Brevet FR2596200A1 — publié le 19870925

TUBE DE GENERATION D'IMAGE La présente invention concerne des tubes de génération d'image utilisant des photocathodes qui fonctionnent en réflexion. Les tubes de génération d'mage utilisant des photocathodes qui fonctionnent en transmission sont bien connus dans la technique. On connaît également bien des dispositifs optiques tels que des lunettes ou des télescopes qui utilisent des systèmes de lentilles dans lesquels une petite partie cen10 trale d'un élément optique est fonctionnellement différente des parties de l'élément qui l'entourent. On connaît l'utilisation de photocathodes réfléchissantes dans des cellules photoélectriques à vide et dans des photomultiplicateurs. On connait des lentilles électroniques électrostatiques convergentes, 15 par exemple dans des tubes de génération d'image pour vision nocturne. On a découvert qu'on pouvait réaliser un tube de génération d'image particulièrement utile pour former des images de sources lumineuses infrarouges dans la gamme de Ion20 gueurs d'onde de 5 à 15 microns, en projetant des rayons lumineux sur une photocathode réfléchissante, à partir d'un élément optique présentant une discontinuité optique en position centrale, et en réfléchissant ensuite ces rayons en arrière, à travers la partie centrale de l'élément optique. Dans un mode de réalisation préféré, l'élément optique présentant une discontinuité optique est une lentille qui comporte, en position centrale, une structure optique compre- nant une lentille électronique, une galette de microcanaux concaveconvexe, un cylindre de correction à fibres optiques et un prisme. Un aspect de l'invention porte sur un tube de généra5 tion d'image, caractérisé en ce qu'il comprend: une enveloppe; une première fenêtre; une seconde fenêtre; une photocathode réfléchissante; et un élément optique; et en ce que la première fenêtre et la seconde fenêtre sont montées dans l'enveloppe de façon à définir avec cette dernière une région fermée 10 hermétiquement dans laquelle règne le vide, et à transmettre respectivement un premier ensemble et un second ensemble de rayons d'énergie lumineuse; la première fenêtre est disposée de façon à transmettre le premier ensemble dans la direction d'un premier axe et la seconde fenêtre est disposée de façon à transmettre le second ensemble dans la direction d'un second axe; le premier axe coupe le second axe en fozrmant une paire d'angles dont chaque angle est inférieur à 180 ; l'élément optique est monté dans l'enveloppe et comprend une partie centrale discontinue; et l'élément optique est orienté par rap20 port à la première fenêtre et à la photocathode de façon que le premier ensemble soit dirigé vers la photocathode par l'élément optique et que le second ensemble soit dirigé de façon à traverser la partie discontinue centrale. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la 25 description qui va suivre d'un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif. La suite de la description se réfère au dessin annexé qui est une coupe verticale quelque peu schématique du mode de réalisation préféré, avec un agrandissement d'une petite partie. On voit sur le dessin un tube de génération d'image conforme à l'invention, désigné de façon générale par la référence 10. Le tube 10 comprend une enveloppe de métal 12 qui entoure une partie cryogénique 14 et une partie de génération d'image 16 dans laquelle on a fait le vide, les deux parties étant séparées par une paroi métallique conductrice de la chaleur, 18, formée d'un seul tenant avec ces parties. La par5 tie 16 est fermée hermétiquement par une fenêtre 20 transparente pour l'infrarouge. Une lentille optique 22 est montée dans l'enveloppe 12 et est fixée dans celle-ci au moyen d'une bague 24 qui l'entoure. Une structure optique désignée de façon générale par la référence 26 traverse la lentille 22 et elle comprend une lentille électronique 28 (avec une résolution de 3 microns et un rapport de réduction de 4:1), une galette de microcanaux concave-convexe 30 (avec des canaux ayant un entraxe de 10 mi15 crons), un faisceau de fibres optiques 32 du type général décrit dans le brevet US 4 202 599, une couche de luminophores 34 (avec focalisation de proximité d'une résolution de 3 iicrons entre la galette de microcanaux 30 et l'écran à luminophores 34), et un prisme 36. La couche de luminophores 34 et 20 le faisceau de fibres optiques 32 comportent, du côté de la galette de microcanaux 30, des surfaces sphériques parallèles à la surface de la galette de microcanaux qui leur fait face, tandis que la couche de luminophores 34 forme un revêtement mince sur le faisceau de fibres optiques 32 (les fibres étant 25 disposées avec un entraxe de 5 microns) et est placée à distance de la galette de microcanaux 30. Une fenêtre 38 transparente à la lumière visible est formée dans l'enveloppe 12 pour permettre l'observation par l'oeil 40. Une électrode continue 42 est formée sous la forme d'un revêtement sur la paroi 18 dans la partie de génération d'image 16, et cette électrode porte un ensemble d'éléments semiconducteurs séparés, consistant en phototransistors (désignés globalement par la référence 44), qui forment une mo35 saique. Les éléments 44 sont carrés avec un côté d'environ 75 microns et ils sont séparés par des espaces d'environ 5 microns. Chaque élément semiconducteur porte sur sa face opposée à l'électrode continue 42, une électrode 46 qui n'est en contact qu'avec l'élément semiconducteur respectif de la mosai5 que. La photocathode 48 recouvre les électrodes 46. Une grille s'étend transversalement dans la partie 16 en position adjacente à la photocathode 48. Une source d'émission 52, d'une longueur d'onde de 850 nanomètres est montée dans la partie 16 en position adjacente à la bague 24. En fonctionnement, un rayonnement infrarouge 60 d'une longueur d'onde de 10 microns et définissant une image, entre dans le tube 10 à travers la fenêtre 20. La lentille 22 focalise l'image sur la combinaison semiconducteurs-électrodes-photocathode 42, 44, 46i 48. Les rayons infrarouges de 15 10 microns qui tombent sur des éléments semiconducteurs à transistors 44 particuliers font passer ces derniers à un potentiel négatif de 100 millivolts. Simultanément, la source 52 applique continuellement à la photocathode 48 un rayonnement à une longueur d'onde d'émission de 850 nanomètres; la 20 photocathode 48 a un seuil de photoémission de 900 nanomètres, ce qui fait que le rayonnement de la source 52 provoque l'émission par la photocathode 48 de photoléiectrons 60 ayant une énergie cinétique d'environ 80 millivolts. Le potentiel sur la grille 50 est de -125 millivolts( ce qui fait qu'un 25 électron ayant une énergie potentielle de 80 millivolts est incapable de traverser cette grille. Cependant, à l'endroit auquel une région de la photocathode 48 est en contact avec un élément d'électrode 46 qui est lui-même en contact avec un élément semiconducteur 44 qui a été exposé au rayonnement in30 frarouge, le potentiel de cette région de la photocathode 48 est réduit à -100 millivolts, ce qui fait que la chute de tension entre cette région et la grille 50 n'est que de 25 millivolts, grâce à quoi des électrons provenant de cette région de la photocathode 48 peuvent traverser la grille, selon 35 une configuration qui correspond à la configuration du fais- ceau infrarouge que reçoit le tube. Les électrons 62 qui quittent ainsi la photocathode 48 sont focalisés par la lentille électronique 28 sur la surface concave de la galette de microcanaux 30, dans laquelle 5 le signal est amplifié, et ces électrons traversent ensuite un espace de vide pour atteindre la couche de luminophores 34, déposée sur la surface concave du faisceau de fibres optiques 32, les luminophores convertissant les électrons en lumière visible qui est déviée par le prisme 36 pour être observée à travers la fenêtre 38, par exemple en 40. Le faisceau de fibres optiques 32 modifie la distorsion. L'utilisation d'une photocathode réfléchissante procure de nombreux avantages. On peut aisément commander la température et le potentiel électrique de la photocathode. Le 15 refroidissement peut être direct et efficace. Dans d'autres modes de réalisation, on peut employer pour l'élément optique un miroir optique, au lieu d'une lentille, comme par exemple un miroir incliné à 45 par rapport au rayonnement incident qui est focalisé sur lui par une len20 tille optique, pour réfléchir ce rayonnement vers la photocathode. Le miroir peut être segmenté pour augmenter la résistance le long du miroir et pour éviter une distorsion du champ de la lentille électronique ou électrostatique. Les éléments semiconducteurs disposés en mosaique peuvent être des éléments photoconducteurs, photovoltaiques ou MIS. Selon une variante, on peut utiliser un faisceau d'électrons pour produire un potentiel variable dans la photocathode. Le rayonnement dirigé vers la photocathode pour lui faire émettre des électrons peut être intermittent ou continu. Il va de soi que de nombreuses autres modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Tube de génération d'image, caractérisé en ce qu'il compçend: une enveloppe (12); une première fenêtre (20); une seconde fenêtre (38); une photocathode réfléchis5 sante (48); et un élément optique (22); et en ce que la première fenêtre (20) et la seconde fenêtre (38) sont montées dans l'enveloppe (12) de façon à définir avec cette dernière une région fermée hermétiquement dans laquelle règne le vide, et à transmettre respectivement un premier ensemble et un se10 cond ensemble de rayons d'énergie lumineuse; la première fenêtre (20) est disposée de façon à transmettre le premier ensemble dans la direction d'un premier axe et la seconde fenêtre (38) est disposée de façon à transmettre le second ensemble dans la direction d'un second axe; le premier axe coupe 15 le second axe en formant une paire d'angles dont chaque angle est inférieur à 180 ; l'élément optique (22) est monté dans l'enveloppe (12) et comprend une partie centrale discontinue; et l'élément optique (22) est orienté par rapport à la première fenêtre (20) et à la photocathode (48) de façon que le pre20 mier ensemble. soit dirigé vers la photocathode (48) par l'élément optique (22) et que le second ensemble doit dirigé de façon à traverser la,partie discontinue centrale. 2. Tube de génération d'image selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément optique est une lentille 25 optique (22). 3. Tube de génération d'image selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une structure optique (26) est montée dans la partie discontinue centrale. 4. Tube de génération d'image selon la revendication 30 3, caractérisée en ce que la structure optique (26) comprend une lentille électronique réductrice (28), un écran à luminophores (34) et une galette de microcanaux concave-convexe (30) 5. Tube de génération d'image selon la revendication 4, caractérisé en ce que la structure optique (26) comprend 35 également un faisceau de fibres optiques de modification de distorsion (32). 6. Tube de génération d'image selon la revendication , caractérisé en ce que la structure optique (26) comprend également un prisme (36). 7. Tube de génération d'image selon la revendication 1, caractérisé en ce que les angles précités sont de 90 .. 8. Tube de génération d'image selon la revendication 1, caractérisé en ce que la photocathode (48) est réalisée sous la forme d'une couche appliquée sur un grand nombre d'éléments semiconducteurs (44), chacun d'eux étant conçu de façon à décaler la tension présente sur sa surface située du côté de la photocathode (48), lorsqu'il reçoit les rayons du premier ensemble. 9. Tube de génération d'image selon la revendication 15 1, caractérisé en ce que le premier ensemble est dans la gamme infrarouge. 10. Tube de génération d'image selon la revendication 9, caractérisé en ce que le premier ensemble correspond à une longueur d'onde de 10 microns. 11. Tube de génération d'image selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend une grille (50) intercalée entre la photocathode (48) et l'élément optique (22). 12. Tube de génération d'image selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend également une source de 25 rayonnement (52) qui illumine la photocathode (48). 13. Tube de génération d'image selon la revendication 11, caractérisé en ce que des électrons émis par la photocathode (48) sous l'action de la source de rayonnement (50) n'ont une énergie suffisante pour traverser la grille (52) que 30 dans les parties de la photocathode (48) qui sont en contact avec les éléments semiconducteurs qui reçoivent des rayons du premier ensemble.