(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線透過性の窓材と、前記窓材に形成されたチタンを含む下地膜と、前記下地膜上に形成されたテルルとアルカリ金属を含む光電子放出膜とを備えることを特徴とする、２５０ｎｍ〜３２０ｎｍの波長域の光の検出に適した光電面。
【請求項２】
前記アルカリ金属は、セシウム、カリウム、またはルビジウムである請求項１に記載の２５０ｎｍ〜３２０ｎｍの波長域の光の検出に適した光電面。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光電面が設けられた真空容器を備える光電変換管。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の光電面が設けられた真空容器と、
前記真空容器に収容され前記光電子放出膜から放出された電子を増倍する電子増倍手段と、
前記電子増倍手段で増倍された電子が入射され、前記増倍された電子を光に変換する蛍光面と、
を備えるイメージインテンシファイア。
【請求項５】
ゲート動作が可能である請求項４に記載のイメージインテンシファイア。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載の光電面が設けられた真空容器と、
前記真空容器の内部に収容され前記光電子放出膜から放出された電子を増倍する電子増倍手段と、
前記真空容器の内部に収容され前記電子増倍手段で増倍された電子が入射されるアノードを備える光電子増倍管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電面およびこの光電面が設けられた光電変換管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
紫外線に有感な透過型光電面として、テルル；Ｔｅとアルカリ金属（セシウム；Ｃｓ、カリウム；Ｋ、ルビジウム；Ｒｂなど）を含むものが知られている。このような光電面は、石英などの窓材上にクロム；Ｃｒなどからなる下地膜を堆積し、その上にＴｅとアルカリ金属の光電子放出膜を堆積して構成される。
【０００３】
この種の透過型光電面では、従来、より短い波長域、たとえば２００ｎｍ以下の波長域での感度が高く、可視域での感度が低いことが要求されていた。このような要求に対応すべく、従来における光電面の下地膜としては、主に、Ｃｒ、ニッケル；Ｎｉ、アルミニウム；Ａｌなどが用いられていた。
【０００４】
他方、この種の光電面を有する光電変換管、たとえばイメージインテンシファイアなどでは、ゲート動作が必要とされることは少なかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これに対し、近年においては、この種の透過型光電面に対して多様な要求がなされるようになり、たとえば２５０ｎｍ〜３２０ｎｍの波長域において高感度であり、かつゲート動作が可能な透過型光電面が要求されるようになった。しかし、上記の従来のＣｒ、Ｎｉ、Ａｌなどは、短い波長域での感度が良好であり、２５０ｎｍ〜３２０ｎｍの波長域では、感度が低下する傾向にある。
【０００６】
また、ゲート動作を良好に行うことができるようにするためには、下地膜の面抵抗を低くすることが必要であるが、上記従来のＣｒ，Ｎｉ，Ａｌなどの下地膜を用いた場合に面抵抗を低くすると、透過率が下がってしまう。このため、これらの金属からなる下地膜上に光電面を作製しても、実効的な量子効率が低くなってしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、２５０ｎｍ〜３２０ｎｍの波長域の光に対して良好な感度を示し、またゲート動作を良好に行うことができる光電面、およびこの光電面を用いた光電変換管を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく、本発明者らの試行錯誤の結果完成された本発明は、紫外線透過性の窓材と、窓材に形成されたチタンを含む下地膜と、下地膜上に形成されたテルルとアルカリ金属を含む光電子放出膜とを備えることを特徴とする、２５０ｎｍ〜３２０ｎｍの波長域の光の検出に適した光電面である。
【０００９】
ここで、アルカリ金属は、セシウム、カリウム、またはルビジウムであるのが好適である。
【００１０】
また、上記の光電面が設けられた真空容器を備える光電変換管とすることができ、光電面が設けられた真空容器と、真空容器に収容され光電子放出膜から放出された電子を増倍する電子増倍手段と、電子増倍手段で増倍された電子が入射され、増倍された電子を光に変換する蛍光面とを備えるイメージインテンシファイアとすることもできる。このとき、イメージインテンシファイアは、ゲート動作が可能なものとするのが好適である。
【００１１】
さらには、光電面が設けられた真空容器と、真空容器の内部に収容され光電子放出膜から放出された電子を増倍する電子増倍手段と、真空容器の内部に収容され電子増倍手段で増倍された電子が入射されるアノードを備える光電子増倍管とすることもできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。本実施形態では、光電変換管として、イメージインテンシファイアを例に挙げて説明する。
【００１３】
図１は本発明に係る光電面を備えるイメージインテンシファイアの断面図である。図１に示すように、近接型のイメージインテンシファイア１は、真空容器２を備えており、真空容器２の内部には光電面３が設けられている。光電面３は入射光を透過する入射窓材４を有している。入射窓材４は、紫外線透過性のものであればよく、たとえば石英板とフッ化マグネシウム；ＭｇＦ2を用いることができる。
【００１４】
窓材４の内面には下地膜５としてチタン；Ｔｉの薄膜が、ＥＢ蒸着（エレクトロンビーム蒸着）による真空蒸着によって形成されている。下地膜５の上にはＴｅとアルカリ金属であるＫ、Ｃｓ、およびＲｂを含む光電子放出膜６が形成されている。Ｔｅとアルカリ金属の組み合わせについては、Ｋ−Ｔｅ，Ｃｓ−Ｔｅ、Ｋ−Ｃｓ−Ｔｅのほか、各種のものが考えられる。
【００１５】
また、真空容器２における光電面３の後方には、電子を増倍する増倍部となるマイクロチャンネルプレート７が設けられており、マイクロチャンネルプレート７のさらに後方には、蛍光面８が設けられている。マイクロチャンネルプレート７で増倍された電子は蛍光面８に入射される。蛍光面８では、入射した電子を光に変換して外部に出射する。さらに、蛍光面８の後方には出射窓材９が設けられている。蛍光面８から出射した光は、出射窓材９を介して外部に出射される。
【００１６】
本実施形態においては、下地膜５としてＴｉの薄膜を用いている。Ｔｉの薄膜からなる下地膜５は、後の実施例で示すように、面抵抗が小さいので、ゲート動作を容易に行うことができる。また、Ｔｉは、２５０ｎｍ〜３２０ｎｍの波長域で良好な感度を示している。したがって２５０ｎｍ〜３２０ｎｍの波長域で良好な感度を要求される光電面３の下地膜５として、好適に用いることができる。また、Ｔｉは、たとえばＣｒと比較すると面抵抗値が低いので、下地膜５としてＴｉを用いると、Ｃｒを用いる場合よりも膜厚を薄くすることができる。この結果、分光透過率を高めることができる。なお、光電子放出膜６を形成するにあたり、Ｒｂは２８０ｎｍ近辺における感度が高くないので、光電子放出膜６としてはＫおよびＣｓを用いるのが望ましいが、Ｒｂを用いることもできる。
【００１７】
【実施例】
本発明者らは、面抵抗が小さく、かつ２５０ｎｍ〜３２０nmの波長域で、良好な感度を示す下地膜として好適な材料を求めて、以下の実験を行った。
【００１８】
《実験１》
まず、２５０ｎｍ〜３２０ｎｍの波長域で良好な感度を示す下地膜を求めて、種々の材料を下地膜とし、その量子効率を計測した。この実験においては、下地膜としてＮｉ、タングステン；Ｗ、一酸化ニッケル；ＮｉＯ、白金；Ｐｔ、Ａｌ、Ｃｒ、およびＴｉを用いた。また、光電子放出膜としてはいずれもＫ−Ｃｓ−Ｔｅを用いた。さらに、各材料を用いた下地膜は、下地膜を蒸着した際の面抵抗が一定（１１ｋΩ）となるようにして形成した。その結果を図２に示す。
【００１９】
図２から判るように、ＣｒおよびＴｉを除く他の材料では、おおむね波長が２００ｎｍの領域で高い量子効率を示し、波長が長くなるにつれて量子効率が低下する傾向が見られた。また、Ｃｒは、２００ｎｍ〜２５０ｎｍの波長域の光に対しては、波長が長くなるにつれて量子効率がわずかに上昇し、２５０ｎｍより長い波長域の光に対しては、波長が長くなるにつれて量子効率が低下する傾向が見られた。これに対して、Ｔｉは、２００ｎｍ〜２７０ｎｍの波長域の光に対しては、波長が長くなるにつれて量子効率が上昇し、２７０ｎｍより長い波長域の光に対しては、波長が長くなるにつれて量子効率が低下する傾向が見られた。また、２５０ｎｍ〜３２０ｎｍの波長域の光に対しては、Ｔｉは、実験に用いた他の材料と比較して高い量子効率を示すものであった。
【００２０】
以上の実験１の結果から、２５０ｎｍ〜３２０ｎｍの波長域の光に対しては、Ｔｉを用いた下地膜が良好な量子効率を示すと言えることが判った。
【００２１】
《実験２》
続いて、Ｔｉからなる下地膜と、Ｃｒからなる下地膜のそれぞれの面抵抗の熱による変化を計測した。この実験では、下地膜がＴｉである光電面を備えるイメージインテンシファイアの使用時における下地膜の面抵抗と、下地膜がＣｒであるイメージインテンシファイアの使用時における下地膜の面抵抗をそれぞれ計測した。この実験では、セット時（下地膜にＣｒまたはＴｉを蒸着した時）、ガス抜き終了時、Ｈ・Ｃ終了時、冷却後、およびリーク後にそれぞれ面抵抗を計測した。その結果を図３に示す。
【００２２】
図３から判るように、セット時においては、わずかにＣｒを用いた下地膜の面抵抗が小さかったが、その他の時には、Ｔｉを用いた下地膜の面抵抗の方が小さいという結果となった。この結果から、Ｔｉを用いた下地膜では、面抵抗を小さくすることができるということが判った。
【００２３】
《実験３》
さらに、光電面の下地膜としてＴｉを用いた場合において、面抵抗が異なるときの分光感度特性について調べる実験を行った。この実験では、下地膜の抵抗が３．２ｋΩ、６．５ｋΩ、９．０ｋΩ、１１ｋΩ、１５ｋΩ、２９ｋΩのときの量子効率を計測した。その結果を図４に示す。
【００２４】
図４から判るように、下地膜の面抵抗が異なる場合でも、下地膜としてＴｉを用いていることにより、２００ｎｍ〜２７０ｎｍの波長域の光に対しては、波長が長くなるほど量子効率が高くなり、２７０ｎｍより長い波長域の光に対しては、波長が長くなるにつれて量子効率が低くなる傾向が見られた。また、面抵抗と量子効率との関係に着目すると、両者の間における相関関係を見出すことはできなかった。この結果から、下地膜としてＴｉを用いることにより、面抵抗が異なる場合であっても、２５０ｎｍ〜３２０ｎｍの波長域の光に対して高い量子効率を得ることができることが判った。
【００２５】
以上の実験の結果より、Ｔｉを用いた下地膜を有する光電面とすることにより、下地膜の面抵抗を小さくすることができるので、良好なゲート動作を行うことができるとともに、２５０ｎｍ〜３２０ｎｍの波長域の光に対して良好な感度を示すことができることが判った。
【００２６】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は種々の変形が可能である。たとえば、上記実施形態では光電面をイメージインテンシファイアに設けたが、イメージインテンシファイア以外の光電変換管、たとえば光電子増倍管に設けることもできる。このときの光電子増倍管は、たとえば次のようにして構成することができる。真空容器の内部に上記実施形態で示した光電面３（図１）を設け、光電面３の後方に電子を増倍する増倍部となるダイノードあるいはマイクロチャンネルプレートを設ける。その後方には陽極（アノード）を真空容器の内部に収容した状態で設けられる。陽極には、リードピンを介して上記の光電面、電子増倍部および陽極に所定のバイアスが印加される。そして、陽極からの出力信号はリードピンを介して外部に出力される。
【００２７】
また、上記の実施形態では、下地膜をＴｉとして説明しているが、ここでいうＴｉは、純粋なＴｉからなるもののみならず、多少の不純物が含まれるものであってもよい。また、Ｔｉの蒸着時に自然酸化膜が形成された下地膜であってもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明によれば、２５０ｎｍ〜３２０ｎｍの波長域の光に対して良好な感度を示し、またゲート動作を可能とする光電面およびこの光電面を用いた光電変換管を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るイメージインテンシファイアの側断面図である。
【図２】光電面の下地膜として種々の材料を用いた際における透過する光の波長と量子効率の関係を示すグラフである。
【図３】Ｔｉを用いた下地膜とＣｒを用いた下地膜の面抵抗の変化を示すグラフである。
【図４】面抵抗の異なるＴｉを用いた下地膜を透過する光の波長と量子効率の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…イメージインテンシファイア、２…真空容器、３…光電面、４…入射窓材、５…下地膜、６…光電子放出膜、７…マイクロチャンネルプレート（増倍部）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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