JPH03227395A - イメージ管およびテレビカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はイメージ管およびテレビカメラに関し、特に残
像特性および解像特性の改善されたイメージ管に関する
。

（従来の技術） イメージ管は微弱な光像を明るい光像に増強する機能を
有する電子管で、通常は可視光像を入力対象とする。特
殊なものでは入力光像をＸ線像、赤外線像、もしくは紫
外線像等の不可視光像を対象とするものもある。近年、
イメージ管を光増幅器として撮像装置に結合し、高感度
テレビカメラとして用いることが提案され、一部実用化
されている。このような用途のイメージ管としては、入
射光像をその明暗に応じて電子像に変換する光電面と、
増幅された電子像を光像に変換する蛍光面とを備えた２
極のイメージ管が一般的に用いられている。中には、電
子増倍機能を有する二次電子増倍素子（通称、マイクロ
チャンネルプレート）を備えたものも用いられている。

イメージ管の蛍光面として、明るさの点でも最も優れる
ＺｎＳ系やＺｎＣｄ５系が専ら用いられてきた。

これら蛍光体を使用したイメージ管と撮像装置を組み合
わせたテレビカメラは、撮像装置単独のテレビカメラに
比較して、実効的に約１０倍の感度が得られている。し
かしながらその反面、残像が長いと言うテレビカメラと
して致命的な欠点を有することが明かとなった。すなわ
ち、上記蛍光体は、数ナノアンペア程度の微小刺激電流
では、減衰量が刺激停止後５０ミリ秒において初期の５
〜６％であることが観測された。従ってこれらの蛍光体
をイメージ管に用いると、応答特性の極端な悪化をもた
らすことになる。

これを解決するために特公昭６０−１０１１７７号公報
に開示のＬｎ２Ｏ２Ｓ　：丁す蛍光体（Ｌｎ＝Ｌａ、　
Ｇｄ、　Ｙ）あるいは、特公昭６３−３５１８８号公報
に開示のＬｎ２０．Ｓ　：Ｅｕ蛍光体（Ｌｎ＝Ｌａ、　
Ｇｄ＊　Ｙ）を出力蛍光面とする残光特性の優れたイメ
ージ管が知られている。

一方、従来電子管方式による撮像装置に替わり、近年の
半導体集積技術により開発・実用化された固体撮像素子
の普及がめざましい。固体撮像素子は、高性能、高信頼
性、小型、軽量、省電力・堅牢等の特徴を有しており、
今後益々の進展が期待されている。

（発明が解決しようとする課題） このような撮像装置の技術的進展に呼応して、イメージ
管とこれらの撮像素子を組合せて小型軽量の機動性を活
かした高感度のテレビカメラへの応用が試みられている
。上記特公昭６０−１０１１７７号公報や特公昭６３−
３５１８８号公報に記載のイメージ管は、ＺｎＳ系やＺ
ｎＣｄ５蛍光体を出力面としたイメージ管に比べ残光特
性の点で改善されているものの、固体撮像素子を受光素
子とした場合において出力特性がなお不満足であった。

本発明者は、固体撮像素子の分光感度特性を精密に測定
した後１種々蛍光体の発光特性との整合性を、計算機シ
ミュレーションにより詳細に検討した。第１図に得られ
た固体撮像素子の分光感度特性の一例を示す。検討の結
果、特公昭６０−１０１１７７号公報、及び特公昭６３
−３５１８８号公報に開示されている。Ｌｎ、Ｏ□Ｓ　
：　Ｔｂ蛍光体及びＬｎ２Ｏ２Ｓ：　Ｅｕ蛍光体を混合
して成る蛍光体を用いることにより。

出力特性を最大にしうろことがわかった。ところが、こ
れらの混合蛍光体は次の点で実用に供せないことが実装
試験により明らかとなった。即ち、イメージ管用として
発明されたこれらの蛍光体は微粒子であるため、単分散
化が極めて困難であり、均一に混合することが不可能で
ある。従って、これらを用いたイメージ管は、蛍光面内
の蛍光体が不均一に分布するため発光出力にムラを生じ
たり、蛍光体の凝集による解像特性の劣化を引き起こす
等の欠点を有していた。

本発明は、固体撮像素子等の小型軽量を活かした機動性
に富む高感度テレビカメラを実現するために、残像特性
に優れ、かつ解像特性の改善されたイメージ管およびこ
れを用いたテレビカメラを提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（ｉ１題を解決するための手段と作用）本発明は係るイ
メージ管は一般式が下式で表され、かつ平均粒径が０．
５〜３．５ミクロンである蛍光体を出力面に形成したこ
とを特徴とする。

Ｌｎ、−ｙ−ｙＥｕｙＴｂｙｏ□Ｓ （但し、Ｘは５Ｘ１、０−’≦Ｘ≦Ｉ　Ｘｌ０−１、　
ｙは２ＸＩＯ−’≦ｙ≦１×１０−１グラム原子であり
、がっ１×１０−３≦ｘ　＋　ｙ≦１×１０−１の値で
あり、　ＬｎはＬａ。

ＧｄまたはＹのうちの少なくとも一種の元素。）さらに
本発明のテレビカメラは、上記イメージ管と、このイメ
ージ管により得られた光学像を電気信号に変換する撮像
手段とを具備することを特徴とするものである。

本発明に係るイメージ管の出力蛍光面は、低刺激電流下
においても、その残光特性は陰極線管で通常用いられて
いる刺激電流下の場合と変わらない。しかもその残像は
、例えば刺激停止後２ミリ秒において２〜３％以下と良
好である。

更に、解像特性として、振幅変潤度５０％において３５
０テレビ本以上という優れた解像度を有している。　こ
れは、混合蛍光体の場合の２８０テレビ本に比入大幅に
改善され、実用上十分な解像特性である。また、蛍光体
の粒子径および分布状態が解像特性を左右することは言
うまでもないが、ＥｕとＴｂを共付活した同一母体の蛍
光体であるため、混合量光体のような粒子径の不均一性
は極力抑えられる。解像特性向上の直接的手段として、
蛍光体の小粒子化が必要であるが、一方で蛍光体の発光
効率の低下を招くことも周知の通りである。従って、実
用上十分な発光効率を有しかつ良好なる解像特性の点か
ら蛍光体の平均粒径の望ましい範囲が規定されることと
なる。

本発明者は、以上のような観点から共付活剤濃度の最適
化、平均粒径と成膜性及び解像特性の最適化等を鋭意検
討の結果、上記蛍光体からなる出力蛍光面を形成したイ
メージ管及びテレビカメラが、高出力かつ解像特性の優
れることを見い出し本発明に至った。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。

第２図は本発明に係る一実施例のイメージ管（１０）の
断面図を示し、ガラスプレート（１１）には光電面（１
２）が、またファイバーオプティクスフェースプレート
（１３）には蛍光面（１４）が形成され１両プレート（
１１）、　（１３）は光電面（１２）、蛍光面（１４）
と対向する様に配置され、支持金具（１５）、　（１６
）及び絶縁環体（１７）を介して気密封着されている。

イメージ管内部は高真空に保たれ、動作時には、光電面
に１０ｋＶ内外の電圧が印加される。入射光像が光電面
に結像されるとその各部から入射光像に比例した光電子
が放出され、光電子は加速されたのち、蛍光面に衝突・
励起し発光する。蛍光面に再生された、入射光像よりも
明るい光像はファイバーオプティクスフェースプレート
より管外に導かれ出力像となる。

第３図は、本発明のイメージ管を使用した具体例のテレ
ビカメラ（２２）である。上述したイメージ！（１０）
は、ファイバーオプティクスフェースプレート（１３）
と固体撮像素子（２０）の入射面（２１）とを対向させ
て結合される。ここに用いられる固体撮像素子としては
、シリコン基板上に光電変換・蓄積部及び電荷（信号）
転送部を高密度集積した電荷結合型撮像素子である。

本発明に係るＬｎ２−ｙ−ｙＥｕｙＴｂｙｏ、Ｓ　（Ｌ
ｎ：＝Ｌａ、　Ｇｄ＋Ｙ）蛍光体において、付活剤濃度
Ｘ及びｙは撮像装置の分光感度特性及び発光効率の観点
からＸは５Ｘ１０−４≦ｘ≦１×１０−１、ｙは２Ｘ１
０−’≦ｙ≦１ｘ　ｔｏ−１グラム原子であり、か−）
　１　ｘ　１０−’≦ｘ＋ｙ≦１×１０−１の値が望ま
しい。

またこれらの付活剤濃度範囲において、実用上十分な残
光特性が得られる６本発明及び従来品のイメージ管の残
光特性を第１表に示す。第１表は、面照度０．０５ルク
スの光源による残光特性であり、励起停止直後のイメー
ジ管出力を１００とした際の、経過時間に対する相対出
力を示している。実施例１は本発明に係るｙ、　、　９
　Ｓ　Ｅｕ０．。３丁す。、。２０□Ｓ蛍光体及び実施
例２とＹｌ、９９ＥｕＯ１ＯＩ＋９　０＋００１０２５
蛍光体を用ｂ いたイメージ管の残光特性であり、従来例１はＺｎＳ：
Ｃｕ、ＣＱ蛍光体を用いたイメージ管、従来例２はＹｌ
、’１７Ｅｕ０．０３０２Ｓ及びｙｌ、、、Ｔｂ、、、
２ｏ□ｓ蛍光体を混合して成る蛍光体を用いたイメージ
管の残光特性である。本発明に係るイメージ管は従来例
に比べ同等以上の残光特性であることがわかる。また立
ち上がり特性についても同様に良好な特性であった。

第 表 以下に示す第２表は、イメージ管の５０％振幅変調度及
び第１図に示した固体撮像素子と結合して成るテレビカ
メラの相対出力値を、本発明に係る蛍光体と従来例の比
較を示したものである。ここで、５０％振幅変調度とは
振幅変調度が５０％となるテレビ本数を表す。第、２表
中、従来例３〜９は、実施例３〜９に対応した蛍光体と
同種の付活剤を単独で含有しかつ等しい付活剤濃度の蛍
光体二種を用い、イメージ管出力を最大にするべく調合
した混合蛍光体である。同表より明らかなように、従来
例に比べ解像特性・出力特性ともに改善されている。

（以下余白） 第 表 以下に示す第３表は、Ｙ□、５ｓＥｕｏ、ｏｉＴｂｏ、
＋＋ｚＯｚＳ蛍光体の５０％振幅変調度と平均粒径の関
係である。

平均粒径が３．５ミクロン以下であれば、実用上十分な
解像特性であり、かつ成膜性の優れた蛍光面を得ること
が出来る。一方、平均粒径が０．５ミクロン以下の蛍光
体では解像特性は良好であるが、微粒径子化に伴う発光
効率の低下を招き好ましくない。これらの傾向は、本発
明に係る蛍光体全てに共通していた。従って、本発明で
は用いる蛍′光体の平均粒径を０．５〜３．５ミクロン
に規定して、その効果を発揮するものである。

（以下余白） 第 表 平均粒径が２．５ミクロンのＹ１＋９ＳＥｕＯ＊。Ｊｂ
ｏ、０２Ｏ□Ｓ蛍光体を沈降法にてファイバーオプティ
レスフェースプレート上に沈着させ蛍光面とし、この膜
上にアルミニウムメタルバック層を形成して出力蛍光面
を作製した。これをイメージ管に組み込み、前述の電荷
結合型撮像素子に結合しイメージ管特性の評価を行った
。イメージ管単独の残光特性は、イメージ管入力面照度
０．０５ルクスの低照度で入射光遮断後２ミリ秒で１％
以下であった。

方、解像特性は振幅変調度５０％において３５０テレビ
本であった。またイメージ管出力は、蛍光面全体で均一
であることが確認された。

なお本発明は第２図に示した以外の形のイメージ管、ま
たは、電荷結合型以外の固体撮像素子や従来の電子管式
撮像素子にも適用できることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

本発明のイメージ管は残像特性及び解像特性が良好であ
り、特に本発明のイメージ管を固体撮像素子と結合した
テレビカメラは、撮像素子単独で使用した場合に比べ高
感度であり、かつイメージ管付加による残像特性や解像
特性の劣化のない優れた特性を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電荷結合撮像素子の分光特性の一例を示す図、
第２図は本発明のイメージ管の一実施例を示す要部拡大
断面図、第３図はイメージ管と固体撮像素子とを結合し
たテレビカメラを示す要部拡大図である。 （１０）・・・イメージ管　　　（１１）・・・ガラス
プレート（１２）・・・光電面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　一般式が下式で表され、かつ平均粒径が０．５
   〜３．５ミクロンである蛍光体を出力面に形成したこと
   を特徴とするイメージ管。 Ｌｎ＿２＿−＿ｘ＿−＿ｙＥｕ＿ｘＴｂ＿ｙＯ＿２Ｓ（
   但し、ｘは５×１０＾−＾４≦ｘ≦１×１０＾−＾１、
   ｙは２×１０＾−＾４≦ｙ≦１×１０＾−＾１グラム原
   子であり、かつ１×１０＾−＾３≦ｘ＋ｙ≦１×１０＾
   −＾１の値であり、ＬｎはＬａ、ＧｄまたはＹのうちの
   少なくとも一種の元素。）
2. （２）　請求項１記載のイメージ管と、このイメージ管
   により得られた光学像を電気信号に変換する撮像手段と
   を具備することを特徴とするテレビカメラ。