(57)【要約】【課題】  比較的長い波長の光を検出可能で、且つ簡易な製造工程によって製造可能な光電陰極及び電子管を提供する。【解決手段】  電子管１０は、光電陰極１１、陽極１７、及び真空容器１８を備える。光電陰極１１は、基板１２と、入射光Ｌ２によって励起されて光電子ｅ２を生成する光吸収層１４と、光吸収層１４表面の仕事関数を低下させる活性層１５とを備える。光吸収層１４はカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を含んでおり、光吸収層１４と基板１２との間には、ＣＮＴを成長させるための触媒層１３が設けられる。陽極１７は光電陰極１１と対向して配置され、光吸収層１４のＣＮＴから放出された光電子ｅ２を収集する。ＣＮＴの励起波長は形状に依存し、例えば波長１μｍ以上といった長波長の入射光Ｌ２を検出可能な光電陰極を簡易な工程で実現できる。【選択図】  図３
2005339843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光に応じて光電子を放出する光電陰極であって、
基板と、
前記基板上に形成され、前記入射光によって励起されて前記光電子を生成する光吸収層と
を備え、
前記光吸収層がカーボンナノチューブを含むことを特徴とする、光電陰極。
【請求項２】
前記カーボンナノチューブが主に単層カーボンナノチューブであることを特徴とする、請求項１に記載の光電陰極。
【請求項３】
少なくとも一部の前記カーボンナノチューブの長手方向が互いに揃っていることを特徴とする、請求項１または２に記載の光電陰極。
【請求項４】
前記光吸収層の表面に設けられ、前記光吸収層表面の仕事関数を低下させる活性層をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光電陰極。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の光電陰極と、
前記光電陰極から放出された前記光電子を直接または間接に収集するための陽極と、
前記光電子の経路を真空状態に保持する真空容器と
を備えることを特徴とする、電子管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光を吸収して光電子を励起し、光電子を外部へ放出する光電陰極、及び光電陰極を備えた電子管に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、所定波長の光を検知するために用いられる光電陰極及びそれを備えた電子管が知られている。光電陰極は、所定波長の光を吸収して光電子を放出する光吸収層を有しており、光吸収層に光が入射されてこの光が光電子に変換されることによって、光を検知することができる。
【０００３】
従来の光電陰極としては、Ｃｓといったアルカリ金属を含む光吸収層を備えるもののほか、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰによるｐｎ接合を用いたもの（特許文献１参照）が実用化されている。図５は、特許文献１に開示された光電陰極１００の構成を示す断面図である。光電陰極１００は、ｐ型ＩｎＰからなる半導体基板１０１と、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰからなり半導体基板１０１の表面上に形成された光吸収層１０２と、ｐ型ＩｎＰからなり光吸収層１０２上に形成された電子放出層１０３と、ｎ型ＩｎＰからなり電子放出層１０３上に所定のパターンで形成されたコンタクト層１０４と、コンタクト層１０４上に形成された電極１０５と、半導体基板１０１の裏面上に形成された電極１０６とを備える。そして、電極１０５と電極１０６との間に電源１０７によって電圧が印加されることにより、光電陰極１００内部に電界が形成される。光吸収層１０２に光が入射すると、光吸収層１０２内部において光電子が励起される。光電子は電界によって加速され、電子放出層１０３を介して光電陰極１００の外部へ放出される。光電陰極１００は、このような構成によって、波長１μｍを超える比較的長い波長の光の検出を可能としている。
【０００４】
なお、本発明に関連する技術としては、特許文献１の他にも例えば特許文献２〜４に開示されたものが挙げられる。
【特許文献１】特許第２９２３４６２号公報
【特許文献２】特開２００１−１７６３７８号公報
【特許文献３】特開２００１−２０２８７３号公報
【特許文献４】特開２００２−２７０８６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された光電陰極は、次の課題を含んでいる。すなわち、特許文献１に開示された光電陰極では、ＩｎＰ及びＩｎＧａＡｓＰといった化合物半導体によるヘテロ構造を備えるため、これらの半導体層を高品質にエピタキシャル成長させる必要がある。また、所定パターンのコンタクト層１０４を形成する際に、微細加工技術などの高度な半導体プロセス技術が必要となる。従って、製造工程が複雑になり、コスト増を招くこととなる。
【０００６】
本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、比較的長い波長の光を検出可能で、且つ簡易な製造工程によって製造可能な光電陰極及び電子管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した課題を解決するために、本発明による光電陰極は、入射光に応じて光電子を放出する光電陰極であって、基板と、基板上に形成され、入射光によって励起されて光電子を生成する光吸収層とを備え、光吸収層が、カーボンナノチューブを含むことを特徴とする。
【０００８】
上記した光電陰極では、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ：Carbon NanoTube）に所定波長の光を入射させることにより光電子が励起され、光電子が外部に放出される。本発明者らは、ＣＮＴにおいて光電子が励起される光の波長がＣＮＴの形状（特に直径）に依存し、例えば赤外光といった波長１μｍ以上の光に対しても感度を有することを見出した。また、ＣＮＴはヘテロ構造を有する化合物半導体よりも簡易なプロセスで製造可能なので、上記した光電陰極は、簡易な製造工程によって製造可能である。従って、上記した光電陰極によれば、１μｍ以上といった比較的長い波長の光を検出可能な光電陰極を、従来より簡易な製造工程によって製造することができる。
【０００９】
なお、本発明において、ＣＮＴは主に単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ：Single Wall Carbon NanoTube）であることが好ましいが、主に多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ：Multi Wall Carbon NanoTube）であってもよい。また、ＣＮＴとして、直径が長手方向に変化するもの、先端が閉じているもの或いは開いているもの、中心に空洞が有るもの或いは無いもの等、様々な形状のものを用いてもよい。また、ＣＮＴの長手方向が揃っていても（いわゆる配向性ＣＮＴ）、或いは揃っていなくてもよい。
【００１０】
また、光電陰極は、光吸収層の表面に設けられ、光吸収層表面の仕事関数を低下させる活性層をさらに備えることを特徴としてもよい。これによって、光吸収層において発生した光電子が光電陰極外へ効率よく放出されるので、光電陰極の光電変換効率をより高めることができる。
【００１１】
また、本発明による電子管は、上記したいずれかの光電陰極と、光電陰極から放出された光電子を直接または間接に収集するための陽極と、光電子の経路を真空状態に保持する真空容器とを備えることを特徴とする。この電子管によれば、比較的長い波長の光を検出可能な電子管を、従来より簡易な製造工程によって製造することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、比較的長い波長の光を検出可能で、且つ簡易な製造工程によって製造可能な光電陰極及び電子管を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら本発明による光電陰極及び電子管の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明による光電陰極の第１実施形態の構成を示す断面図である。この光電陰極は、所定波長の入射光Ｌ１に応じて光電子ｅ１を放出する。図１を参照すると、本実施形態の光電陰極１は、基板２、触媒層３、及び光吸収層４を備えている。
【００１５】
基板２は、触媒層３及び光吸収層４を機械的に支持するための部材である。基板２の材料は、触媒層３及び光吸収層４を機械的に支持できる強度を有する材料であれば、特に限定されるものではない。基板２の材料の例としては、金属、ガラス、サファイア、石英、シリコンなどを挙げることができる。
【００１６】
触媒層３は、基板２と光吸収層４との間に設けられる。後述するように、本実施形態の光吸収層４はＣＮＴを含んで形成される。触媒層３は、光吸収層４のＣＮＴを成長させるための触媒となる成分を含んで構成されている。ＣＮＴを成長させるための触媒としては、例えばＮｉ、Ｆｅなどを挙げることができる。触媒層３は、これら触媒が基板２上に蒸着されてなる。触媒層３の厚さは、例えば５０Åである。なお、基板２がＮｉやＦｅなどの触媒からなる（または含む）場合には、触媒層３は無くてもよい。
【００１７】
光吸収層４は、入射光Ｌ１によって励起されて光電子ｅ１を生成するための光電面である。光吸収層４は、主にＣＮＴ（本実施形態ではＳＷＣＮＴ）を含んで構成される。ＣＮＴは、主として炭素からなり、直径の平均が１μｍ未満のチューブ状の物質である。光吸収層４のＣＮＴは、触媒層３上に炭素が化学気相堆積（ＣＶＤ）法などにより成長されることによって形成される。このとき、ＣＮＴの直径は、触媒層３の厚さに依存して変化する。
【００１８】
ここで、図２は、ＣＮＴにおける入射光Ｌ１の波長と光電感度（入射光Ｌ１を光電子ｅ１に変換する際の量子効率）との相関（分光感度特性）を模式的に示すグラフである。なお、図２において、グラフＧ１〜Ｇ３はそれぞれＣＮＴの直径が比較的細い場合（Ｇ１）、比較的太い場合（Ｇ３）、その中間の場合（Ｇ２）における相関を示している。図２に示すように、ＣＮＴの直径を細くすると、ＣＮＴが感度を有する光の長波長側の限界は、短波長側にシフトする。反対に、ＣＮＴの直径を太くすると、ＣＮＴが感度を有する光の長波長側の限界は、長波長側にシフトする。これは、ＣＮＴ（特に、ＳＷＣＮＴ）のエネルギーギャップがＣＮＴの直径に反比例することによる。このように、ＣＮＴにおいては、光電子ｅ１が励起される入射光Ｌ１の波長がＣＮＴの直径に応じて変化するので、ＣＮＴの直径を制御することにより所望の分光感度特性を実現することが可能である。例えばＳＷＣＮＴの場合、直径を０．７ｎｍから２．０ｎｍまで変化させると、ＣＮＴが感度を有する光の長波長側の限界は１．１μｍ程度から３．０μｍ程度まで変化させることができる。上述したように、触媒層３の厚さを変えることによりＣＮＴの直径を任意に設定することができるので、例えば赤外域などの比較的長い波長の入射光Ｌ１に対して感度を有する光吸収層４を容易に形成できる。また、ＣＮＴの長さ、密度、構造などを変化させることにより、望ましい分光感度特性を有する光吸収層４をさらに好適に実現できる。
【００１９】
なお、ＣＮＴの形成方法はＣＶＤに限らず、例えばアーク放電、レーザアブレーション法、またはレーザ蒸着法などを用いても良い。また、ＣＮＴを触媒層３上に成長させる以外にも、ＣＮＴを含む溶媒を基板２に塗布したり、或いはバインダー（接着剤）によってＣＮＴを基板２に固定してもよい。
【００２０】
また、光電陰極１は、基板２と光吸収層４との間の少なくとも一部に設けられ、光吸収層４と電気的に接続されて光吸収層４に電子を供給する電極５といった導電層を備えることが好ましい。そして、例えば光吸収層４の光電子出射方向に設けられるゲート電極６と電極５との間に電源７が接続され、光吸収層４の厚さ方向に電界が形成されることにより、ＣＮＴにおいて励起された光電子ｅ１が光電陰極１の外部へ向けて加速される。
【００２１】
以上の構成を有する光電陰極１は、次のように動作する。入射光Ｌ１が光吸収層４の表面から入射すると、光吸収層４のＣＮＴ内部に入射光Ｌ１の光量に応じた数の光電子ｅ１が発生する。光電子ｅ１は、光吸収層４の厚さ方向に印加された電界によって加速され、光電陰極１の外部に放出される。
【００２２】
本実施形態の光電陰極１による効果を説明する。光電陰極１は、光吸収層４にＣＮＴを含んでいる。上述したように、光吸収層４において光電子ｅ１が励起される入射光Ｌ１の波長はＣＮＴの形状に依存し、光吸収層４は波長１μｍ以上といった比較的長い波長の入射光Ｌ１に対しても感度を有することができる。また、光電陰極１は、化合物半導体のヘテロ構造を有さないので簡易な工程によって製造可能である。従って、本実施形態の光電陰極１によれば、比較的長い波長の入射光Ｌ１を検出可能で、且つ従来より簡易な製造工程によって製造可能な光電陰極を提供できる。
【００２３】
また、本実施形態の光電陰極１によれば、製造工程が簡易になることにより、低コストで且つ大面積化も容易な光電陰極を提供できる。さらに、化合物半導体を用いた従来の光電陰極では、入射光の波長に応じたエネルギーギャップを有する材料を選択する必要があり、このときヘテロ構造の格子定数を正確に合わせないと欠陥が導入されて性能が低下するといった問題点があったが、本実施形態の光電陰極１によれば、ＣＮＴの形状を制御するだけで様々な波長の入射光に容易に対応できる。また、ＣＮＴは炭素からなるため、光吸収層４の大気安定性が良好になるとともに、自然環境への影響を低く抑えることができる。
【００２４】
なお、上記特許文献２には、ＣＮＴを用いた電界放出電子源が開示されている。この電界放出電子源は、ＣＮＴに電界を印加することにより電子を放出させるものである。また、特許文献３には、ＣＮＴを用いた光電子又は二次電子放射用陰極が開示されている。この光電子又は二次電子放射用陰極では、ＣＮＴは光電変換するための材料ではなく、アルカリアンチモン化合物からなる光電面の結晶性を良くするための下地層として用いられている。また、特許文献４には、ＣＮＴを用いた光機能膜が開示されている。この光機能膜では、ＳＷＣＮＴの内部光電効果を利用してＳＷＣＮＴを光電子放出粒子としている。しかしながら、これら特許文献２〜４に開示された技術は、ＣＮＴの外部光電効果を利用する本発明とは構成・作用効果共に全く異なるものである。
【００２５】
また、光吸収層４では、例えば波長１μｍ以上の入射光Ｌ１によってＣＮＴの光電子ｅ１が励起されるように、ＣＮＴの直径が定められてもよい。このような光電陰極１によれば、ＣＮＴの直径を制御するという簡易な方法によって、波長１μｍ以上の入射光Ｌ１を容易に検出することができる。
【００２６】
また、本実施形態のように、光電陰極１は、光吸収層４に含まれるＣＮＴを形成するための触媒となる触媒層３を基板２と光吸収層４との間に備えることが好ましい。これによって、基板２の材料によらずＣＮＴを好適に形成することができるので、基板２に様々な材料を用いることが可能となる。
【００２７】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る電子管の構成を示す断面図である。この電子管は、所定波長の入射光Ｌ２の光量に応じた光電子ｅ２を生成することによって入射光Ｌ２を検出する装置である。図３を参照すると、本実施形態の電子管１０は、光電陰極１１、陽極１７、及び真空容器１８を備えている。光電陰極１１は、入射光Ｌ２を受ける面と光電子ｅ２を放出する面とが異なる、いわゆる透過型の光電陰極である。光電陰極１１は、基板１２、触媒層１３、光吸収層１４、活性層１５、及び電極１６を有している。なお、本実施形態の触媒層１３及び光吸収層１４の構成については、上記第１実施形態の触媒層３及び光吸収層４の構成と同様なので詳細な説明を省略する。
【００２８】
基板１２は、触媒層１３、光吸収層１４、及び活性層１５を機械的に支持するとともに、入射光Ｌ２を受けるための入射窓となる部材である。基板１２の材料は、所定波長の入射光Ｌ２を透過する材料であれば、特に限定されるものではない。基板１２の材料としては、例えばガラス、サファイア、石英などが好適である。基板１２は光出射面１２ａ及び光入射面１２ｂを有している。入射光Ｌ２は、光入射面１２ｂに入射し、基板１２を透過して光出射面１２ａから出射する。触媒層１３及び光吸収層１４は、基板１２の光出射面１２ａ上に形成されている。
【００２９】
活性層１５は、光吸収層１４の表面の仕事関数を低下させるための層である。活性層１５は、光吸収層１４の表面に形成されるので、光吸収層１４に含まれるＣＮＴの先端部分に形成されることとなる。活性層１５は、例えばアルカリ金属、アルカリ金属の酸化物、アルカリ金属のフッ化物、またはアルカリハライド化合物を含む。本実施形態では、活性層１５はアルカリ金属であるＣｓまたはその酸化物が光吸収層１４の表面に薄く塗布されることにより形成されている。活性層１５の材料としては、ＣｓやＣｓ酸化物以外にも、例えばＫ、Ｒｂ、Ｎａ、Ｌｉ、或いはこれらの酸化物を好適に用いることができる。活性層１５は、これらのような材料を含むことによって、光吸収層１４表面付近のバンド構造を湾曲させ、光吸収層１４表面の仕事関数を低下させる。光吸収層１４に入射光Ｌ２が入射することによって生じた光電子ｅ２は、活性層１５を介して光電陰極１１の外部へ効率よく放出される。
【００３０】
電極１６は、光吸収層１４に電子を供給するための導電層である。電極１６は、基板１２と光吸収層１４との間の少なくとも一部に設けられ、光吸収層１４と電気的に接続されている。電極１６は、例えば金属といった導電性材料が基板１２上に蒸着されることにより形成される。本実施形態では、電極１６は基板１２の光出射面１２ａの縁に沿って設けられているが、電極１６は光出射面１２ａ上に例えば網目状といった様々なパターンで設けられても良く、或いは、光出射面１２ａの全面に設けられても良い。なお、電極１６が光出射面１２ａの全面に設けられる場合には、電極１６は入射光Ｌ２が電極１６を透過できる程度に薄く形成されることが好ましい。
【００３１】
陽極１７は、光電陰極１１との間に電界を形成するとともに、光電陰極１１から放出された光電子ｅ２を直接収集するための電極である。陽極１７は、光電陰極１１から離れた位置に、基板１２の光出射面１２ａに対向して設けられている。なお、陽極１７は、光電陰極１１に近接した位置に配置されることが好ましい。そして、陽極１７を正電圧側として陽極１７と電極１６との間に電源１９が接続されることにより、光電陰極１１と陽極１７との間に電界が形成される。光電陰極１１の光吸収層１４において発生した光電子ｅ２は、この電界によって陽極１７に向けて加速され、活性層１５を介して光電陰極１１から放出されて陽極１７に収集される。
【００３２】
真空容器１８は、光電子ｅ２の経路を真空に保持するための容器である。真空容器１８は、略筒状を呈しており、例えばガラス管によって構成される。真空容器１８の一端は開口しており、この開口は光電陰極１１によって閉じられている。光電陰極１１と真空容器１８との隙間は、例えばＩｎによってシールされる。また、真空容器１８の他端には、陽極１７が固定されている。
【００３３】
以上の構成を有する電子管１０は、次のように動作する。入射光Ｌ２が基板１２の光入射面１２ｂから入射すると、入射光Ｌ２は基板１２及び触媒層１３を透過して光吸収層１４に達する。そして、入射光Ｌ２は光吸収層１４のＣＮＴを励起し、ＣＮＴ内部に入射光Ｌ２の光量に応じた数の光電子ｅ２が発生する。光電子ｅ２は、電極１６と陽極１７との間に形成された電界によって加速され、ＣＮＴの先端に達する。ＣＮＴの先端は活性層１５によって仕事関数が低下されており、また電極１６と陽極１７との間に形成された電界がＣＮＴの先端に集中するので、ＣＮＴの先端に達した光電子ｅ２は光電陰極１１の外部（真空容器１８内）に効率よく放出される。そして、光電子ｅ２は陽極１７に収集され、入射光Ｌ２の光量を示す信号電流として観測される。
【００３４】
本実施形態による電子管１０及び光電陰極１１によれば、光電陰極１１の光吸収層１４がＣＮＴを含むことによって、上記第１実施形態と同様に、比較的長い波長の入射光Ｌ２を検出可能で、且つ従来より簡易な製造工程によって製造可能な光電陰極及び電子管を提供できる。
【００３５】
また、光電陰極１１は、本実施形態のように入射光Ｌ２を透過する基板１２を有してもよい。基板１２が入射光Ｌ２を透過することによって、透過型の光電陰極１１を好適に実現することができる。
【００３６】
また、光電陰極１１は、本実施形態のように光吸収層１４と電気的に接続された電極１６といった導電層を基板１２と光吸収層１４との間に備えることが好ましい。これによって、ＣＮＴを含む光吸収層１４に対して電子を好適に供給することができるとともに、陽極１７と協働して光電子ｅ２に電界を加えることができる。
【００３７】
また、光吸収層１４の表面（すなわちＣＮＴの先端部分）には、本実施形態のように光吸収層１４表面の仕事関数を低下させる活性層１５が形成されていることが好ましい。これによって、光吸収層１４において発生した光電子ｅ２が光電陰極１１外へ効率よく放出されるので、光電陰極１１の光電変換効率をより高めることができる。なお、このような材料としては、上述したようにアルカリ金属、アルカリ金属の酸化物、アルカリ金属のフッ化物、またはアルカリハライド化合物が好適である。また、本実施形態の光電陰極１１は、活性層１５を備えなくても光吸収層１４から外部へ光電子ｅ２を放出することが可能である。このように、光電陰極１１が活性層１５を備えない場合には、アルカリ金属を含まない光電面（いわゆるアルカリフリー光電面）を実現できる。
【００３８】
（第３の実施の形態）
図４は、本発明の第３実施形態に係る電子管として、画像増強管（イメージインテンシファイア）の構成を示す断面図である。この画像増強管は、入射光である光像Ｌ３の２次元情報を保持しつつ光像Ｌ３を増強するための装置である。図４を参照すると、本実施形態の画像増強管２０は、光電陰極２１、側管部２８、マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ：Micro Channel Plate）３１、蛍光体３２、及びファイバオプティックプレート（ＦＯＰ：Fiber Optic Plate）３３を備えている。
【００３９】
光電陰極２１は、透過型の光電陰極である。光電陰極２１は、基板２２、触媒層２３、光吸収層２４、活性層２５、及び電極２６ａを有している。本実施形態の基板２２は、例えば硼珪酸ガラスといった光像Ｌ３を透過する材料からなる。また、本実施形態の光吸収層２４では、少なくとも一部のＣＮＴの長手方向が互いに揃っており、且つ該長手方向が光吸収層２４の厚さ方向に沿っている。このようなＣＮＴは、配向性ＣＮＴと呼ばれる。光電陰極２１は、基板２２の光入射面２２ｂに入射した光像Ｌ３を光吸収層２４において光電子ｅ３に変換し、活性層２５を介して真空中に放出する。なお、本実施形態の光電陰極２１に関する上記以外の構成については、上記第２実施形態の光電陰極１１の構成と同様なので詳細な説明を省略する。
【００４０】
ＭＣＰ３１は、光電陰極２１から放出された光電子ｅ３を２次電子増倍するための電子増倍手段である。ＭＣＰ３１は、光電子ｅ３を入力する入力端３１ａが基板２２の光出射面２２ａと対向するように配置されている。ＭＣＰ３１は、内壁が２次電子放出体である筒状のチャンネルを多数束ねた構成を有している。ＭＣＰ３１の、光電子ｅ３が入射する入力端３１ａの周囲には電極２６ｂが設けられている。電極２６ｂと光電陰極２１の電極２６ａとの間には電源２９ａによって所定電圧が印加されており、光電陰極２１とＭＣＰ３１の入力端３１ａとの間に電界が形成されている。また、２次電子ｅ４が放出される出力端３１ｂの周囲には電極２６ｃが設けられている。電極２６ｂと電極２６ｃとの間には電源２９ｂによって所定の電圧が印加されており、ＭＣＰ３１の入力端３１ａと出力端３１ｂとの間に電界が形成されている。そして、入力端３１ａ側から各チャンネルに入射した光電子ｅ３が２次電子放出体への衝突を繰り返しながら増倍され、２次電子ｅ４として出力端３１ｂ側から放出される。なお、ＭＣＰ３１の入力端３１ａ上に、イオンフィードバック防止用の保護膜が形成されていてもよい。
【００４１】
蛍光体３２は、ＭＣＰ３１から放出された２次電子ｅ４が入射することによって蛍光を発する材料からなる。蛍光体３２は、後述するＦＯＰ３３の光入射面３３ａ上に蛍光材料が塗布されて成り、ＭＣＰ３１の出力端３１ｂに対向するように設けられている。また、蛍光体３２は、蛍光体３２の周囲に設けられた電極２７とともに陽極（アノード）を構成しており、電極２７とＭＣＰ３１の出力端３１ｂ側の電極２６ｃとの間には電源２９ｃによって所定電圧が印加されている。従って、ＭＣＰ３１の出力端３１ｂと蛍光体３２との間に電界が形成される。ＭＣＰ３１から放出された２次電子ｅ４は、この電界によって加速され、蛍光体３２に入射する。蛍光体３２は２次電子ｅ４によって励起され、蛍光による光像Ｌ４を生成する。すなわち、蛍光体３２は、光電子ｅ３をＭＣＰ３１を介して間接的に収集する。なお、蛍光体３２の表面上に、例えばＡｌ等からなる薄い導電膜が、蛍光体３２のチャージアップ防止のために形成されていてもよい。
【００４２】
ＦＯＰ３３は、蛍光体３２において生じた光像Ｌ４を画像増強管２０の外部へ出射させるための部材である。ＦＯＰ３３は、光入射面３３ａ及び光出射面３３ｂを有しており、光入射面３３ａがＭＣＰ３１の出力端３１ｂに対向するように配置されている。ＦＯＰ３３は、その厚さ方向と交差する方向にガラスファイバが多数束ねられて成り、光入射面３３ａに入射した光像Ｌ４をその２次元情報を保ったまま光出射面３３ｂから出射することができる。
【００４３】
側管部２８は、光電子ｅ３及び２次電子ｅ４の経路を真空に保持するための真空容器である。側管部２８は絶縁性の材料からなり、筒状を呈している。側管部２８の一端は光電陰極２１によって閉じられており、側管部２８の他端はＦＯＰ３３によって閉じられている。側管部２８と光電陰極２１との隙間、及び側管部２８とＦＯＰ３３との隙間は、例えばＩｎなどによってシールされている。こうして、光電陰極２１、側管部２８、及びＦＯＰ３３によって囲まれる領域は、真空状態に保持される。また、光電陰極２１、ＭＣＰ３１、及び蛍光体３２は、側管部２８によって互いに絶縁される。
【００４４】
本実施形態の画像増強管２０は、次のように動作する。基板２２の光入射面２２ｂから光像Ｌ３が光電陰極２１に入射すると、光像Ｌ３は基板２２及び触媒層２３を透過して光吸収層２４に達する。そして、光像Ｌ３は光吸収層２４の配向性ＣＮＴを励起し、配向性ＣＮＴ内部に光像Ｌ３の光量に応じた数の光電子ｅ３が発生する。光電子ｅ３は、電極２６ａと電極２６ｂとの間に形成された電界によって加速され、配向性ＣＮＴの先端に達する。配向性ＣＮＴの先端は活性層２５によって仕事関数が低下されており、また電極２６ａと電極２６ｂとの間に形成された電界が配向性ＣＮＴの先端に集中するので、配向性ＣＮＴの先端に達した光電子ｅ３は真空中に効率よく放出される。
【００４５】
放出された光電子ｅ３は、ＭＣＰ３１に入射する。このとき、光電子ｅ３は、光電陰極２１の光吸収層２４とＭＣＰ３１の入力端３１ａとの間に形成される電界と平行に進むので、光像Ｌ３が画像増強管２０に入射したときの２次元情報を保ちながらＭＣＰ３１に入射する。ＭＣＰ３１に入射した光電子ｅ３は各チャンネル内で約１万倍〜１００万倍程度に増倍されて２次電子ｅ４として放出され、蛍光体３２に入射する。このとき、ＭＣＰ３１の出力端３１ｂには入力端３１ａに対して正の電圧が印加され、かつ電極２７及び蛍光体３２にはＭＣＰ３１の出力端３１ｂに対して正の電圧が印加されている。これらにより電界が形成され、光電子ｅ３が有していた２次元情報を保ちながら２次電子ｅ４が蛍光体３２に入射して、蛍光体３２が光像Ｌ４を発光する。こうして生成された光像Ｌ４は、ＦＯＰ３３を通過して画像増強管２０の外部へ出射される。以上の動作によって、画像増強管２０に入射した画像（光像Ｌ３）が増強される。
【００４６】
本実施形態による画像増強管２０及び光電陰極２１によれば、光電陰極２１の光吸収層２４がＣＮＴ（配向性ＣＮＴ）を含むことによって、上記第１実施形態と同様に、比較的長い波長の光像Ｌ３を検出可能で、且つ従来より簡易な製造工程によって製造可能な光電陰極及び電子管（画像増強管）を提供できる。また、ＣＮＴの長手方向が互いに揃っていることによって、ＣＮＴを伝って放出される光電子ｅ３が光像Ｌ３の２次元情報を精度よく保持できる。
【００４７】
また、画像増強管２０は、本実施形態のように光電陰極２１から放出された光電子ｅ３を２次電子増倍する電子増倍手段（例えばＭＣＰ３１）を備えることが好ましい。これによって、高い増倍率で光電子ｅ３を増倍することができるので、高いＳ／Ｎ比で精度よく画像（光像Ｌ３）を増強することができる。なお、画像増強管２０において、さらに高輝度な光像Ｌ４を得る必要があるときには、２次電子増倍率をさらに得るためにＭＣＰ３１を複数備えても良い。このようにすれば、入射した光像Ｌ３をさらに増強し、高輝度とすることができる。
【００４８】
また、画像増強管２０は、本実施形態のように２次電子ｅ４（或いは光電子でもよい）が入射することにより発光する蛍光体３２を備えることが好ましい。これにより、２次電子ｅ４または光電子を光像へ好適に変換できる。なお、上記した画像増強管２０においては、２次電子ｅ４によって発光する手段として蛍光体３２が用いられているが、この手段は２次電子または光電子を画像に変換できるものであればよい。例えば、蛍光体のかわりに電荷結合素子（ＣＣＤ）などの撮像素子を備え、光電子あるいは２次電子を直接撮像素子に打ち込み、画像化することによっても同様の効果を得ることができる。
【００４９】
本発明による光電陰極及び電子管は、上記した各実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、第２実施形態において、光電陰極１１と陽極１７との間に電子増倍手段（例えば第３実施形態に示したＭＣＰ３１）を備える構成とすれば、いわゆる光電子増倍管を実現できる。また、このような光電子増倍管においては、電子増倍手段はＭＣＰに限られるものではなく、アルカリアンチモナイド、ＣｕＢｅなどを用いた２次電子面をカスケードに構成してもよい。また、第２実施形態の電子管１０或いは上述したような光電子増倍管においては、加速された光電子ｅ２（または２次電子）をフォトダイオードに打ち込む、いわゆる電子打ち込み型の構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、本発明による光電陰極の第１実施形態の構成を示す断面図である。
【図２】図２は、ＣＮＴにおける入射光の波長と光電感度との相関を模式的に示すグラフである。
【図３】図３は、本発明の第２実施形態に係る電子管の構成を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の第３実施形態に係る電子管として、画像増強管（イメージインテンシファイア）の構成を示す断面図である。
【図５】図５は、特許文献１に開示された光電陰極の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１，１１，２１…光電陰極、２，１２，２２…基板、３，１３，２３…触媒層、４，１４，２４…光吸収層、１０…電子管、１５，２５…活性層、１６，２６ａ〜２６ｃ，２７…電極、１７…陽極、１８…真空容器、１９，２９ａ〜２９ｃ…電源、２０…画像増強管、２８…側管部、３１…ＭＣＰ、３２…蛍光体、３３…ＦＯＰ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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