(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電陰極から放出された光電子が、前記光電陰極との間隙に発生した電界によって加速されて入射するマイクロチャンネルプレートにおいて、
複数個のチャネル管をプレート状に集束して構成され、表面領域に金属鉛で構成された抵抗層が形成された鉛ガラスからなる少なくとも一つのダイノードと、
前記複数個のチャネル管の端部を配列した前記ダイノードの電子入射側表面に形成されたＩＴＯ膜で構成された導電性膜と、
を備えることを特徴とするマイクロチャネルプレート。
【請求項２】
内部を高真空に保持する外囲器と、この外囲器の入射窓の真空側表面に形成され、当該入射窓を通過して入射した光によって励起した光電子を真空中に放出する光電陰極と、この光電陰極と対向して前記外囲器の内部に設置され、当該光電陰極から放出されて入射した光電子を増倍して放出する請求項１記載のマイクロチャネルプレートと、前記外囲器の入射窓と対向する出射窓の真空側表面付近に設置され、前記マイクロチャネルプレートから放出されて入射した光電子を受容する陽極とを備えることを特徴とする光電子増倍管。
【請求項３】
前記外囲器の入射窓は、前記光電陰極の波長感度特性に対応した波長の光に対して透過性を有する材料で構成されたガラス面板であることを特徴とする請求項２記載の光電子増倍管。
【請求項４】
前記陽極は、前記外囲器の出射窓の真空側表面に形成され、前記マイクロチャネルプレートから放出されて入射した光電子の衝撃によって発生した光を当該出射窓に出射する蛍光体層であり、前記外囲器の入射窓に入射した光と当該外囲器の出射窓から出射された光との各二次元位置情報を一致させるイメージインテンシファイアとして機能することを特徴とする請求項２又は請求項３記載の光電子増倍管。
【請求項５】
前記外囲器の出射窓は、前記蛍光体層から出射された光に対して透過性を有する材料で構成されたガラス面板であることを特徴とする請求項４記載の光電子増倍管。
【請求項６】
前記外囲器の出射窓は、複数個の光ファイバをプレート状に集束して構成されたファイバプレートであることを特徴とする請求項４記載の光電子増倍管。
【請求項７】
複数個のチャネル管をプレート状に集束して構成され鉛ガラスからなる少なくとも一つのダイノードと、前記複数個のチャネル管の端部を配列した前記ダイノードの電子入射側表面に形成されたＩＴＯ膜又はネサ膜で構成された導電性膜とを備えたマイクロチャネルプレートと、
内部を高真空に保持する外囲器と、
この外囲器の入射窓の真空側表面に形成され、当該入射窓を通過して入射した光によって励起した光電子を真空中に放出する光電陰極と、
この光電陰極と対向して前記外囲器の内部に設置され、当該光電陰極から放出されて入射した光電子を増倍して放出する前記マイクロチャネルプレートと、
前記外囲器の入射窓と対向する出射窓の真空側表面付近に設置され、前記マイクロチャネルプレートから放出されて入射した光電子を受容する陽極とを備え、
前記陽極は、
前記外囲器の出射窓の真空側表面に形成され、前記マイクロチャネルプレートから放出されて入射した光電子の衝撃によって発生した光を当該出射窓に出射する蛍光体層であり、前記外囲器の入射窓に入射した光と当該外囲器の出射窓から出射された光との各二次元位置情報を一致させるイメージインテンシファイアとして機能し、
前記光電陰極と前記マイクロチャネルプレートとの間隔は距離０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍであり、かつ、前記マイクロチャネルプレートと前記蛍光体層との間隔は距離０．２ｍｍ〜１．５ｍｍであり、前記光電陰極、前記マイクロチャネルプレート及び前記蛍光体層を相互に接近して設置させた近接型イメージインテンシファイフアとして機能することを特徴とする光電子増倍管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、各種の暗視装置や微弱光二次元計測装置などに用いられるマイクロチャネルプレート及び光電子増倍管に関し、より詳細には、人間の目に感知できない微弱な光学像を数万倍程度に増強することにより、肉眼によって十分に見える光学像を生成するイメージインテンシファイア（I.I.; Image Intensifier ）に用いられるマイクロチャネルプレート及び光電子増倍管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、イメージインテンシファイアにおいては、微弱な光の下で使用されることが想定されている。そのため、微弱な光よりも強い光が所定面上に照射された場合、強い光の周囲が散乱光によって輝度を有するハロー現象や、強い光の周囲におけるバックグラウンドレベルが増大するフレア現象などの、諸現象の発生が知られている。以下、ハロー現象について、より具体的に説明する。
【０００３】
図９（ａ）に示すように、入力窓の内面に形成された光電陰極４０に強烈な第１のスポット光４１が入射した場合、図９（ｂ）に示すように、第１のスポット光４１を増強した第２のスポット光６１が出力窓の内面に形成された蛍光体層６０で生成する。このとき、図９（ｂ）に示すように、第２のスポット光６１を中心として所定の径を有する同心円内の範囲にハロー光６２が多重のハロー光成分６３〜６６を含んで生成する。
【０００４】
例えば、図１０に示すように、蛍光体層６０の表面では、直径約０．１５ｍｍ及び輝度２００ｎｉｔ程度の第２のスポット光６１の周囲に、外径約１．０ｍｍ及び輝度２ｎｉｔ未満のハロー光６２が出現する。ここでは、ハロー光６２の輝度は、第２のスポット光６１の輝度と比較して１０-2倍以下である。
【０００５】
ここで、第２のスポット光６１が比較的弱い場合、ハロー光６２は第２のスポット光６１よりも相対的に弱いので、イメージインテンシファイアによって増強された光学像の画質に及ぼすハロー光６２の影響は顕著ではない。しかしながら、第２のスポット光６１が比較的強い場合、ハロー光６２も第２のスポット光６１に対応して強くなるので、ハロー光６２はイメージインテンシファイアによって増強された光学像の画質を著しく劣化させてしまう。
【０００６】
なお、このようなイメージインテンシファイアに固有の特性であるハロー現象に関しては、文献
"MIL-I-49052D 3.6.9, 4.6.9"
などに詳細に記載されている。
【０００７】
近年、このハロー現象を抑制するイメージインテンシファイアの開発が種々に試行されている。例えば、蛍光体層に入射した電子流を検出することにより、この電子流の電流値が閾値を越えないように、マイクロチャネルプレート（MCP; Micro Channel Plate）等に印加する電圧を制御することが行われている。そのため、ＭＣＰ等で発生する過剰な電子が制限されるので、蛍光体層で発生するハロー光が抑制される。
【０００８】
なお、このようなＭＣＰの印加電圧を制御する先行技術に関しては、公報「特公昭６３−２９７８１号」などに詳細に記載されている。
【０００９】
また、蛍光体層上に積層して形成されたアルミメタルバック層上に、カーボン等の軽元素を蒸着することにより、蛍光体層に入射する電子の反射を抑制する低電子反射率層を形成することが行われている。そのため、蛍光体層で反射された後に加速電界によって再び蛍光体層に入射する電子が低減するので、蛍光体層で発生するハロー光が抑制される。
【００１０】
なお、このような蛍光体層の表面に低電子反射率層を形成する先行技術に関しては、公報「特開平２−３３８４０号」などに詳細に記載されている。
【００１１】
さらに、ＭＣＰのストリップ抵抗を所定の範囲に設定することにより、蛍光体層に入射する電子流の電流値が閾値を越えないように、電子に対するＭＣＰの利得を自動制御することが行われている。そのため、ＭＣＰで発生する過剰な電子が制限されるので、蛍光体層で発生するハロー光が抑制される。
【００１２】
なお、このようなＭＣＰのストリップ抵抗を増大する先行技術に関しては、公報「特開平６−２９５６９０号」などに詳細に記載されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のイメージインテンシファイアにおいては、ＭＣＰと蛍光体層との間における電子流を制御することにより、ハロー光の発生を抑制している。しかしながら、イメージインテンシファイアによって増強された光学像の画質に及ぼすハロー光の影響は依然として無視できないものであるので、ハロー光の発生をいっそう抑制することが要求されている。
【００１４】
そこで、本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、ハロー現象及びフレア現象を抑制することによって光検出性能を向上させる光電子増倍管を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明のマイクロチャネルプレートは、光電陰極から放出された光電子が、光電陰極との間隙に発生した電界によって加速されて入射するマイクロチャンネルプレートにおいて、（ａ）複数個のチャネル管をプレート状に集束して構成され、表面領域に金属鉛で構成された抵抗層が形成された鉛ガラスからなる少なくとも一つのダイノードと、（ｂ）複数個のチャネル管の端部を配列したダイノードの電子入射側表面に形成されたＩＴＯ膜で構成された導電性膜とを備えることを特徴とする。
【００１６】
なお、導電性膜は、ＩＴＯ膜またはネサ膜で形成されていることが好適である。ダイノードは、水素還元処理済みの鉛ガラスで形成されていることが好適である。
【００１７】
また、本発明の光電子増倍管は、上記の目的を達成するために、（ａ）内部を高真空に保持する外囲器と、（ｂ）この外囲器の入射窓の真空側表面に形成され、当該入射窓を通過して入射した光によって励起した光電子を真空中に放出する光電陰極と、（ｃ）この光電陰極と対向して外囲器の内部に設置され、当該光電陰極から放出されて入射した光電子を増倍して放出する本発明のマイクロチャネルプレートと、（ｄ）外囲器の入射窓と対向する出射窓の真空側表面付近に設置され、マイクロチャネルプレートから放出されて入射した光電子を受容する陽極とを備えることを特徴とする。
【００１８】
なお、外囲器の入射窓は、光電陰極の波長感度特性に対応した波長の光に対して透過性を有する材料で構成されたガラス面板であることが好適である。
【００１９】
ここで、陽極は、外囲器の出射窓の真空側表面に形成され、マイクロチャネルプレートから放出されて入射した光電子の衝撃によって発生した光を当該出射窓に出射する蛍光体層であり、本発明の光電子増倍管は、外囲器の入射窓に入射した光と当該外囲器の出射窓から出射された光との各二次元位置情報を一致させるイメージインテンシファイアとして機能することを特徴としてもよい。
【００２０】
なお、外囲器の出射窓は、蛍光体層から出射された光に対して透過性を有する材料で構成されたガラス面板、あるいは、複数個の光ファイバをプレート状に集束して構成されたファイバプレートであることが好適である。
【００２１】
また、光電陰極とマイクロチャネルプレートとの間隔は距離０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍであり、かつ、マイクロチャネルプレートと蛍光体層との間隔は距離０．２ｍｍ〜１．５ｍｍであり、本発明の光電子増倍管は、光電陰極、マイクロチャネルプレート及び蛍光体層を相互に接近して設置させた近接型イメージインテンシファイアとして機能することを特徴としてもよい。
【００２２】
【作用】
本発明のマイクロチャネルプレートにおいては、外部電圧源から所定の電圧をそれぞれ印加することにより、ダイノードの電子出射側表面から電子入射側表面に向かう電界が各チャネル管の内側に発生する。
【００２３】
このとき、ダイノードの電子入射側表面に配列されたチャネル管の端部に到達した電子は、チャネル管の内側に発生した電界によって加速され、チャネル管の壁面に対する衝突を繰り返しながら移動し、一定のエネルギーを失う毎に一対の電子−正孔対を生成する。この電子−正孔対として生成された電子は、二次電子として電子−正孔対を生成する過程を繰り返す。そのため、印加電圧に起因する所定のゲインで増倍した電子が、ダイノードの電子出射側表面に配列されたチャネル管の端部から放出される。
【００２４】
ここで、ダイノードの電子入射側面には、電子の生成に起因した光に対して透過性を有し、かつ、当該光に対してダイノードの構成材料よりも小さい屈折率を有する導電性膜が形成されている。これにより、外部から入射した光がダイノードの電子入射側表面に配列されたチャネル管のエッジ部やその周辺に位置する凹凸部などに到達した場合であっても、導電性膜の光透過性やダイノードの光吸収性などに基づいて、ダイノードの電子入射側表面に対向する所定の光入射面に再び拡散して戻る光は著しく低減する。そのため、チャネル管のエッジ部やその周辺に位置する凹凸部などで乱反射した光がダイノードの電子入射側面に対向する所定の光入射面に発生させるハロー現象及びフレア現象は抑制される。
【００２５】
本発明の光電子増倍管においては、外部電圧源から光電陰極、マイクロチャネルプレート及び陽極に所定の電圧をそれぞれ印加することにより、光電陰極とマイクロチャネルプレートとの間隙と、ダイノードの電子入射面と電子出射面との間隙と、マイクロチャネルプレートと陽極との間隙とには、陽極から光電陰極に向かう電界がそれぞれ発生する。
【００２６】
このとき、微弱な光が外部から外囲器の入射窓を通過して光電陰極に入射した場合、光電陰極の価電子帯に位置する電子がその伝導帯に励起し、負の電子親和力作用によって光電子として真空中に放出される。このように光電陰極から放出された光電子は、光電陰極とマイクロチャネルプレートとの間隙に発生した電界によって加速され、ダイノードの電子入射側表面に入射する。
【００２７】
ここで、鉛ガラスからなるダイノードの電子入射側面には、ＩＴＯ膜又はネサ膜で構成された導電性膜が形成されている。これにより、光電陰極を通過した光がダイノードの電子入射側表面に配列されたチャネル管のエッジ部やその周辺に位置する凹凸部などに到達した場合であっても、導電性膜の光透過性やダイノードの光吸収性などに基づいて、光電陰極に再び拡散して戻る光は著しく低減する。そのため、チャネル管のエッジ部やその周辺に位置する凹凸部などで乱反射した光が光電陰極に発生させるハロー現象及びフレア現象は抑制される。
【００２８】
一方、マイクロチャネルプレートに入射した光電子は、チャネル管の内側に発生した電界によって加速され、チャネル管の壁面に対する衝突を繰り返しながら移動し、一定のエネルギーを失う毎に一対の電子−正孔対を生成する。この電子−正孔対として生成された電子は、二次電子として電子−正孔対を生成する過程を繰り返すことになる。そのため、印加電圧に起因する所定のゲインで増倍した光電子が、ダイノードの電子出射側表面に配列されたチャネル管の端部から放出される。このようにマイクロチャネルプレートから放出された光電子は、マイクロチャネルプレートと陽極との間隙に発生した電界によって加速され、陽極に入射して受容される。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明の光電子増倍管に係る一実施例の構成および作用について、図１ないし図８を参照して詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３０】
本実施例の光電子増倍管は、外囲器の内部で光電陰極、ＭＣＰ及び蛍光体層を相互に近接して設置した近接型イメージインテンシファイアとして機能するものである。
【００３１】
図１に示すように、光電子増倍管１０の内部は、略中空円柱状の外囲器２０の両端部を略円板状の入射窓３０及び略円柱状の出射窓７０によって気密に封止することにより、圧力約１×１０-8〜１×１０-6Ｔｏｒｒを有する高真空に保持されている。外囲器２０は、略中空円筒状の側管部材２１と、この側管部材２１の側部を被覆する略中空円柱状のモールド部材２２と、このモールド部材２２の側部及び底部を被覆する略中空円筒状のケース部材２２とから構成されている。特に、モールド部材２２の両端部には２個の貫通孔がそれぞれ形成されている。ケース部材２２の一端部は開放して形成され、ケース部材２３の他端部にはモールド部材２２の一方の貫通孔とその周縁を一致させた貫通孔が形成されている。
【００３２】
モールド部材２２の一端部側には、入射窓３０がモールド部材２２の一方の貫通孔周辺の表面と接合して設置されている。この入射窓３０の真空側表面の中央領域には、薄膜状の光電陰極４０が形成されている。また、モールド部材２２の他端部側には、出射窓７０がモールド部材２２の他方の貫通孔に嵌合して設置されている。この出射窓７０の真空側表面の中央領域には、薄膜状の蛍光体層６０が形成されている。さらに、光電陰極４０と蛍光体層６０との間には、円板状のＭＣＰ５０が光電陰極４０及び蛍光体層６０に対向して所定の間隙をそれぞれ保持して設置されている。このＭＣＰ５０は、側管部材２１の複数箇所でその一端部を埋没して支持された２種類の取付部材８１，８２の他端部によって挾持されている。
【００３３】
入射窓３０の真空側表面の周辺領域には、金属製の第１の配線層（図示しない）が光電陰極４０と接触して形成されている。この第１の配線層に接触するために、モールド部材２２の側部の複数箇所でその一端部を埋没し、かつ、側管部材２１と入射窓３０とによって挾持されることによって支持された取付部材８０が、その他端部を延ばして設置されている。
【００３４】
出射窓７０の真空側表面の周辺領域には、金属製の第２の配線層（図示しない）が蛍光体層６０と接触して形成されている。この第２の配線層に接触するために、モールド部材２２の側部の複数箇所でその一端部を埋没し、かつ、側管部材２１とモールド部材２２とによって挾持されることによって支持された取付部材８３が、その他端部を延ばして設置されている。
【００３５】
４種類の取付部材８０〜８３の一端部にその一端部をそれぞれ接触した４種類のリード線９０〜９３が、モールド部材２２及びケース部材２３を気密に貫通して外部に突出して設置されている。これらリード線９０〜９３の他端部は、外部電圧源（図示しない）と電気的にそれぞれ接続されている。そのため、光電陰極４０と、ＭＣＰ５０の光電陰極側表面及び蛍光体層側裏面（ダイノード５１の電子入射側表面及び電子出射側表面）と、蛍光体層６０とに対しては、外部電圧源から高電圧がそれぞれ印加されている。
【００３６】
図２に示すように、光電陰極４０とＭＣＰ５０の光電陰極側表面との間には、電位差Ｖ1 として約２００Ｖが設定されている。ＭＣＰ５０の光電陰極側表面と蛍光体層側表面との間には、電位差Ｖ2 として約５００Ｖ〜約９００Ｖが可変に設定されている。ＭＣＰ５０の蛍光体層側表面と蛍光体層６０との間には、電位差Ｖ3 として約６ｋＶが設定されている。
【００３７】
なお、側管部材２１の複数箇所でその一端部を埋没して支持された取付部材８４が、その他端部を出射窓７０と所定の間隙を保持して設置されている。５種類の取付部材８０〜８４は、ともにコバール金属で形成されている。４種類のリード線９０〜９３は、ともにテフロン電線で形成されている。
【００３８】
より詳細には、側管部材２１は、所定の形状にプラスチックを加工して形成されている。モールド部材２２は、入射窓３０、側管部材２１及び出射窓７０の各周囲にシリコンゴムをモールド成形して形成されている。ケース部材２３は、モールド部材２１の周囲に対応した形状にプラスチックを加工して形成されている。
【００３９】
入射窓３０は、大気側及び真空側の各表面の中央領域に共に略平面を有する形状に石英ガラスを加工して形成されたガラス面板である。光電陰極４０は、アルカリ金属を入射窓３０の真空側表面に蒸着して形成されており、例えば、Ｋ、Ｎａ等の分子膜として構成されている。この光電陰極４０は、外部電圧源からリード線９０及び取付部材８０を介して印加された電圧に基づいて、電位約−１５０Ｖ〜約−２００Ｖに保持されている。
【００４０】
出射窓７０は、多数個の光ファイバをプレート状に集束して構成されたファイバープレートである。これらの光ファイバは、光電陰極４０に対して各光軸を直交させ、かつ、各真空側端面を面一に整合させることによって設置されている。蛍光体層６０は、蛍光体を出射窓７０の真空側表面に塗布して形成されており、例えば、（ＺｎＣｄ）Ｓ：Ａｇ等で構成されている。この蛍光体層６０は、外部電圧源からリード線９３及び取付部材８３を介して印加された電圧に基づいて、電位約５０００Ｖ〜約６０００Ｖに保持されている。
【００４１】
なお、蛍光体層６０の真空側表面には、メタルバック層と低電子反射率層とが順次積層して形成されている。メタルバック層は、蛍光体層６０の表面にＡｌを蒸着して形成されている。このメタルバック層は、ＭＣＰ５０を通過して入射した光に対して比較的高い反射率を有し、かつ、ＭＣＰ５０から放出されて入射した光電子に対して比較的高い透過率を有する。低電子反射率層は、メタルバック層の表面にＣ，Ｂｅ等を蒸着して形成されている。この低電子反射率層は、ＭＣＰ５０から放出されて入射した光電子に対して比較的低い反射率を有する。
【００４２】
ここで、図３に示すように、ＭＣＰ５０は、複数個のチャネル管をプレート状に集束して構成された少なくとも一つのダイノード５１を備えている。このダイノード５１の電子入射面及び電子出射面に配列されたチャネル管のピッチは、隣接するチャネル管の中心間距離として約７．５μｍ〜約２５μｍである。
【００４３】
このダイノード５１は、所定の形状に透明色の鉛ガラスを加工した後に真空炉の内部に設置し、高温の水素ガスを流入することによって鉛ガラスの表面から内部に向かって順次還元して形成されている。これにより、ダイノード５１の表面領域には、水素還元処理の進行状態に対応して析出した金属鉛で構成された黒色の抵抗層が生成されている。そのため、真空炉の雰囲気温度、水素ガス濃度、還元時間等をパラメータとして抵抗層の生成を制御することにより、ＭＣＰ５０は約１×１０8 Ω〜約１×１０10Ωのストリップ抵抗を有する。
【００４４】
このようなダイノード５１の電子入射側表面には薄膜状の導電性膜５２が形成されており、導電性膜５２は、Ｉｎ2 Ｏ3 及びＳｎＯ2からなるＩＴＯ膜又はネサ（ＮＥＳＡ）膜から構成されており、入射窓３０及び光電陰極４０を通過した光に対して透過性を有し、導電性材料を蒸着して形成されている。
【００４５】
なお、ＭＣＰ５０の光電陰極側表面、すなわち、導電性膜５２は、外部電圧源からリード線９１及び取付部材８１を介して印加された電圧に基づいて、電位約−１５０Ｖ〜約−２００Ｖに保持されている。ＭＣＰ５０の蛍光体層側裏面は、外部電圧源からリード線９２及び取付部材８２を介して印加された電圧に基づいて、電位約５００Ｖ〜約９００Ｖに保持されている。
【００４６】
また、ＭＣＰ５０の光電陰極側表面と光電陰極４０との間隔は、距離約０．０５ｍｍ〜約０．３ｍｍであり、ＭＣＰ５０の蛍光体層側裏面と蛍光体層７０との間隔は、距離約０．２ｍｍ〜約１．５ｍｍである。より望ましくは、ＭＣＰ５０の光電陰極側表面と光電陰極４０との間隔は、距離約０．１ｍｍ〜約０．３ｍｍであることが好適であり、ＭＣＰ５０の蛍光体層側裏面と蛍光体層７０との間隔は、距離約０．５ｍｍ〜約１．０ｍｍであることが好適である。
【００４７】
次に、本実施例の作用について説明する。
【００４８】
図１及び図２に示すように、外部電圧源から光電陰極４０、ＭＣＰ５０及び蛍光体層６０に所定の電圧をそれぞれ印加することにより、光電陰極４０とＭＣＰ５０との間隙と、ダイノード５１の電子入射面と電子出射面との間に配列されたチャネル管の内側と、ＭＣＰ５０と蛍光体層６０との間隙とには、蛍光体層６０から光電陰極４０に向かう電界がそれぞれ発生する。
【００４９】
このとき、第１の光学像として微弱な光ｈν1 が外部から入射窓３０を通過して光電陰極４０に入射した場合、光電陰極４０の価電子帯に位置する電子がその伝導帯に励起し、負の電子親和力作用によって光ｈν1 の二次元位置情報を保持した光電子ｅ- 1 として真空中に放出される。このように光電陰極４０から放出された光電子ｅ- 1 は、光電陰極４０とＭＣＰ５０との間隙に発生した電界によって加速され、ダイノード５１の電子入射側表面に入射する。
【００５０】
ここで、図３に示すように、ダイノード５１の電子入射側表面には、光ｈνinに対して透過性を有する導電性膜５２が形成されている。これにより、光電陰極４０を通過した光ｈν1 が光ｈνinとしてダイノード５１の電子入射側表面に配列されたチャネル管のエッジ部やその周辺に位置する凹凸部などに到達した場合であっても、導電性膜５２の光透過性やダイノード５１の光吸収性などに基づいて、光電陰極４０に再び拡散して戻る光ｈνrfは著しく低減する。そのため、チャネル管のエッジ部やその周辺に位置する凹凸部で乱反射した光ｈνrfが光電陰極４０に発生させるハロー現象及びフレア現象は抑制される。
【００５１】
一方、ＭＣＰ５０に入射した光電子ｅ- 1 は、チャネル管の内側に発生した電界によって加速され、チャネル管の壁面に対する衝突を繰り返しながら移動し、エネルギー約３．６ｅＶを失う毎に一対の電子−正孔対を生成する。この電子−正孔対として生成された電子は、二次電子として光電子ｅ- 1 と同様に電子−正孔対を生成する過程を繰り返す。そのため、光電子ｅ- 1 と比較して増倍した光電子ｅ- 2 が、光ｈν1 の二次元位置情報を保持してＭＣＰ５０の蛍光体層側表面から放出される。このとき、光電子ｅ- 1 に対する光電子ｅ- 2 のゲインは、印加電圧Ｖ2 に起因して約１×１０3 〜約２×１０4 に達する。このようにＭＣＰ５０から放出された光電子ｅ- 2 は、ＭＣＰ５０と蛍光体層６０との間隙に発生した電界によって加速され、蛍光体層６０に入射する。
【００５２】
蛍光体層６０に入射した光電子ｅ- 2 の衝撃に対応し、蛍光として発生した光ｈν2 が出射窓７０に入射する。このように出射窓７０に入射した光ｈν2 は、光ｈν1 の二次元位置情報を保持した第２の光学像として外部に出射される。
【００５３】
次に、本実施例に関する実験について説明する。
【００５４】
本実施例の光電子増倍管と従来例の光電子増倍管とをそれぞれ試作することにより、各光電子増倍管の性能を比較する実験を行った。
【００５５】
まず、本実施例の光電子増倍管に内蔵するＭＣＰのサンプルと従来例の光電子増倍管に内蔵するＭＣＰのサンプルとして、光学研磨した鉛ガラス製のダイノードに電極として各種導電性膜を蒸着してそれぞれ形成したものについて、その光反射率の波長スペクトルを測定した。ここで、本実施例のサンプルとしては、ＩＴＯ膜がダイノードの電子入射側表面に形成されたもののみの１種類のＭＣＰを設定した。従来例のサンプルとしては、インコネル膜がダイノードの電子入射側表面に形成されたものと、いかなる導電性膜もダイノードの電子入射側表面に形成されていないものとからなる２種類のＭＣＰを設定した。
【００５６】
ただし、各ダイノードの構成材料としては、水素還元未処理の鉛ガラスと水素還元処理済みの鉛ガラスとを設定した。なお、水素還元未処理の鉛ガラスは透明色を呈しており、水素還元処理済みの鉛ガラスはガラス中に析出した金属鉛によって黒色を帯びている。
【００５７】
図４に、水素還元未処理の鉛ガラス製のサンプルにおける光反射率の波長スペクトルを示す。図５に、水素還元処理済みの鉛ガラス製のサンプルにおける光反射率の波長スペクトルを示す。これらのグラフでは、横軸はダイノードの電子入射側表面に照射した光の波長を表し、縦軸はダイノードの電子入射側表面における光反射率を表す。
【００５８】
続いて、水素還元未処理の鉛ガラス製のダイノードをサンプルとして、その光屈折率を測定した。このとき、ダイノードの光電陰極側表面で反射したレーザ光をＰＤ（Photo Diode ）で検出することにより、ダイノードの電子入射側表面における光反射率ｒを式（１）に基づいて測定し、そのダイノードの光屈折率ｎを算出する方法を適用した。
【００５９】
ｒ＝Ｐrf／Ｐin                                              （１）
ただし、
Ｐin：ダイノードに入射したレーザ光の光強度，
Ｐrf：ダイノードで反射されたレーザ光の光強度
である。
【００６０】
なお、レーザ光を照射する光源としては、ＨｅＮｅレーザを使用した。ＨｅＮｅレーザから出射されたレーザ光を、波長６３２．８ｎｍ及び入射角９０°に設定した。
【００６１】
ここで、ダイノードの電子入射側表面における表面光反射率Ｒを式（２）に基づいて算出し、ダイノードの光屈折率ｎを式（３）に基づいて算出した。
【００６２】
Ｒ＋Ｒ（１−Ｒ）2 ＝ｒ                                      （２）
ｎ＝（１＋Ｒ1/2 ）／（１−Ｒ1/2 ）                          （３）
さらに、水素還元処理済みの鉛ガラス製のダイノードをサンプルとして、その光屈折率をエリプソメータで測定した。なお、レーザ光を照射する光源としては、ＨｅＮｅレーザを使用した。ＨｅＮｅレーザから出射されたレーザ光を、波長６３２．８ｎｍ及び入射角７０°に設定した。
【００６３】
そして、水素還元未処理の鉛ガラス製及び水素還元処理済みの鉛ガラス製の各サンプルにおける光屈折率は、次の通りであった。ただし、ｊは虚数単位である。
【００６４】
水素還元未処理の鉛ガラスの光屈折率：１．４９，
水素還元処理済みの鉛ガラスの光屈折率：１．８＋０．１５ｊ
これらの結果、ＭＣＰとして水素還元処理済みの鉛ガラスで構成されたダイノードの電子入射側表面にＩＴＯ膜が形成された本実施例のサンプルは、その他のサンプルに対して大部分の波長領域で最小の光反射率を有している。また、ダイノードとして水素還元処理済みの鉛ガラスで構成されたサンプルは、水素還元未処理の鉛ガラス製のサンプルよりも大きい光屈折率を有している。そのため、ダイノードを水素還元処理済の鉛ガラスで構成するとともに、ダイノードの電子入射側表面にＩＴＯ膜を形成することが、光電陰極を通過した光の乱反射を防止するために有効であることがわかる。
【００６５】
次に、本実施例の光電子増倍管と従来例の光電子増倍管とおいて、フレア現象を検出した。ただし、本実施例の光電子増倍管としては、ＩＴＯ膜がダイノードの電子入射側表面に形成されたものを設定した。従来例の光電子増倍管としては、インコネル膜がダイノードの電子入射側表面に形成されたものを設定した。
【００６６】
このとき、白色の地に描いた黒色の矩形状パターンを各光電子増倍管で撮像した光学像を画像処理することにより、矩形状パターンを構成する黒色のレベル値が増大した比率をフレア値として測定した。なお、地を構成する白色のレベル値は１００％であった。
【００６７】
各光電子増倍管におけるフレア値は、次の通りであった。
【００６８】
本実施例の光電子増倍管のフレア値：  ５％，
従来例の光電子増倍管のフレア値：１０％
この結果、本実施例の光電子増倍管は、従来の光電子増倍管よりも小さいフレア値を有している。そのため、ダイノードの電子入射側表面に形成されたＩＴＯ膜は、光電陰極を通過した光の乱反射を防止する反射防止膜として良好に機能することがわかる。
【００６９】
さらに、本実施例の光電子増倍管と従来例の光電子増倍管とにおいて、ハロー現象を検出した。ただし、本実施例の光電子増倍管としては、表１のＮｏ．３〜Ｎｏ．５に示す３種類の光電子増倍管を設定した。従来例の光電子増倍管としては、表１のＮｏ．１，Ｎｏ．２に示す２種類の光電子増倍管を設定した。
【００７０】
【表１】
0004118965.tif 000002
【００７１】
このとき、図６に示すように、ＬＥＤ（Light Emitted Diode ）１１０から出射された光を光電子増倍管を含む撮像システムで撮像することにより、ハロー光を測定した。なお、撮像システムとしては、ＬＥＤ１１０の前方に光学系として拡散板１２０、アパーチャ１３０、対物レンズ１４０、Ｉ．Ｉ．１５０、リレーレンズ１６０及びＣＣＤカメラ１７０を順次配列し、ＣＣＤカメラ１７０のビデオ出力端子にビデオデッキ１８０及びモニタ１９０を順次接続することによって構成した。
【００７２】
ただし、ＬＥＤ１１０は、波長６３０ｎｍの赤色光を発生するものであった。拡散板１２０は、輝度０．８ｌｘを有するものであった。アパーチャ１３０は、ＬＥＤ１１０から距離３．２ｍだけ離れて位置する開口を有するものであった。対物レンズ１４０は、ニッコール社製で焦点距離２４ｍｍ及びＦ値２を有するものであった。Ｉ．Ｉ．１５０は、ルミナスゲイン１０００ｌｍ・ｍ-2・ｌｘ-1をそれぞれ有する本実施例の光電子増倍管または従来例の光電子増倍管であった。リレーレンズ１６０は、共に焦点距離５０ｎｍ及びＦ値１．２を有する２個のレンズを１：１に接続して構成されたものであった。ＣＣＤカメラ１７０は、ソニー社製で画角２／３”を有するものであった。また、Ｉ．Ｉ．１５０から対物レンズ１４０に戻った光が起因して発生するハロー現象は、光学系の構成を工夫して排除した。
【００７３】
ここで、図７（ａ）に示すようにＣＣＤ１７０の受光面でスポット光１７１の周囲に出現するハロー光１７２について、図７（ｂ）に示すように輝度分布を測定した。ただし、ＣＣＤ１７０の飽和レベルに一致するスポット光１７１の輝度に対して、９０％，５０％，５％及び０％の輝度を有する３種類のハロー光成分１７３〜１７５について、スポット光１７１を中心とする径方向に沿った幅Ｗ90，Ｗ50，Ｗ5 をハロー現象の尺度として比較した。
【００７４】
図８に、表１のＮｏ．５に示す本実施例の光電子増倍管と表１のＮｏ．２に示す従来例の光電子増倍管とについて、スポット光成分１７３〜１７５の幅Ｗ90，Ｗ50，Ｗ5 をそれぞれ示す
この結果、ダイノードの電子入射側表面にＩＴＯ膜が形成された本実施例の光電子増倍管は、従来の光電子増倍管と比較してハロー現象の発生を抑制している。そのため、ダイノードの電子入射側表面に形成されたＩＴＯ膜は、光電陰極を通過した光の乱反射を防止する反射防止膜として良好に機能することがわかる。また、蛍光体層の真空側表面にカーボン膜を蒸着して低電子反射率層を形成する技術や、ＭＣＰのストリップ抵抗を増大させる技術などを適用することにより、ハロー現象の発生をいっそう抑制することがわかる。
【００７５】
以上の諸実験によれば、従来例の光電子増倍管においては、ダイノードの電子入射側表面に金属光沢を有するインコネル膜等の電極が形成されていることから、光電陰極を通過した光がダイノードの電子入射側表面に配列されたチャネル管のエッジ部やその周辺に位置する凹凸部などで乱反射されて拡散して光電陰極に再び戻ってしまう。そのため、光電陰極で外部から光が入射していない真空側表面の部分から放出された光電子が、ハロー現象及びフレア現象を引き起こす原因の一つとなっている。
【００７６】
一方、本実施例の光電子増倍管においては、光電陰極を通過した光に対して透過性を有するＩＴＯ膜等の導電性膜を、ダイノードの電子入射側表面に形成している。これにより、光電陰極を通過した光がダイノードの電子入射側表面に配列されたチャネル管のエッジ部やその周辺に位置する凹凸部などに到達することがあっても、導電性膜の光透過性やダイノードの光吸収性などに基づいて、光電陰極に再び拡散して戻る光は著しく低減する。そのため、光電陰極を通過した光がダイノードの電子入射側表面に配列されたチャネル管のエッジ部やその周辺に位置する凹凸部などで乱反射されて再び光電陰極に到達することに起因して発生するハロー現象及びフレア現象が抑制されるので、入射窓に入射した第１の光学像を増強して出射窓から出射される第２の光学像の画質を向上することができる。
【００７７】
なお、本発明は上記実施例に限られるものではなく、種々の変形を行うことが可能である。例えば、上記実施例においては、近接型イメージインテンシファイアとして機能する光電子増倍管を開示している。しかしながら、イメージインテンシファイアとしての構成は、近接型に限定されるものではなく、光電陰極とＭＣＰとの間隙に設置されて光電子の飛跡を制御する各種のフォーカス電極を有するものであっても、上記実施例とほぼ同様な作用効果を得ることができる。また、光電子増倍管としての構成は、イメージインテンシファイア装置のような二次元光検出器に限定されるものではなく、ＭＣＰの後段に設置された蛍光体層を必要としないものであっても、上記実施例とほぼ同様な作用効果を得ることができる。
【００７８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明のマイクロチャネルプレートにおいては、電子の生成に起因した光に対して透過性を有するＩＴＯ等の導電性膜が、ダイノードの電子入射側面に形成されている。これにより、外部から入射した光がダイノードの電子入射側表面に配列されたチャネル管のエッジ部やその周辺に位置する凹凸部などに到達した場合であっても、導電性膜の光透過性やダイノードの光吸収性などに基づいて、ダイノードの電子入射側表面に対向する所定の光入射面に再び拡散して戻る光は従来よりも著しく低減する。そのため、チャネル管のエッジ部やその周辺に位置する凹凸部などで乱反射した光がダイノードの電子入射側面に対向する所定の光入射面に発生させるハロー現象及びフレア現象は抑制される。
【００７９】
本発明の光電子増倍管においては、光電陰極を通過した光に対して透過性を有するＩＴＯ等の導電性膜が、ダイノードの電子入射側面には形成されている。これにより、光電陰極を通過した光がダイノードの電子入射側表面に配列されたチャネル管のエッジ部やその周辺に位置する凹凸部などに到達した場合であっても、導電性膜の光透過性やダイノードの光吸収性などに基づいて、光電陰極に再び拡散して戻る光は著しく低減する。そのため、チャネル管のエッジ部やその周辺に位置する凹凸部などで乱反射した光が光電陰極に発生させるハロー現象及びフレア現象は抑制される。
【００８０】
このように、本発明のマイクロチャネルプレート及び光電子増倍管によれば、マイクロチャネルプレートで乱反射された光が光電陰極に到達することに起因して発生するハロー光及びフレア光が低減する。そのため、ダイノードの電子入射側表面及び電子出射側表面に配列されたチャネル管のピッチを微小化することにより、各チャネル管でエッジ部が占める長さは単位面積当たり増大した場合においても、マイクロチャネルプレートで乱反射された光は従来程度に抑制される。したがって、コントラストや解像度などの光検出性能を向上させるという効果を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光電子増倍管に係る一実施例の構造を部分的に破砕して示す平面図である。
【図２】図１の光電子増倍管の簡略した構成における各種電圧の印加状態を示す断面図である。
【図３】図１の光電子増倍管の拡大した構成における光電陰極とＭＣＰとの間の光の飛跡を示す断面図である。
【図４】各種導電性膜を有する水素還元未処理のＭＣＰにおける光反射率の波長スペクトルを示すグラフである。
【図５】各種導電性膜を有する水素還元処理済みのＭＣＰにおける光反射率の波長スペクトルを示すグラフである。
【図６】図１の光電子増倍管及び従来例の光電子増倍管を比較する実験を行う撮像システムの構成を示すブロック図である。
【図７】（ａ）は図６の撮像システムにおいてＣＣＤカメラの受光面に発生したスポット光及びそのハロー光を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のスポット光及びそのハロー光の各輝度分布を示すグラフである。
【図８】図１の光電子増倍管及び従来例の光電子増倍管で測定したハロー光成分の幅を示すグラフである。
【図９】（ａ）は従来例の光電子増倍管において光電陰極に入射した第１のスポット光を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）の第１のスポット光に起因して蛍光体層に発生した第２のスポット光及びそのハロー光を示す平面図である。
【図１０】図９（ｂ）の第２のスポット光及びそのハロー光の各輝度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
１０…光電子増倍管、２０…外囲器、３０…入射窓、４０…光電陰極、５０…マイクロチャネルプレート、５１…ダイノード、５２…導電性膜、６０…陽極、７０…出射窓。
【図１】
0004118965.tif 000003
【図２】
0004118965.tif 000004
【図３】
0004118965.tif 000005
【図４】
0004118965.tif 000006
【図５】
0004118965.tif 000007
【図６】
0004118965.tif 000008
【図７】
0004118965.tif 000009
【図８】
0004118965.tif 000010
【図９】
0004118965.tif 000011
【図１０】
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