(57)【要約】【課題】イメージ管の光電面の近傍空間の冷却効率を高めることによって、Ｓ／Ｎ比の向上を図ること。【解決手段】このイメージ管ユニット１は、受光面板５の内側に光電面６が配置されたイメージ管１０と、イメージ管１０の近傍を冷却する冷却機構２０とを備えるイメージ管ユニットにおいて、冷却機構２０は、イメージ管１０の受光面板５の側面に隣接して設けられた金属フランジ２１と、金属フランジ２１に接して設けられた４つのペルチェ素子２３ａ〜２３ｄとを有し、４つのペルチェ素子２３ａ〜２３ｄは、それぞれの４つの吸熱面２９が、受光面板５の光入射面４ａと交わる方向に沿って受光面板５の側方を四方から取り囲むように配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
面板の内側に光電面が配置されたイメージ管と、前記イメージ管の近傍を冷却する冷却部とを備えるイメージ管ユニットにおいて、
前記冷却部は、前記イメージ管の前記面板の側面に隣接して設けられた冷却板と、前記冷却板に接して設けられた複数のペルチェ素子とを有し、
前記複数のペルチェ素子は、それぞれの複数の吸熱面が、前記面板の光入射面と交わる方向に沿って前記面板の側方を取り囲むように配置されている、
ことを特徴とするイメージ管ユニット。
【請求項２】
前記イメージ管を収容する容器をさらに備え、
前記イメージ管の側面と前記容器との間は、絶縁部材によってポッティングされ、且つ前記冷却板における前記ペルチェ素子と接触する冷却面の反対側の面と、前記容器との間には間隙が形成されている、
ことを特徴とする請求項１記載のイメージ管ユニット。
【請求項３】
前記イメージ管には、前記光電面の光出射面に対面するように電子増倍部が配置され、
前記冷却板と前記容器との間における前記電子増倍部の前記面板側の面と前記面板との間には空洞が形成されている、
ことを特徴とする請求項２記載のイメージ管ユニット。
【請求項４】
前記冷却板には、前記複数のペルチェ素子の吸熱面のそれぞれと接する複数の冷却面が、前記面板の側面を取り囲むように形成されるとともに、前記複数の冷却面の間には、前記面板の側面に向けて切り欠かれた切欠部が形成されている、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のイメージ管ユニット。
【請求項５】
前記冷却部は、前記複数のペルチェ素子の放熱面のそれぞれに接して設けられ、外部との間の熱交換機能を有する複数の冷却ブロックをさらに有し、
前記複数の冷却ブロックの前記面板の側面に沿った方向の高さは、前記冷却板の前記側面に沿った方向の高さよりも高い、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のイメージ管ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射窓で受けた光学像を出射窓にて光学像として再生するイメージ管を含むイメージ管ユニットに関し、特にそのイメージ管ユニットにおける冷却構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イメージ管は、入射窓の内側に光電面が形成されており、入射窓に入射した光学像が光電面の外部光電効果により光電子像に変換されるようになっている。光電子像は電子増倍部で増倍され、出射窓の内側に形成された蛍光面に入射して光学像として再生される。
【０００３】
このようなイメージ管において、使用される光電面によっては、測定対象光の入射がなくても、熱により光電子を放出する場合がある。この光電子は熱雑音となり、イメージ管のＳ／Ｎ比を劣化させる原因となるものである。かかる熱による雑音を抑制するために、従来のイメージ管においてはペルチェ素子等の冷却素子を用いた冷却手段が用いられている（下記特許文献１参照）。このような冷却手段を用いることで、入射窓の内側に配置された光電面が冷却される。
【特許文献１】特許第３２７６４１８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近年、よりＳ／Ｎ比の高いイメージ管が求められており、そのために従来のイメージ管以上に熱による雑音を抑制することが求められている。そして、熱による雑音の抑制をさらに進めるためには、イメージ管の近傍空間の冷却効率をより高めることが求められる。
【０００５】
そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、イメージ管の光電面の近傍空間の冷却効率を高めることによって、Ｓ／Ｎ比の向上を図ることが可能なイメージ管ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明のイメージ管ユニットは、面板の内側に光電面が配置されたイメージ管と、イメージ管の近傍を冷却する冷却部とを備えるイメージ管ユニットにおいて、冷却部は、イメージ管の面板の側面に隣接して設けられた冷却板と、冷却板に接して設けられた複数のペルチェ素子とを有し、複数のペルチェ素子は、それぞれの複数の吸熱面が、面板の光入射面と交わる方向に沿って面板の側方を取り囲むように配置されている、ことを特徴とする。
【０００７】
このようなイメージ管ユニットによれば、複数のペルチェ素子によって、冷却板を介して面板の側面近傍が効率よく冷却されるとともに、複数のペルチェ素子の吸熱面が面板の光入射面と交わる方向に沿って、面板を側方から取り囲むように設けられているので、面板の光入射面の近傍空間も十分に冷却することができる。これにより、光電面の近傍空間の冷却効率を高めることができ、光電面からの熱による雑音の発生が低減されてＳ／Ｎ比の向上が実現される。
【０００８】
イメージ管を収容する容器をさらに備え、イメージ管の側面と容器との間は、絶縁部材によってポッティングされ、且つ冷却板におけるペルチェ素子と接触する冷却面の反対側の面と、容器との間には間隙が形成されていることが好適である。この場合、イメージ管の配線部材の絶縁用としても使用される絶縁部材、及び冷却板のペルチェ素子と接触する冷却面の反対側の面と容器との間の間隙により、光電面近傍の空間は効率的に冷却しつつも、冷却部によるイメージ管の側面の過剰な冷却を抑制することができる。
【０００９】
また、イメージ管には、光電面の光出射面に対面するように電子増倍部が配置され、冷却板と容器との間における電子増倍部の面板側の面と面板との間には空洞が形成されていることも好適である。かかる構成を備えれば、高電圧が印加される電子増倍部の絶縁を確保しつつ、光電面近傍の空間の熱容量を小さくして冷却効率を向上させることができる。
【００１０】
また、冷却板には、複数のペルチェ素子の吸熱面のそれぞれと接する複数の冷却面が、面板の側面を取り囲むように形成されるとともに、複数の冷却面の間には、面板の側面に向けて切り欠かれた切欠部が形成されていることも好適である。かかる構成を備えれば、ペルチェ素子により直接冷却される冷却面に接していない領域の熱容量が小さくされ、冷却板を介して光電面の近傍をより効率的に冷却することができる。
【００１１】
また、冷却部は、複数のペルチェ素子の放熱面のそれぞれに接して設けられ、外部との間の熱交換機能を有する複数の冷却ブロックをさらに有し、複数の冷却ブロックの面板の側面に沿った方向の高さは、冷却板の側面に沿った方向の高さよりも高いことも好適である。こうすれば、冷却ブロックによって、イメージ管が配置される側である内側に位置する冷却空間と外側に位置する放熱空間とが仕切られ、光電面の近傍の冷却効率を高めながら、放熱空間から面板に向けての熱の伝達を確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、イメージ管の光電面の近傍空間の冷却効率を高めることによって、Ｓ／Ｎ比の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る電子増倍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は同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
図１は、本発明の好適な一実施形態に係るイメージ管ユニットの外観斜視図、図２は、図１のイメージ管ユニットの内部構成を示す斜視図、図３は、図２のイメージ管ユニットのIII−III線に沿った断面図、図４は、図３の一部拡大断面図である。
【００１５】
このイメージ管ユニット１は、真空状態とされた直方体形状の筐体２の内部にイメージ管１０、及び筐体２の内部でイメージ管１０の近傍を冷却する冷却機構２０を収容して構成され、この筐体２の一方の端部には円形の入射窓３ａが、他方の端部には出射窓３ｂがそれぞれ設けられている。イメージ管１０は、略円筒形状をなす電子管の一種であるイメージインテンシファイアであり、筐体２の一部を構成するベース板２ａ上に搭載されている。
【００１６】
図３及び図４に示すように、イメージ管１０の入射窓３ａ側の端部は、光学像（入射光）の光入射面４ａとなり、光入射面４ａが設けられる端部とは反対側、すなわち出射窓３ｂ側の端部は、出射窓４ｂとなっている。光入射面４ａは、略円板状の硼珪酸ガラス等の透光性材料からなる受光面板５の光入射側の面であり、この受光面板５の光入射面４ａとは反対側の面には、その面の中央部に接するように矩形平板状の光電面６が配置されている。光電面６は、受光面板５を透過して光入射面６ａに入射する入射光に応じて、光出射面６ｂから光電子を放出する。この光電面６は、特に近赤外光に高い感度を有する光電面であり、例えば、p+InP基板上にInP/InGaAs、若しくはInP/InGaAsP層を成長させたものである。受光面板５の外側には、光電面６の光入射面６ａにバイアス電圧を印加するためのコバール金属からなる給電電極１１と、光電面６の光出射面６ｂにグランド電位を印加するためのコバール金属からなる給電電極１２が、受光面板５を貫通して設けられている（図２）。
【００１７】
また、イメージ管１０の光電面６の光出射面６ｂ側には、光出射面６ｂに対面するように電子増倍部としてのＭＣＰ（マルチチャンネルプレート）７が設けられている。ＭＣＰ７は、光電面６の光出射面６ｂから放出された光電子を２次電子増倍する。さらに、ＭＣＰ７の出射窓４ｂ側の下部には、そのＭＣＰ７側の面に、ＭＣＰ７から放出された２次電子を光に変換する蛍光面９が形成され、蛍光面９からの光を出射窓４ｂに向けて導波する導光部材であるＦＯＰ（ファイバオプティックプレート）８が配置されている。
【００１８】
このようなイメージ管１０では、受光面板５に入射した光学像は光電面６内で光電変換されて光電子となり、光電面６から放出されてＭＣＰ７に入射する。このＭＣＰ７に入射した光電子は２次電子増倍され、蛍光面９に入射する。蛍光面９に入射した２次電子は光に変換され、この光はＦＯＰ８を透過して出射窓４ｂから外部に出力される。すなわち、光入射面４ａから入射した光学像が２次元情報を保持したまま増強されて出射窓４ｂから出力される。
【００１９】
このイメージ管１０の周囲には、冷却機構２０が設けられている。冷却機構２０は、金属フランジ（冷却板）２１と、容器２２と、ペルチェ素子２３ａ〜２３ｄと、冷却ブロック２４ａ〜２４ｄとから構成されている（図２）。
【００２０】
金属フランジ２１は、銅製の金属部材であり、イメージ管１０の受光面板５の側面の周りに配置された平板状のフランジ本体２５と、そのフランジ本体２５に接続された４つの矩形の冷却プレート２６ａ〜２６ｄとからなる。
【００２１】
また、イメージ管１０の側管１４と受光面板５との間には、銅製のフランジ部１３（図４）が設けられている。フランジ部１３は、受光面板５の光電面６側の面に取り付けられるとともに、受光面板５の側面から光入射面４ａに沿って延びる延在部１３ａを有する。そして、フランジ本体２５は、フランジ部１３の延在部１３ａに接続されることにより、受光面板５の側面に近接して配置されている。このフランジ本体２５は、その中心がほぼ受光面板５の外縁（側面）と同一の径で切り抜かれた形状を有し、２組の対辺のそれぞれの中央部には、受光面板５の側面に沿って、すなわち、光学像の入射方向に沿って冷却プレート２６ａ〜２６ｄが接続されている（図２及び図３）。これらの冷却プレート２６ａ〜２６ｄは、冷却プレート２６ａと冷却プレート２６ｃ、及び冷却プレート２６ｂと冷却プレート２６ｄが、それぞれ平行になるように設けられることで、冷却プレート２６ａ〜２６ｄの外側の４つの冷却面２７によって受光面板５を側方から取り囲むようにされる。さらに、フランジ本体２５の外縁部における直交する２つの冷却面２７の間、すなわち、冷却プレート２６ａ〜２６ｄとの接続部位のうちの隣接する２つの接続部位の間には、受光面板５の側面に向けて円弧状に切り欠かれた４つの切欠部２８が形成されている。
【００２２】
ここで、金属フランジ２１は、フランジ本体２５と冷却プレート２６ａ〜２６ｄとが別部材で構成されていなくてもよく、一体的に形成されていてもよい。
【００２３】
ペルチェ素子２３ａ〜２３ｄは、一方の端面に位置する吸熱面２９において発生した熱を、他方の端面に位置する放熱面３０に向けて移動させることによって、吸熱面２９側近傍を冷却する（図３）。これらのペルチェ素子２３ａ〜２３ｄは、吸熱面２９から放熱面３０にかけて四層構造を有し、吸熱面２９よりも放熱面３０のほうが大きな面積を有することで効率的な熱交換が可能にされている。ペルチェ素子２３ａ〜２３ｄは、それぞれの吸熱面２９が冷却プレート２６ａ〜２６ｄの冷却面２７に当接して固定されることにより、受光面板５の側方から受光面板５を取り囲むように配置される。このような配置により、ペルチェ素子２３ａ〜２３ｄのそれぞれの放熱面３０は、受光面板５の側方から外側に向けて配置されることになる。
【００２４】
容器２２は、４つの冷却プレート２６ａ〜２６ｄの内面に沿い、かつ４つの冷却プレート２６ａ〜２６ｄの内面（冷却面２７の対向面）と間隙を形成するように延びる側壁部を有し、その一方の端部において、金属フランジ２１の光電面６側の面に接合され、イメージ管１０を受光面板５より出射窓４ｂ側の部分において収容する樹脂製のカップ状部材である。容器２２の一方の開口はフランジ本体２５の下面に接続され、他方の開口からは出射窓４ｂを露出させている。この容器２２内のイメージ管１０の側管１４との間の空間は、断熱性の絶縁部材によりポッティングされている。より詳細には、容器２２の出射窓４ｂ側の底面からＭＣＰ７の受光面板５側の境界面のレベルＬ１（図４参照）までの間は、容器２２とイメージ管１０の側管１４との間の空間全体がポッティングされている。一方、容器２２内のレベルＬ１からフランジ部１３の縁部のＭＣＰ７側の端面（図４のレベルＬ２）までの部分は、側管１４及びフランジ部１３側のみがポッティングされ、容器２２の内壁側にはポッティングされていないリング状の空洞部３１が形成されている。すなわち、金属フランジ２１のフランジ本体２５と容器２２との間には、ＭＣＰ７の受光面板５側の境界面と受光面板５の外面との間の空間内に位置する非ポッティング空間が存在し、非ポッティング空間における絶縁部材は、イメージ管１０側から容器２２側に向かって受光面板５側からＭＣＰ７側に傾斜している。
【００２５】
冷却ブロック２４ａ〜２４ｄは、それぞれ、ペルチェ素子２３ａ〜２３ｄの放熱面３０に接して配置されたブロック状部材である。これらの冷却ブロック２４ａ〜２４ｄは、その内部に冷却水を循環させるための管路３２を有し、外部との間の熱交換機能を有する。図３に示すように、冷却ブロック２４ａ〜２４ｄは、ペルチェ素子２３ａ〜２３ｄの放熱面３０の全体を覆うように、そのイメージ管１０の管軸方向（受光面板５の側面に沿った方向）に沿った方向の高さが、金属フランジ２１のフランジ本体２５よりも高くなるように設けられている。
【００２６】
図５は、冷却ブロック２４ａ〜２４ｄ内の冷却水の流れについて説明する斜視図である。同図に示すように、外部からベース板２ａを通って冷却ブロック２４ｃに導入された冷却水は、イメージ管１０の管軸に対して平行又は垂直な方向に設けられた複数の管が連結された管路３２内を通り、冷却ブロック２４ｃの内部に流れる。その後、冷却ブロック２４ｃから排出された冷却水は、ベース板２ａ内部に設けられた図示しない中継管を経由して、冷却ブロック２４ｄ，２４ａ，２４ｂ内の管路３２を順に流れた後に、ベース板２ａを通って外部に排出される。これにより、冷却ブロック２４ａ〜２４ｄのそれぞれに接するペルチェ素子２３ａ〜２３ｄの放熱面３０からの熱が外部に伝達される。
【００２７】
以上説明したイメージ管ユニット１によれば、受光面板５の側面を四方から取り囲むように設けられた複数のペルチェ素子２３ａ〜２３ｄによって、金属フランジ２１及び受光面板５に直接接触したフランジ部１３を介して直接的に受光面板５の側面近傍が効率よく冷却される。それに加えて、複数のペルチェ素子２３ａ〜２３ｄの吸熱面２９が受光面板５の光入射面４ａと交わる方向にそって、受光面板５の側面を四方から取り囲むように設けられているので、受光面板５を取り囲む空間、特に光入射面４ａの近傍空間も十分に冷却することができ、間接的に光入射面４ａも冷却することができる。また、ペルチェ素子２３ａ〜２３ｄは、その吸熱面２９を受光面板５の側面に向けるように配置されているので、ペルチェ素子２３ａ〜２３ｄの放熱面３０を受光面板５から遠ざけることができるとともに、放熱面３０からの熱が受光面板５側に伝達することが防止される。これは、放熱面３０からの熱が受光面板５側に伝達するには、金属フランジ２１やペルチェ素子２３ａ〜２３ｄの吸熱面２９で囲まれた冷却空間を経由しなければならないことによる。これにより、光電面６の近傍空間の冷却効率を−８０°Ｃ以下で維持できるように高めることができ、光電面６からの熱による雑音の発生が低減されてＳ／Ｎ比の向上が実現される。
【００２８】
また、イメージ管１０の側管１４と容器２２との間は絶縁部材によってポッティングされ、金属フランジ２１のペルチェ素子２３ａ〜２３ｄと接触する冷却面２７の対向面と容器２２との間には間隙が形成されている。これにより、イメージ管１０の側管１４上に設けられる配線部材の絶縁用としても使用される絶縁部材、及びその間隙により、光電面６の近傍をより効率的に冷却しつつも、容器２２及びイメージ管１０の側管１４を介したＭＣＰ７の過剰な冷却を抑制して電子増倍効率の低下を防止することができる。
【００２９】
また、空洞部３１は、ＭＣＰ７の受光面板５側の境界面と受光面板５の外面との間に形成されている。ＭＣＰ７の受光面板５側の面と光電面６との電位差は、ＭＣＰ７のＦＯＰ８側の面と光電面６との電位差に比較して小さいので、ＭＣＰ７の受光面板５側の面と光電面６側との間は絶縁不良が生じにくい。その結果、イメージ管１０の側管１４上に設けられるＭＣＰ７への電圧印加用の電極とフランジ部１３との絶縁は確保しつつ、光電面６近傍の空間の熱容量を小さくして冷却効率を向上させることができる。
【００３０】
また、金属フランジ２１は、複数の冷却面２７が形成された冷却プレート２６ａ〜２６ｄと、フランジ本体２５とから構成され、フランジ本体２５の隣接する２つの冷却面２７の間には、切欠部２８が形成されている。これにより、ペルチェ素子２３ａ〜２３ｄにより直接冷却される冷却面２７に接していないイメージ管１０側の領域の熱容量が小さくされ、金属フランジ２１を介して光電面６の近傍をより効率的に冷却することができる。
【００３１】
さらに、複数の冷却ブロック２４ａ〜２４ｄの受光面板５の側面に沿った方向の高さは、金属フランジ２１の高さよりも高い。その結果、冷却ブロック２４ａ〜２４ｄによって、イメージ管１０が配置された側（内側）に位置する冷却空間と、外側に位置する放熱空間とが仕切られ、光電面６の近傍の冷却効率を高めながら、放熱空間から受光面板５に向けての熱の伝達を確実に防止することができる。
【００３２】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、ペルチェ素子はその吸熱面によって受光面板の側面を取り囲む構成であれば、特定の数には限定されない。ただし、光電面６の周囲を均等に冷却して均質な出力像を得るためには、受光面板の周りに等間隔に配置されることが好ましい。
【００３３】
また、金属フランジ２１は、イメージ管１０のフランジ部１３に接触しているが、受光面板５に接触するように設けられてもよい。ただし、受光面板５に設けられる光電面６へのバイアス印加用の給電電極１１との間の絶縁を確保するという観点からは、フランジ部１３に接続するほうがより好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の好適な一実施形態に係るイメージ管ユニットの外観斜視図である。
【図２】図１のイメージ管ユニットの内部構成を示す斜視図である。
【図３】図２のイメージ管ユニットのIII−III線に沿った断面図である。
【図４】図３の一部拡大断面図である。
【図５】図２の冷却ブロック内の冷却水の流れについて説明する斜視図である
【符号の説明】
【００３５】
１…イメージ管ユニット、４ａ…光入射面、５…受光面板、６…光電面、７…ＭＣＰ（電子増倍部）、１０…イメージ管、１４…側管、２０…冷却機構（冷却部）、２１…金属フランジ（冷却板）、２２…容器、２３ａ〜２３ｄ…ペルチェ素子、２４ａ〜２４ｄ…冷却ブロック、２７…冷却面、２８…切欠部、２９…吸熱面、３０…放熱面、３１…空洞部。
【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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