Brevet FR2758002A1 — publié le 19980703

SYSTEME DE VISUALISATION AVEC ECRAN D'OBSERVATION LUMINESCENT L'invention concerne les systèmes ou dispositifs de visualisation utilisant un tube électronique à vide, comportant un écran d'observation luminescent. Ces systèmes de visualisation sont notamment des tubes intensificateurs d'image, par exemple de type radiologique ou de tubes à rayons cathodiques. L'écran d'observation luminescent du système de visualisation, a pour rôle, de générer une image lumineuse visible, lorsque l'écran est excité par un faisceau d'électrons frappant sa surface photoluminescente. L'invention concerne plus particulièrement l'écran d'observation luminescent comportant des moyens pour améliorer le contraste de l'image. Les tubes à rayons cathodiques sont utilisés comme système de visualisation dans des domaines professionnels, comme par exemple celui des appareils de mesure tels que les oscilloscopes, ou dans des domaines grand public comme celui de récepteurs de télévision. Un tube à rayons cathodiques, comporte une enveloppe sous vide ayant un col faisant partie intégrante d'une partie tronconique en forme d'entonnoir fermé du côte de sa plus grande largeur par l'écran d'observation recouvert d'une couche de luminophores. Un canon à électrons situé dans le col du tube, génère un faisceau d'électrons modulés par un signal électrique représentant une image, qui en frappant l'écran d'observation reproduit l'image sous forme lumineuse Les tubes intensificateurs d'image, sont des tubes à vide comprenant un écran d'entrée, situé à l'avant du tube, un système d'optique électronique, et un écran d'observation de l'image situé à l'arrière du tube, du côté d'une fenêtre de sortie de ce dernier. Dans les tubes intensificateurs d'image radiologiques, I'écran d'entrée comporte en outre un écran scintillateur qui convertit les photons x incidents en photons visibles. Les photons visibles excitent une photocathode qui en réponse génère un flux d'électrons. Ce flux d'électrons est ensuite transmis par un système d'optique électronique qui focalise les électrons, et les dirige sur l'écran d'observation. L'écran d'observation comporte une ou plusieurs couches de grains luminophores déposée sur un support en verre transparent. Les luminophores frappés par les électrons produisent alors de la lumière visible de l'extérieur du tube à travers le support transparent. La figure, 1 montre schématiquement un tel tube intensificateur d'image du type radiologique. Le tube intensificateur 1 comprend une enveloppe 2 en verre dont une extrémité, à l'avant du tube, est fermée par une fenêtre d'entrée 3, exposée à un rayonnement de photons x. La seconde extrémité de l'enveloppe formant l'arrière du tube est fermée par l'écran d'observation 4 transparent à la lumière. Les rayons x sont convertis en rayons lumineux par un écran scintillateur 5. Les rayons lumineux excitent une photocathode 6 qui en réponse produit des électrons. Ces électrons sont extraits de la photocathode 6 et accélérés vers l'écran d'observation 4 à l'aide de différentes électrodes 7, et d'une anode 8 disposée le long d'un axe longitudinal 9 du tube et qui forment le système d'optique électronique. Dans l'exemple représenté, l'écran d'observation 4 est formé par une pièce transparente en verre rapportée de façon étanche à I'enveloppe 2. Cette pièce de verre constitue en outre dans l'exemple montré, un support qui porte des luminophores 10, par exemple. Dans certaines réalisations de tubes à intensification d'image, l'établissement du potentiel d'accélération des électrons issus de la photocathode du tube, est effectué par une grille sous la tension d'accélération disposée à proximité de l'écran d'observation. Les électrons accélérés traversent la grille atteignant les luminophores 10, de l'écran d'observation, qui produisent de la lumière visible. Dans d'autres réalisations, le potentiel d'accélération est obtenu par une tension appliquée à une fine couche de matériau conducteur, par exemple un métal déposé directement sur la couche de luminophores de l'écran d'observation. La faible épaisseur de cette couche de métal, permet le passage sans perte notable, des électrons vers les luminophores. Dans les réalisations actuelles, I'épaisseur de la couche métallique, par exemple en aluminium est de l'ordre de 0,3 micromètre. Le matériau déposé sur les luminosphore doit être de nature telle qu'il puisse être traversé par les électrons en provenance de la photocathode en créant un minimum d'électrons secondaires. Ces électrons secondaires sont créés dans le matériau par le faisceau d'électrons incidents. Les matériaux ayant cette caractéristique sont dits à faible émission secondaire ou ayant un rapport d'émission secondaire faible et ce rapport est mesuré pour une énergie déterminée du faisceau d'électrons incidents sur le matériau. Dans les tubes intensificateurs d'images, les électrons accélérés issus de la photocathode, frappent la couche des luminophores provoquant une émission de photons dans le domaine de la lumière visible représentant l'image radiologique. Si l'on considère un faisceau d'électrons incidents Ei, (voir figure 1) frappant les luminophores dans une zone Z de l'écran d'observation, ces mêmes luminophores produisent à leur tour par l'impact des électrons incident Ei, des électrons réémis Er, se dirigeant vers l'intérieur du tube, puis retombant à nouveau sur les luminophores de l'écran d'observation. Ce phénomène parasite l'image initiale produite par le faisceau d'électrons incidents Ei. Par la suite nous appellerons ces électrons réémis, électrons de rétrodiffusion. Dans les réalisations actuelles les électrons de rétrodiffusion représentent environ 20% du faisceau d'électrons incidents Ei, parasitant fortement l'image produite par l'écran d'observation. Les électrons de rétrodiffusion se trouvent dispersés lors de leur émission à l'intérieur du tube et lorsqu'il retombent sur l'écran d'observation, accélérés par les tensions de polarisation du tube, ces électrons de rétrodiffusion, viennent exciter de manière totalement repartie, les luminophores de l'écran d'observation. Ce phénomène secondaire produit un bruit de fond, se traduisant par une diminution du contraste de l'image. La présente invention propose de palier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un dispositif de visualisation comportant un tube électronique à vide et un écran d'observation luminescent, I'écran ayant un verre support sur lequel est déposé une couche de luminophores, I'écran d'observation produisant une image lumineuse lorsque les luminophores sont excités par un faisceau d'électrons, caractérisé en ce qu'une couche de matériau à faible émission secondaire, partiellement absorbante pour les électrons incidents, est placée dans le trajet des électrons générés par le tube et à proximité de la couche des luminophores, la couche déposée ayant pour effet de réduire la quantité d'électrons réémis de l'écran d'observation vers le tube et d'autre part la proportion de ces électrons qui reviennent frapper la couche de luminophores. La couche de matériau à faible émission secondaire, dont l'épaisseur devra être d'au moins 0,5 micromètre et de préférence comprise entre 1 micromètre et 3 micromètres environ, va jouer le rôle de filtre d'électrons de rétrodiffusion, en absorbant une première fois, des électrons de rétrodiffusion lorsque au moment de leur génération par l'impact du faisceau d'électrons incidents Ei, sur les luminophores, ils traversent la couche de matériau à faible émission secondaire et dans le sens opposé à celui du faisceau d'électrons incidents et en absorbant une seconde fois d'autres électrons de rétrodiffusion, lorsqu'ils traversent à nouveau la même couche à faible émission secondaire, lors de leur retombée vers l'écran d'observation, dans le sens des électrons incidents. La couche à faible émission secondaire, se présente sous la forme d'un revêtement déposé, soit directement sur les luminophores de l'écran d'observation ou soit sur un support situé dans le trajet des électrons incidents à proximité de l'écran d'observation. Ce revêtement est constitué essentiellement par un matériau de faible densité choisi soit, parmi les éléments ou composés isolants tels que le carbone, la silice, I'oxyde de bore, soit parmi des éléments conducteurs tels que l'aluminium, le béryllium ou le graphite. Dans le cas des matériaux conducteurs, le revêtement remplit aussi la fonction d'établissement du potentiel d'accélération des électrons sur toute la surface des luminophores, ce qui est nécessaire dans le cas de l'écran d'observation des tubes intensificateurs d'image. Dans le cas d'écrans de visualisation destinés à être utilisés dans les tubes à rayons cathodiques, un revêtement métallique n'est pas nécessaire par le fait de l'utilisation devant la couche de luminophores d'une grille d'accélération des électrons. Dans d'autres réalisations utilisant un revêtement en matériau isolant et lorsque la conduction électrique est nécessaire, la couche à faible émission secondaire peut être recouverte d'une couche conductrice. L'invention est applicable quelque soit la technologie utilisée pour la fabrication de l'écran de visualisation, par exemple la couche à faible émission secondaire peut être séparée de la couche de luminophores par un film d'une matière destinée à la délimitation de ladite couche de luminophores utilisée dans certains types de tubes à rayons cathodiques. La couche à faible émission secondaire peut être aussi séparée, d'une faible distance, des luminophores, par le vide du tube, dans ce cas le revêtement est supporté par une grille de faible épaisseur. En général, le revêtement faisant office de filtre pour les électrons de rétrodiffusion sera adapté, par le matériau qui le constitue et par sa disposition dans l'écran de visualisation, à la qualité de l'image propre au type de tube auquel l'écran est destiné. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1, déjà décrite, représente la structure d'un tube intensificateur d'images selon l'art antérieur. - la figure 2 représente un exemple de réalisation d'un écran d'observation du tube intensificateur d'image pour radiologie de la figure 1. Un écran d'observation 20 comporte: - un verre support 22 transparent à la lumière, fermant hermétiquement la partie inférieure du tube, non représentée sur la figure. Le verre support comporte une face interne 24, située à l'intérieur du tube et une face externe 26 au tube permettant l'observation de l'image générée par I'écran d'observation. - des couches de luminophores 28, déposées sur la face interne 24 du verre support. - une couche d'aluminium 30 de 2 micromètres d'épaisseur environ, déposée sur les couches de luminophores 28. Un potentiel d'accélération des électrons est appliqué à cette couche d'aluminium. Un faisceau d'électrons incidents Ei, traverse avec une perte d'électrons, la couche d'aluminium 30, dans une zone A1 de l'écran d'observation et vient exciter les couches de luminophores 28 produisant une émission lumineuse hl, visible à travers le verre support 22, et des électrons de rétrodiffusion Erl, Er2,..... Ern,. Ces électrons de rétrodiffusion, générés par les luminophores, sont renvoyés vers l'intérieur du tube et se trouvent absorbés partiellement, une première fois, en traversant la couche d'aluminium 30, dans leur déplacement vers l'intérieur du tube, puis se trouvent à nouveau absorbés partiellement, une seconde fois, en retombant sur l'écran d'observation, attirés par le potentiel de polarisation appliqué sur la couche d'aluminium. Au total avec une épaisseur d'aluminium de 2 micromètres environ et malgré la perte subie sur les électrons incidents Ei, traversant la couche d'aluminium 30, la réduction des électrons de rétrodiffusion absorbés par cette couche d'aluminium conduit à une amélioration notable du contraste de l'image. REVENDICATIONS 1. Dispositif de visualisation comportant un tube électronique à vide et un écran d'observation luminescent (20), I'écran ayant un verre support (22) sur lequel est déposé une couche de luminophores, l'écran d'observation produisant une image lumineuse (hl) lorsque les luminophores sont excités par un faisceau d'électrons (Ei), caractérisé en ce qu'une couche de matériau à faible émission secondaire, partiellement absorbante pour les électrons incidents, est placée dans le trajet des électrons générés par le tube et à proximité de la couche des luminophores (28), la couche déposée ayant pour effet de réduire la quantité d'électrons réémis de l'écran d'observation vers le tube et d'autre part la proportion de ces électrons qui reviennent frapper la couche de luminophores. 2. Dispositif de visualisation, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de matériau à faible émission secondaire se présente sous la forme d'un revêtement déposé sur les luminophores et que son épaisseur devra être d'au moins 0,5 micromètres et de préférence comprise entre 1 micromètre et 3 micromètres environ. 3. Dispositif de visualisation, selon la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau à faible émission secondaire est un matériau isolant choisi parmi le carbone, la silice, I'oxyde de bore. 4. Dispositif de visualisation, selon l'un des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le revêtement comporte une couche conductrice. 5. Dispositif de visualisation, selon la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau à faible émission secondaire est un matériau conducteur choisi parmi l'aluminium, le béryllium, le graphite. 6. Dispositif de visualisation, selon la revendication 5, caractérisé en ce que le matériau à faible émission secondaire est de l'aluminium et en ce que la couche à une épaisseur d'environ 2 micromètres. 7. Dispositif de visualisation, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de matériau à faible émission secondaire se présente sous la forme d'un revêtement déposé sur une grille fine. 8. Dispositif de visualisation, selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour la réalisation d'un tube intensificateur (1) d'images de type radiologique. 9 Dispositif de visualisation, selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour la réalisation d'un tube à rayons cathodiques.