(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が入射する光入射面とその入射光が透過する光透過面とを有する面板と、
前記面板の前記光透過面に接触し、入射光に応じて前記光透過面との接触面の反対側の電子放出面から電子を放出する光電陰極板と、
前記面板に埋設され、前記光透過面のうち前記光電陰極板との接触面以外と前記面板の前記光入射面との間に延在する第１ピンと、
前記光透過面上で前記第１ピンと接合され、前記光電陰極板の前記電子放出面外縁部と接触して前記光電陰極板を前記面板に固定する支持板と、
を有することを特徴とする光電陰極。
【請求項２】
前記第１ピンおよび前記支持板は金属より成り、前記接合は溶接または半田付けであることを特徴とする、請求項１に記載の光電陰極。
【請求項３】
前記光電陰極板に印加する電圧を、前記第１ピンと前記支持板とを介して印加することを特徴とする、請求項２に記載の光電陰極。
【請求項４】
前記面板に埋設され、前記光透過面のうち前記光電陰極板と接触する面と前記光入射面との間に延在して前記光電陰極板と電気的に導通する金属より成る第２ピンを有し、前記光電陰極板に印加する電圧をその第２ピンを介して印加することを特徴とする、請求項１または２に記載の光電陰極。
【請求項５】
前記光電陰極板は、その両面にバイアス電圧が印加されることを特徴とする、請求項１または２に記載の光電陰極。
【請求項６】
前記面板に埋設され、前記光透過面のうち前記光電陰極板と接触する面と前記光入射面との間に延在して前記光電陰極板と電気的に導通する金属より成る第２ピンを有し、前記光電陰極板に印加するバイアス電圧の一方をその第２ピンを介して印加することを特徴とする、請求項５に記載の光電陰極。
【請求項７】
前記光電陰極板は、その両面にバイアス電圧が印加され、そのバイアス電圧の一方を、前記第１ピンと前記支持板とを介して印加することを特徴とする、請求項２に記載の光電陰極。
【請求項８】
前記面板に埋設され、前記光透過面のうち前記光電陰極板と接触する面と前記光入射面との間に延在して前記光電陰極板と電気的に導通する金属より成る第２ピンを有し、前記バイアス電圧のうちの他方の電圧を前記第２ピンを介して印加することを特徴とする、請求項７に記載の光電陰極。
【請求項９】
前記支持板は金属からなり、前記光電陰極板の周囲に絶縁ホルダを有することを特徴とする、請求項５〜８の何れか１項に記載の光電陰極。
【請求項１０】
前記第１ピンを複数有することを特徴とする、請求項１〜９の何れか１項に記載の光電陰極。
【請求項１１】
前記第２ピンと前記光電陰極板とが、導電性部材を介して電気的に導通されることを特徴とする、請求項４，６，８の何れか１項に記載の光電陰極。
【請求項１２】
前記面板は前記光電陰極板に光を導入する部分のみが光透過性の部材より成ることを特徴とする、請求項１〜１１の何れか一項に記載の光電陰極。
【請求項１３】
前記支持板は段付き貫通孔を有する平板であり、その段付き貫通孔のつば部が前記光電陰極板の前記電子放出面外縁部と接触して前記光電陰極板を前記面板に固定することを特徴とする、請求項１〜１２の何れか一項に記載の光電陰極。
【請求項１４】
請求項１〜１３の何れか一項に記載の光電陰極を有する電子管。
【請求項１５】
請求項１４に記載の電子管は、イメージインテンシファイアであることを特徴とする電子管。
【請求項１６】
請求項１４に記載の電子管は、ストリーク管であることを特徴とする電子管。
【請求項１７】
請求項１４に記載の電子管は、光電子増倍管であることを特徴とする電子管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電陰極および電子管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子管は、入射光に応じて電子を放出する光電陰極板を利用して微弱光を検出する装置であり、光電子増倍管、ストリーク管、イメージインテンシファイアなどがある。その中で、長波長光に感度を有する電子管として、光電陰極板の両面にバイアス電圧を印加し、光電陰極板内に形成された電界により電子を加速して真空中へ放出する、いわゆるフィールドアシスト型の光電陰極板を用いた電子管が特開平８−２５５５８０に開示されている。これによれば、光電陰極板は接着剤により本体に接着されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の電子管には、つぎのような問題点が存在していた。すなわち、光電陰極板を接着剤を用いて接着していたために強度が弱く、振動や、−７０℃程度まで冷却して使用する際の１００℃近い温度変動により発生する熱応力等によって、光電陰極板がはがれ落ちるという問題があった。さらに、接着剤からのガス発生による電子管の真空度の悪化も問題となっていた。
【０００４】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、接着剤を使用することなく光電陰極板を確実に固定することが可能な光電陰極とこれを有する電子管を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光電陰極は、光が入射する光入射面とその入射光が透過する光透過面とを有する面板と、面板の光透過面に接触し、入射光に応じて光透過面との接触面の反対側の電子放出面から電子を放出する光電陰極板と、面板に埋設され、光透過面のうち光電陰極板との接触面以外と面板の光入射面との間に延在する第１ピンと、光透過面上で第１ピンと接合され、光電陰極板の電子放出面外縁部と接触して光電陰極板を面板に固定する支持板とを有することを特徴とする。
【０００６】
このように構成された光電陰極によれば、接着剤を用いない接合により、光電陰極板が容易にかつ確実に面板に固定される。この接合としては、具体的には、第１ピンおよび支持板を金属としての溶接または半田付けが挙げられる。
【０００７】
ここで、光電陰極板に印加する電圧を、第１ピンと支持板を介して印加することが好ましい。これにより、面板の光透過面側での電圧印加用のリード線等の困難な引き回しが不要とされる。
【０００８】
また、面板に埋設され、光透過面のうち光電陰極板と接触する面と光入射面との間に延在して光電陰極板と電気的に導通する金属より成る第２ピンを有し、光電陰極板に印加する電圧をその第２ピンを介して印加してもよい。これによっても、面板の光透過面側での電圧印加用のリード線等の困難な引き回しが不要とされる。
【０００９】
また、光電陰極板は、その両面にバイアス電圧が印加されてもよい。これにより、フィールドアシスト型の光電陰極板が、接着剤を用いることなく容易にかつ確実に面板に固定される。
【００１０】
また、面板に埋設され、光透過面のうち光電陰極板と接触する面と光入射面との間に延在して光電陰極板と電気的に導通する金属より成る第２ピンを有し、光電陰極板に印加するバイアス電圧の一方をその第２ピンを介して印加してもよい。これにより、面板の光透過面側でのバイアス電圧印加用の一方のリード線等の困難な引き回しが不要とされる。
【００１１】
また、光電陰極板に印加するバイアス電圧の一方を、第１ピンと支持板とを介して印加してもよい。これによっても、面板の光透過面側でのバイアス電圧印加用の一方のリード線等の困難な引き回しが不要とされる。
【００１２】
また、面板に埋設され、光透過面のうち光電陰極板と接触する面と光入射面との間に延在して光電陰極板と電気的に導通する金属より成る第２ピンを有し、バイアス電圧のうちの他方の電圧を第２ピンを介して印加することが好ましい。これにより、面板の光透過面側でのバイアス電圧印加用の両方のリード線等の困難な引き回しが不要とされる。
【００１３】
また、支持板が金属からなる場合、光電陰極板の周囲に絶縁ホルダを有することが好ましい。これにより、何らかの理由により光電陰極板が動いた場合でも、光電陰極板の側面が支持板に接触して短絡することが防止される。
【００１４】
また、第１ピンを複数有することが好ましい。これにより、さらに確実に光電陰極板が面板に固定される。
【００１５】
また、第２ピンと光電陰極板とが導電性部材を介して電気的に導通されてもよい。これにより、導電性部材が電極となり効率よく光電陰極板に電圧が印加される。
【００１６】
また、面板は光電陰極板に光を導入する部分のみが光透過性の部材より成っていればその機能が十分に発揮される。
【００１７】
また、支持板は段付き貫通孔を有する平板であり、その段付き貫通孔のつば部が光電陰極板の電子放出面外縁部と接触して光電陰極板を面板に固定する構成が挙げられる。これにより、光電陰極の製造が容易とされる。
【００１８】
そして、このような光電陰極を有する電子管として、たとえば、イメージインテンシファイア、ストリーク管、光電子増倍管の何れかを構成することで、その機能が十分に発揮される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る光電陰極と電子管の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２０】
図１は第１実施形態の光電陰極を示す断面図、図２は第１実施形態の光電陰極の分解斜視図、図３は第１実施形態の光電陰極の面板方向からの斜視図である。
【００２１】
図１および図２に示すように、光電陰極１０は、光を透過する面板１１、面板１１に埋設された第１ピン１２，１３と第２ピン１８、面板１１を透過して入射する入射光に応じて光電子を放出する光電陰極板１６、および、光電陰極板１６を面板１１に固定する支持板１９を有する。
【００２２】
面板１１は、例えば、ガラス等の光透過性の物質から成る円板であり、外界からの光を光入射面２０から光透過面２１に透過させる。
【００２３】
面板１１の光透過面２１を透過した光が入射する光電陰極板１６は、図１に示すように、半導体材料からなり、光入射面２２とその裏側に位置する電子放出面２３とを有する矩形平板で、その光入射面２２が面板１１の光透過面２１の中央部に接するように配置され、光入射面２２から入射した入射光を光電変換して電子放出面２３から光電子を放出する。この光電陰極板１６は、光入射面２２と電子放出面２３とにバイアス電圧を印加することにより光電陰極板１６内に光電子を加速する電界が形成され、光入射によって発生した光電子が加速されて真空中に放出される、いわゆるフィールドアシスト型の光電陰極板である。この光電陰極板１６の光入射面２２の外縁部と接触する面板１１の光透過面２１上には、図２に示すように、光電陰極板１６の光入射面２２に上記バイアス電圧を印加するための電極としてＣｒ−Ｉｎ蒸着膜１７が矩形枠状に蒸着されている。
【００２４】
面板１１に埋設された第１ピン１２，１３は、例えば、コバール等の金属材料から成るものであり、図１または図２に示すように、面板１１の光透過面２１のうち光電陰極板１６と接する部分以外と、面板１１の光入射面２０との間に延在している。また、面板１１に埋設された第２ピン１８も、例えば、コバール等の金属材料から成るものであり、面板１１の光透過面２１のうち光電陰極板１６と接する部分と面板１１の光入射面２０との間に１本延在し、かつ、光電陰極板１６の光入射面２２に対して遮光しないように当該光入射面２２の周縁に接するように配置されている。第１ピン１２および第２ピン１８の光入射面２０側の端面には、図３に示すように、光入射面２０上に各々蒸着されるメタライズ層２６，２７が接続され、その終端のターミナル部２８，２９にリード線３０，３１が各々接続されている。このリード線は各々電源（図示せず）に接続されている。また、第２ピン１８の光透過面２１側の端面は、図２および図３に示すように、上記Ｃｒ−Ｉｎ蒸着膜１７と接続されている。
【００２５】
図１または図２に示すように、支持板１９は、例えば、コバール等の金属材料から成る円板であり、その中心に矩形の段付き貫通孔２４を有し、この段付き貫通孔２４を形成する大径部に光電陰極板１６を収容すると共に、小径部側のつば部２５が光電陰極板１６の電子放出面２３の外縁部を覆うように構成され、光電陰極板１６の電子放出面２３の外縁部と支持板１９のつば部２５との間に、例えば、ステンレス等の金属から成る矩形枠状の電極としてのスペーサ１４が介在した状態で、その面板１１側の面が第１ピン１２，１３の光透過面２１側の端面と各々溶接により接合されている。
【００２６】
これにより、光電陰極板１６は、図２または図３に示すように、光入射面２２の外縁部が面板１１の光透過面２１上のＣｒ−Ｉｎ蒸着膜１７と接触した状態で、面板１１に固定されている。
【００２７】
この光電陰極板１６の周囲には、図１または図２に示すように、例えば、セラミック等の絶縁材料からなる矩形枠状の絶縁ホルダ１５が設置され、上記面板１１とつば部２５により挟持されている。
【００２８】
つぎに、このような第１実施形態による光電陰極１０の動作を説明する。まず、この光電陰極１０の光電陰極板１６の作動に必要なバイアス電圧の一方を、図１、図３に示すように、リード線３０、ターミナル部２８、メタライズ層２６、第１ピン１２、支持板１９およびスペーサ１４を介して電子放出面２３に印加する。また、バイアス電圧の他方を、リード線３１、ターミナル部２９、メタライズ層２７、第２ピン１８およびＣｒ−Ｉｎ蒸着膜１７を介して光入射面２２に印加する。この状態で、外界から被検出光（ｈν）が面板１１の光入射面２０に入射されると、図１に示すように、その光は面板１１を透過して光透過面２１から光電陰極板１６の光入射面２２に入射する。光電陰極板１６に光が入射されると、その光は光電変換され光電子（−ｅ）が生成される。このとき、光電陰極板１６にはバイアス電圧による電界が形成されており、その光電子は電子放出面２３の方向に加速され、高エネルギーを得て電子放出面２３から真空中に放出される。
【００２９】
このように、本実施形態では、光電陰極板１６を面板１１と金属から成る支持板１９で挟み込み、面板１１に埋め込まれた金属から成る第１ピン１２，１３と支持板１９とを溶接することにより、接着剤を使うことなくフィールドアシスト型の光電陰極板１６が面板１１に容易にかつ確実に固定されている。これにより、光電陰極１０の製造が容易になるとともに、−７０℃程度まで冷却して使用する際の１００℃近い温度変動により発生する熱応力等による光電陰極板１６の剥離や、接着剤からのガス発生による電子管の真空度の低下を防止することができ、信頼性の向上が図られている。
【００３０】
また、第１ピン１２と第２ピン１８を利用して面板１１上部から光電陰極板１６の両面に電圧を印加することが可能とされているので、面板１１の光透過面２１側でのバイアス電圧印加用のリード線等の困難な引き回し（支持板１９が邪魔となる引き回し）が不要となり、光電陰極１０の電極構造が簡単となって、さらに製造が容易となるとともに小型化が可能にされている。
【００３１】
さらに、光電陰極板１６の周囲に絶縁ホルダ１５を有しているので、何らかの理由により光電陰極板１６が動いた場合に、光電陰極板１６の側面が金属材料である面板１１と接触することによる短絡が防止され、さらに信頼性が向上されている。
【００３２】
つぎに、図４を参照して、第１実施形態の光電陰極１０を備えた電子管であるイメージインテンシファイア３９を説明する。本実施形態では、第１実施形態の光電陰極１０がイメージインテンシファイア３９の光電面として用いられている。
【００３３】
このイメージインテンシファイア３９では、光電陰極１０の面板１１に入射した光は光電陰極板１６内で光電変換されて光電子となり、光電陰極板１６から放出されてＭＣＰ４０に入射する。このＭＣＰ４０に入射された光電子は２次電子増倍され、裏面側に位置する蛍光面４３に、増倍された２次電子を放出する。放出された２次電子は蛍光面４３で光に変換され、この変換された光は出力窓４８を介して外部に出力される。すなわち、面板１１に入射された光が２次元情報を保持したまま増幅されて出力窓４８から出力される。このとき、ＭＣＰ４０、蛍光面４３および出力窓４８等を収容する外囲器４９と、光電陰極１０の面板１１との間には、光電陰極板１６を冷却するための金属フランジ４５がＩｎシール４６によりシールされた状態で介装されており、外部の冷却器５０から金属フランジ４５の周囲に配置された冷却板４４、金属フランジ４５を介しての光電陰極板１６の冷却が可能とされており、これにより、イメージインテンシファイア３９の光電変換性能が維持されるようになっている。
【００３４】
このように、このイメージインテンシファイア３９は、その光電面として第１実施形態の光電陰極１０を採用しているので、光電陰極板１６が接着剤なしに容易にかつ確実に面板１１に固定されて製造が容易となり、振動や熱応力による光電陰極板１６の剥離やガスの発生が防止されて信頼性が高くなり、また、イメージインテンシファイア３９の外（面板１１の光入射面２０側）から直接バイアス電圧を印加することができ、内部でのバイアス電圧印加用のリード線等の困難な引き回しが不要とされ、電極構造が単純化するので小型化が可能とされている。
また、電極構造が小型化されるために光電陰極板１６とＭＣＰ４０との距離を近接させることができ、イメージインテンシファイア３９の分解能を向上させることが可能となっている。
【００３５】
また、従来の光電陰極は、前述の特開平８−２５５５８０に開示されているように光電陰極１０の周囲に電位を印加するための導電膜等を有しており、光電陰極板１６を側方から効率よく冷却することが難しかった。ところが、第１実施形態の光電陰極１０をイメージインテンシファイア３９に採用した場合、光電陰極１０の側面に電位が供給されないので、側方に冷却用の金属フランジ４５を設置することが可能とされ、光電陰極板１６の冷却を効率的に行うことが可能となり、光電変換性能の維持が容易となっている。
【００３６】
つぎに、図５を参照して、第１実施形態の光電陰極１０を備えた電子管であるストリーク管５５を説明する。本実施形態では、第１実施形態の光電陰極１０がストリーク管５５の光電面として用いられている。このストリーク管５５では、入射光に対応して光電陰極１０の光電陰極板１６から放出された電子は、加速電極５６により加速され、収束電極５７によって収束された後、アノード電極５８によってさらに加速される。このように加速された光電子は、偏向板電極５９によって形成される偏向場を通過した後、位置補正電極６０、ウォールアノード６１およびコーン電極６２によって導かれてＭＣＰ４０に入射する。ＭＣＰ４０に入射した電子は２次電子増倍され、２次電子はＭＣＰ４０の裏面側の蛍光面４３に入射して光に変換され、出力窓４８にストリーク像が結像される。
【００３７】
このようなストリーク管５５においても、イメージインテンシファイア３９と同様な効果を奏する。
【００３８】
さらに、図６を参照して、第１実施形態の光電陰極１０を備えた電子管である光電子増倍管７０を説明する。本実施形態では、第１実施形態の光電陰極１０が光電子増倍管７０の光電面として用いられている。この光電子増倍管７０では、入射光に対応して光電陰極１０の光電陰極板１６から放出された光電子は、格子状の収束電極５７によって、これより下流の光電子増倍部７１の１段目のダイノード７２に収束される。１段目のダイノード７２は入射した光電子の数倍の２次電子を放出し、これらが次段のダイノードで順次増倍され、最終段のダイノード７３から１０6倍程度に増倍された２次電子群が放出される。この二次電子群はアノード７４に達し、アノード７４と接続されたステムピン７５を介して外部に出力される。
【００３９】
このような光電子増倍管７０においても、上記ストリーク管５５と同様な効果を奏する。
【００４０】
なお、本発明に係る光電陰極は、上記実施形態に限定されるものではなく、他の条件等に応じて種々の変形態様をとることが可能である。
【００４１】
たとえば、第１実施形態では全面ガラスの面板１１を採用しているが、入射光を光電陰極板１６に導入する部分のみが光透過性の部材から成っても、その機能は十分に発揮される。たとえば、図７に示す第２実施形態の光電陰極１０においては、ガラスから成り入射光を光電陰極板１６に導入するガラス窓３２とその外周のセラミックから成るセラミック枠３３とが融着接合された面板９１が採用されている。これにより、面板９１の強度を高めつつ、本発明の効果を発揮させることができる。
【００４２】
また、第１実施形態では、第１ピンを２本有しているが、製造を容易にするために一本でも構わず、より確実に固定するために三本以上でも構わない。また、第１ピン１２と支持板１９の接合方法として溶接を採用しているが、半田付けでも構わない。
【００４３】
また、第１実施形態では、さらに好適として、第１ピン１２と第２ピン１８とを介して光電陰極板１６にバイアス電圧を各々印加しているが、一方のバイアス電圧を第１ピン１２または第２ピン１８の何れか一方を介して、他方のバイアス電圧を面板１１の光透過面２１側にひきまわしたリード線等の手段を介して印加してもよく、さらには、両方のバイアス電圧を面板１１の光透過面２１側にひきまわしたリード線等の手段を介して印加してもよい。
【００４４】
また、第１実施形態では、光電陰極板１６として、バイアス電圧を印加するいわゆるフィールドアシスト型の光電陰極板１６を採用しているが、負電圧のみを印加する光電陰極板を用いても構わない。この場合、第１ピン１２を介して電圧を印加するのが好適であるが、第２ピン１８、または、面板１１の光透過面２１側にひきまわしたリード線等の手段を介して印加しても構わない。
【００４５】
また、第１実施形態では、より好適として光電陰極板１６の側面に絶縁ホルダ１５を有しているが、これを有しなくても構わない。
【００４６】
また、第１実施形態では、支持板１９として、段付き段付き貫通孔２４を有する円板を採用しているが、これに限らず、矩形平板でもよく、さらには、分割された支持片でも構わない。
【００４７】
また、第１実施形態では、光電陰極板１６の光入射面２２に電極としてのＣｒ−Ｉｎ蒸着膜１７を介してバイアス電圧を印加しているが、このＣｒ−Ｉｎ蒸着膜１７を有しなくても構わない。その場合、第２ピンを直接光電陰極板１６の光入射面２２と接触させればよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光電陰極板を面板と支持板で挟み込み、面板に埋め込まれた第１ピンと支持板とを接合することにより、接着剤を用いることなく光電陰極板が面板に容易にかつ確実に固定される。これにより、光電陰極の製造が容易になるとともに、熱応力等による光電陰極板の剥離や、ガス発生による電子管の真空度の低下を防止することが可能となり、信頼性の向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の光電陰極を示す断面図である。
【図２】第１実施形態の光電陰極の分解斜視図である。
【図３】第１実施形態の光電陰極の面板方向からの斜視図である。
【図４】図１〜図３の光電陰極を備えたイメージインテンシファイアを示す部分断面図である。
【図５】図１〜図３の光電陰極を備えたストリーク管を示す断面図である。
【図６】図１〜図３の光電陰極を備えた光電子増倍管を示す断面図である。
【図７】第２実施形態の光電陰極の断面図である。
【符号の説明】
１０…光電陰極、１１…面板、１２，１３…第１ピン、１５…絶縁ホルダ、１６…光電陰極板、１８…第２ピン、１９…支持板、２０…光入射面、２１…光透過面、２３…電子放出面、２４…段付き貫通孔、２５…つば部、３２…ガラス窓（光透過性の部材）、３９…イメージインテンシファイア、５５…ストリーク管、７０…光電子増倍管、９１…面板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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