JP6411277B2 - マイクロチャンネルプレート、光電子増倍管、及びイメージインテンシファイア - Google Patents

Description

本発明は、マイクロチャンネルプレート、光電子増倍管、及びイメージインテンシファイアに関する。

従来、多数の微細な貫通孔を有するマイクロチャンネル構造体を形成した後に、当該構造体の電子が入射する側の表面に樹脂膜及びＡｌ膜を形成し、樹脂膜を加熱処理により除去し、Ａｌ（アルミニウム）を蒸着することで得られるマイクロチャンネルプレートが知られている（下記特許文献１参照）。このマイクロチャンネルプレートの表面には、Ａｌ膜及びＡｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム）膜が形成される。

また、上述したマイクロチャンネル構造体を形成した後に、当該構造体の表面に樹脂膜を形成し、当該構造体の裏面から原子層堆積法（ALD：Atomic Layer Deposition）にてＡｌ_２Ｏ_３膜をチャンネル内に成膜し、樹脂膜を除去することで得られるマイクロチャンネルプレートが知られている（下記特許文献２参照）。このマイクロチャンネルプレートの表面には、Ａｌ_２Ｏ_３膜が形成される。

米国特許第３７４２２２４号 特開２０１４−６７５４５号公報

上述のマイクロチャンネルプレートにおいては、表面に形成されたＡｌ膜或いはＡｌ_２Ｏ_３膜がイオンバリア膜として機能するため、イオンフィードバックを抑制することができる。しかしながら、上述のマイクロチャンネルプレートにおいては、平坦な膜を透過する電子（特に膜に対して垂直に入射した電子）が、チャンネル内で隔壁に衝突せず、電子を増倍させることなくチャンネル内をそのまま通過してしまう可能性がある。その結果、十分な電子増倍効率を得られないおそれがある。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、イオンフィードバックを抑制しつつ、電子増倍効率の向上を図ることができるマイクロチャンネルプレート、光電子増倍管、及びイメージインテンシファイアを提供することを目的とする。

本発明の一側面に係るマイクロチャンネルプレートは、一面及び他面を有する基体と、基体の一面から他面にかけて形成された複数のチャンネルと、チャンネルごとに設けられ、チャンネルの一面側の開口部を覆う表面膜と、を備え、表面膜は、チャンネルの外方に向かって凸となるアーチ状に形成されている。

このマイクロチャンネルプレートでは、チャンネルの一面側の開口部を覆う表面膜が、チャンネル内に電子を透過させる透過膜として機能するとともにイオンフィードバックを抑制するイオンバリア膜として機能する。また、表面膜が、チャンネルの外方に向かって凸となるアーチ状に形成されていることにより、表面膜の表面積は、表面膜が平坦な形状である場合よりも増している。これにより、表面膜を透過してチャンネル内に入射する電子の数を増やすことができる。また、表面膜がアーチ状に形成されていることにより、表面膜が平坦な形状である場合よりも、表面膜を透過して発生する電子の軌道を多様化させることができる。これにより、チャンネル内での電子の衝突回数の増加が期待でき、電子増倍率の向上が期待できる。従って、このマイクロチャンネルプレートによれば、イオンフィードバックを抑制しつつ、電子増倍効率の向上を図ることができる。

上記マイクロチャンネルプレートでは、表面膜は、金属の陽極酸化処理により基体と一体に形成されていてもよい。この構成によれば、金属を陽極酸化処理して形成される微細孔構造体をマイクロチャンネルプレートとして利用することができ、マイクロチャンネルプレートの製造を容易化することができる。

上記マイクロチャンネルプレートでは、表面膜の厚みは、基体においてチャンネル間に形成された隔壁部の厚みよりも薄くてもよい。表面膜の厚みを隔壁部の厚みよりも薄くすることで、電子の透過率を高めることができる。一方、隔壁部の厚みを表面膜の厚みよりも厚くすることで、マイクロチャンネルプレートの強度を確保することができる。

本発明の一側面に係る光電子増倍管は、入射光を光電子に変換する光電面と、光電面から放出された光電子を増倍する上記マイクロチャンネルプレートと、上記マイクロチャンネルプレートによって増倍された電子を受ける電子入射面と、を備える。

この光電子増倍管によれば、上述のマイクロチャンネルプレートを用いることにより、イオンフィードバックを抑制しつつ、電子増倍効率の向上を図ることができる。

本発明の一側面に係るイメージインテンシファイアは、入射光を光電子に変換する光電面と、光電面から放出された光電子を増倍する上記マイクロチャンネルプレートと、上記マイクロチャンネルプレートによって増倍された電子を受け、当該電子を光に変換する蛍光面と、を備える。

このイメージインテンシファイアによれば、上述のマイクロチャンネルプレートを用いることにより、イオンフィードバックを抑制しつつ、電子増倍効率の向上を図ることができる。

本発明によれば、イオンフィードバックを抑制しつつ、電子増倍効率の向上を図ることができるマイクロチャンネルプレート、光電子増倍管、及びイメージインテンシファイアを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るイメージインテンシファイアを示す一部断面図である。 図１に示すイメージインテンシファイアの主要部を示す要部拡大断面図である。 一実施形態に係るマイクロチャンネルプレートの斜視図である。 図３に示すマイクロチャンネルプレートの要部拡大断面図である。 一実施形態に係るマイクロチャンネルプレートの製造工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係る光電子増倍管を模式的に示した図である。 本実施形態及び変形例に係るフレーム部材を示す平面図である。 本実施形態及び変形例に係るフレーム部材を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係るマイクロチャンネルプレート、光電子増倍管、及びイメージインテンシファイアの好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るイメージインテンシファイアを示す一部断面図である。また、図２は、図１に示すイメージインテンシファイアの主要部を示す要部拡大断面図である。図１及び図２に示すイメージインテンシファイア１は、筐体２の内部において、光電面（Photocathode）３、マイクロチャンネルプレート４、及び蛍光面５が互いに近接して配置されたイメージインテンシファイアである。

イメージインテンシファイア１の内部は、略中空円柱状をなす筐体２の両端部を略円板状の入射窓１１及び出射窓１２で気密に封止することにより、高真空状態に保持されている。筐体２は、例えば略中空円筒状のセラミック製の側管１３と、側管１３の側部を被覆する略中空円柱状のシリコンゴム製のモールド部材１４と、モールド部材１４の側部及び底部を被覆する略中空円筒状のセラミック製のケース部材１５とによって構成されている。

モールド部材１４の両端部のそれぞれには貫通孔が形成されている。ケース部材１５の一端は開放された状態となっている。ケース部材１５の他端には、モールド部材１４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。モールド部材１４の一端側において、モールド部材１４の一方の貫通孔周辺の表面には、ガラス製の入射窓１１が接合されている。入射窓１１の真空側表面の略中央部分には、薄膜状の光電面３が設けられている。入射窓１１は、例えば石英ガラス等からなる板状部材である。当該板状部材にＫ（カリウム）及びＮａ（ナトリウム）等のアルカリ金属を蒸着することによって光電面３が形成されている。

一方、モールド部材１４の他端側において、モールド部材１４の他方の貫通孔には、出射窓１２が嵌合している。出射窓１２の真空側表面の略中央部分には、薄膜状の蛍光面５が設けられている。出射窓１２は、例えば多数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。ファイバプレートの各光ファイバは、光電面３に対して光軸が直交し、かつ、真空側端面が面一に整合した状態となっている。このファイバプレートの真空側表面に（ＺｎＣｄ）Ｓ：Ａｇ（銀をドープした硫化亜鉛カドミウム）等の蛍光体を塗布することで蛍光面５が形成されている。蛍光面５から出射した光像は、ファイバプレートを通過後、一般にＣＣＤカメラ等の撮像手段によって取得される。なお、この例では、マイクロチャンネルプレート４で増倍された電子を電子入射面である蛍光体で光像に変えて最終的にＣＣＤカメラで撮像しているが、電子入射面として電子打ち込み式固体イメージセンサ（例えばＥＢＣＣＤ）を使用して撮像することも可能である。

なお、蛍光面５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されている。メタルバック層は、例えばＡｌの蒸着によって形成され、マイクロチャンネルプレート４を通過した光に対して比較的高い反射率を有し、かつマイクロチャンネルプレート４からの光電子に対して比較的高い透過率を有している。また、低電子反射率層は、例えばＣ（炭素），Ｂｅ（ベリリウム）等の蒸着によって形成され、マイクロチャンネルプレート４からの光電子に対して比較的低い反射率を有している。

光電面３と蛍光面５との間には、略円板状のマイクロチャンネルプレート４が配置されている。マイクロチャンネルプレート４は、側管１３の内壁に固定された取付部材２１，２２の内縁で支持され、光電面３及び蛍光面と所定の間隔をもって対向した状態となっている。マイクロチャンネルプレート４は、電子を増倍する増倍部として機能し、光電面３で生じた光電子を増倍した後、蛍光面５に向けて出力する。

入射窓１１の真空側表面の周辺領域では、金属製の配線層（不図示）が光電面３に対して電気的に接続されている。この配線層と光電面３との接続にあたっては、側管１３と入射窓１１とで挟持された取付部材２３がモールド部材１４内に延びて固定されている。また、出射窓１２の真空側表面の周辺領域では、金属製の別の配線層（不図示）が蛍光面５に対して電気的に接続されている。この配線層と蛍光面５との接続にあたっては、側管１３とモールド部材１４とで挟持された取付部材２４がモールド部材１４内に延びて固定されている。

取付部材２１〜２４の端部には、例えばコバール金属からなるリード線２５〜２８の一端がそれぞれ接続されている。リード線２５〜２８の他端は、モールド部材１４及びケース部材１５を気密に貫通して外部に突出し、外部電圧源（不図示）に電気的に接続されている。これにより、光電面３、マイクロチャンネルプレート４、及び蛍光面５には、外部電圧源からの所定の電圧が印加される。光電面３とマイクロチャンネルプレート４の入力面４ａ（図２参照）との間には、例えば２００Ｖ程度の電位差が設定され、マイクロチャンネルプレート４の入力面４ａと出力面４ｂ（図２参照）との間には、例えば５００Ｖ〜９００Ｖ程度の電位差が可変に設定される。また、マイクロチャンネルプレート４の出力面４ｂと蛍光面５との間には、例えば６ｋＶ程度の電位差が設定される。

続いて、上述したマイクロチャンネルプレート４について、更に詳細に説明する。図３は、マイクロチャンネルプレートの一例を示す斜視図である。また、図４は、マイクロチャンネルプレートの要部拡大断面図である。

図３及び図４に示すように、マイクロチャンネルプレート４は、基体３１、複数のチャンネル３２、表面膜３３、隔壁部３４、フレーム部材３５、入力電極層３６、及び出力電極層３７を備える。なお、図３においては、入力電極層３６及び出力電極層３７の図示を省略している。基体３１は、入力面（一面）４ａ及び出力面（他面）４ｂを有し、円板状に形成されている。基体３１において、入力面４ａ側から出力面４ｂ側にかけて断面円形状の複数のチャンネル３２が形成されている。チャンネル３２は、チャンネル３２の径が例えば１０ｎｍ〜２μｍとなり、互いに隣接するチャンネル３２同士の中心間距離が例えば２０ｎｍ〜２．５μｍとなるように、平面視でマトリクス状に配置されている。なお、マイクロチャンネルプレート４は、電子増倍器として機能するために、チャンネル３２内の隔壁部３４の表面に図示しない抵抗層及び電子放出層を更に有する。抵抗層及び電子放出層は、既知の方法（例えば原子層堆積法（ALD:Atomic Layer Deposition）等）によって形成される。以降の説明においては、抵抗層及び電子放出層の説明を省略する。

図３及び図４に示すように、表面膜３３は、チャンネル３２ごとに設けられており、チャンネル３２の入力面４ａ側の開口部３２ａを覆う。すなわち、各チャンネル３２の入力面４ａ側の開口部３２ａは、チャンネル３２ごとに設けられた表面膜３３によって塞がれている。表面膜３３は、光電面３から放出された電子をチャンネル３２内に透過させる透過膜として機能する。また、表面膜３３は、イオンフィードバックを抑制するイオンバリア膜としても機能する。イオンフィードバックとは、チャンネル３２の内部で増倍された電子が残留ガスをイオン化し、そのイオンが光電面３に戻ることによりノイズが発生してしまう事象である。

また、表面膜３３は、チャンネル３２の外方（光電面３側）に向かって凸となるアーチ状に形成されている。アーチ状に形成された表面膜３３の表面積は、表面膜３３が平坦な形状である場合よりも増している。これにより、表面膜３３を透過してチャンネル３２内に入射する電子の数を増やすことができる。また、表面膜３３がアーチ状に形成されていることにより、表面膜３３が平坦な形状である場合よりも、表面膜３３を透過して発生する電子の軌道を多様化させることができる。これにより、チャンネル３２内での電子の隔壁部３４への衝突回数の増加が期待でき、電子増倍率の向上が期待できる。

表面膜３３は、金属（本実施形態では一例としてＡｌ）の陽極酸化処理により基体３１と一体に形成されている。本実施形態では、基体３１及び表面膜３３として、Ａｌ基板に対して陽極酸化処理を行うことで形成される微細孔構造体が、例示されている。陽極酸化処理により基体３１及び表面膜３３を形成するために用いられる金属としては、Ａｌ以外に、Ｔａ（タンタル），Ｎｂ（ニオブ），Ｔｉ（チタン），Ｈｆ（ハフニウム），Ｚｒ（ジルコニウム），Ｚｎ（亜鉛），Ｗ（タングステン），Ｂｉ（ビスマス），Ｓｂ（アンチモン）等のバルブ金属等が挙げられる。

本実施形態では一例として、基体３１において、チャンネル３２が一様に形成されている。このため、マイクロチャンネルプレート４の入力面４ａ側の表面形状は、チャンネル３２ごとに設けられた複数の表面膜３３により、アーチ状の山部３３ａと谷部３３ｂとが繰り返し形成された周期構造をなしている。山部３３ａは、表面膜３３の頂部であり、平面視でチャンネル３２の略中央に重なる位置に形成されている。谷部３３ｂは、互いに隣接するチャンネル３２に設けられた表面膜３３同士の境界であり、平面視で隔壁部３４に重なる位置に形成されている。このような周期構造により、表面膜３３を平坦な形状とした場合よりも、マイクロチャンネルプレート４の強度が向上する。その結果、マイクロチャンネルプレート４の使用時に、高い電界が印加されることに起因するマイクロチャンネルプレート４の反り返り等を抑制することができる。

基体３１において、互いに隣接するチャンネル３２間には、入力面４ａから出力面４ｂにかけて延在する隔壁部３４が形成されている。表面膜３３の厚みｄ１は、エッチング処理等が施されることにより、隔壁部３４の厚みｄ２よりも薄くなっている。例えば、表面膜３３の厚みｄ１は１０ｎｍ〜１００ｎｍであり、隔壁部３４の厚みｄ２は１０ｎｍ〜１．０μｍである。表面膜３３の厚みｄ１を隔壁部３４の厚みｄ２よりも薄くすることで、電子の透過率を高めることができる。一方、隔壁部３４の厚みｄ２を表面膜３３の厚みｄ１よりも厚くすることで、マイクロチャンネルプレート４の強度を確保することができる。

図３に示すように、フレーム部材３５は、基体３１の入力面４ａ及び出力面４ｂの周縁部に設けられている。本実施形態では一例として、フレーム部材３５は、基体３１の入力面４ａの周縁部上に形成された円環状の第１フレーム部材３５ａと、基体３１の出力面４ｂの周縁部上に形成された円環状の第２フレーム部材３５ｂと、を有する。

第１フレーム部材３５ａは、低融点ガラスＧによって基体３１の入力面４ａ側の表面（すなわち、基体３１と一体に形成された表面膜３３の表面）に接着されている。また、第２フレーム部材３５ｂは、低融点ガラスＧによって基体３１の出力面４１ｂ側の表面（すなわち、隔壁部３４の出力面４ｂ側の端面）に接着されている。放出ガスの少ない低融点ガラスＧにより基体３１とフレーム部材３５とを接着することで、高真空中での使用に適したマイクロチャンネルプレート４を構成することが可能となる。本実施形態では一例として、基体３１の入力面４ａ及び出力面４ｂを接続する側面４ｃと第１フレーム部材３５ａ及び第２フレーム部材３５ｂの外側面とは、面一となっている。

フレーム部材３５は、チャンネル３２の延在方向から見て複数のチャンネル３２の少なくとも一部に重なるように設けられている。このため、基体３１においてフレーム部材３５が設けられた部分とフレーム部材３５が設けられていない部分との境界面のしなりがチャンネル３２によって許容される。これにより、当該境界面で基体３１が割れることが抑制される。また、マイクロチャンネルプレート４においてフレーム部材３５が設けられた部分の厚みが増すため、マイクロチャンネルプレート４の強度及びハンドリング性を向上させることができる。特に、Ａｌ等の金属の陽極酸化処理により形成された基体３１は極薄となる傾向があるが、フレーム部材３５により、マイクロチャンネルプレート４の強度及びハンドリング性を確保することができる。また、本実施形態では、基体３１の両面にフレーム部材３５（第１フレーム部材３５ａ及び第２フレーム部材３５ｂ）を設けることで、マイクロチャンネルプレート４の強度及びハンドリング性を一層向上させている。

フレーム部材３５は、基体３１と略同等の熱膨張係数を有する。フレーム部材３５は、例えば基体３１と同様の組成を有するセラミック部材である。このように基体３１及びフレーム部材３５の熱膨張係数を略同等とすることで、熱膨張時における基体３１及びフレーム部材３５のひずみを軽減することができる。その結果、マイクロチャンネルプレート４の強度を一層向上させることができる。

フレーム部材３５の厚みＤ１は、基体３１の厚みＤ２よりも厚くなっている。例えばチャンネル３２の径が１．５μｍであって、マイクロチャンネルプレート４として好適なアスペクト比４０を確保したい場合、基体３１の厚みＤ２は、６０μｍに設定され、第１フレーム部材３５ａ及び第２フレーム部材３５ｂの厚みＤ１は、例えば１００μｍ以上に設定される。フレーム部材３５の厚みＤ１を基体３１の厚みＤ２よりも十分に厚くすることで、マイクロチャンネルプレート４の強度及びハンドリング性を一層向上させることができる。

図４に示すように、基体３１の入力面４ａ側の表面（すなわち、表面膜３３の表面）には、入力電極層３６が設けられている。また、基体３１の出力面４ｂ側の表面（すなわち、隔壁部３４の出力面４ｂ側の端部表面）には、出力電極層３７が設けられている。入力電極層３６及び出力電極層３７は、マイクロチャンネルプレート４の入力面４ａと出力面４ｂとの間に所定の電圧を印加するための層である。入力電極層３６及び出力電極層３７は、例えばＩｎ_２Ｏ_３（酸化インジウム）及びＳｎＯ_２（酸化スズ）からなるＩＴＯ（酸化インジウムスズ）膜、ネサ膜、ニクロム膜、インコネル（登録商標）膜等の蒸着によって形成されている。入力電極層３６及び出力電極層３７の厚さは、例えば１０〜１００ｎｍ程度である。

入力電極層３６は、例えば基体３１の入力面４ａ側の表面上に第１フレーム部材３５ａが設けられた後に上述の蒸着がされることで、第１フレーム部材３５ａ、及び表面膜３３の光電面３側に露出した部分を薄く覆うように形成されている。入力電極層３６の一部が、取付部材２１と接続されることで、入力電極層３６は、外部電圧源（不図示）に電気的に接続される。

なお、マイクロチャンネルプレート４の第１フレーム部材３５ａが設けられた部分が取付部材２１に支持される場合、すなわち第１フレーム部材３５ａが設けられた部分で外部電圧源とのコンタクトを取る場合には、上述のように、入力電極層３６は、表面膜３３の光電面３側に露出した部分とともに第１フレーム部材３５ａの表面にも設けられる。一方、マイクロチャンネルプレート４の第１フレーム部材３５ａが設けられていない部分が取付部材２１に支持される場合、すなわち第１フレーム部材３５ａが設けられていない部分で外部電圧源とのコンタクトを取る場合には、入力電極層３６を第１フレーム部材３５ａの表面に設けなくてもよい。

出力電極層３７は、例えば基体３１の出力面４ｂ側の表面上に第２フレーム部材３５ｂが設けられた後に上述の蒸着がされることで、第２フレーム部材３５ｂ、及び隔壁部３４の蛍光面５側に露出した部分を薄く覆うように形成されている。出力電極層３７の一部が、取付部材２２と接続されることで、出力電極層３７は、外部電圧源（不図示）に電気的に接続される。

なお、マイクロチャンネルプレート４の第２フレーム部材３５ｂが設けられた部分が取付部材２２に支持される場合、すなわち第２フレーム部材３５ｂが設けられた部分で外部電圧源とのコンタクトを取る場合には、上述のように、出力電極層３７は、隔壁部３４の蛍光面５側に露出した部分とともに第２フレーム部材３５ｂの表面にも設けられる。一方、マイクロチャンネルプレート４の第２フレーム部材３５ｂが設けられていない部分が取付部材２２に支持される場合、すなわち第２フレーム部材３５ｂが設けられていない部分で外部電圧源とのコンタクトを取る場合には、出力電極層３７を第２フレーム部材３５ｂの表面に設けなくてもよい。

続いて、図５を用いて、マイクロチャンネルプレート４の製造方法について説明する。

図５の（ａ）に示すように、上述の構成を有するマイクロチャンネルプレート４を製造する場合、まず金属基板９０（本実施形態では一例としてＡｌ基板）を用意する。続いて、図５の（ｂ）に示すように、金属基板９０に対して陽極酸化処理を行うことで、金属基板９０を表面から酸化させ、複数のチャンネル３２を有する陽極酸化皮膜９１を形成する。ここで、陽極酸化処理の方法としては、公知の方法（例えば特許３６７５３２６号公報に記載の手法）を用いることができる。

続いて、図５の（ｃ）に示すように、陽極酸化皮膜９１を金属基板９０から剥離する。剥離された陽極酸化皮膜９１において、チャンネル３２の底部は、表面膜３３によって塞がれている。続いて、図５の（ｄ）に示すように、陽極酸化皮膜９１に対してエッチング処理等を行うことで、表面膜３３の厚みとチャンネル３２間に存在する隔壁部３４の厚みを、マイクロチャンネルプレート４として使用するのに適した厚さまで薄くする。これにより、マイクロチャンネルプレート４における基体３１（当該基体３１と一体的に形成された表面膜３３を含む）が得られる。

続いて、図５の（ｅ）に示すように、基体３１の入力面４ａ側の表面（すなわち、基体３１と一体に形成された表面膜３３の表面）に第１フレーム部材３５ａを低融点ガラスＧによって接着する。また、基体３１の出力面４ｂ側の表面（すなわち、隔壁部３４の出力面４ｂ側の端面）に第２フレーム部材３５ｂを低融点ガラスＧによって接着する。続いて、基体３１及びフレーム部材３５（第１フレーム部材３５ａ及び第２フレーム部材３５ｂ）を焼成した後に、例えばＩｎ_２Ｏ_３及びＳｎＯ_２からなるＩＴＯ膜、ネサ膜、ニクロム膜、インコネル（登録商標）膜等を、基体３１の入力面４ａ側及び出力面４ｂ側のそれぞれに蒸着する。これにより、入力電極層３６及び出力電極層３７が形成される。以上により、上述したマイクロチャンネルプレート４が得られる。なお、上述した通り、マイクロチャンネルプレート４は、電子増倍器として機能するために、チャンネル３２内の隔壁部３４の表面に図示しない抵抗層及び電子放出層を更に有する。抵抗層及び電子放出層の形成には、既知の方法（例えば原子層堆積法（ALD:Atomic Layer Deposition）等）を用いることができる。抵抗層及び電子放出層の形成は、入力電極層３６及び出力電極層３７を形成する電極層形成工程前に行われてもよいし、電極層形成工程後に行われてもよい。

以上述べたように、マイクロチャンネルプレート４では、チャンネル３２の入力面４ａ側の開口部３２ａを覆う表面膜３３が、チャンネル３２内に電子を透過させる透過膜として機能するとともにイオンフィードバックを抑制するイオンバリア膜として機能する。また、表面膜３３が、チャンネル３２の外方に向かって凸となるアーチ状に形成されていることにより、表面膜３３の表面積は、表面膜３３が平坦な形状である場合よりも増している。これにより、表面膜３３を透過してチャンネル内に入射する電子の数を増やすことができる。また、表面膜３３がアーチ状に形成されていることにより、表面膜３３が平坦な形状である場合よりも、表面膜を透過して発生する電子の軌道を多様化させることができる。これにより、チャンネル３２内での電子の衝突回数の増加が期待でき、電子増倍率の向上が期待できる。従って、このマイクロチャンネルプレート４によれば、イオンフィードバックを抑制しつつ、電子増倍効率（Ｐ／Ｖ特性）の向上を図ることができる。

また、マイクロチャンネルプレート４では、表面膜３３は、Ａｌ（金属）の陽極酸化処理により基体３１と一体に形成されている。この構成によれば、Ａｌを陽極酸化処理して形成される微細孔構造体をマイクロチャンネルプレート４として利用することができ、マイクロチャンネルプレート４の製造を容易化することができる。

また、イメージインテンシファイア１は、入射光を光電子に変換する光電面３と、光電面３から放出された光電子を増倍するマイクロチャンネルプレート４と、マイクロチャンネルプレート４によって増倍された電子を受け、当該電子を光に変換する蛍光面５と、を備える。このイメージインテンシファイア１によれば、上述のマイクロチャンネルプレート４を用いることにより、イオンフィードバックを抑制しつつ、電子増倍効率の向上を図ることができる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、マイクロチャンネルプレート４をイメージインテンシファイア１に設けたが、マイクロチャンネルプレート４は、光電子増倍管に利用されてもよい。図６は、マイクロチャンネルプレート４を備える光電子増倍管の一例を模式的に示した図である。図６に示すように、光電子増倍管１００は、真空容器１０１の内部に上記実施形態で示した光電面３及びマイクロチャンネルプレート４と、マイクロチャンネルプレート１０２及びアノード（電子入射面）１０３とを設けた構成となっている。その他の構成部材については図示及び説明を省略する。この光電子増倍管１００は、一例として２段のマイクロチャンネルプレートを備えている。１段目のマイクロチャンネルプレートは、上述したマイクロチャンネルプレート４であり、２段目のマイクロチャンネルプレートは、チャンネルが入力面側から出力面側にかけて貫通した従来の貫通型のマイクロチャンネルプレート１０２である。

具体的には、この光電子増倍管１００では、マイクロチャンネルプレート４は、光電面３の後方に設けられ、光電面３から放出された光電子を増倍する。また、マイクロチャンネルプレート１０２は、マイクロチャンネルプレート４の後方に設けられ、マイクロチャンネルプレート４によって増倍された光電子をさらに増倍する。アノード１０３は、マイクロチャンネルプレート１０２の後方に設けられ、マイクロチャンネルプレート４及びマイクロチャンネルプレート１０２によって増倍された電子を受ける。アノード１０３は、このようにして収集した電子を電流として、リード線１０４を介して外部へ取り出す。この光電子増倍管１００によれば、上述のマイクロチャンネルプレート４を用いることにより、イオンフィードバックを抑制しつつ、電子増倍効率の向上を図ることができる。なお、上記例では、マイクロチャンネルプレートを２段構成にする例について説明したが、マイクロチャンネルプレートの段数はこれに限られず、上述したマイクロチャンネルプレート４のみの１段構成としてもよいし、３段以上の構成としてもよい。

また、上記実施形態において、表面膜３３は、複数のチャンネル３２のうち一部のチャンネル３２にのみ設けられてもよい。例えば、基体３１において表面膜３３を残したい部分をマスキングしてエッチング処理を行うことで、一部のチャンネル３２にのみ表面膜３３が設けられたマイクロチャンネルプレートを得ることができる。このマイクロチャンネルプレートでは、表面膜３３が設けられたチャンネル３２におけるイオンフィードバックの影響を抑制できるとともに、表面膜３３が設けられないチャンネル３２においてチャンネル３２内を通過する電子の数を増やすことで電子増倍効率を高めることができる。

図７は、基体３１の入力面４ａの周縁部に設けられたフレーム部材の例を示す図である。上記実施形態では、図７の（ａ）に示すように、基体３１の周縁部に沿った円環状のフレーム部材３５について説明した。しかし、フレーム部材の平面形状は、これに限られず、図７の（ｂ）〜（ｊ）に示すような形状であってもよい。例えば図７の（ｂ）〜（ｈ）に示す変形例に係るフレーム部材４１〜４７のように、フレーム部材は、基体３１の入力面４ａの周縁部の少なくとも一部に設けられてもよい。なお、図７の（ｂ）〜（ｊ）に示すフレーム部材４１〜４９は、基体３１の入力面４ａ側に設けられてもよいし、基体３１の出力面４ｂ側に設けられてもよいし、基体３１の両面に設けられてもよい。

図７の（ｂ）に示すように、変形例に係るフレーム部材４１は、基体３１の一方面（この例では入力面４ａ）の周縁部に沿って略等間隔に配置された複数の小片部材４１ａから構成されている。また、図７の（ｃ）に示すように、変形例に係るフレーム部材４２は、それぞれ基体３１の周縁部に沿った円弧状の４つの小片部材４２ａから構成されている。ここで、４つの小片部材４２ａは、基体３１に対して垂直かつ基体３１の中心を通る軸線回りに９０°間隔に配置されている。また、図７の（ｄ）に示すように、変形例に係るフレーム部材４３は、図７の（ｃ）に示した４つの小片部材４２ａのそれぞれをさらに複数（一例として５つ）の小片部材４３ａに分けた構成となっている。

また、図７の（ｅ）に示すように、変形例に係るフレーム部材４４は、それぞれ基体３１の周縁部に沿った円弧状の２つの小片部材４４ａから構成されている。ここで、２つの小片部材４４ａは、基体３１に対して垂直かつ基体３１の中心を通る軸線回りに１８０°間隔に配置されている。また、図７の（ｆ）に示すように、変形例に係るフレーム部材４５は、図７の（ｅ）に示した２つの小片部材４４ａのそれぞれをさらに複数（一例として５つ）の小片部材４５ａに分けた構成となっている。

また、図７の（ｇ）に示すように、変形例に係るフレーム部材４６は、それぞれ直線状に延びる４つの小片部材４６ａから構成されてもよい。ここで、４つの小片部材４６ａは、基体３１に対して垂直かつ基体３１の中心を通る軸線回りに９０°間隔に配置されている。また、図７の（ｈ）に示すように、変形例に係るフレーム部材４７は、それぞれ直線状に延びる２つの小片部材４７ａから構成されてもよい。ここで、２つの小片部材４７ａは、基体３１に対して垂直かつ基体３１の中心を通る軸線回りに１８０°間隔に配置されている。

また、図７の（ｉ）に示すように、変形例に係るフレーム部材４８は、平面視で四角環状に形成されており、各辺の中央部が基体３１の一方面（この例では入力面４ａ）の周縁部の少なくとも一部に接着されている。また、図７の（ｊ）に示すように、変形例に係るフレーム部材４９は、基体３１の周縁部に沿った円環状のメインフレーム４９ａと、当該メインフレーム４９ａに接続されて基体３１の一方面を格子状に覆う格子部材４９ｂとから構成されている。このフレーム部材４９は、例えば基体３１の面積が大きい場合（例えば基体３１の直径が５０ｍｍ程度である場合等）に、マイクロチャンネルプレート４の強度を確保するのに適している。

また、上記実施形態では、図８の（ａ）に示すように、基体３１の側面４ｃと第１フレーム部材３５ａ及び第２フレーム部材３５ｂの外側面とが面一となる形態について説明した。しかし、フレーム部材の側面形状は、これに限られず、図８の（ｂ）〜（ｆ）に示すような形状であってもよい。なお、図８においては、基体及びフレーム部材のみを模式的に示す。

図８の（ｂ）に示すように、変形例に係るフレーム部材５１は、基体３１の入力面４ａ側の周縁部の少なくとも一部に設けられた第１フレーム部材５１ａと基体３１の出力面４ｂ側の周縁部の少なくとも一部に設けられた第２フレーム部材５１ｂとを有している。第１フレーム部材５１ａ及び第２フレーム部材５１ｂの外側面は、基体３１の側面４ｃよりも外側に突出しており、第１フレーム部材５１ａ及び第２フレーム部材５１ｂは、それぞれ基体３１の側面４ｃの少なくとも一部を覆う側壁部５１ｃに接続されている。すなわち、第１フレーム部材５１ａ、第２フレーム部材５１ｂ、及び側壁部５１ｃは、断面コ字状に一体的に形成されている。この構成によれば、側壁部５１ｃにより基体３１の側面４ｃを支持することができるため、マイクロチャンネルプレート４の強度及びハンドリング性をより一層向上させることができる。

また、図８の（ｃ）に示すように、変形例に係るフレーム部材５２は、２つのフレーム部材（第１フレーム部材５２ａ及び第２フレーム部材５２ｂ）に分かれている点で、上記フレーム部材５１と相違する。具体的には、フレーム部材５２は、上記フレーム部材５１における側壁部５１ｃが、第１フレーム部材５１ａと一体的に形成された部分と、第２フレーム部材５１ｂと一体的に形成された部分とに分割されている点で、上記フレーム部材５１と相違する。

また、図８の（ｄ）に示すように、変形例に係るフレーム部材５３は、上記実施形態に係る第１フレーム部材３５ａのみを有し、第２フレーム部材３５ｂを有さない構成となっている。なお、フレーム部材の構成としては、上記実施形態に係る第２フレーム部材３５ｂのみを有し、第１フレーム部材３５ａを有さない構成を採用してもよい。

また、図８の（ｅ）に示すように、変形例に係るフレーム部材５４は、基体３１の入力面４ａの周縁部の少なくとも一部に設けられたフレーム部材５４ａと、基体３１の側面４ｃの少なくとも一部を覆う側壁部５４ｂとが一体的に形成された構成をなしている。なお、これとは異なり、フレーム部材の構成として、基体３１の出力面４ｂ側の周縁部の少なくとも一部に設けられたフレーム部材と、基体３１の側面４ｃの少なくとも一部を覆う側壁部とが一体的に形成された構成を採用してもよい。

また、図８の（ｆ）に示すように、光電面３側に配置される１段目のマイクロチャンネルプレート１０Ａとマイクロチャンネルプレート１０Ａよりも蛍光面５側に配置された２段目のマイクロチャンネルプレート１０Ｂとを重ねた２段構成とする場合を考える。この例では、マイクロチャンネルプレート１０Ａは、基体３１Ａと、基体３１Ａの入力面４ａの周縁部に設けられたフレーム部材５５Ａと、を有する。また、マイクロチャンネルプレート１０Ｂは、基体３１Ｂと、基体３１Ｂの出力面４ｂの周縁部に設けられたフレーム部材５５Ｂと、を有する。

基体３１Ａと基体３１Ｂとの間には、基体３１Ａの出力面４ｂの周縁部に接着されるとともに、基体３１Ｂの入力面４ａの周縁部に接着されるフレーム部材５５Ｃが設けられている。フレーム部材５５Ｃにより、基体３１Ａと基体３１Ｂとが適切に支持される。なお、このような２段構成においては、上記実施形態の表面膜３３を備えるマイクロチャンネルプレート４は、１段目のマイクロチャンネルプレート１０Ａとして用いることができる。

なお、上記実施形態において、例えばフレーム部材を設ける方法以外でマイクロチャンネルプレートの強度及びハンドリング性を確保できる場合等には、マイクロチャンネルプレートは、フレーム部材を備えなくてもよい。

１…イメージインテンシファイア、３…光電面、４，１０Ａ，１０Ｂ…マイクロチャンネルプレート、４ａ…入力面、４ｂ…出力面、４ｃ…側面、５…蛍光面、３１…基体、３２…チャンネル、３２ａ…開口部、３３…表面膜、３４…隔壁部、３５…フレーム部材、３５ａ…第１フレーム部材、３５ｂ…第２フレーム部材、３６…入力電極層、３７…出力電極層、４１〜４９，５１〜５４，５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃ…フレーム部材、５１ｃ…側壁部、１００…光電子増倍管、１０３…アノード（電子入射面）。

Claims (5)

1. 一面及び他面を有する基体と、
   前記基体の前記一面から前記他面にかけて形成された複数のチャンネルと、
   前記チャンネルごとに設けられ、前記チャンネルの前記一面側の開口部を覆う表面膜と、を備え、
   前記表面膜は、前記チャンネルの外方に向かって凸となるアーチ状に形成されている、
   マイクロチャンネルプレート。
2. 前記表面膜は、金属の陽極酸化処理により前記基体と一体に形成されている、
   請求項１記載のマイクロチャンネルプレート。
3. 前記表面膜の厚みは、前記基体において前記チャンネル間に形成された隔壁部の厚みよりも薄い、
   請求項１又は２記載のマイクロチャンネルプレート。
4. 入射光を光電子に変換する光電面と、
   前記光電面から放出された光電子を増倍する請求項１〜３のいずれか一項記載のマイクロチャンネルプレートと、
   前記マイクロチャンネルプレートによって増倍された電子を受ける電子入射面と、
   を備える光電子増倍管。
5. 入射光を光電子に変換する光電面と、
   前記光電面から放出された光電子を増倍する請求項１〜３のいずれか一項記載のマイクロチャンネルプレートと、
   前記マイクロチャンネルプレートによって増倍された電子を受け、当該電子を光に変換する蛍光面と、
   を備えるイメージインテンシファイア。

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