JP2005339843A - Photocathode and electron tube - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a photocathode that absorbs incident light to excite photoelectrons and emits photoelectrons to the outside, and an electron tube including the photocathode.
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。 Conventionally, a photocathode used for detecting light of a predetermined wavelength and an electron tube including the photocathode are known. The photocathode has a light absorption layer that absorbs light of a predetermined wavelength and emits photoelectrons. Light is incident on the light absorption layer and this light is converted into photoelectrons to detect light. Can do.
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。
As conventional photocathodes, in addition to those having a light absorption layer containing an alkali metal such as Cs, those using a pn junction made of InP / InGaAsP (see Patent Document 1) have been put into practical use. FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of the
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。
The photocathode disclosed in
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。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a photocathode and an electron tube that can detect light having a relatively long wavelength and can be manufactured by a simple manufacturing process.
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。 In order to solve the above-described problems, the photocathode according to the present invention is a photocathode that emits photoelectrons in response to incident light, and is formed on the substrate and excited by the incident light to generate photoelectrons. A light absorption layer, and the light absorption layer includes carbon nanotubes.
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。 In the above-described photocathode, photoelectrons are excited by causing light of a predetermined wavelength to enter a carbon nanotube (CNT: Carbon NanoTube), and the photoelectrons are emitted to the outside. The present inventors have found that the wavelength of light at which photoelectrons are excited in the CNT depends on the shape (particularly the diameter) of the CNT, and is sensitive to light having a wavelength of 1 μm or more such as infrared light. Further, since CNT can be manufactured by a simpler process than a compound semiconductor having a heterostructure, the above-described photocathode can be manufactured by a simple manufacturing process. Therefore, according to the above-described photocathode, a photocathode capable of detecting light having a relatively long wavelength such as 1 μm or more can be manufactured by a simpler manufacturing process than in the past.
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。 In the present invention, the CNT is preferably a single-walled carbon nanotube (SWCNT), but may be a multi-walled carbon nanotube (MWCNT). In addition, CNTs having various shapes such as those whose diameter changes in the longitudinal direction, those whose tip is closed or open, those having a cavity at the center or those having no cavity may be used. Further, the longitudinal directions of the CNTs may be aligned (so-called oriented CNTs) or may not be aligned.
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。 The photocathode may further include an active layer that is provided on the surface of the light absorption layer and reduces the work function of the surface of the light absorption layer. Thereby, the photoelectrons generated in the light absorption layer are efficiently emitted to the outside of the photocathode, so that the photoelectric conversion efficiency of the photocathode can be further increased.
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。 In addition, an electron tube according to the present invention includes any one of the above-described photocathodes, an anode for collecting photoelectrons emitted from the photocathodes directly or indirectly, and a vacuum container that holds a path of photoelectrons in a vacuum state. It is characterized by that. According to this electron tube, an electron tube capable of detecting light having a relatively long wavelength can be manufactured by a simpler manufacturing process than before.
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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the photocathode and electron tube which can detect the light of a comparatively long wavelength and can be manufactured by a simple manufacturing process can be provided.
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。 Hereinafter, embodiments of a photocathode and an electron tube according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(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。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a first embodiment of a photocathode according to the present invention. The photocathode emits photoelectrons e1 in response to incident light L1 having a predetermined wavelength. Referring to FIG. 1, the
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。
The
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。
The
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。
The light absorption layer 4 is a photocathode for generating photoelectrons e1 when excited by the incident light L1. The light absorption layer 4 mainly includes CNT (SWCNT in the present embodiment). CNT is a tube-shaped substance mainly made of carbon and having an average diameter of less than 1 μm. The CNT of the light absorption layer 4 is formed by growing carbon on the
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。
Here, FIG. 2 is a graph schematically showing a correlation (spectral sensitivity characteristic) between the wavelength of the incident light L1 and the photoelectric sensitivity (quantum efficiency when the incident light L1 is converted into photoelectrons e1) in the CNT. In FIG. 2, graphs G1 to G3 show correlations when the diameter of the CNT is relatively thin (G1), when it is relatively thick (G3), and when it is in the middle (G2). As shown in FIG. 2, when the diameter of the CNT is reduced, the limit on the long wavelength side of the light having sensitivity to the CNT shifts to the short wavelength side. On the contrary, when the diameter of the CNT is increased, the limit on the long wavelength side of the light having sensitivity to the CNT shifts to the long wavelength side. This is because the energy gap of CNT (particularly SWCNT) is inversely proportional to the diameter of CNT. As described above, in the CNT, the wavelength of the incident light L1 that excites the photoelectrons e1 changes according to the diameter of the CNT. Therefore, it is possible to realize a desired spectral sensitivity characteristic by controlling the diameter of the CNT. is there. For example, in the case of SWCNT, when the diameter is changed from 0.7 nm to 2.0 nm, the limit on the long wavelength side of light with which the CNT is sensitive can be changed from about 1.1 μm to about 3.0 μm. As described above, since the diameter of the CNT can be arbitrarily set by changing the thickness of the
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。
Note that the CNT formation method is not limited to CVD, and for example, arc discharge, laser ablation, laser vapor deposition, or the like may be used. In addition to growing the CNTs on the
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。
The
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。
The
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。
The effect by the
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。
In addition, according to the
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。
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。
In the light absorption layer 4, the diameter of the CNT may be determined so that the photoelectron e1 of the CNT is excited by, for example, incident light L1 having a wavelength of 1 μm or more. According to such a
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。
In addition, as in the present embodiment, the
(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。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the electron tube according to the second embodiment of the present invention. This electron tube is a device that detects incident light L2 by generating photoelectrons e2 corresponding to the amount of incident light L2 having a predetermined wavelength. Referring to FIG. 3, the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
According to the
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。
Further, the
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。
Further, the
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。
Further, it is preferable that an
(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。
(Third embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of an image intensifier tube (image intensifier) as an electron tube according to the third embodiment of the present invention. This image intensifier tube is an apparatus for enhancing the optical image L3 while maintaining the two-dimensional information of the optical image L3 that is incident light. Referring to FIG. 4, the image intensifier tube 20 of the present embodiment includes a
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The image intensifier tube 20 of this embodiment operates as follows. When the light image L3 enters the
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。
The emitted photoelectrons e3 enter the
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。
According to the image intensifier tube 20 and the
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。
Further, the image intensifier tube 20 preferably includes an electron multiplying means (for example, MCP 31) for multiplying the photoelectrons e3 emitted from the
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。
Further, the image intensifier tube 20 preferably includes a
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。
The photocathode and the electron tube according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various other modifications are possible. For example, in the second embodiment, if an electron multiplier means (for example, the
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。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
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。 A photocathode that emits photoelectrons in response to incident light,
A substrate,
A light absorption layer formed on the substrate and excited by the incident light to generate the photoelectrons,
The photocathode characterized in that the light absorption layer contains carbon nanotubes.
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。 The photocathode according to any one of claims 1 to 4,
An anode for directly or indirectly collecting the photoelectrons emitted from the photocathode;
An electron tube comprising: a vacuum vessel that holds the photoelectron path in a vacuum state.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004153809A JP2005339843A (en) | 2004-05-24 | 2004-05-24 | Photocathode and electron tube |
Applications Claiming Priority (1)
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ID=35493182
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8347726B2 (en) * | 2007-04-25 | 2013-01-08 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Free-standing nanowire sensor and methods for forming and using the same |
CN108231507A (en) * | 2017-12-12 | 2018-06-29 | 东南大学 | A kind of photocathode based on novel nano structure and preparation method thereof |
-
2004
- 2004-05-24 JP JP2004153809A patent/JP2005339843A/en active Pending
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