JPS5893149A - 電子増倍装置 - 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】 本発明は、互いに絶縁された導電性シート状のｆイ／−
）’の積層１体を有する積層チャネルプレート型の電子
増倍装置であって、チャネルが前記の積層体を羊の入力
ダイノードから出力ダイノードまで貫通しており、各チ
ャネルがダイノードにおいて整列された孔を有しており
、これら孔のすべての最大横断面寸法がほぼ同じであり
、少くとも前記の孔の壁部が、露出した二次電子放出面
を有しており、更に、入力ダイノードの外側面の付近に
リペリング電界を生ぜしめうる手段を具えた電子増倍装
置に関するものである。

また本発明は、積層チャネルプレート型電子増倍装置を
有する陰極線管にも関するものである。

このようなチャネルプレート型電子増倍装置お・よびそ
の製造方法は英国特許第１，４８４，０５δ号；１・ 明細書に記載されている。使用に当っては、ダイ、ノー
ドｔｆ１％入力側から出力側にかけて順次に増大する正
の直流電圧に保持される。電子がチャネルの入力ダイノ
ードの孔の壁部に当たることにょう多歇の二次電子が生
ぜしめられ、これらの二次電子がチャネルを通うで次の
より正のダイノードの孔の壁部に当たり、ここで更に二
次電子放出増倍作用が行なわれる。この作用が各チャ永
ルの長さ全体に亘って繰返され、入力電子流にほぼ比例
して着しく増大された出力電子流が生ぜしめられる。

チャネルプレートは、陰極線管の電子ビームの走査、例
えばう大声走査により供給される電子像を増強するのに
用いることができ、或いは放射像−を受ける充電陰極に
よって供給される電子像を増・・°強するのに用いるこ
とができ、後者の場合放射像によって光電子を励起し、
これら光電子が対応する電子像としてチャネルプレート
の入力面に供給される。これら゛のいずれの場合でも、
電子はチャネルプレートの第１ダイノードの入力面のう
ち、チャネル間に存在する部分に当たり、これにより二
次電子を励起し、゛これら二次型４手の放出エネルギー
および方向の広がりの為にこれら二次電子がチャネルプ
レートの前方の空間中の軌道をたどり、チャネルプレー
ト〜がこれら二次電子をこれらの発生点から離れたチャ
ネル内に運んでしまうおそれがある。従って、各チャネ
ルがある範囲の距離だけ離れたチャネルにおけるもとの
入力電子密度に比例する追加の入力電子を受けることに
より、像のコントラストおよび解像度が劣下する。

シート状のダイノードはアルミニウム・マグネシウム或
いは鋼・ベリリウムのような合金から造ることができ、
この合金は後に酸素雰囲気中で加熱することにより゛活
性化してダイノード全体に口っで二次電子放出係数の高
い表面が得られるようにする。従って、入力面はコント
ラストを劣下させる程度に不所望に高い二次電子放出係
数を有しでいる。或いはまた、ダイ−ノードは、−えは
二次電子放出係数を４或いは６とする為に氷晶石で被覆
したシート鋼か゛ら造ることができる。この場合も、氷
晶石の被覆を孔の内側のみに制限するのは実際的でなく
、入力面が不所望に高い二次電子放出係数を有するよう
になる。

英国特許第ｇ、０９Ｇ、０４９ム号明細書には、入力電
子が孔間の二次電子放出面に当たり、不所望な二次電子
を生ぜしめ、これら二次電子が入力ダイノードの表面に
亘って広がり、これら二次電子の発生点から離れたチャ
ネル内にこれら二次電子が入り込み、これにより、表示
すべき像のコントラストおよび解像度を劣下させる悪影
響を減少させる目的で、入力ダイノードの入力面゛の前
方に正或いは負の電界を生ぜしめる網状のグリッドを用
いることが記載されている。この−網状のグリッドによ
って生ぜしめられる電界はコントラストおよび解像度の
改善に有効に寄与しうるが、依然として他の改善策を求
めるのが望ましい。

これに関連して英国特許第２，０８０，０１６Ａ号明細
書には、２．０よりも小さい二次電子放出係数を有する
材料の層を入力ダイノードの先細孔間でこの人力ダイノ
ードの最外側表面上に設けることにより積層チヤネ“ル
プレート型電子増倍装置のコントラストを改善すること
が記載されている。通常この材料は炭素であり、前記の
入）カダイノードの蛾外側表品と接触して配置されてい
る有孔キャリアシート上に堆積されている。この材料の
層は・発生する不所望な二次電子の数を減少せしめるも
、この不所望な二次１電子の発生を無くすことができな
い。従って、８よりも小さな二次電子放出係数を有する
材料の層を孔間の最外側表面上に設けた入力ダイノード
と相俟って、英国特許第２．０９０，０４９ム号明細書
に記載されたような正或いは負電界発生手段を用いて不
所望な二次電子の広がりを減少せしめるのが有利である
。

これらの技術は、人力ダイノードの最外側表面における
孔間の面から多数の二次電子が生じることによるコント
ラストの損失を減少せしめるのに大きな効果があるが、
漏洩二次電子が入力ダイノードにおいて内方に先細とな
った各孔の周縁から逃げて隣接チャネルに入るか或いは
チャネルに全く人らないようになるのを防止するには殆
んど効果がない。二次電子がこれらに関連する孔内に入
らないということは１７．チャネルの利得が減少すると
ともに、空間情報の場合にはこの情報が正確に表示され
ないということを意味する。

本発明の目的′＆ま上述した欠点を除去することにあり
、本発明は、リペリング電界を生ぜしめうる前記の手段
が、入力ダイノードの外側面から絶縁された有孔シート
を具え、この有孔シートの孔を入力ダイノードの孔と位
置合わせして配置するとともに人力ダイノードの外側面
における孔の開口部と少くとも同じ大きさとなるように
することにより、積層チャネルプレート型電子増倍装置
の利得を改善しうるという事実を確かめ、かかる認識を
基に成したものである。

有孔シートと入力ダイノードとの間に与えられるリペリ
ング電界（不所望な方向に進む二次電子を所望な方向に
戻す電界）は人力ダイノードの孔の表面で生じる二次電
子をこれらに関一連するチャネル内に向け、これにより
これら二次電子が人力ダイノードに亘って漏洩するのを
防止する。漏洩二次電子をこれらに関連するチャ、ネル
内に四けることにより、入力ダイノードの利得が着しく
良くなり、コントラストが可成り改善される。

所望に応じ、人力ダイノードの外側面における孔の開口
部間の領域或いは有孔シートの表面のうち人力ダイノー
ド側とは反対側の表面を、二次電子放出係数が−よりも
小さな材料でマスクすることができる。マスク材料を設
けることにより、漏洩二次電子の放出が、人力（第１）
ダイノードの孔の壁部のうち第２ダイノードの電界によ
ってほんのわずかたけ影響を受ける部分に殆んど制限さ
れるだけであるという利点が得られる。しかし、入力ダ
イノードの孔の壁部から放出される二次電子はリペリン
グ電界により戻されなければその８０％よりも多くが漏
洩となるということを確かめた。

前記の材料の二次電子放出係数が小さくなればなる程、
コントラストの改善は多くなる。電子装置における二次
電子放出の抑圧（抑圧しなければ電子装置の作動に妨害
を及ぼす）は多数の技＃者によって研究されている課題
であり、その概論がＲｅ１ｎｈｏｌｄ　Ｐｕｂｌ、ｉａ
ｈｉｎｇ　０ｏｒｐ、によって出版された本″Ｈａｎｄ
ｂｏｏｋ　ｏｆ’　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　Ｔｅ
ｃｈｎｉｑｕｅｓｆｏｒ　Ｖａｏｕｕｍ　Ｄｅｖｉｃｅ
ｓｇ　”の第１９章のｌｌｌ５６９〜６フ１頁に記載”
されている。光学的に黒のいかなる置品質の層の二次電
子放出係数も平滑なコヒーレント層の二次電子放出係数
よりも着しく小さいということは知られている。グラフ
ァイト或いはすすの形態の炭素は小さな二次電子放出係
数を有するも、グラファイトおよびすすの双方はチャネ
ルプレート型の電子増倍装置に用いるのに望ましくない
。その理由は、炭素粒子がチャネル内に入り込むのを防
止するのが困雌である為である。チャネルプレート全体
で任意の数個のチャネルのみが劣下する場合には、撮像
装置の場合の増強像が許容しえない！ｉｌ！に悪くなる
おそれがある。しかし、炭素をキャリアシートとして作
用する有孔シート上に電子ビーム蒸着層として設ける場
合には、高密度で強力に固着した炭素層が得られる。或
いはまた、−素層は気相成長により有孔シートに被着す
ることができる。

有孔シートは、この有孔シートを軟鋼とする場合にはガ
ラスのような絶縁離間材料によって入力ダイノードから
絶縁することができる。

以下図面につき説明する。

第１図はバー７ダイノード１８の対よりなるダイノード
を有する従来のチャネルプレート型電子増倍装置ｌＯを
示す断面図である。第２およびそれ以後のダイノードに
おける孔１４は、英国特許第１．４８４，０５８号明細
書に記載されているようにダイノードの効率を最適にす
る為にたる状となっている。バー７ダイノード１２にお
ける牛たる状の孔は腐食により形成することができ、こ
の場合テーパーを有する各半たる状の孔の壁部１６には
、孔内に高二次電子放出の層を形成する処理の一部とし
て必要としうる蒸着層を設けつる。各列における孔１４
は隣接の列における孔からずらして配置し、これらの孔
がデルタ（Δ）配置となるようにすることができる。バ
ー７ダイノード１８の対と有孔絶縁分離層１８とは積層
体として積重ねられている。使用に際しては、電位Ｖ、
　、　Ｖ、　。

、′、１ｌｌ Ｖ＠　ｍ　−−−−−Ｖ　ｒｔ夛：イノードに印加する
。ｖ８はＶに対して最も大きな正の電位であり、Ｖｓは
ｖｎに対して次に大きな正の電位であり、以下同様であ
る。隣接の電位間の差は代表的に８００ボルトである。

電子増倍工程中電子がたどる軌道を一例として２０で線
図的に示す。

電位ｖｎが印加される第１すなわち入力ダイノード！８
は、テーパーを有する半たる状の孔の直径が大きい方を
到来電子２４の方向に面するように配電した１つのバー
７ダイノードである。このバー７ダイノードに二次電子
放出被膜を形成すると、テーパーを有する半たる状の孔
９＃１１部と同様に平坦面にも二次電子放出被膜が形成
される。原理的には、二次電子放出被膜形成処理に際し
平坦面をマスクしておくことができるも、マスク処理を
省略した方が製造が容易となる。従って、平坦面は、半
たる状の孔の壁部と同一で意識的に高くした二次電子放
出係数を有する。従って、この平坦面上に当たる入力電
子２４により可成り多数の二次電子を放出せしめるも、
これらの二次電子はその初期二本ルギーおよび方向の理
由で入力ダイノードＳ！の前方の空間中にそれてしまう
忌入力ダイノード２ｇの直前の空間における電界は一般
に低い。

例えば、英国特許第１，４８４，０５８号明細書に記・
載されているように螢光スクリーンの前方にチャネルプ
レート型の電子増倍装置を有する陰極線管においては、
チャネルプレートの入力側の方向に極めて弱い電界が向
いているだけである。その理由は、陰極線管の電子ビー
ムをその最終速度に加速するのを、チャネルプレート型
の電子増倍装置から離れたある距離の位置で行なってい
る為である。従って、人力ダイノードの外側の面から放
出された二次電子は入力ダイノードｓ２に戻りうるち、
これら二次電子は、入力ダイノード２２を横方向に沿う
ように移動させる軌道をたどった後にのみ戻るものであ
る。従って、このような二次電子はこれら二次電子の発
生点から離れたチャネル内に入るおそれがある。この場
合、チャネルプレート型の電子増倍装置によって送出さ
れる電子像のコントラストおよび解像度は、ある距離範
囲のチャネルにおいて各チャネルが二次電子発生点のチ
ャネルの入力電子密度に比例して追加の入力電子を受け
ることによって劣下する。

この問題を軽減させる１つの方法は、電子増倍装置の作
動に当って平坦面をマスクし、実効的な二次電子放出係
数をできるだけ減少させることである。英国特許第ｇ、
ｏｓｏ、ｏ１ａム号明細書では、第１図に破線で宗すよ
うにキャリアシー）［＃！１ダイノー　ド２２の平坦な
外側面上に配置する方法が提゛案されている。このキャ
リアシート２６は、第１ダイノード２２の孔と一致し、
この第１ダイノードの入口孔を妨害しない孔を有してお
り、このキャリアシートの固体部分が第１ダイノードの
平坦面のほぼ全体をマスクするようにしている。

また、キャリアシート２６の外側面には電子ビーム蒸着
した炭素の層２８が設けられている。このような層２８
は、キャリアシートのみの存在下で電子ビーム衝撃によ
り炭素片を真空中で極めて高い温度まで加熱することに
より形成する。この場□合、キャリアシート２６上に炭
素が蒸着され、０．８〜１．８の二次電子放出係数を有
）し、高密度で固着性の強い炭素層が形成される。この
炭素層ｓ８の二次電子放出係数はずす或いは粉末グラフ
ァイトのように低くならないが、この炭素層はすす或い
は粉末グラファイトのいずれよりも機械的にざらざらし
ており、しかもこの炭素層の二次電子放出係数は、孔の
壁部上に用いることができる例えば氷晶石の二次電子放
出係数（４〜５）よりも充分小さく、２よりも小さい。

作動に当っては、入射電子２４を理想的には入力ダイノ
ード２２における孔１４の先細壁部１６上に当てて二次
電子を生ぜしめ、第２ダイノード等に入射せしめるべき
これら二次電子をチャネル内に引き入れる。しかし、先
細壁部１６上で、特に電子増倍面のうち第８ダイノード
′から最も遠くに位置する部分上で生じる二次電子部分
は、これらを入力ダイノードから外部に導く軌道を追従
するのに充分な二本ルギーを有し、従ってこれらの二次
電子の−゛部が他のチャネルに入ってしまうということ
管確かめた。このことは、コントラスト、ゎずｔＰ＆：
減少、し呵−４ｆ　ｔｐ’）　’ｔ’。よヶ＜１．ヤあ
ルの利得をある個所で減少させるとともに他の個所で増
大せしめるおそれもあるということを意味する。この状
態を第１図に示す電子増倍装置の左上部の孔内に示す。

入力ダイノード２２における関連の孔を通らない軌道を
追従する二次電子部分はこの孔の壁部１６から生じる二
次電子の８０％よりも多くなるおそれがある。

この問題による悪影響を減少させ、チャネルプレー゛ト
型電子増倍装置の全利得を高める為←は、孔の一部１６
から放出され入力ダイノード２２の他の孔に導く軌道を
追従するおそれのある低エネルギーの二次電子を、これ
らに関連する孔を通るように＾かす小さな負の電界（リ
ペリング電界）を入力ダイノードの前方に与えればよい
ということが確かめられている。

このような電界を与える簡単な方法は、グリッドを人力
ダイノード２２の外側面かられずかの距−１例えば８０
μ■の距離の位置に配置し、このグリッドに入力ダイノ
ード８２に対してわずかに負の電圧、代表的には一１０
Ｖ程度の電圧を印加する方法である。。しかし、電子増
倍装置ｌＯの前方に簡単な網状のグリッドを設ける場合
、孔間の平坦面が前述したように不所望な二次電子を自
由・に放出するようにしている。

第８図は、孔間の平坦面を二次電子放出係数の小さい材
料でマスクしうるようにするとともに、入力ダイノード
の孔の壁部１６から放出されるいかなる漏洩二次電子を
も・戻すようにする小さな負の電界を生ぜしめるように
した本発明装置の部分８０を示す。

ダイノードの製造およびこれらダイノードを積層体とし
て組合せるのは第１図と同じであり、従ってこれらにつ
いてはここで再び説明しない。装置部分８０は有孔キャ
リアシート８ｓを有し、このキャリアシートの孔のピッ
チを入力ダイノードの孔のピッチに一致させ、このキャ
リアシートの孔の直径寸法は入力ダイノード８２の孔の
最大直径に一致させる。このキャリアシート８ｇの一方
の面には、二次電子放出係数が２よりも小さな真空蒸着
炭素のようなマスク材料より成る層８４を設ける。この
キャリアシートの反対側の面上には電気絶縁性の離間材
料８６、例えばガラスを設ける。この装置部分８０は入
力ダイノード２２に夕ランプ或いは接着させることがで
きる。作動に当っては、人力ダイノード２２に対して代
表的にはｌＯポル）だけ負として、電圧Ｖｇをキャリア
シートδ２と入力ダイノード２ｚとの間に印加する。

この追加のグリッドすな６ち装置部分８ｏにより＃１１
ダイノード２２の利得が５０％だけ高まり、更に第１ダ
イノード上にマスク層（炭素層）２８を設けたちのく第
１図）に比べてわずかではあるが感知しうる程度にコン
トラストが増大するということを確かめた。

装置部分δ０を製造する方法は以下の通りである。

キャリアシート８２の孔を積層体の入力面全体にＩつで
人力ダイノードｆ２の孔と正確に位置合わせさせる為に
、キャリアシートの製造に対する出発点としてバー７ダ
イノードを用いる。ハーフダイノード自体は代表的には
・、・：ダイノードの積層体において対応する孔が互い
に位置合わせされるように親型を用いて孔を光化学的に
腐食形成したシート軟鋼から造る。先細孔を拡大してこ
れらの孔がシート材料の厚さ方向においてほぼ一定の断
面を有するようにする為に、二次電子放出層で被覆され
ていない有孔ハーフダイノードを、大きな直径の孔を有
する側で接着性のプラスチック材料のフィルムで被覆し
、次にこのハーフダイノードを反対側から腐食して小さ
な孔の直径を大きな孔の直径にほぼ等しくなるまで大き
くするとともに、その厚さを減少させる。次にこのフィ
ルムを除去する。

絶縁性の離間材料８６はキャリアシートδ２の一方の面
に被着する。本例ではキャリアシートを軟鋼とした為、
適当な離間材料は、スクリーン印刷や、電気泳動や、沈
降によって被着しうるガラスである。被着後にこのガラ
スを加熱する。離間材料８６を設けるに当っては、これ
をドツトとして或いは例えば直１！Ｉ又は曲がりくねっ
た線又は曲１ 線とすることので、′きるラインとして或いはその双方
として被着することができる。キャリアシートをアルｔ
’＝ウムとする場合には、陽極処理により絶縁性を得る
ことができる。

炭素層（マスク材料層）８４は電子ビーム蒸着１により
キャリアシート８雪の他方の面に被着する。

この被着は層ｇｓ（Ｉｌｘ図）につき前述したように１
常のようにして行なう為、ここに再び説明しない。

装゛一部分８０は電子増倍装置１０にクランプすること
ができるも、一般にはこの装置部分８ｏを入力ダイノー
ド２２に接着してこれらの間が正確に離間された状態が
維持されるようにするのが好ましい。この接着は種々の
方法で１例えばポリイミド樹脂接着剤やシルバック（５
ｉｌｖａｏ　：商品名）めような高真空接着剤を用いる
ことにより、或いは離間材料８６に対して用いたガラス
よりも軟化温度の低いガラスを用いることにより行なう
ことができる（このような技術は英国特許第１．４（Ｈ
！、６４９号明細書に記載されている）。

装置部分♂Ｏの素子の相対寸法の一例として、中ヤリア
シート８２の厚さを８０および１００μ禦間の厚さとし
、炭素より成るマスク層８４の厚さを６００人とし、ガ
ラスの離間材料８６の厚さを・８０＃謹とする。

本発明の図示しない他の例では、第１図における炭素マ
スク層１８から離間してグリッドを設けることができる
。しかし、このような構成のものは第２図につき説明し
たものに比べて造るのが一層複雑である。

積層構造のチャネルプレート型電子増倍装置は種々の公
費に適用でき、特にビデオ信号を表示する為に用いられ
る陰極線管に適用しうる。第８図は、電子銃４４が゛内
部に設けられた頚部を有する容器４ｇと、積層チャネル
プレート型電子増倍装置１０左、この電子増倍装置ｌＯ
に隣接するもこれから離間されて配置されている表示ス
クリーン４６とを具える陰極線管４０を示す。この陰極
線管の頚部上には、電子ビーム５０を電子増倍装置ｌＯ
の入力面に亘って例えばラスタ状に偏向させる電磁偏向
習−り４８が設けられている。電子ビーム６０は通常の
表示管に比べてわずかなビームエネルギーを有し、従っ
て偏向磁界を弱くすることができる。この電子ビーム５
０は電子増惰装電１Ｇ内で電子流増倍作用を受け、この
電子増倍装置を離れるに際してスクリーン４６の方向に
後段加速される。

【図面の簡単な説明】

１１１図は従来のチャネルプレー）５１の電子増倍装置
の一列のチャネルの一部分をその中心を通る断面で示す
線図的断面図、 嬉２図は本発明によるチャネルプレート型の電子増倍装
置の一列のチャネルの一部分をその中心を通る断面で示
す線図的断面図、 嬉８図は本発明に↓るチャネルプレー）型ノｌｌ子増倍
装置を用いた陰極線管を示す縦断面図である。 １０・・・チャネルプレート型電子増倍装置１ｍ・・・
バー７ダイノード １４・・・孔　　　　　　　　１８・・・有孔絶縁分離
層ｌｓ・・・第１（入力）ダイノード　　　□８６・・
・キャリアシート　　２８・・・炭素層８８・・・キャ
リアシート　　８４・・・マス・り材料層重・・・・離
間材料　　　　　４０・・・陰極線管４２・・・容器　
　　　　　　４４・・・電子銃４６・・・表示スクリー
ン ４８・・・電磁偏向ａ−り　　６ｏ・・・電子ビーム。 Ｕ出１１１人　　　エヌ・ベー・フィリップス・フルー
イランベン７アブリケン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　互いに絶縁された導電性シート状のダイノードの積
   層体を有する積層チャネルプレート型の電子増倍装置で
   あって、チャネルが前記の積層体をその入力ダイノード
   から出力ダイノードまで貫通しており、各、チャネルが
   ダイノードにおいて整列された孔を有しており、これら
   孔のすべての最大横断面寸法がほぼ同・じてあり、少く
   とも前記の孔の壁部が、露出した二次電子放出面を有し
   ており、更に、入力５ダイノードの外側面の付近にリペ
   リング電界を生ぜしめつる手段を具えた電子増倍装置＆
   ：＄５いて、〜リペリング電界を生ぜしめうる前′記の
   手段が、入力ダイノードの外側面から絶縁された有孔シ
   ートを具え、この有孔シートの孔を入力ダイノードの孔
   と位置合わせして配置するとともに入力ダイノードの外
   側面における孔の開口部と少くとも同じ大きざとし゛た
   ことを特徴とする電子増倍装置。 息　特許請求のＩＮ！！１記載の電子増倍装置において
   、入力ダイノードの外側面における孔の開口部間の一城
   を、２よりも小さい二次電子放出係数を有する材料によ
   ってマスクしたことを特徴とする電子増倍装置。 龜　特許請求の範Ｈ１記載の電子増倍装置において、２
   よりも小ざい二次電子放出係数を有する材料を、前記の
   有孔シートの面のうち入力ダイノード側とは反対側の面
   上に堆積したことを特徴とする電子増倍装置。 を゛特徴とする電子増倍装置・ ａ　特許請求の範Ｈ４記載の電子増倍装置において、炭
   素を電子ビーム蒸着層として被着したことを特徴とする
   電子増倍装置。 ａ　　４１１！請求の範囲ト４のいずれか１つに記載の
   電子増倍装置において、前記の有孔シートの面のうち入
   力ダイノード側の面正に絶縁性の離間材料を設けたこと
   を特徴とする電子増倍装置。 ！　特許請求の範囲６記載の電子増倍装置において、前
   記の有孔シートを軟鋼を以って形成し、前記の層間材料
   をガラスとしたｌことを特徴とする電子増倍装置。 龜　特許請求の範囲１〜７のいずれか１つに記載の電子
   増倍装置において、入力ダイノード以外の各ダイノード
   が、互いに接触する一対のバー７ダイノードを有し、各
   ハーフダイノーｙの孔のｌｌｌＲ口がこのバー７ダイノ
   ードのシー）の一方の側の面において他方の側の面にお
   けるよりも大きく、ハーフダイノードの対の大きい方の
   開口がこの対において互いに対向し、入力ダイノードが
   、大きい方の断面開口が外方に向くように配置された１
   つのハーフダイノードを有するよ、うにしたことを特徴
   とする電子増倍装置。