Brevet FR2666447A1 — publié le 19920306

TUBE INTENSIFICATEURL D'IMAGE AVEC COMPENSATION DE COURBE DE BRILLANCE La présente invention concerne un écran d'entrée de tube intensificateur d'image, et tout particulièrement, mais pas exclusivement, un écran de tube intensificateur d'image radiologique (tube IIR). Les tubes intensificateurs d'image radiologique permettent de transformer une image radiologique en image visible, généralement pour assurer l'observation médicale. Ces tubes sont des tubes à vide comprenant un écran d'entrée, un système d'optique électronique, et un écran d'observation de l'image visible. L'écran d'entrée comporte un scintillateur qui convertit des photons X incidents en photons visibles qui viennent ensuite exciter une photocathode, généralement constituée par un antimoniure alcalin, par exemple de l'antimoniure de potassium dopé au césium La photocathode ainsi excitée génère un flux d'électrons. Le flux d'électrons issu de la photocathode est ensuite transmis par le système d'optique électronique qui focalise les électrons et les dirige sur un écran d'observation constitué d'un luminophore qui émet alors une lumière visible Cette lumière peut ensuite être traitée, par exemple, par un système de télévision, de cinéma ou de photographie. Dans les réalisations les plus récentes l'écran d'entrée comporte un substrat d'aluminium recouvert par le scintillateur, lui-même recouvert par une couche conductrice de l'électricité et transparente à la lumière issue du scintillateur, par exemple en oxyde d'indium La photocathode est déposée sur cette couche transparente. Les rayons X frappent l'écran d'entrée du côté du substrat d'aluminium et traversent ce substrat pour atteindre ensuite le matériau constituant le scintillateur. Les photons lumineux produits par le scintillateur sont émis un peu dans toutes les directions Mais, pour augmenter la résolution du tube, on choisit en général comme matériau scintillateur une substance telle que l'iodure de césium qui a la propriété de croître sous forme de cristaux perpendiculaires à la surface sur laquelle ils sont déposés Les cristaux en aiguilles ainsi déposés tendent à guider la lumière perpendiculairement à la surface, ce qui est favorable à une bonne résolution d'image. Toutefois, pour des raisons d'optique électronique, la surface de l'écran d'entrée n'est pas plane mais bombée, elle peut être parabolique ou hyperbolique pour des écrans de grande dimension, ou plus généralement en forme de calotte sphérique pour des écrans de plus petite dimension. Il résulte de cette courbure de l'écran que si l'on éclaire l'écran d'entrée par un faisceau uniforme de rayons X, la densité électronique engendrée par l'écran n'est pas uniforme On peut mesurer par exemple la courbe de brillance le long d'un diamètre de l'écran de sortie du tube, pour un éclairage uniforme en rayon X de l'écran d'entrée: la courbe de brillance représente l'intensité lumineuse en chaque point du diamètre de l'écran de sortie On constate que cette courbe n'est pas horizontale; elle est généralement en forme d'arc de cercle un peu aplati au centre; la brillance de l'écran de sortie est maximale vers le centre mais diminue nettement à mesure qu'on s'approche des bords Pour des tubes de petite dimension (écran d'entrée de diamètre 15 cm par exemple) la diminution de brillance sur les bords par rapport au centre est de l'ordre de 25 % Pour des écrans de plus grande dimension (diamètre 30 centimètres par exemple) la diminution atteint 35 %. Un but de l'invention est de réaliser un tube intensificateur d'images ayant une courbe de brillance plus homogène, c'est-à-dire montrant un plus faible écart entre la brillance au centre et la brillance sur les bords pour un éclairement uniforme de l'écran d'entrée Un autre but de l'invention est d'obtenir cette meilleure homogénéité de brillance par une méthode simple et industriellement plus facile à mettre en oeuvre que les méthodes proposées dans l'art antérieur. On peut noter en effet qu'on a déjà proposé dans l'art antérieur (EP O 239 991) d'améliorer l'homogénéité de la brillance en donnant une répartition non homogène à l'épaisseur de la couche de scintillateur de l'écran d'entrée Toutefois, cela n'est pas facile à mettre en oeuvre pour la raison suivante: le rendement du scintillateur croit puis décroît avec l'épaisseur; pour avoir un bon rendement on doit donc se situer au niveau du maximum; mais alors on se situe sur un plateau de la courbe de rendement en fonction de l'épaisseur, et il faut donc faire varier de manière très importante l'épaisseur pour modifier la brillance On est donc conduit à avoir des inhomogénéités très fortes d'épaisseur du scintillateur, ce qui est gênant industriellement, d'autant plus que le scintillateur est déposé en couche très épaisse (de l'ordre de 400 micromètres). On a trouvé selon l'invention qu'on pouvait améliorer beaucoup plus facilement la courbe de brillance du tube intensificateur sans jouer sur l'épaisseur du scintillateur. On propose selon l'invention de déposer sous la photocathode (pour un tube IIR: entre le scintillateur et la photocathode) une couche intercalaire mince d'épaisseur radialement variable, réalisée en un matériau dont la présence à cet endroit provoque une modification de brillance du tube dans une mesure liée à l'épaisseur de ce matériau. L'invention part en fait de la remarque que la zone située entre le scintillateur et la photocathode est une zone critique en ce qui concerne la brillance globale du tube: d'une part pour des raisons optiques puisque les rayons lumineux émis par le scintillateur sont destinés à être captés par la photocathode et par conséquent toute interception de ces rayons va agir fortement sur la brillance finale; et d'autre part pour des raisons physico-chimiques le scintillateur, et plus encore la photocathode, sont des produits qui ne sont pas neutres chimiquement et qui peuvent réagir fortement avec les substances avec lesquelles ils sont en contact, ces réactions ayant ensuite des conséquences sur les propriétés respectives de chacun des matériaux de la réaction. On s'est donc aperçu que l'interposition de couches intermédiaires minces entre le scintillateur et la photocathode avait des conséquences directes sur la brillance, et cela en relation étroite avec l'épaisseur de ces couches intermédiaires. L'invention propose donc de placer sous la photocathode une couche intermédiaire mince d'épaisseur variable radialement. De très nombreuses substances sont susceptibles d'être utilisées, la seule condition étant que la présence de cette substance modifie la brillance finale de l'image de sortie dans une mesure qui varie avec l'épaisseur de la couche. Deux effets principaux au moins peuvent être exploités le premier effet, le plus simple, est purement optique: on choisit comme substance une substance absorbant partiellement la lumière et on fait varier l'épaisseur radialement; l'absorption est alors variable radialement et la lumière transmise du scintillateur vers la photocathode subit donc une absorption variable radialement On compense ainsi partiellement (ou même totalement si on le désire) la non uniformité de la courbe de brillance En pratique l'épaisseur de la couche intercalaire sera plus grande au centre que sur les bords. Un deuxième effet qu'on peut exploiter est de nature physico-chimique: c'est la réaction chimique entre la couche intermédiaire et la photocathode qui modifie les propriétés émissives de la photocathode. Cela est possible avec les photocathodes couramment utilisées, à l'antimoniure de potassium dopé au césium Ces photocathodes sont très réactives, notamment pendant leur dépôt à cause de la température élevée qui règne dans l'enceinte de dépôt Elles sont fortement réductrices et réagissent fortement avec des substances plutôt oxydantes. Par exemple, si on interpose entre la couche scintillatrice et la photocathode une couche d'oxyde d'indium In 203 qui a la propriété d'être à la fois conductrice et transparente et qui est donc parfois utilisée comme sous-couche conductrice avant dépôt de la photocathode, on a trouvé selon l'invention que la brillance finale du tube intensificateur dépendait fortement de l'épaisseur de la couche d'oxyde d'indium. La dépendance est beaucoup plus forte que celle qui résulte des simples propriétés d'absorption optique de cette couche C'est pourquoi il est particulièrement avantageux de donner une épaisseur variable radialement à cette couche pour modifier à volonté la courbe de brillance Cette variation de brillance vient très probablement d'une réaction chimique entre l'oxyde d'indium et l'antimoniure alcalin de la photocathode; cette réaction tend à décomposer une quantité d'antimoniure qui est liée à la quantité d'oxyde d'indium donc à l'épaisseur de la couche d'oxyde d'indium Cette réaction chimique intervient pendant la phase de dépôt de la photocathode. Là encore on mettra une épaisseur de couche intercalaire plus grande au centre, pour réduire au centre le rendement de la photocathode L'ordre de grandeur des épaisseurs est de préférence le suivant: environ 250 angstrâms sur les bords et 400 angstrâms au centre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente une courbe de brillance d'un tube IIR de l'art antérieur; la figure 2 représente la structure générale d'un tube IIR de l'art antérieur; la figure 3 représente la structure des couches de l'écran d'entrée selon l'invention. la figure 4 représente une courbe de brillance compensée selon l'invention. A la figure 1 on a représenté une courbe de brillance classique de tube intensificateur d'image, relevée selon un diamètre de l'écran de sortie: elle représente la brillance d'une ligne de points de l'image visible sur l'écran de sortie en fonction de la distance de ces points par rapport au centre de l'écran, en supposant uniforme l'éclairement de l'écran d'entrée. Pour un tube IIR, l'éclairement est un faisceau uniforme de rayons X. En abscisse on a donc porté la distance radiale par rapport au centre, et en ordonnée la brillance de l'image visible de sortie On voit que la courbe de brillance n'est pas du tout une ligne droite horizontale ou presque comme cela pourrait être théoriquement souhaitable; c'est plutôt une sorte d'arc de cercle aplati vers le centre La différence de brillance entre le centre et les bords va de 25 % à 35 % selon les types de tubes et selon leur diamètre En réalité, une certaine différence de brillance peut être souhaitable, mais pas aussi élevée que cela. La structure générale d'un Intensificateur d'image radiologique classique est représentée à la figure 2 L'enceinte du tube à vide renferme à l'avant un écran d'entrée EE et à l'arrière un écran de sortie ES Des électrodes de focalisation de faisceau électronique sont prévues dans l'enceinte. L'écran d'entrée est le plus souvent bombé en forme parabolique ou hyperbolique, avec une forte courbure, pour des raisons d'optique électronique, c'est-à-dire pour rendre possible une Localisation homogène des électrons sur l'écran de sortie. Cette courbure est une des causes de la forme du profil de brillance du tube. L'écran d'entrée EE est le plus souvent constitué par une tôle d'aluminium bombée 10, sur laquelle on a déposé une couche scintillatrice 12 (iodure de césium, plusieurs centaines de micromètres d'épaisseur) elle-même recouverte d'une électrode conductrice transparente 14 (le plus souvent en oxyde d'indium In 203) puis d'une photocathode 16 (par exemple en antimoniure de potassium et césium). L'électrode conductrice transparente ( 14) est destinée à fixer uniformément le potentiel de la photocathode. Selon l'invention, on propose qu'une couche intercalaire entre la couche scintillatrice et la photocathode (et cette couche peut être l'électrode conductrice transparente 14 elle même) soit déposée avec une épaisseur radialement variable du centre vers les bords, cette couche intercalaire étant choisie dans un matériau qui modifie la brillance de l'écran de sortie en fonction de l'épaisseur déposée. La structure d'écran qui met en oeuvre de la manière la plus simple l'invention est représentée à la figure 3: la couche intercalaire est tout simplement la couche d'oxyde d'indium 14 servant d'électrode conductrice transparente sous la photocathode Comme on le voit sur la figure 3, l'épaisseur varie radialement Elle est plus grande (épaisseur el) au centre de l'écran que sur les bords (épaisseur e 2), car il s'avère qu'une augmentation d'épaisseur de la couche 14 provoque une réduction de la brillance On compense donc la trop grande courbure du profil de brillance de la figure 1 La variation d'épaisseur est en pratique continue du centre vers les bords. Le dépôt avec épaisseur variable est réalisé d'une manière connue par évaporation en présence d'un masque qui tourne devant la surface à recouvrir, la forme du masque étant définie en fonction du profil d'épaisseur à obtenir Les épaisseurs sont de quelques centaines d'angstrâms. Le mécanisme qui provoque une variation de brillance est dans ce cas plus d'ordre physico-chimique que d'ordre purement optique: l'oxyde d'indium tend à réagir avec la photocathode pour réduire ses propriétés émissives, et cela d'autant plus que l'épaisseur d'oxyde d'indium est importante. On a trouvé qu'une épaisseur variant entre 400 angstrdms environ (au centre de l'écran) et 250 angstrâms environ (sur les bords) était tout à fait appropriée Il est intéressant de remarquer que la variation d'absorbtion optique due à cette variation d'épaisseur est tout-à- fait négligeable Et pourtant la brillance de l'écran est compensée dans la mesure désirée (on peut facilement passer d'une différence de 25 % à une différence de 10 % par exemple entre le centre et les bords) Il semble donc que ce soit surtout par diminution de l'émissivité de la photocathode que la couche d'oxyde d'indium agit Et l'action dépend fortement de l'épaisseur d'oxyde d'indium. Le choix d'autres matériaux que l'oxyde d'indium stoechiométrique In 203 est possible De l'oxyde d'indium partiellement réduit Inx Oyy en épaisseur de l'ordre de quelques centaines d'angstrêms peut convenir également La variation d'épaisseur peut être du même ordre de grandeur que pour l'oxyde d'indium stoechiométrique. Mais on peut choisir aussi des matériaux chimiquement plus neutres, dont l'effet essentiel est de provoquer une absorbtion variable de lumière (à la longueur d'onde émise par le scintillateur) en fonction de l'épaisseur de dépôt; le matériau peut être par exemple un métal ou une combinaison de métaux tels que le nickel et le chrome en épaisseur inférieur à 200 angstr 6 ms Ces matériaux jouent également le rôle d'électrode conductrice. Il est envisageable aussi que la couche intercalaire soit une couche supplémentaire, déposée par exemple sur le scintillateur avant dépôt de l'électrode conductrice. Le matériau de la couche intercalaire peut alors être non conducteur, par exemple un matériau isolant tel qu'un oxyde, un halogénure ou un nitrure métallique, dopé avec au moins un élément de transition tel que le cuivre, le cobalt, le manganèse notamment. Dans le cas d'un intensificateur d'image visible et non radiologique, il n'y a pas de scintillateur et le matériau tel que l'oxyde d'indium, dont l'épaisseur agit sur la brillance finale, est déposé sur un substrat avant le dépôt de la photocathode. REVENDICATIONS 1 Tube intensificateur d'image comportant un écran d'entrée et un écran de sortie fournissant une image visible, l'écran d'entrée supportant une couche de photocathode ( 12) avec une couche intercalaire mince ( 14) disposée sous la photocathode, caractérisé en ce que la couche intercalaire mince a une épaisseur radialement variable, et est réalisée en un matériau dont la présence à cet endroit provoque une modification de la brillance de l'écran de sortie dans une mesure liée à l'épaisseur de ce matériau. 2 Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau est un matériau absorbant la lumière. 3 Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau est un matériau susceptible de réagir avec le matériau de la couche de photocathode pour modifier les propriétés d'émission de cette dernière. 4 Tube selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le matériau est un oxyde métallique et notamment un oxyde d'indium stoechiométrique In 203 ou un oxyde d'indium partiellement réduit Inx OY, en épaisseur de l'ordre de quelques centaines d'angstrôms. 5 Tube selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le matériau est un métal ou une combinaison de métaux tels que le nickel et le chrome en épaisseur inférieur à 200 angstrâms. 6 Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche intercalaire est disposée entre la couche scintillatrice et une couche conductrice transparente sur laquelle est déposée la photocathode. 7 Tube selon l'une des revendications 1 et 6, caractérisé en ce que le matériau est un matériau isolant tel qu'un oxyde, un halogénure ou un nitrure métallique dopé avec au moins un élément de transition tel que le cuivre, le cobalt, le manganèse notamment. 8 Tube selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est intensificateur d'image radiologique, l'écran d'entrée portant une couche scintillatrice ( 12) et la couche intercalaire mince ( 14) étant disposée entre la couche scintillatrice ( 12) et la couche de photocathode ( 16).