JP2005085681A - 電子線検出装置及び電子管 - Google Patents

Abstract

【課題】 応答速度の劣化を防止し雑音を低減して、応答性よく高感度に電子を検出すること可能な電子線検出装置及び電子管を提供すること。
【解決手段】 絶縁性筒９は一端と他端を有する。絶縁性筒９の一端の外側にＡＰＤ１５が設けられている。絶縁性筒９の他端はステム内壁６１を介して外部フランジ１２０と気密に接続されている。絶縁性筒９の内部には、ＡＰＤ１５と電気的に接続したコンデンサＣ１、Ｃ２が設けられている。コンデンサＣ１、Ｃ２は、ＡＰＤ１５が電子を検出して発生する信号から直流成分を除去する。絶縁性筒９の内部にコンデンサＣ１、Ｃ２を配置したので、出力信号の応答性を損なうことが防止されている。
【選択図】図１６

Description

本発明は、電子線検出装置及び電子管に関する。

光の入射に応じて光電子を放出する光電面と電子を増幅して検出するアバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤという）等の電子打ち込み型半導体素子とを有する各種電子管が提案されている。

例えばＡＰＤを用いた電子管として、絶縁容器の開口部に光電面が内側に生成された入射窓を設け、絶縁容器の光電面と対向する位置に設けられた導電性ステム上にＡＰＤを配置した電子管が提案されている。ＡＰＤから出力される信号はリードピンを介して絶縁容器の外部に備えられた電気回路に入力され、電子の入射が検出される。電気回路には、コンデンサとアンプが備えられている（例えば、特許文献1参照）。

また、上記電子管において、導電性ステムが絶縁性容器内部に突出した電子管も提案されている。この場合にも、電子の入射を検出する電気回路は、導電性ステムおよび絶縁性容器の外側に備えられている（例えば、特許文献２参照）。
特開平９−３１２１４５号公報（第３−６頁、第１図） 特開平９−２９７０５５号公報（第４−９頁、第４図）

上記のような従来の電子管では、電子を検出する半導体素子からの出力信号から直流成分を除去するコンデンサは、絶縁されたリードピン等を介して半導体素子から離間して設置されていた。

しかしながら、半導体素子からの出力信号は非常に高速であり、半導体素子と処理回路とが離間されていることは、応答速度及び雑音による信号劣化の点で好ましくない。

一方、電子線検出装置をモジュール化し、電子管のみならず、任意の電子線を検出する装置に着脱自在に搭載することができれば便利である。

そこで本発明は、応答速度の劣化を防止し雑音を低減して、応答性よく高感度に電子を検出することが可能な電子線検出装置及び同装置を用いた電子管を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、一端と他端とを有する絶縁性の筒と、前記筒の一端の外側に設けられ、入射した電子に応じた電気信号を出力する電子打ち込み型半導体素子と、前記筒の内部に前記半導体素子と接続して設けられ、前記電気信号を出力信号に変換する処理部とを有し、前記半導体素子への電子の入射を、前記筒の他端側において、前記処理部を介して変換された出力信号により検出することを特徴とする電子線検出装置を提供している。

請求項１に記載の電子線検出装置では、絶縁性の筒は一端と他端を有する。筒の一端の外側に、電子打ち込み型の半導体素子が設けられている。筒の内部には、半導体素子と電気的に接続した処理部が設けられている。処理部は、半導体素子が電子を検出して発生する電気信号を出力信号に変換する。筒の他端側において出力信号を出力することにより、半導体素子に入射する電子を検出する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電子線検出装置であって、前記筒の内部には、絶縁性材料が充填されていることを特徴とする。

請求項２に記載の電子線検出装置においては、絶縁性の筒の内部に、絶縁性材料を充填して、耐湿性を強化すると共に、安全性を確保する。

請求項３に記載の発明は、一端と他端とを有する絶縁性の筒と、前記筒の一端の外側に設けられ、入射した電子に応じた信号を出力する電子打ち込み型半導体素子と、前記筒の内部に前記半導体素子と接続して設けられ、前記信号から直流成分を除去するコンデンサとを有し、前記半導体素子への電子の入射を、前記コンデンサを介して直流成分を除去した出力信号により検出することを特徴とする電子線検出装置を提供している。

請求項３に記載の電子線検出装置では、絶縁性の筒は一端と他端を有する。筒の一端の外側に、電子打ち込み型の半導体素子が設けられている。筒の内部には、半導体素子と電気的に接続したコンデンサが設けられている。コンデンサは、半導体素子が電子を検出して発生する信号から、直流成分を除去する。直流成分を除去された信号を出力することにより、半導体素子に入射する電子を検出する。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の電子線検出装置であって、前記筒の内部には、絶縁性材料が充填されていることを特徴とする。

請求項４に記載の電子線検出装置においては、絶縁性の筒の内部に、絶縁性材料を充填して、耐湿性を強化すると共に、安全性を確保する。

請求項５に記載の発明は、一端と他端とを有する絶縁性の筒と、前記筒の一端の外側に設けられ、入射した電子に応じた電気信号を出力する電子打ち込み型半導体素子と、前記筒の内部に前記半導体素子と接続して設けられ、前記電気信号を光信号に変換する電気−光変換器とを有し、前記半導体素子への電子の入射を、前記筒の他端側において、前記電気−光変換器を介して変換された光信号により検出することを特徴とする電子線検出装置を提供している。

請求項５に記載の電子線検出装置では、絶縁性の筒は一端と他端を有する。筒の一端の外側に、電子打ち込み型の半導体素子が設けられている。筒の内部には、半導体素子と電気的に接続した電気−光変換器が設けられている。電気−光変換器は、半導体素子が電子を検出して発生する電気信号を光信号に変換する。筒の他端側において光信号を出力することにより、半導体素子に入射する電子を検出する。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の電子線検出装置であって、前記筒の内部には、絶縁性材料が充填されていることを特徴とする。

請求項６に記載の電子線検出装置においては、絶縁性の筒の内部に、絶縁性材料を充填して、耐湿性を強化すると共に、安全性を確保する。

請求項７に記載の発明は、内壁の所定の部分に光電面が形成された外囲器と、一端と他端とを有する絶縁性の筒と、前記筒の一端の外側に設けられ、入射した電子に応じた電気信号を出力する電子打ち込み型半導体素子と、前記筒の内部に前記半導体素子と接続して設けられ、前記電気信号を出力信号に変換する処理部とを有し、前記半導体素子への電子の入射を、前記筒の他端側において、前記処理部を介して変換された出力信号により検出する電子線検出装置とを備え、前記筒の一端が前記外囲器内部に前記光電面と対向するように突出し、前記筒の他端が前記外囲器に接続されていることを特徴とする電子管を提供している。

請求項７に記載の電子管においては、外囲器の内壁の所定の部分に光電面が形成されている。絶縁性の筒の一端の外側には電子打ち込み型半導体素子が設けられている。半導体素子と接続された処理部が筒の内部に設けられている。処理部は、半導体素子からの信号を出力信号に変換し、出力する。筒の一端が外囲器内部に光電面と対向するように突出し、筒の他端が外囲器に接続されている。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の電子管であって、前記処理部は前記電気信号から直流成分を除去するコンデンサからなることを特徴とする。

請求項８に記載の電子管においては、コンデンサは、半導体素子からの信号から直流成分を除去し、出力する。

請求項９に記載の発明は、請求項７に記載の電子管であって、前記処理部は前記電気信号を光信号に変換する電気−光変換器からなることを特徴とする。

請求項９に記載の電子管においては、電気−光変換器は、半導体素子が電子を検出して発生する電気信号を光信号に変換する。

請求項１に記載の電子線検出装置においては、半導体素子は絶縁性の筒の一端に配置され、筒の内部に処理部が備えられる。処理部が半導体素子の近くに備えられるので、応答性を損なうことなく、また、電気信号が劣化されない状態で出力信号に変換され外部回路に供給される。したがって、応答性よく高感度に電子を検出することができる。

請求項２に記載の電子線検出装置においては、絶縁性の筒には絶縁性材料が充填されており、耐湿性及び安全性を確保することができる。

請求項３に記載の電子線検出装置においては、半導体素子は絶縁性の筒の一端に配置され、筒の内部にコンデンサが備えられる。コンデンサが半導体素子の近くに備えられるので、応答性を損なうことなく、また、信号が劣化されない状態で直流成分を除去された出力信号を外部回路に供給することができる。したがって、応答性よく高感度に電子を検出することができる。

請求項４に記載の電子線検出装置においては、絶縁性の筒には絶縁性材料が充填されており、耐湿性及び安全性を確保することができる。

請求項５に記載の電子線検出装置においては、半導体素子は絶縁性の筒の一端に配置され、筒の内部に電気−光変換器が備えられる。電気−光変換器が半導体素子の近くに備えられるので、応答性を損なうことなく、また、電気信号が劣化されない状態で光信号に変換され外部回路に供給される。したがって、応答性よく高感度に電子を検出することができる。

請求項６に記載の電子線検出装置においては、絶縁性の筒には絶縁性材料が充填されており、耐湿性及び安全性を確保することができる。

請求項７に記載の電子管においては、絶縁性の筒の他端が外囲器と接続され、半導体素子が絶縁性の筒の一端の外側に設けられている。外囲器と半導体素子とは、絶縁性の筒により絶縁されている。そのため、高電圧が電子管の外部に露出しない。使用時の取り扱いが容易であり、外部環境との間で放電が起こるのを防止することもできる。しかも、処理部が半導体素子の近くに備えられるので、応答性を損なうことなく、また、電気信号が劣化されない状態で出力信号に変換され外部回路に供給される。

請求項８に記載の電子管においては、コンデンサが半導体素子の近くに備えられるので、応答性を損なうことなく、また、信号が劣化されない状態で直流成分を除去された出力信号を外部回路に供給することができる。

請求項９に記載の電子管においては、電気−光変換器が半導体素子の近くに備えられるので、応答性を損なうことなく、また、電気信号が劣化されない状態で光信号に変換し外部回路に供給することができる。

本発明の実施の形態による電子管及び電子線検出装置について、図面に基づき説明する。

まず、本発明の実施の形態による電子管について、図１乃至図１２に基づき説明する。

図１は、本実施の形態にかかる電子管１の概略縦断面図である。

図１に示すように電子管１は、外囲器２と電子検出部１０とを備えている。外囲器２は軸Ｚを有している。電子検出部１０は、外囲器２の内側に軸Ｚに沿って突出している。電子検出部１０は軸Ｚを中心軸として延びる略円筒状をしている。

外囲器２は、ガラスバルブ３と外側ステム６とを備えている。ガラスバルブ３は、透明なガラスで形成されている。

ガラスバルブ３は、ガラスバルブ本体４と円筒状のガラスバルブ基部５とを備えている。ガラスバルブ本体４とガラスバルブ基部５とは一体的に形成されている。ガラスバルブ本体４は、軸Ｚの周りに略球状の形状を有している。ガラスバルブ本体４の軸Ｚに沿った断面は、図に示すように、軸Ｚに直交する第１の径Ｒ１と中心軸Ｚに沿った第２の径Ｒ２とを有している。ガラスバルブ本体４の軸Ｚに沿った断面は、第１の径Ｒ１が第２の径Ｒ２より大きな略楕円形状である。ガラスバルブ基部５は軸Ｚの周りに円筒状に延びている。

ガラスバルブ本体４は、上側半球部４ａと下側半球部４ｂとを一体的に備えている。上側半球部４ａは、略球面状に湾曲した半球状をしておりガラスバルブ本体４の図における上側半球を構成している。下側半球部４ｂも略球面状に湾曲した半球状をしており、ガラスバルブ本体４の図における下側半球を構成している。下側半球部４ｂの上端が上側半球部４ａの下端に接続し、下側半球部４ｂの下端がガラスバルブ基部５の上端に接続し、もって、ガラスバルブ３が一体的に構成されている。下側半球部４ｂの仮想延長曲面Ｉは、ガラスバルブ基部５内において、基準点Ｓにて軸Ｚと交差している。

上側半球部４ａの内壁には光電面１１が形成されている。光電面１１は、アンチモン（Ｓｂ）、マンガン（Ｍｎ）、カリウム（Ｋ）、セシウム（Ｃｓ）が蒸着されて形成された薄膜である。

下側半球部４ｂの内壁には導電性薄膜１３が形成されている。導電性薄膜１３の図における上端部が光電面１１の図における下端部に接触している。導電性薄膜１３は、クロムの薄膜である。ただし、導電性薄膜１３をアルミニウムの薄膜で形成しても良い。

外側ステム６は、導電性材料であるコバール金属で形成されている。外側ステム６は、ステム底面６０とステム内側壁６１とステム外側壁６２とからなる。ステム底面６０は、軸Ｚを中心とした略円環状で、軸Ｚに近づくにつれ図における下側に傾斜している。ステム内側壁６１とステム外側壁６２とは、共に、中心軸が軸Ｚに一致した円筒形状をしており、それぞれ、ステム底面６０の内側端部と外側端部とから上側に延びている。ステム外側壁６２の図における上側端部がガラスバルブ基部５の下側端部に気密に接続されている。ステム内側壁６１の図における上側端部が電子検出部１０の図における下側端部に気密に接続されている。こうして、略円筒状の電子検出部１０は、円筒状のガラスバルブ基部５と同軸状に、外側ステム６側から光電面１１側に向かって突出している。

円筒状のガラスバルブ基部５と略円筒状の電子検出部１０との間には、ガラスバルブ基部５及び電子検出部１０と同軸状に、円筒状の隔壁２６が設けられている。隔壁２６は例えばステンレススティール等の導電性材料からなる。隔壁２６の図における下端はステム底面６０に接続されている。隔壁２６の上端部の位置は、軸Ｚに平行な方向において、基準点Ｓよりも外側ステム６側（すなわち、図において下側）にある。隔壁２６の上端部は、下側半球部４ｂの仮想延長曲面Ｉよりもガラスバルブ基部５側（すなわち、図において下側）に位置している。

隔壁２６の外側面、すなわち、ガラスバルブ基部５に面した側には、２つのアルカリ源２７，２７が設けられている。２つのアルカリ源２７，２７は、軸Ｚに対して対称な２つの位置に配置されている。各アルカリ源２７は、支持部２７a、保持板２７ｂ、取付部２７ｃ、及び、６個の容器２７ｄを備えている。なお、図１には、１個の容器２７ｄのみが示されている。各容器２７ｄは、軸Ｚに平行な方向において、隔壁２６の上端部より外側ステム６側（すなわち、図において下側）に位置している。

ステム底面６０上における電子検出部１０と隔壁２６との間の位置には、開口６０ａが形成されている。開口６０ａは排気管７と連通している。排気管７は、例えばコバール金属管である。

排気管７にはガラス管６３が接続されている。ガラス管６３は例えばコバールガラスである。ガラス管６３は端部６５で封止されている。

電子検出部１０は、絶縁性筒９を備えている。絶縁性筒９は、例えばセラミックで形成されている。絶縁性筒９は、軸Ｚを中心軸として延びる円筒形状をしている。

絶縁性筒９の図における下端は、ステム内側壁６１の上端に気密に接続されている。絶縁性筒９の図における下端には導電性フランジ２３が設けられている。絶縁性筒９の図における上端には電子検出部頭部８が配置されている。電子検出部頭部８は光電面１１に対向している。絶縁性筒９の上端には導電性フランジ２１も設けられている。導電性フランジ２１、２３は、共に、軸Ｚから遠ざかる方向、すなわち、絶縁性筒９からガラスバルブ基部５に向かう方向に突出し軸Ｚに直交する平面上に円周状に広がる板状をしている。なお、絶縁性筒９の図における上端は、隔壁２６の上端より軸Ｚに平行な方向において外側ステム６の側（すなわち、図における下側）に位置している。

電子検出部頭部８は導電性支持部８９を備えている。導電性支持部８９は軸Ｚを中心軸とする円筒状である。導電性支持部８９の図における下端部は絶縁性筒９の上端と気密に接続されている。

電子検出部頭部８はさらに内側ステム８０を備えている。内側ステム８０は、軸Ｚを中心軸とする略円盤状である。内側ステム８０の外側端部が導電性支持部８９の図における上端に気密に接続されている。内側ステム８０上には、ＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ（アバランシェフォトダイオード））１５と、２個のマンガンビード１７と、２個のアンチモンビード１９とが配置されている。内側ステム８０上には、ＡＰＤ１５とマンガンビード１７とアンチモンビード１９とをガラスバルブ３のうち上側半球部４ａに対向させる遮蔽部７０が配置されている。

ＡＰＤ１５は、軸Ｚ上に位置し、かつ、基準点Ｓよりもガラスバルブ本体４側（図において上側）に配置されている。したがって、ＡＰＤ１５の位置は、軸Ｚに平行な方向において、隔壁２６の上端部よりもガラスバルブ本体４側（図において上側）である。

絶縁性筒９の内側には、電子検出部頭部８に接続された電気回路９０が充填材９４により封入されている。充填材９４は、例えば、シリコーン等の絶縁材料である。電気回路９０の出力端子Ｎ１，Ｎ２と入力端子Ｎ３，Ｎ４とが、充填材９４の外側に露出している。出力端子Ｎ１，Ｎ２が外部回路１００に接続されている。入力端子Ｎ３，Ｎ４が図示しない外部電源に接続されている。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線縦断面図である。換言すれば、図１と図２とは、軸Ｚ周りにおいて互いに９０゜ずれた２つの角度位置における電子管１の縦断面を示している。なお、図２では、明確化を図るため、絶縁性筒９内部の電気回路９０の図示を省略している。

図２に示す角度位置では、導電性薄膜１３の一部がガラスバルブ本体４からガラスバルブ基部５にまで延びている。この導電性薄膜１３の部分を薄膜延長部１３ａという。接続用電極１２が、ステム底面６０から延び、ステム底面６０と薄膜延長部１３ａとを接続している。したがって、導電性薄膜１３と外側ステム６とは電気的に導通している。このため、光電面１１と外側ステム６とは互いに電気的に導通している。

次に、図１乃至図７を参照しながら、電子検出部１０の構成についてより詳細に説明する。

図３は、図１に示した電子検出部１０の縦断面の構造をより詳細に示している。図４は、電子検出部１０の電子検出部頭部８を、光電面１１側から見た平面図である。

図３に示すように、導電性フランジ２３は、絶縁性筒９と導電性を有するステム内側壁６１との接続部に設けられている。導電性フランジ２３は導電性材料から形成されている。導電性フランジ２３は、絶縁性筒９とステム内側壁６１との両方に接続されている。

導電性フランジ２３は、接続部２３ａとフランジ本体部２３ｂと立ち上がり部２３ｃと先端丸み部２３ｄとを備えている。接続部２３ａは円筒状をしており、円筒状のステム内側壁６１の外側面に固定されている。フランジ本体部２３ｂは、軸Ｚから離れる方向に延びる円環板状をしている。立ち上がり部２３ｃはフランジ本体部２３ｂの外側端部から軸Ｚに平行に上方向に延びた円筒状をしている。先端丸み部２３ｄは、立ち上がり部２３ｃの上端部から軸Ｚから離れる方向に延び、かつ、接続部２３ａやフランジ本体部２３ｂ、及び、立ち上がり部２３ｃの厚みより厚く丸みを帯びた肉厚形状になっている。

導電性フランジ２１は、絶縁性筒９と導電性支持部８９との接続部に設けられている。導電性フランジ２１は導電性材料から形成されている。導電性フランジ２１は、絶縁性筒９と導電性支持部８９との両方に接続されている。

導電性フランジ２１は、接続部２１ａとフランジ本体部２１ｂと先端丸み部２１ｃとを備えている。接続部２１ａは円筒状をしており、円筒状の導電性支持部８９の外側面に固定されている。フランジ本体部２１ｂは、軸Ｚから離れる方向に延びる円環板状をしている。先端丸み部２１ｃは、フランジ本体部２１ｂの外周部に形成され、フランジ本体部２１ｂの厚みより厚く丸みを帯びた肉厚形状になっている。

導電性支持部８９は例えばコバール金属等の導電性材料からなる。

内側ステム８０は、ＡＰＤ用ステム１６と台座８７とからなる。台座８７は、中心が外囲器２の軸Ｚと一致する略円環形状をしている。台座８７は導電性材料から形成されている。台座８７の下側面の外周部は円筒状の導電性支持部８９の上端に固定されている。台座８７の中央部には貫通孔８７ａが形成されている。貫通孔８７ａは軸Ｚを中心とする円形状をしている。台座８７は軸Ｚの周りを円周状に延びる外周縁８７ｂを有している。この外周縁８７ｂが内側ステム８０の外周縁を規定している。図３及び図６に示すように、外周縁８７ｂの仮想延長曲面Ｍが、外周縁８７ｂから軸Ｚに略平行に図３における上方向に延びている。したがって、外周縁８７ｂの仮想延長曲面Ｍは、図１に示すように、外周縁８７ｂから軸Ｚに略平行に上側半球部４ａ（光電面１１）へ向かって延びている。

ＡＰＤ用ステム１６は、台座８７の図における下側から貫通孔８７ａを気密に塞ぐように配置され、台座８７に対し固定されている。ＡＰＤ用ステム１６も中心が軸Ｚに一致する円盤形状をしており、導電性材料で形成されている。

ＡＰＤ１５は、ＡＰＤ用ステム１６の上部の軸Ｚ上の位置に上側半球部４ａ（光電面１１）に対向するように配置されている。

台座８７の貫通孔８７ａの周囲には、１２個の電極８３（図６参照）が配置されている。図３には、１２個のうち２個の電極８３のみが示されている。各電極８３は台座８７を貫通している。各電極８７は、ガラスなどの絶縁材料８５により台座８７に対して電気的に絶縁され、かつ、気密に封止されている。

２つのマンガンビード１７は軸Ｚに対して対称な２つの位置に配置されている。２つのアンチモンビード１９は、２つのマンガンビード１７の外側に、やはり、軸Ｚに対して対称な２つの位置に配置されている。マンガンビード１７およびアンチモンビード１９は、それぞれ、図示しないワイヤヒータ８１（図４、図６参照）に保持されている。各ワイヤヒータ８１は、１２個の電極８３（図６参照）のうち対応する２本の電極８３に接続されている。

図１，図３，図４，及び、図６より明らかなように、マンガンビード１７およびアンチモンビード１９は、内側ステム８０（より詳しくは、台座８７）より上側（上側半球面４ａ（光電面１１）に向かう側）であって、かつ、台座８７の外周縁８７ｂの仮想延長曲面Ｍより内側（台座８７の中心であるＺ軸に近づく側）に配置されている。

遮蔽部７０は、内側ステム８０を覆うように備えられている。

図３及び図４に示すように、遮蔽部７０は、キャップ７３とカバー７１とからなる。キャップ７３とカバー７１とは導電性材料で形成されている。キャップ７３は、中心軸が軸Ｚと一致した円形蓋形状をしている。キャップ７３は、内側壁部７２、外側壁部７４、及び、内側壁部７２と外側壁部７４とを接続する天井面７６を備えている。内側壁部７２と外側壁部７４とは軸Ｚを中心軸とする同心円筒状であり、図１及び図３に示すように、軸Ｚに略平行に上側半球面４ａ（光電面１１）に向かって延びている。外側壁部７４は、図１，図３に示すように、台座８７の外周縁８７ｂの仮想延長曲面Ｍにほぼ沿って台座８７から光電面１１に向かって延びている。天井面７６の中心部には貫通孔７３ａが形成されている。貫通孔７３ａは、円形でその中心軸は軸Ｚと一致している。天井面７６の貫通孔７３ａの外側には２つの貫通孔７５が形成されている。２つの貫通孔７５は円形状である。２つの貫通孔７５は貫通孔７３ａに対し対称な２つの位置に形成されている。天井面７６の２つの貫通孔７５の更に外側には、２つの貫通孔７７が形成されている。２つの貫通孔７７も円形状である。２つの貫通孔７７も貫通孔７３ａに対し対称な２つの位置に形成されている。ワイヤヒータ８１に保持されたマンガンビード１７は貫通孔７５内に位置している。ワイヤヒータ８１に保持されたアンチモンビード１９は貫通孔７７内に位置している。

カバー７１は、キャップ７３の貫通孔７３ａ内に配置されている。カバー７１は、中心が軸Ｚに一致した円形蓋状である。カバー７１は、外側壁部７１ａと天井面７１ｂとを備えている。外側壁部７１ａは軸Ｚを中心軸とする円筒状であり、図１及び図３に示すように、軸Ｚに略平行に上側半球部４ａ（光電面１１）に向かって延びている。カバー７１の外周（すなわち、外側壁部７１ａ）がキャップ７３の内側壁部７２に接続されている。カバー７１の天井面７１ｂには貫通孔７９が形成されている。貫通孔７９は、中心が軸Ｚに一致した円形状である。カバー７１は、ＡＰＤ１５の上部に位置している。

カバー７１と内側壁部７２とは、ＡＰＤ１５をマンガンビード１７およびアンチモンビード１９から隔離している。外側壁部７４は、マンガンビード１７およびアンチモンビード１９を取り囲んでいる。

このように、本実施の形態では、マンガンビード１７とアンチモンビード１９とは、台座８７より上側半球部４ａ側であって、台座８７の外周縁８７ｂの仮想延長曲面Ｍとカバー７１の外側壁部７１ａとの間に配置されている。すなわち、マンガンビード１７とアンチモンビード１９とは、カバー７１の外側壁部７１ａの外側（すなわち、外側壁部７１ａよりＺ軸から遠ざかる側）で、かつ、台座８７の外周縁８７ｂの仮想延長曲面Ｍより内側（仮想延長曲面ＭよりＺ軸に近づく側）に配置されている。したがって、後述するように、台座８７とキャップ７３の天井面７６と外側壁部７４とは、マンガン蒸気やアンチモン蒸気がガラスバルブ基部５や下側半球部４ｂ、及び、外側ステム６の内壁に付着するのを防止し、マンガン蒸気やアンチモン蒸気を上側半球部４ａの内壁の軸Ｚを中心とした略全領域に蒸着させることができる。したがって、上側半球部４ａの内壁の略全領域に光電面１１の下地膜を形成することができる。しかも、カバー７１は、マンガン蒸気やアンチモン蒸気がＡＰＤ１５に付着するのを防止することができる。

ＡＰＤ用ステム１６の下側面にはピン３０が固定されている。ピン３０はＡＰＤ用ステム１６と電気的に導通している。また、ピン３２がＡＰＤ用ステム１６を貫通している。ピン３２は、ガラスなどの絶縁材料３１により、ＡＰＤ用ステム１６から電気的に絶縁され、かつ、気密に封止されている。

電気回路９０は、コンデンサＣ１、Ｃ２、アンプＡ１、出力端子Ｎ１，Ｎ２、入力端子Ｎ３，Ｎ４を備えている。ピン３０とコンデンサＣ１の一方の端子とが入力端子Ｎ３に接続されている。コンデンサＣ１の他方の端子が出力端子Ｎ１に接続されている。ピン３２とコンデンサＣ２の一方の端子とが入力端子Ｎ４に接続されている。コンデンサＣ２の他方の端子がアンプＡ１を介して出力端子Ｎ２に接続されている。入力端子Ｎ３，Ｎ４は、図示しない外部電源に接続され、出力端子Ｎ１，Ｎ２は、外部回路１００に接続されている。ここで、外部回路１００は、抵抗Ｒを有している。外部回路１００は、出力端子Ｎ１を接地する。抵抗Ｒは出力端子Ｎ１とＮ２との間に接続されている。

次に、図５を参照しながらＡＰＤ１５の構成について説明する。

図５に示すように、ＡＰＤ１５は、ＡＰＤ用ステム１６上に、カバー７１の開口部７９に対向して配置されている。ＡＰＤ１５は導電性の接着剤４９を介してＡＰＤ用ステム１６に固定されている。

ＡＰＤ１５は、略正方形板状のｎ型の高濃度シリコン基板４１と、高濃度シリコン基板４１上の略中央位置に形成された円板状のｐ型のキャリア増倍層４２とを備えている。キャリア倍増層４２の外周には、キャリア増倍層４２と同じ厚さで高濃度ｎ型層よりなるガードリング層４３が形成されている。キャリア増倍層４２の表面には、高濃度ｐ型層よりなる降伏電圧制御層４４が形成されている。降伏電圧制御層４４の表面は円形の電子入射面４４ａとして形成され、降伏電圧制御層４４の周辺部分とガードリング層４３とを架け渡すように、酸化膜４５及び窒化膜４６が形成されている。

降伏電圧制御層４４にアノード電位を供給するために、ＡＰＤ１５の最外面には円環状にアルミを蒸着して形成された入射面電極４７が設けられている。ＡＰＤ１５の最外面には、ガードリング層４３と導通する周辺電極４８が設けられている。この周辺電極４８は、入射面電極４７に対して所定の間隔をもって離間している。

高濃度ｎ型シリコン基板４１は、導電性接着剤４９を介してＡＰＤ用ステム１６と電気的に導通している。このため、高濃度ｎ型シリコン基板４１はピン３０と電気的に導通している。一方、入射面電極４７は、ワイヤ３３により、貫通ピン３２と接続されている。

図６は、電子検出部頭部８から遮蔽部７０を取り外し、さらに、導電性フランジ２１を取り外した状態を示している。絶縁性筒９の上部に導電性支持部８９が配置されている。導電性支持部８９の上部に内側ステム８０が配置されている。内側ステム８０は、台座８７を有し、その貫通孔８７ａにＡＰＤ用ステム１６が露出している。

ＡＰＤ用ステム１６上には、ＡＰＤ１５が配置されている。ＡＰＤ１５の電子入射面４４ａが上方を向いている。ＡＰＤ用ステム１６には絶縁材料３１で絶縁されたピン３２が固定されている。ＡＰＤ１５は、ワイヤ３３によりピン３２と接続されている。

台座８７には絶縁材料８５により絶縁された１２個の電極８３が固定されている。１２個の電極８３は、貫通孔８７ａの周りを取り囲むように円周状に並んでいる。１２個の電極８３のうち４対の電極８３にワイヤヒータ８１が接続されている。各ワイヤヒータ８１にマンガンビード１７あるいはアンチモンビード１９が保持されている。マンガンビード１７、アンチモンビード１９はビーズ形状である。

図７は、図６を参照して説明した電子検出部頭部８に導電性フランジ２１および遮蔽部７０を装着した状態を示している。導電性フランジ２１は、絶縁性筒９の上端に絶縁性筒９と導電性支持部８９との両方に接続するように固定されている。導電性フランジ２１は、絶縁性筒９より遠ざかる方向に延びている。

キャップ７３は台座８７を上方から覆っている。遮蔽部７０のキャップ７３は、円形蓋状で、内側壁部７２、外側壁部７４、及び、天井面７６を有している。天井面７６には、円形貫通孔７３ａと２つの貫通孔７５と２つの貫通孔７７とが形成されている。ワイヤヒータ８１に保持されたマンガンビード１７が対応する貫通孔７５により露出し、ワイヤヒータ８１に保持されたアンチモンビード１９が対応する貫通孔７７により露出している。ＡＰＤ１５の電子入射面４４ａがカバー７１の貫通孔７９により露出している。カバー７１と内側壁部７２とがＡＰＤ１５をマンガンビード１７およびアンチモンビード１９から隔離すると共に、外側壁部７４がマンガンビード１７およびアンチモンビード１９を取り囲んでいる。

次に、図１と図８の（Ａ）と（Ｂ）とを参照しながら、アルカリ源２７の構成について説明する。図８の（Ａ）は、隔壁２６の外側に設けられたアルカリ源２７をガラスバルブ基部５側から見た状態を示す正面図であり、（Ｂ）は、アルカリ源２７の斜視図である。

支持部２７aは、軸Ｚと平行な方向に延びる部分と軸Ｚから半径方向に遠ざかる方向に延びる部分とを有するＬ字形の形状をしている。支持部２７aは例えばステンレス製リボン（ＳＵＳリボン）である。支持部２７aのうち軸Ｚと平行な方向に延びる部分が隔壁２６の外側側面に固定されている。

保持板２７ｂは、支持部２７aのうち軸Ｚから遠ざかる方向に延びる部分の先端に固定されている。保持板２７ｂは軸Ｚに対し直交し、円筒形状の隔壁２６の円周方向に略平行に延びている。

保持板２７ｂには６本の取付部２７ｂが固定されている。各取付部２７ｂの先端部に容器２７ｄが固定されている。容器２７ｄは、その側面に開口を有する容器である。６個の容器２７ｄのうち５個の容器２７ｄの内部には、図示しないアルカリ源ペレットが収納されている。残りの１個の容器２７ｄの内部には、図示しないゲッターが収納されている。ゲッターは例えばバリウム、チタン等、不純物を吸着する作用のある物質である。

図１に示すように、電子管１には、２個のアルカリ源２７が配置されている。一方のアルカリ源２７に設けられた５個の容器２７ｄには、アルカリ源ペレットとしてカリウム（Ｋ）のペレットが収納されている。他方のアルカリ源２７に設けられた５個の容器２７ｄには、アルカリ源ペレットとしてセシウム（Ｃｓ）のペレットが収納されている。

次に上記構成を有する電子管１の製造方法について説明する。

まず、導電性薄膜１３が下側半球部４ｂの内壁に蒸着され、ステム外壁６２が気密に接続されたガラスバルブ３を用意する。

また、隔壁２６と接続用電極１２とが固定され排気管７が接続されたステム底面６０を用意する。なお、隔壁２６には２つのアルカリ源２７，２７が固定されている。排気管７にはガラス管６３が接続されている。なお、この時には、ガラス管６３の長さは図１に示す長さより長く、また、ガラス管６３は、排気管７と接続されている方の端部のみならず、反対側の端部も開口している。

また、電子検出部頭部８の導電性支持部８９と絶縁性筒９とを気密に接続し、導電性フランジ２１を導電性支持部８９と絶縁性筒９とに接続する。また、絶縁性筒９とステム内壁６１とを気密に接続し、導電性フランジ２３を絶縁性筒９とステム内壁６１とに接続する。

ステム内壁６１とステム底面６０とをレーザ溶接にて気密に接続する。ステム外壁６２とステム底面６０とをプラズマ溶接にて気密に接続する。この結果、電子検出部１０が外囲器２内部に突出した構造を有する電子管１が作成される。

次に、以下の方法により、光電面１１をガラスバルブ３の下側半球部４ａの内壁に形成する。

まず、不図示の排気装置をガラス管６３に接続し、ガラス管６３および排気管７を介して外囲器２内部を排気する。こうして、電子管１内部を所定の真空度にする。

続いて、電極８３を介してワイヤヒータ８１を通電することによりマンガンビード１７、アンチモンビード１９を加熱する。マンガンビード１７、アンチモンビード１９は加熱されて金属蒸気を発生する。発生したマンガンおよびアンチモンの蒸気は、上側半球部４ａの内壁に蒸着され、光電面１１の下地膜となる。

このときカバー７１、内側壁部７２、外側壁部７４は、ＡＰＤ１５や、外囲器２内面の意図しない範囲（具体的には、下側半球部４ｂやガラスバルブ基部５や外側ステム６の内壁）に金属が蒸着するのを防止する。すなわち、ＡＰＤ１５は、カバー７１および内側壁部７２により囲まれており、マンガンビード１７およびアンチモンビード１９から隔離されている。このため、金属蒸気がＡＰＤ１５に付着しＡＰＤ１５の特性を劣化させるのを防止する。カバー７１や内側壁部７２は、単純な筒形状を有し、面積の小さい部材ではあるが、ＡＰＤ１５の近傍にＡＰＤ１５を取り囲むように配置されているため、ＡＰＤ１５をマンガンビード１７およびアンチモンビード１９から効果的に隔離する。

一方、外側壁部７４は、マンガンビード１７およびアンチモンビード１９を取り囲んでいるため、金属蒸気が下側半球部４ｂやガラスバルブ基部５及び外側ステム６の内壁に付着するのを防止する。

また、マンガンビード１７およびアンチモンビード１９は、内側ステム８０上の略中心に位置しているＡＰＤ１５の周囲にＡＰＤ１５に隣接して配置されているので、上側半球部４ａの内壁の広い範囲にマンガンおよびアンチモンを蒸着することができる。

次に、外囲器２外部より電磁誘導によりアルカリ源２７、２７を誘導加熱する。カリウム（Ｋ）ペレット及びセシウム（Ｃｓ）ペレットが加熱され、容器２７ｄの開口部から蒸気を発生させる。カリウムおよびセシウムは上側半球部４ａの内壁に蒸着する。この結果、上側半球部４ａの内壁上で、カリウム、セシウム、マンガン、および、アンチモンが反応して光電面１１が形成される。

ここで、隔壁２６はアルカリ源２７、２７と電子検出部１０とを隔てている。したがって、カリウムやセシウムが絶縁性筒９に付着して絶縁性筒９表面の仕事関数を低下させ耐電圧を低下させたり電子管１内の電界に悪影響を及ぼしたりすることが防止されている。また、カリウムやセシウムがＡＰＤ１５に付着して電子の検出効率を低下させることも防止されている。ゲッターは外囲器２内の不純物を吸着し、真空度維持を補助する。

こうして、上側半球部４ａの内壁全体に光電面１１が形成される。

次に、ガラス管６３を図示しない排気装置から取り外し、その端部６５を速やかに気密に封止する。

以上の工程により、電子管１が製造される。

次に、電子管１の動作について説明する。

外側ステム６は接地される。この結果、接続用電極１２、導電性薄膜１３を介して、光電面１１には接地電圧が印加される。

電気回路９０の入力端子Ｎ４には、例えば２０ＫＶの電圧が印加される。この結果、ピン３２を介して、ＡＰＤ１５の降伏電圧制御層４４、すなわちＡＰＤ１５の電子入射面４４ａに２０ＫＶの電圧が印加される。

電気回路９０の別の入力端子Ｎ３には、例えば２０．３ＫＶの電圧が印加される。この結果、ピン３０を介して、ＡＰＤ用ステム１６、台座８７、及び、導電性支持部８９に、２０．３ＫＶの逆バイアス電圧が印加される。

絶縁性筒９は、正の高電圧が印加されている導電性支持部８９と、接地されている外側ステム６とを電気的に絶縁する。したがって、外囲器２とＡＰＤ１５とは絶縁され、高電圧が外部環境に露出しない。電子管１はその扱いが容易となる。また、電子管１と外部環境との間での放電が起こるのが防止できる。このため、電子管１を水中でも使用することができる。

また、ＡＰＤ１５は外囲器２内部に突出した絶縁性筒９の先端の内側ステム８０上に設けられている。すなわち、ＡＰＤ１５の直下から外囲器２と電気的に絶縁されている。このため、外囲器２内部の電界が乱されることがなく、光電面１１から放出される電子をＡＰＤ１５上に効率よく収束させ入射させることができる。

しかも、絶縁性筒９を外囲器２内部に突出するように設けたため、外囲器２の一部で絶縁する必要がない。このため、外囲器２の内壁に光電面１１を広く形成することが可能となっており、光の検出感度を高めることができる。

電子管１の光電面１１に光が入射すると、光電面１１は入射した光に応じて電子を放出する。以下、図９を参照しながら、外囲器２内の電子の軌跡Ｌについてより詳細に説明する。

図９に示すように、ＡＰＤ１５は基準点Ｓよりもガラスバルブ本体４側（すなわち、図の上部）に配置されている。ここで、点ｃは、ガラスバルブ本体４の中心を示す。

この場合、外囲器２とＡＰＤ１５の電子入射面４４ａとの間の電位差により、略同心球状の等電位面Ｅが生じる。このため、光電面１１から放出された電子は、図の軌跡Ｌに沿って飛翔する。よって光電面１１から放出された電子は、点ｃより少し下部に位置しているＡＰＤ１５表面近傍の点Ｐ１で収束する。

このように、ＡＰＤ１５を基準点Ｓよりもガラスバルブ本体４側に備えたことで、略半球状という広い有効エリアを有する光電面１１から放出された電子を狭い領域に収束することができる。有効エリアの大きい光電面１１から放出される電子を、効率よく、有効エリアの小さいＡＰＤ１５に入射させることができ、検出効率を向上させることができる。

なお、比較例として、ＡＰＤ１５が基準点Ｓよりも下方のガラスバルブ基部５内に配置されている場合を考える。この場合には、外囲器２とＡＰＤ１５との間の電位差により、等電位面Ｅが図１０に示すように生じる。このため、電子は、光電面１１から軌跡Ｌに沿って放出される。この結果、電子は点Ｐ２で収束することになる。電子は、ＡＰＤ１５の位置では、図のように拡散状態となる。このため、光電面１１から放出された電子は効率よくＡＰＤ１５に入射することができない。

本実施の形態では、ＡＰＤ１５はカバー７１で覆われているので、電子の入射方向が更に制限され、ＡＰＤ１５の電子検出感度が一層向上している。

また、壁２６の上端は仮想延長曲面Ｉよりも下側にありガラスバルブ本体４側に突出していない。隔壁２６の上端はＡＰＤ１５よりも下側に位置している。このため、隔壁２６がガラスバルブ本体４内の電界を乱すことも防止されている。

しかも、ＡＰＤ１５は、高速応答性に優れ、リーク電流が小さく、製造部品が少ないために製造コストが低いといった利点をも備えている。

次に、図１１を参照しながら、導電性フランジ２１、２３の作用について説明する。

絶縁性筒９の上端部は、正の高電圧が印加された導電性支持部８９と接続されている。一方、絶縁性筒９の下端部は、接地されたステム内側壁６１と接続されている。本実施の形態では、絶縁性筒９の上端部と導電性支持部８９との接続部に導電性フランジ２１を設け、絶縁性筒９の下端部と導電性を有するステム内側壁６１との接続部に導電性フランジ２３を設けている。このため、絶縁性筒９の導電性部材８９やステム内側壁６１との接続部付近における電位勾配を緩和することができる。このため、絶縁性筒９の上下端部付近において等電位面が集中し電位勾配が大きくなってしまうことが防止される。このため、等電位面Ｅの略同心球状が絶縁性筒９の上下端部付近において歪んでしまうのを防止することができる。したがって、光電面１１から放出された電子は効率よくＡＰＤ１５に入射して検出される。よって、光電面１１に入射した光を高感度に検出することができる。また、絶縁性筒９の上下端部で放電が生じるのも防止できる。このため、外囲器２とＡＰＤ１５との間に大きな電位差を印加することができ、検出感度を向上させることができる。

しかも、導電性フランジ２１、２３の先端部２１ｃ、２３ｄは、他の部分に比べて断面が広い肉厚形状をなし、しかも表面が湾曲している。このため、導電性フランジ２１、２３の先端部に電界が集中することが防止されている。

このように、導電性フランジ２１、２３によって絶縁性筒９の上下端部における電位勾配が緩和され、電子管１の内部には略同心球状の等電位面が形成される。このため、たとえ光電面１１から放出された電子がＡＰＤ１５で反射しても、この電子を再びＡＰＤ１５に入射させることができ、反射電子による検出効率の劣化を最小限にすることができる。また、光電面１１における入射光の入射時刻を、その入射箇所にかかわらず正確に計測できる。

なお、導電性フランジ２１、２３を設けないと、図１２に示すように、絶縁性筒９の上端部付近の領域Ｖ、及び下端部付近の領域Ｗに複数の等電位面Ｅが集中し大きな電位勾配が生ずる。このため、光電面１１から放射された電子は、領域Ｖ、Ｗで乱され、ＡＰＤ１５に効率良く入射しなくなり、感度が低下したり雑音が増加したりする。また、領域Ｖ、Ｗ付近で放電が生じる危険性があるため外囲器２とＡＰＤ１５との間に大きな電位差を与えることができなくなる。

光電面１１から放射された電子は、ＡＰＤ１５に入射すると、ＡＰＤ１５内でエネルギーを失い、その際、多数の電子−正孔対を生成する。さらに、この電子は、アバランシェ増倍により増倍される。この結果、ＡＰＤ１５内では、電子は、トータルで、約１０^５倍増倍される。

増倍された電子は、ピン３２を介して検出信号として出力される。検出信号は、コンデンサＣ２により低周波成分を除去され、入射電子によるパルス信号のみがアンプＡ１に入力する。アンプＡ１は、パルス信号を増幅する。一方、ピン３０はコンデンサＣ１を介して出力端子Ｎ１に交流的に接続され、接地されている。このため、外部回路１００は、ＡＰＤ１５に入射した電子の量を、出力端子Ｎ１、Ｎ２間に接続された抵抗Ｒに生ずる電位差として、正確に検出することができる。

コンデンサＣ１、Ｃ２は絶縁性筒９内部のＡＰＤ１５の近くに位置している。したがって、コンデンサＣ１、Ｃ２は、ＡＰＤ１５から出力される信号の応答性を損なうことなく、雑音がなく直流成分を除去した出力信号を、外部回路１００に供給することができる。

以上説明したように、本実施の形態にかかる電子管１によれば、外囲器２に接地電圧を与えＡＰＤ１５に正の高電圧を与えても、絶縁性筒９と外側ステム６との接続部を接地電圧とすることができるため、絶対値の大きい電圧が外部環境に露出されない。よって使用時の扱いが容易で、外囲器２と外部環境との間の放電も防止できる。さらに水中での使用も可能となり、例えば、水チェレンコフ実験にも使用することができる。

また、略球面状に湾曲した曲面を有するガラスバルブ本体４の所定の部分に光電面１１が形成されているので、光電面１１を広く形成できる。一方ＡＰＤ１５はガラスバルブ基部５内の基準点Ｓよりもガラスバルブ本体４側に設けられている。このため、有効エリアが広い光電面１１から放出された光電子を有効エリアの小さいＡＰＤ１５に収束することが可能であり、発生した電子が半導体素子１５上に効率よく収束して入射し、電子の検出感度を高めることができる。さらに、ＡＰＤ１５は有効エリアが小さいので、高速応答性に優れ、リーク電流が小さく、しかも、製造コストも低い。

また、アルカリ源２７と絶縁性筒９とは隔壁２６により隔てられている。よって、アルカリ源２７がアルカリ金属蒸気を発生させ外囲器２の所定の部分に光電面１１を形成する際に、絶縁性筒９にアルカリ金属が蒸着されるのを防止することができる。絶縁性筒９にアルカリ金属が付着しないので、絶縁性筒９に付着したアルカリ金属が絶縁性筒９の耐電圧を低下させたり絶縁性筒９近傍の電界強度に悪影響を与えることがない。このため、電子を効率よく検出することが可能である。

さらにマンガンビード１７、アンチモンビード１９は筒状の外側壁部７４に囲まれている。よって、光電面１１を形成する際に、これらの金属蒸気が外囲器２の上側半球部４ａ以外に付着することを、単純かつ最小のスペースにて防止することができる。光電面１１を必要最小限の上側半球部４ａに制限することで、外囲器２の他の部分より電子が放出されることがなく、暗電流出力の信号への寄与を低減することができる。

また、ＡＰＤ１５はカバー７１および筒状の内側壁部７２に囲まれているので、ＡＰＤ１５にマンガンやアンチモンの金属蒸気が付着し特性が劣化するのを単純かつ最小のスペースで防止し、しかも、入射する光電子の入射方向を制限することにより検出感度を一層向上させている。

また、ＡＰＤ１５の外側近傍にマンガンビード１７、アンチモンビード１９を配置したので、上側半球部４ａ全体という広い範囲に光電面１１を形成することができる。

ＡＰＤ１５からの信号を検出する際には、絶縁性筒９内部のＡＰＤ１５の近くに配置されたコンデンサＣ１、Ｃ２にて直流成分が除去されるので、応答性を損なうことがない。また、電気回路９０は充填材料９４により絶縁性筒９内部に封入されているので、耐湿性が強化され、水中でも使用しやすい。しかも、電気回路９０の端子Ｎ１〜Ｎ４を除く各部に直接手を触れることが防止されるため、安全性の面でも優れている。
＜第１の変更例＞

図１３に示すように、ガラスバルブ本体４の軸Ｚを含む面における縦断面は、略円形状であっても良い。この場合、ガラスバルブ本体４の軸Ｚに直交する径と軸に沿った径とは略等しい。

この場合でも、ＡＰＤ１５を、ガラスバルブ本体４の下側半球部４ｂの仮想延長曲面Ｉがガラスバルブ基部５内で軸Ｚと交差する基準点Ｓよりもガラスバルブ本体４側（図における上部側）に配置すれば良い。なお、図において、点ｃは、本体１０４の中心を表す。

外囲器２とＡＰＤ１５との間の電位差により生ずる等電位面Ｅにより、電子は軌跡Ｌに沿って飛翔する。このため、電子は、点Ｃより少し下方に位置しているＡＰＤ１５の表面近傍の点Ｐ３で収束する。

このように、基準点Ｓよりもガラスバルブ本体４側にＡＰＤ１５を備えたことで、光電面１１から放出される電子を効率よくＡＰＤ１５に入射させることができ、検出効率を向上させることができる。

比較例として図１４に、ＡＰＤ１５を基準点Ｓよりも下方のガラスバルブ基部５内に配置した場合を示す。外囲器２とＡＰＤ１５との間の電位差により生ずる等電位面Ｅにより、電子の軌跡Ｌは図のようになり、点Ｐ４で収束することになる。このため、ＡＰＤ１５の位置では、電子は図のように拡散状態となる。よって、光電面１１から放出された電子は、効率よくＡＰＤ１５に入射しない。
＜第２の変更例＞

上記の実施の形態では、導電性フランジ２１の外周端２１ｃは、フランジ本体部２１ｂより厚みが増した曲面を有する形状となっていた。しかしながら、導電性フランジ２１の外周端２１ｃは、図１５に示すように、フランジ本体部２１ｂの外周部を丸めて作成しても良い。

導電性フランジ２３の先端まるみ部２３ｄについても、同様に、立ち上がり部２３ｃの外周端２３ｄを丸めて作成しても良い。
＜第３の変更例＞

上記実施の形態では、図３を参照して説明したように、遮蔽部７０のキャップ７３は、内側壁部７２と天井面７６と外側壁部７４とを備えていた。しかしながら、図１６に示すように、キャップ７３から内側壁部７２と天井面７６とを除去しても良い。この場合、キャップ７３は外側壁部７４のみからなる。

この場合でも、マンガンビード１７やアンチモンビード１９は、図１を参照して説明した上記実施の形態と同様、台座８７より図において上側（すなわち、上側半球部４ａ側）であって、カバー７１の外側壁部７１ａと台座８７の外周縁８７ｂの仮想延長曲面Ｍとの間に配置されている。したがって、台座８７と外側壁部７４とが、マンガン蒸気やアンチモン蒸気がガラスバルブ基部５や外側ステム６や下側半球部４ｂの内壁に付着するのを防止することができる。カバー７１が、マンガン蒸気やアンチモン蒸気がＡＰＤ１５に付着するのを防止することができる。

さらに、図１７に示すように、遮蔽部７０からキャップ７３全体を除去してもよい。この場合には、遮蔽部７０はカバー７１のみからなる。この場合でも、図１を参照して説明した上記実施の形態と同様、マンガンビード１７やアンチモンビード１９は、台座８７より図において上側（すなわち、上側半球部４ａ側）であって、カバー７１の外側壁部７１ａと台座８７の外周縁８７ｂの仮想延長曲面Ｍとの間に配置されている。したがって、台座８７が、マンガン蒸気やアンチモン蒸気が外側ステム６やガラスバルブ基部５の内壁に付着するのを防止することができる。カバー７１が、マンガン蒸気やアンチモン蒸気がＡＰＤ１５に付着するのを防止することができる。

なお、図示しないが、キャップ７１は、外側壁部７１ａを備えていればよく、天井面７１ｂを備えていなくても良い。外側壁部７１ａが、マンガン蒸気やアンチモン蒸気がＡＰＤ１５に付着するのを防止することができるからである。

次に、図１８を参照して、本実施の形態の電子線検出装置である電子線検出モジュールについて説明する。

すなわち、電子管１に設けられた電子検出部１０は、図１８に示すように、絶縁性筒９の下端をステム内側壁６１に接続した状態でモジュール化しても良い。この電子線検出モジュール１１０では、ステム内側壁６１の下端部が、ステム底面６０の代わりに、外側フランジ１２０と接続されている。なお、図１８では、明確化を図るため、充填材料９４の図示を省略している。

外側フランジ１２０を、任意の真空チャンバーの窓部に取り付け、電子検出頭部８を真空チャンバー内に突出させる。電子検出頭部８にはマンガンビード１７とアンチモンビード１９とが備えられているため、真空チャンバーにおいて電子検出頭部８が対向する側の内側壁面にマンガンやアンチモンを蒸着することができる。真空チャンバー内部に、カリウム及びセシウムのアルカリ蒸気を注入すれば、これらを反応させることで、真空チャンバー内の内壁に光電面を形成することができる。

図１９は、変更例に係る電子線検出モジュール１６０を示している。この電子線検出モジュール１６０は、取り付ける真空チャンバーに光電面を形成する必要がない場合、及び、絶縁性筒９の上下端付近に電界集中が発生するおそれがない場合に使用されるものである。なお、図１９でも、明確化を図るため、充填材料９４の図示を省略している。

電子線検出モジュール１６０は、図１８を参照して説明した電子線検出モジュール１１０から、マンガンビード１７とアンチモンビード１９、及び、遮蔽部７０を取り外し、さらに、絶縁性筒９の上下端部から導電性フランジ２１と２３とを取り外した構造をしている。したがって、電子検出部頭部８の内側ステム８０が露出している。ＡＰＤ１５が内側ステム８０上に配置されている。なお、この変更例では、電気回路９０は、アンプＡ１を備えていない。コンデンサＣ２のうちＡＰＤ１５と接続されている端子とは反対側の端子が出力端子Ｎ１に直接接続されている。

図２０は、電子線検出モジュール１６０を着脱自在に取り付けた走査型電子顕微鏡２００を示している。

図２０に示すように、走査型電子顕微鏡２００は、外囲器２０３、電子銃２２０、一対の収束用コイル２２２、及び、他の一対の収束用コイル２２４を備えている。

外囲器２０３は真空チャンバを構成している。

外囲器２０３内部には、電子銃２２０と試料ＳＭとが互いに対向するように配置されている。電子銃２２０は電子線を放射する装置である。

二対の収束用コイル２２２、２２４は、電子銃２２０と試料ＳＭとの間に、この順に配置されている。

外囲器２０３の試料ＳＭの近傍には窓部２０３ａが形成されている。窓部２０３ａには、電子線検出モジュール１６０の外側フランジ１２０が着脱自在に気密に接続されている。電子線検出モジュール１６０が外囲器２０３内部へ突出することで、ＡＰＤ１５は試料ＳＭ近傍に位置している。

以下、走査型電子顕微鏡３００の動作を説明する。

不図示の排気口および排気装置を用いて、走査型電子顕微鏡３００内を所望の真空度に排気する。電子銃２２０に、電源Ｖ１から、例えば−１０ＫＶの電圧を印加する。電子銃２２０は、電子線Ｌ１を放射する。電子線Ｌ１は、電子銃２２０と試料ＳＭとの間の電界により加速される。収束用コイル２２２、２２４は電子線Ｌ１を試料ＳＭ上に微小なスポットとして収束させると共に、電子線Ｌ１を偏向して、試料ＳＭの表面を走査する。その結果、試料ＳＭからその材質や形状に応じて二次電子が放出される。

電子線検出モジュール１６０のＡＰＤ１５には、電源Ｖ２により、例えば１０ＫＶの電圧を印加する。電子線検出モジュール１６０の内側ステム８０には、電源Ｖ２及びＶ３により、例えば１０．３ＫＶの逆バイアス電圧を印加する。 試料ＳＭは接地されている。試料ＳＭとＡＰＤ１５との間に生ずる電界により、試料ＳＭから放射された二次電子は、電子線Ｌ２として電子線検出器２１０のＡＰＤ１５へ向かって加速され、ＡＰＤ１５に入射する。

この結果、出力端子Ｎ１，Ｎ２間には、ＡＰＤ１５で増倍された二次電子の量を示すパルス状の出力信号が出力される。図示しない外部回路により、この出力信号を偏向コイル２２２、２２４の電圧掃引値（電子線Ｌ１の走査位置）と同期させて対応づければ、二次電子の放出量に応じた輝度を有する二次元画像を生成することができる。

以上のように、走査型電子顕微鏡２００では、真空チャンバを形成する外囲器２０３内に配置された試料ＳＭ上を電子線Ｌ１が走査することにより、試料ＳＭから発生した二次電子を電子線検出器１６０のＡＰＤ１５に導き、試料ＳＭの像を撮影することができる。

ＡＰＤ１５を用いているので、シンチレータを用いた走査型電子顕微鏡に比べて変換効率や応答速度に優れ、Ｓ／Ｎ比が高く撮像速度の速い画像を得ることができる。

また、絶縁性の筒９の内部にコンデンサＣ１、Ｃ２を備えているので、ＡＰＤ１５に入射した二次電子に応じて出力される信号の応答性を損なうことなく、直流成分を除去した雑音のない出力信号を外部回路に供給することができる。

また、外囲器２０３内部に突出して配置されたＡＰＤ１５と内側ステム８０には正の高電圧が印加され、外囲器２０３と外側フランジ１２０及びステム内側壁６１とは接地されている。絶縁性筒９が、ステム内側壁６１と内側ステム８０とを電気的に絶縁している。したがって、ＡＰＤ１５にバイアスを印加するための電源Ｖ２，Ｖ３に接続された２本のケーブルを除いて、高電圧が外部環境に露出されない。したがって、安全で、扱いやすい。ＡＰＤ１５に高い電圧を印加することができるため、二次電子の検出効率を向上させることができる。

さらに、筒９内部に絶縁性材料を充填することで耐湿性を向上させることができる。

なお、コンデンサーＣ２と出力端子Ｎ２との間にアンプを追加しても良い。

以下、図２１及び図２２を参照して、電子線検出モジュール１６０の変更例である電子線検出モジュール３００を説明する。

電子線検出モジュール３００は、図１９を参照して説明した電子線検出モジュール１６０と異なり、絶縁性筒９の内側に、ＡＰＤ１５からの信号を増幅するアンプＡ２とアンプＡ２からの信号を光信号に変換して出力するＥＯ変換回路（電気−光変換回路）３１０が配置されている。また、絶縁性筒９の内側には電源回路３２０が配置され、絶縁トランス３３０を介して電源回路３２０に電力が供給される。ピン３０、３２がアンプＡ２の２つの入力端子に接続されている。アンプＡ２の１つの出力端子がＥＯ変換回路３１０の入力端子に接続されている。電源回路３２０から、アンプＡ２とＥＯ変換回路３１０とのそれぞれに所定の電圧が印加されている。ピン３０とピン３２との間には、電源回路３２０からバイアス回路３５０を介して、バイアス電圧が印加される。ＥＯ変換回路３１０の出力端子には光ファイバー３４０の一端が接続されている。絶縁性筒９の内部には充填材料９４が封入されている。電源回路３２０には端子Ｎ５より＋１０ｋＶのバイアスが与えられる。ＡＰＤ１５、アンプＡ２、及び、ＥＯ変換回路３１０へは、この電源回路３２０より電圧が供給される。このため、ＡＰＤ１５、アンプＡ２、及び、ＥＯ変換回路３１０は、＋１０ｋＶにフローティングされて動作する。ＥＯ変換回路３１０からは、光ファイバー３４０を介して光信号が出力される。ＡＰＤ１５からの電気信号がＥＯ変換回路３１０により光信号に変換され、絶縁性の高い光ファイバー３４０を介して光信号が出力されるため、絶縁性筒９内部のプラス極性の高電圧が外部にもれ出ることはない。

光ファイバー３４０の他端は図２２に示す光レシーバ４００に接続される。光レシーバ４００は、フォトダイオード（ＰＤ）４１０と処理回路４２０とを備えている。処理回路４２０は、アンプ４２２、ＡＤ変換回路４２４、及びメモリー４２６を備えている。光ファイバー３４０を介して光レシーバ４００に入力した光信号は、ＰＤ４１０で電気信号に変換される。変換された電気信号は、処理回路４２０内のアンプ４２２によって増幅され、ＡＤ変換回路４２４によってデジタル信号に変換され、メモリー４２６に記録される。メモリー４２６に記録された情報は必要に応じて外部に設けられたパーソナルコンピューター５００に読み出され解析される。

なお、処理回路４２０内に解析用のコンピューターを設けることも可能である。この場合には、解析後の情報のみが出力されるので、出力する情報量が少なくなる。

この変更例では、ＥＯ変換器３１０がＡＰＤ１５の近くに備えられているので、応答性を損なうことなく、また、ＡＰＤ１５からの電気信号をそれが劣化されない状態で光信号に変換し、処理回路４２０に供給することができる。したがって、応答性よく高感度に電子を検出することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明による電子管及び電子線検出器の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変形や改良が可能である。

上記実施の形態では、外側ステム６を構成するステム底面６０、ステム外側壁６２、及び、ステム内側壁６１の全てがコバール金属で作成されていた。しかしながら、ステム底面６０、ステム外側壁６２、及び、ステム内側壁６１は、コバール金属以外の導電性材料で作成しても良い。

さらに、外側ステム６のうちステム底面６０及びステム外側壁６２は絶縁性材料で作成しても良い。外側ステム６のうち、絶縁性筒９と接続されるステム内側壁６１が導電性材料で作成されていればよい。ステム内側壁６１のうち、絶縁性筒９と接続される部分だけが導電性材料で作成されているのでもよい。

上記実施の形態では、内側ステム８０を構成する台座８７とＡＰＤ用ステム１６とは導電性材料で作成されていた。しかしながら、台座８７とＡＰＤ用ステム１６とは絶縁性材料で作成しても良い。ＡＰＤ用ステム１６の少なくともピン３０との接続点が導電性材料で作成されていれば良い。

光電面１１は、上側半球部４ａ全体ではなく、上側半球部４ａのうちの一部（例えば、Ｚ軸を中心とした領域）に形成しても良い。その場合、導電性薄膜１３はガラスバルブ本体４の残りの部分に形成し、光電面１１と導電性薄膜１３とを通電させる。

隔壁２６は、導電性材料で形成しなくても良い。アルカリ源２７、２７からの蒸気が電子検出部１０に蒸着するのを防止でき、電子管１内の電界を乱さないものであれば、他の材料でもよい。

マンガンビード１７、アンチモンビード１９は、上述した位置、個数でなくともよい。台座８７上の他の場所に異なる個数設けてもよい。

上記の実施の形態では、内側ステム８０は、ＡＰＤ用ステム１６と台座８７とからなり、ＡＰＤ用ステム１６を台座８７の貫通孔８７ａを塞ぐように台座８７に対して固定していた。しかしながら、台座８７を略円形状として、内側ステム８０をこの台座８７のみから構成するようにしても良い。台座８７の略中央部にＡＰＤ１５を配置すれば良い。

導電性フランジ２１、２３は、円筒状の電子検出部１０の中心軸Ｚから円筒状のガラスバルブ基部５に向かう方向へ軸Ｚに直交する平面上に円周状に広がる板状であるが、これに限定されない。絶縁性筒９の上下端部から中心軸Ｚから遠ざかるように突出し、絶縁性筒９の上下端部付近の等電位面の集中を緩和すれば良い。導電性フランジ２１、２３の外周縁は丸みを帯びていなくてもよい。

絶縁性筒９の上端付近に等電位面が集中するおそれがない場合には、導電性フランジ２１はなくてもよい。また、絶縁性筒９の下端付近に等電位面が集中するおそれがない場合には、導電性フランジ２３はなくてもよい。

外囲器２にマイナス極性の電圧を印加し、ＡＰＤ１５に接地電圧を印加しても良い。

排気管７の位置は、絶縁性筒９と隔壁２６との間ではなく、例えば隔壁２６とガラスバルブ基部５の間など他の位置でもよい。

絶縁性筒９は筒状であれば、円筒形状でなく、例えば、角型筒形状でもよい。

ＡＰＤ１５の代わりに任意の電子打ち込み型半導体素子を採用しても良い。

ＡＰＤ１５の位置は、電子の検出が充分に行なえるならば、基準点Ｓより下側でもよい。

アルカリ源２７、２７は絶縁性筒９に対して互いに対向するように設置されているが、この位置関係には限定されず、例えば互いに隣り合うように設置してもよい。隣り合うように設置することで、アルカリ源２７、２７を加熱する際、１つの電磁石で加熱が可能になるなど作業を簡略化できる。

絶縁性筒９内にアンプＡ１を備えていたが、アンプＡ１は設けなくてもよい。その場合、コンデンサーＣ１は出力端子Ｎ２に直接接続される。

電子線検出モジュール１１０や１６０では、ＡＰＤ１５からの電気信号を直流成分が除去された出力信号に変換処理するコンデンサＣ１，Ｃ２が絶縁性筒９内に設けられていた。また、電子線検出モジュール３００では、ＡＰＤ１５からの電気信号を光信号に変換処理するＥ−Ｏ変換回路３１０が絶縁性筒９内に設けられていた。しかしながら、絶縁性筒９内には、用途に応じて、ＡＰＤ１５からの電気信号を任意の出力信号に変換処理する任意の処理装置を設けることができる。処理装置をＡＰＤ１５の近くに設けることにより、応答性を損なうことなく、また、ＡＰＤ１５からの電気信号を劣化していない状態で出力信号に変換し、外部回路に供給することができる。

電子管１には、電子検出部１０の代わりに、電子線検出モジュール３００を装着しても良い。電子線検出モジュール３００のステム内側壁６１の下端部を、外側フランジ１２０の代わりに、電子管１のステム底面６０に接続すれば良い。ＡＰＤ１５からの電気信号をＥ−Ｏ変換回路３１０にて光信号に変換し外部へ供給することができる。

ＡＰＤ１５は、ＡＰＤ基準点Ｓよりガラスバルブ本体４側に位置させるのであれば、絶縁性筒９以外により配置させても良い。

マンガンビード１７およびアンチモンビード１９は設けなくても良い。この場合、キャップ７３は設けなくてもよい。外囲器２にマンガン蒸気及びアンチモン蒸気の導入口を設け、外部からマンガン蒸気及びアンチモン蒸気を導入して光電面を形成するようにすればよい。

アルカリ源２７、２７は必ずしも電子管１内部に備える必要はない。外囲器２にアルカリ金属蒸気の導入口を設け、外部からアルカリ金属蒸気を導入して光電面１１を形成するようにすればよい。その場合には、隔壁２６はなくてもよい。

本発明にかかる電子管は、様々な光検出に使用できるが、水チェレンコフ実験等のように水中でのシングルフォトンの検出に特に効果がある。本発明にかかる電子線検出装置は、電子顕微鏡等、様々な光検出に使用できる。

本発明の実施の形態による電子管を示す概略断面図。 図１の電子管のＩＩ−ＩＩ線縦断面図。 図１の電子管に設けられている電子検出部の縦断面及び電子検出部内部に設けられている電気回路を詳細に説明する図。 電子検出部の電子検出部頭部の上方からの平面図。 電子検出部のＡＰＤを示す概略断面図。 遮蔽部がない場合の電子検出部頭部の概観斜視図。 電子検出部頭部の概観斜視図。 アルカリ源を示す図。（Ａ）はアルカリ源の正面図、（Ｂ）はアルカリ源の概観斜視図。 電子管内部の等電位面Ｅおよび電子の軌跡Ｌを示す概略縦断面図。 比較例における電子管内部の等電位面Ｅおよび電子の軌跡Ｌを示す概略断面図。 導電性フランジ２１、２３による絶縁性筒９上下端付近の等電位面Ｅを示す概略縦断面図。 導電性フランジ２１、２３がない場合の絶縁性筒９上下端付近の等電位面Ｅを示す概略縦断面図。 ガラスバルブ本体の縦断面が円形の場合の等電位面Ｅおよび電子の軌跡Ｌを示す概略縦断面図。 比較例における等電位面Ｅおよび電子の軌跡Ｌを示す概略縦断面図。 変形例による導電性フランジの外周縁の縦断面図 変形例による遮蔽部の構成を示す縦断面図。 別の変形例による遮蔽部の構成を示す縦断面図。 本発明の実施の形態による電子線検出モジュールの概略縦断面図。 変形例にかかる電子線検出モジュールの概略縦断面図。 図１９の電子線検出モジュールを装着した走査型電子顕微鏡の概略縦断面図。 別の変形例にかかる電子線検出モジュールの概略縦断面図。 図１９の電子線検出モジュールが接続される光レシーバの構成を示す概略ブロック図。

符号の説明

９ 絶縁性筒
１５ ＡＰＤ
２１、２３ 導電性フランジ
６１ ステム内側壁
８０ 内側ステム
９４ 充填材料
１１０ 電子線検出モジュール
１２０ 外部フランジ
１６０ 電子線検出モジュール
３００ 電子線検出モジュール
３１０ ＥＯ変換回路
Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ

Claims (9)

1. 一端と他端とを有する絶縁性の筒と、
   前記筒の一端の外側に設けられ、入射した電子に応じた電気信号を出力する電子打ち込み型半導体素子と、
   前記筒の内部に前記半導体素子と接続して設けられ、前記電気信号を出力信号に変換する処理部と、
   を有し、
   前記半導体素子への電子の入射を、前記筒の他端側において、前記処理部を介して変換された出力信号により検出することを特徴とする電子線検出装置。
2. 前記筒の内部には、絶縁性材料が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の電子線検出装置。
3. 一端と他端とを有する絶縁性の筒と、
   前記筒の一端の外側に設けられ、入射した電子に応じた信号を出力する電子打ち込み型半導体素子と、
   前記筒の内部に前記半導体素子と接続して設けられ、前記信号から直流成分を除去するコンデンサと、
   を有し、
   前記半導体素子への電子の入射を、前記コンデンサを介して直流成分を除去した出力信号により検出することを特徴とする電子線検出装置。
4. 前記筒の内部には、絶縁性材料が充填されていることを特徴とする請求項３に記載の電子線検出装置。
5. 一端と他端とを有する絶縁性の筒と、
   前記筒の一端の外側に設けられ、入射した電子に応じた電気信号を出力する電子打ち込み型半導体素子と、
   前記筒の内部に前記半導体素子と接続して設けられ、前記電気信号を光信号に変換する電気−光変換器と、
   を有し、
   前記半導体素子への電子の入射を、前記筒の他端側において、前記電気−光変換器を介して変換された光信号により検出することを特徴とする電子線検出装置。
6. 前記筒の内部には、絶縁性材料が充填されていることを特徴とする請求項５に記載の電子線検出装置。
7. 内壁の所定の部分に光電面が形成された外囲器と、
   一端と他端とを有する絶縁性の筒と、前記筒の一端の外側に設けられ、入射した電子に応じた電気信号を出力する電子打ち込み型半導体素子と、前記筒の内部に前記半導体素子と接続して設けられ、前記電気信号を出力信号に変換する処理部とを有し、前記半導体素子への電子の入射を、前記筒の他端側において、前記処理部を介して変換された出力信号により検出する電子線検出装置とを備え、
   前記筒の一端が前記外囲器内部に前記光電面と対向するように突出し、
   前記筒の他端が前記外囲器に接続されていることを特徴とする電子管。
8. 前記処理部は前記電気信号から直流成分を除去するコンデンサからなることを特徴とする請求項７に記載の電子管。
9. 前記処理部は前記電気信号を光信号に変換する電気−光変換器からなることを特徴とする請求項７に記載の電子管。
   

Images