ainsi revêtue, à une température comprise entre environ 5300 C et envi- ron 590 'C pendant une durée d'environ six à sept heures.