(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極電位が印加され入射した光を光電変換して光電子を発生する光電面と、真空封止された内部に前記光電面を有すると共にこの光電面に対向する一端面に透光性の光入射面板を有し、且つこの光入射面板を介して前記光電面が光を受光することにより発生する光電子を収集するように陽極電位が印加された導電性容器と、を備えた光電管において、
前記光入射面板の光出射面に透光性導電膜を設けると共に、前記光入射面板の光出射面及び前記透光性導電膜の少なくとも前記透光性導電膜に密着して、前記光入射面板の透過光が通過する隙間を有する、格子状またはストライプ状を成す光電子収集電極を設け、
この光電子収集電極及び前記透光性導電膜を前記陽極電位としたことを特徴とする光電管。
【請求項２】
前記透光性導電膜は、前記光入射面板の光出射面に設けられ、
前記光電子収集電極は、前記透光性導電膜に密着して設けられていることを特徴とする請求項１記載の光電管。
【請求項３】
前記光電子収集電極は、前記光入射面板の光出射面に設けられ、
前記透光性導電膜は、前記光電子収集電極の隙間を所定の厚さ分埋めるように当該光電子収集電極及び前記光入射面板の光出射面に密着して設けられていることを特徴とする請求項１記載の光電管。
【請求項４】
前記透光性導電膜は、Ｃｒ薄膜層であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の光電管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光電面（光電陰極）に入射した光を光電子に変換し、これを陽極から取り出す光電管としては、透過型光電面を有するものや、反射型光電面を有するものが知られている。
【０００３】
この種の光電管では、微弱光から大光量まで検出するため、良好なリニアリティ特性を有することが要求される。一般的に、リニアリティ特性は、透過型光電面を有する光電管に比して反射型光電面を有する光電管の方が、特に大光量を検出する場合に優れているため、例えば紫外光等を照射する光源のパワーモニタ用（パワーメータ）として用いる場合には、反射型光電面を有する光電管が用いられる。
【０００４】
この反射型光電面を有する光電管としては、例えば特開平７−１０５９０３号公報に記載の光電管が知られている。この光電管は、内部が真空封止されると共に陽極電位が印加される金属バルブを備える。この金属バルブの一端面は透光性の光入射面板（受光面板）により塞がれ、この金属バルブの内部には、陰極電位が印加される光電面が上記光入射面板に離間して対向配置される。そして、光入射面板を透過した光が光電面に入射すると光電子が発生し、この光電子が、金属バルブの側部を構成すると共に光入射面板を支持する側管に収集される構成になされている。
【０００５】
この反射型光電面を有する光電管を、前述した光源のパワーモニタ用として用いる場合には、あらゆる方向からの光を正確にモニタする必要がある。ここで、入射光量は、入射光が光電面に垂直に入射する場合を“１”とすると、当該垂直に対して角度θをもって斜めに入射する場合には“ＣＯＳθ”に準じて減衰する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この光入射面板に斜めに入射した光が光電面に入射してＣＯＳθに依存した出力を得る、すなわち満足のいく角度特性を得るには、光入射面板に対して光電面を離間せずに近接配置して、光入射面板に斜めに入射した光を光電面に当てる必要がある。しかしながら、このように光入射面板に対して光電面を近接配置すると、光電面からの光電子が側管で殆ど収集されず、十分なリニアリティ特性を得ることができないという問題がある。
【０００７】
ここで、上記特開平７−１０５９０３号公報には、さらに光入射面板の内面に、金属バルブに電気的に接触する透光性導電膜を設け、この透光性導電膜でも、光電面からの光電子を収集するようにした光電管が開示されている。このように構成された光電管を採用すれば、光入射面板に対して光電面を近接配置した場合、光電面からの光電子は透光性導電膜に収集されることになる。
【０００８】
しかしながら、上記透光性導電膜は、光透過率の低下を防止すべく薄膜にされるのが当然であり低抵抗となるため、光電面からの光電子の収集効率が低下し、十分なリニアリティを得ることができないという問題を本発明者は見出した。
【０００９】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、十分なリニアリティ特性を得ることができ、光入射面板と光電面とを近接配置したときに、十分な角度特性を得ることができる光電管を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による光電管は、陰極電位が印加され入射した光を光電変換して光電子を発生する光電面と、真空封止された内部に光電面を有すると共にこの光電面に対向する一端面に透光性の光入射面板を有し、且つこの光入射面板を介して光電面が光を受光することにより発生する光電子を収集するように陽極電位が印加された導電性容器と、を備えた光電管において、光入射面板の光出射面に透光性導電膜を設けると共に、光入射面板の光出射面及び透光性導電膜の少なくとも透光性導電膜に密着して、光入射面板の透過光が通過する隙間を有する、格子状またはストライプ状を成す光電子収集電極を設け、この光電子収集電極及び透光性導電膜を陽極電位としたことを特徴としている。
【００１１】
このように構成された光電管によれば、光入射面板の光出射面に設けられた透光性導電膜に加えて、光入射面板の光出射面及び透光性導電膜の少なくとも透光性導電膜に密着して格子状またはストライプ状を成す光電子収集電極が設けられて当該光電子収集電極も陽極電位、すなわち透光性導電膜及び光電子収集電極が同電位にされているため、光電面からの光電子は、透光性導電膜及び光電子収集電極の両方に良好に収集される。また、透光性導電膜及び光電子収集電極は、導電性容器の電位と同じ陽極電位にされているため、配線等の構成が簡易にされている。加えて、光入射面板に対して光電面を近接配置すれば、光入射面板に斜めに入射した光の光電面への到達率が、光入射面板に対して光電面を離間配置した従来技術に比して向上される。

【００１３】
また、透光性導電膜及び光電子収集電極としては、具体的には、例えば、透光性導電膜は、光入射面板の光出射面に設けられ、光電子収集電極は、透光性導電膜に密着して設けられる構成が採用され得る。
【００１４】
また、透光性導電膜及び光電子収集電極としては、具体的には、例えば、光電子収集電極は、光入射面板の光出射面に設けられ、透光性導電膜は、光電子収集電極の隙間を所定の厚さ分埋めるように当該光電子収集電極及び光入射面板の光出射面に密着して設けられる構成も採用され得る。
【００１５】
また、透光性導電膜としては、具体的には、例えばＣｒ薄膜層が採用され得る。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光電管の好適な実施形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１７】
図１は、第１実施形態に係る光電管を示す断面図であり、この光電管は、例えば紫外光を照射する光源のパワーモニタ用（照度計）として用いられる。
【００１８】
この光電管は、両端が開口された円筒形状を成す金属バルブ１を備える。この金属バルブ１は、金属容器（導電性容器）の側管を構成しており、一方の開口面（図示上側の開口面）には、当該金属バルブ１の軸線に向かって内方に突出する環状のフランジ１ａが形成され、このフランジ１ａに円板状の光入射面板２が例えば融着により接合されることで、金属バルブ１の一方の開口面が塞がれている。この光入射面板２は、透光性のガラス材料から成り、本実施形態では、紫外光で変色して光透過率が下がるのを防止すべく、特に石英ガラスより成る。
【００１９】
この光入射面板２の光入射面（図示上面）には、当該光入射面板２の光透過部を小さく制限し後述の光電面５より小さく制限する例えばニッケルやステンレス等より成る金属マスク８が設けられている。この金属マスク８は、円板の中央に穴を開口して成り、光入射面板２の光入射面に例えば貼着により設けられている。
【００２０】
光入射面板２の光出射面（図示下面）には、図１及び図２に示すように、透光性導電膜としての例えばクロム薄膜層９が、例えば蒸着等により設けられている。
【００２１】
このクロム薄膜層９に対しては、光電子収集電極としての例えばメッシュ状（格子状）電極１０が密着して設けられる。このメッシュ状電極１０は、例えばニッケル等より成り、例えば貼着によりクロム薄膜層９に設けられている。これらのメッシュ状電極１０、クロム薄膜層９及び金属バルブ１のフランジ１ａは電気的に接触しており、同電位にされている。
【００２２】
また、図１に示すように、金属バルブ１の他方の開口面には、金属容器の底部を構成する円板状の金属ステム３が、例えば抵抗溶接等により接合されている。この金属ステム３及び金属バルブ１は、例えば鉄、コバルト、ニッケルの合金（コバール）等から成り、ガラス材料と溶着しやすい性質を備えている。この金属ステム３により、金属バルブ１の他方の開口面が塞がれ、金属ステム３の中央部に設けられた金属排気管４から金属容器内部が真空排気されることにより、当該金属容器内部が真空状態に維持されている。この金属排気管４は、真空排気後、図に仮想線で示すように、一定長を残して封止切られる。また、これらの金属バルブ１及び金属ステム３は電気的に接触しており、同電位にされている。
【００２３】
金属容器内部の光入射面板２に対向する位置には、その表面に光電子放出層が形成された円板状の光電面５が近接配置されている。ここで、当該光電面５は、十分な角度特性を得るべく、出来るだけ光入射面板２に接近配置されるのが望ましい。しかしながら、光入射面板２との間にはメッシュ状電極１０が配置されこのメッシュ状電極１０の取付誤差等も考慮しなければならず、従って、光電面５は、メッシュ状電極１０に接触しない程度の間隙を有すると共に、金属マスク８により小さく制限された光入射面板２の光透過部を透過した斜め入射光を殆ど受光し得るような近接具合で配置される。
【００２４】
この光電面５の裏面には、その周端部に複数本のリードピン６が等配配置されて例えば溶接等により固定されている。このリードピン６は、例えば銅線等の導電性材料より成り、電気的に絶縁性を有する例えばハーメチックガラス７等を介して金属ステム３に固定され、その端部は金属ステム３より外方すなわち金属容器外部に導出されている。また、上記リードピン６とは別のリードピンであってハーメチックガラス７を介して金属ステム３に固定されたリードピン６ａは、金属容器内部側の端部が光電面５に接続されずに金属ステム３の内面に接触するように折り曲げられている。
【００２５】
リードピン６には陰極電位、通常は接地電位が印加され、リードピン６ａには陰極電位より高い電位の陽極電位が印加される。これにより、光電面５はカソード電極（陰極）として機能し、金属容器及びクロム薄膜層９、メッシュ状電極１０はアノード電極（陽極）として機能する。このようにクロム薄膜層９、メッシュ状電極１０は金属容器の電位と同電位の陽極電位にされているため、配線等の構成が簡易にされており、低コスト化が図られている。
【００２６】
次に、このように構成された光電管の作用について説明する。上記各電極間に電圧を印加した状態で、光入射面板２、クロム薄膜層９、メッシュ状電極１０の隙間（格子により形成される隙間）１０ａを介して光電面５に光が入射すると、光電面５から光電子が放出される。
【００２７】
ここで、光入射面板２に対して光電面５が近接配置され、加えて、この光入射面板２の光透過部が、この光入射面板２の光入射面に設けられた金属マスク８により光電面５より小さく制限されているため、垂直光に対して角度θをもって光入射面板２に斜めに入射した光の光電面５への到達率が、光入射面板２に対して光電面５が離間配置されると共に光入射面板２の光透過部を光電面５より小さく制限しない従来技術に比して飛躍的に向上される。このため、ＣＯＳθに依存した十分な角度特性が得られる。
【００２８】
加えて、前述した金属マスク８は、光入射面板２の光入射面との界面に反射性を有するため、光入射面板２に斜めに入射し当該光入射面板２の光出射面の界面で反射した光も、図示のように、当該金属マスク２でさらに反射されて光電面５へ到達し、光入射面板２に斜めに入射した光の光電面５への到達率が一層向上される。特に、本実施形態では、光入射面板２の光出射面の界面にクロム薄膜層９が設けられ、このクロム薄膜層９で光が反射することが当該クロム薄膜層９が無い場合に比して高いため、光入射面板２の光入射面との界面に反射性を有する構成は特に有効である。すなわち、当該構成により、角度特性が一層改善される。
【００２９】
このように光電面５に垂直光及び斜め光が受光されると、光電面５から光電子が放出され、当該光電子はメッシュ状電極１０に収集されると共に、このメッシュ状電極１０の隙間１０ａを通過した光電子はクロム薄膜層９に収集され、これら以外の極く僅かの光電子は、フランジ１ａ及び側管１に到達する曲線軌道を描いて当該フランジ１ａ及び側管１に収集され、これにより入射光が電気信号として取り出される。すなわち、光入射面板２に対して光電面５を近接配置することでフランジ１ａ及び側管１に収集されない大半の光電子は、当該光電面５に対向配置され陽極電位にされたメッシュ状電極１０及びクロム薄膜層９の両方に良好に収集される。このため、十分なリニアリティ特性が得られる。
【００３０】
ここで、本発明者は、上記構成の光電管を用い、金属マスク８の厚さを０．１３ｍｍ、金属マスク８により小さく制限された光透過部の直径を３ｍｍ、光電面５の直径を８ｍｍ、光入射面板２と光電面５との間の距離を１ｍｍ、光電面５とメッシュ状電極１０との間の距離を０．９ｍｍとした条件の下で、角度特性及びリニアリティ特性を得る実験を各々行った。その角度特性を図３に、そのリニアリティ特性を図４に各々示す。
【００３１】
図３において、符号Ｃで示されるデータは上記構成の光電管を用いての結果であり、符号Ａは理論値である。また、符号Ｂで示されるデータは、光入射面板２に対して光電面５が離間配置されると共に光入射面板２の光透過部を光電面５より小さく制限しない従来技術の光電管を用いての結果であり、このデータＢに関する光電管では、光透過部の直径が光電面５の直径と同じ８ｍｍにされ、光入射面板２と光電面５との間の距離が４．５ｍｍにされている。
【００３２】
図３より明らかなように、データＣに関する本実施形態の光電管は、データＢに関する光電管に比して、ＣＯＳθに依存した十分な角度特性が得られているのが分かる。
【００３３】
また、図４において、符号Ｄで示されるデータは上記構成の光電管を用いての結果であり、符号Ｅで示されるデータは、上記メッシュ状電極１０が設けられていない光電管を用いての結果である。
【００３４】
図４より明らかなように、データＤに関する本実施形態の光電管は、リニアリティ特性が約５００μＡまで得られ、約６０μＡまでしか得られないデータＥに関する光電管に比して、十分なリニアリティ特性が得られているのが分かる。
【００３５】
図５は、第２実施形態に係る光電管のクロム薄膜層９及びメッシュ状電極１０を拡大して示す詳細断面図である。
【００３６】
この第２実施形態の光電管が第１実施形態のそれと違う点は、メッシュ状電極１０を、光入射面板２の光出射面に設け、クロム薄膜層９を、メッシュ状電極１０の隙間１０ａを所定の厚さ分埋めるように当該メッシュ状電極１０及び光入射面板２の光出射面に密着して設けた点である。メッシュ状電極１０は、光入射面板２の光出射面に対して例えば貼着により設けられ、クロム薄膜層９は、例えば蒸着により設けられている。
【００３７】
このように構成しても第１実施形態と同様な効果を得ることができるというのはいうまでもなく、加えて、メッシュ状電極１０が光入射面板２の光出射面に密着されることにより光電面５が光入射面板２に対して第１実施形態より近接配置され得るため、角度特性が一層改善される。
【００３８】
図６は、第３実施形態に係る光電管を示す断面図である。この第３実施形態の光電管にあっては、第１実施形態と同様に、光入射面板２に対して光電面５が近接配置されている。この光電面５は、十分な角度特性を得るべく、メッシュ状電極１０に接触しない程度の間隙を有する近接具合で配置されている。
【００３９】
また、光電面５の光電子放出層の上にはさらに、より十分な角度特性を得るべく、当該光電面５を光入射面板２の光透過部より小さく制限する（光電面５より小さい有効光電面を得る）例えばニッケルやステンレス等より成る金属マスク１２が設けられている。この金属マスク１２は、円板の中央に穴を開口して成り、光電子放出層に例えば貼着により設けられている。この金属マスク１２は、光電面５の周端部を厚くし当該部位を補強するようにも機能するため、裏面に複数本のリードピン６が溶接により固定されても、溶接による曲がり等の発生が防止され、信頼性の向上が図られている。他の構成に関しては第１実施形態と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００４０】
次に、このように構成された光電管の作用について説明する。上記各電極間に電圧を印加した状態で、光入射面板２、クロム薄膜層９、メッシュ状電極１０の隙間１０ａを介して光電面５に光が入射すると、光電面５から光電子が放出される。
【００４１】
ここで、光入射面板２に対して光電面５が近接配置され、加えて、この光電面５が、当該光電面５に設けられた金属マスク１２により光入射面板２の光透過部より小さく制限されているため、入射光が光入射面板２に垂直に入射する場合でも垂直に対して角度θをもって斜めに入射する場合でも、光電面の略全体に光が受光される。このため、ＣＯＳθに依存した十分な角度特性が得られる。
【００４２】
また、光電面５から放出された光電子が、当該光電面５に対向配置され陽極電位にされたメッシュ状電極１０及びクロム薄膜層９の両方に良好に収集され、十分なリニアリティ特性が得られるのは第１実施形態と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００４３】
ここで、本発明者は、図６に示した構成の光電管を用い、金属マスク１２の厚さを０．１３ｍｍ、金属マスク１２により小さく制限された光電面５の直径を３ｍｍ、光入射面板２の光透過部の直径を８ｍｍ、光入射面板２と光電面５との間の距離を１ｍｍ、光電面５とメッシュ状電極１０との間の距離を０．９ｍｍとした条件の下で、角度特性及びリニアリティ特性を得る実験を各々行った。その角度特性を図７に示す。
【００４４】
図７において、符号Ｆで示されるデータは図６に示した構成の光電管を用いての結果であり、符号Ａ、符号Ｂで示されるデータは図３と同じである。
【００４５】
図７より明らかなように、データＦに関する本実施形態の光電管は、データＢに関する光電管に比して、ＣＯＳθに依存した十分な角度特性が得られているのが分かる。また、第１実施形態より若干ではあるが角度特性が改善されている。
【００４６】
また、リニアリティ特性に関しては、図４に示したのと略同様な結果となり、約５００μＡまでの十分なリニアリティ特性が得られた。
【００４７】
なお、光電面５を金属マスク１２により小さく制限するのではなく、予め光電面を有効光電面の大きさとする、すなわち光電面５の形状を小さくすることも考えられるが、本実施形態の光電管では、光入射面板２と側管１の大きさ（径）を略同じとし、金属ステム３の大きさ（径）もこれらと略同じとしているため、小さい光電面を金属ステム３の上方で支えるには、金属ステム３の中央には金属排気管４が位置していることもあって、金属ステム３の周端部のリードピン６を内側に（金属ステム３の軸心に向かって）曲げる必要があり、組立が非常にし難くなると共に金属バルブ１の中央に正確に光電面を配置できなくなる虞がある。このため、本実施形態のように、比較的大きな光電面５を形成し、この光電面５の周縁部を金属マスク１２により小さく制限するのが現実的であり好ましい。
【００４８】
さらに他の実施形態として、図６に示した第３実施形態の光電管のメッシュ状電極１０及びクロム薄膜層９を、図５に示した第２実施形態の構成に代えるようにしても第３実施形態と同様な効果を得ることができ、加えて、メッシュ状電極１０が光入射面板２の光出射面に密着されることにより光電面５が光入射面板２に対して第３実施形態より近接配置され得るため、角度特性が一層改善される。
【００４９】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施形態においては、より十分な角度特性を得るべく、光入射面板２にマスク８または光電面５にマスク１２を設けているが、光入射面板２に対して光電面５を近接配置するのみの構成でも、マスク８，１２を設けた時ほどではないがＣＯＳθに依存した出力が得られるというのはいうまでもない。
【００５０】
また、上記第１実施形態においては、光入射面板２の光透過部を光電面５より小さく制限するマスク８を金属より構成するようにしているが、例えばセラミックス等の非金属マスクとし、光入射面板２の光入射面との界面に光反射性を有する膜を有するものであっても良い。このように構成しても、光入射面板２に斜めに入射し当該光入射面板２の光出射面の界面で反射した光は、当該光反射性を有する膜でさらに反射して光電面５へ到達することができるため、金属マスク８の場合と同様な効果を得ることができる。
【００５１】
また、上記第３実施形態においては、光電面５を小さく制限するマスク１２を金属より構成するようにしているが、例えばセラミックス等の非金属マスクであっても良く、要は遮光性のあるマスクであれば良い。
【００５２】
また、上記実施形態においては、透光性導電膜をクロム薄膜層９としているが、これに限定されるものではなく、透光性を有する導電膜であれば良い。
【００５３】
また、上記実施形態においては、光電子収集電極をメッシュ状電極１０としているが、これに限定されるものではなく、例えばストライプ状電極とすることもできる。
【００５４】
また、上記実施形態においては、光電管を、紫外光を照射する光源のパワーモニタ用として用いているが、紫外光以外の可視光等を照射する光源のパワーモニタ用として用いることも可能である。
【００５５】
【発明の効果】
本発明による光電管は、光入射面板の光出射面に設けた透光性導電膜に加えて、光入射面板の光出射面及び透光性導電膜の少なくとも透光性導電膜に密着して格子状またはストライプ状を成す光電子収集電極を設けて当該光電子収集電極も陽極電位、すなわち透光性導電膜及び光電子収集電極を同電位とし、光電面からの光電子を、透光性導電膜及び光電子収集電極の両方に良好に収集し得るように構成したものであるから、十分なリニアリティ特性を得るのが可能となり、加えて、透光性導電膜及び光電子収集電極を、導電性容器の電位と同じ陽極電位とし、配線等の構成を簡易とするように構成したものであるから、低コスト化を図ることも可能となる。加えて、光入射面板に対して光電面を近接配置したときに、光入射面板に斜めに入射した光の光電面への到達率が、光入射面板に対して光電面を離間配置した従来技術に比して向上でき、ＣＯＳθに依存した十分な角度特性を得るのが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る光電管を示す断面図である。
【図２】図１の光電管のクロム薄膜層及びメッシュ状電極を拡大して示す詳細断面図である。
【図３】図１の光電管の角度特性図である。
【図４】図１の光電管のリニアリティ特性図である。
【図５】第２実施形態に係る光電管のクロム薄膜層及びメッシュ状電極を拡大して示す詳細断面図である。
【図６】第３実施形態に係る光電管を示す断面図である。
【図７】図６の光電管の角度特性図である。
【符号の説明】
１…金属バルブ、２…光入射面板、３…金属ステム、５…光電面、６，６ａ…リードピン、９…クロム薄膜層（透光性導電膜）、１０…メッシュ状電極（光電子収集電極）、１０ａ…隙間、１１…光電子。
【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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