JPH10172458A - イメージインテンシファイア - Google Patents

イメージインテンシファイア

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JPH10172458A
JPH10172458A JP8346708A JP34670896A JPH10172458A JP H10172458 A JPH10172458 A JP H10172458A JP 8346708 A JP8346708 A JP 8346708A JP 34670896 A JP34670896 A JP 34670896A JP H10172458 A JPH10172458 A JP H10172458A
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JP
Japan
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incident
phosphor
optical fiber
electrons
fiber plate
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JP8346708A
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English (en)
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Hideki Suzuki
英樹 鈴木
Minoru Kondo
稔 近藤
Masuyasu Ito
益保 伊藤
Yoshitoshi Ishihara
良俊 石原
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Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
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Publication date
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B6/04—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres
    • G02B6/06—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres the relative position of the fibres being the same at both ends, e.g. for transporting images
    • G02B6/08—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres the relative position of the fibres being the same at both ends, e.g. for transporting images with fibre bundle in form of plate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J29/00—Details of cathode-ray tubes or of electron-beam tubes of the types covered by group H01J31/00
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J29/00—Details of cathode-ray tubes or of electron-beam tubes of the types covered by group H01J31/00
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    • H01J29/89—Optical or photographic arrangements structurally combined or co-operating with the vessel
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 強いスポット光に対しても出力分解能を向上
させたイメージインテンシファイアを提供する。 【解決手段】 イメージインテンシファイアで用いられ
る光ファイバプレート４において、コア部４２の入射面
側は、クラッド部４３に対して彫り込まれて凹部４４が
形成され、凹部４４の底には、蛍光体４５が充填されて
いる。蛍光体４５の表面には、メタルバック層４６が形
成されている。クラッド部４３は、蛍光体４５表面から
入射面方向に突出している。クラッド部４３の突出した
部分の表面には、金属膜４７が形成されている。これに
より、メタルバック層４６や金属膜４７で反射した電子
はクラッド部４３の突出した壁面で遮られるため、再び
メタルバック層４６に入射して蛍光体４５に衝突する量
が減り、ハロー現象が抑えられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】本発明は、イメージインテン
シファイアに関する。
【従来の技術】一般的な近接型イメージインテンシファ
イアの構造図を図２に示す。図２に示すイメージインテ
ンシファイアは、光入射面側から順に光電面１、ＭＣＰ
（マイクロチャネルプレート）２、光ファイバプレート
４が並んで構成され、光ファイバプレートの入射面側に
出力蛍光面３が形成されている。光電面１の入射面に光
が入射すると、光電変換により光電面１の入射面と反対
の面から電子が射出される。この電子は、ＭＣＰ２によ
り加速、増幅されて蛍光面３にあたり、蛍光を発する。
この光を光ファイバプレート４により出力側へ導き、入
射光を増幅した出力光を得る。近接型イメージインテン
シファイアでは、蛍光面３とＭＣＰ２を接近させること
により、画像の再現性を高め、コンパクト化している。
イメージインテンシファイアの出力分解能を向上させる
ために出力蛍光面の改良についての種々の提案がなされ
ている。その一つとして、特開昭６２−２５２０４３号
の発明が挙げられる。これは、図３に示すように、光フ
ァイバプレート４の入射面側のコア部４２にクラッド部
４３に対する凹部４４を形成して、この凹部４４に蛍光
体４５を充填し、その表面にメタルバック層４６を形成
するものである。これにより、光ファイバプレートの入
射面側の表面全体に蛍光体を充填させた場合に比べて、
蛍光体４５で発生した光がコア部４２へ入射する割合が
高く、クラッド部４３への光吸収も低減できるため、伝
送効率が向上して解像度も向上する。
【発明が解決しようとする課題】しかし、出力蛍光面上
で電子が反射することによって生ずる以下の問題があっ
た。ＭＣＰ２から加速された電子は、蛍光面３のメタル
バック層４６に衝突する際に、メタルバック層４６表面
でその一部が乱反射する。図４は、その乱反射の様子を
示したものである。ＭＣＰ２−蛍光面３間には印加され
た電圧により電界が生じている。この電界により、図４
に示すように、乱反射した電子の進路が偏向して、電子
は蛍光面３に再衝突する。このため、例えば、強いスポ
ット光がイメージインテンシファイアに入射してＭＣＰ
２から蛍光面３の狭い範囲に大量の電子が入射する場
合、蛍光面３上で乱反射した電子は最初の入射範囲より
も広い範囲の蛍光面３に再衝突する。このため、最初の
入射範囲よりも広い範囲で蛍光が発生して、出力分解能
が劣化する。これが出力光のハロー現象である。このハ
ロー現象は、ＭＣＰ２と蛍光面３の距離を狭めることに
より、減少させることができる。しかし、耐圧的に両者
の最小距離には限界があるため、従来は、ハロー現象を
抑制することは難しく、強いスポット光に対する出力分
解能を向上させることは困難だった。本発明は、強いス
ポット光に対しても出力分解能を向上させたイメージイ
ンテンシファイアを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】本発明は、入射光を光電
変換する光電面が内面に形成された入射面板と、入射電
子により光を発する蛍光面が内面に形成された光ファイ
バプレートとを備え、光電面と蛍光面を対向させてこれ
らの間を真空雰囲気としたイメージインテンシファイア
において、光ファイバプレートの内面には、コア部がク
ラッド部より彫り込まれた凹部が形成されており、凹部
にその深さ未満の厚さで蛍光体が埋め込まれ、クラッド
部の蛍光体表面から所定の高さだけ突出した表面には金
属膜が形成されていることを特徴とする。これにより、
光ファイバプレート内面の各光ファイバのコア部分に形
成された凹部に蛍光面が形成され、各蛍光面は光ファイ
バプレート内面の凸部表面に形成された金属膜によって
互いに接続される。したがって、各光ファイバに対応し
て区分けされた個々の蛍光面が設けられ、それぞれの蛍
光面は入射面よりも奥に位置して、互いに隔離される。
一方、これらの蛍光面全てが電気的に接続されているた
め、全蛍光面に同一の電圧を印加することができる。ま
た、蛍光体表面に金属膜が形成されていてもよい。この
金属膜は蛍光面に対するメタルバック層として作用し、
蛍光体で発生した光が効果的に光ファイバに導かれる。
さらに、クラッド部の所定の突出高さは、コア部の径の
０．５倍以上であることが好ましい。コア部の径の１．
０倍以上であれば特に好ましい。これにより、各蛍光面
の隣接する蛍光面からの隔離がより確実になり、蛍光面
相互の影響が抑えられる。
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態を説明する。図１は、本実施形態に係る光ファ
イバプレートの拡大断面図である。本実施形態のイメー
ジインテンシファイアの基本的な構造は、図２に示す一
般的な近接型イメージインテンシファイアと同じである
ので、全体構造及び動作についての説明は省略する。ま
ず、光ファイバプレートの構造を図１により説明する。
光ファイバプレート４は基本的にコア部４２をコア部４
２より屈折率の低いクラッド部４３で覆った無数の光フ
ァイバ４１を束ねた構造になっている。これにより、コ
ア部４２に入射した光を効率良く出力側に伝送すること
ができる。コア部４２の入射面側は、クラッド部４３に
対して彫り込まれて凹部４４が形成され、凹部４４の底
には、電子衝突によって発光する蛍光体４５が充填され
ている。この個々の蛍光体４５が充填されている部分が
図２で示した蛍光面３に相当する。したがって、各蛍光
面３が光ファイバ４１ごとに個別に設けられていること
になる。蛍光体４５の表面には、メタルバック層４６が
形成されている。クラッド部４３は、蛍光体４５表面か
ら入射面方向に突出しており、その先端は端部が丸く加
工されている。このクラッド部４３により、各蛍光面３
は、互いに隔てられている。クラッド部４３の突出部分
の表面には、金属膜４７が形成されている。したがっ
て、個別の蛍光体４５はこの金属膜４７により、電気的
に接続されている。この金属膜４７を介してメタルバッ
ク層４６に電流が供給され、図２で示したＭＣＰ２との
間に電圧が印加され、両者の間に電界を形成している。
光ファイバ４１には、図５（ａ）に示すようなコア部４
２の断面が正方形の光ファイバを用いても、図５（ｂ）
に示すようなコア部４２の断面が円形の光ファイバを用
いても良い。ここで、断面が正方形の光ファイバの場合
については、一辺の長さを径と呼ぶこととする。以下、
このコア部の径をｄ、クラッド部の突出高さをＬで表
す。この構成の光ファイバプレート４は、例えば以下の
ようにして作成することができる。コア部４２を選択的
に腐蝕することができる酸又はアルカリ溶液でエッチン
グすることにより所望の深さの凹部４４を形成する。凹
部４４の深さは、エッチング溶液の濃度、反応時間、反
応温度を制御することで、μｍ単位の精度で形成するこ
とができる。凹部４４を形成した後、クラッド部４３の
先端をエッチング処理により、丸く成形した上で、クラ
ッド部４３の露出表面上に金属膜４７を蒸着する。次に
形成した凹部４４の底部に、遠心沈降法により蛍光体４
５を強制充填する。この時に、蛍光体４５の量を調整す
ることにより、クラッド部４３の蛍光体４５表面から突
出している高さを調整することができる。クラッド部４
３の先端は、前述したように丸く処理されているため、
蛍光体４５は、クラッド部４３の先端から自然に凹部４
４に落ちて、クラッド部４３に付着することがない。続
いて、ニトロセルロースやアクリル樹脂のような熱分解
する高分子化合物を有機溶媒に溶かした溶液を凹部４７
の蛍光体４５表面まで充填する。充填は、遠心機を用い
て強制的に行う。高分子化合物の乾燥後、その表面上に
アルミニウムを蒸着する。その後、大気中で３５０度の
加熱処理を行うことにより、この高分子化合物を分解除
去する。これによりＡｌ製メタルバック層４６が形成さ
れる。次に、図２に示すＭＣＰ２から蛍光面３へ電子が
入射する際の本実施形態の光ファイバプレート４の動作
について図６、７により説明する。図６、７は光ファイ
バプレート４の入射面付近での入射電子、反射電子の軌
跡を示した図である。図２に示すＭＣＰ２から蛍光面３
に向かう入射電子は、図６に示すように、光ファイバプ
レート４の入射面（クラッド部４３の先端を結んだ面に
相当する。）に達する。入射電子の一部は、メタルパッ
ク層４６に到達し、残りはメタルバック層４６より入射
面側に突出しているクラッド部４３の頂面や壁面上の金
属膜４７に到達する。メタルバック層４６表面に到達し
た電子の大部分はメタルバック層４６を通過して蛍光体
４５に衝突して光を発生する。メタルバック層４６は、
蛍光体で発生した光をコア部４２側へ反射するので、コ
ア部４２側へ効率良く光が送られる。メタルバック層４
６へ到達した電子のうち約３％は、メタルバック層４６
表面で乱反射する。一方、クラッド部４３に直接到達し
た電子の大部分は金属膜４７に吸収されるが、約３％が
乱反射される。図７に示すように、こうした反射電子の
一部はＡのような軌跡を描いて、クラッド部４３の壁面
上の金属膜４７に直接衝突する。金属膜４７の反射率は
約３％と低いため、クラッド部４３壁面で反射した後
に、クラッド部４３の頂部を越えて光ファイバプレート
の入射面から外に飛び出す電子の量は無視できる。クラ
ッド部４３壁面に直接衝突することなく光ファイバプレ
ートの入射面から外へ飛び出した反射電子（軌跡Ｂ〜Ｄ
参照）は、ＭＣＰ２−蛍光面３（ここでは、メタルバッ
ク層４６）間に形成されている電界によって再び光ファ
イバプレートの入射面のほうへ戻ってくる。この戻って
きた電子の多くは、メタルバック層４６表面に到達する
ことなく、クラッド部４３の頂部（軌跡Ｂ参照）や壁面
（軌跡Ｃ参照）に衝突するため、Ｄで示すような軌跡を
描いて再びメタルバック層４６に再入射して蛍光体４５
に衝突して、蛍光に寄与する電子は入射電子全体からみ
るとごくわずかである。従来例では、反射電子Ａ〜Ｄの
ほとんど全てが蛍光面３に再入射すると考えられるが、
本実施形態では、反射電子の蛍光面３への再入射量を低
減している。このため、反射電子によるハロー現象を抑
制することができ、強いスポット光の入射に対しても高
い分解能を保つことができる。本発明者は、図３に示す
形式の従来例と図１に示す形式の本実施形態のそれぞれ
に係るイメージインテンシファイアのハロー現象を比較
する実験を行った。本実験に用いた本実施形態の光ファ
イバプレートの入射面の斜視図を図８に示す。光ファイ
バのコア部の断面は正方形であり、その径ｄが６μｍ、
コア部の間のクラッド部の厚さが２μｍ、クラッド部の
高さＬは１．５ｄ、即ち９μｍである。従来品の場合
は、図７中のクラッド部の高さＬが０の場合にほぼ相当
し、その他の構成は本実施形態と同一である。いずれの
場合もＭＣＰ出口と光ファイバプレート入口までの距離
を０．７ｍｍとし、ＭＣＰと光ファイバプレート入口間
には６ｋＶの電圧が印加されている。入射光はスポット
径０．４ｍｍのスポット光であり、出力輝度は１５０ni
tである。光ファイバプレートからの出力光を３分の２
インチＣＣＤにより撮影して、浜松ホトニクス社製の画
像処理装置ＤＶＳ−２０００により画像処理して空間パ
ターン及び強度分布を比較した。画像処理結果のディス
プレー表示画像を図９に示す。（ａ）が入射光、（ｂ）
が従来例による出力光、（ｃ）が本実施形態による出力
光である。各写真の画像は上が光の空間パターンを、下
はその光の横断面での強度分布を示している。図９よ
り、入射光としてごく狭い範囲のスポット光が与えられ
たとき、従来例では、広い範囲に出力光が広がっている
ことがわかる。特に、強度分布をみると、周辺部分に裾
のように広がっている部分がある。この部分がハロー現
象を起こしている部分である。一方、本実施形態の場合
は、強度分布でもこの裾のように広がった部分がなく、
光の境界が従来品に比べて鮮明になっていることがわか
る。以上のように、本実施形態によれば、ハロー現象を
抑制して、強いスポット光に対する分解能を向上できる
ことが確認できた。さらに、本発明者は、図７に示す本
実施形態のイメージインテンシファイアにおいて反射電
子のうち、蛍光面に再入射する電子の比率とクラッド部
の高さの関係を調べるシミュレーションを行った。この
シミュレーションは、ＭＣＰ１チャネルに電子が入射し
たときに蛍光面で反射した電子の挙動をモンテカルロ法
により３次元計算したものである。クラッド高さを除い
て、前述の実験と同じ本実施形態を計算対象とし、ＭＣ
Ｐ出口−光ファイバプレート入口の距離及び印加電圧
は、それぞれ０．７ｍｍ、６ｋＶと同一にした。入射電
子はＭＣＰ１チャネルに電子が入射したときの電子軌道
解析によって求めた分布パターンで入射するものとし、
蛍光面及び金属膜での反射特性は、入射電子強度を
Ｉ0、角度θへの反射電子強度をＩθとするとき、Ｉθ
＝Ｉ0αｃｏｓθの分布に従うものとした。ここで、α
は定数である。図１０にその計算結果を示す。実線は、
クラッド壁面、頂部又は蛍光面で反射した電子のうち蛍
光面に再衝突して発光に寄与する電子の比率を、破線
は、ＭＣＰから射出した電子のうちで直接蛍光面に入射
する電子の比率を、一点鎖線は、ＭＣＰから射出した電
子のうちでクラッド壁へ入射する電子の比率をそれぞれ
示している。図９より、クラッド高さＬをコア部の径ｄ
の０．５倍にすると、反射電子の蛍光面への再入射は５
０％以下に減少することが分かる。クラッド高さＬを大
きくするほど、再入射の比率は減少し、Ｌ＝１ｄとする
と、蛍光面に入射する反射電子の比率は９．３％まで減
少する。さらに、Ｌをｄの６倍にすると、蛍光面に入射
する再入射電子の比率は０．３％まで減少する。したが
って、Ｌの範囲としては、蛍光面への再入射量が半分以
下になる０．５ｄ以上とすることが好ましい。蛍光面へ
の再入射量が１割以下になる１．０ｄ以上とすればさら
に好ましい。しかし、Ｌを大きくしすぎると、ＭＣＰか
ら蛍光面に到達する電子の比率が減少すること、製造が
困難になることから、あまり大きくすることは好ましく
ない。したがって、Ｌは６．０ｄ以下とすることが好ま
しい。なお、本実施形態においては、ＭＣＰを使用した
近接型イメージインテンシファイアについて述べたが、
ＭＣＰを使用しない形式や、電子レンズ等を用いた近接
型以外のイメージインテンシファイアについても本発明
は適用可能である。また、蛍光体表面には、金属膜が形
成されていなくてもよい。光ファイバの形状、光ファイ
バの配列は本実施形態に示したものに限られない。
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
個々の光ファイバに対応して区分けされた蛍光面が設け
られ、個々の蛍光面は入射面に対して奥にある。このた
め、蛍光面で反射した電子は、大部分が蛍光面上に突出
して形成されたクラッド部に衝突して吸収されるため、
蛍光面へ再入射する電子の量を減らすことができる。し
たがって、例えば強いスポット光が入射したときに、こ
の反射電子が蛍光面に再入射することによって生ずる本
来のスポット光の周囲に起こる蛍光であるハロー現象を
防止することができる。つまり、強いスポット光が入射
した場合でも、高い分解能を保つことができる。また、
スポット光の境界が鮮明になるため、従来品ではハロー
光に隠れるため測定が難しかったスポット光に近い領域
での微弱光測定が可能となる。また、蛍光体表面に金属
膜を形成することで、蛍光体で発生した光が光ファイバ
プレートの内面に漏れ出すのを防ぐので、分解能や出力
の低下を防ぐことができる。さらに、クラッド部の突出
高さはコア部径ｄの０．５倍以上、より好ましくは１．
０倍以上に設定することが望ましい。これにより、効果
的にハロー現象の抑制を受光面の感度劣化をもたらすこ
となく実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光ファイバープレー
トの入射面側の拡大断面図である。
【図２】一般的な近接型イメージインテンシファイアの
構造図である。
【図３】従来品の光ファイバプレートの入射面側の拡大
断面図である。
【図４】従来品の光ファイバプレート入射面における乱
反射の様子を示した図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る光ファイバプレート
入射面の拡大正面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る光ファイバプレート
入射面における電子の軌跡を示した図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る光ファイバプレート
入射面における電子の軌跡を示した図である。
【図８】実験及びシミュレーションの対象とした本発明
の一実施形態に係る光ファイバプレートの斜視図であ
る。
【図９】出力光の画像処理結果を表示したディスプレー
上の画像を示す写真である。
【図１０】シミュレーションの計算結果を示す図であ
る。
【符号の説明】
１…光電面、２…ＭＣＰ、３…出力蛍光面、４…光ファ
イバプレート、４１…光ファイバ、４２…コア部、４３
…クラッド部、４４…凹部、４５…蛍光体、４６…メタ
ルバック層、４７…金属膜
【手続補正書】
【提出日】平成８年１２月１７日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 イメージインテンシファイア
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、イメージインテン
シファイアに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的な近接型イメージインテンシファ
イアの構造図を図２に示す。
【０００３】図２に示すイメージインテンシファイア
は、光入射面側から順に光電面１、ＭＣＰ（マイクロチ
ャネルプレート）２、光ファイバプレート４が並んで構
成され、光ファイバプレートの入射面側に出力蛍光面３
が形成されている。光電面１の入射面に光が入射する
と、光電変換により光電面１の入射面と反対の面から電
子が射出される。この電子は、ＭＣＰ２により加速、増
幅されて蛍光面３にあたり、蛍光を発する。この光を光
ファイバプレート４により出力側へ導き、入射光を増幅
した出力光を得る。近接型イメージインテンシファイア
では、蛍光面３とＭＣＰ２を接近させることにより、画
像の再現性を高め、コンパクト化している。
【０００４】イメージインテンシファイアの出力分解能
を向上させるために出力蛍光面の改良についての種々の
提案がなされている。その一つとして、特開昭６２−２
５２０４３号の発明が挙げられる。これは、図３に示す
ように、光ファイバプレート４の入射面側のコア部４２
にクラッド部４３に対する凹部４４を形成して、この凹
部４４に蛍光体４５を充填し、その表面にメタルバック
層４６を形成するものである。
【０００５】これにより、光ファイバプレートの入射面
側の表面全体に蛍光体を充填させた場合に比べて、蛍光
体４５で発生した光がコア部４２へ入射する割合が高
く、クラッド部４３への光吸収も低減できるため、伝送
効率が向上して解像度も向上する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、出力蛍光面上
で電子が反射することによって生ずる以下の問題があっ
た。ＭＣＰ２から加速された電子は、蛍光面３のメタル
バック層４６に衝突する際に、メタルバック層４６表面
でその一部が乱反射する。図４は、その乱反射の様子を
示したものである。ＭＣＰ２−蛍光面３間には印加され
た電圧により電界が生じている。この電界により、図４
に示すように、乱反射した電子の進路が偏向して、電子
は蛍光面３に再衝突する。
【０００７】このため、例えば、強いスポット光がイメ
ージインテンシファイアに入射してＭＣＰ２から蛍光面
３の狭い範囲に大量の電子が入射する場合、蛍光面３上
で乱反射した電子は最初の入射範囲よりも広い範囲の蛍
光面３に再衝突する。このため、最初の入射範囲よりも
広い範囲で蛍光が発生して、出力分解能が劣化する。こ
れが出力光のハロー現象である。
【０００８】このハロー現象は、ＭＣＰ２と蛍光面３の
距離を狭めることにより、減少させることができる。し
かし、耐圧的に両者の最小距離には限界があるため、従
来は、ハロー現象を抑制することは難しく、強いスポッ
ト光に対する出力分解能を向上させることは困難だっ
た。
【０００９】本発明は、強いスポット光に対しても出力
分解能を向上させたイメージインテンシファイアを提供
することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、入射光を光電
変換する光電面が内面に形成された入射面板と、入射電
子により光を発する蛍光面が内面に形成された光ファイ
バプレートとを備え、光電面と蛍光面を対向させてこれ
らの間を真空雰囲気としたイメージインテンシファイア
において、光ファイバプレートの内面には、コア部がク
ラッド部より彫り込まれた凹部が形成されており、凹部
にその深さ未満の厚さで蛍光体が埋め込まれ、クラッド
部の蛍光体表面から所定の高さだけ突出した表面には金
属膜が形成されていることを特徴とする。
【００１１】これにより、光ファイバプレート内面の各
光ファイバのコア部分に形成された凹部に蛍光面が形成
され、各蛍光面は光ファイバプレート内面の凸部表面に
形成された金属膜によって互いに接続される。したがっ
て、各光ファイバに対応して区分けされた個々の蛍光面
が設けられ、それぞれの蛍光面は入射面よりも奥に位置
して、互いに隔離される。一方、これらの蛍光面全てが
電気的に接続されているため、全蛍光面に同一の電圧を
印加することができる。
【００１２】また、蛍光体表面に金属膜が形成されてい
てもよい。この金属膜は蛍光面に対するメタルバック層
として作用し、蛍光体で発生した光が効果的に光ファイ
バに導かれる。
【００１３】さらに、クラッド部の所定の突出高さは、
コア部の径の０．５倍以上であることが好ましい。コア
部の径の１．０倍以上であれば特に好ましい。これによ
り、各蛍光面の隣接する蛍光面からの隔離がより確実に
なり、蛍光面相互の影響が抑えられる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態を説明する。図１は、本実施形態に係る光ファ
イバプレートの拡大断面図である。
【００１５】本実施形態のイメージインテンシファイア
の基本的な構造は、図２に示す一般的な近接型イメージ
インテンシファイアと同じであるので、全体構造及び動
作についての説明は省略する。まず、光ファイバプレー
トの構造を図１により説明する。光ファイバプレート４
は基本的にコア部４２をコア部４２より屈折率の低いク
ラッド部４３で覆った無数の光ファイバ４１を束ねた構
造になっている。これにより、コア部４２に入射した光
を効率良く出力側に伝送することができる。
【００１６】コア部４２の入射面側は、クラッド部４３
に対して彫り込まれて凹部４４が形成され、凹部４４の
底には、電子衝突によって発光する蛍光体４５が充填さ
れている。この個々の蛍光体４５が充填されている部分
が図２で示した蛍光面３に相当する。したがって、各蛍
光面３が光ファイバ４１ごとに個別に設けられているこ
とになる。蛍光体４５の表面には、メタルバック層４６
が形成されている。クラッド部４３は、蛍光体４５表面
から入射面方向に突出しており、その先端は端部が丸く
加工されている。このクラッド部４３により、各蛍光面
３は、互いに隔てられている。クラッド部４３の突出部
分の表面には、金属膜４７が形成されている。したがっ
て、個別の蛍光体４５はこの金属膜４７により、電気的
に接続されている。この金属膜４７を介してメタルバッ
ク層４６に電流が供給され、図２で示したＭＣＰ２との
間に電圧が印加され、両者の間に電界を形成している。
【００１７】光ファイバ４１には、図５（ａ）に示すよ
うなコア部４２の断面が正方形の光ファイバを用いて
も、図５（ｂ）に示すようなコア部４２の断面が円形の
光ファイバを用いても良い。ここで、断面が正方形の光
ファイバの場合については、一辺の長さを径と呼ぶこと
とする。以下、このコア部の径をｄ、クラッド部の突出
高さをＬで表す。
【００１８】この構成の光ファイバプレート４は、例え
ば以下のようにして作成することができる。コア部４２
を選択的に腐蝕することができる酸又はアルカリ溶液で
エッチングすることにより所望の深さの凹部４４を形成
する。凹部４４の深さは、エッチング溶液の濃度、反応
時間、反応温度を制御することで、μｍ単位の精度で形
成することができる。凹部４４を形成した後、クラッド
部４３の先端をエッチング処理により、丸く成形した上
で、クラッド部４３の露出表面上に金属膜４７を蒸着す
る。
【００１９】次に形成した凹部４４の底部に、遠心沈降
法により蛍光体４５を強制充填する。この時に、蛍光体
４５の量を調整することにより、クラッド部４３の蛍光
体４５表面から突出している高さを調整することができ
る。クラッド部４３の先端は、前述したように丸く処理
されているため、蛍光体４５は、クラッド部４３の先端
から自然に凹部４４に落ちて、クラッド部４３に付着す
ることがない。
【００２０】続いて、ニトロセルロースやアクリル樹脂
のような熱分解する高分子化合物を有機溶媒に溶かした
溶液を凹部４７の蛍光体４５表面まで充填する。充填
は、遠心機を用いて強制的に行う。高分子化合物の乾燥
後、その表面上にアルミニウムを蒸着する。その後、大
気中で３５０度の加熱処理を行うことにより、この高分
子化合物を分解除去する。これによりＡｌ製メタルバッ
ク層４６が形成される。
【００２１】次に、図２に示すＭＣＰ２から蛍光面３へ
電子が入射する際の本実施形態の光ファイバプレート４
の動作について図６、７により説明する。図６、７は光
ファイバプレート４の入射面付近での入射電子、反射電
子の軌跡を示した図である。
【００２２】図２に示すＭＣＰ２から蛍光面３に向かう
入射電子は、図６に示すように、光ファイバプレート４
の入射面（クラッド部４３の先端を結んだ面に相当す
る。）に達する。入射電子の一部は、メタルパック層４
６に到達し、残りはメタルバック層４６より入射面側に
突出しているクラッド部４３の頂面や壁面上の金属膜４
７に到達する。メタルバック層４６表面に到達した電子
の大部分はメタルバック層４６を通過して蛍光体４５に
衝突して光を発生する。メタルバック層４６は、蛍光体
で発生した光をコア部４２側へ反射するので、コア部４
２側へ効率良く光が送られる。メタルバック層４６へ到
達した電子のうち約３％は、メタルバック層４６表面で
乱反射する。一方、クラッド部４３に直接到達した電子
の大部分は金属膜４７に吸収されるが、約３％が乱反射
される。
【００２３】図７に示すように、こうした反射電子の一
部はＡのような軌跡を描いて、クラッド部４３の壁面上
の金属膜４７に直接衝突する。金属膜４７の反射率は約
３％と低いため、クラッド部４３壁面で反射した後に、
クラッド部４３の頂部を越えて光ファイバプレートの入
射面から外に飛び出す電子の量は無視できる。
【００２４】クラッド部４３壁面に直接衝突することな
く光ファイバプレートの入射面から外へ飛び出した反射
電子（軌跡Ｂ〜Ｄ参照）は、ＭＣＰ２−蛍光面３（ここ
では、メタルバック層４６）間に形成されている電界に
よって再び光ファイバプレートの入射面のほうへ戻って
くる。この戻ってきた電子の多くは、メタルバック層４
６表面に到達することなく、クラッド部４３の頂部（軌
跡Ｂ参照）や壁面（軌跡Ｃ参照）に衝突するため、Ｄで
示すような軌跡を描いて再びメタルバック層４６に再入
射して蛍光体４５に衝突して、蛍光に寄与する電子は入
射電子全体からみるとごくわずかである。
【００２５】従来例では、反射電子Ａ〜Ｄのほとんど全
てが蛍光面３に再入射すると考えられるが、本実施形態
では、反射電子の蛍光面３への再入射量を低減してい
る。このため、反射電子によるハロー現象を抑制するこ
とができ、強いスポット光の入射に対しても高い分解能
を保つことができる。
【００２６】本発明者は、図３に示す形式の従来例と図
１に示す形式の本実施形態のそれぞれに係るイメージイ
ンテンシファイアのハロー現象を比較する実験を行っ
た。
【００２７】本実験に用いた本実施形態の光ファイバプ
レートの入射面の斜視図を図８に示す。光ファイバのコ
ア部の断面は正方形であり、その径ｄが６μｍ、コア部
の間のクラッド部の厚さが２μｍ、クラッド部の高さＬ
は１．５ｄ、即ち９μｍである。従来品の場合は、図７
中のクラッド部の高さＬが０の場合にほぼ相当し、その
他の構成は本実施形態と同一である。いずれの場合もＭ
ＣＰ出口と光ファイバプレート入口までの距離を０．７
ｍｍとし、ＭＣＰと光ファイバプレート入口間には６ｋ
Ｖの電圧が印加されている。入射光はスポット径０．４
ｍｍのスポット光であり、出力輝度は１５０nitであ
る。光ファイバプレートからの出力光を３分の２インチ
ＣＣＤにより撮影して、浜松ホトニクス社製の画像処理
装置ＤＶＳ−２０００により画像処理して空間パターン
及び強度分布を比較した。
【００２８】画像処理結果のディスプレー表示画像を図
９に示す。（ａ）が入射光、（ｂ）が従来例による出力
光、（ｃ）が本実施形態による出力光である。各写真の
画像は上が光の空間パターンを、下はその光の横断面で
の強度分布を示している。図９より、入射光としてごく
狭い範囲のスポット光が与えられたとき、従来例では、
広い範囲に出力光が広がっていることがわかる。特に、
強度分布をみると、周辺部分に裾のように広がっている
部分がある。この部分がハロー現象を起こしている部分
である。一方、本実施形態の場合は、強度分布でもこの
裾のように広がった部分がなく、光の境界が従来品に比
べて鮮明になっていることがわかる。以上のように、本
実施形態によれば、ハロー現象を抑制して、強いスポッ
ト光に対する分解能を向上できることが確認できた。
【００２９】さらに、本発明者は、図７に示す本実施形
態のイメージインテンシファイアにおいて反射電子のう
ち、蛍光面に再入射する電子の比率とクラッド部の高さ
の関係を調べるシミュレーションを行った。このシミュ
レーションは、ＭＣＰ１チャネルに電子が入射したとき
に蛍光面で反射した電子の挙動をモンテカルロ法により
３次元計算したものである。
【００３０】クラッド高さを除いて、前述の実験と同じ
本実施形態を計算対象とし、ＭＣＰ出口−光ファイバプ
レート入口の距離及び印加電圧は、それぞれ０．７ｍ
ｍ、６ｋＶと同一にした。入射電子はＭＣＰ１チャネル
に電子が入射したときの電子軌道解析によって求めた分
布パターンで入射するものとし、蛍光面及び金属膜での
反射特性は、入射電子強度をＩ0、角度θへの反射電子
強度をＩθとするとき、Ｉθ＝Ｉ0αｃｏｓθの分布に
従うものとした。ここで、αは定数である。
【００３１】図１０にその計算結果を示す。実線は、ク
ラッド壁面、頂部又は蛍光面で反射した電子のうち蛍光
面に再衝突して発光に寄与する電子の比率を、破線は、
ＭＣＰから射出した電子のうちで直接蛍光面に入射する
電子の比率を、一点鎖線は、ＭＣＰから射出した電子の
うちでクラッド壁へ入射する電子の比率をそれぞれ示し
ている。図９より、クラッド高さＬをコア部の径ｄの
０．５倍にすると、反射電子の蛍光面への再入射は５０
％以下に減少することが分かる。クラッド高さＬを大き
くするほど、再入射の比率は減少し、Ｌ＝１ｄとする
と、蛍光面に入射する反射電子の比率は９．３％まで減
少する。さらに、Ｌをｄの６倍にすると、蛍光面に入射
する再入射電子の比率は０．３％まで減少する。したが
って、Ｌの範囲としては、蛍光面への再入射量が半分以
下になる０．５ｄ以上とすることが好ましい。蛍光面へ
の再入射量が１割以下になる１．０ｄ以上とすればさら
に好ましい。しかし、Ｌを大きくしすぎると、ＭＣＰか
ら蛍光面に到達する電子の比率が減少すること、製造が
困難になることから、あまり大きくすることは好ましく
ない。したがって、Ｌは６．０ｄ以下とすることが好ま
しい。
【００３２】なお、本実施形態においては、ＭＣＰを使
用した近接型イメージインテンシファイアについて述べ
たが、ＭＣＰを使用しない形式や、電子レンズ等を用い
た近接型以外のイメージインテンシファイアについても
本発明は適用可能である。また、蛍光体表面には、金属
膜が形成されていなくてもよい。光ファイバの形状、光
ファイバの配列は本実施形態に示したものに限られな
い。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
個々の光ファイバに対応して区分けされた蛍光面が設け
られ、個々の蛍光面は入射面に対して奥にある。このた
め、蛍光面で反射した電子は、大部分が蛍光面上に突出
して形成されたクラッド部に衝突して吸収されるため、
蛍光面へ再入射する電子の量を減らすことができる。し
たがって、例えば強いスポット光が入射したときに、こ
の反射電子が蛍光面に再入射することによって生ずる本
来のスポット光の周囲に起こる蛍光であるハロー現象を
防止することができる。つまり、強いスポット光が入射
した場合でも、高い分解能を保つことができる。また、
スポット光の境界が鮮明になるため、従来品ではハロー
光に隠れるため測定が難しかったスポット光に近い領域
での微弱光測定が可能となる。
【００３４】また、蛍光体表面に金属膜を形成すること
で、蛍光体で発生した光が光ファイバプレートの内面に
漏れ出すのを防ぐので、分解能や出力の低下を防ぐこと
ができる。
【００３５】さらに、クラッド部の突出高さはコア部径
ｄの０．５倍以上、より好ましくは１．０倍以上に設定
することが望ましい。これにより、効果的にハロー現象
の抑制を受光面の感度劣化をもたらすことなく実現でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光ファイバープレー
トの入射面側の拡大断面図である。
【図２】一般的な近接型イメージインテンシファイアの
構造図である。
【図３】従来品の光ファイバプレートの入射面側の拡大
断面図である。
【図４】従来品の光ファイバプレート入射面における乱
反射の様子を示した図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る光ファイバプレート
入射面の拡大正面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る光ファイバプレート
入射面における電子の軌跡を示した図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る光ファイバプレート
入射面における電子の軌跡を示した図である。
【図８】実験及びシミュレーションの対象とした本発明
の一実施形態に係る光ファイバプレートの斜視図であ
る。
【図９】出力光の画像処理結果を表示したディスプレー
上の画像を示す写真である。
【図１０】シミュレーションの計算結果を示す図であ
る。
【符号の説明】 １…光電面、２…ＭＣＰ、３…出力蛍光面、４…光ファ
イバプレート、４１…光ファイバ、４２…コア部、４３
…クラッド部、４４…凹部、４５…蛍光体、４６…メタ
ルバック層、４７…金属膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石原 良俊 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入射光を光電変換する光電面が内面に形
    成された入射面板と、入射電子により光を発する蛍光面
    が内面に形成された光ファイバプレートとを備え、前記
    光電面と前記蛍光面を対向させてこれらの間を真空雰囲
    気としたイメージインテンシファイアにおいて、前記光
    ファイバプレートの内面には、コア部がクラッド部より
    彫り込まれた凹部が形成されており、前記凹部にその深
    さ未満の厚さで蛍光体が埋め込まれ、前記クラッド部の
    前記蛍光体表面から所定の高さだけ突出した表面には金
    属膜が形成されていることを特徴とするイメージインテ
    ンシファイア。
  2. 【請求項２】 前記蛍光体表面に金属膜が形成されてい
    ることを特徴とする請求項１記載のイメージインテンシ
    ファイア。
  3. 【請求項３】 前記クラッド部の所定の突出高さは、前
    記コア部の径の０．５倍以上であることを特徴とする請
    求項１又は２記載のイメージインテンシファイア。
  4. 【請求項４】 前記クラッド部の所定の突出高さは、前
    記コア部の径の１．０倍以上であることを特徴とする請
    求項１又は２記載のイメージインテンシファイア。
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