JP2021143860A - 光検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】側管部と吸熱部との間の伝熱性と電気絶縁性とを両立することで、効率及び信頼性の高い光検出を行うことができる光検出器を提供する。【解決手段】光検出器１は、光透過性材料からなる入射窓部２３と、入射窓部２３を一端側に保持する金属製の側管部２４と、を備えた筐体２１内に光電面２７が収容された光電子増倍管（電子管）３と、光電子増倍管（電子管）３からの吸熱を行う吸熱部Ｅとを備え、吸熱部Ｅは、入射窓部２３及び側管部２４を包囲し、入射窓部２３及び側管部２４に熱的に結合された伝熱部４と、伝熱部４に熱的に結合され、伝熱部４を冷却する冷却部５と、を備え、伝熱部４は、入射窓部２３に接触する入射窓部接触面Ｆ１と、側管部２４に接触する電気絶縁性の側管部接触面Ｆ２とを有している。【選択図】図３

Description

本開示は、光検出器に関する。

従来の光検出器として、筐体内に光電面を備えた電子管を収容してなる光検出器がある。このタイプの光検出器では、電子管の光検出時のノイズの低減を目的として、筐体内に光電面の冷却機能を設けた構成のものがある。例えば特許文献１に記載の光検出器では、光電管を固定するための支持片を有する伝熱性の支持部材に電子冷却素子が結合された吸熱部によって光電管の光電面が冷却されている。より詳細には、電子冷却素子の吸熱側が支持突片に固定され、電子冷却素子の放熱側が筐体に固定されている。この光検出器では、電子冷却素子の吸熱作用により、吸熱側に固定された伝熱性の支持部材の支持片を介して、光電管の光電面が入射窓部側から冷却されるようになっている。

特開２００４−１６３２７２号公報

電子管の光電面の冷却を行う観点からは、入射窓部と吸熱部との熱的結合部をより大きくすることが好ましい。しかしながら、熱的結合部を大きくする場合、吸熱部によって入射窓部への光入射が遮られ易くなるため、所望の入射光量を得ようとする結果、十分な大きさの熱的結合部を構成できない場合がある。

このような課題に対し、上記特許文献１のように入射窓部以外の筐体部分においても吸熱部との熱的結合部を設けることが考えられる。この場合の一例としては、入射窓部を一端側に保持する側管部に吸熱部との熱的結合部を設けることが考えられる。側管部の伝熱性を向上させるためには、側管部を構成する部材を熱伝導性の良い材料で構成するのが好ましく、特に金属製の側管部を用いるのが好ましい。

一方、金属製の側管部を用いた場合、光電面に対する電圧の印加方式によっては側管部にも高電圧が印加される場合がある。例えば電子管の陽極側を接地電位とし、光電面側を負の高電位とする陽極接地の印加方式では、光電面に印加された高電圧と同電位（例えば−１ｋＶ程度）が側管部に印加される場合があり、側管部と吸熱部との間には十分な電気絶縁性が求められる。したがって、光電面への入射光量を十分に確保することで光検出の効率を高めつつ、光電面の冷却特性を向上してノイズを低減することで光検出の信頼性を高めるためには、側管部と吸熱部との間の伝熱性と電気絶縁性とを両立する必要があった。

本開示は、上記課題の解決のためになされたものであり、側管部と吸熱部との間の伝熱性と電気絶縁性とを両立することで、効率及び信頼性の高い光検出を行うことができる光検出器を提供することを目的とする。

本開示の一側面に係る光検出器は、光透過性材料からなる入射窓部と、入射窓部を一端側に保持する金属製の側管部と、を備えた筐体内に光電面が収容された電子管と、電子管からの吸熱を行う吸熱部とを備え、吸熱部は、入射窓部及び側管部を包囲し、入射窓部及び側管部に熱的に結合された伝熱部と、伝熱部に熱的に結合され、伝熱部を冷却する冷却部と、を備え、伝熱部は、入射窓部に接触する入射窓部接触面と、側管部に接触する電気絶縁性の側管部接触面とを有している。

この光検出器では、電子管の入射窓部及び金属製の側管部を包囲するように伝熱部が設けられ、伝熱部は、入射窓部に接触する入射窓部接触面と、側管部に接触する電気絶縁性の側管部接触面とを有している。伝熱部が入射窓部に加え、伝熱性の高い金属製の側管部に熱的に結合されることにより、光電面に対する冷却をより効率良く行うことができる。また、この光検出器では、伝熱部の側管部接触面が電気絶縁性を有している。このため、側管部に電圧が印加されるような場合であっても、電気的に安定な状態で側管部と伝熱部とを熱的に結合することができる。側管部と吸熱部との間の伝熱性と電気絶縁性とを両立することで、効率及び信頼性の高い光検出を行うことができる。

伝熱部は、入射窓部及び側管部を包囲する形状をなす本体部と、入射窓部接触面及び側管部接触面を画成する中間部材とによって構成されていてもよい。この場合、伝熱性に優れた本体部とは別に、熱的な結合に優れた接触面を備えた部材を中間部材として選択することができる。したがって、伝熱部と筐体との間の伝熱効率を十分に高められる。

側管部は、一端側の角部から延在し、入射窓部が設けられるフランジ部を有し、中間部材は、角部を包囲するように設けられていてもよい。この場合、金属製の側管部の角部を中間部材で包囲することにより、伝熱部の本体部と角部との間の放電を抑制できる。

本体部において、中間部材と接触する面は、電気絶縁性を備えていてもよい。これにより、伝熱部の本体部と筐体の入射窓部及び側管部との間の電気絶縁性を一層十分に確保できる。

本体部は、電気絶縁性を有する材料によって形成されていてもよい。これにより、本体部と筐体の入射窓部及び側管部との間の電気絶縁性を一層十分に確保できる。

中間部材は、大気よりも大きな熱伝導性及び電気絶縁性を備え、本体部よりも厚さの薄いシート状部材によって形成されていてもよい。中間部材として上記シート状部材を用いることにより、伝熱性及び電気絶縁性を両立しつつ、本体部、入射窓部、及び側管部の表面形状に中間部材の形状を追従させることができる。したがって、伝熱部の本体部と筐体の入射窓部及び側管部とを中間部材によって高い密着性をもって結合できる。

中間部材は、入射窓部接触面を画成する第１の中間部材と、側管部接触面を画成する第２の中間部材とによって構成されていてもよい。この場合、入射窓部及び側管部の表面形状に応じた形状で第１の中間部材及び第２の中間部材を組み合わせることにより、伝熱部の本体部と筐体の入射窓部及び側管部とを中間部材によって高い密着性をもって結合することが容易となる。

第１の中間部材と第２の中間部材とは、互いに接触していてもよい。これにより、伝熱部の本体部と筐体の入射窓部及び側管部との間の伝熱性及び電気絶縁性を一層十分に確保できる。

第２の中間部材は、本体部よりも側管部の他端側にまで延在していてもよい。この場合、側管部接触面が側管部の他端側にまで拡張されるため、側管部と本体部との電気絶縁性を一層十分に確保できる。

入射窓部接触面は、電気絶縁性を有していてもよい。この場合、入射窓部と伝熱部とを熱的に結合しつつ、電気的に一層安定な状態とすることができる。

本開示によれば、側管部と吸熱部との間の伝熱性と電気絶縁性とを両立することで、効率及び信頼性の高い光検出を行うことができる。

本開示の一実施形態に係る光検出器を示す断面図である。 光電子増倍管の内部構成の一例を示す断面図である。 伝熱部の構成を示す分解斜視図である。 伝熱部周りの構成を示す要部拡大断面図である。 光検出器の評価試験結果を示す図である。 光検出器の評価試験結果を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の一側面に係る光検出器の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本開示の一実施形態に係る光検出器１を示す断面図である。図１に示す光検出器１は、例えば近赤外域の微弱光の検出に用いられる検出器である。光検出器１の用途としては、例えば卓上型ＰＯＣＴ（Point-of-care testing）、マイクロプレートリーダ、環境計測装置、血液検査装置などが挙げられる。

図１に示すように、光検出器１は、ケース２を備えている。ケース２は、例えば鋼板などの金属材料によって略直方体形状に形成されている。ケース２は、底面部２ａ、及び長手方向の一端側に位置する側面部２ｂを含んで構成され、底面部２ａと対向する天面側は、開口した状態となっている。側面部２ｂには、入射光Ｌをケース２内に導入する開口部２ｃが設けられている。

ケース２内には、入射光Ｌを検出する光電子増倍管（電子管）３と、吸熱部Ｅが配置されている。吸熱部Ｅは、光電子増倍管３と熱的に結合された伝熱部４と、伝熱部４を冷却する冷却部５とを備えている。吸熱部Ｅでは、冷却部５が伝熱部４を介して光電子増倍管３の熱を吸熱することで、光電子増倍管３の冷却が行われる。光電子増倍管３、吸熱部Ｅ、及び後述する面板１３は、ケース２内に配置されたホルダ６によって保持されている。ホルダ６は、各構成を所定の位置に保持可能な硬度を持った絶縁性部材、例えばＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）樹脂によって形成されており、各構成の機械的な位置決めを行う。なお、ホルダ６は、保持する部材や配置される空間の形状等に合わせて、複数の部材に分割して構成してもよい。ホルダ６とケース２及び冷却部５等との間には、吸熱部Ｅによる光電子増倍管３の冷却効率を向上させるための断熱材７が配置されている。

冷却部５は、例えば電子冷却素子であるペルチェ素子８と、ペルチェ素子の駆動基板９とによって構成されており、放熱部であるヒートスプレッダ１０と熱的に結合している。ペルチェ素子８の吸熱面８ａは、伝熱部４と熱的に結合し、ペルチェ素子８の放熱面８ｂは、ヒートスプレッダ１０と熱的に結合している。ペルチェ素子の駆動基板９は、例えばケース２内の光電子増倍管３の後端側（開口部２ｃの反対側）において、断熱材７を介してヒートスプレッダ１０に隣接して配置されている。ヒートスプレッダ１０は、例えばケース２の天面側の開口部分を塞ぐように配置されている。ヒートスプレッダ１０は、ペルチェ素子８の放熱面から伝わる熱を装置外部に放出する。放熱部としては、ヒートスプレッダ１０に代えて、ヒートシンクやウォータージャケット等の他の冷却部材或いは放熱部材を備えていてもよい。伝熱部４については、後述する。

ケース２内において、開口部２ｃと光電子増倍管３との間には、開口部２ｃから入射した入射光Ｌを光電子増倍管３に導く導入部１２が設けられている。導入部１２は、開口部２ｃに嵌合するホルダ６の中央部分に設けられた断面円形の孔内に一対の透光性部材（例えばガラス等）からなる面板１３，１４を配置することによって形成されている。面板１３，１４の直径は、例えば光電子増倍管３の直径と略等しくなっている。面板１３、１４の少なくとも一方は、集光等の光学的作用を持つ光学部材（例えばレンズ）であってもよい。導入部１２には、結露防止の観点から、乾燥窒素等のガスが充填されている。つまり、導入部１２は、当該ガスが面板１３、１４によって封止された封止空間となっており、断熱作用も備えている。これらの断熱材７及び導入部１２によって、ケース２内の光電子増倍管３に対する断熱性の確保が図られている。

光電子増倍管３は、光電効果により生じた光電子を増幅することにより、高感度で入射光Ｌの検出を行う光検出器である。光電子増倍管３は、真空容器である略円筒形状の筐体２１内に光電面２７及び電子増倍部２２（図２参照）を収容して構成されている。筐体２１は、光透過性材料からなる入射窓部２３と、入射窓部２３を一端側に保持する金属製の側管部２４とを含んで構成されている。側管部２４の他端側からは、ステム２５（図２参照）に挿着された複数のステムピン２６が突出している。ステムピン２６のそれぞれは、基板１７に電気的に接続されるとともに、物理的にも固定されている。基板１７は、光電子増倍管３を駆動するための駆動基板１５，１５に電気的に接続されている。駆動基板１５に接続される信号線は、例えばケース２における側面部２ｂと反対側の側面部側から装置外部に引き出されている。駆動基板９，１５間、及び駆動基板１５，１５間には、絶縁性樹脂１６が充填され、これらの基板間の電気的な絶縁が保たれている。

図２は、光電子増倍管３の内部構成の一例を示す断面図である。同図に示すように、光電子増倍管３は、真空容器である筐体２１内に電子増倍部２２を収容することによって構成されている。筐体２１は、光透過性材料からなる入射窓部２３と、入射窓部２３を一端側に保持する金属製の側管部２４と、側管部２４の他端側を封止するステム２５とを備えている。ステム２５は、例えばセラミックなどの絶縁性材料によって構成されている。

入射窓部２３は、例えば石英ガラス等のガラス材料或いは、ＭｇＦ_２などの結晶材料によって円板状に形成され、導入部１２からケース２内に導入された入射光Ｌが外側面２３ｂに入射することで、入射光Ｌを光電子増倍管３内に入射させる。入射窓部２３は、側管部２４の一端側に内向きに設けられたフランジ部２４ａに気密に固定されている。光電面２７は、例えば赤外域まで感度のあるマルチアルカリ光電面であり、入射窓部２３の内側面２３ａに形成されている。

側管部２４は、例えばステンレスによって略円筒状に形成された筒状部材であって、主として電子増倍部２２を覆う第１の側管部２８と、主としてステム２５を覆う第２の側管部２９とを備えている。第１の側管部２８には、外向きのフランジ部２８ａが設けられ、第２の側管部２９には、フランジ部２８ａと同径の外向きのフランジ部２９ａが設けられている。これらのフランジ部２８ａ，２９ａ同士を気密に固定することで、第１の側管部２８と第２の側管部２９とが互いに強固に結合されている。

電子増倍部２２は、収束電極３０と、ダイノード３１と、アノード３２とを有している。収束電極３０は、光電面２７とダイノード３１との間に配置され、光電面２７から放出された電子をダイノード３１に収束させて導く平板状の電極である。ダイノード３１は、多数の電子増倍孔を有する薄板状の電極であり、入射窓部２３側からステム２５側にかけて複数段に配置されている。アノード３２は、電子増倍部２２によって増倍された電子を出力信号として取り出す平板状の電極である。アノード３２は、例えば最終段のダイノード３１の一つ手前の段に配置されている。

ステムピン２６を介して電子増倍部２２及びアノード３２に所定の電圧が印加されると、例えば光電面２７と収束電極３０とは同電位となり、ダイノード３１の各段は、入射窓部２３側からステム２５側に向かって徐々に高電位となる。この状態で入射窓部２３から光電面２７に入射光Ｌが入射すると、光電面２７において光（ｈν）が光電変換され、筐体２１内に光電子（−ｅ）が放出される。放出された光電子は、収束電極３０によって一段目のダイノード３１に収束された後、各段のダイノード３１にて順次二次電子増倍される。最終段のダイノード３１からは、二次電子群が放出される。二次電子群は、アノード３２に導かれ、アノード３２と接続されたステムピン（アノードピン）２６を介して外部に出力される。

続いて、上述した伝熱部４について詳細に説明する。

図３は、伝熱部４の構成を示す分解斜視図である。また、図４は、伝熱部４回りの構成を示す要部拡大断面図である。図４では、光電子増倍管３の筐体２１内の構成（電子増倍部２２等）については省略している。光電子増倍管３を例えば陽極接地で使用する場合、光電子増倍管３の側管部２４には、光電面２７と同電位の−１ｋＶ程度が印加される。このとき、伝熱部４は、ノイズ抑制の観点から接地電位とされるため、光電子増倍管３と伝熱部４との間には、電気的な絶縁を施す必要がある。

図３及び図４に示すように、伝熱部４は、本体部４１と、中間部材４２とを備えている。また、伝熱部４は、入射窓部２３に接触する電気絶縁性の入射窓部接触面Ｆ１と、側管部２４に接触する電気絶縁性の側管部接触面Ｆ２とを有している。本体部４１は、例えば銅やアルミニウムなどの熱伝導性に優れた材料によって形成され、光電子増倍管３の入射窓部２３及び側管部２４の一端側（入射窓部２３側）を包囲する形状をなしている。本実施形態では、本体部４１は、アルミニウムによって形成されている。

本体部４１の内周面には、図３に示すように、光電子増倍管３の入射窓部２３及び側管部２４の一端側が嵌合する円筒状の嵌合部４５と、嵌合部４５の外周面の一部から径方向に断面矩形に突出する突出部４６とが設けられている。嵌合部４５は、側管部２４の外径よりも僅かに大きい内径を有する側管部保持部４７と、側管部保持部４７の一端側において内側に延在するように突出するフランジ状に設けられた入射窓部保持部４８とを有している。入射窓部保持部４８の内径は、入射窓部２３の外径よりも小さくなっている。突出部４６の先端部分には、矩形の平坦部４９が形成されている。この平坦部４９は、冷却部５におけるペルチェ素子８の吸熱面８ａと当接している（図１参照）。すなわち、本体部４１は、平坦部４９を介して冷却部５と熱的に結合されている。

中間部材４２は、図３に示すように、円環状かつ平板状の第１の中間部材４３と、円筒状の第２の中間部材４４とによって構成されている。第１の中間部材４３及び第２の中間部材４４は、大気よりも大きな熱伝導性及び絶縁性を備え、側管部保持部４７よりも厚さの薄いシート状部材からなる。このシート状部材は、より具体的には、例えばＴＩＭ（Thermal Interface Material）と称される高伝熱性を有する材料からなり、その中においても特に電気絶縁性に優れた材料によって形成される放熱絶縁シートである。

また、第１の中間部材４３及び第２の中間部材４４を構成する材料は、光電子増倍管３の入射窓部２３、側管部２４（第１の側管部２８）、及び伝熱部４を構成する材料よりも硬度が小さい材料である。これにより、入射窓部２３及び側管部２４（第１の側管部２８）と伝熱部４との間に挟まれて押圧された場合に、第１の中間部材４３及び第２の中間部材４４が変形して圧縮されることで、入射窓部２３及び側管部２４（第１の側管部２８）と伝熱部４との間を高い密着性をもって結合（隙間無く埋める）させることができる。

図４に示すように、第１の中間部材４３の形状は、本体部４１における入射窓部保持部４８と同形状となっており、第１の中間部材４３の内径は、入射窓部保持部４８の内径と一致している。つまり、第１の中間部材４３の内端面４３ｃと入射窓部保持部４８の内端面４８ｃとは、略面一となっている。第１の中間部材４３は、入射窓部保持部４８の内側面４８ａに当接するように、本体部４１の側管部保持部４７内に挿入されている。

図４に示すように、第２の中間部材４４の外径は、第１の中間部材４３の外径と略一致しており、第２の中間部材４４の内径は、側管部２４及び入射窓部２３の外径と略一致している。第２の中間部材４４は、外周面４４ｂが本体部４１における側管部保持部４７の内周面４７ａに当接し、内周面４４ａが第１の側管部２８の外周面２８ｂ及び入射窓部２３の周端面２３ｃに当接し、一端側の端面４４ｃが第１の中間部材４３の内側面４３ａの外周縁部に当接するように、本体部４１の側管部保持部４７内に挿入されている。また、第２の中間部材４４の長手方向の長さは、側管部保持部４７の長手方向の長さより大きく、かつ第１の側管部２８の長手方向の長さより小さくなっている。これにより、他端側の端部４４ｄが側管部保持部４７から露出している。

したがって、第２の中間部材４４の一端側の端面４４ｃを側管部保持部４７内で第１の中間部材４３の内側面４３ａの外周縁部に当接させた状態において、第２の中間部材４４の他端側の端部４４ｄは、本体部４１における側管部保持部４７よりも側管部２４の他端側にまで延在し、張り出している。他の構成の配置を阻害しない限り、第２の中間部材４４の他端側の端部４４ｄの張り出し長さに特に制限はない。第２の中間部材４４の他端側の端部４４ｄは、側管部２４の側面視において、光電子増倍管３の内部におけるダイノード３１と重なる位置に相当する位置まで延びていてもよく、第１の側管部２８のフランジ部２８ａ（図２参照）に隣接する位置まで延びていてもよい。

第１の中間部材４３及び第２の中間部材４４の作製手法に特に制限はないが、円環状かつ平板状の第１の中間部材４３は、例えば上述した放熱絶縁シートの打ち抜き加工によって形成できる。また、円筒状の第２の中間部材４４は、例えば帯状（例えば矩形状）の放熱絶縁シートを円筒状に丸め、当該放熱絶縁シートの互いに対向する２つの辺部同士を結合することによって形成できる。辺部同士の結合にあたっては、当該辺部同士を重ね合わせて圧着してもよい。この場合、重ね合わせ部分の放熱絶縁シートの厚さを他の部分の厚さよりも小さくする（例えば半分とする）ことにより、第２の中間部材４４の厚さを全体に渡って均一化できる。

光電子増倍管３の光電面２７と伝熱部４との熱的な結合にあたっては、図４に示すように、側管部保持部４７内の第１の中間部材４３の内側面４３ａに入射窓部２３の外側面２３ｂが当接しており、側管部保持部４７内の第２の中間部材４４の内周面４４ａに第１の側管部２８の外周面２８ｂが当接している。このような構成により、伝熱部４では、第１の中間部材４３によって内側面４３ａと外側面２３ｂとの当接界面に入射窓部接触面Ｆ１が画成され、第２の中間部材４４によって内周面４４ａと外周面２８ｂとの当接界面に側管部接触面Ｆ２が画成されている。側管部保持部４７内は、側管部２４の一端側の角部Ｒから延在し、入射窓部２３が設けられるフランジ部２４ａを有し、中間部材４２は、角部Ｒを包囲するように設けられている。図４の例では、第１の中間部材４３の外周縁部と第２の中間部材４４の一端側の端面４４ｃとの当接部分の近傍が、角部Ｒを包囲する部分となっている。

中間部材４２によって入射窓部接触面Ｆ１及び側管部接触面Ｆ２を画成するにあたって、本体部４１における中間部材４２との接触面は、電気絶縁性を備えている。この接触面には、例えば電気絶縁処理が施されている。電気絶縁処理としては、本体部４１がアルミニウムで形成されている場合には、例えばアルマイト処理が挙げられる。本実施形態では、本体部４１において、第１の中間部材４３が当接する入射窓部保持部４８の内側面４８ａ、及び第２の中間部材４４が当接する側管部保持部４７の内周面４７ａにそれぞれアルマイト処理が施されている。

本実施形態では、熱伝導性に優れたアルミニウムで本体部４１が形成され、熱伝導性及び電気絶縁性を有する中間部材４２が本体部４１と側管部２４との間に配置され、本体部４１において中間部材４２と接触する入射窓部保持部４８の内側面４８ａ及び側管部保持部４７の内周面４７ａには電気絶縁処理が施されている。これにより、光電子増倍管３の側管部２４と伝熱部４との間は、優れた熱導電性を有すると共に、１５００Ｖの高電圧下においても１０＾１０Ω以上の高い電気絶縁性が保たれることとなる。

以上説明したように、光検出器１では、光電子増倍管３の入射窓部２３及び金属製の側管部２４を包囲するように伝熱部４が設けられ、伝熱部４は、入射窓部２３に接触する入射窓部接触面Ｆ１と、側管部２４に接触する電気絶縁性の側管部接触面Ｆ２とを有している。伝熱部４が入射窓部２３に加え、伝熱性の高い金属製の側管部２４に熱的に結合されることにより、光電面２７に対する冷却をより効率良く行うことができる。また、この光検出器１では、伝熱部４の入射窓部接触面Ｆ１及び側管部接触面Ｆ２が電気絶縁性を有している。このため、側管部２４に電圧が印加されるような場合であっても、電気的に安定な状態で側管部２４と伝熱部４とを熱的に結合することができる。側管部２４と吸熱部Ｅとの間の伝熱性と電気絶縁性とを両立することで、効率及び信頼性の高い光検出を行うことができる。

本実施形態では、伝熱部４は、入射窓部２３及び側管部２４を包囲する形状をなす本体部４１と、入射窓部接触面Ｆ１及び側管部接触面Ｆ２を画成する中間部材４２とによって構成されている。この場合、伝熱性に優れた本体部４１とは別に、熱的な結合に優れた接触面を備えた部材を中間部材４２として選択することができる。したがって、伝熱部４と筐体２１との間の伝熱効率を十分に高められる。

本実施形態では、側管部２４は、一端側の角部Ｒから延在し、入射窓部２３が設けられるフランジ部２４ａを有し、中間部材４２は、角部Ｒを包囲するように設けられている。金属製の側管部２４の角部Ｒを中間部材４２で包囲することにより、伝熱部４の本体部４１と角部Ｒとの間の放電を抑制できる。

本実施形態では、本体部４１において、中間部材４２と接触する面は、電気絶縁性を備えている。これにより、伝熱部４の本体部４１と筐体２１の入射窓部２３及び側管部２４との間の電気絶縁性を一層十分に確保できる。

本実施形態では、本体部４１は、電気絶縁性を有する材料によって形成されている。これにより、本体部４１と筐体２１の入射窓部２３及び側管部２４との間の電気絶縁性を一層十分に確保できる。

本実施形態では、中間部材４２は、大気よりも大きな熱伝導性及び電気絶縁性を備え、本体部４１よりも厚さの薄いシート状部材によって形成されている。中間部材４２として上記シート状部材を用いることにより、伝熱性及び電気絶縁性を両立しつつ、本体部４１、入射窓部２３、及び側管部２４の表面形状に中間部材４２の形状を追従させることができる。したがって、伝熱部４の本体部４１と筐体２１の入射窓部２３及び側管部２４とを中間部材４２によって高い密着性をもって結合できる。

本実施形態では、中間部材４２は、入射窓部接触面Ｆ１を画成する第１の中間部材４３と、側管部接触面Ｆ２を画成する第２の中間部材４４とによって構成されている。この場合、入射窓部２３及び側管部２４の表面形状に応じた形状で第１の中間部材４３及び第２の中間部材４４を組み合わせることにより、伝熱部４の本体部４１と筐体２１の入射窓部２３及び側管部２４とを中間部材４２によって高い密着性をもって結合することが容易となる。

本実施形態では、第１の中間部材４３と第２の中間部材４４とは、互いに接触している。これにより、伝熱部４の本体部４１と筐体２１の入射窓部２３及び側管部２４との間の伝熱性及び電気絶縁性を一層十分に確保できる。

本実施形態では、第２の中間部材４４は、本体部４１よりも側管部２４の他端側にまで延在している。この場合、側管部接触面Ｆ２が側管部２４の他端側にまで拡張されるため、側管部２４と本体部４１との電気絶縁性を一層十分に確保できる。

本実施形態では、入射窓部接触面Ｆ１は、電気絶縁性を有している。この場合、入射窓部２３と伝熱部４とを熱的に結合しつつ、電気的に一層安定な状態とすることができる。

図５及び図６は、上述した構成を有する光検出器の評価試験結果を示す図である。本評価試験は、光検出器を作動させた際の、ダークカウント及び光電子増倍管の温度の時間変化を計測したものである。冷却部を構成するペルチェ素子は、４．０Ａの定電流により駆動させた。図５では、横軸に経過時間（ｓｅｃ）を示し、縦軸右に温度（℃）を示し、縦軸左にダークカウント（ｃｐｓ）を示している。図５中のグラフＡは、光電子増倍管の温度、グラフＢは、ダークカウント、グラフＣは、室温である。ここでは、室温は、約２６℃であった。

図５及び図６に示すように、この光検出器において、冷却部による光電子増倍管の到達温度は、−２７．４℃であり、室温に対して５３．４℃低下した。また、光電子増倍管の温度が初期値から５０℃下がるまでのΔ５０℃立ち上がり時間は、１０５秒であった。このことから、本開示の伝熱部を介した光電子増倍管の冷却機構により、電子管の冷却到達温度の向上及び冷却立ち上がり時間の短縮を実現でき、優れた冷却性能を発揮していることが確認できた。また、室温時に平均９４００ｃｐｓであったダークカウントは、冷却時に平均２ｃｐｓまで減少した。したがって、冷却機構によって光電子増倍管のダークカウントが１／１０００程度に改善され、高いＳ／Ｎ比による高精度な光検出を実現できることを確認できた。

本開示は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、第２の中間部材４４の外径は、第１の中間部材４３の外径と一致し、第２の中間部材４４は、第２の中間部材４４の一端側の端面４４ｃにおいて、第１の中間部材４３の内側面４３ａの外周縁部に当接するように、本体部４１の側管部保持部４７内に挿入されているが、第２の中間部材４４の内径を、第１の中間部材４３の外径に一致させ、第２の中間部材４４の一端側に第１の中間部材４３が嵌合していてもよい。つまり、第２の中間部材４４は、端面４４ｃが入射窓部保持部４８の内側面４８ａに当接するまで延在し、第１の中間部材４３の外端面４３ｄと第２の中間部材４４の内周面４４ａとが当接していてもよい。

また、上記実施形態では、本体部４１において、第１の中間部材４３及び第２の中間部材４４との接触する面に、電気絶縁処理が施されているが、電気絶縁処理は必ずしも施されていなくてもよい。また、上記実施形態では、第１の中間部材４３及び第２の中間部材４４によって中間部材４２を構成しているが、第１の中間部材４３と第２の中間部材４４とを一体化させた形状の中間部材を用いてもよい。中間部材４２は、シート形状以外の放熱絶縁部材によって形成されていてもよい。また、本体部４１自体がセラミックなどの電気絶縁性を有する材料によって形成されていてもよい。この場合、中間部材４２は必ずしも電気絶縁性を有している必要はなく、伝熱性の向上を主目的とした材料を選択することができる。さらに、中間部材４２を省略し、入射窓部保持部４８の内側面４８ａを入射窓部接触面Ｆ１とし、側管部保持部４７の内周面４７ａを側管部接触面Ｆ２としてもよい。

１…光検出器、３…光電子増倍管（電子管）、４…伝熱部（吸熱部）、５…冷却部（吸熱部）、２１…筐体、２３…入射窓部、２４…側管部、２４ａ，２８ａ，２９ａ…フランジ部、２７…光電面、４１…本体部、４２…中間部材、４３…第１の中間部材、４４…第２の中間部材、Ｅ…吸熱部、Ｆ１…入射窓部接触面、Ｆ２…側管部接触面、Ｒ…角部。

Claims (10)

1. 光透過性材料からなる入射窓部と、前記入射窓部を一端側に保持する金属製の側管部と、を備えた筐体内に光電面が収容された電子管と、
   前記電子管からの吸熱を行う吸熱部と、を備え、
   前記吸熱部は、前記入射窓部及び前記側管部を包囲し、前記入射窓部及び前記側管部に熱的に結合された伝熱部と、前記伝熱部に熱的に結合され、前記伝熱部を冷却する冷却部と、を備え、
   前記伝熱部は、前記入射窓部に接触する入射窓部接触面と、前記側管部に接触する電気絶縁性の側管部接触面とを有している光検出器。
2. 前記伝熱部は、前記入射窓部及び前記側管部を包囲する形状をなす本体部と、前記入射窓部接触面及び前記側管部接触面を画成する中間部材とによって構成されている請求項１記載の光検出器。
3. 前記側管部は、前記一端側の角部から延在し、前記入射窓部が設けられるフランジ部を有し、
   前記中間部材は、前記角部を包囲するように設けられている請求項２記載の光検出器。
4. 前記本体部において、前記中間部材と接触する面は、電気絶縁性を備える請求項２又は３記載の光検出器。
5. 前記本体部は、電気絶縁性を有する材料によって形成されている請求項２又は３記載の光検出器。
6. 前記中間部材は、大気よりも大きな熱伝導性及び電気絶縁性を備え、前記本体部よりも厚さの薄いシート状部材によって形成されている請求項２〜５のいずれか一項記載の光検出器。
7. 前記中間部材は、前記入射窓部接触面を画成する第１の中間部材と、前記側管部接触面を画成する第２の中間部材とによって構成されている請求項２〜６のいずれか一項記載の光検出器。
8. 前記第１の中間部材と前記第２の中間部材とは、互いに接触している請求項７記載の光検出器。
9. 前記第２の中間部材は、前記本体部よりも前記側管部の他端側にまで延在する請求項７又は８記載の光検出器。
10. 前記入射窓部接触面は、電気絶縁性を有している請求項１〜９のいずれか一項記載の光検出器。

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