JPH04249051A - イメージ管およびそれを用いた撮像装置 - 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】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明はイメージ管およびそれを
用いた撮像装置に係り、特に残像特性および解像特性の
改善されたイメージ管およびそれを用いた撮像装置に関
する。

【０００３】

【従来の技術】今日の高度情報化社会においては、映像
情報が昼夜の区別なく増大する傾向にあり、ことに、こ
れまで技術的に困難であった暗視野下での映像情報に対
する要求が高まっている。このような中で、微弱光像を
明るい光像に増幅するイメージ管を撮像装置に結合し、
高感度テレビカメラとして用いることが提案され、ー部
実用化されてきている。

【０００４】このような用途のイメージ管には、一般に
、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極構造のものが用いられている。また、電子増倍機
能を有する二次電子増倍素子（マイクロチャンネルプレ
ート：ＭＣＰ）を備えたものも用いられている。

【０００５】しかして、このイメージ管の蛍光面を形成
する蛍光体材料には、従来、明るさの点からＺｎＳ系や
ＺｎＣｄＳ系の蛍光体が一般に用いられてきた。ちなみ
に、このような蛍光体を用いたイメージ管を撮像装置と
組み合わせたテレビカメラは、撮像装置単独のテレビカ
メラに比較して約１０倍の実効感度が得られている。

【０００６】しかしながら、その反面、残像が長いとい
うテレビカメラのような用途には特に問題となる欠点を
有することが明らかとなった。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の場合に、減衰量
が刺激停止後５０ミリ秒において初期の　５〜６　％で
あり、イメ−ジ管の応答特性を著しく悪化させることが
観測された。このため、残像時間の短い応答特性に優れ
たイメージ管の開発が要求されている。

【０００７】一方、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が、高性能、高信頼性、小型
、軽量、省電力、堅牢等の特徴を有していることから、
従来の電子管方式による撮像装置に代わるものとして急
速に普及してきており、今後さらに技術的に進展するこ
とが期待されている。そしてこのような撮像装置の進展
に呼応して、上記イメージ管をこれらの撮像素子と組合
せて小型軽量の機動性に優れた高感度テレビカメラを開
発しようとする試みが進められており、かかる試みの中
からも、残像特性の向上したイメージ管が強く要求され
てきている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような中で、残像
特性の向上したイメ−ジ管が、たとえば特公平２−１５
５９９号公報や特公昭６３−３５１８８号公報等におい
て提案されてきている。しかしながら、これらの特公平
２−１５５９９号公報や特公昭６３−３５１８８号公報
記載のイメージ管は、ＺｎＳ系やＺｎＣｄＳ系蛍光体を
用いた従来のイメージ管に比べ残像特性の点では改善さ
れているものの、出力特性が不十分であるという難点が
あった。そのうえイメージ管作製過程で、形成した蛍光
膜の特性の良否を評価できないという難点があった。す
なわち蛍光膜の膜品位は直接的に解像特性に影響をもた
らすものであり、したがって蛍光膜の特性の良否を蛍光
膜形成後直ちに知りうることが望ましいが、上記記載の
イメ−ジ管ではいずれも蛍光膜の塗膜特性はイメージ管
作製後の実装試験でのみ評価可能であった。

【０００９】本発明は、このような従来の事情に対処し
てなされたもので、残像特性に優れ、しかも出力特性、
解像特性が改善されたイメージ管およびこれを用いた高
感度、高性能の撮像装置を提供することを目的とする。

【００１０】［発明の構成］

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のイメ−ジ管は、
入射光に応じて光電子を放出する光電面と、この光電面
に対向配置され前記光電子の衝撃により発光する蛍光面
を具備してなるイメ−ジ管において、前記蛍光面が、一
般式 ＺｎＯ１−Ｘ　ＳＸ　 （但し、　Ｘは　０≦　Ｘ≦　１×１０−１）で表され
、かつ平均粒径　０．５〜４．０　μｍ　の蛍光体粒子
から形成されていることを特徴とし、また本発明の撮像
装置は、前記イメージ管と、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。

【００１２】本発明において使用される上記蛍光体は、
紫外線励起により明るい緑色発光を呈する蛍光体で、沈
降法等により容易に膜形成することができる。

【００１３】本発明において、上記蛍光体のＳ元素量　
Ｘを　０≦　Ｘ≦　１×１０−１の範囲に限定したのは
、この範囲を外れると出力特性が実用上やや不十分とな
るからである。すなわち、図３は、このＳ元素量　Ｘを
変化させたときの出力特性の変化を示すグラフで、実線
は、後の実施例中で説明するような図１で示すイメ−ジ
管を作製し、さらにこのイメ−ジ管を固体撮像素子に結
合して図２に示すような撮像装置を組立て、ここで組立
てられた撮像装置について出力強度を測定した結果を、
Ｓ元素量　Ｘが　０のときの出力強度を１００　として
示したもの、また破線は、紫外線励起による蛍光体の発
光強度の同様な相対値を示したものである。同図からも
明らかなように、Ｓ元素量　Ｘが　１×１０−１を越え
ると、紫外線に対する発光強度は十分であるが、イメ−
ジ管出力の急速な低下が認められる。

【００１４】また、この蛍光体粒子の平均粒径を　０．
５〜４．０　μｍ　に限定したのは、　０．５μｍ　未
満では発光効率が不十分となり、逆に４．０　μｍ　を
越えると、成膜性が不良となり、解像特性が低下するよ
うになるからである。すなわち、表１は、この粒径の違
いによる解像特性の変化を、平均粒径に対する５０％振
幅変調度で示したもので、同表からも明らかなように、
平均粒径が４．０　μｍ　以下であれば、実用上十分な
解像特性を有している。なお、この測定にはＺｎＯ０．
９９８　Ｓ０．００２　蛍光体を用いて行った。（以下
余白）

【００１５】

【作用】本発明に係るイメージ管においては、蛍光面が
前記一般式からなる特定の蛍光体粒子から形成されてお
り、その残像特性は、低刺激電流に場合にも陰極線管で
通常用いられている刺激電流下の場合と変わらず良好で
ある。しかもこの蛍光体粒子は成膜性が良好で解像特性
に優れている上、発光効率も高く実用上十分な出力が得
られる。

【００１６】さらに、この蛍光体は紫外線励起により明
るい緑色発光を呈するので、形成された蛍光面の面品位
を容易に評価することができ、製品の品質向上、安定化
を図ることができる。

【００１７】したがって、また、このようなイメ−ジ管
を用いた本発明に係る撮像装置は、イメ−ジ管付加によ
る残像特性や解像特性の劣化を招くことなく感度を向上
させることができる。

【００１８】

【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。

【００１９】図１は、本発明に係る一実施例のイメージ
管の構成を示す断面図である。同図において、１はその
一主面に光電面２が形成されたガラスプレート、また３
はその一主面に蛍光面４が形成されたファイバーオプテ
ィクスフェースプレートである。一方の光電面２は、た
とえばＮａ、Ｃｓ、Ｓｂの蒸着膜により形成されており
、他方、蛍光面４は、平均粒径　２．０μｍ　のＺｎＯ
蛍光体粒子を沈降法によりファイバーオプティクスフェ
ースプレート３上に沈着させた後、その上にアルミニウ
ムメタルバック層を設けて形成されている。

【００２０】そして、これらの両プレート１、３は、光
電面２と蛍光面４が所定の間隔をもって対向するように
配置され、かつその間隙が絶縁環体５およびこの絶縁環
体５を各プレート１、３に支持する支持金具６、７によ
り気密に封着された構造となっている。

【００２１】さらに、封着された両プレート１、３の間
隙は高真空に保たれており、動作時において、光電面２
に所要の電圧、たとえば１０ｋＶ程度を印加することに
より、入射光像が光電面２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蛍光面４に向かって放出さ
れ、光電子は加速された後、蛍光面４に衝突して蛍光体
を励起し発光させ、入射光像よりも増幅された明るい光
像がファイバーオプティクスフェースプレート３を通し
て外に出力像として導かれるようになっている。

【００２２】このような構成のイメ−ジ管の残光特性を
調べ、表２に実施例１として示した。なお、試験は、照
度０．０５ルクスの光源を用いて行い、結果を、励起停
止直後のイメージ管出力を１００　したときの経過時間
に対する相対出力で示した。

【００２３】同表には、平均粒径　２．０μｍ　のＺｎ
Ｏ蛍光体粒子に代えて、平均粒径　２．０μｍ　のＺｎ
Ｏ　０．９９８Ｓ０．００２　蛍光体粒子を用いた以外
は上記と同様に作製したイメ−ジ管を実施例２として、
さらに、従来のＺｎＳ：Ｃｕ，Ｃｌ蛍光体を用いて同様
に作製したイメ−ジ管を比較例として、それぞれ同様に
調べた残光特性の結果も併せ示した。

【００２４】 　　［表２］　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　相対出力値　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　２ミリ秒　　　　　５ミリ秒
　　　　１０ミリ秒　　　　　　　　　　　　　　実施
例１　　　　　　０．７　　　　　　　　　０．０８　
　　　　　０．０４　　　　　　　　　　　　　　　　
実施例２　　　　　　０．９　　　　　　　　　０．１
０　　　　　　０．０５　　　　　　　　　　　　　　
　　比較例　　　　　　　２５　　　　　　　　　　１
４　　　　　　　　　９　　　　　　　表からも明らか
なように、本発明に係るイメ−ジ管の残光特性は従来の
ものに比べはるかに優れていた。

【００２５】なお、上記実施例１および実施例２の立ち
上がり特性についても調べたところ、同様に良好な結果
が得られた。また、解像特性も振幅変調度５０％におい
て実施例１では　３４５本、実施例２で　３４０本と良
好な結果が得られた。さらに出力の面でも、蛍光面全体
が均一であり、かつ実用上十分な特性を有していた。

【００２６】次に、上記実施例のイメ−ジ管を用いた本
発明に係る撮像装置の一実施例を第２図に示す。

【００２７】同図において、上記構成のイメージ管８と
、固体撮像素子９、たとえばシリコン基板上に光電換・
蓄積部および電荷（信号）転送部を高密度集積した電荷
結合型固体撮像素子が、イメージ管８の出力面、すなわ
ちファイバーオプティクスフェースプレート３と、固体
撮像素子９の入射面１０を対向させて結合している。 しかして、この撮像装置は、固体撮像素子９単独のもの
に比べ高感度であり、しかも、残像特性、解像特性、出
力特性については、固体撮像素子９単独のものに比べ同
等以上の特性を有していた。

【００２８】なお、上記実施例で説明したイメ−ジ管は
、いわゆる一段形イメ−ジ管に属するものであるが、本
発明はかかる形のものに限定されるものではなく、多段
形イメ−ジ管やＭＣＰを備えたチャンネル形イメージ管
などの各種イメージ管に適用でき、また撮像装置につい
ても、上記実施例で用いた電荷結合型固体撮像素子に代
えて、他の各種固体撮像素子、あるいは電子管式撮像素
子を用いることができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のイメージ
管によれば、蛍光面を組成、粒径を特定した所定の蛍光
体粒子により形成したので、残像特性が向上する上、出
力特性や解像特性の点でも実用上十分な特性が得られる
。しかも、その蛍光体粒子は紫外線励起下において視認
性の高い発光を呈するので、従来のように実管の作製を
待つことなく蛍光面形成段階でその特性を確認できると
いう利点も有する。

【００３０】また、本発明の撮像装置は、上記したよう
な特性の良好なイメージ管を用いているので、感度が向
上する上、イメージ管付加による残像特性や解像特性の
劣化のない優れた撮像性能を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のイメージ管の一実施例の構成の要部断
面図である。

【図２】本発明の撮像装置の一実施例を概略的に示す構
成図である。

【図３】蛍光体のＳ元素量と出力特性の関係を示すクラ
フである。

【符号の説明】

２………光電面 ４………蛍光面 ８………イメージ管 ９………固体撮像素子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　入射光に応じて光電子を放出する光電
   面と、この光電面に対向配置され前記光電子の衝撃によ
   り発光する蛍光面を具備してなるイメ−ジ管において、
   前記蛍光面が、 一般式 ＺｎＯ１−Ｘ　ＳＸ　 （但し、　Ｘは　０≦　Ｘ≦　１×１０−１）で表され
   、かつ平均粒径　０．５〜４．０　μｍ　の蛍光体粒子
   から形成されていることを特徴とするイメ−ジ管。
2. 【請求項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撮像装置。