【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次元電子像を増強する二次元電子像増強装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術として、真空容器内に配置された複数段ＭＣＰと、複数段ＭＣＰで増倍された電子を検出する検出部とを備えた二次元電子像増強装置が知られている。例えば、イメージインテンシファイアを備えた二次元電子像増強装置が知られている。この二次元電子像増強装置に関する従来技術として、複数段ＭＣＰの電子進行方向に沿って隣接するチャンネル同士がＶ字型を構成するようにＭＣＰを配置した電子増倍装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、真空容器内のガス抜きによりイオン形成を阻止することで、イオンフィードバックの減少を伴う電子増倍管が開示されている（例えば、特許文献２参照）。また、ＭＣＰの出力端部にアルミニウム等からなる導電層をマイクロチャンネルの開口領域を狭めるように蒸着させることで、イオンフィードバックを制限するＭＣＰが開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】
米国特許３３７４３８０号明細書
【特許文献２】
特開平０２−２９１６５８号公報
【特許文献３】
特開平０７−０９４１３９号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の二次元電子像増強装置では、更に検出感度を向上させるためにＭＣＰのゲインを増加させると、ノイズが発生するため、検出感度を向上できなかった。このノイズは、真空容器内の残留ガスに起因するイオンがＭＣＰに再度入射するという、所謂、「イオンフィードバック現象」により発生した電子がＭＣＰのゲインにより増倍されて検出されることで生じる。
【０００４】
したがって、単にＭＣＰのゲインを増加させただけでは、検出感度を向上できないという問題が生じる。換言すれば、検出感度を向上させるために、ＭＣＰのゲインを増加させても、ノイズが増加するばかりであり、検出感度を維持しようとするとＭＣＰのゲインを増加させることができない。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、特に、ＭＣＰのゲインを増加させ、かつ、検出感度を向上させる二次元電子像増強装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明は、真空容器内に配置された複数段ＭＣＰと、その複数段ＭＣＰで増倍された電子を検出する検出部とを備えた二次元電子像増強装置において、複数段ＭＣＰのうち最後段ＭＣＰのゲインは、最後段ＭＣＰの前段側にある一つのＭＣＰのゲインよりも小さく、かつ、これらのＭＣＰのゲイン比率は所定割合とされることを特徴とする。
【０００７】
すなわち、最後段ＭＣＰのゲインを前段側にある一つのＭＣＰのゲインに比して小さくしながら、複数段ＭＣＰ全体のゲインを増加させる。これにより、イオンフィードバック現象によって最後段ＭＣＰにおいて発生する電子の増倍を小さくすることができ、ノイズを抑制することができる。これは、イオンフィードバック現象によるノイズの原因が、主に最後段ＭＣＰにおいて生じる電子であることを見出したことによる。
【０００８】
したがって、本二次元電子像増強装置を用いれば、検出感度を向上させるためにＭＣＰ全体のゲインを増加させたとしても、ノイズが増加せず検出感度を向上させることができる。
【０００９】
なお、ＭＣＰのゲイン比率の所定割合は、前段側にある一つのＭＣＰのゲインを１００％とすると、最後段ＭＣＰのゲインが１乃至２０％となることが好適である。
【００１０】
また、複数段ＭＣＰそれぞれに対して電気的に接続された電極を介して電圧を印加する駆動回路を更に備え、最後段ＭＣＰの印加電圧は、前段側にある一つのＭＣＰの印加電圧より小さく、かつ、ゲイン比率を前記所定割合とすることを特徴とする。
【００１１】
ここで、ＭＣＰのゲインは印加電圧に依存するため、この駆動回路により、それぞれのＭＣＰのゲインを調整できる。
【００１２】
また、複数段ＭＣＰに電圧を印加する駆動回路に接続された最後段ＭＣＰの抵抗値が、前段側にある一つのＭＣＰの抵抗値より小さく、かつ、これらのＭＣＰの抵抗分圧比は、ゲイン比率が所定割合となるように設定されることを特徴とする。
【００１３】
ここで、ＭＣＰに電圧を印加する駆動回路に接続されるＭＣＰは抵抗として作用する。したがって、最後段ＭＣＰの抵抗値を小さくすると、印加される電圧も小さくなり、最後段ＭＣＰのゲインを小さくすることができる。これにより、抵抗値の異なるＭＣＰを用いることで、複数段ＭＣＰそれぞれに電極を接続することなくゲインを調整できる。
【００１４】
また、最後段ＭＣＰの厚みは、前段側にある一つのＭＣＰの厚みより厚く、かつ、これらのＭＣＰの厚み比率は、ゲイン比率が所定割合となるように設定されることを特徴とする。
【００１５】
ここで、厚みの厚いＭＣＰの方が電界強度は小さくなるため、ゲインも小さくなる。したがって、最後段ＭＣＰの厚みを厚くすると、それに応じてゲインも小さくなる。すなわち最後段ＭＣＰの厚みは、前段側にある一つのＭＣＰの厚みより厚いので、最後段ＭＣＰのゲインが相対的に小さくなる。これにより、厚みの異なるＭＣＰを用いることでゲインを調整できる。
【００１６】
なお、上記二次元電子像増強装置は、真空容器内に、光電面と、光電面に対向配置された複数段ＭＣＰと、複数段ＭＣＰで増倍された電子像を光学像に変換して検出する蛍光面とを有するイメージインテンシファイアを備えた二次元電子像増強装置とすることもできる。ここで、イメージインテンシファイアの検出部に、複数段ＭＣＰで増倍された電子像の衝突を画素信号として検出する固体撮像素子（ＣＣＤ）を用いてもよい。これにより、光電面に入射した光学像の検出感度を向上させるためにＭＣＰのゲインを増加させても、ノイズが増加せず検出感度を向上させることができる。
【００１７】
さらに、上記二次元電子像増強装置は、透過型電子顕微鏡における試料透過像の観察部に取り付けられる複数段ＭＣＰと、複数段ＭＣＰで増倍された電子を検出する検出部とを備えた二次元電子像増強装置とすることもできる。ここで、検出部は、蛍光面でもＣＣＤでもよい。これにより、試料透過像の検出感度を向上させるためにＭＣＰのゲインを増加させても、ノイズが増加せず検出感度を向上させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に係る二次元電子像増強装置について説明する。なお、同一要素又は機能を有する要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。
【００１９】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る二次元電子像増強装置の断面図である。この二次元電子像増強装置は、イメージインテンシファイア１と、このイメージインテンシファイア１に電極５１、５２、５３、６１、７１を介して電気的に接続された駆動回路８とを備えている。断面図はイメージインテンシファイア１の管軸Ｚを含む平面で切断した断面図である。
【００２０】
イメージインテンシファイア１は、真空容器２の一開口端を入力窓３によって封止し、他開口端を閉塞窓４によって封止してなる。
【００２１】
入力窓３は、例えば合成石英からなり、この入力窓３を紫外光が透過するため、紫外光検出も可能である。その他に、入力窓３は、ＭｇＦ２、ホウ珪酸ガラスからなることとしてもよい。また、入力窓３は、ファイバーオプティクプレート（ＦＯＰ）から構成することもできる。
【００２２】
閉塞窓４は、例えばファイバーオプティクプレート（ＦＯＰ）で構成されており、容器内部で蛍光に変換された光学像を、ＦＯＰの入射端面から出射端面まで光学像を歪みなく伝達させることができる。その他に、閉塞窓４はホウ珪酸ガラスからなる閉塞窓４であってもよい。
【００２３】
真空容器２の内部には、入力窓３側にある前段側ＭＣＰ５ｉ及び閉塞窓４側にある最後段ＭＣＰ５ｏから構成される２段のＭＣＰ５が配置されている。ＭＣＰ５は、３段、４段、あるいは５段であってもよく、ＭＣＰ５のうち、最後段ＭＣＰに相当するのが最後段ＭＣＰ５ｏであり、最後段ＭＣＰの前段側にある一つのＭＣＰに相当するのが前段側ＭＣＰ５ｉである。
【００２４】
また、入力窓３の内面には、入射した光学像を電子像に変換する光電面７が設けられている。ここで、光電面７は例えばＧａＡｓＰからなる。ＧａＡｓＰは量子効率が高いため、可視光領域において非常に高感度に光電変換を行う。その他に、光電面７はアルカリ金属からなる光電面７でもよい。
【００２５】
また、閉塞窓４の内面には、ＭＣＰ５により増倍された電子像を検出する検出部６が設けられている。ここで、検出部６は、ＭＣＰ５により増倍された電子像を光学像に変換する蛍光面であり、蛍光面の表面には薄膜或いはメッシュ状の電極が設けられている。
【００２６】
これにより、入力窓３を透過して入射した光学像は光電面７において電子像に変換され、変換された電子像は複数段ＭＣＰ５において増倍され、増倍された電子像は検出部６で再度光学像に変換されて検出される。
【００２７】
また、駆動回路８は、前段側ＭＣＰ５ｉに電圧ＶＭＣＰｉを、最後段ＭＣＰ５ｏに電圧ＶＭＣＰｏを、光電面７と前段側ＭＣＰ５ｉとの間に電圧Ｖｃを、最後段ＭＣＰ５ｏと検出部６との間に電圧Ｖｓを印加する。これらの電圧により、光電面７において変換された電子をＭＣＰ５に入射させ、ＭＣＰ５において増倍された電子を検出部６に出力することができる。ここで、ＶＭＣＰｉ＞ＶＭＣＰｏであり、かつ、前段側ＭＣＰ５ｉと最後段ＭＣＰ５ｏのゲイン比率が所定割合αとなるように設定されている。所定割合αは１乃至２０％が好適である。
【００２８】
これにより、最後段ＭＣＰ５ｏにおけるイオンフィードバック現象に起因するノイズを抑制することができるため、ＭＣＰ５の全体としてのゲインを増加させ、かつ、検出感度を向上することができる。
【００２９】
なお、駆動回路８は、上記所定割合αを１乃至２０％とするように印加電圧ＶＭＣＰｉ，ＶＭＣＰｏを設定している。
【００３０】
（第２実施形態）
図２は第２実施形態に係る二次元電子像増強装置の断面図である。本実施形態では駆動回路８の構成と電極の配置のみが上記第１実施形態のものと異なる。すなわち、第１実施形態では、それぞれのＭＣＰにそれぞれ電極５１，５２，５３を介して電圧を印加したが、本実施形態では、中間電極５２を省略しており、複数段ＭＣＰ５の両端には電極５１，５３を介して電圧ＶＭＣＰが印加されている。
【００３１】
駆動回路８に接続された最後段ＭＣＰ５ｏ及び前段側ＭＣＰ５ｉは抵抗として作用する。ここで、最後段ＭＣＰ５ｏの抵抗値は前段側ＭＣＰ５ｉの抵抗値より小さく設定されており、具体的には、前段側ＭＣＰ５ｉと最後段ＭＣＰ５ｏそれぞれに印加される電圧が、抵抗分割によって図１におけるＶＭＣＰｉ及びＶＭＣＰｏとなるように電圧の分圧比が設定されている。
【００３２】
これにより、前段側ＭＣＰ５ｉと最後段ＭＣＰ５ｏのゲイン比率は所定割合αとなる。すなわち、前段側ＭＣＰ５ｉ及び最後段ＭＣＰ５ｏの抵抗値の差異によって印加電圧を調整することでゲインを調整している。
【００３３】
ここで、ＭＣＰの抵抗値はＭＣＰを構成するチャンネル壁面のガラス組成及び製造時の還元条件に依存するため、抵抗値はＭＣＰ製造時に調整することができる。例えば、還元温度を高くすると、抵抗値は低くなる。なお、チャンネル内壁面、すなわち二次電子放出面はＣｓＩ、ＭｇＦ２であってもよい。
【００３４】
したがって、ＭＣＰの抵抗値を選択することで前段側ＭＣＰ５ｉと最後段ＭＣＰ５ｏのゲイン比率を所定割合αとすることができ、検出感度を向上させることができる。
【００３５】
なお、所定割合αが１乃至２０％ななるように前段側ＭＣＰ５ｉ及び最後段ＭＣＰ５ｏの抵抗値が設定される。
【００３６】
また、この二次元電子像増強装置の組み立て方法を以下に示す。まず、抵抗値の異なるＭＣＰから、ゲイン比率が所定割合αとなるような抵抗値を有する最後段ＭＣＰ５ｏ及び前段側ＭＣＰ５ｉを選択し、これらを、電極５１，５３を介して真空容器２内に固定する。次に、真空容器２の一開口端に入力窓３を、他開口端に閉塞窓４を固定することで封止する。これにより、イメージインテンシファイア１が組み立てられる。更に、電極５１，５３，６１，７１を介して駆動回路８とイメージインテンシファイア１とを電気的に接続することで電圧を印加できるようにする。
【００３７】
（第３実施形態）
図３は第３実施形態に係る二次元電子像増強装置の部分断面図である。本実施形態では、ＭＣＰの厚みのみが第１実施形態のものと異なる。この二次元電子像増強装置は、前段側ＭＣＰ５ｉの厚みｄｉ及び最後段ＭＣＰ５ｏの厚みｄｏにおいて、ｄｉ＜ｄｏである。ここで、例えば駆動回路８によりＶＭＣＰｉ及びＶＭＣＰｏの値を同一にした場合、厚みｄｏを厚くすると、それに応じてゲインは小さくなる。このため、適切な厚みｄｉ及びｄｏを有するＭＣＰを選択することで前段側ＭＣＰ５ｉと最後段ＭＣＰ５ｏのゲイン比率を所定割合αとすることができる。
【００３８】
これにより、最後段ＭＣＰ５ｏにおけるイオンフィードバック現象に起因するノイズを抑制することができ、検出感度を向上させることができる。
【００３９】
なお、所定割合αを１乃至２０％に設定する厚みｄｉ及びｄｏが好適である。
【００４０】
また、この二次元電子像増強装置の組み立て方法を以下に示す。まず、厚みの異なるＭＣＰから、ゲイン比率が所定割合となるような厚みを有する最後段ＭＣＰ５ｏ及び前段側ＭＣＰ５ｉを選択し、これらを電極５１，５３を介して真空容器２内に固定する。次に、真空容器２の一開口端に入力窓３を、他開口端に閉塞窓４を固定することで封止する。これにより、イメージインテンシファイア１が組み立てられる。更に、電極５１，５３，６１，７１を介して駆動回路８とイメージインテンシファイア１とを電気的に接続することで電圧を印加できるようにする。
【００４１】
（第４実施形態）
図４は、第４実施形態に係る二次元電子像増強装置の断面図である。この実施形態の二次元電子像増強装置は、図１における二次元電子像増強装置から入力窓３を取り除いたものである。すなわち、真空容器２の一開口端が開放される。
【００４２】
これにより、真空中で一開口端を介してＭＣＰ５に直接入射するエネルギー線像を増倍し、増倍された二次元電子像を検出することができる。例えば、エネルギー線とはＸ線像や電子線像であり、これが直接ＭＣＰ５に入射することで、ＭＣＰ５が電子像を増倍して検出部６に出力する。
【００４３】
（第５実施形態）
図５は、第５実施形態に係る二次元電子像増強装置の断面図である。この実施形態の二次元電子像増強装置は、図２における二次元電子像増強装置から入力窓３を取り除いたものである。すなわち、真空容器２の一開口端が開放される。これにより、上記実施形態と同様に、真空中で一開口端を介してＭＣＰ５に直接入射するエネルギー線像を増倍し、増倍された二次元電子像を検出することができる。
【００４４】
第４及び第５実施形態に示すエネルギー線の直接入射型二次元電子像増強装置においては、光電面７が不要となる。
【００４５】
（第６実施形態）
図６は、図３の二次元電子像増強装置から光電面７を取り除いた二次元電子像増強装置の部分断面図である。これにより、真空中でＭＣＰ５に直接入射するエネルギー線像を増倍し、増倍された二次元電子像として検出することができる。
【００４６】
（変形例）
図７は、上述の二次元電子像増強装置の部分断面図である。ここで検出部６は、蛍光面ではなく、ＭＣＰにおいて増倍された電子像が衝突する固体撮像素子（ＣＣＤ）であり、ＣＣＤからは電子像に対応して画素信号が読み出される。また、この場合の閉塞窓４は、遮光体を用いても良い。なお、この検出部６及び閉塞窓４は図１から図６までの二次元電子像増強装置の全てに適応できる。
【００４７】
図８は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）１０の概略構成図である。ＴＥＭ１０における試料透過像の観察部１１には、図４から図６までにおける二次元電子像増強装置の開放された一開口端が接続されている。これにより、試料透過像は、図４から図６までにおけるＭＣＰ５に直接入射し、増倍されることで検出される。ここで、試料透過像は、例えばＸ線像、紫外線像、電子線像である。これにより、ＴＥＭにおける試料透過像の検出感度を向上させることができる。
【００４８】
図９はＸ線増強管１ｘの断面図である。Ｘ線増強管１ｘは、ベリリウムもしくはアルミニウム製のＸ線入力窓１ｗを有する真空容器１ｖｃと、Ｘ線入力窓１ｗの内面に設けられたＸ線電子変換材料１ｘｃと、Ｘ線電子変換材料１ｘｃから出力された電子像を管軸Ｚに沿って加速する加速電極１ａｃと、電子像を収束する集束電極１ｆｃと、収束された電子像が入射する筒状の陽極１ａｎとを備えている。陽極１ａｎの最深部には、図４から図６までのいずれか一つの二次元電子像増強装置の一開口端が取り付けられている。これにより、Ｘ線像の検出感度を向上させることができる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の二次元電子像増強装置によれば、ＭＣＰのゲインを増加させ、かつ、検出感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＭＣＰそれぞれに電圧を印加する駆動回路を備えた二次元電子像増強装置の断面図である。
【図２】抵抗値の異なる複数段ＭＣＰを備えた二次元電子像増強装置の断面図である。
【図３】厚みの異なる複数段ＭＣＰを備えた二次元電子像増強装置の模式図である。
【図４】真空容器の一開口端が開放された二次元電子像増強装置の断面図である。
【図５】真空容器の一開口端が開放された二次元電子像増強装置の断面図である。
【図６】真空容器の一開口端が開放された二次元電子像増強装置の断面図である。
【図７】検出部がＣＣＤである二次元電子像増強装置の断面図である。
【図８】複数段ＭＣＰを検出器として備えた透過型電子顕微鏡の概略構成図である。
【図９】Ｘ線増強管の断面図である。
【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…入力窓、４…閉塞窓、５…複数段ＭＣＰ、ＭＣＰ５ｏ…最後段ＭＣＰ、ＭＣＰ５ｉ…前段側にある一つのＭＣＰ、６…検出部、７…光電面、８…駆動回路、１０…ＴＥＭ、１１…観察部、５１，５２，５３，６１，７１…電極。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a two-dimensional electronic image enhancing device for enhancing a two-dimensional electronic image.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a technique in such a field, a two-dimensional electron image intensifier including a multi-stage MCP disposed in a vacuum vessel and a detection unit that detects electrons multiplied by the multi-stage MCP is known. I have. For example, a two-dimensional electronic image intensifier equipped with an image intensifier is known. As a prior art related to the two-dimensional electron image intensifier, an electron multiplier in which an MCP is arranged such that adjacent channels along a traveling direction of electrons of a multi-stage MCP form a V-shape (for example, disclosed). , Patent Document 1). Further, an electron multiplier tube is disclosed in which ion formation is prevented by degassing in a vacuum vessel, thereby reducing ion feedback (for example, see Patent Document 2). Further, an MCP that limits ion feedback by depositing a conductive layer made of aluminum or the like on the output end of the MCP so as to narrow the opening region of the microchannel is disclosed (for example, see Patent Document 3).
[Patent Document 1]
US Pat. No. 3,374,380 [Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 02-291658 [Patent Document 3]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-094139
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional two-dimensional electronic image intensifier, if the gain of the MCP is increased to further improve the detection sensitivity, noise is generated, and thus the detection sensitivity cannot be improved. This noise is generated when electrons generated by a so-called “ion feedback phenomenon”, in which ions originating from residual gas in the vacuum vessel enter the MCP again, are detected by being multiplied by the gain of the MCP.
[0004]
Therefore, there is a problem that the detection sensitivity cannot be improved simply by increasing the gain of the MCP. In other words, even if the gain of the MCP is increased to improve the detection sensitivity, the noise only increases, and the gain of the MCP cannot be increased to maintain the detection sensitivity.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and has as its object to provide a two-dimensional electronic image intensifier that increases a gain of an MCP and improves detection sensitivity.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention relates to a two-dimensional electron image intensifier including a multi-stage MCP disposed in a vacuum vessel and a detection unit that detects electrons multiplied by the multi-stage MCP. The gain of the last MCP among the plurality of MCPs is smaller than the gain of one MCP located before the last MCP, and the gain ratio of these MCPs is a predetermined ratio.
[0007]
That is, the gain of the entire multi-stage MCP is increased while the gain of the last-stage MCP is made smaller than the gain of one MCP in the preceding stage. Thereby, the multiplication of electrons generated in the last stage MCP due to the ion feedback phenomenon can be reduced, and noise can be suppressed. This is because it has been found that the cause of noise due to the ion feedback phenomenon is mainly electrons generated in the last stage MCP.
[0008]
Therefore, if the two-dimensional electronic image intensifier is used, even if the gain of the entire MCP is increased in order to improve the detection sensitivity, the noise can be improved without increasing the noise.
[0009]
Preferably, the predetermined ratio of the gain ratio of the MCP is such that the gain of the last MCP is 1 to 20%, where the gain of one MCP in the preceding stage is 100%.
[0010]
A driving circuit that applies a voltage to each of the plurality of MCPs via an electrode electrically connected thereto; the applied voltage of the last MCP is smaller than the applied voltage of one MCP in the preceding stage; The gain ratio is set to the predetermined ratio.
[0011]
Here, since the gain of the MCP depends on the applied voltage, the gain of each MCP can be adjusted by this drive circuit.
[0012]
Further, the resistance value of the last MCP connected to the drive circuit that applies a voltage to the plurality of MCPs is smaller than the resistance value of one MCP in the preceding stage, and the resistance division ratio of these MCPs is the gain ratio Is set to be a predetermined ratio.
[0013]
Here, the MCP connected to the drive circuit that applies a voltage to the MCP acts as a resistor. Therefore, when the resistance value of the last stage MCP is reduced, the applied voltage is also reduced, and the gain of the last stage MCP can be reduced. Thus, by using MCPs having different resistance values, the gain can be adjusted without connecting electrodes to each of the multiple-stage MCPs.
[0014]
Further, the thickness of the last MCP is larger than the thickness of one MCP in the preceding stage, and the thickness ratio of these MCPs is set such that the gain ratio becomes a predetermined ratio.
[0015]
Here, the thicker the MCP, the smaller the electric field strength, and thus the smaller the gain. Therefore, when the thickness of the last stage MCP is increased, the gain is correspondingly reduced. That is, since the thickness of the last stage MCP is thicker than the thickness of one MCP on the previous stage side, the gain of the last stage MCP becomes relatively small. Thus, the gain can be adjusted by using MCPs having different thicknesses.
[0016]
The two-dimensional electronic image intensifier converts a photocathode, a multi-stage MCP disposed opposite to the photocathode, and an electronic image multiplied by the multi-stage MCP into an optical image in a vacuum vessel. And a two-dimensional electronic image intensifier having an image intensifier having a fluorescent screen. Here, a solid-state imaging device (CCD) that detects a collision of an electronic image multiplied by a plurality of stages of MCPs as a pixel signal may be used as a detection unit of the image intensifier. Thus, even if the gain of the MCP is increased to improve the detection sensitivity of the optical image incident on the photocathode, the detection sensitivity can be improved without increasing the noise.
[0017]
Further, the two-dimensional electron image intensifier includes a multi-stage MCP attached to a sample transmission image observation unit in a transmission electron microscope, and a detection unit that detects electrons multiplied by the multi-stage MCP. An electronic image intensifier can also be used. Here, the detection unit may be a fluorescent screen or a CCD. Accordingly, even if the gain of the MCP is increased in order to improve the detection sensitivity of the sample transmission image, the detection sensitivity can be improved without increasing the noise.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a two-dimensional electronic image intensifier according to an embodiment will be described. Note that the same reference numerals are used for the same elements or elements having functions, and overlapping descriptions will be omitted.
[0019]
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view of the two-dimensional electronic image intensifier according to the first embodiment. The two-dimensional electronic image intensifier includes an image intensifier 1 and a drive circuit 8 electrically connected to the image intensifier 1 via electrodes 51, 52, 53, 61, and 71. . The sectional view is a sectional view taken along a plane including the tube axis Z of the image intensifier 1.
[0020]
The image intensifier 1 has one opening end of the vacuum vessel 2 sealed with an input window 3 and the other opening end sealed with a closing window 4.
[0021]
The input window 3 is made of, for example, synthetic quartz. Since ultraviolet light is transmitted through the input window 3, ultraviolet light can be detected. In addition, the input window 3 may be made of MgF 2 or borosilicate glass. In addition, the input window 3 can be formed of a fiber optic plate (FOP).
[0022]
The closing window 4 is made of, for example, a fiber optic plate (FOP), and can transmit an optical image converted into fluorescence inside the container from the incident end face to the emission end face of the FOP without distortion. Alternatively, the closing window 4 may be a closing window 4 made of borosilicate glass.
[0023]
Inside the vacuum vessel 2, a two-stage MCP 5 composed of a front MCP 5i on the input window 3 side and a last MCP 5o on the closed window 4 side is arranged. The MCP 5 may be a three-stage, four-stage, or five-stage. Among the MCPs 5, the last-stage MCP corresponds to the last-stage MCP 5o, and corresponds to one MCP preceding the last-stage MCP. This is the preceding MCP 5i.
[0024]
On the inner surface of the input window 3, a photoelectric surface 7 for converting an incident optical image into an electronic image is provided. Here, the photocathode 7 is made of, for example, GaAsP. Since GaAsP has high quantum efficiency, it performs photoelectric conversion with extremely high sensitivity in the visible light region. Alternatively, the photocathode 7 may be a photocathode 7 made of an alkali metal.
[0025]
Further, on the inner surface of the closing window 4, a detection unit 6 for detecting the electronic image multiplied by the MCP 5 is provided. Here, the detection unit 6 is a phosphor screen that converts the electron image multiplied by the MCP 5 into an optical image, and a thin film or mesh electrode is provided on the surface of the phosphor screen.
[0026]
Thus, the optical image transmitted through the input window 3 and incident is converted into an electronic image on the photoelectric surface 7, the converted electronic image is multiplied by the multi-stage MCP 5, and the multiplied electronic image is detected by the detection unit 6. It is converted into an optical image again and detected.
[0027]
Further, the drive circuit 8 applies the voltage VMCPi to the preceding MCP 5 i, the voltage VMCPo to the last MCP 5 o, the voltage Vc between the photoelectric surface 7 and the preceding MCP 5 i, and the voltage between the last MCP 5 o and the detecting unit 6. Vs is applied. With these voltages, the electrons converted on the photocathode 7 can be made incident on the MCP 5, and the electrons multiplied by the MCP 5 can be output to the detection unit 6. Here, VMCPi> VMCPo, and the gain ratio between the preceding MCP5i and the last MCP5o is set to a predetermined ratio α. The predetermined ratio α is preferably 1 to 20%.
[0028]
Accordingly, noise due to the ion feedback phenomenon in the last stage MCP 5o can be suppressed, so that the overall gain of the MCP 5 can be increased and the detection sensitivity can be improved.
[0029]
The drive circuit 8 sets the applied voltages VMCPi and VMCPo so that the predetermined ratio α is 1 to 20%.
[0030]
(2nd Embodiment)
FIG. 2 is a cross-sectional view of the two-dimensional electronic image intensifier according to the second embodiment. This embodiment differs from the first embodiment only in the configuration of the drive circuit 8 and the arrangement of the electrodes. That is, in the first embodiment, a voltage is applied to each MCP via the electrodes 51, 52, and 53, however, in the present embodiment, the intermediate electrode 52 is omitted, and electrodes are provided at both ends of the multi-stage MCP5. The voltage VMCP is applied via 51 and 53.
[0031]
The last-stage MCP 5o and the previous-stage MCP 5i connected to the drive circuit 8 act as resistors. Here, the resistance value of the last-stage MCP 5o is set smaller than the resistance value of the previous-stage MCP 5i. Specifically, the voltage applied to each of the previous-stage MCP 5i and the last-stage MCP 5o is divided by the resistance division into the VMCPi in FIG. And the voltage dividing ratio is set so as to be VMCPo.
[0032]
As a result, the gain ratio between the preceding MCP 5i and the last MCP 5o becomes the predetermined ratio α. That is, the gain is adjusted by adjusting the applied voltage based on the difference in resistance between the front MCP 5i and the last MCP 5o.
[0033]
Here, since the resistance value of the MCP depends on the glass composition of the channel wall surface constituting the MCP and the reducing conditions at the time of production, the resistance value can be adjusted during the production of the MCP. For example, as the reduction temperature increases, the resistance value decreases. The inner wall surface of the channel, that is, the secondary electron emission surface may be CsI or MgF 2 .
[0034]
Therefore, by selecting the resistance value of the MCP, the gain ratio between the preceding MCP 5i and the last MCP 5o can be set to the predetermined ratio α, and the detection sensitivity can be improved.
[0035]
The resistance values of the front MCP 5i and the last MCP 5o are set such that the predetermined ratio α is 1 to 20%.
[0036]
A method for assembling the two-dimensional electronic image intensifier will be described below. First, from the MCPs having different resistance values, the last stage MCP 5o and the previous stage MCP 5i having the resistance values such that the gain ratio becomes the predetermined ratio α are selected, and these are fixed in the vacuum vessel 2 via the electrodes 51 and 53. I do. Next, the input window 3 is fixed at one open end of the vacuum container 2 and the closed window 4 is fixed at the other open end, thereby sealing the vacuum container 2. Thus, the image intensifier 1 is assembled. Furthermore, a voltage can be applied by electrically connecting the drive circuit 8 and the image intensifier 1 via the electrodes 51, 53, 61, 71.
[0037]
(Third embodiment)
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the two-dimensional electronic image intensifier according to the third embodiment. In the present embodiment, only the thickness of the MCP is different from that of the first embodiment. In this two-dimensional electronic image intensifier, di <do in the thickness di of the front MCP 5i and the thickness do of the last MCP 5o. Here, for example, when the values of VMCPi and VMCPo are made the same by the drive circuit 8, if the thickness do is increased, the gain decreases accordingly. Therefore, by selecting an MCP having appropriate thicknesses di and do, the gain ratio between the front MCP 5i and the last MCP 5o can be set to the predetermined ratio α.
[0038]
Thus, noise due to the ion feedback phenomenon in the last stage MCP 5o can be suppressed, and the detection sensitivity can be improved.
[0039]
Note that the thicknesses di and do that set the predetermined ratio α to 1 to 20% are preferable.
[0040]
A method for assembling the two-dimensional electronic image intensifier will be described below. First, from the MCPs having different thicknesses, the last MCP 5o and the front MCP 5i having a thickness such that the gain ratio becomes a predetermined ratio are selected, and these are fixed in the vacuum vessel 2 via the electrodes 51 and 53. Next, the input window 3 is fixed at one open end of the vacuum container 2 and the closed window 4 is fixed at the other open end, thereby sealing the vacuum container 2. Thus, the image intensifier 1 is assembled. Furthermore, a voltage can be applied by electrically connecting the drive circuit 8 and the image intensifier 1 via the electrodes 51, 53, 61, 71.
[0041]
(Fourth embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view of the two-dimensional electronic image intensifier according to the fourth embodiment. The two-dimensional electronic image intensifier of this embodiment is obtained by removing the input window 3 from the two-dimensional electronic image intensifier in FIG. That is, one open end of the vacuum container 2 is opened.
[0042]
Thereby, the energy ray image directly incident on the MCP 5 via one opening end in a vacuum can be multiplied, and the multiplied two-dimensional electron image can be detected. For example, an energy ray is an X-ray image or an electron beam image, and when this is directly incident on the MCP 5, the MCP 5 multiplies the electron image and outputs it to the detection unit 6.
[0043]
(Fifth embodiment)
FIG. 5 is a cross-sectional view of the two-dimensional electronic image intensifier according to the fifth embodiment. The two-dimensional electronic image intensifier of this embodiment is obtained by removing the input window 3 from the two-dimensional electronic image intensifier in FIG. That is, one open end of the vacuum container 2 is opened. Thus, similarly to the above-described embodiment, the energy ray image directly incident on the MCP 5 via one opening end in a vacuum can be multiplied, and a multiplied two-dimensional electron image can be detected.
[0044]
The photocathode 7 is unnecessary in the direct incidence type two-dimensional electron image intensifiers of the energy rays described in the fourth and fifth embodiments.
[0045]
(Sixth embodiment)
FIG. 6 is a partial cross-sectional view of the two-dimensional electron image intensifier with the photocathode 7 removed from the two-dimensional electron image intensifier of FIG. Thereby, the energy ray image directly incident on the MCP 5 in vacuum can be multiplied and detected as a multiplied two-dimensional electron image.
[0046]
(Modification)
FIG. 7 is a partial cross-sectional view of the above-described two-dimensional electronic image intensifier. Here, the detection unit 6 is not a phosphor screen, but a solid-state imaging device (CCD) with which an electronic image multiplied by the MCP collides, and a pixel signal is read from the CCD corresponding to the electronic image. Further, the blocking window 4 in this case may use a light shielding body. The detection unit 6 and the closing window 4 can be applied to all of the two-dimensional electronic image intensifiers shown in FIGS.
[0047]
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a transmission electron microscope (TEM) 10. One open end of the two-dimensional electron image intensifier in FIGS. 4 to 6 is connected to the observation section 11 of the sample transmission image in the TEM 10. Thereby, the sample transmission image is directly incident on the MCP 5 in FIGS. 4 to 6 and detected by being multiplied. Here, the sample transmission image is, for example, an X-ray image, an ultraviolet image, or an electron beam image. Thereby, the detection sensitivity of the sample transmission image in the TEM can be improved.
[0048]
FIG. 9 is a sectional view of the X-ray intensifier tube 1x. The X-ray intensifier tube 1x is composed of a vacuum vessel 1vc having an X-ray input window 1w made of beryllium or aluminum, an X-ray electron conversion material 1xc provided on the inner surface of the X-ray input window 1w, and an X-ray electron conversion material 1xc. It has an accelerating electrode 1ac for accelerating the output electron image along the tube axis Z, a focusing electrode 1fc for converging the electron image, and a cylindrical anode 1an on which the converged electron image is incident. One open end of one of the two-dimensional electron image intensifiers shown in FIGS. 4 to 6 is attached to the deepest portion of the anode 1an. Thereby, the detection sensitivity of the X-ray image can be improved.
[0049]
【The invention's effect】
According to the two-dimensional electronic image intensifier of the present invention, it is possible to increase the gain of the MCP and improve the detection sensitivity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a two-dimensional electronic image intensifier including a drive circuit for applying a voltage to each MCP.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a two-dimensional electron image intensifier including a multi-stage MCP having different resistance values.
FIG. 3 is a schematic diagram of a two-dimensional electronic image intensifier including a plurality of stages of MCPs having different thicknesses.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the two-dimensional electron image intensifier in which one opening end of the vacuum container is opened.
FIG. 5 is a cross-sectional view of the two-dimensional electronic image intensifier with one open end of the vacuum container opened.
FIG. 6 is a cross-sectional view of the two-dimensional electronic image intensifier in which one opening end of the vacuum container is opened.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a two-dimensional electronic image intensifier in which a detection unit is a CCD.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a transmission electron microscope provided with a multi-stage MCP as a detector.
FIG. 9 is a sectional view of an X-ray intensifier tube.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Image intensifier, 2 ... Vacuum container, 3 ... Input window, 4 ... Closed window, 5 ... Multiple stage MCP, MCP5o ... Last stage MCP, MCP5i ... One MCP at the front stage side, 6 ... Detection part, 7 ... Photoelectric surface, 8 drive circuit, 10 TEM, 11 observation section, 51, 52, 53, 61, 71 electrodes.
