(57)【要約】  本発明は、薄膜蛍光体層(10)と光ファイバフェースプレート(20)とを含み、光ファイバのクラッド(22)中の干渉光を低減できるようにする光ファイバ蛍光体スクリーンに関する。このために、蛍光体スクリーンは、薄膜蛍光体層(10)と光ファイバフェースプレート(20)との間に配置された少なくとも1つの層(31、32)を有する角度フィルタ(30)を含む。
2013528917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜蛍光体層(10)と、バンドルに組み立てられ、光ファイバフェースプレート(20)の厚さに沿って向きを定められた前記光ファイバフェースプレート(20)とを含む光ファイバ蛍光体スクリーンであって、各光ファイバが光学指数nGのクラッド(22)で囲まれた光学指数nCのコア(21)を含み、前記薄膜蛍光体層(10)が前記フェースプレート(20)の面(23)に配置され、
前記薄膜蛍光体層(10)によって放出され、角度フィルタ(30)を通過する光線がπ/2-arcsin(nG/nC)以下の屈折角で前記隣接する光ファイバの前記コア(21)に入り込むように、前記光ファイバ蛍光体スクリーンは、前記薄膜蛍光体層(10)と前記フェースプレート(20)の前記面(23)との間に配置された、少なくとも1つの層(31、32)を含む前記角度フィルタ(30)を含むことを特徴とする光ファイバ蛍光体スクリーン。
【請求項２】
前記角度フィルタ(30)が、一方では前記薄膜蛍光体層(10)に、他方では前記光ファイバフェースプレート(20)の前記面(23)に直接接触することを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ蛍光体スクリーン。
【請求項３】
前記角度フィルタ(30)が薄膜(31)のスタックを含む干渉フィルタであり、前記薄膜(31)の光学指数および厚さがπ/2-arcsin(nG/nC)以下の屈折角によって前記隣接する光ファイバの前記コア(21)に光線を送出するように構成されることを特徴とする請求項1または2に記載の光ファイバ蛍光体スクリーン。
【請求項４】
前記複数の薄膜(31)が、第1の材料で製作された薄膜の第1の集合(31A)と、前記第1の材料の光学指数未満の光学指数を有する第2の材料で製作された薄膜の第2の集合(31B)とを含むことを特徴とする請求項3に記載の光ファイバ蛍光体スクリーン。
【請求項５】
前記第1の材料がTiO2およびTa2O5から選択され、前記第2の材料がMgF2、CaF2、およびSiO2から選択されることを特徴とする請求項4に記載の光ファイバ蛍光体スクリーン。
【請求項６】
前記第1の材料および/または前記第2の材料が多孔質媒体または非多孔質媒体を形成することを特徴とする請求項4または5に記載の光ファイバ蛍光体スクリーン。
【請求項７】
前記角度フィルタ(30)が単層(32)を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の光ファイバ蛍光体スクリーン。
【請求項８】
前記単層(32)が、
【数１】
2013528917.tif 000029
以下の光学指数nFを有することを特徴とする請求項7に記載の光ファイバ蛍光体スクリーン。
【請求項９】
前記角度フィルタ(30)の前記単層(32)の前記材料が非多孔質媒体を形成することを特徴とする請求項7または8に記載の光ファイバ蛍光体スクリーン。
【請求項１０】
前記角度フィルタ(30)の前記単層(32)の前記材料が多孔質媒体を形成することを特徴とする請求項7または8に記載の光ファイバ蛍光体スクリーン。
【請求項１１】
前記角度フィルタ(30)の前記単層(32)が複数のナノメートルSiO2ロッドで形成されることを特徴とする請求項10に記載の光ファイバ蛍光体スクリーン。
【請求項１２】
前記角度フィルタ(30)の前記単層(32)が1.1以下の光学指数を有することを特徴とする請求項10または11に記載の光ファイバ蛍光体スクリーン。
【請求項１３】
前記薄膜蛍光体層(10)が、前記角度フィルタ(30)と反対側の面で、前記薄膜蛍光体層(10)によって放出された光線に対する反射層によって覆われることを特徴とする請求項1から12のいずれかに記載の光ファイバ蛍光体スクリーン。
【請求項１４】
各々が前記隣接する光ファイバの前記コア(21)を覆うように配置された複数の蛍光体パッド(12)を、前記薄膜蛍光体層(10)が形成することを特徴とする請求項1から13のいずれかに記載の光ファイバ蛍光体スクリーン。
【請求項１５】
各々が蛍光体パッド(12)によって実質的に覆われるように配置された複数のパッドを、前記角度フィルタ(30)が形成することを特徴とする請求項14に記載の光ファイバ蛍光体スクリーン。
【請求項１６】
蛍光体パッド(12)と角度フィルタパッドとのスタックで形成された各アセンブリが、前記光ファイバフェースプレート(20)の前記前面(23)の空洞に配置され、光ファイバクラッド(22)の突き出た部分によって横方向に境界を定められることを特徴とする請求項15に記載の光ファイバ蛍光体スクリーン。
【請求項１７】
前記光ファイバクラッド(22)の前記突き出た部分の外側面が金属材料の層(50)で覆われることを特徴とする請求項16に記載の光ファイバ蛍光体スクリーン。
【請求項１８】
蛍光体パッド(12)と角度フィルタパッドとのスタックで形成された各アセンブリが追加の壁(27)によって横方向に境界を定められ、各壁(27)が、前記隣接する光ファイバの前記クラッド(22)を実質的に覆うように配置されることを特徴とする請求項15に記載の光ファイバ蛍光体スクリーン。
【請求項１９】
光子を受け取り、応答して電子を放出するための光電陰極と、前記電子から画像を形成するための請求項1から18のいずれかに記載の光ファイバ蛍光体スクリーンとを含む光学デバイス。
【請求項２０】
前記光電陰極と前記蛍光体スクリーンとの間に配置された電子増倍手段をさらに含む、請求項19に記載の光学デバイス。
【請求項２１】
前記光学デバイスがイメージ増倍管である、請求項20に記載の光学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ蛍光体スクリーン、言い換えれば、薄膜蛍光体層と光ファイバフェースプレートとを含むスクリーンの一般分野に関する。
【０００２】
本発明は、イメージ増倍管、例えば、医学分野で使用されるX線管または暗視で使用される撮像管に特に適用される。
【背景技術】
【０００３】
多数のデバイスが光ファイバ蛍光体スクリーンを使用している。これは、特に、暗視の視野内で使用されるイメージ増倍管の場合である。
【０００４】
このデバイスは、通常、3つの主要要素、すなわち、光電陰極、マイクロチャネルプレート、および例えば光ファイバを使用する蛍光体スクリーンを備える。
【０００５】
光電陰極は外部環境から到来する入射光子を受け取り、それを、観察した環境の画像に対応するパターンに従った光電子に変換する。
【０００６】
マイクロチャネルプレートは光電子を増倍し、次に、光電子は蛍光体スクリーンによって増強光信号に変換される。
【０００７】
光ファイバ蛍光体スクリーンは、例えば前記暗視デバイスのユーザーのための可視化の手段のために撮像管の外部に光信号を送出する光ファイバフェースプレートをさらに含む。
【０００８】
したがって、そのような光ファイバ蛍光体スクリーンは蛍光体の層と光ファイバフェースプレートとを含む。
【０００９】
蛍光体層は、通常、光ファイバフェースプレートの表面に施された蛍光体粉末で形成される。粉末は、沈殿(sedimentation)、はけ塗り、沈降(settling)、吹付けなどのような当業者には既知の技法を使用して堆積させることができる。蛍光体の粒子のサイズは、典型的には、1μmと10μmとの間で変化し、蛍光体の層の平均厚さは5μmの程度である。
【００１０】
しかし、この粉末蛍光体スクリーンはいくつかの欠点を有する。粉末はかなりの全表面積を有し、それは蛍光体の構成成分から大量のガスを放出する。この重大な脱ガスは、超高真空環境(10-10torrの程度)で蛍光体スクリーンを使用するには避けられなければならない。さらに、蛍光体粒子を光ファイバフェースプレートに確実に保持するのに固着剤、例えば接着剤を必要とし、それは、デバイスの製造プロセスを複雑にし、蛍光体粒子の光学的性質を変えることがある。さらに、粉状構造体は、得られる光学画像に関して粒子効果を引き起こす。
【００１１】
蛍光体層は、代替として、粒状でない蛍光体の固体膜で形成された薄膜蛍光体層とすることができる。粉末蛍光体層と異なり、薄膜蛍光体層は、連続的材料で製作され、言い換えれば、非微粒子または非粒状である。それは、物理気相堆積技法、例えば蒸着またはスパッタリングによって、または化学気相堆積技法によって得ることができる。
【００１２】
したがって、このタイプの光ファイバ蛍光体スクリーンは、図1に横断面で概略的に示されるように、薄膜蛍光体層と光ファイバフェースプレートとを含む。
【００１３】
光ファイバフェースプレート20は、伝統的に、バンドルに組み立てられた多数の光ファイバで形成される。各光ファイバはクラッド22で囲まれたコア21を含む。光ファイバは、フェースプレート20の厚さに沿って前面23と後面24との間を延びる。
【００１４】
薄膜蛍光体層10は光ファイバフェースプレート20の前面23に接触し、前面23を完全に覆うようにその上で延びる。
【００１５】
2つの開口角、すなわち、薄膜蛍光体層によって放出された光線の光ファイバのコアでの透過錐(transmission cone)と、光ファイバの開口数とが、薄膜蛍光体層と光ファイバのコアとの間の境界で規定され得る。
【００１６】
光ファイバのコアでの光線透過錐は、伝統的に、「蛍光体層/隣接する光ファイバのコア」境界にスネル-デカルトの法則を適用することによって規定される。図1に示されるように、それは第1の臨界角
【数１】
2013528917.tif 000003
によって特性決定される。ここで、nCおよびnPは、それぞれ光ファイバのコア21および薄膜蛍光体層10の光学指数、すなわち、屈折率を示す。さらに、前記境界での入射角θPが第1の臨界角
【数２】
2013528917.tif 000004
より厳密に小さいいかなる光線もファイバのコア21中に屈折される。反対の場合には、光線は全内部反射によって反射される。
【００１７】
光ファイバの開口数は薄膜蛍光体層10とファイバのコア21との間の境界で第2の開口角を形成し、第2の臨界角
【数３】
2013528917.tif 000005
によって特性決定され、ここで、nGはファイバのクラッドの光学指数である。さらに、ファイバのコア21に入り込む光線であって、前記「ファイバの蛍光体層/コア」境界での入射角θPが前記第2の臨界角
【数４】
2013528917.tif 000006
以下である光線は、全内部反射の現象に起因してファイバのコア21に局在して留まる。次に、光線は、光ファイバの固有の減衰を除いて損失なしにファイバによって導波される。
【００１８】
しかし、このタイプの蛍光体スクリーンは、これらの2つの開口角に関するいくつかの欠点を有する。
【００１９】
実際には、それらの式が示すように、第1の臨界角と第2の臨界角とは等しくないことがある。さらに、第1の臨界角
【数５】
2013528917.tif 000007
は、通常、第2の臨界角
【数６】
2013528917.tif 000008
よりも実質的に大きい。
【００２０】
一例として、ファイバのコアおよびクラッドの光学指数の通常の値、例えば、nC≒1.8、nG≒1.4と、nP≒2.2とでは、第1および第2の臨界角はそれぞれ55°および30°の程度であり、それは0.6の程度の比
【数７】
2013528917.tif 000009
を与える。
【００２１】
したがって、光ファイバの開口数は、ファイバのコアの光線透過錐よりも実質的により大きく制限されているように思われる。
【００２２】
その結果、薄膜蛍光体層10によって放出され、2つの臨界角間に含まれる入射角θPを有するいかなる光線も光ファイバのコア21に送出され、次に、クラッド22に屈折され、それによって、干渉光が形成される。前の例では、光線が前記2つの臨界角間に含まれる危険性は約70%である。
【００２３】
この危険性は特に高く、蛍光体スクリーンの性能、およびその結果として蛍光体スクリーンを含む光学デバイスの性能を実質的に低下させることが明白であるように思われる。より正確には、出力画像は、コントラストが激しく低下する。さらに、前記光線が光ファイバフェースプレートに捕捉されたままであり、それゆえに出力画像の形成に関与しない場合には、蛍光体スクリーンの効率は実質的に劣化する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２４】
【非特許文献１】「Optical thin film materials with low refractive index for broadband elimination of Fresnel reflection」、2007年、Nat. Photonics、1巻、  176〜179頁
【非特許文献２】「Very low-refractive-index optical thin films consisting of an array of SiO2 nanorods」、2006年、Opt. Lett.、31巻、5号、601〜603頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
本発明の目的は、主として、対応するクラッドへの光ファイバのコアに最初に送出された光線の屈折の危険性を減少させることができる、薄膜蛍光体層を含む光ファイバ蛍光体スクリーンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
このために、本発明の主題は、薄膜蛍光体層と、バンドルに組み立てられ、光ファイバフェースプレートの厚さに沿って向きを定められた前記光ファイバフェースプレートとを含む光ファイバ蛍光体スクリーンであり、各光ファイバは光学指数nGのクラッドで囲まれた光学指数nCのコアを含み、前記薄膜蛍光体層はフェースプレートの1つの面に配置される。
【００２７】
本発明によれば、薄膜蛍光体層によって放出され、角度フィルタを通過する光線が、π/2-arcsin(nG/nC)以下の屈折角で、隣接する光ファイバのコアに入り込むように、前記光ファイバ蛍光体スクリーンは、前記薄膜蛍光体層とフェースプレートの前記面との間に配置された、少なくとも1つの層を含む角度フィルタを含む。
【００２８】
したがって、蛍光体層によって放出され、角度フィルタによって隣接する光ファイバのコアに送出されるいかなる光線もファイバのコアとクラッドとの間の全内部反射によってコアに局在して留まる。言い換えれば、隣接する光ファイバに入り込む光線はファイバの開口数内にある。前に述べた先行技術の例と異なり、本発明は、様々な光ファイバのクラッドの内部の干渉光を著しく低減する。蛍光体スクリーンの効率は増強され、蛍光体スクリーンによって形成された出力画像はより良好なコントラストを有する。
【００２９】
薄膜蛍光体層は、非微粒子または非粒状材料で製作された薄膜の形態で製造された蛍光体層を意味するものとする。
【００３０】
隣接する光ファイバは、角度フィルタの光線の入力ゾーンの反対側に配置された光ファイバを意味するものとする。
【００３１】
薄膜は、厚さが長さおよび幅の寸法と比較して小さい層を意味するものとする。その厚さは、通常、数ナノメートルから数百ナノメートルの程度である。
【００３２】
蛍光体スクリーンの効率は、ここでは、薄膜蛍光体層よって放出され、画像の形成に有効に関与する光線、または光子の数と、薄膜蛍光体層によって放出された光線、または光子の総数との間の比として定義される。光ファイバのクラッドに屈折された光線は出力画像の形成に関与せず、したがって、蛍光体スクリーンの効率を低下させ、かつ/または出力画像のコントラストを減少させる可能性があることが理解されよう。
【００３３】
好ましくは、前記角度フィルタは、一方では薄膜蛍光体層に、他方では光ファイバフェースプレートの前記面に直接接触する。前記角度フィルタの厚さは、好ましくは、実質的に一定である。各光ファイバは、選択的に、フェースプレートの前記面の位置で実質的に垂直に現れる。
【００３４】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記角度フィルタは薄膜のスタックを含む干渉フィルタであり、薄膜の光学指数および厚さは、π/2-arcsin(nG/nC)以下の屈折角に沿って、隣接する光ファイバのコアに光線を送出するのに適合する。
【００３５】
有利には、薄膜蛍光体層の蛍光体は準単色放射を放出する。干渉フィルタは帯域通過フィルタまたは低域通過フィルタとすることができる。
【００３６】
好ましくは、干渉フィルタの前記複数の薄膜は、第1の材料で製作された薄膜の第1の集合と、第1の材料の光学指数未満の光学指数を有する第2の材料で製作された薄膜の第2の集合とを含む。第1の材料は、例えば、TiO2およびTa2O5から選択することができ、第2の材料は、例えば、MgF2、CaF2、およびSiO2から選択することができる。
【００３７】
第1の材料および/または第2の材料は多孔質媒体または非多孔質媒体を形成することができる。多孔質媒体の場合には、前記第1および第2の材料はSiO2および/またはTiO2のナノメートルロッドとすることができる。
【００３８】
本発明の第2の実施形態によれば、前記角度フィルタは単層を含む。
【００３９】
有利には、角度フィルタの前記単層は、
【数８】
2013528917.tif 000010
以下の光学指数を有する。
【００４０】
角度フィルタの単層の材料は、非多孔質媒体、または変形形態では多孔質媒体を形成することができる。多孔質媒体の場合には、角度フィルタの前記層は複数のナノメートルSiO2ロッドで形成することができる。
【００４１】
有利には、前記薄膜蛍光体層は、前に与えた定義によれば、各々が対面ファイバ、すなわち、隣接する光ファイバのコアを覆うように配置された複数の蛍光体パッドを形成する。前記パッドは互いに空間的に離れている。
【００４２】
パッドは、厚さが2つの他の長さおよび幅の寸法と比較して無視できない層を意味するものとする。パッドの厚さは、長さおよび/または幅と同じ程度の大きさとすることができる。
【００４３】
有利には、角度フィルタは、各々が蛍光体パッドによって実質的に覆われるように配置された複数のパッドを形成する。
【００４４】
蛍光体パッドと角度フィルタパッドとのスタックで形成された各アセンブリは、光ファイバフェースプレートの前面の空洞に配置され、光ファイバクラッドの突き出た部分によって横方向に境界を定められ得る。前記パッドのアセンブリは互いに物理的に離れている。好ましくは、光ファイバクラッドの突き出た部分の外側面は金属材料の層で覆われる。したがって、この層は、蛍光体パッドによって放出された光線に関して反射性である。
【００４５】
代替として、蛍光体パッドと角度フィルタパッドのスタックとで形成された各アセンブリは追加の壁によって横方向に境界を定めることができ、各壁は隣接する光ファイバのクラッドを実質的に覆うように配置される。前記パッドのアセンブリは互いに物理的に離れている。壁は、蛍光体パッドによって放出された光線にとって反射性または吸収性の材料で製作することができる。
【００４６】
有利には、前記薄膜蛍光体層は、前記角度フィルタと反対側の面上で、前記薄膜蛍光体によって放出された光線に対する反射層で覆われる。前記反射層は、好ましくは、アルミニウムで製作される。
【００４７】
本発明は、さらに、放射を受け取り、応答して電子を放出するための光電陰極と、前記電子から画像を形成するための前の特徴のいずれかによる光ファイバ蛍光体スクリーンとを含む光学デバイスに関する。
【００４８】
さらに、光学デバイスは、前記光電陰極と前記蛍光体スクリーンとの間に配置された電子増倍手段を含むことができる。
【００４９】
前記光学デバイスは、例えば暗視用のイメージ増倍管とすることができる。
【００５０】
本発明の他の利点および特徴は以下の詳細な非限定の説明において明らかになるであろう。
【００５１】
次に、非限定の例として、および添付図面を参照することによって与えられる本発明の実施形態が説明される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】既に説明されており、先行技術の一例による光ファイバ蛍光体スクリーンの概略横断面図である。
【図２】本発明による蛍光体スクリーンの概略横断面図である。
【図３】角度フィルタが干渉フィルタである本発明の好ましい実施形態による蛍光体スクリーンの概略横断面図である。
【図４Ａ】光線の入射角の関数として、波長領域における角度フィルタの透過率の変化を概略的に示す図である。
【図４Ｂ】前記光線の入射角の関数としての透過率の対応する関係を示す図である。
【図５】角度フィルタが多孔質または非多孔質媒体を形成する材料の単層で形成される本発明の第2の実施形態による蛍光体スクリーンの概略横断面図である。
【図６】角度フィルタおよび薄膜蛍光体層が、各光ファイバのコアを覆い、ファイバクラッドの部分によって横方向に境界を定められる複数層のパッドの形態である別の実施形態による蛍光体スクリーンの概略横断面図である。
【図７】複数層のパッドが堆積材料の壁によって境界を定められる点で前の実施形態と異なる別の実施形態による蛍光体スクリーンの概略横断面図である。
【図８Ａ】図7に示された蛍光体スクリーンを製造する方法の異なるステップを示す図である。
【図８Ｂ】図7に示された蛍光体スクリーンを製造する方法の異なるステップを示す図である。
【図８Ｃ】図7に示された蛍光体スクリーンを製造する方法の異なるステップを示す図である。
【図８Ｄ】図7に示された蛍光体スクリーンを製造する方法の異なるステップを示す図である。
【図８Ｅ】図7に示された蛍光体スクリーンを製造する方法の異なるステップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
図2は、例えば、イメージ増倍管に装備することができる本発明による光ファイバ蛍光体スクリーンを示す。
【００５４】
本発明による蛍光体スクリーンは薄膜蛍光体層10と光ファイバフェースプレート20とを含む。
【００５５】
フェースプレート20の光ファイバはバンドルに組み立てられ、前記フェースプレートの厚さに沿って向きを定められる。
【００５６】
各光ファイバは、光学指数nGのクラッド22で囲まれた光学指数nCのコア21を含む。
【００５７】
ファイバのフェースプレート20の光ファイバのコア21およびクラッド22を形成する材料は、ファイバの各々に対して同一であると見なされる。
【００５８】
光ファイバは、フェースプレートの前面23の位置で実質的に垂直に現れる。
【００５９】
薄膜蛍光体層10は、フェースプレート20の前記前面23に配置される。薄膜蛍光体層10は、光ファイバフェースプレート20の前面23に接触することなく、それを均一にまたは不連続に覆う。
【００６０】
前に説明したように、薄膜蛍光体層10は、粉末蛍光体層の微粒子媒体とは対照的に、連続媒体、言い換えれば、非微粒子または非粒状媒体を形成する。その厚さは、10分の数ミクロンから数十ミクロンの間、例えば、0.5μmと50μmとの間に含まれる。
【００６１】
薄膜蛍光体層の材料は、例えば、Gd2O2S:Tb(GOS:Tb)またはセリウムドープのイットリウムアルミニウムガーネット(YAG)を含むことができる。
【００６２】
それは、例えば蒸着またはスパッタリングによる物理気相堆積の様々な既知の技法によって、または例えばALD(原子層堆積)などの化学気相堆積の既知の技法によって得ることができる。蛍光体層10の光学指数はnPで表される。
【００６３】
蛍光体スクリーンは、前記薄膜蛍光体層10とフェースプレート20の前記面23との間に配置された、少なくとも1つの層を含む角度フィルタ30をさらに含む。
【００６４】
前記角度フィルタ30は、一方では薄膜蛍光体層10に、他方では光ファイバフェースプレート20の前記面23に直接接触する。好ましくは、角度フィルタは実質的に一定の厚さを有する。
【００６５】
本発明によれば、薄膜蛍光体層10によって放出され、角度フィルタ30を通過するいかなる光線も、次に、隣接する光ファイバのコア21にπ/2-arcsin(nG/nC)以下の屈折角で入り込むことを角度フィルタ30は確実にする。
【００６６】
したがって、そのような屈折角で光ファイバのコア21に入り込む薄膜蛍光体層10によって放出されたいかなる光線も光ファイバの開口数内にある。
【００６７】
慣例によって、入射角および屈折角は、常に、異なる光学指数の2つの媒体間の境界における法線を基準にして定義される。
【００６８】
本発明の好ましい実施形態によれば、角度フィルタ30は干渉フィルタである。図3に示されるように、それは複数の薄膜31のスタックを含む。
【００６９】
薄膜は、厚さに沿った寸法が長さおよび幅の寸法と比較して小さい層を意味するものとする。その厚さは、典型的には、数ナノメートルから数百ナノメートルの程度である。
【００７０】
好ましくは、前記複数の薄膜は薄膜の少なくとも2つの集合31A、31Bを含み、同じ集合の薄膜は同じ材料で製作される。異なる集合の材料は互いに異なる光学指数を有する。
【００７１】
厚さおよび材料は、角度フィルタ30によって送出されるいかなる光線も隣接する光ファイバのコアにπ/2-arcsin(nG/nC)以下の屈折角に沿って確実に入り込むように選択される。
【００７２】
複数の薄膜は、高い光学指数nHの第1の材料で製作された薄膜の第1の集合31Aと、第1の材料の光学指数未満の低い光学指数nLの第2の材料で製作された薄膜の第2の集合31Bとを含むことができる。
【００７３】
薄膜31は、第1の集合31Aの薄膜と第2の集合31Bの薄膜との間が交互になるように配置される。
【００７４】
第1および第2の材料は各々連続媒体を形成することができる。それらは、第1の材料にはTiO2(n≒1.81)およびTa2O5(n≒2.50)から、ならびに第2の材料にはMgF2(n≒1.39)、CaF2(n≒1.44)、およびSiO2(n≒1.55)から選択することができる。
【００７５】
薄膜31は、薄膜蛍光体層10によって放出される光線の波長に応じて4分の1波長の厚さを有することができる。それによって、干渉フィルタの反射率が低減される。
【００７６】
干渉フィルタ30は帯域通過フィルタまたは低域通過フィルタであり、薄膜蛍光体層10は単色または準単色光線を放出する。
【００７７】
波長が550nmの程度である蛍光体Gd2O2S:Tbは、準単色放射を放出する材料の一例である。550nmの程度の波長を有するセリウムドープのイットリウムアルミニウムガーネット(YAG)を含む蛍光体を使用することもできる。
【００７８】
次に、干渉フィルタ30の光学角度フィルタ処理の性質が説明される。干渉フィルタの帯域幅Δは、通常、ゼロ入射θ=0°における入射放射の波長の関数としてフィルタの透過率の変化T(λ)から規定される。
【００７９】
ゼロでない入射角を有する光線では、フィルタの帯域幅Δθは変更され、特に低波長の方へのシフトを示すことが知られている。この変更は、フィルタの薄膜の見かけの厚さが入射角とともに増加することから生じる。
【００８０】
低波長の方へのフィルタの帯域幅Δθのシフトは、フィルタの1つまたは複数のカットオフ値の低波長の方へのシフトをもたらす。低域通過フィルタは、実際には、単一のカットオフ値を含み、帯域通過フィルタは2つのカットオフ値、すなわち、上限値および下限値を含む。
【００８１】
帯域幅カットオフ値は、透過率が最大値の50%、もしくは20%、10%、またはさらに5%未満である波長の値を意味するものとする。
【００８２】
一例として、帯域通過フィルタの場合には、フィルタの中心波長と入射角との関係は以下の式で説明することができ、
【数９】
2013528917.tif 000011
ここで、θは干渉フィルタとの境界における薄膜蛍光体層によって放出された光線の入射角であり、λ0はゼロ入射でのフィルタの中心波長の値であり、nPは薄膜蛍光体層の光学指数であり、n*はフィルタの実効光学指数の値である。
【００８３】
一例として、ゼロ入射で570nmの程度の帯域通過干渉フィルタの上限カットオフ値の場合で、かつ光学指数nP≒2.2およびn*≒2の場合、カットオフ値は30°の入射角では480nmの程度になる。
【００８４】
したがって、この例では、干渉フィルタは、薄膜蛍光体層によってゼロ入射で放出された550nmの波長の放射には通過状態であり、前記放射が30°の入射角を有する場合には遮断状態である。
【００８５】
図4Aおよび4Bに示されるように、波長の領域T(λ)における帯域通過フィルタ(図4A)または低域通過干渉フィルタは、決まった波長での入射角の領域T(θ)における低域通過フィルタ(図4B)と等価であるように思われる。
【００８６】
実際に、帯域幅Δθの低波長の方へのシフトが十分である場合、薄膜蛍光体層によって放出される放射の波長λPは帯域幅の外側に位置する。次に、カットオフ入射角θCを決定することができ、それにより、波長λPでの入射角の領域T(θ)における低域通過フィルタの特性が決定される。次に、光線は反射され、もはや隣接する光ファイバのコアの干渉フィルタの透過錐内にない。カットオフ入射角は、後で与えられるこの角度の定義によって、
【数１０】
2013528917.tif 000012
と表すこともできる。
【００８７】
さらに、干渉フィルタ30を形成する薄膜31の光学指数nH、nLは既知であるため、薄膜蛍光体層10によって放出される光線の入射角θPと、この同じ屈折した光線の隣接する光ファイバのコア21における屈折角θRとの間の関係θR(θP)は、スネル-デカルトの法則によって直接決定される。
【００８８】
したがって、干渉フィルタのカットオフ入射角θCが隣接する光ファイバのコア21においてπ/2-arcsin(nG/nC)以下の屈折角θRをもたらすように、干渉フィルタ30は形成され、薄膜蛍光体層10は選ばれる。
【００８９】
干渉フィルタの製造の間、必要な帯域幅を得るのに複数の変数が必要である限り、透過率は、有利には、波長の関数としてコンピュータプログラムを使用して計算され、ならびに透過率は入射角の関数として計算される。
【００９０】
一例として、Gd2O2S:Tbの蛍光体層10の場合には、干渉フィルタ30はTiO2層およびMgF2層のスタックの形態の複数の薄膜を含むことができる。干渉フィルタは、5つの薄膜、すなわち、218nmのMgF2の層、102nmのTiO2の層、210nmのMgF2の層、230nmのTiO2の層、および最後に218nmのMgF2層を含むことができる。
【００９１】
干渉フィルタ30は、例えば、カソードスパッタリング、蒸着、またはEBPVD(電子ビーム物理気相堆積)などの物理気相堆積の既知の技法によって製造することができる。例えば、ALD(原子層堆積)などの化学気相堆積の既知の技法を使用することもでき、ならびに例えば反応性スパッタリングおよびIBAD(イオンビームアシスト堆積)などのハイブリッドと呼ばれる既知の技法を使用することもできる。
【００９２】
変形形態では、干渉フィルタの第1および第2の材料は多孔質媒体を形成することができる。したがって、ナノメートルSiO2ロッドおよびナノメートルTiO2ロッドのスタックを含む干渉フィルタを使用することができ、それらの厚さおよび光学指数は、「Optical thin film materials with low refractive index for broadband elimination of Fresnel reflection」(2007年、Nat. Photonics、1巻、176〜179頁)という名称のXiらの論文に提示されているように正確に決定することができる。
【００９３】
実際には、蒸気フラックスが基板、ここでは光ファイバフェースプレートの前面に対して傾斜角を有する物理気相堆積技法を使用することによって、ナノロッドの形態のSiO2またはTiO2の層を形成することが可能である。光学指数は、SiO2では1.46から1.05まで、およびTiO2では2.7から1.3まで変わることができる。
【００９４】
さらに、干渉フィルタは、薄膜の2つの集合に限定されず、薄膜の3つまたは4つ、またはそれを超える集合を含むことができる。
【００９５】
第2の実施形態によれば、角度フィルタ30は、図2および5に示されるように、nFで表される光学指数を有する単層32を含む。
【００９６】
薄膜蛍光体層10によって放出され、角度フィルタ30を通過する光線がπ/2-arcsin(nG/nC)以下の屈折角θRで隣接する光ファイバのコア21に入り込むように、単層32の光学指数は規定される。
【００９７】
単層32は薄膜蛍光体層10と光ファイバフェースプレート20の前面23との間に配置され、それらに直接接触する。
【００９８】
前に説明した先行技術の例と同様に、2つの開口角は、薄膜蛍光体層10と角度フィルタ30の単層32との間の境界11で規定することができる(図2)。
【００９９】
第1の開口角は、角度フィルタ30の薄膜における蛍光体層10によって放出された光線の透過錐に対応する。
【０１００】
この透過錐は、第1の臨界角
【数１１】
2013528917.tif 000013
によって規定される。したがって、薄膜蛍光体層10によって放出され、前記「蛍光体層10/フィルタ30の単層32」の境界11で第1の臨界角
【数１２】
2013528917.tif 000014
よりも厳密に少ない入射角を有するいかなる光線も屈折によって角度フィルタ30に送出され、または逆の場合には全内部反射によって反射される。
【０１０１】
第2の開口角は、光ファイバの入力においてではなく薄膜蛍光体層10と角度フィルタ30の単層32との間の境界11で規定された光ファイバの開口数に対応する。
【０１０２】
スネル-デカルトの法則を適用することによって、開口数は、第2の臨界角
【数１３】
2013528917.tif 000015
によって特性決定される。薄膜蛍光体層10によって放出され、前記境界11に関して前記第2の臨界角以下の入射角θPを有するいかなる光線も隣接する光ファイバのコア21に送出され、考慮しているファイバのコア21とクラッド22との間の全内部反射によってコア21に局在して留まる。
【０１０３】
角度フィルタの単層の光学指数nFは、
【数１４】
2013528917.tif 000016
であり、それが関係式
【数１５】
2013528917.tif 000017
をもたらすように選択することができる。
【０１０４】
したがって、薄膜蛍光体層10によって放出され、
【数１６】
2013528917.tif 000018
よりも厳密に少ない入射角θPを有する光線は、角度フィルタを通過し、π/2-arcsin(nG/nC)以下の屈折角で隣接する光ファイバのコアに入り込む。やはり、光線は考慮しているファイバのコア21とクラッド22との間の全内部反射によってファイバのコア21に局在して留まる。
【０１０５】
光学指数nFが、
【数１７】
2013528917.tif 000019
の近くに、または等しく選択されることは特に有利である。したがって、第1および第2の臨界角は実質的に等しくなり、それにより、前に規定した2つの光学開口は一致する。次に、角度フィルタ30は光学インピーダンス適合機能を有する。実際には、透過錐は最も大きい開口を有し、その開口では、蛍光体層10によって放出され、「蛍光体層/角度フィルタ」の境界11に対して入射する光線は隣接する光ファイバの開口数内にある。
【０１０６】
一例として、指数nP≒2.2の薄膜蛍光体層10と、コア21の光学指数がnC≒1.8であり、クラッド22の指数がnG≒1.4である光ファイバとの場合、角度フィルタ30の単層32の指数nFは1.13以下でなければならない。
【０１０７】
好ましくは、角度フィルタ30の単層32の厚さは、実質的に4分の1波長の程度である。したがって、この厚さは、薄膜蛍光体層10によって放出される光線の波長または波長の範囲に応じて決定される。したがって、薄膜蛍光体層10が準単色放射を放出することは有利である。
【０１０８】
角度フィルタ30の単層32は、多孔質媒体とは対照的に、非多孔質媒体を形成する材料で製作することができる。前記材料は、光学指数が関係式
【数１８】
2013528917.tif 000020
を満たすように選択することができる。
【０１０９】
一例として、コア21の指数がnC≒2.1であり、クラッド22の指数がnG≒1.5である光ファイバの場合、角度フィルタ30の単層32の指数nFは1.47以下でなければならない。単層32の材料は、光学指数がそれぞれ実質的に1.39、1.44、および1.46に等しいMgF2、CaF2、またはSiO2から選択することができる。
【０１１０】
一例として、Gd2O2S:Tbの蛍光体層10の場合には、角度フィルタ30は260nmの厚さのMgF2の単層で形成することができる。
【０１１１】
角度フィルタ30は、例えば、カソードスパッタリング、蒸着、またはEBPVD(電子ビーム物理気相堆積)などの物理気相堆積の既知の技法によって製造することができる。例えば、ALD(原子層堆積)などの化学気相堆積の既知の技法を使用することもでき、ならびに例えば反応性スパッタリングおよびIBAD(イオンビームアシスト堆積)などのハイブリッドと呼ばれる既知の技法を使用することもできる。
【０１１２】
本発明の第2の実施形態の変形形態よれば、単層32は多孔質媒体を形成する材料で製作することができる。この層は、光学指数nFが関係式
【数１９】
2013528917.tif 000021
を満たすように形成することができる。
【０１１３】
したがって、層32は、「Very low-refractive-index optical thin films consisting of an array of SiO2 nanorods」(2006年、Opt. Lett.、31巻、5号、601〜603頁)という名称のXiらの論文に提示されているようにナノメートルサイズのSiO2ロッドで形成することができる。
【０１１４】
SiO2ロッドは、光ファイバフェースプレートの前面から実質的に直線的で傾斜するように延びる。傾斜角は45°の程度である。
【０１１５】
単層32の厚さは、数十ナノメートルから数百ナノメートルの程度とすることができる。
【０１１６】
角度フィルタ30の単層の光学指数は、
【数２０】
2013528917.tif 000022
未満とすることができる。引用した論文は指数nF=1.08を示している。
【０１１７】
したがって、角度フィルタ30の単層32の低い光学指数nFのために、「蛍光体層/角度フィルタ」の境界11の位置で、隣接する光ファイバの開口数の特性を決定する第2の臨界角
【数２１】
2013528917.tif 000023
と、前記境界11で透過錐の特性を決定する第1の臨界角
【数２２】
2013528917.tif 000024
との間の比
【数２３】
2013528917.tif 000025
は1に近い。
【０１１８】
例として、それぞれnP≒2.2、nC≒1.8、およびnG≒1.4の程度の薄膜蛍光体層、コア、およびクラッドの通常の光学指数、ならびにnF≒1.08の角度フィルタの指数の場合、1の程度の比
【数２４】
2013528917.tif 000026
が得られる。したがって、薄膜蛍光体層10によって放出され、角度フィルタ30を通過する光線のすべてが、隣接する光ファイバのコア21に入り込み、コア21とクラッド22との間の全内部反射によってコア21に局在して留まることは確実である。
【０１１９】
次に、SiO2ナノロッドで製作された単層の実施形態が、Optics Lettersで発表されたXiらの前に引用した論文を参照して説明される。
【０１２０】
ナノロッドは物理気相堆積技法によって斜角で得られる。蒸気フラックス、ここではSiO2が蒸着によって得られる。それは、基板、ここでは光ファイバフェースプレートの前面の方に85°の程度の傾斜角に沿って誘導される。蒸気フラックスの傾きに起因して、単層の成長の不規則な揺らぎにより、蒸気フラックスが到達できない影ゾーンの出現がもたらされる。
【０１２１】
引用した論文の著者によって「自己遮蔽効果(self-shadowing effect)」として理解されたこの効果は、堆積が影ゾーンではなく成長ゾーンで選択的に行われることを反映している。そのとき、ナノロッドのアレイが得られる。
【０１２２】
引用した論文の示すところによれば、ナノロッドは、30nm未満の距離、したがって、イメージ増倍管で使用される薄膜蛍光体層の波長の通常の範囲よりもはるかに少ない距離だけ離間され、それにより、光学散乱効果を最小にすることができる。
【０１２３】
さらに、使用された蒸着技法による堆積により、単層の厚さを正確に制御し、したがって、4分の1波長層を形成することができる。
【０１２４】
最後に、引用した論文の述べるところによれば、薄膜は、SiO2ナノロッドの傾斜にかかわらず、特に、高い多孔率および単層の薄い厚さに起因して等方性のままである。
【０１２５】
ナノメートルサイズのTiO2ロッドで形成された単層を製造することも可能であり、その光学指数は条件
【数２５】
2013528917.tif 000027
を満たすことに留意すべきである。
【０１２６】
さらに、例えばアルミニウムで製作された反射層(図示せず)を薄膜蛍光体層上に堆積させて、角度フィルタと反対方向に薄膜蛍光体層によって放出されるいかなる光線も反射させる。したがって、光線は角度フィルタの方向に反射および送出される。
【０１２７】
アルミニウムの層は、数ナノメートルと数十ナノメートルとの間、例えば、5nmと10nmとの間に含まれる厚さを有することができる。
【０１２８】
本発明の実施形態はどれでも、薄膜蛍光体層は、各々が隣接するファイバのコアを覆うように配置された複数の蛍光体パッドを形成するように構造化することができる。
【０１２９】
したがって、蛍光体パッドによって放出される光線が角度フィルタの透過錐内にない、言い換えれば、干渉フィルタの場合には入射角がθCよりも大きく、または単層による角度フィルタの場合には
【数２６】
2013528917.tif 000028
よりも大きい場合、光線は反射されるが、有利には、最初のパッドに局在して留まる。次に、光線は、それが角度フィルタに送出されるのに必要とされる入射角を有するまでアルミニウムの層との境界で反射される。
【０１３０】
図6および7は、薄膜蛍光体層10および角度フィルタ30が各隣接するファイバのコア21のみを覆い、そのクラッド22を覆わないように配置されることだけ、説明した実施形態と単に異なる実施形態を示す。
【０１３１】
図6に示した実施形態では、光ファイバフェースプレート20の前面は、各光ファイバがクラッド22の前面23Gに対してコア21の前面23Cを切り離すように構造化される。したがって、空洞26が光ファイバごとにフェースプレート20の前面の位置で形成され、クラッド22の突き出た部分によって横方向に境界を定められる。
【０１３２】
次に、そのような蛍光体スクリーンを製造する方法が説明される。
【０１３３】
空洞は、酸エッチングによって光ファイバフェースプレート20の前面の位置で形成される。空洞は、酸によるコア21の材料の溶解の速度とクラッド22の材料の溶解の速度との間の差により形成される。
【０１３４】
クラッド22の突き出た部分の表面に、金属層50、例えばクロムを堆積させ、それにより、各空洞26の境界を定める。好ましくは、金属層50はクラッド22の部分の外側面にのみ堆積される。これは、特に、好適な傾斜角による電子ビーム堆積によって得ることができる。
【０１３５】
次に、角度フィルタ30が光ファイバフェースプレート20の前面に形成される。そうすると、角度フィルタ30は各光ファイバの前面23Cのコア21ならびにクラッド22の前面23Gに載る。角度フィルタは、前に説明した実施形態のいずれによっても製造することができる。
【０１３６】
次に、薄膜蛍光体層10がフェースプレート20の前面に堆積される。蛍光体の層は角度フィルタ30を覆う。
【０１３７】
最後に、例えばアルミニウムで製作された反射層40が薄膜蛍光体層10上に堆積される。アルミニウムの層40の反射率を改善する目的で、アルミニウムの層40の堆積に先立って、MgF2の層(図示せず)を薄膜蛍光体層10上に堆積させることもできることに留意すべきである。
【０１３８】
最後に、各光ファイバのクラッド22の前面23Gに置かれている様々な層30、10、40の部分が除去される。このステップは機械的に実行することができる。
【０１３９】
好ましくは、この後者のステップの後、各ファイバのクラッド22の前面23Gはアルミニウムの層40と実質的に同じ高さであり、その結果、それによって形成された蛍光体スクリーンの前面は実質的に平坦である。
【０１４０】
各ファイバのクラッド22の前面23Gを薄膜蛍光体層10の前面と実質的に同じ高さにし、その結果、次に、異なる蛍光体パッド12と各光ファイバのクラッド22の前面23Gとにアルミニウムの層40を連続的に堆積させることができる。したがって、それによって形成された蛍光体スクリーンの前面は実質的に平坦であり、アルミニウムの層40によって画定される。
【０１４１】
したがって、複数層のパッドは、各光ファイバコア21の位置でそのクラッド22を覆うことなく形成される。各パッドは、蛍光体の層10、角度フィルタ30、およびアルミニウムの層40で形成される。さらに、パッドは、光線の反射の機能を保証する金属層50によって横方向に境界を定められる。
【０１４２】
したがって、蛍光体のパッド12によって放出されるいかなる光線も隣接する光ファイバのコア21にのみ送出することができる。したがって、蛍光体スクリーンのコントラストは特に高い。
【０１４３】
図7に示された変形形態によれば、複数層のパッドは、光ファイバクラッドの部分によってではなく、従来のフォトリトグラフィ技法によって形成された追加材料の壁によって横方向に境界を定められる。
【０１４４】
図8Aから8Eは、図7に示した蛍光体スクリーンを製造する方法の様々なステップを示す。
【０１４５】
図8Aに示されるように、感光性樹脂が光ファイバフェースプレート20の前面23に堆積され、次に、フェースプレート20は後面24から光束にさらされる。したがって、各光ファイバのクラッドはマスクのように働く。
【０１４６】
活性化されていない樹脂が化学的エッチングによって除去される(図8B)。したがって、樹脂のパッドが各光ファイバのコア21上に配置される。
【０１４７】
好適な材料が、樹脂のパッドおよびクラッド22の前面23Gに堆積される(図8C)。材料は金属、例えば、ニッケルもしくはアルミニウム、または代わりにシリコンとすることができる。前記材料は、接着サブレイヤ上、例えば、NiCr-TiW上に堆積させることができる。
【０１４８】
次に、活性化された樹脂が化学的エッチングによって除去される(図8D)。したがって、それによって形成された壁27が各光ファイバのクラッド22上に配置される。好ましくは、壁27は、ミクロンの程度、例えば、1μmから1.5μmの厚さを有する。
【０１４９】
最後に、薄膜蛍光体層10、角度フィルタ30、およびアルミニウムの層40が、図6を参照しながら説明したものと同じステップに従って堆積される。
【０１５０】
それによって、層10、30、40のパッドが光ファイバクラッドの部分によってではなく壁27によって横方向に境界を定められることを除いて、図6に示したものと同様の蛍光体スクリーンが得られる(図8E)。
【０１５１】
明らかに、非限定の例によって一意的に説明した本発明に対して当業者は様々な変更を行うことができる。
【符号の説明】
【０１５２】
10  薄膜蛍光体層
11  蛍光体層/角度フィルタの境界
12  蛍光体パッド
20  光ファイバフェースプレート
21  光ファイバのコア
22  光ファイバのクラッド
23  光ファイバフェースプレートの前面
23C  コアの前面
23G  クラッドの前面
24  光ファイバフェースプレートの後面
26  空洞
27  壁
30  角度フィルタ
31  薄膜
31A  薄膜の第1の集合
31B  薄膜の第2の集合
32  単層
40  反射層
50  金属層
【図１】
2013528917.tif 000030
【図２】
2013528917.tif 000031
【図３】
2013528917.tif 000032
【図４Ａ】
2013528917.tif 000033
【図４Ｂ】
2013528917.tif 000034
【図５】
2013528917.tif 000035
【図６】
2013528917.tif 000036
【図７】
2013528917.tif 000037
【図８Ａ】
2013528917.tif 000038
【図８Ｂ】
2013528917.tif 000039
【図８Ｃ】
2013528917.tif 000040
【図８Ｄ】
2013528917.tif 000041
【図８Ｅ】
2013528917.tif 000042
【国際調査報告】
2013528917.tif 000043
2013528917.tif 000044
2013528917.tif 000045
2013528917.tif 000046