CN116348987A - 光电管 - Google Patents

Abstract

光电管包括：壳体，其包括光透过部；电子发射部，其由设置于壳体的凹部保持，包括在壳体内朝向光透过部侧的凹状的光电面；和电子捕捉部，其在壳体内配置于光透过部与光电面之间。电子捕捉部的至少一部分位于光电面的内侧的区域内。

Description

光电管

技术领域

本发明涉及光电管。

背景技术

已知有一种光电管，其包括：壳体，其包含光透过部；电子发射部(光电阴极)，其包含配置于壳体内的光电面；和网状或点状的电子捕捉部(阳极)，其形成于光透过部的电子发射部侧的表面(例如，参照专利文献1、2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2019-067494号公报

专利文献2：日本特开2018-097925号公报

发明内容

发明要解决的课题

在如上所述的光电管中，为了提高从外部入射到光透过部的光到达光电面的概率，如果粗略地形成网状的电子捕捉部或者较小地形成点状的电子捕捉部，则从光电面放出的光电子被电子捕捉部捕捉的概率有可能降低。另一方面，如果为了提高从光电面放出的光电子被电子捕捉部捕捉的概率而密集地形成网状的电子捕捉部或者较大地形成点状的电子捕捉部，则从外部入射到光透过部的光到达光电面的概率有可能降低。因此，如上所述的光电管的结构不能说是光的检测效率高的结构。

本发明的目的在于提供一种能够提高光的检测效率的光电管。

用于解决课题的方法

根据本发明的一个方面的光电管包括：壳体，其包括光透过部；电子发射部，其由设置于壳体的凹部保持，并且包括在壳体内朝向光透过部侧的凹状的光电面；和电子捕捉部，其在壳体中配置在光透过部与光电面之间，电子捕捉部的至少一部分位于光电面内侧的区域内。

在上述光电管中，电子发射部包括在壳体内朝向光透过部侧的凹状的光电面。由此，从外部入射到光透过部的光容易到达光电面。因此，能够提高从外部入射到光透过部的光到达光电面的概率。另外，电子捕捉部的至少一部分位于凹状的光电面的内侧的区域内。由此，从光电面放出的光电子容易到达电子捕捉部。因此，能够提高从光电面放出的光电子被电子捕捉部捕捉的概率。如上所述，根据上述光电管，能够提高光的检测效率。

在本发明的一个方面的光电管中，光电面可以包含底面和侧面，侧面可以以越远离底面倾斜度越增加的方式弯曲。由此，从光电面放出的光电子更容易到达电子捕捉部。因此，能够进一步提高从光电面放出的光电子被电子捕捉部捕捉的概率。

在本发明的一个方面的光电管中，光电面也可以在从光透过部侧观察的情况下呈圆形。由此，从光电面放出的光电子更容易到达电子捕捉部。因此，能够进一步提高从光电面放出的光电子被电子捕捉部捕捉的概率。

在本发明的一个方面的光电管中，电子捕捉部可以是板状的部件，以在从光透过部侧观察的情况下分割壳体内的区域的方式配置。由此，以大的入射角入射到光透过部的光也容易被电子捕捉部的一对主面分别反射而到达光电面。因此，能够进一步提高从外部入射到光透过部的光到达光电面的概率。另外，从光电面放出的光电子容易到达电子捕捉部的一对主面的每一个。因此，能够进一步提高从光电面放出的光电子被电子捕捉部捕捉的概率。

在本发明的一个方面的光电管中，也可以是，壳体还包括具有凹部的主体部，光透过部以封闭凹部的开口的方式安装于主体部，电子发射部和电子捕捉部由主体部支承。由此，能够容易且可靠地实现电子捕捉部的至少一部分位于凹状的光电面的内侧的区域内的结构。

在本发明的一个方面的光电管中，电子发射部可以配置于凹部的内表面，电子捕捉部可以架设于凹部的开口缘。由此，能够以高效的布局实现电子捕捉部的至少一部分位于凹状的光电面的内侧的区域内的结构。

本发明的一个方面的光电管还可以包括与电子捕捉部电连接的导电部，导电部的一部分和电子发射部的一部分在主体部的与光透过部相反侧的表面向外部露出。由此，在不妨碍光向光透过部的入射且外部配线的接线容易的同一面(主体部中的与光透过部相反的一侧的表面)，能够将外部配线分别与导电部的一部分和电子发射部的一部分电连接。

根据本发明的一个方面的光电管还可以包括导电层，该导电层构成为在壳体内以与光电面相对的方式沿着光透过部配置，并使光通过。由此，例如，通过以电子捕捉部的电位为基准向电子发射部赋予负的电位，以电子发射部的电位为基准向导电层赋予负的电位(或与电子发射部的电位相同的电位)，即使从光电面放出的光电子中的一部分的光电子朝向光透过部行进，通过在该一部分的光电子与导电层之间产生的斥力，该一部分的光电子也会弹回而容易到达电子捕捉部。因此，能够进一步提高从光电面放出的光电子被电子捕捉部捕捉的概率。

发明效果

根据本发明，能够提供一种能够提高光的检测效率的光电管。

附图说明

图1是一个实施方式的光电管的俯视图。

图2是沿着图1所示的II-II线的光电管的截面图。

图3是沿着图1所示的III-III线的光电管的截面图。

图4是图1所示的光电管的分解立体图。

图5是第1变形例的光电管的截面图。

图6是第1变形例的光电管的截面图。

图7是第2变形例的光电管的截面图。

图8是第2变形例的光电管的电子捕捉部的立体图。

图9是第3变形例的光电管的分解立体图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，在各图中，对相同或相当的部分标注相同的附图标记，并省略重复的说明。

如图1、图2和图3所示，光电管1包括壳体2、电子发射部3、电子捕捉部4、导电层5、一对第1导电部(导电部)6和第2导电部7。在光电管1中，电子发射部3作为光电阴极发挥功能，电子捕捉部4作为阳极发挥功能。光电管1的检测对象的光例如是紫外线。

壳体2包括主体部21和光透过部22。主体部21具有在Z轴方向上的一侧开口的凹部23。在主体部21中，凹部23由底壁24和侧壁25划定。在凹部23与侧壁25之间设置有以大致包围凹部23的方式形成的槽部26，实现被赋予不同电位的部件间的耐电压特性的提高。主体部21例如是在从Z轴方向观察的情况下呈正方形(一边的长度：10mm左右)的板状的部件(厚度：数mm的程度)，由绝缘性材料(例如科瓦玻璃(Kovar glass))形成。光透过部22以封闭凹部23的开口的方式安装于主体部21。光透过部22使光电管1的检测对象的光透过。光透过部22例如是在从Z轴方向观察的情况下呈正方形(一边的长度：10mm左右)的板状的部件(厚度：1mm以下)，由绝缘性材料(例如石英玻璃)形成。在本实施方式中，壳体2内的区域维持为高真空。

如图4所示，在主体部21的侧壁25的端面25a(光透过部22侧的端面)呈框状配置有基底层11。在光透过部22的电子发射部3侧的表面22a，沿着光透过部22的外缘框状地配置有基底层12。在基底层11与基底层12之间，以框状配置有接合层13。光透过部22通过基底层11、基底层12和接合层13而与主体部21的侧壁25气密地接合。基底层11和基底层12是用于提高接合层13与主体部21的紧贴度、和接合层13与光透过部22的紧贴强度的金属层(所谓的金属化层)，例如由Cr/Ni/Cu或者Ti/Pt/Au形成。接合层13由导电性材料(例如，In等接合用金属或AuSn等焊料)形成。

如图1、图2和图3所示，电子发射部3包括电极体31和光电面32。电子发射部3在光电面32配置于壳体2内的状态下，由壳体2的主体部21的凹部23保持。在本实施方式中，电子发射部3配置于主体部21的凹部23的内表面23a，电子发射部3的一部分经由在主体部21的与光透过部22相反侧的表面21a开口的开口部21c，在表面21a向外部露出。更具体而言，呈碗状的电极体31例如通过熔接或基于接合部件的接合等而固定于凹部23的内表面23a，呈凸部状突出的电极体31的底部31a经由主体部21的开口部21c而在主体部21的表面21a向外部露出。光电面32是沿着呈碗状的电极体31的内表面形成的光电转换膜。电极体31由导电性材料(例如科瓦铁镍钴合金等金属材料)形成，光电面32例如由CsTe形成。

光电面32是在壳体2内朝向光透过部22侧的凹状的面。即，光电面32在壳体2内向与光透过部22相反的一侧(即，远离光透过部22的一侧)凹陷。光电面32包含底面32a和侧面32b。底面32a是与Z轴方向垂直的平坦面。侧面32b以越远离底面32a(即，越接近光透过部22)倾斜度越增加的方式弯曲。侧面32b以倾斜连续的方式与底面32a连接。底面32a在从光透过部22侧观察的情况下呈圆形，侧面32b在从光透过部22侧观察的情况下呈圆环状。即，光电面32在从光透过部22侧观察的情况下呈圆形。

电子捕捉部4在壳体2内配置在光透过部22与光电面32之间。电子捕捉部4是由导电性材料(例如科瓦铁镍钴合金等金属材料)形成的板状的部件(厚度：0.4mm左右)，配置成在从光透过部22侧观察的情况下分割壳体2内的区域。即，电子捕捉部4以电子捕捉部4的一对主面4a与Z轴方向平行的方式配置。各主面4a的缘部在从Y轴方向观察的情况下(以与板状部件的主平面相对的方式观察的情况下)，呈沿着凹部23的内表面23a延伸且与凹部23的内表面23a相对的大致椭圆形(包括平滑的圆弧部和直线部的形状)。电子捕捉部4由壳体2的主体部21支承。在本实施方式中，电子捕捉部4架设于主体部21的凹部23的开口缘23b。更具体而言，电子捕捉部4中的在X轴方向上向外侧突出的一对端部4b配置于开口缘23b中的在X轴方向上相对的部分。

电子捕捉部4的一部分41位于凹状的光电面32的内侧的区域33内。即，电子捕捉部4的一部分41相对于凹状的光电面32的开口缘32c位于与光透过部22相反的一侧。电子捕捉部4中的一部分41以外的一部分42位于凹状的光电面32的外侧的区域(即区域33外)。即，电子捕捉部4的一部分42相对于凹状的光电面32的开口缘32c位于光透过部22侧。电子捕捉部4的一部分41的侧面41a(一对主面4a之间的侧面且与光电面32相对的侧面)在从Y轴方向观察的情况下沿着光电面32延伸。电子捕捉部4在壳体2内以侧面41a与光电面32的距离大致均匀的方式隔开规定的距离而从光电面32离开，不与光电面32电连接。

导电层5以在壳体2内与光电面32相对的方式配置于比电子捕捉部4靠光透过部22的位置。在本实施方式中，导电层5在壳体2内以与光电面32相对的方式沿着光透过部22配置。导电层5在壳体2内隔着规定的距离与电子捕捉部4分离，不与电子捕捉部4电连接。在本实施方式中，导电层5配置于光透过部22的表面22a。即，导电层5被光透过部22支承。导电层5构成为使光电管1的检测对象的光通过。在本实施方式中，导电层5由根据光电管1的检测对象的光的波长而选择的材料，以根据该波长而设定的厚度形成为膜状。导电层5的材料例如为Ni，导电层5的厚度例如为数nm的程度。

如图1和图4所示，导电层5在光透过部22的表面22a位于基底层12的内侧。作为一例，导电层5在从Z轴方向观察的情况下呈正方形，位于正方形框状的基底层12的内侧。导电层5的角部5a与基底层12的突出部12a重叠，经由接合层13与基底层11的突出部11a重叠。由此，导电层5、基底层11、基底层12和接合层13相互电连接。角部5a是导电层5中的在Y轴方向上相对的一对角部的一者。突出部11a是从基底层11中的在Y轴方向上相对的一对角部的一者向内侧突出的部分，突出部12a是从基底层12中的在Y轴方向上相对的一对角部的一者向内侧突出的部分。

如图1和图2所示，一对第1导电部6与电子捕捉部4电连接，各第1导电部6的一部分在主体部21的表面21a向外部露出。更具体而言，各第1导电部6中的光透过部22侧的端部6a与设置于电子捕捉部4的一部分42的各端部4b电连接，各第1导电部6中的与端部6a相反侧的端部6b在主体部21的表面21a向外部露出。在凹状的光电面32的内侧的区域33外，各第1导电部6与电子捕捉部4电连接，所以电子捕捉部4和一对第1导电部6从被赋予与电子捕捉部4和一对第1导电部6不同的电位的光电面32分离，实现被赋予不同的电位的部件间的耐电压特性的提高。作为一例，各第1导电部6在主体部21的侧壁25中的在X轴方向上相对的一对角部分别在Z轴方向延伸。一对第1导电部6由导电性材料(例如科瓦铁镍钴合金)与电子捕捉部4一体地形成。

如图1和图3所示，第2导电部7与导电层5电连接，第2导电部7的一部分在主体部21的表面21a向外部露出。更具体而言，第2导电部7中的光透过部22侧的端部7a经由基底层11的突出部11a、基底层12的突出部12a和接合层13(参照图4)而与导电层5的角部5a电连接，第2导电部7中的与端部7a相反侧的端部7b在主体部21的表面21a向外部露出。作为一个例子，第2导电部7在主体部21的侧壁25中的在Y轴方向上相对的一对角部的一者在Z轴方向延伸。第2导电部7由导电性材料(例如科瓦铁镍钴合金)形成。

在如以上那样构成的光电管1中，例如，以电子捕捉部4的电位(接地电位)为基准向电子发射部3赋予负电位，以电子发射部3的电位为基准向导电层5赋予负电位(或与电子发射部3的电位相同的电位)。在该状态下，如果从外部入射到光透过部22的光透过光透过部22和导电层5而到达光电面32，则通过光电子发射效果，从光电面32发射光电子。从光电面32放出的光电子中的朝向电子捕捉部4行进的光电子被电子捕捉部4吸引靠近而到达电子捕捉部4。从光电面32放出的光电子中的朝向光透过部22行进的光电子被在该光电子与导电层5之间产生的斥力弹回而到达电子捕捉部4。通过这样检测到达电子捕捉部4的光电子(电流)，能够检测光。此外，从通过尽量使用相同的电压值来简化向光电管1的电力供给的观点出发，优选使电子发射部3和导电层5为相同电位。

如以上说明的那样，在光电管1中，电子发射部3包括在壳体2内朝向光透过部22侧的凹状的光电面32。由此，例如与光电面32平坦的情况相比，光电面32的面积增加，从外部入射到光透过部22的光容易到达光电面32。因此，能够提高从外部入射到光透过部22的光到达光电面32的概率。另外，电子捕捉部4的一部分41位于凹状的光电面32的内侧的区域33内。由此，从光电面32放出的光电子容易到达电子捕捉部4。因此，能够提高从光电面32放出的光电子被电子捕捉部4捕捉的概率。如上所述，根据光电管1，能够提高光的检测效率。

在光电管1中，光电面32的侧面32b以越远离光电面32的底面32a则倾斜度越增加的方式弯曲。由此，从光电面32放出的光电子(特别是从光电面32的侧面32b放出的光电子)更容易到达电子捕捉部4。因此，能够进一步提高从光电面32放出的光电子被电子捕捉部4捕捉的概率。

在光电管1中，光电面32在从光透过部22侧观察的情况下呈圆形。由此，从光电面32放出的光电子(特别是从光电面32的侧面32b放出的光电子)更容易到达电子捕捉部4。因此，能够进一步提高从光电面32放出的光电子被电子捕捉部4捕捉的概率。

在光电管1中，电子捕捉部4是板状的部件，在从光透过部22侧观察的情况下，以分割壳体2内的区域的方式配置。由此，以大入射角入射到光透过部22的光也容易在电子捕捉部4中的一对主面4a分别被反射而到达光电面32。因此，能够进一步提高从外部入射到光透过部22的光到达光电面32的概率。另外，从光电面32放出的光电子容易到达电子捕捉部4中的一对主面4a的每一个。因此，能够进一步提高从光电面32放出的光电子被电子捕捉部4捕捉的概率。

在光电管1中，光透过部22以封闭凹部23的开口的方式安装于主体部21，电子发射部3和电子捕捉部4由主体部21支承。由此，能够容易且可靠地实现电子捕捉部4的一部分41位于凹状的光电面32的内侧的区域33内的结构。

在光电管1中，电子发射部3配置于主体部21的凹部23的内表面23a，电子捕捉部4架设于主体部21的凹部23的开口缘23b。由此，能够以高效的布局实现电子捕捉部4的一部分41位于凹状的光电面32的内侧的区域33内的结构。另外，能够稳定地保持电子发射部3和电子捕捉部4，能够得到耐震性高的结构。

在光电管1中，与电子捕捉部4电连接的各第1导电部6的一部分、与导电层5电连接的第2导电部7的一部分、和电子发射部3的一部分在主体部21的表面21a向外部露出。由此，在不妨碍光向光透过部22的入射且外部配线的接线容易的同一面(主体部21的表面21a)，能够将外部配线分别与各第1导电部6的一部分、第2导电部7的一部分和电子发射部3的一部分电连接。另外，能够对电子发射部3、电子捕捉部4和导电层5分别赋予所希望的电位。

在光电管1中，构成为使光通过的导电层5在壳体2内以与光电面32相对的方式沿着光透过部22配置。由此，例如，通过以电子捕捉部4的电位(接地电位)为基准向电子发射部3赋予负电位，以电子发射部3的电位为基准向导电层5赋予负电位(或与电子发射部3的电位相同的电位)，即使从光电面32放出的光电子中的一部分光电子朝向光透过部22行进，通过在该一部分光电子与导电层5之间产生的斥力，该一部分光电子也会弹回而容易到达电子捕捉部4。因此，能够进一步提高从光电面32放出的光电子被电子捕捉部4捕捉的概率。

另外，作为一个例子，光电管1如下制造。首先，将电子发射部3、一体形成的电子捕捉部4和一对第1导电部6、以及第2导电部7(以下，称为“电子发射部3等”)设置于夹具。接着，在设置有电子发射部3等的夹具上实施科瓦玻璃板的熔融和再固化，将电子发射部3等与主体部21单元化。接着，对主体部21的表面21a进行研磨，使各第1导电部6的一部分、第2导电部7的一部分和电子发射部3的一部分在主体部21的表面21a向外部露出。接着，在主体部21的侧壁25的端面25a形成基底层11。另一方面，在光透过部22的表面22a形成导电层5和基底层12。接着，在高真空空间中，形成于主体部21的基底层11和形成于光透过部22的基底层12通过接合层13接合，得到光电管1。

上述各工序在分别成为光电管1的多个结构二维排列的晶片状态下实施，最后切出各个光电管1。由此，能够实现组装工序的削减，进而能够实现制造成本的削减，能够量产实现了小型化的光电管1。在光电管1中，由于电子发射部3等和主体部21被单元化，所以电子发射部3等的位置精度也提高，也防止由振动和冲击引起的电子发射部3等的位置偏移。

本发明并不限定于上述实施方式。如图5和图6所示，在光电管1中，电子发射部3的一部分在主体部21的表面21a不露出到外部，电子发射部3和导电层5也可以通过配线8电连接。在图5和图6所示的光电管1中，在主体部21所具有的倾斜面21b上形成有配线8。倾斜面21b从凹部23的开口缘23b向侧壁25的端面25a延伸。在图5和图6所示的光电管1中，在不妨碍光向光透过部22的入射且外部配线的接线容易的同一面(主体部21的表面21a)，能够将外部配线分别与各第1导电部6的一部分和第2导电部7的一部分电连接，例如，能够以电子捕捉部4的电位(接地电位)为基准将负电位赋予给电子发射部3和导电层5。另外，能够实现用于电连接外部配线的导电部的结构的简单化。

如图5和图6所示，在电子发射部3和导电层5通过配线8电连接的光电管1中，也可以不设置第2导电部7，电子发射部3的一部分在主体部21的表面21a向外部露出。在该情况下，通过将外部配线分别与在主体部21的表面21a向外部露出的各第1导电部6的一部分和电子发射部3的一部分电连接，例如能够以电子捕捉部4的电位(接地电位)为基准对电子发射部3和导电层5赋予负的电位。

电子捕捉部4并不限定于板状的部件。作为一个例子，如图7和图8所示，电子捕捉部4也可以是具有多个光通过开口4c的碗状的部件。在图7所示的光电管1中，电子捕捉部4中的包含底部的一部分41位于光电面32的内侧的区域33内。在图7所示的光电管1中，透过光透过部22和导电层5的光通过多个光通过开口4c到达光电面32。此外，在图7中，省略了在电子捕捉部4中的截面部分以外的部分形成的光通过开口4c的图示。

导电层5并不限定于形成为膜状。作为一个例子，如图9所示，导电层5也可以形成为网状。即，导电层5只要构成为使光通过即可。

在上述实施方式和所有变形例中，壳体2内的区域也可以是封入有氖气或氢气等放电气体的区域。在上述实施方式和全部的变形例中，也可以不是一对第1导电部6，而是1个第1导电部6与电子捕捉部4电连接。

在上述实施方式和全部的变形例中，光电面32只要是在壳体2内朝向光透过部22侧的凹状的面即可，例如，也可以不包括以越远离底面32a则倾斜度越增加的方式弯曲的侧面32b。在上述实施方式和全部的变形例中，电子捕捉部4只要至少一部分41位于凹状的光电面32的内侧的区域33内即可，例如，电子捕捉部4的全部也可以位于区域33内。在上述实施方式和所有变形例中，光电管1也可以不包括导电层5。在上述实施方式和全部的变形例中，第1导电部6可以与电子捕捉部4直接连接，也可以与电子捕捉部4间接地(即，经由其他导电性部件)连接。即，第1导电部6与电子捕捉部4电连接即可。在上述实施方式和全部的变形例中，第2导电部7可以与导电层5直接连接，也可以与导电层5间接地(即，经由其他导电性部件)连接。即，第2导电部7与导电层5电连接即可。

附图标记说明

1…光电管

2…壳体

3…电子发射部

4…电子捕捉部

5…导电层

6…第1导电部(导电部)

21…主体部

21a…表面

22…光透过部

23…凹部

23a…内表面

23b…开口缘

32…光电面

32a…底面

32b…侧面

33…区域

41…一部分。

Claims (8)

1.一种光电管，其包括：

壳体，其包括光透过部；

电子发射部，其由设置于所述壳体的凹部保持，包含在所述壳体内朝向所述光透过部侧的凹状的光电面；和

电子捕捉部，其在所述壳体内配置在所述光透过部与所述光电面之间，

所述电子捕捉部的至少一部分位于所述光电面的内侧的区域内。

2.如权利要求1所述的光电管，其中，

所述光电面包含底面和侧面，

所述侧面以越远离所述底面倾斜度越增加的方式弯曲。

3.如权利要求1或2所述的光电管，其中，

所述光电面在从所述光透过部侧观察的情况下呈圆形。

4.如权利要求1～3中任一项所述的光电管，其中，

所述电子捕捉部是板状的部件，以在从所述光透过部侧观察的情况下分割所述壳体内的区域的方式配置。

5.如权利要求1～4中任一项所述的光电管，其中，

所述壳体还包括具有所述凹部的主体部，

所述光透过部以封闭所述凹部的开口的方式安装于所述主体部，

所述电子发射部和所述电子捕捉部由所述主体部支承。

6.如权利要求5所述的光电管，其中，

所述电子发射部配置于所述凹部的内表面，

所述电子捕捉部架设于所述凹部的开口缘。

7.如权利要求5或6所述的光电管，其中，

所述光电管还包括与所述电子捕捉部电连接的导电部，

所述导电部的一部分和所述电子发射部的一部分在所述主体部的与所述光透过部相反的一侧的表面向外部露出。

8.如权利要求1～7中任一项所述的光电管，其中，

所述光电管还包括导电层，所述导电层构成为在所述壳体内以与所述光电面相对的方式沿着所述光透过部配置，并使光通过。

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