JP2014522093A - 検出装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、光を受信し且つ電気信号を生成するように構成される、ハウジングとハウジングに配置される検出器とを有する検出装置であって、検出器が、光を受信し且つ電子を放出するように構成される光センサを含む検出装置に関する。検出装置は、光センサが、ハウジングより低い電位レベルであること、及び検出器が、電気絶縁中間機構を介してハウジングと熱伝導的に接触し、ハウジング内の熱伝導方向が、検出される光の光伝搬方向と反対であること、という事実のために注目に値する。

Description

本発明は、光を受信し且つ電気信号を生成するように構成される、ハウジングとハウジングに配置される検出器とを有する検出装置であって、検出器が、光を受信し、且つ電子を放出するように構成される光センサを含む検出装置に関する。

上記に挙げた種類の検出装置は、ノイズを引き起こす、温度依存の暗電流を有することが多い。この暗電流は、冷却によって低減させることができる。

特許文献１は、検出器に熱伝導的に接続された冷却装置、即ちペルチェ素子を含む光電子検出器を開示する。光電子検出器の表面上における凝縮水の発生を回避するために、センサが、周囲の相対湿度及び周囲の露点温度に関する瞬時値を確認するために設けられる。センサは、その値の関数として冷却装置を制御する制御ユニットに接続される。この光電子検出器は、冷却が完全には省かれないという利点を有する。しかしながら、それは、実際の冷却出力が、小量、即ち凝縮が発生しない量に制限されるという欠点を有する。この結果は、検出器ノイズが、不十分にしか回避されないということである。

同文献は、乾性ガスで満たされるか又は排気された気密ハウジングにおいて冷却装置、典型的にはペルチェ素子と共に検出器がカプセル化された別の検出装置に言及する。この装置を用いれば、冷却装置の廃熱は、冷却装置に熱伝導的に接続された冷却素子に送ることができ、及び／又は他のコンポーネント、例えばハウジングの入射窓を加熱するために用いることができる。しかしながら、この検出器は、気密カプセル化が複雑なので、不利であると考えるべきである。

実際には、この検出装置が更なる不都合さえも有することが、実際に使用して分かった。特に、冷却は、それほど効果的ではないことが多い。更に冷却は、検出器がハウジングとは異なる電位レベルでなければならない場合には特に困難であると分かる。この場合に、ペルチェ素子は、ハウジングと検出器との間に容易には配置することができない。この種の電位差は、光電子の加速が検出器の内部で発生することになる場合には、通常必要である。

例えば、特許文献２、特許文献３、又は特許文献４は、光入射側の反対側に面した光センサの側に能動冷却装置がそれぞれ設けられる検出装置を開示する。これらの検出装置は、冷却出力の大部分が、使用されずに失われるという不都合を有する。

特許文献５がまた、冷却システムを有する検出装置、即ちペルチェ素子によって冷却される光電子増倍管を有する検出装置を開示する。

独国特許出願公開第１０ ２００９ ０３６ ０６６ Ａ１号明細書 米国特許第５，５０８，４７０号明細書 米国特許第５，５９６，２２８号明細書 米国特許第４，８３３，８８９号明細書 国際公開第９９／５９１８６号パンフレット

本発明の目的は、特に優れた信号対ノイズ比で、光、特に顕微鏡標本から進む光の検出を可能にする検出装置を示すことである。

この目的は、光センサが、ハウジングより低い電位レベルであることと、検出器が、電気絶縁中間機構を介してハウジングと熱伝導的に接触し、ハウジング内の熱伝導方向が、検出される光の光伝搬方向と反対であることと、を特徴とする、前に挙げた種類の検出装置によって達成される。

本発明による検出装置は、破壊的で信号を歪める暗電流の発生を少なくとも大幅に低減する効率的な冷却を可能にする。

有利な実施形態において、検出装置は、検出器として光電子増倍管（ＰＭＴ）検出器を含む。この種のＰＭＴ検出器において、光子は、光電陰極に当たり、外部光電効果の結果として、光電陰極の表面から電子を放出する。これらの放出された光電子は、電界において加速され、更なる電極又はダイノードに当たる。

特定の実施形態において、本発明による検出装置は、光センサ、例えば光電陰極が、より低い電位レベルなので、光電子増倍管のダイノードカスケードの場合のように、放出された電子の高加速が追加コンポーネントなしに単純な方法で大いに可能にされるという特定の利点を有する。それによって、追加コンポーネントの破壊的で信号を歪める影響が、効果的に回避される。

特定の実施形態において、光センサによって放出された電子が、もっぱら１つの単一加速ステージによって検出器内において自由飛行方式で加速距離にわたって加速されるという対策が行われる。光センサによって放出された電子が、１５００Ｖ超、特に２０００Ｖ超、特に４０００Ｖ超、特に６０００Ｖ超、特に約８０００Ｖの加速電圧で、もっぱら１つの単一加速ステージによって検出器内において自由飛行方式で加速距離にわたって加速されるという対策をまた特に行うことができる。

別の実施形態において、前述のＰＭＴ検出器の場合におけるように、感光媒体から放出された電子が、幾つかの加速ステージにより倍増され、次に、そこから結果として生じる電流が測定されるという対策が行われる。

十分に大きな検出信号を生成するために、加速ステージが、その下流に、電子の数を倍増させるためのアブソーバ、及び／又は自らの降伏電圧未満で動作されるアバランシェダイオードを有するという対策を有利に行うことができる。

中間機構は、高電圧強度及び絶縁破壊強度を有するように構成されるのが好ましい。これを達成するために特定のコンポーネント及び材料を用いることができ、それらの幾つかは、以下において例として言及され説明される。

本発明による検出装置は、光センサとハウジングとの間の電位差が、１５００Ｖ超、特に２０００Ｖ超、特に４０００Ｖ超、特に６０００Ｖ超、特に約８０００Ｖであるような方法で、構成することができる。この種の検出装置は、光電子増倍管を有するシステムからの信号よりかなり少ないノイズを有する検出信号を送出することができる。

中間機構は、光センサの光センサ平面と、ハウジングの入射開口部平面との間に配置されるのが好ましく、その開口部平面に、検出される光用の入射開口部が存在する。検出される光が、中間機構を通って、例えば中間機構に統合された透明ブロック、特にガラスブロックを通って、又は通過管を通って進むという対策をここで行うことができる。代替として、中間機構が、光センサの光センサ平面とハウジングの入射開口部平面との間に配置され、その開口部平面に、検出される光用の入射開口部が存在するという、且つ検出される光が、中間機構を通り越して光センサへ移動するという対策もまた行うことができる。

特定の実施形態において、検出器は、専用の検出器ハウジングを含み、中間機構は、ハウジングと検出器ハウジングとの間に配置される。

特に、中間機構及び検出器ハウジングが、互いに機械的に係合するという、及び／又は検出器が、中間機構又は中間機構のコンポーネントの周方向溝に係合する周方向突部を有する専用の検出器ハウジングを含むという対策を行うことができる。これらの実施形態は、特定の機械的安定性という利点を有する。特に、これらの実施形態を用いれば、コンポーネントの意図しない相互の不良位置合わせのリスクはない。

既に言及したように、検出される光用の光路が、ハウジング内で、ガラス、特にガラスブロック、特に石英ガラスを好ましくは完全に通って延びるという、及び／又は中間機構が、特に石英ガラスで作製された少なくとも１つのガラスブロックを含み、それを通して、検出される光用の光路が延びるという対策を有利に行うことができる。結果は、主に、光路上の汚れ又は凝縮の堆積を回避すること、及び検出される光の意図しない減衰又は偏向を回避することである。

特に有利な実施形態において、光路は、製作公差を補償するために働く、且つ熱絶縁要素として働くギャップによって中断される。このギャップは、ガス、透明な熱及び電気絶縁液体、又は透明で可撓性の熱絶縁固体で満たすことができる。ギャップにおける媒体は、液浸媒体の機能を呈することができ、従ってガラス表面における反射を低減して光学効率を向上させることができる。

光センサの特に効率的な冷却は、中間機構が、光センサの光入射側で、光センサ及び／又は光センサを担持する基板と直接接触する特定の実施形態において達成される。

既に言及したように、光路が、検出される光用に画定され、この光路が、中間機構を通って、特に中間機構の冷却コンポーネントを通って、又は中間機構を通り越して延びるという対策を有利に行うことができる。それによって、特に光センサの光入射側における、光センサの対称的で均一な冷却が達成され、それによって暗電流の挙動をかなり改善することができる。

特定の実施形態において、光センサ及びハウジングが、中間機構によって熱伝導的に接続され、光センサと中間機構の接触域が、ハウジングと中間機構の接触域より小さいという対策が行われる。かかる実施形態は、一方で光センサから離れる特に優れた熱輸送が保証され、他方で検出される光用の、光センサの感光面への自由なアクセスが、せいぜいわずかに制限される程度という非常に特別な利点を有する。

特に有利な実施形態において、中間機構は、層方式で積み重ねられる幾つかの冷却コンポーネントを含む。冷却コンポーネントは、特に環状構成にすることができ、その結果、検出される光用の通過管が存在する。検出される光が通過する透明ブロック、特にガラスブロックが、特にまた通過管に配置され得る。

この点で、中間機構が、層方式で積み重ねられる幾つかの環状冷却コンポーネントを含むという、且つ環状冷却コンポーネントが、検出される光用の光路が通って延びる、特に石英ガラスで作製されたガラスブロックを囲むという対策を特に行うことができる。

特定の実施形態において、中間機構は、層方式で積み重ねられる幾つかの環状冷却コンポーネントを含む。ここで特に、積み重ね方向が、熱輸送方向と平行に延びるという対策を行うことができる。

特定の実施形態において、少なくとも２つの冷却コンポーネントが、互いに同軸に配置されるという対策を行うことができる。ここで特に、検出される光用の光路が、冷却コンポーネントの回転対称軸に沿って延びるという対策を行うことができる。更に有利なことに、中間機構が、ハウジングの入射窓又は入射光学系と直接接触するという対策を行うことができる。この種の配置は、直接熱輸送が、光センサ又はその基板からハウジングへと発生するので、検出器の光センサが、特に効果的に冷却され得るという事実のために注目に値する。

特に、中間機構が、熱的に直列に配置される幾つかの冷却コンポーネントを含むという対策を有利に行うことができる。特に、冷却コンポーネントの１つが、受動冷却コンポーネントとして、例えば窒化ホウ素リングとして構成され、且つ光センサ及び／又は光センサ担持基板と直接接触するという対策を特に非常に有利に行うことができる。

特定の実施形態において、冷却コンポーネントの少なくとも１つが、熱伝導性の電気絶縁中間要素として構成されるという、及び／又は冷却コンポーネントの少なくとも１つが、熱流束が生じる受動冷却コンポーネントとして構成されるという対策が特に有利に行われる。

代替又は追加として、冷却コンポーネントの少なくとも１つが、能動冷却コンポーネントとして、特にペルチェ素子として、ヒートポンプとして、又はヒートパイプとして構成されるという対策をまた有利に行うことができる。特に非常に有利な実施形態において、冷却コンポーネントは、環状ペルチェ素子として構成される。この種の実施形態は、検出される光用の光路が、リングの中心を通って延びることができ、その結果、環状ペルチェ素子の通過に際して、光路が、環状ペルチェ素子の回転対称軸とほぼ同軸に配置されるという利点を提供する。

特に前述の電位差に耐えるために、特定の実施形態において、冷却コンポーネントの少なくとも１つが電気絶縁熱伝導材料で、特に窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、ダイヤモンド、人造ダイヤモンド、可撓性熱伝導材料、熱伝導ゴム、又はこれらの材料の組み合わせで、少なくとも部分的に作製されるという対策が行われる。これらの物質は、一方では高熱伝導率で、他方では非常に低い電気伝導率で注目に値する。これらの材料は、それらが、例えば研削、旋削又はミリングによって容易且つ正確に機械加工され得るという利点を更に提供する。

特定の実施形態において、冷却コンポーネントの少なくとも１つが、電気絶縁体及び熱導体の両方であるという対策が行われる。特に、これを達成するために、冷却コンポーネントは、複合材料で少なくとも部分的に作製することができる。例えば、冷却コンポーネントは、電気絶縁体によって少なくとも部分的に囲まれた熱伝導材料、例えば金属、例えばアルミニウム又は銅で作製されたコアをそれぞれ含むことができる。特に、囲んでいる電気絶縁体が、熱伝導方向の観点からはコアより薄いという対策を行うことができる。コアは、特に、数ミリメートルの厚さ、又は数センチメートルの厚ささえ有することができる。

複合コンポーネントとして、冷却コンポーネントは、特に例えば金属コアの容易な機械加工性ゆえに、独特な形状においてさえ大きな経費なしに製造することができる。

コアは、一方では、例えば光センサとハウジングとの間での、又は例えば光センサと特にペルチェ素子として構成された冷却コンポーネントとの間のスペーサとして機能する。ブロックの優れた熱伝導特性が、更に利用される。電気絶縁をもたらすために、ブロックは、電気絶縁体によって囲まれる。特定の実施形態において、電気絶縁体は、絶縁膜として、特にプラスチック膜として構成される。例えば、カプトン膜の使用が、適している。適切なプラスチック膜、例えばカプトン膜が、１ミリメートルの何分の１の厚さで既に非常に高い絶縁破壊強度を示し得るので、電気絶縁膜は、コアよりかなり薄くなるように構成することができる。その結果は、特に、電気絶縁膜が、ほとんど熱絶縁効果を有しないということである。より薄い電気絶縁膜と熱伝導コアの特定の組み合わせは、電気絶縁及び熱伝導性の両方である冷却コンポーネントを結果としてもたらす。

囲んでいる電気絶縁体は、例えばはけ塗り、吹き付け、又は浸漬によって、コア上に塗布されてその上で硬化する最初は液体の材料から作製することができる。

冷却コンポーネントの１つが、熱流束が生じる受動冷却コンポーネントとして構成されるという対策を特に有利に行うことができる。迅速な熱輸送を保証するために、受動冷却コンポーネントが優れた熱伝導率を示す場合には特に有利である。その点に関して、中間機構又は冷却コンポーネントの少なくとも１つが、１Ｗ／ｍＫより大きい、特に１０Ｗ／ｍＫより大きい、特に１００Ｗ／ｍＫより大きい、５００Ｗ／ｍＫより特に非常に大きい熱伝導率を有するという対策を有利に行うことができる。

特に非常に有利な実施形態において、中間機構又は中間機構における冷却コンポーネントの少なくとも１つは、それが、冷却されることになる検出装置のコンポーネントに対して、光センサに対して、及び／又は光センサ担持基板に対して、できるだけ大きなエリアにわたって正確な適合方式で一致できるような方法で、形作られて必要な大きさにされる。それによって、特に優れた冷却が達成される。同じことは、冷却コンポーネントの１つが、活動中の、あるいは能動的な冷却コンポーネントとして構成される場合にも同様に当てはまる。しかしながら、中間機構の構造は、検出器の動作及び／又は検出器の部品の動作が、例えば光路を閉ざすことによって不利に損なわれないようにするのが常に好ましい。

特に、検出器及び／又は検出器の部品がハウジングとは異なる電位レベルである場合に使用可能な特に非常に有利な実施形態において、中間機構、又は冷却コンポーネントの少なくとも１つは、主に電気絶縁であるように構成される。中間機構、又は冷却コンポーネントの少なくとも１つが、１０^−７Ｓ／ｍより低い、特に１０^−８Ｓ／ｍより低い電気伝導率を有するという対策を特に行うことができる。

中間機構のどんな特定の機構及び実施形態とも別にまた実施され得る独立した発明的概念に従って、中間機構又は中間機構の少なくとも１つの冷却コンポーネントが、外面における漏れ電流強度を増加させるために、迷路によって、リブによって、少なくとも１つの溝によって、及び／又は少なくとも１つの突部によって延長された漏れ経路を含むという対策が、特に、大きな電位差が存在し得る実施形態用に有利に行われる。

非常に特別な実施形態において、中間機構又は中間機構の少なくとも１つの冷却コンポーネントが、特に漏れ電流強度を増加させるために、少なくとも１つの周方向突部又は少なくとも１つの周方向溝を含むという対策が行われる。この種の実施形態は、冷却コンポーネント又は更なる冷却コンポーネントの表面に沿った漏れ経路が延長され、その結果、電気的フラッシュオーバのリスクが少なくとも低減されるという特定の利点を有する。

中間機構のどんな特定の機構及び実施形態とも別にまた実施され得る独立した発明的概念に従って、中間機構又は中間機構の少なくとも１つの冷却コンポーネントのキャビティが、電気絶縁材料で満たされるという対策が、特に大きな電位差が存在し得る実施形態用に有利に行われる。特に、熱電変換器、特にペルチェ素子が使用される場合に、充填材料が電気及び熱絶縁の両方であるように構成されるという対策を追加的に有利に行うことができる。特定の実施形態において、中間機構の冷却コンポーネントが、熱電変換器として、特にペルチェ素子として構成され、そのキャビティは、エポキシ樹脂又はシリコンで満たされる。

冷却コンポーネント及び／又は更なる冷却コンポーネントのキャビティを電気絶縁材料で満たすことによって、意図しない電圧フラッシュオーバを効果的に回避することが可能になる。例えばペルチェ素子の通常は円柱又は平行六面体半導体素子の内部コンポーネントの表面に沿ったスパークフラッシュオーバは、電気絶縁材料を用いた充填のおかげで効果的に抑制することができる。

特に凝縮の発生を回避するために、ハウジングがガス密であるという、及び／又は真空がハウジングに存在するという対策を有利に行うことができる。例えば、ガス密ハウジングが、ガス、好ましくは乾性ガスで満たされ、その露点が特に低いという対策をまた行うことができる。例えば、ハウジングに乾燥剤を導入することが、有利になり得る。これは、まだ存在するどんな残留水分も除去するように、又は浸透する水分を吸収するように働く。

特定の実施形態において、検出器及び／又は（特に能動）冷却コンポーネントの廃熱が、ハウジングの少なくとも１つの入射窓及び／又はハウジングの入射光学系を加熱するような方法で、中間機構が配置される対策が行われる。結果は、有利なことに、能動冷却コンポーネントの廃熱が、入射窓又は入射光学系上における凝縮の発生を回避するために利用されるということである。

特に効率的に冷却する実施形態において、光センサから及び／又は光センサの基板から、光センサとも光センサの基板とも直接接触しない更なる能動冷却コンポーネント、特にペルチェ素子へと熱を伝達する受動冷却コンポーネントが設けられる。更なる能動冷却コンポーネントが、熱を間接的又は直接的にハウジングに送る対策が追加的に行われる。配列の特定のシーケンスの結果は、能動冷却コンポーネントの追加プロセス熱が、受動冷却コンポーネントを通って導かれる必要がないということである。

特に非常に有利なことに、本発明による検出装置は、顕微鏡、特に走査顕微鏡又は共焦点走査顕微鏡と共に、又はそれらにおいて使用することができる。共焦点走査顕微鏡の特に非常に有利な実施形態において、共焦点走査顕微鏡は、本発明による幾つかの検出装置を含む。例えば、異なる検出スペクトル領域が、存在し、及び／又は個別の検出装置に割り当てられ得るという対策を行うことができる。

本発明の更なる目的、利点、特徴、及び可能な用途は、図面に関連する例示的な実施形態の以下の説明から明らかである。説明される及び／又は図示される全ての特徴は、特許請求の範囲における特徴のグループ分けとも特徴の内部参照とも無関係に、個々に又は任意の有用な組み合わせにおいて本発明の主題を構成する。

本発明による検出装置の例示的な実施形態を概略的に示す。 本発明による検出装置の別の例示的な実施形態を概略的に示す。 本発明による検出装置の第３の例示的な実施形態を概略的に示す。 本発明による検出装置の第４の例示的な実施形態を概略的に示す。 本発明による検出装置の中間機構における例示的な実施形態の詳細を示す。 本発明による検出装置の第５の例示的な実施形態を概略的に示す。 本発明による検出装置の第６の例示的な実施形態を概略的に示す。 本発明による検出装置の第５の例示的な実施形態の概略分解図である。 本発明による検出装置の第６の例示的な実施形態の概略分解図である。 本発明による検出装置の第７の例示的な実施形態を概略的に示す。 本発明による検出装置の第７の例示的な実施形態の概略分解図である。 本発明による検出装置の第８の例示的な実施形態を概略的に示す。 本発明による検出装置の第８の例示的な実施形態の概略分解図である。

図１は、光２を受信するように、且つ電気信号を電気出力部３において利用可能にするように構成された検出装置１を示す。検出装置１は、検出器５が中に配置されたハウジング４を含む。

検出器５は、透過構成において動作される光センサ６、即ち基板７上に配置された光電陰極８を含む。これは、光電陰極８が、ハウジング４の入射光学系９の方に面した側で検出される光２を受信すること、及び光電陰極８が、その側の反対側に面する側で光電子を放射することを意味する。

光電陰極８及びその基板７は、−８０００Ｖの電位レベルであり、一方でハウジング４は、０Ｖの電位レベルである。

検出器５は、ハウジング４に対して−４００Ｖの電位レベルであるアバランシェダイオード１０を更に含む。光電陰極８によって発生された光電子は、光電陰極８とアバランシェダイオード１０との間に存在する電位差の結果として加速され、電気出力部３を介して電気信号を出力するアバランシェダイオード１０に当たる。この種の検出器は、例えばハイブリッド検出器とすることができる。

電気絶縁中間機構１８は、検出器５が、中間機構１８を介してハウジング４と熱伝導的に接触し、ハウジング４内の熱伝導方向が、検出される光２の光伝搬方向と反対になるような方法で設置される。

検出装置１は、受動冷却コンポーネントとして構成された冷却コンポーネント１１をハウジング４内に含む。冷却コンポーネント１１は、具体的には熱伝導性の電気絶縁中間要素１２として構成される。中間要素１２は、円環形状を有し、中間要素の中心軸は、検出される光２の光路と同軸に延びる。

検出装置１は、好ましくは環状ペルチェ素子１４として構成される更なる冷却コンポーネント１３をハウジング４内に更に含む。環状ペルチェ素子１４は、環状中間要素１２と同軸に配置される。ペルチェ素子及び中間要素１２は、必ずしも環状である必要はないが、しかしペルチェ素子及び中間要素１２が互いに同軸に配置される場合は有利である。

環状ペルチェ素子１４は、中間要素１２との熱伝導的に接触する。中間要素１２は、基板７と熱伝導的に接触する。

基板７及び光電陰極８を冷却するための冷却出力は、熱伝導性の電気絶縁中間要素１２を介して特に効果的に利用され得る。環状ペルチェ素子１４の高温側が、ハウジング４及び入射光学系９の方へ面するという対策が更に行われる。結果は、入射光学系９が加熱され、その結果、凝縮体が堆積され得ないということである。ハウジング４に対する、検出器５、中間要素１２、及び環状ペルチェ素子１４間の残りのキャビティは、熱及び電気絶縁シール材（例えばシリコン）で満たされる。入射光学系９と光電陰極８との間の領域は、乾性ガスで満たされる。

図２は、本発明による検出装置の別の例示的な実施形態を示す。図１の例示的な実施形態と同様に、図２は、光２を受信し且つ電気信号を電気出力部３で利用可能にするように構成される検出装置１を示す。検出装置１は、図１に示されるものと異なって構成された検出器５が配置されるハウジング４を含む。

検出器５は、特定の実施形態において基板７上に配置される感光層７で構成される光センサを含む。この種の検出器は、例えば光電子増倍管（ＰＭＴ）とすることができる。この種のＰＭＴ検出器において、光子は、光電陰極８に当たり、その表面から、外部光電効果の結果として電子を放出する。これらの放出された光電子は、電界において加速され、ダイノードカスケード４０における更なる電極に当たる。

電気絶縁中間機構１８は、検出器５が、中間機構１８を介してハウジング４と熱伝導的に接触し、ハウジング４内の熱伝導方向が、検出される光２の光伝搬方向と反対であるような方法で設置される。

検出装置１は、受動冷却コンポーネントとして構成される冷却コンポーネント１１をハウジング４内に含む。冷却コンポーネント１１は、具体的には熱伝導性の電気絶縁中間要素１２として構成される。中間要素１２は、円環形状を有し、中間要素の中心軸は、検出される光２の光路と同軸に延びる。

検出装置１は、環状ペルチェ素子１４として構成される更なる冷却コンポーネント１３をハウジング４内に更に含む。環状ペルチェ素子１４は、環状中間要素１２と同軸に配置される。ここで同様に、ペルチェ素子及び中間要素１２は、必ずしも環状である必要はないが、しかしそれらは、好ましくは互いに同軸に配置されるべきである。ペルチェ素子及び／又は中間要素は、幾つかの部分で構成されることが可能である。

環状ペルチェ素子１４は、中間要素１２との熱伝導的に接触する。中間要素１２は、基板７と熱伝導的に接触する。

基板７及び光電陰極８を冷却するための冷却出力は、熱伝導性の電気絶縁中間要素１２を介して特に効果的に利用され得る。環状ペルチェ素子１４の高温側が、ハウジング４及び入射光学系９の方に面するという対策が更に行われる。結果は、入射光学系９が加熱され、その結果、凝縮体が堆積され得ないということである。ハウジング４に対する検出器５、中間要素１２、及び環状ペルチェ素子１４間の残りのキャビティは、熱及び電気絶縁シール材（例えばシリコン）で満たされる。入射光学系９と光電陰極８との間の領域は、乾性ガスで満たされる。

図３は、基本構成の点で、図１及び２に示されている検出装置に実質的に対応する本発明による検出装置の第３の例示的な実施形態を概略的に示す。しかしながら、熱伝導性の電気絶縁中間要素１２として構成される冷却コンポーネント１１は、検出される光２用の円錐通路を含む。更なる冷却コンポーネント１４は、（図１及び２に示されている実施形態と比較して）拡大された直径の通路を更に設けられる。ハウジング４の拡大入射窓９が、更に設置される。この実施形態は、開口数がかなり増加されるという特定の利点を有する。結果は、特に、斜めに入射する光さえが、光電陰極８として構成される光センサにとって障害なしに、移動できるということである。

特に、入射窓は、この例示的な光電陰極８において光センサよりかなり大きくなるように構成される。従って、光電陰極８から入射窓へ進む、冷却コンポーネント１１及び更なる冷却コンポーネント１３のはっきりした開口部の半径は、増加する。この追加的結果は、冷却コンポーネント１１（中間要素１２として構成された）と更なる冷却コンポーネント１４（即ちペルチェ素子１４）との間の接触域がかなり拡大され、これが、優れた放熱を特に保証するということである。

図３に示されている実施形態において、冷却コンポーネント１１と光センサ６の基板７との間の接触域もまた、冷却コンポーネント１１と更なる冷却コンポーネント１３との間の接触域より大きいが、しかし冷却コンポーネント１１は、検出器５の更なるコンポーネントとは直接接触していない。このために、特に、冷却コンポーネント１１外側輪郭もまた、円錐構成である。

ハウジングに対する追加的熱絶縁をもたらすために、冷却コンポーネント１１を囲む環状熱絶縁体１５が設けられる。

図４は、検出装置の本質的な構成の点で、図３に示されている実施形態に対応する本発明による検出装置の第４の例示的な実施形態を概略的に示す。漏れ電流強度を増加させるために、中間要素１２の光２用の通路は、周囲リブ構造１２ａを装備される。それによって、光センサ６から更なる冷却コンポーネント１３への漏れ経路は延長され、従って電気的フラッシュオーバのリスクは、かなり低減される。

図５は、本発明による検出装置における中間機構の例示的な実施形態を詳細に示す。この例示的な実施形態において、更なる冷却コンポーネント１３、即ちペルチェ素子１４のキャビティは、電気絶縁材料１６、例えばシリコンで満たされる。キャビティを電気絶縁材料１６で満たすことによって、意図しない電圧フラッシュオーバを効果的に回避することが可能になる。内部コンポーネント、例えばペルチェ素子１４の円柱又は平行六面体半導体素子１７の表面に沿ったスパークフラッシュオーバが、電気絶縁材料１６を用いた充填のおかげで効果的に抑制され得る。

更に、電気絶縁材料１６は、漏れ経路を延長するために、光２用の通路の外側面上及び領域中にリブが設けられる。

図６は、本発明による検出装置１の第５の例示的な実施形態を概略的に示す。

検出装置１は、検出器５が配置されるハウジング４を含む。検出器５は、透過構成において動作される、且つハウジング４より低い電位レベルである光電陰極８を、光センサ６として含む。光電陰極の下流には、アバランシェダイオード１０及び光電陰極間に位置する加速距離を通過した後の光放射の結果として放出された電子が達するアバランシェダイオード１０がある。

電気絶縁中間機構１８は、検出器５が、中間機構１８を介してハウジング４と熱伝導的に接触し、ハウジング４内の熱伝導方向が、検出される光２の光伝搬方向と反対であるような方法で設置される。

光放射方向から見て、光センサ６の直前に配置されるのは、透明基板、この場合には平面平行ガラスディスク１９、即ちホウケイ酸ガラスディスクである。ガラスディスク１９の前に配置されるのは、検出される光が光センサ６に達する前に通過する透明ガラスブロック２０である。

中間機構１８は、幾つかの環状冷却コンポーネントを含み、これらの環状冷却コンポーネントは、互いに同軸の積み重ね配置に配置され、且つこれらの環状冷却コンポーネントにはガラスブロック２０が配置される。平面平行ガラスディスク１９にすぐ隣接して配置されるのは、接着剤２２でガラスブロック２０に接合される受動冷却コンポーネント、即ち窒化アルミニウムリング２１である。接着剤２２は、高電圧強度を有するように構成され、且つ２０ＫＶ／ｍｍの絶縁破壊強度を有するエポキシ樹脂で作られるのが好ましい。

環状ペルチェ素子２３は、更なる冷却コンポーネントとして、窒化アルミニウムリング２１に隣接して設置される。熱伝導媒体、例えば銅リング２４が、環状ペルチェ素子２３とハウジング４との間に配置される。

検出器５と他方で中間機構１８との間、他方でハウジング４との間の空き空間が、シリコンで満たされるのが好ましい。

図７は、ガラスブロック２０の形状及び配置の点で図６に示されている実施形態と異なる、本発明による検出装置１の第６の例示的な実施形態を概略的に示す。透明基板、この場合にはガラスプレート１９が、（光放射方向から見て）光センサ６の直前に配置される。

図７に示されている実施形態において、ガラスブロック２０は、円錐台形構成であり、光センサ６の方に面した端部は、より小さな直径を有する。より大きな直径を有する端部は、検出装置１の入射窓を形成し、ハウジング４と同一平面で終了するのが好ましい。ガラスブロック２０は、その外側で周囲水分の凝縮が決して起こらないように、冷却素子の高温側に接続される。ガラスは、貧弱な熱導体である。しかしながら、幾らかの熱は、内部で伝達される。

ガラスプレート１９への熱入力を最小化するために、エアギャップ３５が、ガラスブロック２０とガラスプレート１９との間に存在する。このエアギャップは、更に、他の場合にはガラスプレート１９上への力の印加を引き起こす可能性がある製作公差を補償する働きをする。ガラスブロック２０は、検出器の内部における環境よりわずかに暖かい。エアギャップにもかかわらず、少しの熱エネルギが、エアギャップの方に面するガラスプレート１９の表面に伝達される。従って、ガラスプレート１９は、中心においてエッジよりわずかに暖かく、且つまた冷却コンポーネント１１より暖かい。従って、どんな残留水分も、冷却コンポーネント１１上に又はガラスプレート１９のエッジに堆積されることになる。従って、中心及び従ってガラスプレート１９を通る光路は、凝縮問題に影響されないままである。

エアギャップ３５又は残りの空き容積２５における残留水分の結果としての凝縮問題を回避するために、それらは、乾性ガス又は透明な電気及び熱絶縁媒体（例えばシリコンオイル）で満たすことができる。この媒体はまた、それが、例えば空気からガラスへの（逆も同様である）屈折率の不連続性を低減し、且つ従って光損失を低減するように同時に構成することができる。従って、それは、液浸媒体の機能を呈することになろう。

図７に示されている実施形態において、ガラスブロック２０は、耐フラッシュオーバ接着剤２２で銅リングに接合される。

図８は、本発明による検出装置１の第５の例示的な実施形態における構成の概略分解図である。

検出装置１は、検出器５が配置されるハウジング４を含む。検出器５は、透過構成において動作される、且つハウジング４より低い電位レベルである光電陰極８を、光センサ６として含む。光電陰極の下流には、アバランシェダイオード１０及び光電陰極間に位置する加速距離を通過した後の光放射の結果として放出された電子が達するアバランシェダイオード１０がある。

電気絶縁中間機構１８は、検出器５が、中間機構１８を介してハウジング４と熱伝導的に接触し、ハウジング４内の熱伝導方向が、検出される光２の光伝搬方向と反対であるような方法で設置される。

検出器５は、検出される光用の入射開口部２６の方に向けられた、且つ中間機構１８の周方向溝２８に係合する周方向突部２７を含む。溝２８は、溝がミリングされる窒化アルミニウムリング２１と、窒化アルミニウムリング２１に接着接合される、且つ検出される光が通過するガラスブロック２０との間に配置される。

環状ペルチェ素子２３は、更なる冷却コンポーネントとして、窒化アルミニウムリング２１に隣接して設置される。ペルチェ素子２３に隣接して配置されるのは、熱伝導要素、例えば銅リング２４であり、その外径は、ペルチェ素子２３の外径より大きい。可撓性熱伝導材料、例えばゴム材料で作製された弾性リング２９が、シーリング用に銅リング２４とハウジング４との間に配置される。

電気検出信号は、コネクタプラグ３０を介して出力される。

図９は、本発明による検出装置の第６の例示的な実施形態の構成における概略分解図、及び第９の例示的な実施形態の詳細図であり、それは、ガラスブロックが、窒化アルミニウムリング２１にではなく、代わりに銅リング２４に接着剤２２で接合されるという点で、図８に示されている例示的な実施形態と異なる。異なる熱伝導要素２４もまた、銅リングの代わりに使用することができる。例えば、要素２４は、窒化アルミニウムリング又は別の金属リングとすることが可能である。

図１０は、本発明による検出装置の第７の例示的な実施形態を概略的に示すが、この実施形態は、検出器５が、（例えば図２に示されている例示的な実施形態におけるように）ＰＭＴ検出器であるという点で、図６に示されている例示的な実施形態とは異なる。

図１１は、第７の例示的な実施形態の構成における概略分解図であり、この実施形態は、検出器５が、（例えば図２に示されている例示的な実施形態におけるように）ＰＭＴ検出器であるという点で、図８に示されている例示的な実施形態と異なる。

図１２は、本発明による検出装置の第８の例示的な実施形態を概略的に示すが、この実施形態は、検出器５が、（例えば図２に示されている例示的な実施形態におけるように）ＰＭＴ検出器であるという点で、図７に示されている例示的な実施形態と異なる。

図１３は、第８の例示的な実施形態の構成における概略分解図であり、この実施形態は、検出器５が、（例えば図２に示されている例示的な実施形態におけるように）ＰＭＴ検出器であるという点で、図９に示されている例示的な実施形態と異なる。ガラスブロック２０は、図１１におけるように窒化アルミニウムリング２１ではなく、銅リング２４に接着接合される。異なる熱伝導要素２４もまた、銅リングの代わりに使用することができる。例えば、要素２４は、窒化アルミニウムリング又は別の金属リングとすることが可能である。

１ 検出装置
２ 検出される光
３ 電気出力部
４ ハウジング
５ 検出器
６ 光センサ
７ 基板
８ 光電陰極
９ 入射光学系
１０ アバランシェダイオード
１１ 冷却コンポーネント
１２ 中間要素
１２ａ リブ構造
１３ 更なる冷却コンポーネント
１４ ペルチェ素子
１５ 熱絶縁体
１６ 電気絶縁材料
１７ 半導体素子
１８ 中間機構
１９ ガラスプレート；ガラスディスク
２０ ガラスブロック
２１ 電気絶縁熱伝導要素；窒化アルミニウムリング
２２ 接着剤
２３ ペルチェ素子
２４ 熱伝導要素；銅リング
２５ 残りの容積
２６ 入射開口部
２７ 突部
２８ 溝
２９ 弾性熱伝導リング
３０ コネクタプラグ
３５ エアギャップ
４０ ダイノードカスケード

Claims (24)

1. 受光し且つ電気信号を生成するように構成されている検出装置にして、ハウジングと該ハウジングに配置される検出器とを有する検出装置であって、前記検出器が、受光し且つ電子を放出するように構成されている光センサを備え、
   前記光センサが、前記ハウジングより低い電位レベルであり、前記検出器が、電気絶縁中間機構を介して前記ハウジングと熱伝導的に接触し、前記ハウジング内の熱伝導方向が、検出される光の光伝搬方向と反対である、検出装置。
2. ａ．前記光センサによって放出される電子が、もっぱら１つの単一加速ステージによって前記検出器内にて自由飛行方式で加速距離にわたって加速され、又は
   ｂ．前記光センサによって放出される電子が、１５００Ｖ超、特に２０００Ｖ超、特に４０００Ｖ超、特に６０００Ｖ超、特に約８０００Ｖの加速電圧で、もっぱら１つの単一加速ステージによって前記検出器内にて自由飛行方式で加速距離にわたって加速され、又は
   ｃ．感光媒体から放出される電子が、複数の加速ステージにより倍増され、次に、そこから結果として生じる電流が測定される、請求項１に記載の検出装置。
3. 前記加速ステージが、その下流に、自らの降伏電圧未満で動作されるアバランシェダイオードを有する、請求項２に記載の検出装置。
4. 前記中間機構が、高電圧強度及び絶縁破壊強度を有するように構成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の検出装置。
5. 前記光センサと前記ハウジングとの間の電位差が、１５００Ｖ超、特に２０００Ｖ超、特に４０００Ｖ超、特に６０００Ｖ超、特に約８０００Ｖである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の検出装置。
6. 前記中間機構が、前記光センサの光センサ平面と、前記ハウジングの入射開口部平面との間に配置され、その開口部平面に、検出される光のための入射開口部が存在する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の検出装置。
7. ａ．前記検出器が、専用の検出器ハウジングを備え、前記中間機構が、前記ハウジングと前記検出器ハウジングとの間に配置され、及び／又は
   ｂ．前記中間機構及び前記検出器ハウジングが、互いに機械的に係合し、及び／又は
   ｃ．前記検出器が、前記中間機構又は前記中間機構のコンポーネントの周方向溝に係合する周方向突部を有する専用の検出器ハウジングを備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の検出装置。
8. 検出される光用に光路が画定され、その光路が、前記中間機構を通って延在するか又は中間機構を通り越して延在する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の検出装置。
9. ａ．検出される光用の前記光路が、前記ハウジング内にて、ガラス、特にガラスブロック、特に石英ガラスを特に完全に通って延在し、及び／又は
   ｂ．前記中間機構が、特に石英ガラスで作製された少なくとも１つのガラスブロックを備え、それを通って、検出される光用の前記光路が延在する、請求項８に記載の検出装置。
10. 前記光路が、製作公差を補償するように働く、及び／又は熱絶縁要素として働くギャップによって中断される、請求項８又は９に記載の検出装置。
11. 前記ギャップが、媒体、特にガス、及び／又は透明な熱及び電気絶縁液体、及び／又は透明で可撓性の熱絶縁固体で満たされている、請求項１０に記載の検出装置。
12. 前記中間機構が、前記光センサの光入射側で、前記光センサ及び／又は前記光センサを担持する基板と直接接触する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の検出装置。
13. ａ．前記中間機構が、層方式で積み重ねられる複数の冷却コンポーネントを備え、及び／又は
    ｂ．前記中間機構が、層方式で積み重ねられる複数の環状冷却コンポーネントを備え、及び／又は
    ｃ．前記中間機構は、層方式で積み重ねられる複数の冷却コンポーネントを備え、その積み重ね方向が、熱輸送方向と平行に延在し、及び／又は
    ｄ．前記中間機構が、層方式で積み重ねられる複数の環状冷却コンポーネントを備え、これら環状冷却コンポーネントが、検出される光用の前記光路が通って延在する、特に石英ガラスで作製されたガラスブロックを囲み、及び／又は
    ｅ．前記中間機構が、熱的に直列に配置される複数の冷却コンポーネントを備える、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の検出装置。
14. ａ．前記冷却コンポーネントの少なくとも１つが、熱伝導性の電気絶縁中間要素として構成され、及び／又は
    ｂ．前記冷却コンポーネントの少なくとも１つが、熱流束が生じる受動冷却コンポーネントとして構成され、及び／又は
    ｃ．前記冷却コンポーネントの少なくとも１つが、可撓性熱伝導材料で作製される、請求項１３に記載の検出装置。
15. 前記冷却コンポーネントの少なくとも１つが、能動冷却コンポーネントとして、特にペルチェ素子として、ヒートポンプとして、又はヒートパイプとして構成される、請求項１３又は１４に記載の検出装置。
16. 前記冷却コンポーネントの少なくとも１つが電気絶縁熱伝導材料で、特に窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、ダイヤモンド、人造ダイヤモンド、熱伝導ゴム、又はこれらの材料の組み合わせで、少なくとも部分的に作製される、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の検出装置。
17. ａ．前記冷却コンポーネントの少なくとも１つが、電気絶縁体及び熱導体の両方であり、及び／又は
    ｂ．前記冷却コンポーネントの少なくとも１つが、複合材料で少なくとも部分的に作製され、及び／又は
    ｃ．前記冷却コンポーネントの少なくとも１つが、電気絶縁体、特に電気絶縁膜、例えばプラスチック膜によって少なくとも部分的に囲まれた熱伝導材料、例えばアルミニウムで作製されたコアを備え、及び／又は
    ｄ． 前記冷却コンポーネントの少なくとも１つが、熱伝導方向の観点からコアより薄い電気絶縁体によって少なくとも部分的に囲まれた熱伝導材料、特にアルミニウムで作製されたコアを備える、請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の検出装置（１）。
18. 前記中間機構、又は前記冷却コンポーネントの少なくとも１つが、１Ｗ／ｍＫより大きい、特に１０Ｗ／ｍＫより大きい、特に１００Ｗ／ｍＫより大きい、非常に特別に５００Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導率を有する、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の検出装置。
19. 前記中間機構、又は前記冷却コンポーネントの少なくとも１つが、１０^−７Ｓ／ｍより低い、特に１０^−８Ｓ／ｍより低い電気伝導率を有する、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の検出装置。
20. 前記中間機構、又は前記冷却コンポーネントの少なくとも１つが、外面における漏れ電流強度を増加させるために、迷路によって、及び／又はリブによって、及び／又は少なくとも１つの溝によって、及び／又は少なくとも１つの突部によって延長された漏れ経路を備える、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の検出装置。
21. ａ．前記中間機構のキャビティが、電気絶縁材料で満たされ、及び／又は
    ｂ．前記中間機構のキャビティが、電気及び熱絶縁材料で満たされ、及び／又は
    ｃ．前記冷却コンポーネント及び／又は前記更なる冷却コンポーネントが、熱電変換器として、特にペルチェ素子として構成され、そのキャビティが、電気絶縁材料で満たされ、及び／又は
    ｄ．前記冷却コンポーネントの少なくとも１つが、熱電変換器として、特にペルチェ素子として構成され、そのキャビティが、電気及び熱絶縁材料で満たされ、及び／又は
    ｅ．前記冷却コンポーネントの少なくとも１つが、熱電変換器として、特にペルチェ素子として構成され、そのキャビティが、エポキシ樹脂又はシリコンで満たされる、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の検出装置。
22. 前記ハウジングがガス密であり、及び／又は真空が前記ハウジングに存在する、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の検出装置。
23. 前記検出器及び／又は（特に活動中の）冷却コンポーネントの廃熱が、前記ハウジングの少なくとも１つの入射窓及び／又は前記ハウジングの１つの入射光学系を加熱するように、前記中間機構が配置されている、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の検出装置。
24. 請求項１〜２３のいずれか一項に記載の検出装置を少なくとも１つ有する光学装置、特に顕微鏡、走査顕微鏡、又は共焦点走査顕微鏡。

Images