JP2726415B2 - 微弱光像拡大観察装置 - Google Patents
微弱光像拡大観察装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は微弱な光を発する試料（物体）を拡大して観
察する微弱光像拡大観察装置に関する。 〔従来の技術〕 従来、非常に暗い物体からの微弱な光を観察する場合
には、第９図に示すようなイメージインテンシファイヤ
を用いていた。これは、非常に暗い物体１からの被観察
光を対物レンズ２を介して集光させ、イメージ管３の光
電面４に結像させている。そして、光電面４から放出さ
れた光電子は集束レンズ５によって形成される電子レン
ズにより、例えば２枚重ねのマイクロチャンネルプレー
ト（MCP;Micro Channel Plate）６に結像され、ここで
電子増倍されて螢光面７に達する。すると、螢光面７に
は物体１の像が現われ、これがリレーレンズ８を介して
TVカメラ９により撮影されることになる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら上記従来装置では、下記の如き問題点が
あった。すなわち、光電面４は本来は光を受けて電子
（光電子）を放出するものであるが、その他にも光電材
料の仕事関数、温度等に応じて定まる量の熱電子を放出
する。すると、この熱電子は光電子と共に集束レンズ５
によって形成される電子レンズを介してMCP6に結像さ
れ、電子倍増されて螢光面７を発光させる。このため、
物体１が非常に暗いため被観測光が微弱であるときは、
物体１の像は螢光面７上で熱雑音に埋もれてしまい、TV
カメラ９で観測することができなかった。そして、この
欠点は物体１が暗ければそれだけ著しかった。 そこで本発明は、暗い物体からの微弱光像を熱雑音に
影響されることなく、拡大して観察することのできる微
弱光像拡大観察装置を提供することを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明に係る微弱光像拡大観察装置は、試料からの被
観察光を結像させる、倍率が１又は１以下の光学レンズ
を有する光学手段と、この光学手段の結像位置に配設さ
れた光電面を有し、これより放出された電子を加速およ
び増倍して所定の結像面に電子像を結像するイメージ管
と、この結像面に形成された電子像に対応した光学像を
得る撮像手段とを備えるものであって、下記のようにし
たことを特徴とする。すなわち、第１項の装置のイメー
ジ管が、前記光電面に加えて、光電面から放出された電
子の内、光学手段による前記試料からの被観察光の結像
領域である光電面の有効範囲の外から放出された熱電子
を遮蔽する遮蔽手段と、遮蔽手段を通過した電子が有効
範囲で形成していた電子像を拡大し、結像面上で観察可
能な大きさに結像する電子光学系と、入射電子を増倍後
に入射電子像を光学像に変換する、結像面に応じて配設
された電子光変換手段とを更に備えることを特徴とす
る。また、第６項の装置は、光電面が光学手段による試
料からの被観察光の結像領域である光電面の有効範囲に
のみ光電変換材料を塗布して形成されるとともに、イメ
ージ管が、前記光電面に加えて、光電面から放出された
電子が有効範囲で形成していた電子像を拡大し、結像面
上で観察可能な大きさに結像する電子光学系と、入射電
子を増倍後に入射電子像を光学像に変換する、結像面に
応じて配設された電子光変換手段とを更に備えることを
特徴とする。なお、結像面には螢光面を配設するように
してもよく、半導体撮像装置を配設するようにしてもよ
い。 〔作用〕 本発明に係る微弱光像拡大観察装置は、以上の通りに
構成されるので、光電面から放出されてMCPに達する熱
電子はその有効面積の制限の程度に応じて少なくなり、
かつ有効面積の小さな光電面からの光電子による電子像
はイメージ管内で拡大されてMCPに結像される。従っ
て、例えば螢光面における熱雑音を相対的に低下させる
ことができるので、暗い物体からの微弱光の良好な像を
得ることができる。 〔実施例〕 以下、添付図面の第１図ないし第８図を参照して、本
発明のいくつかの実施例を説明する。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。 第１図は第１実施例に係る装置の側面構成図である。
図示の通り、拡大機能を有するイメージ管（以下、拡大
管という。）30の前面には、凸レンズ21,22を対にして
配置し、その中間に補正用の凹レンズ23を配置して構成
される光学レンズ系20が設けられている。ここで特徴的
なことは、従来装置では光学系レンズ系の拡大率が例え
ば40〜100倍に設定されていたのに対し、本実施例では
拡大率が１倍に設定されていることである。このように
すれば、小さな物体１の像を光電面４の狭い有効範囲に
結像することが可能になる。 また、物体１からの微弱な光を光電面４に効率よく結
像させるためには、光学レンズ系20の集光効率は十分に
大きな値に設定されていなければならない。第１図の光
学レンズ系20では、凸レンズ21,22のそれぞれの拡大率
は40倍であり、これらの開口数（N.A.;Numerical Apart
ure）は0.65である。このようにすれば、従来装置に比
べたときの集光効率の低下は、１枚から２枚に増えた対
物レンズ（凸レンズ）21,22と補正用の凹レンズ23との
光吸収分に抑えられ（例えば20％程度の低下）、かつ拡
大率をほぼ１にすることができる。なお、光学レンズ系
20としては拡大率が１倍でN.A.が0.03程度の通常の１枚
レンズを使用することも可能であるが、このようにする
と集光効率は に従って低下し、上記の例では約1/470にもなってしま
う。そこで、このような場合には拡大率が１倍程度でN.
A.が十分に大きな対物レンズを選択して用いる必要があ
る。 第１図に示す拡大管30は、光電面４側で径が小さく、
螢光面７側で径が大きくなっている。具体的には、例え
ば光電面４側で14mmφ、螢光面７側で50mmφであって、
長さは300mmφ程度の円筒状の容器になっている。光電
面４の前面には加速電極31が設けられているが、その一
部は光電面４の前面を広く覆っており、その中心に光電
面４の有効範囲を規定するようにアパーチャ32が形成さ
れている。従って、例えば0.6mmφ程度のアパーチャ径
ｔの部分からのみ電子が放出されるようになっている。
すなわち、第２図に示すように加速電極31に覆われた部
分の光電面４から放出された熱電子は、例えば3kVに電
位が設定された加速電極31に把えられ、MCP6の方向に進
まないようになっている。従って、光学レンズ系20によ
る物体１からの微弱光の結像範囲を、アパーチャ径ｔに
対応する光電面４の有効範囲に収めれば、光電子に含ま
れる熱電子の相対的な割合を大幅に低下させることがで
きる。 第１図に示す拡大用集束コイル10は、MCP6の前面に例
えば40倍に拡大された電子像を形成するためのものであ
る。これは、光学レンズ系20との関係において、本発明
の重要な特徴をなしている。すなわち、従来装置では光
学レンズ系の拡大率を例えば40倍とし、イメージ管３に
おける光電面４の像と螢光面７の像を比をほぼ１対１に
することにより、全体として約40倍の拡大像を得てい
た。このため、広い光電面４からの熱電子の影響が避け
られなかった。これに対して本実施例では、光学レンズ
系20の拡大率を１倍としながら拡大管30の拡大率を40倍
とすることにより、従来装置と同等の拡大像を螢光面７
に形成しながら、光電面４の有効範囲をアパーチャ径ｔ
によって狭く制限している。このため、熱電子による熱
雑音を格段に低下させることが可能になっている。な
お、アパーチャ径ｔは0.6mmであり、電子レンズは40倍
であることから、上記実施例における螢光面７の径は24
mmとなる。 MCP6は従来装置と同様に電子増倍機能を有し、TVカメ
ラ９は螢光面７に形成された物体１の像を撮影するよう
に働く。ここで、螢光面７は多数の画素を集積した半導
体撮像装置などで置き換えるようにしてもよい。このよ
うにすれば、MCP6の後方で得られる電子像は半導体撮像
装置を介して電気信号として読み出されるので、この像
をCRTのようなディスプレイ画面上に表わすことができ
る。また、半導体撮像装置の前面に螢光面を設け、ここ
における光学像を半導体撮像装置で撮影することも可能
である。 次に、第１図に示す実施例の装置の作用に関して、光
電子流と熱電子流の比の計算例を、従来のものと比較し
ながら説明する。 いま、物体１は均一な輝度Ｂ（cd/cm2）を有している
とすると、光電面４における像の明るさE1は E1＝0.82πBsin2θ（lx） …（１） となる。ここで、対物レンズ（凸レンズ）21,22のそれ
ぞれの光吸収は20％とし、補正レンズ（凹レンズ）23の
光吸収はないものとしている。次に、光電面４の感度を
Ｉ（A/lm）とすると、これから放出される信号光電子流
S1は S1＝0.64πBsin2θ ×（0.3×10-3）２πＩ（Ａ） …（２） となる。ここで、光電面４の有効半径は0.3mmとしてい
る。 一方、光電面４から放出される熱電子流N1は、単位面
積当りの熱電子流をＤ（A/m2）とすると、 N1＝Ｄ×（0.3×10-3）２×π（Ａ） …（３） となる。従って、信号光電子流S1に対する熱電子流N1の
比N1/S1は、上記（２），（３）式より、 N1/S1＝D/0.64πBIsin2θ …（４） となる。 これに対して、第９図に示す従来例では下記のように
なる。なお、イメージ管３の外径は例えば50mmであり、
光電面４および螢光面７の径は共に25mm（拡大率は１
倍）である。 まず、物体１の輝度Ｂおよび光学レンズ系のN.A.が本
実施例のものと同一とし、40倍の拡大率で光電面４上に
結像されているとすると、光電面４の明るさE2は E2＝0.8πBsin2θ/1600（lx） …（５） となる。ここで、対物レンズ２の光吸収は20％としてい
る。また、光電面４の感度Ｉ（A/lm）を本実施例のもの
と同一にすると、放射される信号光電子流S2は S2＝0.8πBsin2θ ×（12.5×10-3）２πＩ …（６） /1600（Ａ） となる。ここで、光電面４の半径は12.5mmとしている。 一方、光電面４から放出される熱電子流N2は、単位面
積当りの熱電子流を本実施例と同様に Ｄ（A/m2）とすると、 N2＝Ｄ×（12.5×10-3）２×π（Ａ） …（７） となる。従って、信号光電子流S2に対する熱電子流N2の
比N2/S2は、上記（６），（７）式より、 N2/S2＝1600D …（８） /0.8πBIsin2θ となる。 そこで、上記（４），（８）式により本実施例方式と
従来方式のS/N比を対比すると、 （N1/S1）／（N2/S2） …（９） ＝1/1280 となる。すなわち、本実施例によれば熱電子流を1/1280
倍に改善することができるので、S/N比の極めて良好な
像を得ることができる。 次に、第３図および第４図の工程別の側面構成図を参
照して、光電面の有効範囲を制限する工程を説明する。 第３図は上記工程の第１の例を示している。まず、同
図（ａ）に示すように加速電極31をガイド35に沿って後
方に移動させ、光電面形成用のガラス面39から離してお
く。この状態で、同図（ｂ）に示すようにアルカリ蒸気
を拡大管30内に導入して、光電面４を公知の方法で形成
する。しかる後、拡大管30を封止して切り取ると共に、
加速電極31を光電面４の方向に移動させると、同図
（Ｃ）に示すように加速電極31の突起37はガイド35のス
トッパ36で係止される。このとき、光電面４とアパーチ
ャ32との間隔は、例えば5mm程度とすればよい。 第４図は上記工程の第２の例を示している。なお、こ
の例の工程は真空中でなされる。まず、同図（ａ）のよ
うな支持具51を有するガラス面板50を用意し、この片面
に公知の方法で光電面４を形成して同図（ｂ）の構造と
する。次に、同図（ｃ）の如き拡大管30の本体を別途に
用意し、この開口端部の受け具52に例えばインジウムリ
ング53を取り付けておく。そして、同図（ｂ）のガラス
面板50をこの開口端部に設置し、インジウムリング53で
封止すれば拡大管30が完成する。 次に、本発明の第２実施例に係る装置を説明する。 第５図はその要部の構成図である。そして、これが前
述の第１実施例のものと異なる点は、光電面４そのもの
が狭い面積で形成されていることである。具体的には、
光電面４はガラス面板50において0.6mmφの範囲に形成
され、ここに物体の像が結ばれるようになっている。ま
た、第２実施例では加速電極31がメッシュ状になってい
る点においても、第１実施例のものと相違する。上記の
第２実施例によっても、螢光面における熱雑音を大幅に
改善することが可能である。 第６図は第５図に示す光電面を形成する工程を説明す
る図である。まず、同図（ａ）のように支持具51を固定
したガラス面板50を用意し、次に同図（ｂ）の如きマス
ク60を用いて光電面４を形成する。このとき、マスク60
の開口径を0.6mmφとしておけば、ガラス面板50に、0.6
mmφの光電面４を得ることができる（同図（ｃ）図
示）。しかる後、これを第４図（ｄ）の場合と同様にし
て本体に設置し、インジウムシールにより封止をすれ
ば、有効面積が小さく制限された光電面４を有する拡大
管30が得られることになる。 本発明は上記の第1,第２実施例に限定されるものでは
なく、種々の変形が可能である。 例えば、第７図に示すように、第１の拡大集束コイル
11の後方に偏向コイル12および第２の拡大集束コイル13
を配設してもよい。このようにすれば、まず偏向コイル
12の働きにより光電面４の有効範囲内の任意の位置の像
を観察することが可能になり、また第２の拡大集束コイ
ル13の働きにより螢光面７でより拡大した像を得ること
ができる。 また、光電面４を冷却するための冷却装置を拡大管30
に取り付けてもよい。このようにすれば、熱電子の放出
量を更に減少させることができるので、熱雑音の改善の
程度を格段に高めることができる。 また、光電面４の有効面積の制限は、例えば第８図に
ようにして行なってもよい。すなわち、同図（ａ），
（ｂ）に示すように拡大管30の内壁に熱電子をトラップ
する部材71,72を設けてもよい。このときには、電子レ
ンズ系は光電面４の有効範囲外からの熱電子が部材71,7
2に到達するよう設定しておけばよく、部材71,72に正の
電位に与えておけばその効果は更に向上する。 さらに、光学レンズ系20の拡大率は１倍に限られるも
のでなく、１倍以上あるいは１倍以下であってもよい。
特に、光学レンズ系20の拡大率を１倍以下とし、これに
対応して電子レンズの倍率を大きくしていけば、有効光
電面をより小さくすることにより、熱雑音の影響を更に
少なくしてS/N比を向上させることが可能になる。 なお、本発明は非常に暗くて微小な物体を観察するの
に適しているが、物体の大きさは特に限定されるもので
はなく、例えば光学レンズ系の倍率等を適宜に設定する
ことにより、比較的大きな物体をも観察することができ
る。 〔発明の効果〕 以上、詳細に説明した通り本発明では、光電面から放
出されてMCPに達する熱電子はその有効面積の制限の程
度に応じて少なくなり、かつ有効面積の小さな光電面か
らの光電子による電子像はイメージ管内で拡大されてMC
Pに結像される。従って、螢光面における熱電子を光電
子に比べて相対的に低下させることができるので、暗い
物体からの微弱光像を熱雑音に影響されることなく拡大
して観察することが可能となる。
察する微弱光像拡大観察装置に関する。 〔従来の技術〕 従来、非常に暗い物体からの微弱な光を観察する場合
には、第９図に示すようなイメージインテンシファイヤ
を用いていた。これは、非常に暗い物体１からの被観察
光を対物レンズ２を介して集光させ、イメージ管３の光
電面４に結像させている。そして、光電面４から放出さ
れた光電子は集束レンズ５によって形成される電子レン
ズにより、例えば２枚重ねのマイクロチャンネルプレー
ト（MCP;Micro Channel Plate）６に結像され、ここで
電子増倍されて螢光面７に達する。すると、螢光面７に
は物体１の像が現われ、これがリレーレンズ８を介して
TVカメラ９により撮影されることになる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら上記従来装置では、下記の如き問題点が
あった。すなわち、光電面４は本来は光を受けて電子
（光電子）を放出するものであるが、その他にも光電材
料の仕事関数、温度等に応じて定まる量の熱電子を放出
する。すると、この熱電子は光電子と共に集束レンズ５
によって形成される電子レンズを介してMCP6に結像さ
れ、電子倍増されて螢光面７を発光させる。このため、
物体１が非常に暗いため被観測光が微弱であるときは、
物体１の像は螢光面７上で熱雑音に埋もれてしまい、TV
カメラ９で観測することができなかった。そして、この
欠点は物体１が暗ければそれだけ著しかった。 そこで本発明は、暗い物体からの微弱光像を熱雑音に
影響されることなく、拡大して観察することのできる微
弱光像拡大観察装置を提供することを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明に係る微弱光像拡大観察装置は、試料からの被
観察光を結像させる、倍率が１又は１以下の光学レンズ
を有する光学手段と、この光学手段の結像位置に配設さ
れた光電面を有し、これより放出された電子を加速およ
び増倍して所定の結像面に電子像を結像するイメージ管
と、この結像面に形成された電子像に対応した光学像を
得る撮像手段とを備えるものであって、下記のようにし
たことを特徴とする。すなわち、第１項の装置のイメー
ジ管が、前記光電面に加えて、光電面から放出された電
子の内、光学手段による前記試料からの被観察光の結像
領域である光電面の有効範囲の外から放出された熱電子
を遮蔽する遮蔽手段と、遮蔽手段を通過した電子が有効
範囲で形成していた電子像を拡大し、結像面上で観察可
能な大きさに結像する電子光学系と、入射電子を増倍後
に入射電子像を光学像に変換する、結像面に応じて配設
された電子光変換手段とを更に備えることを特徴とす
る。また、第６項の装置は、光電面が光学手段による試
料からの被観察光の結像領域である光電面の有効範囲に
のみ光電変換材料を塗布して形成されるとともに、イメ
ージ管が、前記光電面に加えて、光電面から放出された
電子が有効範囲で形成していた電子像を拡大し、結像面
上で観察可能な大きさに結像する電子光学系と、入射電
子を増倍後に入射電子像を光学像に変換する、結像面に
応じて配設された電子光変換手段とを更に備えることを
特徴とする。なお、結像面には螢光面を配設するように
してもよく、半導体撮像装置を配設するようにしてもよ
い。 〔作用〕 本発明に係る微弱光像拡大観察装置は、以上の通りに
構成されるので、光電面から放出されてMCPに達する熱
電子はその有効面積の制限の程度に応じて少なくなり、
かつ有効面積の小さな光電面からの光電子による電子像
はイメージ管内で拡大されてMCPに結像される。従っ
て、例えば螢光面における熱雑音を相対的に低下させる
ことができるので、暗い物体からの微弱光の良好な像を
得ることができる。 〔実施例〕 以下、添付図面の第１図ないし第８図を参照して、本
発明のいくつかの実施例を説明する。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。 第１図は第１実施例に係る装置の側面構成図である。
図示の通り、拡大機能を有するイメージ管（以下、拡大
管という。）30の前面には、凸レンズ21,22を対にして
配置し、その中間に補正用の凹レンズ23を配置して構成
される光学レンズ系20が設けられている。ここで特徴的
なことは、従来装置では光学系レンズ系の拡大率が例え
ば40〜100倍に設定されていたのに対し、本実施例では
拡大率が１倍に設定されていることである。このように
すれば、小さな物体１の像を光電面４の狭い有効範囲に
結像することが可能になる。 また、物体１からの微弱な光を光電面４に効率よく結
像させるためには、光学レンズ系20の集光効率は十分に
大きな値に設定されていなければならない。第１図の光
学レンズ系20では、凸レンズ21,22のそれぞれの拡大率
は40倍であり、これらの開口数（N.A.;Numerical Apart
ure）は0.65である。このようにすれば、従来装置に比
べたときの集光効率の低下は、１枚から２枚に増えた対
物レンズ（凸レンズ）21,22と補正用の凹レンズ23との
光吸収分に抑えられ（例えば20％程度の低下）、かつ拡
大率をほぼ１にすることができる。なお、光学レンズ系
20としては拡大率が１倍でN.A.が0.03程度の通常の１枚
レンズを使用することも可能であるが、このようにする
と集光効率は に従って低下し、上記の例では約1/470にもなってしま
う。そこで、このような場合には拡大率が１倍程度でN.
A.が十分に大きな対物レンズを選択して用いる必要があ
る。 第１図に示す拡大管30は、光電面４側で径が小さく、
螢光面７側で径が大きくなっている。具体的には、例え
ば光電面４側で14mmφ、螢光面７側で50mmφであって、
長さは300mmφ程度の円筒状の容器になっている。光電
面４の前面には加速電極31が設けられているが、その一
部は光電面４の前面を広く覆っており、その中心に光電
面４の有効範囲を規定するようにアパーチャ32が形成さ
れている。従って、例えば0.6mmφ程度のアパーチャ径
ｔの部分からのみ電子が放出されるようになっている。
すなわち、第２図に示すように加速電極31に覆われた部
分の光電面４から放出された熱電子は、例えば3kVに電
位が設定された加速電極31に把えられ、MCP6の方向に進
まないようになっている。従って、光学レンズ系20によ
る物体１からの微弱光の結像範囲を、アパーチャ径ｔに
対応する光電面４の有効範囲に収めれば、光電子に含ま
れる熱電子の相対的な割合を大幅に低下させることがで
きる。 第１図に示す拡大用集束コイル10は、MCP6の前面に例
えば40倍に拡大された電子像を形成するためのものであ
る。これは、光学レンズ系20との関係において、本発明
の重要な特徴をなしている。すなわち、従来装置では光
学レンズ系の拡大率を例えば40倍とし、イメージ管３に
おける光電面４の像と螢光面７の像を比をほぼ１対１に
することにより、全体として約40倍の拡大像を得てい
た。このため、広い光電面４からの熱電子の影響が避け
られなかった。これに対して本実施例では、光学レンズ
系20の拡大率を１倍としながら拡大管30の拡大率を40倍
とすることにより、従来装置と同等の拡大像を螢光面７
に形成しながら、光電面４の有効範囲をアパーチャ径ｔ
によって狭く制限している。このため、熱電子による熱
雑音を格段に低下させることが可能になっている。な
お、アパーチャ径ｔは0.6mmであり、電子レンズは40倍
であることから、上記実施例における螢光面７の径は24
mmとなる。 MCP6は従来装置と同様に電子増倍機能を有し、TVカメ
ラ９は螢光面７に形成された物体１の像を撮影するよう
に働く。ここで、螢光面７は多数の画素を集積した半導
体撮像装置などで置き換えるようにしてもよい。このよ
うにすれば、MCP6の後方で得られる電子像は半導体撮像
装置を介して電気信号として読み出されるので、この像
をCRTのようなディスプレイ画面上に表わすことができ
る。また、半導体撮像装置の前面に螢光面を設け、ここ
における光学像を半導体撮像装置で撮影することも可能
である。 次に、第１図に示す実施例の装置の作用に関して、光
電子流と熱電子流の比の計算例を、従来のものと比較し
ながら説明する。 いま、物体１は均一な輝度Ｂ（cd/cm2）を有している
とすると、光電面４における像の明るさE1は E1＝0.82πBsin2θ（lx） …（１） となる。ここで、対物レンズ（凸レンズ）21,22のそれ
ぞれの光吸収は20％とし、補正レンズ（凹レンズ）23の
光吸収はないものとしている。次に、光電面４の感度を
Ｉ（A/lm）とすると、これから放出される信号光電子流
S1は S1＝0.64πBsin2θ ×（0.3×10-3）２πＩ（Ａ） …（２） となる。ここで、光電面４の有効半径は0.3mmとしてい
る。 一方、光電面４から放出される熱電子流N1は、単位面
積当りの熱電子流をＤ（A/m2）とすると、 N1＝Ｄ×（0.3×10-3）２×π（Ａ） …（３） となる。従って、信号光電子流S1に対する熱電子流N1の
比N1/S1は、上記（２），（３）式より、 N1/S1＝D/0.64πBIsin2θ …（４） となる。 これに対して、第９図に示す従来例では下記のように
なる。なお、イメージ管３の外径は例えば50mmであり、
光電面４および螢光面７の径は共に25mm（拡大率は１
倍）である。 まず、物体１の輝度Ｂおよび光学レンズ系のN.A.が本
実施例のものと同一とし、40倍の拡大率で光電面４上に
結像されているとすると、光電面４の明るさE2は E2＝0.8πBsin2θ/1600（lx） …（５） となる。ここで、対物レンズ２の光吸収は20％としてい
る。また、光電面４の感度Ｉ（A/lm）を本実施例のもの
と同一にすると、放射される信号光電子流S2は S2＝0.8πBsin2θ ×（12.5×10-3）２πＩ …（６） /1600（Ａ） となる。ここで、光電面４の半径は12.5mmとしている。 一方、光電面４から放出される熱電子流N2は、単位面
積当りの熱電子流を本実施例と同様に Ｄ（A/m2）とすると、 N2＝Ｄ×（12.5×10-3）２×π（Ａ） …（７） となる。従って、信号光電子流S2に対する熱電子流N2の
比N2/S2は、上記（６），（７）式より、 N2/S2＝1600D …（８） /0.8πBIsin2θ となる。 そこで、上記（４），（８）式により本実施例方式と
従来方式のS/N比を対比すると、 （N1/S1）／（N2/S2） …（９） ＝1/1280 となる。すなわち、本実施例によれば熱電子流を1/1280
倍に改善することができるので、S/N比の極めて良好な
像を得ることができる。 次に、第３図および第４図の工程別の側面構成図を参
照して、光電面の有効範囲を制限する工程を説明する。 第３図は上記工程の第１の例を示している。まず、同
図（ａ）に示すように加速電極31をガイド35に沿って後
方に移動させ、光電面形成用のガラス面39から離してお
く。この状態で、同図（ｂ）に示すようにアルカリ蒸気
を拡大管30内に導入して、光電面４を公知の方法で形成
する。しかる後、拡大管30を封止して切り取ると共に、
加速電極31を光電面４の方向に移動させると、同図
（Ｃ）に示すように加速電極31の突起37はガイド35のス
トッパ36で係止される。このとき、光電面４とアパーチ
ャ32との間隔は、例えば5mm程度とすればよい。 第４図は上記工程の第２の例を示している。なお、こ
の例の工程は真空中でなされる。まず、同図（ａ）のよ
うな支持具51を有するガラス面板50を用意し、この片面
に公知の方法で光電面４を形成して同図（ｂ）の構造と
する。次に、同図（ｃ）の如き拡大管30の本体を別途に
用意し、この開口端部の受け具52に例えばインジウムリ
ング53を取り付けておく。そして、同図（ｂ）のガラス
面板50をこの開口端部に設置し、インジウムリング53で
封止すれば拡大管30が完成する。 次に、本発明の第２実施例に係る装置を説明する。 第５図はその要部の構成図である。そして、これが前
述の第１実施例のものと異なる点は、光電面４そのもの
が狭い面積で形成されていることである。具体的には、
光電面４はガラス面板50において0.6mmφの範囲に形成
され、ここに物体の像が結ばれるようになっている。ま
た、第２実施例では加速電極31がメッシュ状になってい
る点においても、第１実施例のものと相違する。上記の
第２実施例によっても、螢光面における熱雑音を大幅に
改善することが可能である。 第６図は第５図に示す光電面を形成する工程を説明す
る図である。まず、同図（ａ）のように支持具51を固定
したガラス面板50を用意し、次に同図（ｂ）の如きマス
ク60を用いて光電面４を形成する。このとき、マスク60
の開口径を0.6mmφとしておけば、ガラス面板50に、0.6
mmφの光電面４を得ることができる（同図（ｃ）図
示）。しかる後、これを第４図（ｄ）の場合と同様にし
て本体に設置し、インジウムシールにより封止をすれ
ば、有効面積が小さく制限された光電面４を有する拡大
管30が得られることになる。 本発明は上記の第1,第２実施例に限定されるものでは
なく、種々の変形が可能である。 例えば、第７図に示すように、第１の拡大集束コイル
11の後方に偏向コイル12および第２の拡大集束コイル13
を配設してもよい。このようにすれば、まず偏向コイル
12の働きにより光電面４の有効範囲内の任意の位置の像
を観察することが可能になり、また第２の拡大集束コイ
ル13の働きにより螢光面７でより拡大した像を得ること
ができる。 また、光電面４を冷却するための冷却装置を拡大管30
に取り付けてもよい。このようにすれば、熱電子の放出
量を更に減少させることができるので、熱雑音の改善の
程度を格段に高めることができる。 また、光電面４の有効面積の制限は、例えば第８図に
ようにして行なってもよい。すなわち、同図（ａ），
（ｂ）に示すように拡大管30の内壁に熱電子をトラップ
する部材71,72を設けてもよい。このときには、電子レ
ンズ系は光電面４の有効範囲外からの熱電子が部材71,7
2に到達するよう設定しておけばよく、部材71,72に正の
電位に与えておけばその効果は更に向上する。 さらに、光学レンズ系20の拡大率は１倍に限られるも
のでなく、１倍以上あるいは１倍以下であってもよい。
特に、光学レンズ系20の拡大率を１倍以下とし、これに
対応して電子レンズの倍率を大きくしていけば、有効光
電面をより小さくすることにより、熱雑音の影響を更に
少なくしてS/N比を向上させることが可能になる。 なお、本発明は非常に暗くて微小な物体を観察するの
に適しているが、物体の大きさは特に限定されるもので
はなく、例えば光学レンズ系の倍率等を適宜に設定する
ことにより、比較的大きな物体をも観察することができ
る。 〔発明の効果〕 以上、詳細に説明した通り本発明では、光電面から放
出されてMCPに達する熱電子はその有効面積の制限の程
度に応じて少なくなり、かつ有効面積の小さな光電面か
らの光電子による電子像はイメージ管内で拡大されてMC
Pに結像される。従って、螢光面における熱電子を光電
子に比べて相対的に低下させることができるので、暗い
物体からの微弱光像を熱雑音に影響されることなく拡大
して観察することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１実施例に係る微弱光像拡大観察装
置の側面構成図、第２図は第１実施例に用いられる加速
電極アパーチャの作用の説明図、第３図および第４図は
第１実施例に係る拡大管において光電面の有効範囲を設
定するための工程図、第５図は第２実施例に係る微弱光
像拡大観察装置の要部構成図、第６図は第２実施例の拡
大管に光電面を形成するための工程図、第７図は変形例
に係る微弱光像拡大観察装置の側面構成図、第８図は変
形例に係る拡大管の構成図、第９図は従来装置の側面図
である。 １……物体、４……光電面、６……MCP（マイクロチャ
ンネルプレート）、７……螢光面、９……TVカメラ、1
0,11,13……拡大集束コイル、 12……偏向コイル、20……光学レンズ系、 31……加速電極、32……アパーチャ、 50……ガラス面板、52……インジウムリング、 71,72……熱電子トラップ用の部材。
置の側面構成図、第２図は第１実施例に用いられる加速
電極アパーチャの作用の説明図、第３図および第４図は
第１実施例に係る拡大管において光電面の有効範囲を設
定するための工程図、第５図は第２実施例に係る微弱光
像拡大観察装置の要部構成図、第６図は第２実施例の拡
大管に光電面を形成するための工程図、第７図は変形例
に係る微弱光像拡大観察装置の側面構成図、第８図は変
形例に係る拡大管の構成図、第９図は従来装置の側面図
である。 １……物体、４……光電面、６……MCP（マイクロチャ
ンネルプレート）、７……螢光面、９……TVカメラ、1
0,11,13……拡大集束コイル、 12……偏向コイル、20……光学レンズ系、 31……加速電極、32……アパーチャ、 50……ガラス面板、52……インジウムリング、 71,72……熱電子トラップ用の部材。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所
Ｈ０４Ｎ 5/30 Ｈ０４Ｎ 5/30
(72)発明者 稲垣 善則
浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホトニ
クス株式会社内
(56)参考文献 特開 昭61−85758（ＪＰ，Ａ)
特開 昭54−2787（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−14457（ＪＰ，Ａ)
特開 昭56−126237（ＪＰ，Ａ)
特開 昭53−95567（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．試料からの被観察光を結像させる、倍率が１又は１
以下の光学レンズを有する光学手段と、この光学手段の
結像位置に配設された光電面を有し、この光電面より放
出された電子を加速および増倍して所定の結像面に電子
像を結像するイメージ管と、前記結像面に形成された電
子像に対応した光学像を得るための撮像手段とを備える
微弱光像拡大観察装置であって、 前記イメージ管は、前記光電面に加えて、 前記光電面から放出された電子の内、前記光学手段によ
る前記試料からの前記被観察光の結像領域である前記光
電面の有効範囲の外から放出された熱電子を遮蔽する遮
蔽手段と、 前記遮蔽手段を通過した電子が前記有効範囲で形成して
いた電子像を拡大し、前記結像面上で観察可能な大きさ
に結像する電子光学系と、 入射電子を増倍後に入射電子像を光学像に変換する、前
記結像面に応じて配設された電子光変換手段と を更に備えることを特徴とする微弱光像拡大観察装置。 ２．前記イメージ管の前記電子光変換手段の前記所定の
結像面には螢光面が配設され、 前記撮像手段は前記螢光面に形成された光学像を撮影す
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の微弱光
像拡大観察装置。 ３．前記撮像手段は前記所定の結像面に配設された半導
体撮像装置を有することを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の微弱光像拡大観察装置。 ４．前記イメージ管は、前記光電面を冷却する冷却手段
を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし
第４項のいずれかに記載の微弱光像拡大観察装置。 ５．前記遮蔽手段は、前記光電面の有効範囲から放出さ
れた電子を通過させる開口を有する加速電極を備えるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の微弱光像拡
大観察装置。 ６．前記遮蔽手段は、前記光電面の有効範囲の外から放
出された熱電子を捕獲する、前記イメージ管の内壁に形
成された電子トラップを備えることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の微弱光像拡大観察装置。 ７．試料からの被観察光を結像させる、倍率が１又は１
以下の光学レンズを有する光学手段と、この光学手段の
結像位置に配設された光電面を有し、この光電面より放
出された電子を加速および増倍して所定の結像面に電子
像を結像するイメージ管と、前記結像面に形成された電
子像に対応した光学像を得るための撮像手段とを備える
微弱光像拡大観察装置であって、 前記光電面は、前記光学手段による前記試料からの前記
被観察光の結像領域である前記光電面の有効範囲にのみ
光電変換材料を塗布して形成されるとともに、 前記イメージ管は、前記光電面に加えて、 前記光電面から放出された電子が前記有効範囲で形成し
ていた電子像を拡大し、前記結像面上で観察可能な大き
さに結像する電子光学系と、 入射電子を増倍後に入射電子像を光学像に変換する、前
記結像面に応じて配設された電子光変換手段と を更に備えることを特徴とする微弱光像拡大観察装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62130262A JP2726415B2 (ja) | 1987-05-27 | 1987-05-27 | 微弱光像拡大観察装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62130262A JP2726415B2 (ja) | 1987-05-27 | 1987-05-27 | 微弱光像拡大観察装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63294657A JPS63294657A (ja) | 1988-12-01 |
| JP2726415B2 true JP2726415B2 (ja) | 1998-03-11 |
Family
ID=15030065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62130262A Expired - Fee Related JP2726415B2 (ja) | 1987-05-27 | 1987-05-27 | 微弱光像拡大観察装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2726415B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5858005B2 (ja) * | 1977-06-09 | 1983-12-23 | 浜松ホトニクス株式会社 | ストリ−ク管 |
| JPS5814457A (ja) * | 1981-07-20 | 1983-01-27 | Nec Corp | 角形イメ−ジインテンシフアイヤ及び暗視装置 |
| JPS6040A (ja) * | 1983-06-14 | 1985-01-05 | Hamamatsu Photonics Kk | 像拡大装置 |
-
1987
- 1987-05-27 JP JP62130262A patent/JP2726415B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63294657A (ja) | 1988-12-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |