JPS61109251A - 光電検出装置 - 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】 本発明は窓を設けた真空チャンバを具えており、前記窓
が前記チャンバの内側面にて光電陰極を支承する基板を
有してふり、低波長の下限値λｆと高波長の上限値λ２
との間の入射光放射に感応し、前記光電陰極が放出する
電子を電子的手段によって集束、加速及び偏向させて、
前記光電陰極に投影された発光事象を表す信号又は像を
供給するようにした光電検出装置に関するものである。

本発明は解像管の如き上述したタイプの光電検出装置を
用いる管、一般には、再生時における局部化誤差を除去
する必要のあるあらゆる像再生管　　　　　１にも関す
るものである。

なお、局部化誤差の様相は解像管にとっては無視できな
い重要なことである。これらの解像管は一般に、視野、
特に例えば気象学にて雲又は粒子を観察したり、或いは
天文学で星を追跡したりする際におけるような、空を走
査する場合に現れる点状事象を検出すべく設計されてい
る。従って、斯種の解像管によって検出される像は非常
に均一な像形態で現れ、この均−像内における検出すべ
き事象と混じったり、或いは事象の検出を妨げたりして
、従って解像管の効率を低減させている。

一般に解像管は、光放射が入射すると電子を放出する光
電陰極を有している入射窓を設けた真空チャンバで構成
する。分析すべき被写体はこの入射窓に光学的に投影さ
れる。光電陰極によって放出された電子は加速されて集
束し、かつ適当な電子光学手段により、人口に極めて小
さな孔を有している電子マルチプライヤ（増倍管）に向
けて偏向される。光電陰極に形成された像の各点により
放出される電子は電子走査系により増倍管に入り、この
増倍管は斯かる電子を慣例の電子的手段により電気信号
に再生し、この信号はスクリーンに表示させたり、又は
解像管を位置決めするのに利用することができる。

前述したように像に欠陥がある場合には、その欠陥部が
像フィールドにおける当面の事象に取って代わり、その
欠陥部によって解像管が制御されたりするので、像が誤
って認知されたり、また解像管を位置決めするが困難と
なる。

斯種の解像管については、１９７１年１月１８〜１９日
に米国テキサス州エルパソにて開催された光学トラッキ
ングシステムに関するセミナーの会報にイー・エッチ・
エバーハード（Ｂ、Ｈ，Ｅ！ｂｅｒｈａｒｄｔ）により
発表された論文「光学的追跡器としての解像管」（Ｔｈ
ｅ　Ｉｍａｇｅ　Ｄｉｓｓｅｃｔｏｒ　ａｓ　ａｎ　０
ｐｔｉｃａｌ　Ｔｒａｃｋｅｒ）に記載されている。

なふ、上記文献に記載されている解像管は星を追跡する
のに用いられる。この解像管の光電陰極上に得られる像
フィールドには星が光点状に現れる。このような用途に
とっては、光電陰極上における１ミクロンの大きさの位
置の変化を検出する必要がある。しかし、像の欠陥部が
検出すべき発光事象と混同して、これらの欠陥部を追求
してしまうことが極めて頻繁に起こる。これらの欠陥部
は、成る像点と、その近隣の像点との間の短い距離の所
で感度が突然変化することによって、非常に不所望なひ
ずみが生ずることにより生じがちである。

本発明の目的は像中の欠陥部数を減らすと共に、これら
の欠陥部を起生せしめるひずみも低減させることにある
。

本発明は冒頭にて述べた種類の光電陰極装置において、
前記窓に少な（とも１個の光フィルタを設け、該フィル
タによって前記検出装置を作動させる波長範囲を決定し
、λ１　くλｆくλ２となるように波長λｆよりも大き
い波長の光を除去するようにしたことを特徴とする。

本発明の好適例によれば、前記光フィルタを帯域通過フ
ィルタとし、このフィルタによってλｆくλ′ｆ＜λｆ
となるように波長λ′ｆよりも小さい波長の光も除去す
るようにする。

解像管によって検出される像構造における欠陥部の大部
分は、光電陰極の量子効率に変化を来す光電陰極の機能
の崩壊によるものと思われている。

これらの欠陥部は通常的１０μｍ×１０μｍの点状をし
ているか、又は約１０μｍ×５０μｍの長方形をしてい
る。これらの欠陥部は検出すべき事象の作用下で発生さ
れる量子放出の変化を同じ大きさで量子効率を変化させ
、その変化量は１％の範囲内である。これがため、妨害
された信号から有効信号を識別することは大抵の場合困
難である。

入射エネルギー光子ｈνに対する透過光電出力ここに、 Ｐ（ｘ、ｈν）＝Ｐ（０，ｈν）　・ｆ（ｘ、ｖ、Ｌ（
ｈν））なお、ｅ、：光電陰極の厚さ、 Ｘ：光子が吸収される深さ、 ｒ　（Ｘ、　ｈν）：深さＸの所に吸収されるエルギー
光子ｈνの密度、 Ｐ　（ｏ、　ｈν）：エネルギー光子ｈνで光電陰極の
表面に電子を放出する確率、 Ｌ（ｈν）：光電子が逃げる深さ、 Ｖ：基板と光電陰極との界面での電子の再結合速度。

上式から明らかなように、光電出力は光子が吸収される
深さ、従って関連する材料の分量並びに電子が真空チャ
ンバ内へと逃げることのできる深さに依存する。

光電出力におけるこれらの変数が、層の成分と厚さ、電
子放出の確率、表面の位相（ｔｏｐｏｌｏｇｙ）等に関
連し、これらのパラメータが入射ビームの波長範囲に応
じて異なる効果を呈することは本願発明者が行った観察
結果から明らかである。

組成が（Ｎａ、にｓｂ、ｃ、）から成る光電陰極に対す
る青色光（λｆ−４３０ｎｍ）の光電出力は、その光電
陰極の厚さを約７ｎｍとする場合に最大となることを確
かめた。薄層におけるアンチモン化物は基板上に、核を
形成する傾向にあり、しかも層の厚さを局部的に変化せ
しめ、その厚さの変化分は２ｎｒｎ程になり得る。同様
に、扇の光学的パラメータｎや及びに、（これらは厚さ
がｅ、の光電陰極の屈折率の実数部及び虚数部をそれぞ
れ表す）は、層の厚さと組成の変化に高度に感応する。

従って、光電出力Ｙ、の局部的変化は約４％にまでも達
し得る。組成の変化は基板の性質に密に関連し、基板が
ガラス製のものである場合にはアルカリ性物質がその基
板と反応することを確かめた。

同様に、赤色光（λｒ　＞７００ｎｍ）でも光電出力Ｙ
Ｔが著しく変化することが種々のサンプルについて立証
された。これは光子エネルギーが低下する場合に、電子
放出の確率が低くなり、しかもそれについて電子放出の
確率勾配が高くなるからであると判明した。これにより
光電出力が局部的に変化し、その変化量は１００％にま
で達し得る光電出力の相対的変化に対して４％程度とな
り得る。

緑色光（λｆ　＝５２０ｎｍ）での光電出力の変化は、
青及び赤色光の場合に較べて遥かに低いことを確かめた
。これは最大光出力を得るために約６８ｎｍの厚さの光
電陰極が用いられ、これにより層の核形成に関連する厚
さの変化が他に及ぼす影響が非常に弱くなるからである
。同様に、電子放出の確率勾配も緑色光の波長付近では
低くなる。本願発明者が行った実験からつぎのようなこ
とが確かめられた。即ち、光電陰極に前述した欠陥をま
ねくことになる光電出力ＹＴの著しい変化は主として上
述したようなメカニズムに関連して起こり、そのような
光電出力の変化は光電陰極の感度限界値λ２に向かう高
波長付近の入射光に対して活発となる。

このようなことをなくすために本発明は入射光スペクト
ルをろ渡して、斯かる高い限界値λ２を抑圧することに
よって検出装置の感度限界値λ２の影響を抑圧する。こ
の場合における入射光をろ波した後の検出装置の高感度
限界値は、挿入したフィルタの感度限界値となる。この
フィルタは、例えば透過が望まれるスペクトル帯に従っ
て決定される厚さを有する光学的に高い及び低い屈折率
の材料から成る一連の層によって構成される干渉フィル
タとすることができる。高屈折率の材料は例えばＺｒＯ
□、　ＣｅＯ，、ＺｎＳ、　ＴｉＯ□、　Ｔａ２Ｏ，、
ＷＯ３のようなものであり、低屈折率の材料は例えばＭ
ｇＦ　２＋　ＮａＡ　ＩＦ　２＋ＣａＦ２．　ＢａＦ２
のようなものである。

所定タイプの光電陰極に用いるフィルタはつぎのように
して形成することができる。先ず光電陰極を基板に載せ
る。この光電陰極の光電出力は波長により決定される。

この感度曲線にて曲線λｆ（例えばλｆ　＝７６０ｎｍ
）が規定され、この波長での感度は最大感度の約１０％
とする。ついで波長λｆよりも大きい波長の光を除去す
るフィルタを決定し、感度限界値λ２（λ２〉λｆ）に
近い波長の光を除去する。高及び低屈折率の材料層は、
所望タイプのフィルタに応じた厚さに互いに積重ねる。

この目的のため、λ＝　＝７６０ｎｍにて高波長の光を
カット・オフする低域通過フィルタを形成する。　′こ
のフィルタは波長λｆＡ”λｆ　＝７６０ｎｍでは、１
０％程度の透過率を呈する。このようなフィルタは例え
ば、層厚が波長λｆ（λｆ＝０．５８λｆＡ）の１７４
又は１／２に等しくなるような一連の層で構成し、本例
の場合にはλｆ＝４４０ｎｍとする。この場合に　　　
　　１１おける一連の層によって形成されるフィルタを
タイプＡのものと称し、これはつぎのように表される。

λｆ ここに、−（Ｂ）は低屈折率ｎの材料（Ｂ）からＯ 折率Ｎの材料（Ｈ）から成る−に相当する厚さをＮ 表し、数Ｐはこの構造のものをＰ回繰返すことを示して
いる。

しかし、光電検出装置の感度の下側限界値が同じく光電
陰極の光電出力を不所望に変化させることも確かめた。

そこで、本発明は光電検出装置の下側の感度限界値を均
等に抑圧することによって該検出装置をさらに改善する
ことにもある。この目的のために波長λ’　ｆ＝４４０
ｎｍ　も規定し、この波長以下の領域内に、基板と光電
陰極との間の化学的性質の相互作用によって持たらされ
る妨害現象が現れるようにする。組成がＮａ２ＫＳｂで
、厚さが６９ｎｍに相当する光電陰極の場合には、λ’
、＝４４００ｍの波長に対するこの光電陰極の感度が、
その最大感度の約９０％に相当する。ついで高域通過フ
ィルタを規定する。このフィルタは上述したのと同じ表
示法でタイプＢのものとすることができる。

即ち、 ここにλｆ−０，８４λ１．とする。λｆＢ＝λ′ｆと
する場合、高域通過フィルタの透過率は例えば１０％程
度である。λｒａ＝４４０ｎｍの場合におけるλ０はλ
ｆ”３７０ｎｍである。

フィルタに対する有効透過帯域を規定するために、基板
の両側にタイプＡとＢのフィルタを配置することができ
る。つぎのように規定されるタイプＣのフィルタを造る
こともできる。即ち、後者の場合には、例えば４８０〜
６８０１ｍの範囲内の波長光を透過させるフィルタを決
定するために、暦月に考慮する波長λｆの値をλｆ＝５
７０ｎｍとする。組成がＮａ２ＫＳｂ、　ｃｓの光電陰
極の場合には、暦月の厚さを５３ｎｍとして、緑色光で
最大光電出力を呈するようにする必要がある。

最初の構成膜では斯くして決定されるフィルタを光電検
出器の入射窓の前方に可動構造の形態で実現することが
でき、このフィルタを真空チャンバと一体の支持体に取
付ける。

第２の構成膜では、フィルタを構成する複数個の層を光
電検出器の入射窓の真空チャンバの外側及び／又は内側
に直接被着することもできる。この第２モードでは幾つ
かの設計変更が可能である。

最初の例の場合には、基板の外側面上に低域通過フィル
タを設けてスペクトルの高波長の光を除去する。

第２の例の場合には、基板の外側面に低域通過フィルタ
を設け、かつ基板と光電陰極との間の基板界面に高域通
過フィルタを設けることによってスペクトルの両端部の
光を除去する。

さらに第３の例によれば、スペクトル両端部の光を基板
外側面上に設けた低域通過フィルタによって除去する。

光電陰極を設ける表面と同じ基板の表面上にフィルタを
設けない場合には、このフィルタを特に斯かる光電陰極
に適合させる。フィルタを基板と光電陰極との間に配置
する場合には、基板に直接位置付ける光電陰極と同じ組
成の制御光電陰極について予じめ感度測定値を求めて、
補正を成すべきスペクトルの範囲を決定する必要がある
。この場合には、真空チャンバの内側に位置させるフィ
ルタを造るためにＺｎＳ及びＮａＡＩＦｚを使用しない
ようにする必要がある。

光電陰極を支承する基板は通常ガラス製である。

ガラスとアルカリとの化学反応による光電陰極の成分の
変化は、斯かるガラス質基板を石英又はコランダムの如
き単結晶基板と置換することによって低減させることが
できる。このようにすれば、基板の表面状態が良好とな
るので、光電陰極を構成する層の核形成が改善されて、
フィルタの各特性も改善される。このような単結晶質基
板による光電出力の変動分の低減はスペクトルの青色部
分に対して特に敏感である。本発明のさらに他の例では
、スペクトルの赤及び青部分を補正するのに、単結晶基
板の外側面に位置させるスペクトルの赤色部分を補正す
るための低域通過フィルタを用いるようにする。

以下図面につき本発明を説明する。

第１図は真空チャンバ１０を具えている解像管を示し、
この解像管の入射窓は基板１２によって形成し、基板１
２には光電陰極１１を設ける。解像管の真空チャンバの
内側で、その管の入射窓きは反対側には電子増倍管１３
を配置し、この増倍管の前方には小孔１４をあけである
平板１５を位置させる。チャンバ１０の内側には電極１
７も配置し、これら電極の電位は、光電陰極１１が放つ
電子を加速し、かつ集束させるのに十分とする。偏向コ
イル１６は電子ビームを偏向し、かつ走査して、光電陰
極の各点から放出される電子を軌道１８に従って孔１４
に集束させる。ついでこの電子ビームは増倍管１３によ
って捕らえられ、この増倍管は出口１９から電気信号を
供給し、この電気信号はモニタ管によるか、又は　′電
子式の信号処理装置によって捕らえられる。基板１２の
前方には干渉フィルタ２０を設ける。

光学装置（図示せず）は分析すべき被写体を解像管の入
射窓に投影する。

第２図は解像管の入射窓を多少詳細に示したものである
が、入射窓の構成はこの例のみに限定されるものではな
い。基板１２の表面に設ける光電陰極１１は真空チャン
バの内側に位置させる。一連の層２０．，２０□、・・
・２０Ｆから成る干渉フィルタ２０は、この第２図によ
れば、屈折率の低い材料製の層２０１゜２０３、・・・
２０．と屈折率の高い材料製の層２０２．２０．・・・
２０□８を交互に並べて構成し、このフィルタを真空チ
ャンバの外側に位置する基板の表面に設ける。

斯かる連続層から成るフィルタは前述したタイプＡのフ
ィルタを表す。分析すべき被写体は広域スペクトルにわ
たり延在する種々の波長で入射光ビーム２２の形態にて
解像管に投影される。入射光ビ−ム２２は干渉フィルタ
２０を通過し、このフィルタの出口には前述した本発明
についての説明中における種々のフィルタの所定特性に
従ってスペクトルの上側部分及び場合によっては下側部
分の波長が制限された光ビームが発生する。フィルタに
てろ波された光ビームは基板１２を通過してから光電陰
極１１にて吸収されて、光電陰極の表面全体にわたり放
出される電子を発生する。

光電陰極の各像点が放出する電子は、第１図に示した集
束兼偏向電極１７と、偏向コイル１６とにより電子増倍
管１３に対する入口に設けた小孔１４に向けられる。つ
いで電子増倍管により得られた電気信号は、光電陰極上
にて僅か数ミクロンしか離れていない２つの像点を検出
し得る特性を有している処理手段によって処理される。

第３図は３つの特性曲線を示したものである。

−曲線１は解像管の入射窓に被着した成分（Ｎａ２ＫＳ
ｂ。

Ｃ，）から成る厚さ６９ｎｍの光電陰極の光電出力を４
ｏｏｎｍ〜８５０ｎｍの間にて変化する波長の光に対し
て表したものである。８５００ｍと７６０ｎｍとの間で
は光電出力が急速に増大することが認められる。この例
における斯かる部分は、本発明によりフィルタを挿入す
ることによって除去する入射光スペクトルの部分である
。光電陰極の光電出力の低減は、短い波長、特に４５０
ｎｍと４ＱＯｎｍとの間の波長の光に対しても認めるこ
とができる。波長スペクトルの斯かる部分もフィルタに
よりろ波することによって抑圧することができる。この
例における光電出力Ｙ７はλｆ　＝７５Ｑｎｍ付近にて
゛その最大値の１０％に等しくなる。従って、挿入すべ
きフィルタは斯かる波長に対して約１０％の透過率を呈
するようなものとする。このようにすれば斯かる波長の
光に対する光電出力が最大値の約１％に低減されるよう
になる。

スペクトルの有効部分における光電出力はできるだけそ
こなわれないようにする必要がある。

即ち、フィルタは最適透過率を呈する必要がある。

一曲線２は斯かる機能に適する干渉フィルタの透過特性
を示したものであり、このフィルタはＺｎＳと！、１　
ｇ　Ｆ　２の層を７つ交互に重ねて形成したものであり
、このフィルタによってスペクトルの上側部分を除去す
る。

一曲線３は曲線２の特性を有しているフィルタを設けた
ガラス基板に被着した曲線１の特性を呈する光電陰極の
光電出力を示したものであり、これから明らかなように
、入射光スペクトルの上側部分では光電出力が発生しな
くなっている。

本発明は、極めて短い離間距離での光電出力の変化が、
除去すべき不所望な影響をまねくような像再生管に関す
るものであることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は解像管の一例を示す線図； 第２図は本発明による光電検出装置の窓構成を示す線図
； 第３図は成分が（Ｎａ２ＫＳｂ、Ｃ，）から成る光電陰
極の光電出力特性と、低域通過フィルタの透過特性と、
前記光電極に本発明による低域通過干渉フィルタを装着
した場合に右ける光電陰極の光電出力特性をそれぞれ示
す特性図である。 ＩＯ・・・真空チャンバ　１１・・・光電陰極１２・・
・基板　　　　　１３・・・電子増倍管１４・・・孔　
　　　　　１５・・・平板１６・・・偏向コイル　　１
７・・・集束兼加速電極１８・・・電子軌道　　　１９
・・・増倍管の出口２０・・・干渉フィルタ 特許出願人　　　エヌ・ベー・フィリップス・フルーイ
ランペンファブリケン づ Ｕ− 兇 ：

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、窓を設けた真空チャンバを具えており、前記窓が前
   記チャンバの内側面にて光電陰極を支承する基板を有し
   ており、低波長の下限値λ＿１と高波長の上限値λ＿２
   との間の入射光放射に感応し、前記光電陰極が放出する
   電子を電子的手段によって集束、加速及び偏向させて、
   前記光電陰極に投影された発光事象を表す信号又は像を
   供給するようにした光電検出装置において、前記窓に少
   なくとも１個の光フィルタを設け、該フィルタによって
   前記検出装置を作動させる波長範囲を決定し、λ＿１＜
   λ＿ｆ＜λ＿２となるように波長λ＿ｆよりも大きい波
   長の光を除去するようにしたことを特徴とする光電検出
   装置。 ２、前記光フィルタを帯域通過フィルタとし、このフィ
   ルタによってλ＿１＜λ′＿ｆ＜λ＿ｆとなるように波
   長λ′＿ｆよりも小さい波長の光も除去するようにした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光電検
   出装置。 ３、前記波長λ＿ｆを、前記検出装置の初期感度が該検
   出装置の最大初期感度の約１０％となる波長としたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１又は２項のいずれかに
   記載の光電検出装置。 ４、前記波長λ′＿ｆを４４０ｎｍとしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第２又は３項のいずれかに記載の光
   電検出装置。 ５、前記１個又は複数個の光フィルタが波長λ＿ｆ及び
   ／又はλ′＿ｆに対して最大透過率の約１０％に等しい
   透過率を呈するようにしたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１〜４項のいずれかに記載の光電検出装置。 ６、前記光フィルタを前記真空チャンバの外側における
   窓の前方に配置したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １〜５項のいずれかに記載の光電検出装置。 ７、前記光フィルタを前記窓基板の外側面上に設けたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１〜５項のいずれかに
   記載の光電検出装置。 ８、前記光フィルタを前記窓基板の内側面上に設けたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１〜５項のいずれかに
   記載の光電検出装置。 ９、前記光フィルタを前記窓基板の内側面上の高域通過
   フィルタと、前記窓基板の外側面上の低域通過フィルタ
   とによって構成した通過帯域フィルタとしたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１〜５項のいずれかに記載の光
   電検出装置。 １０、前記光フィルタを、一連の薄層によって構成した
   干渉フィルタとしたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １〜９項のいずれかに記載の光電検出装置。 １１、前記窓が単結晶基板を有するようにしたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１〜１０項のいずれかに記載
   の光電検出装置。 １２、前記窓が石英板によって構成した基板を有するよ
   うにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１１項に記
   載の光電検出装置。 １３、前記窓がコランダム平板によって構成した基板を
   有するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   １項に記載の光電検出装置。 １４、前記光電検出装置を特許請求の範囲第１〜１３項
   のいずれかによる解像管としたことを特徴とする光電検
   出装置。