JP2641084B2 - フィードバック制限マイクロチャネルプレート - Google Patents

フィードバック制限マイクロチャネルプレート

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JP2641084B2
JP2641084B2 JP4195885A JP19588592A JP2641084B2 JP 2641084 B2 JP2641084 B2 JP 2641084B2 JP 4195885 A JP4195885 A JP 4195885A JP 19588592 A JP19588592 A JP 19588592A JP 2641084 B2 JP2641084 B2 JP 2641084B2
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  • Image-Pickup Tubes, Image-Amplification Tubes, And Storage Tubes (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は改良されたマイクロチャ
ネルプレート（ＭＣＰ）に関するものであって、より低
い雑音指数の近接焦点（ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ−ｆｏｃｕ
ｓｅｄ）イメージ増倍管を製造可能にするものである。
【従来の技術】シンチレーションノイズは実質的に従来
技術の増倍管から除去されている。これは、ＭＣＰの出
力側のチューブ構成要素からフォトカソード即ちＭＣＰ
チャネル壁へのイオンフィードバック、Ｘ線及び光学的
な大きさを制限した結果である。マイクロチャネルプレ
ートは、例えば、ウエファチューブ・イメージ増倍管の
製造には不可欠な構成要素である。図１乃至４は従来の
標準的装置とその作用を示したものである。図１に示さ
れるように近接焦点ウエファチューブ・イメージ増倍管
１０は、ガラス又はファイバーオプティック・フェイス
プレートの窓を有し、その後ろにはフォトカソード１４
が設けられている。マイクロチャネルプレート１６はフ
ォトカソード１４から離してそれと平行に設けられてお
り、マイクロチャネルプレート１６の下流で出力窓１８
上に別の形のファイバーオプティック・フェイスプレー
ト又はガラスの蛍光面２０が設けられている。入力窓１
２と出力窓１８とは真空ハウジング２２の対向端部に設
けられており、真空ハウジング中のそれらの間にマイク
ロチャネルプレート１６が設けられている。増倍管には
フォトカソード１４に所望の電圧を供給するための導
線、マイクロチャネルプレート１６の前方にある入力電
極２４（図２を参照。）及び後方にある出力電極２６
（図２を参照。）並びに蛍光面２０が設けられている。
【０００２】ウエファチューブ１０の３つの主要構成要
素はフォトカソード１４、マイクロチャネルプレート１
６及び出力蛍光面２０である。フォトカソード１４は入
射フォトンを光電子に変換する。第二世代ウエファチュ
ーブはアルカリアンチモナイドポジティブアフィニティ
ー（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ａｆｆｉｎｉｔｙ（親和性））
・フォトカソードを使用する。第三世代ウエファチュー
ブはＧａＡｓ・ネガティブエレクトロンアフィニティー
（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ａｆｆｉｎｉ
ｔｙ（親和性））・フォトカソードを使用する。マイク
ロチャネルプレート１６は光電子イメージを増幅する高
解像度電子増倍管として機能する。イメージ増倍管とし
て使用されるときはＭＣＰは概して１００〜１０００の
電子利得を得る。増幅された信号は、電子エネルギーを
出力光に変換して像の視認を可能にする蛍光面２０へ６
ｋｖバイアスで加速される。図２に拡大して示したマイ
クロチャネルプレート１６は、中空グラスファイバーの
小型チャネルマルチプライアー２８を有し、それは周り
を取り巻く固体のガラスボーダーリング３０と融合して
いる。図３に示されるように各チャネルマルチプライア
ー２８は電子やイオンのような入射放射や粒子を検知
し、増幅する。チャネルマルチプライアーの概念はＰ．
Ｔ．Ｆｒａｎｓｗｏｒｔｈの米国特許１，９６９，３９
９号で最初に示唆された連続ダイノード電子マルチプラ
イアーに基礎を置いている。チャネルマルチプライアー
２８は第２の電子放射半導体層３２によって内側をコー
ティングされた中空管から成る。この層３２は電磁放射
或は電子のような粒子の衝撃に応答して第２の電子を放
射する。入力及び出力金属電極２４及び２６が管２８の
各端部に設けられ、チャネルにわたってバイアス電圧を
供給することを可能にしている。このバイアス電圧は軸
線方向の電場を作り出し、該電場は放射された第２の電
子をチャネル２８の下流方向へ加速する。第２の電子は
引続き第２の電子を放出している壁に再度衝突する。こ
のプロセスは電子がチャネルの下流に加速されるまで繰
り返される。これは入力フォトン又は入力粒子の増幅を
もたらす。入力フォトン又は入力粒子に応答して電子の
大きなパルスがチャネル２８の出力端部から放射され
る。
【０００３】典型的なマイクロチャネルプレート１６に
おいて、チャネルの直径は数ミクロンでよい。イメージ
増倍装置のためにはチャネル直径は１０乃至１２ミクロ
ンである。チャネルは典型的には直径の４０倍の長さを
有する。チャネルの軸線は典型的にはＭＣＰ表面の法線
に対して小さな角度（５°）傾けられる。その傾斜角度
は、チューブアノードで発生したイオンがチャネル下流
に加速されるが、ＭＣＰの後方付近のチャネル壁に衝突
することを確実にする。これはＭＣＰ内のイオンフィー
ドバックノイズを減少させ、蛍光スクリーンからフォト
カソードへのイオンフィードバックを除去する。
【０００４】典型的なプレートは直径１８ｍｍの活性領
域を有し、１００万以上のチャネルを有してもよい。そ
のプレートはグラスファイバーから作られる。ウエファ
はグラスファイバーを融合により形成された束から切断
される。グラスファイバーは異なる成分の被覆ガラスに
よって取り巻かれたコアグラスによって構成される。グ
ラスウエファがそのグラスファイバーの束からスライス
された後、コアグラスが選択的なエッチングプロセスに
よって除去され、中空チャネルが形成される。プレート
は露出したガラス表面を減少させて水素中で火にかけら
れ、それによってチャネル壁面上に半導体層を形成す
る。薄いシリカ層３２が第２の電子放出面を形成する半
導体層上に存在する。
【０００５】伝統的に、入力及び出力電極２４及び２６
は薄いメタライゼーション層の蒸着によってプレートの
各表面上に形成される。その層の厚さは入力電極につい
ては８００Åのオーダーであり、出力電極については１
１００Åのオーダーである。図４は出力電極の領域にお
けるＭＣＰの断面の電子顕微鏡写真である。メタライゼ
ーション層の厚さ（１１００Å）はチャネル直径（１０
ミクロン）に対して非常に薄いので、写真には見えてい
ない。電極材には通常ニクロム又はインコネルが使用さ
れる。これらの物質はＭＣＰのガラス表面に対する良好
な粘着力のために使用される。
【０００６】入力電極２４は金属原子の平行ビームによ
る真空蒸着によって蒸着される。金属のＭＣＰチャネル
への浸透を最少にするために、ビームは急角度でＭＣＰ
表面に入射する。メタライゼーション処理の間、ＭＣＰ
を回転させ、プレート表面の有効範囲及びチャネルの浸
透を均一なものにする。実際的な限界は金属のチャネル
直径浸透の半分である。チャネル浸透を非常に低い第２
の電子放出係数を有する一般的に使用される金属、即ち
インコネル又はニクロムに限定することが好ましいとさ
れた。もし一次粒子即ちフォトンが金属チャネル壁衝突
しても、第２の電子は発生しにくい。このようにＭＣＰ
のゲインは低められる。より重要なことは、それらが金
属チャネル壁に衝突することで生じる一次粒子としては
不要な粒子によるＭＣＰのノイズパフォーマンスが検知
されないということである。ＭＣＰのノイズパフォーマ
ンスは又、一次粒子が入力メタライゼーション２４に衝
突するか第２の電子放出層３２に衝突するかに依存する
ゲイン中の変化から起こる広い単一粒子ゲイン分布によ
っても発生する。
【０００７】出力電極２６も金属原子の平行ビームによ
る真空蒸着によって蒸着される。この場合、入射角度は
金属によるチャネルのより深い浸透を可能にするように
ＭＣＰにそって調整される。典型的には金属は１．５乃
至３．０チャネル直径ほど浸透する。これはＭＣＰ製造
の当業者にはエンドスポイリング（ｅｎｄｓｐｏｉｌｉ
ｎｇ）として知られている。ＭＣＰのゲインはこの方法
によって減少する。しかし、このようにゲインが減少し
ても、それ以上にイメージ増倍管に使用されているＭＣ
Ｐに関するこの方法に起因する他の所望の特性が補われ
る。Ｎ．Ｋｏｓｉｄａの“Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆＥｌｅｃ
ｔｒｏｄｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｎＯｕｔｐｕｔ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔ
ｉｏｎｏｆ Ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌ Ｐｌａｔｅ
ｓ”（Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ，５７（３），
３５４（１９８６））に記載されているように、とりわ
けエンドスポイルされたＭＣＰの出力電子エネルギー分
布は、エンドスポイリングの無いプレートよりもずっと
均一である。これは、エンドスポイルされたＭＣＰによ
って、より高解像度のイメージ増倍管が作られることを
可能にするが、それは、均一な出力電子分布による電子
光学による。
【０００８】エンドスポイルに起因する改良された放出
電子エネルギー分布は、大多数の放出電子はエンドスポ
イルされた領域を形成する金属チャネル壁からの二次的
なものであるという事実による。これらの二次的なもの
は、チャネルの上流から放出された電子が軸線方向の電
場によってチャネルの下流へと加速され、チャネルの出
力で金属領域に当たるときに放出される。エンドスポイ
ルされた領域内の軸線方向の電場は、金属の高い伝導性
によりゼロである。それ故、放出された電子はより均一
の放出電子エネルギー分布となった後は加速されない。
【０００９】イメージ増倍管のノイズパフォーマンスは
低光度レベルのイメージャーとしてのその有益性に決定
的な影響を及ぼす。ノイズパフォーマンスは典型的には
イメージ増倍管のノイズ係数Ｋｆによって特徴付られ
る。イメージ増倍管のノイズ係数の大部分は従来、ＭＣ
Ｐのノイズパフォーマンスによって決定されると思われ
てきた。ノイズ係数は次の方程式で決定することができ
る。
【００１０】Ｋｆ＝ＳＮＲｉｎ／ＳＮＲｏｕｔ ＳＮＲは信号対雑音出力比である。ＳＮＲｉｎはＭＣＰ
への入力電子束のＳＮＲである。イメージ増倍管におい
ては、これはフォトカソードからの光電子束のＳＮＲで
もある。ＳＮＲｏｕｔはイメージ増倍管蛍光スクリーン
からの出力フォトン束のＳＮＲである。いずれの比も同
じノイズバンド幅にわたって測定される。ノイズ係数は
ＳＮＲｏｕｔがＭＣＰからの出力電子束のＳＮＲである
場合にも決定される。この場合にはノイズ係数はＭＣＰ
もののみである。この記載において示されたノイズ係数
結果は、フォトカソードからの光電子束に対してはＳＮ
Ｒｉｎ、増倍管蛍光スクリーンからのフォトン束に関し
てはＳＮＲｏｕｔである場合のイメージ増倍管の観点か
ら与えられる。
【００１１】イメージ増倍管を基礎にしたＭＣＰのノイ
ズパフォーマンスは、様々なフィードバック機構により
減少させることができる。従来考えられていたノイズを
発生するフィードバック機構は、蛍光スクリーンからの
光学的フォトンフィードバック又はＭＣＰにおいて初期
発生されるイオンフィードバックであり、例えばＲ．
Ｌ．Ｂｅｌｌの“Ｎｏｉｓｅ Ｆｉｇｕｒｅ ｏｆ ｔ
ｈｅ ＭＣＰ Ｉｍａｇｅ Ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒ
Ｔｕｂｅ”（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃ．Ｄｅ
ｖ．ＥＤ−２２，Ｎｏ．１０，ｐａｇｅｓ ８２１−８
２９，Ｏｃｔｏｂｅｒ（１９７５））に記載されてい
る。これらのイオンは、イオンがチャネル壁に当たると
第２の電子が発生する場合に、ＭＣＰに向かって後方へ
加速されるときノイズパルスを発生し得る。Ｇｅｎ−Ｉ
Ｉイメージ増倍管の場合は、イオンは第２の電子を発生
させているフォトカソードへ加速されてもよい。Ｇｅｎ
−ＩＩＩ技術においては、ＭＣＰからフォトカソードへ
のイオンフィードバックは、ＭＣＰ全体にわたり薄い
（５０−１００Å）フィルムを付けることにより除去さ
れるが、それは例えばＨ．Ｋ．Ｐｏｌｌｅｈｎの“Ｉｍ
ａｇｅ Ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒｓ”（Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎ
ｅｅｒｉｎｇ，Ｖｏｌ．Ｖｌ，３９９，Ａｃａｄｅｍｉ
ｃ Ｐｒｅｓｓ，（１９８０））に記載されている。こ
のフィルムは光電子に対しては半透過性であるが、フォ
トカソードへのイオンの衝突を止める。
【００１２】光学的フォトンフィードバックは従来技術
のイメージ増倍管においては、管のアノードを形成し、
蛍光をコートするアルミニューム・メタライゼーション
層を蛍光スクリーンによって発生した光の透過を完全に
止めるのに十分な厚さにすることによって防がれる。こ
の技術は効果的であり、概してＭＣＰ又はフォトカソー
ドに対する光学的フォトンによるいかなる重大なフィー
ドバックも消去する。光学的フォトンはまたその低いエ
ネルギー（２−３ｅＶ）の為にＭＣＰ入力又はフォトカ
ソードとの衝撃で僅か１個の光電子を発生可能で、この
ようにイメージ増倍管内に見られる大きなシンチレーシ
ョンを引き起こすことはできない。ＭＣＰ壁に対する蛍
光スクリーンは、従来技術においては従来技術のＭＣＰ
に５°のバイアス角度を用いることで幾分制限されてい
た。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】従来技術においては、
イメージ増倍管のノイズ係数が概して与えられた管プロ
セスに対するフォトカソード感度の増加に従って増加す
ることが知られていた。ノイズ係数のこの増加はカソー
ドフォトレスポンスにおける増加によって期待されるＳ
ＮＲの改良の度合を下げ、また、Ｇｅｎ−ＩＩＩイメー
ジ増倍管技術に使用されるより高感度のＧａＡｓフォト
カソードでとりわけ明白である。典型的なＧｅｎ−ＩＩ
Ｉイメージ増倍管で測定されるフォトレスポンスの増加
をともなうノイズ係数における増加が図５に図示されて
いる。この増加の一因は今日イメージ増倍管における蛍
光スクリーンからのフィードバック機構によるものと理
解されている。とりわけＸ線フィードバックはＧｅｎ−
ＩＩＩイメージ増倍管における重大なフィードバック機
構であり、Ｇｅｎ−ＩＩＩイメージ増倍管のノイズ係数
に対して顕著に寄与すると説明されている。
【００１４】従来技術のイメージ増倍管はまた像を低下
させる傾向があり、管のノイズ係数に大きく影響するす
る大きなシンチレーション光パルスの害を受ける。これ
らのシンチレーションはＭＣＰ中のイオンフィードバッ
ク及び従来のフォトカソードによると考えられていた。
アノードからＭＣＰチャネル壁又はフォトカソードへの
Ｘ線フィードバックの新しい機構がこれらのシンチレー
ションの主要源であるこの発明によって発見された。
【００１５】ＭＣＰから放射した電子は、アノードに当
たり、蛍光を励起する前に典型的には６ｋｅＶのエネル
ギーに加速される。電子エネルギーの大部分は光りに変
換され、又はアルミニウム及び蛍光ターゲットの熱振動
となって失われる。エネルギーの僅かな部分がＸ線に変
換される。この微小部分は入力電子エネルギーの０．０
１パーセントのオーダーである。
【００１６】Ｘ線エネルギーの約半分はK.F.Gallowayそ
の他により“Radiation Dose at the Silicon-Sapphire
Interface due to Electron-Beam Aluminization”
（J.Appl.Phys.,49(4),2586(1978)）にレポートされて
いるようにターゲット材の特徴的Ｋ−アルファ線で放射
され、特にアルミめっきされた蛍光スクリーンについて
はアルミニウムのＫ−アルファ線（１.４８７ｋｅＶ）
となる。ナイトヴィジョンアプリケーション（night vi
sion applications）に使用されるイメージ増倍管には
一般的であるＰ−２０蛍光物質に使用されるＺｎＣｄＳ
は、増倍管に用いられている典型的な６ｋｅＶ電子エネ
ルギーが当たるときはより高次の特徴的Ｘ線を有するで
あろう。イオウは２.３ｋｅＶで特徴的なＫアルファ線
を有するであろう。亜鉛は１.１ｋｅＶ以下で多くのよ
り高次の特徴的線を有するであろう。一方、カドミウム
は３.５ｋｅＶ付近で多くのより高次の特徴的線を有す
るであろう。Ｘ線の残部は電子の衝撃エネルギー（例え
ばこの場合６ｋｅＶ）に達するエネルギーの連続スペク
トル或は制動放射スペクトルを有する。
【００１７】Ｄ．Ｂａｒｄａｓ等による“Ｄｅｔｅｃｔ
ｉｏｎ ｏｆ Ｓｏｆｔ Ｘ−ｒａｙ ｗｉｔｈ ＮＥ
Ａ ＩＩＩ−Ｖ Ｐｈｏｔｏｃａｔｈｏｄｅｓ”Ｒｅ
ｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ，４９（９），１２７３
（１９７８）に説明されているように、ＧａＡｓフォト
カソードは有能なＸ線検知器となるものである。アルミ
ニウムＫ−アルファＸ線は蛍光スクリーン上の明るいシ
ンチレーション及びより高いノイズ係数をもたらす６０
或はそれ以上の光電子の放出を引き起こすであろう。吸
収されたＸ線によって作られた多数の光電子は、Ｘ線フ
ィードバックによりノイズ係数へ大きな寄与をする。放
出された光電子の数はＸ線エネルギーとフォトカソード
から真空中への電子の脱出確率の関数である。
【００１８】ＭＣＰを通ってフォトカソードへ至るＸ線
透過は、イメージ増倍管において十分であるためにはフ
ォトカソードに対する上記フィードバックプロセスが重
要である。ＭＣＰを通る十分なＸ線透過はP.I.Bjorkhol
mその他による“X-ray Quantum Efficiency of Microch
annel Plates”SPIE Vol.106,189(1977)に記載されてい
る。Bjorkholmは照射角で投射Ｘ線の重要なな部分がＭ
ＣＰを通して透過されることを示している。透過Ｘ線は
２〜１０°以下の角度でＭＣＰに投射する。Bjorkholm
によって議論されているように、Ｘ線エネルギーの増加
に従い、透過に必要な入射角が減少する。２°或はそれ
以下の入射角についての透過は、ＭＣＰを通る入射Ｘ線
の０．００２５の透過となる。このレベルのＸ線透過
は、カソードからの光電子放出により発生したＸ線の数
を増加させる５００〜１０００の範囲にＭＣＰゲインが
収まるのに十分なものである。
【００１９】Ｇｅｎ−IIIウエファ管を含むＭＣＰのア
ノードでのＸ線発生によるノイズ係数に関して一つのモ
デルが発展してきた。そのモデルはフォトカソードへの
Ｘ線フィードバックから期待される一般的な傾向を明ら
かにするものである。要求されたシステムのパラメータ
の総てがこのモデルの特徴から外れるような正確なモデ
ルであるとするものではない。
【００２０】そのモデルは電子衝撃エネルギーの関数と
してのアルミニウムアノードに関するＸ線発生、Ｘ線エ
ネルギーとＧａＡｓの厚さの関数としてのＧａＡｓフォ
トカソードにおける電子発生及びフォトカソード表面か
らの電子脱出確率を含む。ＭＣＰＸ線透過及びＭＣＰゲ
インはもまたモデルに含まれる。０．００２５のＭＣＰ
Ｘ線透過係数及び７５０のＭＣＰゲインがここに開示さ
れるモデルに使用される。フィルム状のＭＣＰのベース
ラインノイズファクターは、Ｘ線フィードバックからの
寄与を含まず、３であると仮定される。この係数は主と
してＭＣＰの６２％解放領域による。チャネル間の電極
領域に当たる電子は典型的にはフィルム状ＭＣＰによっ
ては検知されない。モデルに用いられているＧａＡｓカ
ソード厚は１．５ミクロンである。これらのパラメータ
はイメージ増倍管におけるＸ線フィードバックによるノ
イズ係数寄与を計算するのに用いられる。
【００２１】モデルはフォトカソード感度によるノイズ
係数における増加を予言している（図６）。これは図５
に示された実験的データと一致する。厚さ１．５ミクロ
ンのＧａＡｓ層の計算された電子発生率がＸ線衝突エネ
ルギーの関数として図７に示されている。発生された電
子の数がほぼ２．４ｋｅＶのＸ線衝撃エネルギーでピー
クになる。より高いＸ線衝撃エネルギーは、Ｘ線の大部
分がＧａＡｓ層を透過してしまい、その層における電子
の発生はより少なくなる。このようにＧａＡｓカソード
は、６ｋｅＶの電子によるアルミめっきされた蛍光スク
リーンの電子衝撃によって発生する特有の線に近いＸ線
に対するピークに近い感度を有する。
【００２２】モデルはまた供給されたバイアス電圧とフ
ォトカソード感度の関数としてＧｅｎ−IIIイメージ増
倍管のノイズパフォーマンスの関数的依存性をも正確に
予想する。ＭＣＰ対蛍光スクリーンバイアス電圧を増加
するノイズ係数の効果がパラメータとしてのフォトカソ
ード感度とともに図８に示されている。ＭＣＰバイアス
電圧の関数としてのノイズ係数がパラメータとしてのフ
ォトカソード感度とともに図９に示されている。図１０
はパラメータのフォトカソード・フォトレスポンスとＧ
ｅｎ−IIIイメージ増倍管についてのノイズ係数対スク
リーンバイアス電圧のデータである。図１１はＭＣＰバ
イアス電圧として同じイメージ増倍管から取ったデータ
である。ここでもフォトカソード・フォトレスポンスは
パラメータである。図１０及び１１のデータは図８及び
９に示されたモデルと同じ関数的依存性を示す。
【００２３】上記実験的結果は、Ｘ線フィードバックが
イメージ増倍管を含むＭＣＰのノイズ係数に対して重要
な寄与因子であるという仮定を強く指示していることを
示している。データはまたこの効果がＸ線増加に対する
フォトカソードの感度として重要性を増すということを
示している。このようにこの効果はより感度のよいＧａ
Ａｓフォトカソードを用いるＧｅｎ−ＩＩＩ技術におい
て、より重要になるであろう。このフォトカソードは前
記のフォトカソードに比べてより大きな電子脱出確率の
ためにＸ線に対してより感度が高い。ＧａＡｓフォトカ
ソードは典型的には正の親和性フォトカソードよりも１
０〜５０倍厚く、比例して大きくなるＸ線を吸収し、従
って、放出され得る電子を発生し、より高いノイズ係数
となる。
【００２４】上記フィードバック機構は入力光レベルか
ら独立していることを知っておくべきである。Ｘ線フィ
ードバックによる増加したノイズ係数はＭＣＰに対する
いかなる入力信号レベルに対しても示されるであろう。
【００２５】更に、従来技術の欠点は入力及び出力電極
メタライゼーション物質にインコネル又はニクロムを使
用することである。これらの物質は非常に低い第２の電
子放出率を有する。これはインコネル又はニクロムに当
たる電子が典型的に少しも第２の電子を生じさせないと
きはプレートのゲインを減少させる。これはＭＣＰのゲ
インを低下させる。
【００２６】
【課題を解決するための手段】本発明の目的はマイクロ
チャネルプレート装置及び方法であって、そのプレート
の外側からのフォトン、イオン或は中性粒子のフィード
バックを制限するものを提供することである。
【００２７】本発明の別の目的はマイクロチャネルプレ
ートであって、該プレートの外側からのフォトン、イオ
ン或は中性粒子がノイズパルスを発生してフォトカソー
ドに衝突し得る透過を制限するマイクロチャネルプレー
トを提供することである。
【００２８】本発明の一つの見地に従うと、ＭＣＰのチ
ャネルの出力端部のオープン領域が従来技術のエンドス
ポイルされたＭＣＰに関して減少させられる。スクリー
ンからＭＣＰへのフィードバック効果によるノイズの付
加はＭＣＰの出力オープン領域における減少に比例して
減少するであろう。１０％以下の出力オープン領域の減
少ではノイズ係数における十分な減少をもたらすことに
はならない。出力オープン領域における最大減少は、チ
ャネルを完全に閉ざしてしまう１００％未満とし、電子
がＭＣＰを脱出することが可能なような状態におかれて
いなければならない。約１０％乃至８５％の範囲におけ
る減少は前記２つの両極端間での有効な妥協点となる。
【００２９】概して、この範囲の高い方の限界付近での
減少は、本発明を実施するのに最も効果的である。
【００３０】本発明の別の見地に従うと、チャネルの出
力端部でのオープン領域は、少なくともチャネルの出力
端部のオープン領域の少なくとも１０％、好適には７５
〜８５％のアルミニウム層の蒸着により減じられる。
【００３１】本発明の別の見地に従うと、マイクロチャ
ネルプレート電極及びチャネル壁は反射によるＸ線透過
を減少させるために、不規則な凹凸のある、平滑でない
表面、すなわちテクスチャー面とすることが望ましい。
【００３２】更に本発明の目的は、通常使用されるイン
コネル物質よりも高い第２放射係数を有する電極として
働くプレート上に入力及び出力メタライゼーション物質
をもたらすことである。
【００３３】本発明の別の見地に従うと、アルミニウム
の蒸着層がマイクロチャネルプレートのチャネルの入力
及び出力の両端部にもたらされる。
【００３４】
【実施例】図１２及び１３に示されたような本願発明の
好適実施例に従って、好適にはアルミニウムである出力
電極１２６が、チャネル壁１３０によって形成される、
１２８で示したチャネルのオープン領域を実質的に狭せ
ばめるために、マイクロチャネルプレート１１６の出力
表面上に蒸着される。
【００３５】ＭＣＰの出力側の領域からチャネルに入る
ことができる中性粒子又は荷電粒子及びフォトン（Ｘ線
を含む）の数が、チャネル１２８の出力のノーマルオー
プン端部とチャネルの出力端部上に蒸着された出力電極
による減少された開口との間の領域比減少と少なくとも
同じ割合で減少し得ることが発見された。プレート中に
入ることができる粒子或はフォトンの数の減少により、
これらのフォトン或は粒子のＭＣＰ入力領域又は該領域
中でＭＣＰ入力の前に存在してもよいフォトカソード１
４へのフィードバックにより発生したノイズを減少させ
ることが発見されている。低光レベルで蛍光スクリーン
上に見られる明るいフラッシュ又はシンチレーションの
数は、本発明の改良されたＭＣＰを使用するイメージ増
倍管において減少される。
【００３６】本発明に従って、ＭＣＰの出力チャネル領
域は少なくとも１０％減じられており、好適にはマイク
ロチャネルプレートの出力電極のメタライゼーション層
を通常よりもずっと厚くすることにより実質的に７５乃
至８５％減じられる。典型的な出力電極のメタライゼー
ション厚さは１１００Å（即ち、０．１１ミクロン）で
ある。本発明に従って直径１０ミクロンのチャネル及び
１２．５ミクロンの中心−中心間チャネル距離を有する
ＭＣＰに対しては、７ミクロンの厚さのアルミニウム層
が、当業者にはよく知られた一般的な薄いフィルム蒸着
処理によりＭＣＰ表面に適用される。例えば、ＭＣＰの
回転の間、電極物質がＭＣＰに対して６０゜乃至７０゜
の入射角度で適用され得る。この例では、チャネルの出
力オープン領域が通常作られるオープン領域よりも約２
５％減じられる。フォトンや荷電又は中性粒子がプレー
トを透過する割合は同様のパーセンテージで減少され
る。
【００３７】図１４は本発明の改良されたＭＣＰを含む
多くのＧｅｎ−ＩＩＩイメージ増倍管のノイズ係数を、
図５に明示された従来技術のパフォーマンスと比較した
ものである。改良されたＭＣＰには７５乃至８５％の出
力オープン領域の減少がある。改良されたＭＣＰを含む
増倍管のノイズ形状はもはや、従来技術のＭＣＰを含む
増倍管の場合ようにフトカソード感度の関数ではない。
ＭＣＰ対スクリーンバイアス電圧に対するノイズ係数の
プロットが図１５に示されている。ノイズ係数はＭＣＰ
対スクリーンバイアス電圧とともに増加せず、従来技術
の増倍管（図１０）とは全く異なる。図１６は本発明の
改良されたＭＣＰに関するＭＣＰ電圧対ノイズ係数のプ
ロットである。ここでもノイズ係数は同様のバイアス電
圧で同様のフォトレスポンスと動作を有する従来技術の
増倍管（図１１）とは全く異なる。この開示で明示した
モデルのこれらの結果は、開示した改良されたＭＣＰは
ＭＣＰの出力側のフォトン或は粒子がＭＣＰを透過する
ときに十分にノイズを減少させることを示している。
【００３８】図１７は典型的な従来技術のＭＣＰを含む
イメージ増倍管の蛍光スクリーン上に見られるシンチレ
ーションの数と、ここに記載された７５％減の出力チャ
ネルオープン領域を持つＭＣＰを含むイメージ増倍管に
おけるものとを比較したものである。明るいシンチレー
ションの数は従来技術のＭＣＰをもつ管と比較して、改
良されたＭＣＰを含む管においてはほぼ一桁少なくなっ
ている。
【００３９】出力オープン領域を修正することで、ゲイ
ン及びノイズ因子におけるトレードオフの関係が、装置
のＭＣＰの最適化を可能にするようにして設計され得
る。出力チャネルオープン領域の完全な閉鎖の上限が近
付くと、ある電圧でのＭＣＰゲインの減少は、増幅され
た電子がそれ以上チャネルを脱出できなくなることで明
らかになるであろう。ＭＣＰに対する通常のプロセスや
ガスの放出を行う能力が減少して、プレートのコンダク
タンスも制限されるようになる。ＭＣＰ出力チャネルオ
ープン領域におけるごく僅かな減少では、粒子あるいは
フォトンのプレートへのフィードバックは制限されない
であろう。出力チャネルオープン領域の１０％或はそれ
以上の減少が粒子或はフォトンのフィードバックの十分
な減少に要求される。装置の最適領域減少は、プレート
中へのフォトン或は粒子のフィードバックにおいて要求
される減少に対してバランスの取られる装置に要求され
るＭＣＰゲインによって決定される。
【００４０】図１３の電子顕微鏡写真はマイクロチャネ
ルプレートの出力表面上に蒸着された電極を示してい
る。その写真には蒸着により形成された電極表面上のテ
クスチャー面（すなわち微細な凹凸のある面）が示され
ている。アルミニウム電極の薄いフィルム蒸着によって
表面にもたらされたテクスチャーは、マイクロチャネル
プレートのＸ線透過をさらに減少させると信じられてい
る。これは、テクスチャーされた電極表面に当たるＸ線
の正反射における減少の結果である。
【００４１】本発明の別の実施例にはチャネル表面にも
テクスチャー面が形成されている。このテクスチャーは
ＭＣＰのＸ線透過を大きく減少させる。ＭＣＰによる大
部分の軟Ｘ線透過が、Ｘ線エネルギーに依存してＭＣＰ
表面に対して垂直から１０゜の角度に至るまでの角度で
のチャネル壁によるＸ線の正反射となると信じられてい
る。チャネル壁表面を粗くすることにより、Ｘ線の大部
分はチャネル壁内に吸収されるので、チャネル壁を通っ
てノイズパルスが発生するフォトカソードへと到達する
ことはない。
【００４２】出力電極は比較的可鍛性（ｍａｌｌｅａｂ
ｌｅ）または展性のある金属により造られることが好ま
しい。そのような金属は金又はアルミニウムを含むもの
である。可鍛性金属は剥離の問題を生ずることなく非常
に厚い層を形成することができる。ＭＣＰ電極金属とし
てよく用いられているインコネルやニクロムのような標
準的な金属は、蒸着されるときにこれらの金属の厚いフ
ィルム内に現れる強い応力によって剥離するので、この
ような応用には適さない。
【００４３】アルミニウムはより好適な金属である。典
型的には、空気にさらされた後には非常に薄い層（６０
Åのオーダー）のＡｌ２Ｏ３ がその上に形成される。こ
の酸化物の層は、インコネル又はニクロム上に形成され
た従来技術の表面に比して比較的良好な第２の電子放出
体となる。本発明のＡｌ２Ｏ３表面に当たる電子は１個
以上の第２の電子を発生させ、ニクロム又はインコネル
で形成された同様の電極を持つＭＣＰに比べて改良され
たＭＣＰのゲインを増加させる。インコネル又はニクロ
ムの従来技術のの表面は、典型的には入射の第１電子に
ついて発生する第２の電子は一個以下である。
【００４４】本発明の好適実施例の別の見地に従って、
アルミニウムを入力電極メタライゼーション１２４に使
用することにより、利点としてアルミニウムメタライゼ
ーションの高いゲインが得られる。アルミニウムの使用
は、入力ＭＣＰ電極メタライゼーションにニクロム又は
インコネルを使用した場合に比べて、そのＡｌ2Ｏ3のよ
り高い第２の電子放出係数により都合よくＭＣＰゲイン
及びノイズ係数に影響を与える。ＭＣＰの前方及び後方
電極の双方に同一金属を使用することは、同じ蒸着装置
内で両表面をコートできるのでプレートの製造を単純化
する。
【００４５】本発明に従ったマイクロチャネルプレート
及びその製造方法は、一般的なフィルム状ＭＣＰを含む
Ｇｅｎ−III管よりも約２５％ノイズ係数の低いＧｅｎ
−III増倍管の製造を可能にする。これらの増倍管はま
た一般的なものよりも十分に低いシンチレーションノイ
ズをもたらす。更に、これらの増倍管は従来よりも高い
ゲインで従来技術のＭＣＰを含む増倍管によるよりも信
号対ノイズ比における低下が少ないように操作可能であ
る。
【００４６】本発明は様々なナイトヴィジョン管（nigh
t vision tubes）に使用されるＭＣＰに関して記載され
ているが、本発明は同様の条件及び問題を抱えるＭＣＰ
のための別の応用に利点をもたらすものとして応用し得
ることは言うまでもない。
【００４７】ここで示された様々な
【実施例】の変形例が本発明の実施において用いられて
もよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のウエファチューブ・イメージ増倍管
の略示正面断面図である。
【図２】従来技術のマイクロチャネルプレートの拡大短
縮図である。
【図３】従来技術のマイクロチャネルプレートから取り
出した単一チャネルマルチプライヤーの拡大略示図あ
る。
【図４】従来技術のマイクロチャネルプレートの出力部
分の拡大した電子顕微鏡写真である。
【図５】従来技術のＭＣＰを含むＧｅｎ−IIIイメージ
増倍管に関する、ノイズ係数に対するフォトレスポンス
の典型的なプロットである。
【図６】従来技術のＭＣＰを含む典型的なＧｅｎ−III
イメージ増倍管に関する、モデルのノイズ係数に対する
相対的フォトレスポンスのプロットである。
【図７】１．５ミクロン厚のＧａＡｓ層における入射Ｘ
線フォトン対Ｘ線エネルギーによる電子発生率のプロッ
トである。
【図８】カソードフォトレスポンスをパラメータとして
持つ従来技術のＭＣＰを含む典型的なＧｅｎ−IIIイメ
ージ増倍管に関する、ＭＣＰ対スクリーンバイアス電圧
に対するモデルのノイズ係数のプロットである。
【図９】カソードフォトレスポンスをパラメータとして
持つ従来技術のＭＣＰを含む典型的なＧｅｎ−IIIイメ
ージ増倍管に関する、ＭＣＰバイアス電圧に対するモデ
ルのノイズ係数のプロットである。
【図１０】カソードフォトレスポンスをパラメータとし
て持つ従来技術のＭＣＰを含む典型的なＧｅｎ−IIIイ
メージ増倍管に関する、ＭＣＰ対スクリーンバイアス電
圧に対するノイズ係数のプロットである。
【図１１】カソードフォトレスポンスをパラメータとし
て持つ従来技術のＭＣＰを含む典型的なＧｅｎ−IIIイ
メージ増倍管に関する、ＭＣＰバイアス電圧に対するノ
イズ係数のプロットである。
【図１２】本願発明に従ったマイクロチャネルプレート
の拡大短縮図である。
【図１３】本願発明に従って作られたマイクロチャネル
プレートの拡大した電子顕微鏡写真
【図１４】改良されたＭＣＰを含むＧｅｎ−III増倍管
と従来技術のＭＣＰを含む増倍管とを比較した、フォト
レスポンスに対するノイズ係数のプロットである。
【図１５】１２２１ミクロン／ルーメンのカソードフォ
トレスポンスを持つ本願発明の改良されたＭＣＰを含む
Ｇｅｎ−IIIイメージ増倍管に関する、ＭＣＰ対スクリ
ーンバイアス電圧に対するノイズ係数のプロットであ
る。
【図１６】１６５２ミクロン／ルーメンのカソードフォ
トレスポンスを持つ本願発明の改良されたＭＣＰを含む
Ｇｅｎ−IIIイメージ増倍管に関する、ＭＣＰバイアス
電圧に対するノイズ係数のプロットである。
【図１７】従来技術のＭＣＰを含むＧｅｎ−IIIイメー
ジ増倍管と本願発明の改良されたＭＣＰを含むＧｅｎ−
III増倍管に関する、シンチレーション輝度に対する観
測されるシンチレーション数のプロットである。
【符号の説明】
１１６・・・マイクロチャネルプレート １２４・・・入力電極メタライゼーション １２６・・・出力電極 １２８・・・オープン領域 １３０・・・チャネル壁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−292737（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−119337（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−84566（ＪＰ，Ａ) 特表 平２−503612（ＪＰ，Ａ)

Claims (47)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 マイクロチャネルプレートであって、多
    数のチャネルと、該チャネルの出力端部のオープン領域
    の少なくとも１０％を狭める導電層から成る出力電極と
    から成るマイクロチャネルプレート
  2. 【請求項２】 請求項１記載のマイクロチャネルプレー
    トであって、前記導電層が前記チャネルの出力端部に対
    しおよそ１０乃至８５％の範囲でオープン領域を狭め
    る、マイクロチャネルプレート
  3. 【請求項３】 前記出力電極が可鍛性金属から成るとこ
    ろの請求項１記載のマイクロチャネルプレート。
  4. 【請求項４】 前記可鍛性金属がアルミニウムから成る
    ところの請求項３記載のマイクロチャネルプレート
  5. 【請求項５】 前記導電層がテクスチャー面を有すると
    ころの請求項１記載のマイクロチャネルプレート。
  6. 【請求項６】 前記チャネルの内面がテクスチャー面を
    有するところの請求項１記載のマイクロチャネルプレー
    ト。
  7. 【請求項７】 前記出力電極が前記チャネルのオープン
    領域のほぼ７５％を狭めるところの請求項１記載のマイ
    クロチャネルプレート。
  8. 【請求項８】 前記出力電極が可鍛性金属からなるとこ
    ろの請求項７記載のマイクロチャネルプレート。
  9. 【請求項９】 前記出力電極がアルミニウムからなると
    ころの請求項８記載のマイクロチャネルプレート。
  10. 【請求項１０】 前記チャネルの入力端部でアルミニウ
    ムの導電層からなる入力電極を有するところの請求項７
    記載のマイクロチャネルプレート。
  11. 【請求項１１】 前記導電層がテクスチャー面を有する
    ところの請求項７記載のマイクロチャネルプレート。
  12. 【請求項１２】 前記チャネルがテクスチャー面を有す
    るところの請求項７記載のマイクロチャネルプレート。
  13. 【請求項１３】 入力窓が設けられる第１端部と出力窓
    が設けられる第２端部とを有する真空ハウジングであっ
    て、入力窓が密閉可能に前記ハウジングの前記第１端部
    に設けられており、該入力窓はその内面上に配設された
    フォトカソードを有し、出力窓が密閉可能に前記ハウジ
    ングの前記第２端部に設けられており、該出力窓はその
    内面上に配設された蛍光スクリーンを有する、ところの
    真空ハウジングと、 前記ハウジング内に設けられ、前記フォトカソードと相
    対する入力面と前記蛍光スクリーンと相対する出力面と
    を有するマイクロチャネルプレートと、 マイクロチャネルの入力面と出力面との間に伸びる多数
    のチャネルと、 前記マイクロチャネルプレートの前記出力面上の出力電
    極と、とから成るウェファチューブイメージ増倍管において、 前記マイクロチャネルプレート出力面のオープン領域の
    少なくとも１０％を狭める出力電極導電層を有すること
    を特徴とするところのウエファチューブイメージ増倍
    管。
  14. 【請求項１４】 前記導電層が１０から約８５％の範囲
    内で前記チャネルの出力端部のオープン領域を狭めると
    ころの請求項１３記載のイメージ増倍管。
  15. 【請求項１５】 前記出力電極導電層が可鍛性金属から
    成るところの請求項１３記載のイメージ増倍管。
  16. 【請求項１６】 前記出力電極がアルミニウムから成る
    ところの請求項１５記載のイメージ増倍管。
  17. 【請求項１７】 前記チャネルの入力窓端部にアルミニ
    ウムの導電層から成る入力電極を有する請求項１３記載
    のイメージ増倍管。
  18. 【請求項１８】 前記導電層がテクスチャー面を有する
    ところの請求項１３記載のイメージ増倍管。
  19. 【請求項１９】 前記チャネルの内面がテクスチャー面
    を有するところの請求項１３記載のマイクロチャネルプ
    レート。
  20. 【請求項２０】 前記出力電極導電層が、前記チャネル
    のオープン領域のおよそ７５％を狭めるところの請求項
    １３記載のイメージ増倍管。
  21. 【請求項２１】 前記出力電極がアルミニウムから成る
    請求項２０記載のイメージ増倍管。
  22. 【請求項２２】 前記チャネルの入力端部にアルミニウ
    ムの導電層から成る入力電極を有するところの請求項２
    ０記載のイメージ増倍管。
  23. 【請求項２３】 前記導電層がテクスチャー面を有する
    請求項２０記載のイメージ増倍管。
  24. 【請求項２４】 チャネル内面がテクスチャー面を有す
    る請求項２０記載のイメージ増倍管。
  25. 【請求項２５】 ウエファチューブイメージ増倍管であ
    って、 入力窓及び出力窓を有する真空ハウジング、 前記入力窓設けられたガリウムヒ素陰電子親和性フォト
    カソード、 前記出力窓に設けられた蛍光スクリーン、 前記ハウジング内に設けられ、前記フォトカソードと前
    記蛍光スクリーンとの間に配設された多数のチャネルを
    有するマイクロチャネルプレート並びに 前記マイクロ
    チャネルプレートの出力面のオープン領域の少なくとも
    １０％を狭める導電層を有する出力電極、 とから成るウエファチューブイメージ増倍管。
  26. 【請求項２６】 前記導電層が１０乃至８５％の範囲で
    前記チャネルの出力端部のオープン領域を狭めるところ
    の請求項２５記載のイメージ増倍管。
  27. 【請求項２７】 前記出力電極導電層が可鍛性金属から
    成る請求項２５記載のイメージ増倍管。
  28. 【請求項２８】 前記出力電極がアルミニウムから成る
    請求項２７記載のイメージ増倍管。
  29. 【請求項２９】 前記チャネルの入力端部にアルミニウ
    ムの導電層から成る入力電極を有する請求項２５記載の
    イメージ増倍管。
  30. 【請求項３０】 前記導電層がテクスチャー面を有する
    請求項２５記載のイメージ増倍管。
  31. 【請求項３１】 前記チャネルの内面がテクスチャー面
    を有する請求項２５記載のマイクロチャネルプレート。
  32. 【請求項３２】 前記出力電極導電層が、前記チャネル
    のオープン領域のほぼ７５％を狭めるところの請求項２
    ５記載のイメージ増倍管。
  33. 【請求項３３】 前記出力電極がアルミニウムから成る
    請求項３２記載のイメージ増倍管。
  34. 【請求項３４】 前記チャネルの入力端部にアルミニウ
    ムの導電層から成る入力電極を有する請求項３２記載の
    イメージ増倍管。
  35. 【請求項３５】 前記導電層がテクスチャー面を有する
    請求項３２記載のイメージ増倍管。
  36. 【請求項３６】 チャネルの内面がテクスチャー面を有
    する請求項３２記載のイメージ増倍管。
  37. 【請求項３７】 フォトカソードをもつ入力窓と、蛍光
    スクリーンをもつ出力窓と、前記入力窓と前記出力窓と
    の間に配設されたマイクロチャネルプレートを有するウ
    エファイメージ増倍管におけるフィードバックを制限す
    るための方法であって、 前記入力窓上のイメージ入射に応答して前記フォトカソ
    ードで電子を発生させるステップ、 前記フォトカソードから前記マイクロチャネルプレート
    を通る電子イメージを前記蛍光スクリーンに向けるステ
    ップ、並びに 前記蛍光スクリーンから前記フォトカソードに向かって
    戻る放射粒子を前記マイクロチャネルプレートのチャネ
    ルの出力端部のオープン領域の少なくとも１０％にわた
    って妨げるステップ、 とから成る方法。
  38. 【請求項３８】 前記妨げるステップが、前記マイクロ
    チャネルプレートのチャネルの出力端部のオープン領域
    のおよそ７５％にわたって放射を妨げるところの請求項
    ３７記載の方法。
  39. 【請求項３９】 マルチチャネルプレートを作るための
    方法であって、それぞれがクラディングガラスによって囲まれたコアガ
    ラスから成る多数の光学繊維の束を形成するステップ、 プレート部材を形成するために束を切断するステップ、 溶着した多数のチャネル部材で、入力端部と出力端部を
    有するものを残すためにプレート部材からコアガラスを
    除くステップ、 チャネル壁面上に半導体層を形成するためのステップ、
    並びに 前記チャネル出力端部のオープン領域の少なくとも１０
    ％を覆う出力電極をチャネルプレートの出力面に設ける
    ステップ、 とから成る方法。
  40. 【請求項４０】 前記出力電極を設けるためのステップ
    が、チャネルプレートの出力面上にアルミニウムの層を
    設けるステップを含むところの請求項３９記載の方法。
  41. 【請求項４１】 前記出力電極を設けるためのステップ
    が、テクスチャー面を有する電極面を形成するステップ
    を含むところの請求項３９記載の方法。
  42. 【請求項４２】 テクスチャー面をもつ前記半導体層を
    形成するステップを含むところの請求項３９記載の方
    法。
  43. 【請求項４３】 アルミニウムの層を設けるステップが
    アルミニウム源からのアルミニウムを６０゜乃至７０゜
    の入射角度でマルチチャネルプレートの出力面に向ける
    ステップを有する請求項４０記載の方法。
  44. 【請求項４４】 入力電極を形成するために前記マルチ
    チャネルプレートの入力面にアルミニウムの層を蒸着す
    るステップを含む請求項４０記載の方法。
  45. 【請求項４５】 チャネルのオープン領域を覆うステッ
    プが、チャネルの出力端部のオープン領域のおよそ７５
    ％を覆うステップを含む請求項３９記載の方法。
  46. 【請求項４６】 出力電極を設けるためのステップが、
    テクスチャー面を有する電極面を形成するステップを含
    む請求項４５記載の方法。
  47. 【請求項４７】 テクスチャー面を有する半導体層を形
    成するステップを含む請求項４５記載の方法。
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