Brevet FR2570876A1 — publié le 19860328

La présente invention concerne des tubes amplificateurs d'image du type utilisé dans les systèmes de vision nocturne et, no- tamment, un tube amplificateur d'image avec réduction du halo parasite et une méthode de fabrication dudit tube. Les tubes amplificateurs d'image multiplient la lumière in- cidente qu'ils reçoivent et permettent donc d'accroître le débit lu- mineux qui peut être délivré à une caméra ou directement à l'oeil d'un observateur. Ces dispositifs sont particulièrement utiles pour fournir des images de zones obscures et ont des applications tant in- dustrielles que militaires. Ils sont par exemple utilisés pour amé- liorer la vision nocturne des aviateurs, pour photographier des corps extra-terrestres et pour permettre aux personnes atteintes de rétini- te pigmentaire (cécité nocturne) de voir la nuit. Les tubes modernes amplificateurs d'image comportent une plaque à microcanaux qui est une mince plaque de verre traversée par un réseau de trous microscopiques. Chaque trou est conçu pour agir comme un multiplicateur d'électrons à émission secondaire en forme de canal. Lorsque la plaque à microcanaux est placée dans le plan d'une image électronique dans un tube amplificateur, elle permet de réaliser un gain de dix à vingt mille ainsi qu'une très haute réso- lution. Dans la mesure o chacun des canaux de la plaque à microca- naux fonctionne pratiquement indépendamment de tous les autres, une source de lumière ponctuelle brillante sature quelques canaux mais ne s'étend pas sur les zones adjacentes. Cette caractéristique de "satu- ration locale" rend ces tubes moins sensibles au phénomène d'étalement des zones brillantes. Cependant, ces tubes pré- sentent un inconvénient connu sous le nom de "halo parasite". Le halo parasite apparaît lorsqu'une lumière diffuse arrive à l'entrée de lumière ou sur le plan focal du tube. Dans l'amplificateur d'image, cela se traduit en une perte de contraste par éclaircissement des parties obscures de l'image, ce qui réduit la visibilité des ob- jets de petites dimensions ou de faible contraste. Dans des cas extrê- mes, cela peut même provoquer une perte complète des informations d'image dans une grande partie du champ visuel. Le halo parasite est essentiellement dû à la lumière en dehors de l'axe qui est reflétée vers l'intérieur du tube et qui est amplifiée pour apparaître dans le champ visuel sous la forme d'images parasites. Les sources de halo parasite sont notamment des rayons de lumière brillante qui pénètrent dans le champ visuel normal selon des angles en dehors de l'axe. Les rayons lumineux qui proviennent de sources situées en dehors du champ visuel normal sont réfléchies à l'interface de la plaque avant et de la couche métallique conductrice vers le matériau photoémetteur du tube, ce qui provoque une émission depuis ce dernier vers l'image focalisée sur le matériau photoémet- teur et engendre le halo parasite. Différentes tentatives ont été faites pour supprimer ou ré- duire le halo parasite en ajoutant du matériau au tube,qui absorbe la lumière en dehors de l'axe et qui l'empêche d'être réfléchie vers la couche photoémettrice. Par exemple, des anneaux noirs ont été réa- lisés sur la surface réfléchissant la lumière en dehors de l'axe. Ces anneaux ont été maintenus en place en scellant un anneau en verre à la surface ou en fondant un anneau en verre à la surface pour prendre l'anneau en sandwich entre la surface réfléchissante et l'anneau en verre. Cette opération s'est avérée difficile à réaliser et très coû- teuse. Une autre technique a consisté à réaliser une rainure par gra- vure entre la surface d'entrée de la lumière et la surface réfléchis- sante et à remplir cette rainure avec de matériau absorbant la lumière. Là encore, cette opération s'est révélée difficile à réali- ser et est également très coûteuse. La présente invention a donc pour objet de fournir un tube amplificateur d'images lumineuses présentant un halo parasite ré- duit et pouvant être fabriqué à moindre coût. La présente invention a également pour objet de fournir une méthode permettant de fabriquer un tube de ce type de manière très économique et efficace. Ce tube amplificateur d'image comporte une plaque avant réa- lisée en matériau optique et destinée à transmettre la lumière, et des moyens photoémetteurs destinés à émettre des électrons en réponse à la lumière transmise. Lors de la fabrication du tube, il est prévu une phase pendant laquelle est formée une première couche d'un matériau qui réduit sensiblement la réflexion et/ou est capable 7C8 76 d'absorber la lumière notamment dans la région infrarouge proche,sur la plaque avant adjacente à toute surface à partir de laquelle la lu- mière en dehors de l'axe pourrait être réfléchie vers le moyen photo- émetteur, et une phase ultérieure pendant laquelle une seconde couche d'un matériau métallique conducteur de l'électricité est déposée sur la pre re couche. Le tube ainsi obtenu comporte une plaque avant conçue pour recevoir et transmettre la lumière entrante, un moyen photoémetteur permettant d'émettre les électrons, et une plaque à microcanaux per- mettant d'amplifier les électrons émis. La plaque avant comporte éga- lement une surface o la lumière en dehors de l'axe entrante peut être réfléchie vers le moyen photoémetteur et la région non réflé- chissante est adjacente à ladite surface. Les différents objets et caractéristiques de l'invention se- ront maintenant détaillés dans la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent: - la figure 1, une vue en perspective d'un tube amplificate- ur d'image, - la figure 2, une vue en coupe transversale d'une plaque avant en verre utilisée dans le tube amplificateur d'image conforme à la présente invention, - la figure 3, une vue en coupe transversale partielle d'une tube amplificateur typique conforme à la présente invention. La figure 1 représente une vue en perspective simplifiée d'une tube amplificateur d'image 10. Le tube amplificateur d'image comprend un boîtier cylindrique 11 dans lequel est logée une pla- que frontale avant 12 réalisée en matériau optique et conçue pour re- cevoir et transmettre la lumière. La plaque avant 12 est normalement scellée à l'intérieur du boîtier 11 et est entourée d'une bride péri- phérique 15. Les rayons lumineux provenant du champ visuel (notés "dans l'axe" à la figure 1) traversent la plaque avant 12 et sont di- rigés vers l'amplificateur d'image o leur amplitude est augmentée. Dans de nombreux agencements connus de ce type, la lumière qui pro- vient de l'extérieur du champ visuel (notée "en dehors de l'axe" à la figure 1) est réfléchie sur une surface intérieure du tube 10 et est renvoyée à l'amplificateur o son amplitude est également augmentée. Cette lumière en dehors de l'axe est la source du halo parasite comme on le verra ci-après. A la figure 3, on constate que le tube amplificateur d'image est constitué de trois éléments principaux: la plaque avant 12 qui fonctionne à la manière d'une cathode, une plaque avant (placée à l'intérieur de la chambre 18 et non représentée à la figure) qui fonctionne à la manière d'une anode, et une plaque à microcanaux 25 logée entre ces éléments et placée à distance de la plaque avant 12 et de la chambre 18. Les plaques avant de cathode et d'anode sont de préférence réalisées en verre possédant des qualités optiques éle- vées. La plaque à microcanaux 25 est également réalisée en verre pos- sédant une propriété d'émission secondaire et des caractéristiques conductrices. La plaque à microcanaux 25 est montée dans le tube d'image 10, ses faces d'entrée et de sortie étant parallèles à la plaque avant de cathode 12 du tube d'image et un écran phosphoreux étant associé à la plaque avant d'anode. La plaque à microcanaux 25 fonctionne de manière connue pour amplifier les photoélectrons pro- duits par la lumière entrante afin d'accroître le débit lumineux des tubes. La plaque avant 12 peut être réalisée en verre optique clair de haute qualité tel que Corning 7056. Ce verre se compose de 70 Z de silice (SiO2), de 17 % d'oxyde borique (B203), de 8 % de potasse (K20), de 3 % d'alumine (A1203) et de respectivement 1 % de soude (Na20) et d'oxyde de lithium (Li20). D'autres verres peuvent bien en- tendu également être utilisés. En référence à la figure 2, la plaque avant 12 comprend une une partie de corps centrale de forme généralement circulaire 12a et une partie de rebord de moindre épaisseur 12b en forme de bride en- tourant la partie de corps. Une surface 13 de la plaque avant 12 s'étend de manière continue à travers les parties de corps et de re- bord respectivement 12a et 12b et la partie de cette surface s'éten- dant sur la partie de rebord 12b, et une petite portion adjacente de la partie de corps centrale 12a s'insère sous la bride 15 et y est fixée pour retenir la plaque avant dans le boîtier 11. La partie res- tante de la surface 13, c'est-à-dire la partie entourée par la bride , est la surface exposée de la plaque avant 12 sur laquelle la lu- mière entrante vient frapper. La plaque avant 12 comprend également des parties de surface 16a et 16b qui sont généralement parallèles à la surface 13 et qui s'étendent respectivement sur la partie de corps 12a et la partie de rebord 12b. En raison de la différence d'épaisseur entre la partie de corps 12a et la partie de rebord 12b, les parties de surface 16a et 16b sont situées dans des plans différents, la partie 16a étant plus éloignée de la surface 13 que la partie 16b. Entre les parties de surface 16a et 16b s'étend une partie de surface de liaison 16c qui, dans le mode de réalisation représenté ici, présente généralement la forme d'un tronc de cone. Selon un agencement habituel connu, la partie de surface 16a est recouverte d'une tranche photoémettrice 19 conçue de manière que la lumière qui frappe la partie de surface exposée 13 et finalement la tranche 19 provoque l'émission d'électrons. Ces électrons sont ac- célérés à travers un intervalle par un champ électrique vers la plaque à microcanaux 25, ce qui provoque l'émission secondaire d'électrons conformément aux principes connus. La tranche photoémettrice 19 habi- tuelle est un dispositif approprié à l'arséniure de gallium (GaAs), mais d'autres matériaux appropriés peuvent être utilisés. Dans des dispositifs connus, une enduction métallique est appliquée sur les surfaces 16b, 16c et une partie de 16a pour établir une connexion électrique entre la tranche 19 et la source de courant extérieure. Les enductions métalliques conductrices utilisées jusqu'à présente donnent satisfaction à plusieurs égards, mais sont souvent à l'origine du halo parasite. La lumière en dehors de l'axe qui frappe la partie exposée de la surface 13 heurte cette enduction mé- tallique et est reflétée dans la partie de corps centrale 12a o elle frappe la tranche photoémettrice 19 et provoque l'émission d'élec- trons qui sont accélérés vers la plaque à microcanaux 25, causant ainsi une émission secondaire d'électrons. Dans la mesure o la pla- que à microcanaux 25 provoque une augmentation du débit de lumière, elle accroit effectivement le halo indésirable. En l'occurence, la réduction du halo parasite est assurée au moyen d'une enduction de matériau 21 qui est appliqué sur les sur- faces 16b et 16c et également sur une partie de surface 16a adjacente à la tranche 19. Cette enduction est constituée de matériau non ré- fléchissant capable d'absorber la lumière, en particulier dans la ré- gion infrarouge proche. Les matériaux possédant ces caractéristiques sont des oxydes métalliques. Cependant, dans de nombreux cas, cette enduction n'est pas conductrice d'électricité. On applique donc une seconde enduction 22 de matériau métallique conducteur d'électricité sur l'enduction 21, de sorte que cette enduction 22 assure le contact avec la tranche 19 et établit ainsi une connexion électrique entre la tranche 19 et une alimentation électrique externe de polarisation (non représentée). Dans un mode de réalisation avantageux, l'enduc- tion 21 est constituée d'oxyde de chrome et l'enduction 22 de chrome élémentaire. Les enductions 21 et 22 peuvent être appliquées selon une manière appropriée quelconque. Une méthode avantageuse d'application des enductions 21 et 22 est fournie par le procédé connu de pulvéri- sation dans lequel une électrode en matériau métallique est bombardée d'ions de gaz positifs et les particules pulvérisées de matériau mé- tallique qui en résultent sont déposées sur une surface située dans la zone adjacente aux particules pulvérisées. La présente invention a adapté la technique de pulvérisation pour déposer l'enduction 21 d'oxyde de chrome et l'enduction 22 de chrome sur les surfaces 16b, 16c et sur une partie de surface 16a qui est placée dans le prolongement de 16c. Dans le procédé de pulvérisa- tion appliqué ici, la surface 13 de la plaque avant en verre est pla- cée sur un support dans une chambre. Pour déposer l'enduction 21, la chambre est évacuée pour obtenir une pression relativement basse et un volume d'oxygène mélangé à un gaz inerte, par exemple l'argon, est introduit dans la chambre. Tout agencement d'électrodes de pulvérisa- tion de plasma induite par radiofréquence peut être utilisé. Au moins une de ces électrodes, désignée sous le terme d'électrode cible, est placée dans la chambre. L'électrode cible est réalisée dans le maté- riau élémentaire qui doit être pulvérisé. Dans le mode de réalisation préféré, le matériau de l'électrode cible est du chrome. Une radio- fréquence d'environ 13,56 MHz est appliquée à l'argon et à l'oxygène. On obtient ainsi des atomes ionisés d'argon et d'oxygène dont le dé- placement est accéléré par la présence d'une différence de potentiel dans la chambre. Les ions d'argon ionisés bombardent l'électrode ci- ble et les atomes de chrome quittent l'électrode par pulvérisation. L'énergie communiquée à l'argon pendant l'ionisation est transférée aux atomes de chrome. En raison de la présence d'oxygène, le chrome réagit avec l'oxygène pour forme de l'oxyde de chrome qui est alors déposé sur la plaque avant. La tranche 19 qui a déjà été appliquée sur la surface 16a est protégée pendant le dépôt et ne reçoit donc pas l'enduction 21. Lorsque l'enduction 21 a été déposée, l'oxygène présent dans la chambre est évacué et l'argon est maintenu au niveau nécessaire à l'opération de pulvérisation. L'opération est alors répétée et donne lieu à un dépôt de la seconde enduction 22 composée de l'oxyde métal- lique sous sa forme élémentaire qui, dans le présent mode de réalisa- tion, est du chrome. Cette couche est déposée selon une épaisseur d'environ 2000 A. Pendant le dépôt de la seconde enduction 22, la tranche 19 est à nouveau protégée de sorte qu'elle ne reçoit pas l'enduction 22 sur la majeure partie de sa surface, mais pas sur ses parties extrê- mes o une continuité avec la tranche 19 doit être assurée. Il est également possible de réduire progressivement la con- centration d'oxygène après le dépôt d'une épaisseur suffisante d'en- duction 21 et de poursuivre l'opération de pulvérisation jusqu'à ce que le matériau déposé ne soit plus que du chrome élémentaire. On ob- tient ainsi une couche de transition et l'opération de pulvérisation peut se dérouler sans interruption. L'enduction 21 d'oxyde de chrome ainsi obtenue tient lieu de couche antiréfléchissante capable d'absorber la lumière dans l'infra- rouge proche, de sorte que la lumière en dehors de l'axe provenant de la surface 13 recevant la lumière n'est pas réfléchie vers la plaque à microcanaux 25. L'enduction 22 de chrome élémentaire ainsi obtenue assure la liaison électrique entre la tranche 19 et l'alimen- tation électrique externe. L'enduction 21 présente un aspect sombre et non réfléchissant tandis que l'enduction 22 a un aspect luisant et argenté que l'on retrouve dans les enductions métallisées standard. La résistance entre la tranche photoémettrice 19 et l'enduction conductrice 22 est faible et est sensiblement la même que celle obtenue avec une couche conductrice classique. C'est la teneur en oxygène de l'enduction d'oxyde de chrome 21 qui détermine les propriétés réflé- chissantes et absorbantes dans l'infrarouge proche à l'interface de l'enduction 21 et de la plaque avant en verre 12, et c'est l'absence d'oxygène dans l'enduction métallique 22 qui assure une bonne conduc- tivité électrique. Bien entendu, il est également possible d'utiliser des mé- taux autres que le chrome pour réaliser l'enduction 21, sous réserve que ces métaux donnent naissance à des oxydes présentant les proprié- tés optiques désirées et possédant une conductivité électrique accep- table. En outre, le matériau de l'enduction 21 peut, tout au moins en principe, être différent du matériau de l'enduction 22 et ne pas y être associé, si cela est souhaité ou souhaitable. Les matériaux d'enduction peuvent être choisis individuellement pour leurs proprié- tés optiques et électriques requises et pour leur aptitude à adhérer au matériau de la couche voisine. Le tube amplificateur d'image 10 est représenté en détail à la figure 3. On constate que la bride 15 fait partie intégrante du corps cylindrique 11 et que la plaque avant 12 est située sous la bride 15 et supportée à ses extrémités par deux éléments en forme de L dont l'un est noté 30. La partie de corps centrale 12a mesure envi- ron 5,5 mm tandis que le rebord 12b mesure environ 3,8 mm. Sous la plaque avant 12 se trouve la plaque à microcanaux 25. Les deux plaques 12 et 25 sont scellées au corps du tube 17 au moyens d'éléments de fixation classiques. La chambre 18 renferme la plaque avant optique en fibre d'anode et les autres éléments consti- tutifs du tube amplificateur d'image. Du sommet à la base, le tube complet mesure environ 2,5 à 3,5 cm de longueur avec un diamètre typique de 3,5 cm et on peut donc dire que l'unité complète est très petite. La description ci-dessus concerne un mode de réalisation avantageux de l'invention, mais il est bien entendu que divers chan- gements et modifications peuvent y être apportés sans s'écarter de l'esprit ni de la portée véritables de l'invention. REVENDICATIONS 1. Tube amplificateur d'image comprenant une plaque avant (12) réalisée en matériau optique et comportant des surfaces de réception et de transmission de la lumière, des moyens photoëmetteurs(19) prévus sur ladite surface de transmission permettant d'émettre des électrons en réponse à la lumière reçue par lesdits moyens photoémetteur en provenance de ladite surface de transmission de la lumière, une pla- que à microcanaux (25) adjacente auxdits moyens photoémetteurs et per- mettant d'amplifier les électrons émis par lesdits moyens photoémet- teurs, une première enduction (21) s'étendant le long d'une partie de ladite plaque avant et rejoignant lesdits moyens photoémetteurs, la- dite première enduction étant constituée de matériau absorbant la lu- mière au moins dans la région d'infrarouge proche et non réfléchis- sant, et une seconde enduction (22) déposée sur ladite première enduction et rejoignant lesdits moyens photoémetteurs, ladite seconde enduction étant constituée de matériau métallique conducteur de l'électricité. 2. Tube amplificateur d'image conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de ladite première enduction est un oxyde métallique. 3. Tube amplificateur d'image conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que ledit matériau d'oxyde métallique est de l'oxy- de de chrome, et en ce que ledit matériau de ladite seconde enduction est du chrome. 4. Méthode de fabrication d'un tube amplificateur d'image comprenant une plaque avant en matériau optique permettant de rece- voir et de transmettre la lumière et des moyens photoémetteurs asso- ciés à la plaque avant permettant d'émettre des électrons en réponse à la lumière transmisse à travers la plaque avant, comprenant les phases de dépôt d'une première enduction de matériau non réfléchis- sant et absorbant la lumière dans l'infrarouge proche sur une partie de la surface de transmission de la lumière et sur les moyens photo- émetteurs adjacents, et de dépôt d'une seconde enduction d'un maté- riau métallique de l'électricité sur la première enduction et rejoi- gnant les moyens photoémetteurs. 5. Méthode conforme à la revendication 4, caractérisée en ce que ledit procédé de pulvérisation comprend le bombardement d'un ma- tériau métallique par des ions d'argon. 6. Méthode conforme à la revendication 5, caractérisée en ce que ledit procédé de pulvérisation prévoit la mise en oeuvre d'un ma- tériau métallique de chrome. 7. Enduction destinée à une plaque avant d'un tube amplifi- cateur d'image, la plaque avant comprenant une surface recevant la lumière, une surface transmettant la lumière opposée à la première et des surfaces latérales reliant les surfaces de réception et de trans- mission de la lumière, comprenant une première partie en matériau non réfléchissant absorbant l'infrarouge proche réalisée sur une grande partie des surfaces latérales de manière que la lumière reçue en de- hors de l'axe à travers ladite surface recevant la lumière ne puisse pas passer à travers la surface transmettant la lumière, et une se- conde partie en matériau métallique électroconducteur placée sur la- dite première partie. 8. Enduction conforme à la revendication 7, caractérisée en ce que ledit matériau de ladite première partie est un oxyde métalli- que. 9. Enduction conforme à la revendication 7, caractérisée en ce que ledit oxyde métallique est de l'oxyde de chrome. 10. Enduction conforme à la revendication 7, caractérisée en ce que ledit matériau de ladite seconde partie est du chrome.