JPS627657B2

JPS627657B2 -

Info

Publication number: JPS627657B2
Application number: JP53029053A
Authority: JP
Inventors: Hiroharu Kawai
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1978-03-14
Filing date: 1978-03-14
Publication date: 1987-02-18
Also published as: JPS54121664A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、例えばカラーテレビジヨン受像管、
或いは、プロジエクタ用映像管等に用いられるビ
ームインデツクス型陰極線管のインデツクス信号
の取り出しに用いて好適な光検出装置に係わる。

先ず第１図及び第２図を参照して、ビームイン
デツクス型カラー陰極線管の構成を説明するに、
１はビームインデツクス型カラー陰極線管を全体
として示し、２はその管体、３は管体２のネツク
部２ａ内に配置された電子銃、４はこの電子銃３
より発射される電子ビーム、５はビーム４の水
平、垂直偏向用電磁偏向装置を示す。６は管体２
のフエースプレート２ｂの内面に被着形成された
螢光面を示す。この螢光面６は、第２図に示すよ
うに、フエースプレート２ｂの内面に例えば垂直
方向に延長するストライプ状の各色例えば赤、緑
及び青の螢光体Ｒ、Ｇ及びＢが順次交互に配列さ
れてなる。各色の螢光体Ｒ、Ｇ及びＢ間には、光
吸収層所謂ガードバンド７が形成配置される。
又、この螢光面６上即ち内面にはメタルバツク層
８が被着される。そして、この螢光面上、即ちメ
タルバツク層８上に電子ビームの照射、即ち衝撃
によつてインデツクス光を発生する物質層９が被
着される。この物質層９としては、電子ビームの
衝撃によつて可視光又は紫外線等を発光する残光
性の短い螢光体が用いられる。そして、この螢光
体即ちインデツクス光を発生する物質層９は、各
色の螢光体Ｒ、Ｇ及びＢの延長方向に沿うように
電子ビーム４の水平走査方向に所要の間隔を以つ
て例えばガードバンド７に対向する位置に配置さ
れる。

一方、管体２の例えばフアンネル壁２ｆに、こ
れに対してフリツト付けされて埋め込まれたレン
ズ系１０を設け、その外側に物質層９よりのイン
デツクス光、例えば可視又は紫外線を検出して、
これを電気的信号に変換する光検出素子即ち、例
えばPINダイオード素子等の光電変換素子１１が
配置されこれよりの電気信号を例えば増巾器等の
所要の回路１２を通じ、これによつて電子ビーム
に対する色切換えの制御、或いは、電子ビームの
走査速度の変調を行なうようになされる。

このようにインデツクス光を検出する光検出装
置は、通常、前述したように、集光レンズ１０を
用いることによつてできるだけ多くの光が光電変
換素子１１に達するように、素子１１が、第３図
に示すようにレンズ１０の光軸上に配置される。
ところが、このような集光レンズ１０を用いて
も、第４図に示すように、レンズ１０の光軸より
ずれた拡散光に関しては、素子１１に入らず他に
拡散してしまう。

更に、残光性の少い螢光体物質９よりの発光波
長、即ちインデツクス光の波長と光電変換素子１
１の高い光電変換効率を示す波長範囲とが、必ず
しも一致しない場合があり、素子１１より十分満
足できる程度の出力が得られない場合もある。

本発明は、能率良く光信号を電気信号に変換す
ることができるようにした新規な光検出装置を提
供するものである。

即ち、本発明においては、導光体と光電変換素
子とを有し、導光体によつて上述したインデツク
ス信号のような、電気信号に変換する被検知光を
無駄なく受け、しかもこれによつて被検知光を光
電変換素子が比較的高い変換効率を示す波長範囲
の光に変換して光電変換素子に導くようにする。

第５図を参照して本発明の一例を説明するに、
本発明においては、基本的には板状の導光体１３
とその一端面に接触若しくは近接対向して光電変
換素子１１、例えばPINダイオードの受光面を配
置する。

導光体１３は、透明担持体に有機螢光体が分散
されて成り、相対向する主面１３ａ及び１３ｂ
は、できるだけ鏡面に、しかも平坦ないしは緩か
な曲面として構成される。この導光体１３を構成
する透明担持体としては、透明樹脂、例えばアク
リル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ジ
アリルフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、
フツ素樹脂、ポリプロピレン樹脂、ユリア・メラ
ミン樹脂、シリコン樹脂、ポリエステル樹脂、ポ
リアセタール樹脂、酢酸ビニル樹脂、フエノール
樹脂、ポリアミド樹脂、繊維素系樹脂等を用い得
る。また、これに分散する有機螢光体としてはロ
ーダミンを用い得る。またこの有機螢光体の透明
担持体中の濃度は、0.5〜2000ppm程度に選ぶ。

導光体１３は、例えば帯状に構成され、その長
手方向の一端の一端面１３ｃに光電変換素子１１
を配置する。導光体１３と光電変換素子１１との
間には、導光体１３と素子１１とに屈折率が近い
液体、列えば水を導光体１３と素子１１との間に
両者に密着させて配し、導光体１３の端面１３ｃ
及び素子１１の受光面に夫々生ずる光学的界面に
おける導光体１３よりの光の反射を防止し、導光
体１３よりの光が能率良く素子１１に導入される
ようにする。

そして、導光体１３の一方の主面１３ａ又は１
３ｂ、或いは両主面１３ａ及び１３ｂに、被検出
光１４、例えば第１図に説明したインデツクス光
のような、例えば信号光を照射する。これら主面
１３ａ及び１３ｂは、光電変換素子１１の受光面
より十分大なる面積に選ばれる。

第６図を参照して、導光体１３の作用を説明す
るに、今、説明の便宜上、導光体１３中、即ち透
明担持体中に分散された１つの有機螢光体粒子を
符号１５で示す黒点として示す。そして、実線矢
印１４で示すように導光体１３中に光が導入し、
これが粒子１５を励起すると、これによつて入射
光１４とは異なる波長、即ち入射光１４より長い
波長の光を発生する。

この粒子１５より発生する光は、等方的に放射
し、その一部の光は、光電変換素子１１が配置さ
れた端面１３ｃ側へと向うが、他の一部の光は破
線１６で示すように導光体１３の他の端面或いは
主面１３ａ及び１３ｂ、即ち導光体１３とその周
囲の雰囲気との光学的界面に向う。例えば、導光
体１３が空気中に配置される場合、空気の屈折率
をn₁とすると、導光体１３を構成する透明担持体
の屈折率n₂は、n₂＞n₁であるので、導光体１３と
外気との光学的界面に導光体１３側から向う光の
うち、この界面に垂直な線となす入射角θが、こ
の界面で全反射を生ずる臨界角θｃより大の入射
角である光に関してはこれが外部に導出されず全
反射し、これが操返されて端面１３ｃへと向う。
そして、屈折率n₂がn₁に比し大であればあるほ
ど、外光１４の入射角θｉが大きくても導光体１
３中に効率良く入り、螢光体１５の励起を効率良
く行うことができ、また臨界角θｃが小となるの
で螢光体１５よりの光を効率良く端面１３ｃへと
全反射させて導くことができる。

尚、導光体１３の一方の主面１３ａを外光（被
検出光）の受光面とするときは、これを反対側の
主面１３ｂには、導光体１３を透過した外光を再
び導光体１３中に反射させる反射面を例えばアル
ミニウム等の金属箔の被着等によつて形成し得
る。

導光体１３の一例を詳細に説明するに、透面ア
クリル樹脂（透明担持体）30ｇに、ローダミンＢ
染料（有機螢光体）７mgを添加し、溶剤として２
塩化メチレンを約300ｇ加えてシロツプ状にす
る。これを100mm×100mmの大きさの枠付きのガラ
ス面上に流し静置した状態で溶剤を蒸発させ、乾
燥後の厚さが２mmの板状導光板を得た。これを第
７図に示すように、帯状に切断し、その長手方向
の一端面１３ｃより中応線に沿う切込み１７を形
成し、第８図に示すように切込み１７によつて分
割された端部を例えば温めながら重ね合せ、この
重ね合せられた端面１３ｃに光電変換素子として
PINダイオード１１を配置する。この構造におい
て、導光体１３の幅Ｗを10mm、長さＬを13mmに
し、重ね合せられた端面１３ｃの全体の厚さを４
mm、幅４mmとした。この導光体１３の一方の主面
１３ａ側の上方２ｍで45゜ずれた位置に光源とし
ての螢光灯を配置して、素子１１の光出力を測定
し、次に導光体１３を排除して同様の光出力を測
定したところ導光体１３を設けた場合は、設けな
い場合の約3.3倍の出力増加をみた。そして、更
に、導光体１３の受光面１３ａと端面１３ｃを除
く他の主面１３ｂ及び周端面にアルミニウム箔を
コートさせたところ、更に３割の出力増加をみ
た。

導光体１３の形状や、光電変換素子１１の配置
等は、種々選び得るものであり、例えば第９図に
示すように、第８図に説明した同様に一端面１３
ｃ側において重ね合せた導光体１３を２枚用意
し、更に夫々重ね合せられた端面１３ｃが共通の
面を形成するよう重ね合せて光電変換素子１１を
対向させて受光能率を高めるようになし得る。

更に、他の例としては、第１０図にその上面図
を示し、第１１図に断面図を示すように中心孔１
８を有するラツパ状の導光体１３を設け、その中
心孔１８と、導光体１３の中央端面１３ｃとに対
向して光電変換素子１１を、配置して被検出光を
中心孔１８を通じて素子１１に直接導入すると共
に、導光体１３を通じて導くようにすることもで
きる。この構造のものにおいてラツパ状導光体１
３の外径を40mm、内径を８mmとしたものにおいて
素子１１の光出力を測定したところ、この導光体
１３の存在によつてその出力は1.6倍増加した。

尚、本発明による光検出装置を、例えば第１図
に説明したインデツクス管型陰極線管１に用いる
場合は、例えば、第１２図に示すように陰極線管
１のそのフアンネル部２ｆに沿つて導光体１３の
受光面が、フアンネル壁を通じてインデツクス光
の発光源に対向するようにする。この場合、フア
ンネル部２ｆの導光体１３が配置される部分は、
インデツクス光の波長の光を透過するようになさ
れることは云うまでもないところであろう。

第１３図は、アクリル樹脂中にローダミンＢ染
料を分散させたものにおいて、その分散濃度を夫
夫0ppm、3ppm、30ppm、100ppm、300ppm、
10000ppmに変化させて測定した各波長に対する
吸収スペクトル曲線である。これより明らかなよ
うに約500nｍ〜600nｍで吸収が生じていて、こ
の波長の光によつてローダミンＢが励起されてこ
れより長い波長の光を発していることが分る。

第１４図はローダミンＢの発光スペクトルで、
これより明らかなように約600nｍ〜650nｍでピ
ークを示す発光を生ずる。尚、同図中破線曲線
は、ローダミンＢの分散濃度が高い場合の発光ス
ペクトルで、この場合、外光で励起されて発光し
た光が他のローダミンを励起して更に長波長の２
次の長波長光を発光するためのものと思われる。

これら吸収スペクトル及び発光スペクトルをみ
ることによつて明らかなように、ローダミンＢが
分散された導光体１３に、500nｍ〜600nｍ程度
の波長の光を導入すると、これより長波長の600
以上の光が端面１３ｃよりとり出されて光電変換
素子１１に導入されることになる。したがつて、
例えば被検出光としてのインデツクス光の発光物
質としてY₃Al₅O₁₂：Ceを用いる場合、その発光
波長は約515nｍであるが、この波長の光に対し
殆んど感度を示さず、長波長側で感度を示のPIN
ダイオードのような一般の検出素子を光電変換素
子として用いても、導光体１３を介存させた本発
明装置によれば、これより長波長の光を素子１１
に送り込むことができ、高い出力を得ることがで
きることになる。

第１５図は第８図に説明した構造の導光体１３
の端面１３ｃにPINダイオード１１を配置し、第
８図に示すように端部の重ね合せ部以外の導光体
長さLeを18cmに、幅Ｗを1.3cmとした場合におい
て、導光体１３の真上２ｍ上方に螢光灯を配置し
た場合と、これを排除してPINダイオードで直接
光を受けた場合の各出力の比を、ローダミンＢの
分散濃度を変えて測定した出力曲線である。この
場合、導光体１３の端面１３ａより光を受け、他
の面等には、何ら反射面を設けなかつたものであ
るが、他方の主面１３ｂに例えばアルミ箔による
反射面を設け、導光体１３を通過する入射外光が
効率良く導光体１３中に反射して導入するように
なすときは、第１５図の出力比の約３割の増加を
みることができ、更に前述したように導光体１３
の光導出端としての端面１３ｃと光電変換素子１
１との間に水を介在させるときは、更に３〜４割
の出力増加をみることができた。したがつて、反
射面の形成、水の介存等を施すことによつて第１
５図において出力比が約0.5以上であれば、導光
体１３を設けたことによる出力増加の効果を得る
ことができることになり、したがつて、螢光体の
分散濃度は0.5ppm〜2000ppmが望ましいという
ことがわかる。また、この場合、導光体１３は入
力光、即ち被検出光、例えばインデツクス光に対
し、数ナノ秒という極めて速い応答速度を示す。
これは、分散された有機螢光体の励起に要する時
間が短いこと、更に殆んど１次励起による光のみ
がとり出され、螢光体より発光した光が再び他の
螢光体粒子を励起して２次発光が生ずることがな
いようになし得ることに因ると考えられる。

上述したように、本発明による光検出装置によ
れば、第３図及び第４図に説明したように集光レ
ンズ系を用いる場合のような被検出光の無駄を回
避でき、入射角が大きな光線でも、効率よく導光
体１３中に導入し、導光体１３中に分散させた有
機螢光体によつて長波長の光に変換して長波長に
対し高い感度を示す光電変換素子１１に導くの
で、高感度の光検出を大きな出力で検出すること
ができる。

したがつて冒頭に述べたインデツクス管のイン
デツクス信号の検出装置として用いて好適なもの
であるが、他の各種光検出に用いて有益なもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はインデツクス型陰極線管の構成図、第
２図はその要部の拡大断面図、第３図及び第４図
はその光検出部の説明図、第５図は本発明装置の
一例の斜視図、第６図はその原理図、第７図及び
第８図は本発明装置の他の例の製造過程を示す
図、第９図は本発明装置の更に他の例の斜視図、
第１０図は本発明装置の更に他の例の上面図、第
１１図はその縦断面図、第１２図は本発明装置を
インデツクス型陰極線管に適用した場合の一例の
側面図、第１３図は吸収スペクトル図、第１４図
は発光スペクトル図、第１５図は螢光体の分散濃
度−出力比曲線図である。１３は導光体、１１は光電変換素子である。

Claims

【特許請求の範囲】

１透明担持体に有機螢光体が分散された導光体
と、光電変換素子とを有し、上記導光体には外部
より上記有機螢光体を励起する波長域の光を導入
し、この励起によつて上記有機螢光体より発生し
た光を上記光電変換素子に導くようにして成り、
上記光電変換素子は上記発生した光の波長に感度
を示ようになされた光検出装置。