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EP0176422A1 - Tube à image à sortie vidéo, système de prise de vue utillisant un tel tube, et procédé de fonctionnement d'un tel tube - Google Patents

Tube à image à sortie vidéo, système de prise de vue utillisant un tel tube, et procédé de fonctionnement d'un tel tube Download PDF

Info

Publication number
EP0176422A1
EP0176422A1 EP85401753A EP85401753A EP0176422A1 EP 0176422 A1 EP0176422 A1 EP 0176422A1 EP 85401753 A EP85401753 A EP 85401753A EP 85401753 A EP85401753 A EP 85401753A EP 0176422 A1 EP0176422 A1 EP 0176422A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
photocathode
electrons
image
potential
video output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP85401753A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Lucien Guyot
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thomson CSF SA filed Critical Thomson CSF SA
Publication of EP0176422A1 publication Critical patent/EP0176422A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J31/00—Cathode ray tubes; Electron beam tubes
    • H01J31/08—Cathode ray tubes; Electron beam tubes having a screen on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted, or stored
    • H01J31/26—Image pick-up tubes having an input of visible light and electric output
    • H01J31/265—Image pick-up tubes having an input of visible light and electric output with light spot scanning

Definitions

  • the present invention relates to a video output image tube intended to transform the image of incident radiation into an electrical signal.
  • FIGS. 1 (a) and 1 (b) show two imaging systems with video output used in radiology, namely a radiological image intensifier tube with video output and a system consisting of an image intensifier tube optically coupled to a vidicon tube.
  • the image intensifier tube with video output of figure 1 (a) designated as a whole by the reference 1 is made up, from left to right in the figure, of the image intensifier tube itself then of the shooting part which are contained in the same vacuum enclosure 2.
  • the vacuum enclosure 2 has an inlet window 4 transparent to the X-ray beam which is detected after passing through the body 3 to be observed.
  • the image intensifier tube therefore has inside the enclosure:
  • the output video signal S is, in this case, collected on the face f, of the target 7.
  • the system of FIG. 1 (b) comprises, for its part, an image intensifier tube T, an optical coupling system L and a vidicon tube V.
  • the image intensifier tube T is identical to the image intensifier tube part in Figure 1 (a). The only difference between these two parts lies in the fact that the image intensifier tube T of FIG. 1 (b) comprises an electroluminescent screen 7 ′ on which the visible image of the observed body is formed.
  • the vidicon V tube is similar to the shooting part of the tube in FIG. 1 (a) and it will not be described again in detail, the same elements bearing the same references in the two figures.
  • the present invention therefore abjects a new image tube with video output having a length / image field ratio lower than that of known tubes.
  • the electronic optics are not used to form the image of the photoelectrons coming from the photocathode on a screen. It is therefore possible to produce it in a very compact form, which makes it possible to reduce the length / image field ratio.
  • the present invention also relates to a shooting system comprising, associated with a picture tube with video output as described above, a light source emitting a light beam, a scanning system ensuring the deflection of the light beam without defocusing on the entire surface of the photocathode and. optionally, a relay optics directing the light beam towards the photocathode, constituted either by a wide angle type optics forming the image of an intermediate diffusing plane or by juxtaposed microlenses.
  • the video tube with video output of the present invention comprises a vacuum enclosure E.
  • This enclosure is preferably made of a metal or a metal alloy such as aluminum, stainless steel, iron-nickel or iron-nickel-cobaft alloys.
  • the enclosure E can also be made of glass. However, in this case, the glass is covered with a metallic coating to define the potential.
  • the enclosure E has on its face exposed to incident radiation, namely X-rays in the case of a tube used in radiology, an inlet window F, transparent to said radiation.
  • This window is preferably made of thin glass, titanium, aluminum or thin steel.
  • the enclosure E further comprises in the part opposite the window F , at least one optical window F, allowing the passage of a light beam L.
  • the optical window or windows F can be arranged laterally as shown in the figures 2 and 3 or else it can be arranged axially as shown in FIG. 4. This latter arrangement facilitates optical scanning of the photosensitive or photocathode layer as explained below.
  • the dimensions of the vacuum chamber are chosen so that the length / image field ratio is preferably between 0.5 and 1.
  • the screen-photocathode assembly is mainly constituted by a scintillator SC covered with a photoemissive layer or photocathode C ′, the assembly being deposited on a conductive support electrode EC and produced so as to form elementary capacities as shown in FIG. 5.
  • the scintillator used can be any scintillator known for transforming X-rays into light photons, such as alkali and alkaline earth halides, gadolinium oxysulfide, zinc sulfide, Ca WO ,.
  • the scintillator is preferably made of cesium iodide.
  • the photoemissive layer is produced by any known photoemissive layer compatible with the scintillator.
  • the photoemissive layer can be made of alkali antimonide, for example. It is deposited on the scintillator, for example by evaporation through a grid positioned on the scintillator, to obtain a mosaic structure so as to achieve the elementary capacities as shown in Figure 5.
  • the constituent material the screen is a function of the incident radiation. It consists of a dielectric.
  • a barrier layer may be provided between the scintillator and the photocathode in the event of chemical incompatibility between these two elements.
  • This barrier layer can be produced by a thin layer of alumina or silica. It is not necessary in the case of a cesium iodide screen and an antimonide photocathode.
  • a field grid g ' is positioned in front of the photocathode C'.
  • this field grid is positioned in parallel and at a short distance from the photocathode C '.
  • This field grid g ' connected to a variable extinguisher potential serves to fix the maximum potential of photocathode C' and causes the extraction of photoelectrons. It is preferably made of stainless steel, nickel, copper or the like. It has maximum transparency to light photons to minimize the occultation of the optical scanning beam.
  • the surface of the grid can be slightly oxidized to reduce its optical reflectance while destroying the surface photoelectricity.
  • the field grid g ' is followed by an optical system essentially comprising acceleration and focusing grids g', and g ', and at least one anode A' possibly surrounded by a grid g '. whose role will be explained below.
  • the gates g ′ and g ′ are connected by sealed connectors, not shown, to external voltage supplies making it possible to adjust the potential of the grids.
  • Different types of anode can be used to collect electrons.
  • the anode A ' is an anode preferably made of Cu Be, Ag Mg or Ga P. It is surrounded by a grid g', connected to an adjustable potential relative to that of the anode to promote the extraction of secondary electrons from the anode and thus obtain an electron multiplier effect.
  • the anode A ′ is produced by a metallized cathodoluminescent screen, made of metallized phosphorus with very low persistence for example, deposited on a glass finger. This anode allows the emission of light photons to a PM photomultiplier outside the enclosure.
  • the anode can also consist of the first dynode of an electron multiplier of known type.
  • thermoemissive cathodes K, and K for sending a flow of electrons or photo-electrons to the photocathode C 'are provided inside the enclosure.
  • These means consist of one or more thermoemissive cathodes K, and K, as shown in FIGS. 2 and 3.
  • photoemissive cathodes can also be used.
  • Thermoemissive cathodes are generally oxide cathodes with direct or indirect heating or cathodes made of tungsten thoriated or not. They are surrounded by a control grid or wheneft W allowing the blocking or unblocking of the flow of electrons emitted by the cathode K, or K, and a certain control of the trajectories of the electrons leaving the cathode.
  • Photoemissive cathodes can be formed by a combination of antimony with alkali metals such as potassium, sodium, cesium, rubidium.
  • the image tube of the present invention may also include other means usually provided in image intensifier tubes such as means for producing a photoemissive layer of Sb-Cs or Sb-alkali type, in particular Sb-K-Cs .
  • image intensifier tubes such as means for producing a photoemissive layer of Sb-Cs or Sb-alkali type, in particular Sb-K-Cs .
  • These means can be incorporated into the tube and consist of an evaporator or the materials can be introduced via the pumping pipes.
  • Active and / or chemical getters can be incorporated into the tube to maintain a high quality vacuum.
  • the video output image tube of the present invention is associated with a light source emitting a light beam L, a scanning system D ensuring the deflection of the light beam without defocusing, over the entire surface of the photocathode C 'and, optionally, a relay optic.
  • This relay optic is constituted by a diffusing plane P produced, for example, using a fiber optic blade and a wide angle type optic 0. It is also possible to use juxtaposed microlenses.
  • thermoemissive cathodes K, and K are brought to a negative potential with respect to the potential of the field grid g ′, the control electrode W being released.
  • the cathodes K, and K therefore emit electrons towards the photocathode C 'whose trajectories are adjusted by the potential applied to the gates g', and g ', so as to sprinkle the photocathode C' in electrons orthogonally.
  • the potential of the cathodes K "K, OV
  • the potential of the field grid g ' is chosen between 100 and 200 V and the potentials of the gates g', and g ', are chosen between 0 and 50V.
  • the body to be observed is irradiated with X-rays.
  • the X-ray after passing through the body and the entry window arrives on the scintillator SC which emits, under the effect of the X-rays, a flux of light photons which excites the photocathode C '.
  • the photocathode emits photo-electrons which cross the field grid g ', and are collected by the anode (s) A', these electrodes being brought to appropriate potentials.
  • each photocathode element varies positively according to the charge emitted and takes the values represented by a, b, c, d, e, f on the left part of the diagram of the figure 6.
  • the maximum limit of the potential that can take each element of photocathode is fixed by the potential of the field grid. Beyond this potential, the electrons are no longer emitted. It will be noted that this phenomenon is interesting for limiting the dynamics of certain images.
  • the potential of the elements of the photocathode C ' translates the local luminance of the incident image according to a distribution varying from 0 to the potential of the field grid g',.
  • the reading phase is carried out by sequentially exploring the different points or elements of the photocathode C 'using a light beam L During this operation, the anode (s) A' are brought to a positive potential which is understood, by example, between 100 and some 1000 V.
  • the grids g '"g' are at potentials vary from - 100 V to some 10 V so as to optimize the trajectories of the photo-electrons coming from photocathode C 'and crossing the grid of field g ',.
  • the floating potential of the different points of the photocathode is brought from the value obtained after detection of the image to the maximum potential imposed by the field grid g ', as shown in FIG. 6. This gives rise to the read signal which is complementary to the stored photo-signal.
  • the read signal can be collected on the anode (s) A 'or on the support electrode EC.
  • the anode A collects electrons directly to supply an external video amplifier, not shown.
  • a multiplier effect is obtained by bringing the grid g ', to a positive potential with respect to that of the anode A', which allows the collection of secondary electrons obtained by impact of the photo-electrons on the anode A '.
  • the anode A ′ consisting of a metallized cathodoluminescent screen, it emits, under the impact of the photoelectrons, light photons which are transmitted through the glass finger forming an optical window towards the PM photomultiplier which delivers the signal current.
  • the signal can also be taken from the EC support electrode connected to a video amplifier.
  • the support electrode can be divided into several electrodes each connected to a video amplifier.
  • the video output image tube according to the invention has many advantages compared to currently known tubes.
  • the structure described makes it possible to produce an image tube with extremely compact video output of ratio length / image field which can reach a factor of 0.5.
  • the mode of operation without focused electronic imaging allows rectangular formats to be produced, such formats being better suited to radiological applications.
  • the optical scanning which gives rise to the video signal can be carried out using inexpensive and space-saving light sources such as laser sources or diodes with a power of less than 10 mW.
  • the tube has an adjustable dynamic by adjusting the tension of the field grid g ', which allows its operation either in radioscopy or in radiography when it is used for radiological applications.

Landscapes

  • Image-Pickup Tubes, Image-Amplification Tubes, And Storage Tubes (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un nouveau tube à image à sortie vidéo. Ce tube comporte principalement à l'intérieur d'une enceinte à vide (E): - un ensemble écran-photocathode (EC-SC-C') formant une mosaïque de capacités élémentaires, - une grille de champ (g'1), - des cathodes thermoemissives (K1, K2), pour ramener le potentiel de la photocathode à un potentiel de référence, - au moins une fenêtre optique (F2) prévue sur l'enceinte à vide pour le passage d'un faisceau lumineux réalisant le balayage de la photocathode (C'), - des moyens (A') pour collecter le signal électrique obtenu lors du balayage et, - une optique électronique (g'2, g'3) pour accélérer et diriger les différents flux d'electrons ou photo-électrons. Applications plus particulièrement à la radiologie.

Description

  • La présente invention concerne un tube à image à sortie vidéo destiné à transformer l'image d'un rayonnement incident en un signal électrique.
  • Dans la description qui va suivre, on se référera plus particulièrement aux tubes à image à sortie vidéo utilisés en radiologie, c'est à dire aux tubes convertisseurs ou intensificateurs de rayons X. Toutefois, il est évident pour l'homme de l'art que l'invention peut aussi s'appliquer à des tubes à image détectant ou convertissant des rayonnements du spectre visible, du spectre invisible tels que des rayons y ou même un flux de neutrons. Dans ce cas, il est nécessaire de changer la nature de l'écran d'entrée pour l'adapter aux rayonnements incidents à convertir.
  • Pour bien comprendre le problème que cherche à résoudre la présente invention, on a représenté sur les figures 1 (a) et 1(b) deux systèmes d'imagerie à sortie vidéo utilisés en radiologie, à savoir un tube intensificateur d'image radiologique à sortie vidéo et un système constitué d'un tube intensificateur d'image couplé optiquement à un tube vidicon.
  • Le tube intensificateur d'image à sortie vidéo de la figure 1 (a) désigné dans son ensemble par la référence 1 se compose, de gauche à droite sur la figure, du tube intensificateur d'image proprement dit puis de la partie prise de vue qui sont contenus dans la même enceinte à vide 2. L'enceinte à vide 2 comporte une fenêtre d'entrée 4 transparente au faisceau de rayons X qui est détecté après avoir traversé le corps 3 à observer.
  • Le tube intensificateur d'image comporte donc à l'intérieur de l'enceinte :
    • - un écran d'entrée constitué d'un scintillateur 5 et d'une photocathode 6 qui assure la conversion des rayons X en photons lumineux puis en photo-électrons,
    • - une optique électronique constituée des grilles g" g, et g, qui assurent la focalisation des électrons et les soumettent à une tension d'accélération,
    • - une anode cônique A,
    • - une cible 7 qui reçoit sur sa face f, l'impact du faisceau d'électrons et dont l'autre face f, est balayée ligne après ligne par un faisceau d'électrons produit par la cathode K chauffée par un filament 8, le faisceau d'électrons étant focalisé et accéléré par des grilles g. à g" et
    • - des bobines, non représentées, réalisant la concentration et la déviation du faisceau.
  • Le signal vidéo de sortie S est, dans ce cas, recueilli sur la face f, de la cible 7.
  • Le système de la figure 1(b) comporte, lui, un tube intensificateur d'image T, un système de couplage optique L et un tube vidicon V. Le tube intensificateur d'image T est identique à la partie tube intensificateur d'image de la figure 1 (a). La seule différence entre ces deux parties réside dans le fait que le tube intensificateur d'image T de la figure 1 (b) comporte un écran électroluminescent 7' sur lequel est formée l'image visible du corps observé. De même, le tube vidicon V est semblable à la partie prise de vue du tube de la figure 1 (a) et il ne sera pas redécrit en détail, les mêmes éléments portant les mêmes références sur les deux figures.
  • L'inconvénient principal de ces deux systèmes de prise de vue lorsqu'ils sont utilisés notamment en radiologie, est leur encombrement, en particulier pour les tubes à grand champ image. En effet, dans les tubes intensificateurs d'image, l'optique électronique ne permet pas des ouvertures angulaires très importantes sans détérioration de la qualité de l'image. Cela conduit à choisir des rapports longueur/champ image supérieurs à 1,3/1. De même, dans les tubes vidicons, pour des raisons d'optique électronique, le rapport longueur/champ image est supérieur à 4/1. En conséquence, plus le champ image est important, plus la profondeur du système est grande, même lorsque, dans le cas du système de la figure 1 (b), le système de couplage optique L permet de positionner le tube vidicon V perpendiculairement au tube intensificateur d'image T. A titre d'exemple, un champ utile de 40 X 40 cm2 conduit à une profondeur, pour un tube intensificateur d'image traditionnel, supérieure à 75 cm.
  • En conséquence, si l'on veut réaliser un système de prise de vue à grand champ et faible encombrement en profondeur, il est nécéssaire de faire appel à des concepts différents de ceux utilisés dans les systèmes de l'art antérieur.
  • La présente invention a donc pour abject un nouveau tube à image à sortie vidéo présentant un rapport longueur/champ image inférieur à celui des tubes connus.
  • Le tube à image à sortie vidéo de la présente invention servant à transformer l'image d'un rayonnement incident en un signal électrique comporte principalement, dans une enceinte à vide munie d'une fenêtre d'entrée transparente au rayonnement incident,
    • - un ensemble écran-photocathode formant une mosaïque de capacités élémentaires, ledit ensemble assurant la conversion du rayonnement incident en un flux d'électrons ou photo-électrons et la mémorisation de l'image du rayonnement incident,
    • - des moyens pour fixer le potentiel maximal de la photocathode et provoquer l'extraction des photo-électrons,
    • - des moyens pour ramener la photocathode à un potentiel de référence en l'arrosant avec un flux d'électrons ou photo-électrons,
    • - au moins une fenêtre optique prévue sur l'enceinte à vide pour le passage d'un faisceau lumineux réalisant le balayage de la photocathode, ledit faisceaux lumineux servant à porter le potentiel de la photocathode au potentiel maximal,
    • - des moyens pour collecter le signal électrique obtenu lors du balayage par le faisceau lumineux et,
    • - une optique électronique portée à des potentiels variables pour accélérer et diriger les différents flux d'électrons ou photo-électrons.
  • Dans ce cas, l'optique électronique ne sert pas à former l'image des photo-électrons issus de la photocathode sur un écran. Il est donc possible de la réaliser sous une forme très compacte, ce qui permet de diminuer le rapport longueur/champ image.
  • La présente invention concerne aussi un système de prise de vue comportant, associés à un tube à image à sortie vidéo tel que décrit ci-dessus, une source lumineuse émettant un faisceau lumineux, un système de balayage assurant la déflexion du faisceau lumineux sans défocalisation sur toute la surface de la photocathode et. éventuellement, une optique relai dirigeant le faisceau lumineux vers la photocathode, constituée soit par une optique du type grand angulaire formant l'image d'un plan diffusant intermédiaire soit par des microlentilles juxtaposées.
  • La présente invention concerne aussi un procédé de fonctionnement d'un tube à image à sortie vidéo comportant une phase d'inscription et de mémorisation, une phase de lecture et une phase de remise à zéro caractérisé en ce que
    • - pendant la phase d'inscription et de mémorisation, sous irradiation par le rayonnement incident, l'ensemble écran-photocathode détecte ou convertit le rayonnement incident et émet un flux de photo-électrons capté par la ou les anodes, ce qui modifie le potentiel des différents points de la photocathode,
    • - pendant la phase de lecture, on balaye à l'aide d'un faisceau lumineux les différents points de la photocathode pour ramener leur potentiel au potentiel maximal donné par la grille de champ et on collecte le courant du signal obtenu par cette photo-excitation, puis
    • - pendant la phase de remise à zéro, on arrose la photocathode par un flux d'electrons ou photo-électrons pour ramener le potentiel de la photocathode à un potentiel de référence.
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description de différents modes de réalisation faite avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels:
    • - la figure 1 (a), déja décrite, est une représentation schématique d'un intensificateur d'image à sortie vidéo conforme à l'art antérieur,
    • -la figure 1 (b), déja décrite, est une représentation schématique d'un système comportant un tube intensificateur d'image coupé optiquement à un tube vidicon,
    • - la figure 2 est une représentation schématique d'un tube à image à sortie vidéo selon un premier mode de réalisation de la présente invention,
    • - la figure 3 est une représentation schématique d'un tube à image à sortie vidéo selon un second mode de réalisation de la présente invention,
    • - la figure 4 est une représentation schématique d'un système de prise de vue conforme à la présente invention,
    • - la figure 5 est une vue en coupe agrandie d'un ensemble écran-photocathode utilisé dans le tube de la présente invention, et
    • - la figure 6 est un diagramme donnant le potentiel des différents points d'une ligne de photocathode lors des différentes phases de fonctionnement.
  • Sur les différentes figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments. D'autre part, pour des raisons de clarté, les cotes et proportions des divers éléments n'ont pas été respectées.
  • Comme représenté sur les figures 2 et 3, le tube à image à sortie vidéo de la présente invention comporte une enceinte à vide E. Cette enceinte est réalisée, de préférence, en un métal ou un alliage métallique tel que l'aluminium, l'acier inoxydable, les alliages fer-nickel ou fer-nickel-cobaft. L'enceinte E peut aussi être en verre. Toutefois, dans ce cas, le verre est recouvert d'un revêtement métallique pour définir le potentiel.
  • L'enceinte E comporte sur sa face exposée aux rayonnements incidents, à savoir aux rayons X dans le cas d'un tube utilisé en radiologie, un fenêtre d'entrée F, transparente auxdits rayon nements. Cette fenêtre est réalisée, de préférence, en verre mince, en titane, en aluminium ou en acier mince.
  • L'enceinte E comporte de plus dans la partie opposée à la fenêtre F,, au moins une fenêtre optique F, permettant le passage d'un faisceau lumineux L. La ou les fenêtres optique F, peuvent être disposées latéralement comme représenté sur les figures 2 et 3 ou bien elle peut être disposée axialement comme représenté sur la figure 4. Cette dernière disposition facilite le balayage optique de la couche photosensible ou photocathode comme expliqué ci-après.
  • D'autre part, les dimensions de l'enceinte à vide sont choisies pour que le rapport longueur/champ image soit, de préférence, compris entre 0,5 et 1.
  • On trouve à l'intérieur de l'enceinte E essentiellement les éléments suivants, positionnés de la gauche vers la droite sur les figures à partir de la fenêtre d'entrée F,:
    • - un ensemble écran-photocathode SC-C',
    • - une grille de champ g',,
    • - une optique électronique comportant des grilles d'accélération et de focafisation g',, g',, g', et au moins une anode A' pour collecter les électrons, et
    • - des moyens K,, K, pour emettre un flux d'electrons ou photo-électrons.
  • Dans le cas d'un rayonnement X, l'ensemble écran-photocathode est constitué principalement par un scintillateur SC recouvert d'une couche photoémissive ou photocathode C', l'ensemble étant déposé sur une électrode support conductrice EC et réalisé de manière à former des capacités élémentaires comme représenté sur la figure 5. Le scintillateur utilisé peut être tout scintillateur connu pour transformer des rayons X en photons lumineux, tel que les halogénures alcalins et alcalino-terreux, l'oxysulfure de gadolinium, le sulfure de zinc, le Ca WO,. En fait le scintillateur est de préférence réalisé en iodure de césium. En effet, il est connu de disposer l'iodure de césium sur un substrat conducteur, en aluminium par exemple, sous forme d'aiguilles isolées les unes des autres, ce qui donne un écran de structure alvéolaire. La couche photoémissive est réalisée par toute couche photoémissive connue compatible avec le scintillateur. Ainsi, la couche photoémissive peut être réalisée en antimoniure d'alcalin, par exemple. Elle est déposée sur le scintillateur, par exemple par évaporation à travers une grille positionnée sur le scintillateur, pour obtenir une structure en mosaïque de manière à réaliser les capacités élémentaires comme représenté sur la figure 5. Comme mentionné dans j'introduction, le matériau constituant l'écran est fonction du rayonnement incident. Il est constitué par un diélectrique. Eventuellement, une couche d'arrêt peut être prévue entre le scintillateur et la photocathode en cas d'incompatibilité chimique entre ces deux éléments. Cette couche d'arrêt peut être réalisée par une couche mince d'alumine ou de silice. Elle n'est pas nécessaire dans le cas d'un écran en iodure de cesium et d'une photocathode en antimoniure.
  • Une grille de champ g', est positionnée devant la photocathode C'. De préférence mais non obligatoirement, cette grille de champ est positionnée parallèlement et à une faible distance de la photocathode C'. Cette grille de champ g', reliée à un potentiel exténeur variable sert à fixer le potentiel maximal de la photocathode C' et provoque l'extraction des photo-électrons. Elle est réalisée, de préférence, en acier inoxydable, en nickel, en cuivre ou similaire. Elle présente une transparence maximale aux photons lumineux pour minimiser l'occultation du faisceau de balayage optique. D'autre part, la surface de la grille peut être légèrement oxydée pour réduire sa réflectance optique tout en détruisant la photoélectricité de surface.
  • La grille de champ g', est suivie par un système optique comprenant essentiellement des grilles d'accélération et de focalisation g', et g', et au moins une anode A' entourée éventuellement d'une grille g'. dont le rôle sera expliqué ci-après.
  • Les grilles g', et g', sont reliées par des connecteurs étanches non représentés à des alimentations en tension externes permettant de régler le potentiel des grilles.
  • Différents types d'anode peuvent être utilisés pour collecter les électrons.
  • Comme représenté sur la figure 2, l'anode A' est une anode réalisée de préférence en Cu Be, Ag Mg ou Ga P. Elle est entourée d'une grille g', connectée à un potentiel ajustable par rapport à celui de l'anode pour favoriser l'extraction des électrons secondaires de l'anode et obtenir ainsi un effet multiplicateur d'électrons.
  • Selon un autre mode de réalisation représenté à la figure 3, l'anode A' est réalisée par un écran cathodoluminescent métallisé, en phosphore métallisé à très faible persistance par exemple, déposé sur un doigt en verre. Cette anode permet l'émission de photons lumineux vers un photomultiplicateur PM extérieur à l'enceinte.
  • De plus, l'anode peut aussi être constituée par la première dynode d'un multiplicateur d'électrons de type connu.
  • D'autre part, des moyens K,, K, pour envoyer un flux d'électrons ou de photo-électrons vers la photocathode C' sont prévus à l'intérieur de l'enceinte. Ces moyens sont constitués par une ou plusieurs cathodes thermoémissives K, et K, comme représenté sur les figures 2 et 3. Toutefois, des cathodes photoémissives peuvent aussi être utilisées. Les cathodes thermoémissives sont en général des cathodes à oxydes à chauffage direct ou indirect ou des cathodes en tungstène thorié ou non. Elles sont entourées par une grille de commande ou wheneft W permettant le blocage ou le déblocage du flux d'électrons émis par la cathode K, ou K, et un certain contrôle des trajectoires des électrons au départ de la cathode. Les cathodes photoémissives peuvent être constituées par une combinaison d'antimoine avec des métaux alcalins du type potassium, sodium, cesium, rubidium.
  • Le tube à image de la présente invention peut aussi comporter d'autres moyens habituellement prévus dans les tubes intensificateurs d'image tels que des moyens pour réaliser une couche photoémissive de type Sb-Cs ou Sb- alcalins, en particulier Sb-K-Cs. Ces moyens peuvent être incorporés dans le tube et constitués par un évaporateur ou bien les matériaux peuvent être introduits par l'intermédiaire des queusots de pompage.
  • Des getters actifs et/ou chimiques peuvent être incorporés dans le tube pour maintenir un vide de haute qualité.
  • Pour faciliter la compréhension des dessins, ces moyens n'ont pas été représentés.
  • Comme représenté sur la figure 4, le tube à image à sortie vidéo de la présente invention est associé à une source lumineuse émettant un faisceau lumineux L, un système de balayage D assurant la déflexion du faisceau lumineux sans défocaJisation, sur toute la surface de la photocathode C' et, éventuellement une optique relai. Cette optique relai est constituée par un plan diffusant P réalisé, par exemple, à l'aide d'une lame à fibres optiques et une optique de type grand angulaire 0. On peut aussi utiliser des microlentilles juxtaposées.
  • On décrira maintenant, avec référence plus particulièrement à la figure 6, le mode de fonctionnement du tube à image à sortie vidéo conforme à la présente invention.
  • Le mode de fonctionnement comporte trois phases distinctes:
    • - une phase de détection de l'image du rayonnement incident et transformation en image électronique par intégration et mémorisation,
    • - une phase de lecture de l'image mémorisée, et
    • - une phase de remise à zéro.
  • Lors de la phase de remise à zéro, les cathodes thermoémissives K, et K, sont portées à un potentiel négatif par rapport au potentiel de la grille de champ g',, l'électrode de commande W étant débloquée. Les cathodes K, et K, émettent donc des électrons vers la photocathode C' dont les trajectoires sont ajustées par le potentiel appliqué sur les grilles g', et g', de manière à arroser en électrons orthogonalement la photocathode C'. A titre d'exemple, le potentiel des cathodes K" K, = OV, le potentiel de la grille de champ g', est choisi entre 100 et 200 V et les potentiels des grilles g', et g', sont choisis entre 0 et 50V.
  • Du fait de l'arrosage en électrons, le potentiel de la photocathode tend progressivement vers le potentiel des cathodes K,, K, comme représenté sur la partie droite du diagramme de la figure 6.
  • Lors de la phase de détection, on irradie par des rayons X le corps à observer. Le rayonnement X après avoir traversé le corps et la fenêtre d'entrée arrive sur le scintillateur SC qui émet, sous l'effet des rayons X, un flux de photons lumineux qui excite la photocathode C'. Sous l'effet de cette photo-excitation, la photocathode émet des photo-électrons qui traversent la grille de champ g', et sont collectés par la ou les anodes A', ces électrodes étant portées à des potentiels appropriés. A titre d'exemple, le potentiel de la grille de champ g', = 100 V et le potentiel des autres électrodes g'" g', et A est positif de 0 à 100 V.
  • A cause des électrons émis vers l'anode, le potentiel de chaque élément de photocathode varie positivement en fonction de la charge émise et prend les valeurs représentées par a, b, c, d, e, f sur la partie gauche du diagramme de la figure 6. En fait, la limite maximale du potentiel que peut prendre chaque élément de photocathode est fixée par le potentiel de la grille de champ. Au délà de ce potentiel, les électrons ne sont plus émis. On remarquera que ce phénomène est intéressant pour limiter la dynamique de certaines images.
  • Après détection, le potentiel des éléments de la photocathode C' traduit la luminance locale de l'image incidente selon une distribution variant de 0 au potentiel de la grille de champ g',.
  • La phase de lecture est réalisée en explorant séquentiellement les différents points ou éléments de la photocathode C' à l'aide d'un faisceau lumineux L Pendant cette opération, la ou les anodes A' sont portées à un potentiel positif qui est compris, par exemple, entre 100 et quelque 1000 V. Les grilles g'" g', sont à des potentiels varient de - 100 V à quelques 10 V de façon à optimiser les trajectoires des photo-électrons issus de la photocathode C' et traversant la grille de champ g',.
  • Sous l'effet du flux de photons lumineux, le potentiel flottant des différent points de la photocathode est porté de la valeur obtenue après détection de l'image au potentiel maximal imposé par la grille de champ g', comme représenté sur la figure 6. On donne ainsi naissance au signal de lecture qui est complémentaire du photo-signal mémorisé.
  • Le signal de lecture peut être collecté sur la ou les anodes A' ou sur l'électrode-support EC.
  • Dans le cas de la figure 2, l'anode A' collecte directement les électrons pour alimenter un amplificateur vidéo extérieur non représenté.
  • Un effect multiplicateur est obtenu en portant la grille g', à un potentiel positif par rapport à celui de l'anode A', ce qui permet la collection d'électrons secondaires obtenus par impact des photo-électrons sur l'anode A'.
  • Dans le cas de la figure 3, l'anode A' étant constituée d'un écran cathodoluminescent métallisé, elle émet sous l'impact des photo-électrons, des photons lumineux qui sont transmis à travers le doigt en verre formant une fenêtre optique vers le photomultiplicateur PM qui délivre le courant de signal.
  • Dans le cas de la figure 4, les électrons collectés directement sur les deux anodes A, et A, comme dans le mode de réalisation de la figure 2 sont additionnés pour donner le courant de signal total.
  • Dans tous les cas, le signal peut également être prélevé sur l'électrode support EC connectée à un amplificateur vidéo. Dans ce cas, pour améliorer le rapport signal/bruit, l'electrode support peut être divisée en plusieurs électrodes connectées chacune à un amplificateur vidéo.
  • Le tube à image à sortie vidéo conforme à l'invention présente de nombreux avantages par rapport aux tubes actuellement connus.
  • Ainsi, la structure décrite permet de réaliser un tube à image à sortie vidéo extrêmement compact de rapport longueur/champ image pouvant atteindre un facteur de 0,5.
  • Le mode de fonctionnement sans formation d'image électronique focalisée permet de réaliser des formats rectangulaires, de tels formats étant mieux adaptés aux applications radiologiques.
  • Le balayage optique qui permet de donner naissance au signal vidéo peut être réalisé à l'aide de sources lumineuses peu couteuses et peu encombrantes telles que des sources lasers ou des diodes de puissance inférieure à 10 mW.
  • Le tube présente une dynamique adjustable en réglant la tension de la grille de champ g',, ce qui permet son fonctionnement soit en radioscopie ou en radiographie lorsqu'il est utilisé pour des applications radiologiques.

Claims (19)

1. Tube à image à sortie vidéo pour transformer l'image d'un rayonnement incident en un signal électrique caractérisé en ce qα'il comporte, dans une enceinte à vide (E) munie d'une fenêtre d'entrée (F,) transparente au rayonnement incident,
- un ensemble écran-photocathode (EC-SC-C') formant une mosaïque de capacités élémentaires, ledit ensemble assurant la conversion du rayonnement incident en un flux d'électrons ou photo-électrons et la mémorisation de l'image du rayonnement incident,
- des moyens (g',) pour fixer le potentiel maximal de la photocathode (C') et provoquer l'extraction des photo-électrons,
- des moyens (K1,K2) pour ramener la photocathode à un potentiel de référence en l'arrosant avec un flux d'électrons ou photo-électrons,
- au moins une fenêtre optique (F,) prévue sur l'enceinte à vide pour le passage d'un faisceau lumineux L réalisant le balayage de la photocathode, ledit faisceau lumineux servant à porter le potentiel de la photocathode au poteniel maximal,
- des moyens (A', EC) pour collecter le signal électrique obtenu lors du balayage par le faisceau lumineux et,
- une optique électronique (g'" g',) portée à des potentiels variables pour accélérer et diriger les différents flux d'électrons ou photo-électrons.
2. Tube à image à sortie vidéo selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'écran est constitué par un diélectrique.
3. Tube à image à sortie vidéo selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'écran est constitué par un scintillateur (SC) transformant le rayonnement incident en photons lumineux.
4. Tube à image à sortie vidéo selon la revendication 3 caractérisé en ce que le scintillateur est choisi parmi le sulfure de zinc, l'oxysulfure de gadolinium, le Ca WO., les halogénures alcalins ou alcalino-terreux tels que l'iodure de césium.
5. Tube à image à sortie vidéo selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'écran (SC) est déposé sur une électrode conductrice (EC) transparente au rayonnement incident.
6. Tube à image à sortie vidéo selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les moyens pour ramener la photocathode à un potentiel de référence en envoyant sur la photocathode (C') un flux d'électrons ou de photo-électrons sont constitués par au moins une cathode thermoémissive (K,, K,) ou au moins une cathode photoémissive.
7. Tube à image à sortie vidéo selon la revendication 6 caractérisé en ce que la cathode thermoémissive est entourée par une grille de commande (W) permettant le blocage ou le déblocage du flux d'électrons.
8. Tube à image à sortie vidéo selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que l'optique électronique comporte au moins une anode (A') pour collecter le flux d'électrons ou photo-électrons issu de la photocathode (C') et au moins une grille (g'" g',) pour diriger les différents flux d'électrons ou de photo-électrons selon la phase de fonctionnement.
9. Tube à image à sortie vidéo selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que les moyens pour collecter le signal électrique obtenu lors du balayage par le faisceau lumineux sont constitués par la ou les anodes (A').
10. Tube à image à sortie vidéo selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que les moyens pour collecter le signal électrique obtenu lors du balayage par le faisceau lumineux sont constitués par l'électrode support (EC).
11. Tube à image à sortie vidéo selon la revendication 9 caractérisé en ce que l'anode (A') est associée à un dispositif multiplicateur d'électrons (g'., PM).
12. Tube à image à sortie vidéo selon la revendication 11 caractérisé en ce que le dispositif multiplicateur d'électrons est constitué par une grille (g'.) entourant l'anode (A') et portée à un potentiel positif par rapport à cette dernière.
13. Tube à image à sortie vidéo selon la revendication 12 caractérisé en ce que l'anode est réalisée en Cu Be, Ag Mg ou Ga P.
14. Tube à image à sortie vidéo selon la revendication 11 caractérisé en ce que l'anode est constituée par une couche cathodoluminescente métallisée déposée sur un doigt en verre et en ce qu'elle est associée à un photomultiplicateur (PM) externe.
15. Système de prise de vue pour transformer l'image d'un rayonnement incident en un signal électrique caractérisé en ce qu'il comporte un tube à image à sortie vidéo selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, une source de rayons lumineux et un dispositif de balayage (D) assurant la déflexion du faisceau lumineux sans défocalisation sur toute la surface de la photocathode (C').
16. Système de prise de vue selon la revendication 15 caractérisé en ce qu'il comporte de plus une optique relai dirigeant le faisceau lumineux vers la photocathode (C').
17. Système de prise de vue selon la revendication 16 caractérisé en ce que l'optique relai est constituée par un plan diffusant (P) intermédiaire et par une optique (0) de type grand angulaire formant l'image dudit plan.
18. Système de prise de vue selon la revendication 16 caractérisé en ce que l'optique relai est constituée par des microlentilles juxtaposées.
19. Procédé de fonctionnement d'un tube à image à sortie vidéo comportant une phase d'incription et de mémorisation, une phase de lecture et une phase de remise à zéro caractérisé en ce que,
- pendant la phase d'inscription et de mémorisation, sous irradiation par le rayonnement incident, l'ensemble écran-photocathode détecte ou convertit le rayonnement incident et émet un flux de photo-électrons capté par la ou les anodes, ce qui modifie le potentiel des différents points de la photocathode,
- pendant la phase de lecture, on balaye à l'aide d'un faisceau lumineux les différents points de la photocathode pour ramener leur potentiel au potentiel maximal donné par la grille de champ et on collecte le courant du signal obtenu par cette photo-excitation,
- puis, pendant la phase de remise à zéro, on arrose la photocathode par un flux d'électrons ou photo-électrons pour ramener le potentiel de la photocathode à un potentiel de référence.
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