JP2013093172A

JP2013093172A - 電子管

Info

Publication number: JP2013093172A
Application number: JP2011233902A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Saito; 哲哉齋藤; Hiroto Nishizawa; 寛仁西澤; Itaru Mizuno; 到水野
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2011-10-25
Filing date: 2011-10-25
Publication date: 2013-05-16
Anticipated expiration: 2031-10-25
Also published as: WO2013061815A1; JP5864210B2

Abstract

【課題】耐電圧特性を十分に向上させることが可能な電子管を提供する。
【解決手段】イメージインテンシファイア１は、セラミック部材と金属電極とを含んで構成された真空容器を備え、側管２がセラミックリング１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ上の内面及び電極９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｅ，９Ｆ上の内面を含んで無機絶縁膜で成膜されている。このような構成によれば、真空容器を構成する側管２の内面の電極９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｅ，９Ｆの部分及び電極９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｅ，９Ｆとセラミックリング１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄとの境界面からの電子放出が低減され、出力特性が良好に維持される。その結果、イメージインテンシファイア１の耐電圧特性を十分に向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電極を有する電子管に関する。

従来から、イメージインテンシファイア等の電子管においては、耐電圧特性の劣化が問題とされている。耐電圧特性の劣化は局所的放電現象を生じさせる可能性があり、このような局所的放電は電子管の出力特性の劣化を生じさせる。このような放電現象を防ぐために、外囲器部分の一部が酸化透明クロム等の透明抵抗層で覆われたイメージ増強管が知られている（下記特許文献１，２参照）

特表平２−２２７９４６号公報米国特許第５，０５９，８５４号

しかしながら、上述した従来のイメージ増強管では、電極に印加する電圧によっては耐電圧特性が十分に向上できない傾向にあった。

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、耐電圧特性を十分に向上させることが可能な電子管を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一側面に係る電子管は、セラミック部材及び／又はガラス部材を含む側壁と電極とを含んで構成された筒状容器を備える電子管において、筒状容器の内面が、側壁上の面及び電極上の面を含んで無機絶縁膜で成膜されている。なお、ここでいう「筒状容器」とは、筒状部材を含む中心軸方向に細長い形状の容器の他、中心軸に垂直な方向の幅が大きい薄型の形状の容器も含む。

このような電子管によれば、筒状容器内面の電極部分及び電極と側壁との境界面からの電子放出が低減され、出力特性が良好に維持される。その結果、電子管の耐電圧特性を十分に向上させることができる。

ここで、筒状容器の外面も、側壁上の面及び電極上の面を含んで無機絶縁膜で成膜されている、ことが好適である。こうすれば、電子管の外面の耐電圧特性も向上させることができ、例えば、高温多湿状態の環境下でも特性を安定化させることができる。

また、電子管は、入射光を光電子に変換する光電陰極と、光電陰極から放出された光電子を増倍する電子増倍部と、電子増倍部によって増倍された電子を受けて蛍光を発する蛍光面と、を備えるイメージインテンシファイアである、ことも好適である。イメージインテンシファイアでは容器内での電子放出が出力に影響を与えやすいが、筒状容器の内面を無機絶縁膜で成膜することによって出力特性を十分に安定化させることができる。

本発明によれば、耐電圧特性を十分に向上させることが可能な電子管を提供できる。

本発明の好適な一実施形態に係る電子管であるイメージインテンシファイアの内部構成を示す一部断面図である。図１の側管の断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る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。

図１は、本発明の好適な一実施形態に係る電子管であるイメージインテンシファイアの内部構成を示す一部断面図、図２は、図１の側管の断面図である。このイメージインテンシファイア１は、セラミック製の側管を含む真空容器の内部で光電面、ＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート：電子増倍部）、及び蛍光面を近接して配置した近接型映像増強管である。

図１に示すように、イメージインテンシファイア１の内部は、両端が解放された略中空円筒状の側管２の両開口端部を略円板状の入射窓３及び略円板状の出射窓４によって気密に封止することにより、高真空に保持されている。すなわち、側管（中空状の筒、ｔｕｂｅ）２、入射窓３、及び出射窓４によって真空容器が構成されている。

この入射窓３の真空側表面の中央領域には光電面５が形成されている。入射窓３と光電面５とで光電陰極６が構成される。また、出射窓４の真空側表面の中央領域には、蛍光面７が形成されている。さらに、光電面５と蛍光面７との間には、円板状のＭＣＰ８が、光電面５及び蛍光面７に対向して所定の間隙をそれぞれ保持した状態で配置されている。

このＭＣＰ８は、側管２の一部を構成する２つの略リング状のコバール金属製の電極９Ｂ，９Ｃによって挟まれることによって側管２内に保持されている。詳細には、ＭＣＰ８は、その光電面５側表面が導電性のスペーサ１０及び導電性のスプリング１１を介して電極９Ｂによって押さえつけられ、その蛍光面７側表面が導電性のスペーサ１２を介して電極９Ｃによって押さえつけられることによって、側管２内に保持される。

入射窓３の真空側表面の周辺領域には、金属製の導電膜（図示せず）が光電面５と電気的に接触した状態で形成されている。この導電膜は、側管２と入射窓３とを接合するための略リング状のコバール金属製部材であって側管２の一部を構成する電極９Ａと、接合部材であるインジウム１３を介して電気的に接触している。

出射窓４の真空側表面の周辺領域には、金属製の導電膜（図示せず）が蛍光面７と電気的に接触して形成されている。この導電膜は、側管２と出射窓４とを接合するための略リング状のコバール金属製部材である電極９Ｄと電気的に接触している。電極９Ｄは、略円筒状のコバール金属製部材である電極９Ｅの内側に嵌め込まれており、電極９Ｄと電極９Ｅとは互いに電気的に接触している。さらに、この電極９Ｄと出射窓４とはフリットガラス１４によって封止されている。これらの電極９Ｄ，９Ｅも側管２の一部を構成する。

側管２を構成する電極９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ，９Ｅには、図示しないリード線を介して外部電源が接続される。そして、外部電源によって、光電面５と、ＭＣＰ８の光電面側表面及び蛍光面側表面（電子入射側表面及び電子出射側表面）と、蛍光面７とに対して必要な電圧が印加される。例えば、光電面５とＭＣＰ８の光電面側表面との間には、電位差として約２００Ｖが設定され、ＭＣＰ８の光電面側表面と蛍光面側表面との間には、電位差として約５００Ｖ〜約９００Ｖが可変に設定され、ＭＣＰ８の蛍光面側表面と蛍光面７との間には、電位差として約６ｋＶ〜約７ｋＶが設定されている。

さらに、側管２には、略リング状のコバール金属製部材である電極９Ｆが設けられており、その内側の先端部が出射窓４の側面から所定の距離を空けるように保持されている。この電極９Ｆは図示しないゲッターの通電用電極である。

入射窓３は、大気側及び真空側の各表面の中央領域を共に平面状に合成石英を加工して形成されたガラス面板である。出射窓４は、多数個の光ファイバをプレート状に集束して構成されたファイバプレートである。この出射窓４に形成される蛍光面７は、蛍光体を出射窓４の真空側表面に塗布することにより形成されている。

図２に移って、側管２の構造について詳細に説明すると、側管２は、電極９Ａと電極９Ｂとの間、電極９Ｂと電極９Ｃとの間、電極９Ｃと電極９Ｆとの間、及び電極９Ｆと電極９Ｅとの間が、それぞれ、リング状のセラミック部材であるセラミックリング（側壁）１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄを挟んで接合されたような多段構造を有している。すなわち、側管２は、セラミック部材と金属電極とを組み合わせて構成されている。このような側管２の真空側に露出する全ての内面は、電極９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｅ，９Ｆの内面、及びセラミックリング１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの内面を含んで、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等の無機絶縁膜１６ａで成膜されている。さらに、側管２の大気側に露出する全ての外面は、電極９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｅ，９Ｆの外面、及びセラミックリング１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの外面を含んで、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等の無機絶縁膜１６ｂで成膜されている。なお、電極９Ａの内面には、入射窓３の接合のための接合部材であるインジウム１３を溜めた状態でインジウム１３の上から無機絶縁膜１６ａが成膜され、入射窓３の接合前に、確実に入射窓３と側管２とを接合するために、インジウム１３上の無機絶縁膜１６ａは除去される。これらの無機絶縁膜１６ａ，１６ｂの厚さは、例えば、20Å〜100Åである。

次に、イメージインテンシファイア１の製造方法について説明する。セラミックリング１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ及び電極９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｅ，９Ｆを接合して側管２を組み立てる。

次に、側管２の電極９Ａの内面の段差上に、インジウム１３を拡散させて溜めておく。この状態で、側管２をＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）装置を用いて、原子層堆積法によって成膜処理を行うことによって、側管２の内面及び外面に無機絶縁膜１６ａ，１６ｂを形成する。そして、側管２の内側に導電性スペーサ１０，１２、スプリング１１を用いてＭＣＰ８を組み入れた後に、蛍光面７が形成された出射窓４を側管２の一端側に接合する。さらに、側管２内の各部材とリード線との間を継線する。その後、インジウム１３上の無機絶縁膜１６ａを除去してから、活性化した光電面５が形成された入射窓３によって側管２を封止する。次に、側管２、入射窓３、及び出射窓４を含むイメージインテンシファイア１をポッティング加工することによって、その外側を樹脂材料で囲んで固める。

本実施形態のイメージインテンシファイア１の動作について説明する。外部電源から光電面５、ＭＣＰ８、及び蛍光面７に所定の電圧がそれぞれ印加されると、光電面５とＭＣＰ８との間隙と、ＭＣＰ８の電子入射側表面と電子出射側表面との間のチャネル管の内側と、ＭＣＰ８と蛍光面７との間隙とには、蛍光面７から光電面５に向かう方向の電界がそれぞれ発生する。なお、電極９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｅの表面には無機絶縁膜１６ａ，１６ｂが形成されているが、この無機絶縁膜１６ａ，１６ｂは非常に薄いので、無機絶縁膜１６ａ，１６ｂを介した各電極、光電面５、ＭＣＰ８、及び蛍光面７に対する電圧の印加が可能とされる。このとき、光学像として微弱な入射光が外部から入射窓３を透過して光電面５に入射すると、光電面５によって入射光が光電子に変換されて真空中に放出される。このようにして光電面５から放出された光電子は、光電面５とＭＣＰ８との間隙に発生した電界によって加速され、ＭＣＰ８の電子入射側表面に入射する。

そうすると、ＭＣＰ８に入射した光電子は、ＭＣＰ８のチャネル管の内側に発生した電界によって加速され、チャネル管の壁面への衝突を繰り返すことによって二次電子に増倍される。その結果、増倍された二次電子は、入射光の二次元位置情報を保持してＭＣＰ８の電子出射側表面から放出される。ＭＣＰ８から放出された二次電子は、ＭＣＰ８と蛍光面７との間隙に発生した電界によって加速された後に、蛍光面７に入射する。蛍光面７においては、入射した二次電子に応じて蛍光が発せられ、この蛍光が出射窓４を透過して外部に出射される。このような出射光は、入射光の二次元位置情報を保持した光学像となる。

以上説明したイメージインテンシファイア１によれば、真空容器を構成する側管２の内面の電極９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｅ，９Ｆの部分及び電極９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｅ，９Ｆとセラミックリング１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄとの境界面からの電子放出が低減され、出力特性が良好に維持される。特に、側管２の内面全体を無機絶縁膜で覆うことで側管２の内面からの電子放出を効果的に減らすことができる。その結果、イメージインテンシファイア１の耐電圧特性を十分に向上させることができる。さらに、側管２の外面もその全体を無機絶縁膜で覆うことで、イメージインテンシファイア１の耐電圧特性をさらに向上させることができる。例えば、ポッティング処理後も水分によるショートの可能性が無くなり信頼性が向上して、高温多湿状態の環境下でも出力特性を安定化させることができる。

例えば、側管直径約31mm（光電面有効径18mm）の側管２を含むイメージインテンシファイア１に対して、膜厚２０Å、５０Å、１００Åの無機絶縁膜１６ａ，１６ｂを形成し、電極９Ｃと電極９Ｄ間に１８ｋＶの電圧を印加して、ＭＣＰ８と蛍光面７との間に電圧を印加したところ、放電は観察されなかった。これに対して、無機絶縁膜１６ａ，１６ｂを形成しない場合には、電極９Ｃと電極９Ｄ間に１０．５ｋＶの電圧を印加した場合に、放電が確認された。同様に、側管直径約43mm（光電面有効径25mm）の側管２を含むイメージインテンシファイア１に対して、膜厚２０Å、５０Å、１００Åの無機絶縁膜１６ａ，１６ｂを形成し、電極９Ｃと電極９Ｄ間に１８ｋＶの電圧を印加して、ＭＣＰ８と蛍光面７との間に電圧を印加したところ、放電は観察されなかった。これに対して、無機絶縁膜１６ａ，１６ｂを形成しない場合には、電極９Ｃと電極９Ｄ間に１１ｋＶの電圧を印加した場合に、放電が確認された。この結果から、イメージインテンシファイア１では、より高い電圧を印加することができ、装置の小型化を図りつつ高解像度、高ゲインを達成するためには有利であることがわかった。

なお、前述した実施形態においては、無機絶縁膜１６ａ、１６ｂを形成してから導電性スペーサ１０、１２、スプリング１１を用いてＭＣＰ８を組み入れたが、導電性スペーサ１０、１２、スプリング１１を側管内部に固定した状態で無機絶縁膜を形成しても良いし、無機絶縁膜を形成した導電性スペーサ１０、１２、スプリング１１を用いてＭＣＰ８を組み入れても良い。このようにすることで、より放電防止の効果が向上する。

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、本発明の対象としては、イメージインテンシファイアには限定されず、その他の電子管であってもよい。例えば、光電子増倍管、電子増倍管、Ｘ線イメージインテンシファイア、Ｘ線管、各種光源装置等の電子管或いは真空管を含む装置であってもよい。

また、本実施形態の側管２に成膜する無機絶縁膜としては、アルミナのような酸化膜以外に、Ｓｉ_３Ｎ_４等の窒化膜を用いてもよい。また、無機絶縁膜の成膜方法としては、気相によるＡＬＤ法には限定されず、液相によるＭＯＤ（有機金属塗布熱分解法：Metal Organic Deposition）法のような成膜方法を用いてもよい。ただし、ＡＬＤ法による成膜方法のほうが、膜厚がより均一でピンホールも無い無機絶縁膜を形成できるためにより好適である。また、ＡＬＤ法によれば製造工程を効率化することもできるため好ましい。

また、本実施形態の真空容器は、両端面の形状、すなわち、側管２の両開口端、入射窓３、及び出射窓４の形状が円形である場合には限定されず、四角形等の多角形であってもよい。

また、本実施形態の側管２は、セラミック部材と金属電極とを組み合わせて構成されているが、このセラミック部材に替えて側壁としてガラス部材を用いてもよい。或いは、金属電極に対してセラミック部材とガラス部材の両方を組み合わせて側壁を構成してもよい。

１…イメージインテンシファイア、２…側管、３…入射窓、４…出射窓、５…光電面、６…光電陰極、７…蛍光面、８…ＭＣＰ（電子増倍部）、９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ，９Ｅ，９Ｆ…電極、１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ…セラミックリング（セラミック部材、側壁）、１６ａ，１６ｂ…無機絶縁膜。

Claims

セラミック部材及び／又はガラス部材を含む側壁と電極とを含んで構成された筒状容器を備える電子管において、
前記筒状容器の内面が、前記側壁上の面及び前記電極上の面を含んで無機絶縁膜で成膜されている、
ことを特徴とする電子管。
前記筒状容器の外面も、前記側壁上の面及び前記電極上の面を含んで無機絶縁膜で成膜されている、
ことを特徴とする請求項１記載の電子管。
前記電子管は、
入射光を光電子に変換する光電陰極と、
前記光電陰極から放出された光電子を増倍する電子増倍部と、
前記電子増倍部によって増倍された電子を受けて蛍光を発する蛍光面と、
を備えるイメージインテンシファイアである、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の電子管。