JP3455588B2 - 冷却装置付き光電検出器及びその製造方法 - Google Patents

冷却装置付き光電検出器及びその製造方法

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JP3455588B2
JP3455588B2 JP14820094A JP14820094A JP3455588B2 JP 3455588 B2 JP3455588 B2 JP 3455588B2 JP 14820094 A JP14820094 A JP 14820094A JP 14820094 A JP14820094 A JP 14820094A JP 3455588 B2 JP3455588 B2 JP 3455588B2
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    • H01J7/00Details not provided for in the preceding groups and common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J7/24Cooling arrangements; Heating arrangements; Means for circulating gas or vapour within the discharge space
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J43/00Secondary-emission tubes; Electron-multiplier tubes
    • H01J43/04Electron multipliers
    • H01J43/06Electrode arrangements
    • H01J43/08Cathode arrangements

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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Manufacture Of Electron Tubes, Discharge Lamp Vessels, Lead-In Wires, And The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、冷却装置を具備したサ
イドオン型の反射型光電検出器及びその製造方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来から存在する冷却装置付き光電検出
器の一例として、特開昭49−106380号公報があ
る。この公報に開示された装置は、透明なガラスバルブ
内に検出器本体を備えている。この検出器本体は、ガラ
スバルブ及び格子電極を介して入射された光に応じて光
電変換部すなわち光電面で光電子を発生させ、この光電
子を複数段のダイノードにより増倍しながら、陽極で収
集する構成を有している。
【0003】更にこの装置は、光電変換部を密着させる
と共に電気的絶縁性及び熱伝導性を兼ね備えた基板を備
えている。この基板の先端は、ガラスバルブの頂部に配
設した金属板に直接的に取付けられ、この金属板にペル
チェ素子の低温側の低温板に直接的に固着されている。
そして、ペルチェ効果をもつペルチェ素子の高温側の高
温板には、放熱フィンを備えたヒートシンクが固定され
ている。なお、ペルチェ素子は、熱的に良導体をなす低
温板と高温板とを備え、これら板の間には、低温板から
高温板へ吸い上げられた熱を印加電圧により冷却する熱
電冷却部を有している。従って、冷却装置により、基板
を介して光電面を効率良く冷却し続けることができるの
で、光電面からの熱電子を発生し難くし、光電検出器の
性能を上げることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の冷却装置付き光
電検出器は、以上のように構成されていたため、次のよ
うな課題が存在していた。
【0005】すなわち、ガラスバルブの頂部に配設した
金属板に、基板の先端を直接的に取付けているので、検
出器本体と冷却装置との接合性及び装着性が悪くなり、
しかも検出器本体と冷却装置との組付作業性を困難にす
るといった課題があった。
【0006】本発明は、以上のような課題を解決するた
めになされたもので、特に、検出器本体と冷却装置との
接合性及び装着性を確実にした冷却装置付き光電検出
器、並びに検出器本体と冷却装置との組付作業性を良好
にする冷却装置付き光電検出器の製造方法を提供するこ
とを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明による冷却装置付
き光電検出器の製造方法は、透明なガラスバルブ内に配
設すると共に光入射に応じて光電子を発生させる光電変
換部と、光電変換部からの光電子を二次電子増倍させる
ダイノード及び増倍電子が入射される陽極を有する検出
器本体と、光電変換部を有すると共に検出器本体の頂部
から突出した基板と、ペルチェ素子及びヒートシンクを
有すると共に基板を介して光電変換部を冷却する冷却装
置とを備えた冷却装置付き光電検出器の製造方法におい
て、両端が開放されたガラスバルブの一端に熱伝導体を
固設する工程と、熱伝導体の内方面にコンタクト片を固
設する工程と、検出器本体をガラスバルブの他端から挿
入すると共に基板とコンタクト片とを接合させる工程と
を備えた方法である。
【0008】本発明による冷却装置付き光電検出器の製
造方法は、透明なガラスバルブ内に配設すると共に光入
射に応じて光電子を発生させる光電変換部と、光電変換
部からの光電子を二次電子増倍させるダイノード及び増
倍電子が入射される陽極を有する検出器本体と、光電変
換部を有すると共に検出器本体の頂部から突出した基板
と、ペルチェ素子及びヒートシンクを有すると共に基板
を介して光電変換部を冷却する冷却装置とを備えた冷却
装置付き光電検出器の製造方法において、両端が開放さ
れたガラスバルブの一端に、コンタクト片を有する熱伝
導体を固設する工程と、検出器本体をガラスバルブの他
端から挿入すると共に基板とコンタクト片とを接合させ
る工程とを備えた方法である。
【0009】本発明による冷却装置付き光電検出器は、
開放端を有する透明なガラスバルブ内に配設すると共に
光入射に応じて光電子を発生させる光電変換部と、光電
変換部からの光電子を二次電子増倍させるダイノード及
び増倍電子が入射される陽極を有する検出器本体と、ガ
ラスバルブの開放端を塞ぐ熱伝導体と、ガラスバルブ内
に配置した基板上に形成された光電変換部と、熱伝導体
に取り付けられると共に、基板を、滑り込ませて弾発的
に挟み込むコンタクト片と、熱伝導体に熱的に接続させ
た冷却装置とを備えた構成である。本発明による冷却装
置付き光電検出器は、透明なガラスバルブ内に配設する
と共に光入射に応じて光電子を発生させる光電変換部
と、光電変換部からの光電子を二次電子増倍させるダイ
ノード及び増倍電子が入射される陽極を有する検出器本
体と、光電変換部を有すると共に検出器本体の頂部から
突出した基板と、ペルチェ素子及びヒートシンクを有す
ると共に基板を介して光電変換部を冷却する冷却装置と
を備えた冷却装置付き光電検出器の製造方法において、
ペルチェ素子の低温板に当設させた熱伝導体と、この熱
伝導体に配設させると共にガラスバルブ内に突出させ且
つ基板に接合させたコンタクト片とを備えた構成であ
る。
【0010】
【作用】請求項1に係る本発明の冷却装置付き光電検出
器の製造方法においては、両端が開放されたガラスバル
ブの一端に熱伝導体を高周波加熱等により固設し、その
後、熱伝導体の内方面にコンタクト片を電子熔接等によ
り固設し、その後、検出器本体をガラスバルブの他端か
ら挿入しながら、基板とコンタクト片とを接合させるこ
とにより、コンタクト片を介して、熱伝導体と基板とを
熱的に導通させる。その後、ペルチェ素子及びヒートシ
ンクを有する冷却装置を熱伝導体の外方面に固設する。
【0011】請求項2に係る本発明の冷却装置付き光電
検出器の製造方法においては、両端が開放されたガラス
バルブの一端に、コンタクト片を有する熱伝導体を高周
波加熱等により固設し、その後、検出器本体をガラスバ
ルブの他端から挿入しながら、基板とコンタクト片とを
接合させることにより、コンタクト片を介して、熱伝導
体と基板とを熱的に導通させる。その後、ペルチェ素子
及びヒートシンクを有する冷却装置を熱伝導体の外方面
に固設する。
【0012】請求項3及び4に係る本発明の冷却装置付
き光電検出器においては、検出器本体に高電圧を印加す
る。その結果、光入射に応じて光電面から光電子が発生
し、この光電子が複数のダイノードによって順次増倍さ
れる。そして、光電変換部は、基板に接合されたコンタ
クト片を介して、冷却装置により冷却される。
【0013】
【実施例】以下、図面と共に本発明による冷却装置付き
光電検出器及びその製造方法の好適な実施例について詳
細に説明する。
【0014】図1及び図2において符号1で示すもの
は、円筒状の透明なガラスバルブであり、このガラスバ
ルブ1内には検出器本体2を備えている。この検出器本
体2は、ガラスバルブ1及び格子電極3を介して入射さ
れた光に応じて光電子を発生させる光電変換部4と、こ
の光電変換部4を表面に有し熱伝導性及び電気的導通性
の良い基板5と、光電変換部4すなわち光電面から放出
された光電子を順次増倍させる複数段のダイノード6
と、増倍された光電子を収集して出力信号として取り出
す陽極30と、格子電極3から陽極30までの間で高電
圧を順次印加する複数のピン端子7と、これらピン端子
7を固定するステム8と、ステム8を貫通させるように
配設したチューブ9とから主として構成されている。な
お、複数のピン端子7のうちで基板5に連結されるピン
端子7aは、極めて低い温度になるので、ピン端子7a
と基板5との間の結線Lの途中には、結露防止用のコイ
ルKが設けてある。なお、本実施例において、光電変換
部4はカソード板としての基板5上に蒸着された光電面
として説明するが、光電面(光電変換部)を表面に蒸着
形成したカソード板の一部又は全部をシ−ルド板に貼り
付けてもよく、この場合には、シールド板とカソード板
とが合体して基板5として作用する。
【0015】基板5は、第1及び第2絶縁体基板10,
11から突出すると共に、特に第1絶縁体基板10から
の突出量が多くなっている。基板5の頂部には幅広の接
合片5Aが形成され、この接合片5Aには、後述するコ
ンタクト部材12のコンタクト片13が接合されてい
る。このコンタクト片13は、後述する熱伝導体14の
一部を構成する導電板14aに固設され、基板5に向け
て突出させられている。図1及び図3に示すように、コ
ンタクト部材12は、バネ弾性を有するCuBe材から
なると共に板厚0.3mm、板幅5mm程度を有する第
1及び第2コンタクト片13A,13Bからなるコンタ
クト片13と、このコンタクト片13に電子熔接等によ
り固定するホルダー板15とから構成されている。
【0016】第1コンタクト片13Aは、ホルダー板1
5に固定される第1脚部13aと、この第1脚部13a
の一端から直角に延在する第1弾性部13bと、90°
の曲げ角度を有する第1折曲げ部13cを介して第1弾
性部13bから内方に延在する第2弾性部13dと、9
0°の曲げ角度を有する第2折曲げ部13eを介して第
2弾性部13dから内方に延在する第3弾性部13fと
を備えている。また、第2コンタクト片13Bは、ホル
ダー板15に固定される第2脚部13gと、この第2脚
部13gの一端から直角に延在する第4弾性部13h
と、90°の曲げ角度を有する第3折曲げ部13iを介
して第4弾性部13hから内方に延在する第5弾性部1
3jとを備えている。
【0017】ここで、第5弾性部13jの遊端は、第3
弾性部13fの遊端と重なるように係合している。従っ
て、第2弾性部13dと第2折曲げ部13eと第3弾性
部13fと第5弾性部13jとにより、基板5の接合片
5Aを収容する収容部Pが画成される。この収容部Pの
中央は、第3弾性部13fと第5弾性部13jとの重な
りにより、接合片5Aの板厚Hより狭くなっている。そ
こで、基板5の接合片5Aを、矢印A方向から収容部P
に挿入することによって、収容部Pは接合片5Aによっ
て押し広げられることになる。その結果、基板5の接合
片5Aは、第1コンタクト片13Aと第2コンタクト片
13Bとの協働により、収容部P内で弾発的に挟み込ま
れ、コンタクト片13と面接触することになる。従っ
て、検出器本体2をガラスバルブ1内に挿入する組立て
作業において、基板5と熱導電体14とを、コンタクト
片13を介してワンタッチで結合させることができる。
【0018】図1に示すように、熱伝導体14は、ガラ
スバルブ1の開放端を塞ぐように、ガラスバルブ1に対
し高周波加熱で融着されたコバール金属製の導電板14
aと、熱伝導性及び電気的絶縁性の良好な樹脂製接着剤
[好適にはRボンド(商品名)]16を介して接着され
たCu又はAl材からなる載置台14bとで構成されて
いる。ここで、ガラスバルブ1の頂部の外周面には、シ
リコンゴム製の円筒状リング17が装着され、このリン
グ17は、熱伝導体14を収容する形状になっている。
従って、このリング17を利用することにより、ガラス
バルブ1の頂部での結露を防止することができると共
に、製造工程の省力化を図ることができる。すなわち、
リング17を利用することにより、接着剤16の流出を
防止し、熱伝導体14の位置決めを確実ならしめること
ができる。
【0019】載置台14b上には、冷却装置21の一部
を構成するペルチェ素子18の低温側の低温板18aが
直接的に固着されている。そして、ペルチェ素子18の
高温側の高温板18bには、冷却装置21の一部を構成
する放熱フィン19aを備えたヒートシンク19が固定
されている。なお、ペルチェ素子18は、低温板18a
と高温板18bとの間に、低温板18aから高温板18
bへ吸い上げられた熱を印加電圧により冷却する熱電冷
却部18cを有している。また、ペルチェ素子18は、
一対のプラスチック製ねじ20によって載置台14bと
ヒートシンク19との間で挟持されている。これらねじ
20は、一端を載置台14bに穿設させると共に、他端
をヒートシンク19に固設させている。
【0020】次に、本発明の冷却装置付き光電検出器の
動作について説明する。
【0021】ピン端子7を介して、検出器本体2に高電
圧を印加する。その結果、光入射に応じて光電変換部4
すなわち光電面から光電子が発生し、この光電子が複数
のダイノード6によって順次増倍され、この増倍された
光電子は出力信号として陽極30で収集される。また、
光電変換部4すなわち光電面のもつ熱により、光電面か
ら不要な熱電子が放出されることになる。そこで、光電
変換部4のもつ熱は、基板5に接合されたコンタクト片
13を介して、ペルチェ素子18の低温板18aから高
温板18bに吸い上げられながら、ペルチェ効果により
冷却され続けることになるので、光電面からの熱電子の
発生を低減させることができる。
【0022】ここで、本発明の冷却装置付き光電検出器
の製造方法について説明する。
【0023】図4に示すように、先ず、両端が開放され
たガラスバルブ1の一端に、熱導電体14の一部をなす
導電板14aを高周波加熱により融着する。その後、導
電板14aの内方面14cに、コンタクト部材12のホ
ルダー板15を電気溶接で固定する。その後、ガラスバ
ルブ1の他端から検出器本体2を挿入しながら、基板5
の接合片5Aをコンタクト片13の収容部P内へ押し込
む。その結果、基板5の接合片5Aは、第1コンタクト
片13Aと第2コンタクト片13Bとの協働により、収
容部P内で弾発的に挟み込まれ、コンタクト片13と面
接触する。
【0024】その後、図5に示すように、ガラスバルブ
1とステム8とを酸素バーナ等で融着させる。その結
果、ガラスバルブ1は、導電板14aとステム8とで密
封されることになる。その後、チューブ9を介して、ガ
ラスバルブ1内を矢印B方向に真空引きしながら、最終
的にガラスバルブ1内を10-8torrにする。この
時、光電変換部4及びダイノ−ド6には、Sbが予め蒸
着されているので、適量のNa,K,Cs,Rbの少な
くとも一つを、チューブ9により送り込むことで、ガラ
スバルブ1内でアルカリ活性が行われる。その後、チュ
ーブ9の端部を塞ぎ、ガラスバルブ1を完全に密封す
る。
【0025】その後、シリコンゴム製のリング17をガ
ラスバルブ1に嵌め込みながら、リング17の爪部17
aを導電板14aに当設させる。その後、爪部17aと
導電板14aとで形成された空間部17bに、熱伝導性
及び電気的絶縁性の良い樹脂製接着剤(好適にはRボン
ド[商品名])16を流し込む。その後、リング17内
に載置台14bを上方から挿入することによって、接着
剤16及び爪部17aを介して、導電板14aに載置台
14bを固定し、熱伝導体14の組み立て作業が終了す
る。なお、接着剤16と載置台14bとの間に隙間が生
じないように、載置台14bをしっかり押し込むことが
必要である。熱伝導体14の組み立て作業終了後、一定
時間(例えば一晩)放置することで接着剤16は固化
し、載置台14bと導電板14aとを確実に固定するこ
とができる。
【0026】その後、図6に示すように、載置台14b
上にペルチェ素子18の低温板18aを当設させ、その
後、ヒートシンク19の端面19bをペルチェ素子18
の高温板18bに当設させる。その後、2本のねじ20
を、ヒートシンク19の貫通孔19c内に挿入しなが
ら、載置台14bの雌ねじ部14dに螺合させる。その
結果、冷却装置21は、熱伝導体14に対し適切に位置
決めされることになる。
【0027】本発明の光電検出器は前述した実施例に限
定されるものではない。
【0028】例えば、図7に示すように、熱伝導体14
とコンタクト片13とをセラミックスで一体に形成する
ことも可能である。このコンタクト片13は、直線状で
互いに平行に配設した2本の第1及び第2コンタクト片
13A,13Bからなると共に、接合片5Aの板厚Hよ
り僅かに狭められた幅を有する収容部Pを有している。
従って、ガラスバルブ1の一端に熱伝導体14を固設す
る作業により、コンタクト片13をガラスバルブ1内に
簡単に位置決めすることができる。そして、第1及び第
2コンタクト片13A,13Bによって接合片5A弾性
挾持することができる。なお、セラミック製の熱伝導体
14とガラス製のガラスバルブ1とは、適切な金属部材
22を介して固設することによって、接合がより強固に
なる。ここで、熱伝導体14とコンタクト片13とをセ
ラミックスで一体成形する効果としては、セラミックス
自体に電気絶縁性があるので、ペルチェ素子18と熱伝
導体14との間に電気絶縁部材を設ける必要がなく、従
って、熱伝導効率を向上させることができる。
【0029】更に他の実施例として、前述のように接合
片5Aをコンタクト片13で挾持する構成を採用するこ
となく、図8に示すように、弾性をもった1本のコンタ
クト片13を接合片5Aに付勢させるように構成させる
こともできる。その結果、コンタクト片13の構成が極
めて簡単になり、製造コストを下げることができる。
【0030】更に、図9,図10に示すように、ヒート
シンク19を水冷式にすることもできる。例えば、熱伝
導性の良い中実の円筒体形又は直方体形のヒートシンク
本体22内に流路23を形成し、この流路23の出口側
及び入口側に口金部24,25を形成したヒートシンク
19にしてもよい。なお、これら口金部24,25は、
パイプ26,27を介して、200〜300cc/mi
nの水流を送り出す流体発生源としてのポンプ(図示せ
ず)に連結されている。従って、水冷式のヒートシンク
19を採用することにより、ペルチェ素子18のペルチ
ェ効果を最大限に引き出すことができる。
【0031】更に、ヒートシンク19を水冷式にする他
の実施例として、図11に示すように、熱伝導性の良い
チューブ状のヒートシンク本体28を螺旋状に構成し、
ヒートシンク本体28の端面28aをペルチェ素子18
の高温板18bに接触固定するようにしてもよい。
【0032】
【発明の効果】本発明による冷却装置付き光電検出器及
びその製造方法は、以上のように構成されているため、
次のような効果を得ることができる。
【0033】すなわち、熱伝導体と検出器本体の基板と
を、コンタクト片を介して接合させることにより、検出
器本体と冷却装置との接合性及び装着性を確実にするこ
とができると共に、検出器本体と冷却装置との組付作業
性を良好にすることができるといった優れた効果を有す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の冷却装置付き光電検出器を示す断面図
である。
【図2】本発明の冷却装置付き光電検出器を示す横断面
図である。
【図3】本発明の光電検出器の要部をなすコンタクト部
材を示す拡大断面図である。
【図4】ガラスバルブ内に検出器本体及びコンタクト部
材を挿入する工程を示す断面図である。
【図5】ガラスバルブの端部に、検出器本体の一部をな
す載置台を配設する工程を示す断面図である。
【図6】載置台に冷却装置を固定する工程を示す断面図
である。
【図7】コンタクト片の他の実施例を示す断面図であ
る。
【図8】コンタクト片の更に他の実施例を示す断面図で
ある。
【図9】冷却装置の一部をなすヒートシンクの他の実施
例を示す斜視図である。
【図10】図8のヒートシンクの取付け状態を示す側面
図である。
【図11】冷却装置の一部をなすヒートシンクの更に他
の実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
1…ガラスバルブ、2…検出器本体、4…光電変換部、
5…基板、13…コンタクト片、14…熱伝導体、18
…ペルチェ素子、19…ヒートシンク、21…冷却装
置、30…陽極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−106380(JP,A) 特開 平6−151654(JP,A) 特開 平6−97330(JP,A) 特開 昭52−16293(JP,A) 実公 昭50−3081(JP,Y1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 9/18 H01J 40/00 - 40/20 H01J 43/00 - 43/30

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 透明なガラスバルブ内に配設すると共に
    光入射に応じて光電子を発生させる光電変換部と、前記
    光電変換部からの光電子を二次電子増倍させるダイノー
    ド及び増倍電子が入射される陽極を有する検出器本体
    と、前記光電変換部を有すると共に前記検出器本体の頂
    部から突出した基板と、ペルチェ素子及びヒートシンク
    を有すると共に前記基板を介して前記光電変換部を冷却
    する冷却装置とを備えた冷却装置付き光電検出器の製造
    方法において、 両端が開放された前記ガラスバルブの一端に熱伝導体を
    固設する工程と、 前記熱伝導体の内方面にコンタクト片を固設する工程
    と、 前記検出器本体を前記ガラスバルブの他端から挿入する
    と共に前記基板と前記コンタクト片とを接合させる工程
    とを備えたことを特徴とする冷却装置付き光電検出器の
    製造方法。
  2. 【請求項2】 透明なガラスバルブ内に配設すると共に
    光入射に応じて光電子を発生させる光電変換部と、前記
    光電変換部からの光電子を二次電子増倍させるダイノー
    ド及び増倍電子が入射される陽極を有する検出器本体
    と、前記光電変換部を有すると共に前記検出器本体の頂
    部から突出した基板と、ペルチェ素子及びヒートシンク
    を有すると共に前記基板を介して前記光電変換部を冷却
    する冷却装置とを備えた冷却装置付き光電検出器の製造
    方法において、 両端が開放された前記ガラスバルブの一端に、コンタク
    ト片を有する熱伝導体を固設する工程と、 前記検出器本体を前記ガラスバルブの他端から挿入する
    と共に前記基板と前記コンタクト片とを接合させる工程
    とを備えたことを特徴とする冷却装置付き光電検出器の
    製造方法。
  3. 【請求項3】 開放端を有する透明なガラスバルブ内に
    配設すると共に光入射に応じて光電子を発生させる光電
    変換部と、前記光電変換部からの光電子を二次電子増倍
    させるダイノード及び増倍電子が入射される陽極を有す
    る検出器本体と、 前記ガラスバルブの開放端を塞ぐ熱伝導体と、 前記ガラスバルブ内に配置した基板上に形成された光電
    変換部と、 前記熱伝導体に取り付けられると共に、前記基板を、滑
    り込ませて弾発的に挟み込むコンタクト片と、 前記熱伝導体に熱的に接続させた冷却装置とを備えたこ
    とを特徴とする冷却装置付き光電検出器。
  4. 【請求項4】 透明なガラスバルブ内に配設すると共に
    光入射に応じて光電子を発生させる光電変換部と、前記
    光電変換部からの光電子を二次電子増倍させるダイノー
    ド及び増倍電子が入射される陽極を有する検出器本体
    と、前記光電変換部を有すると共に前記検出器本体の頂
    部から突出した基板と、ペルチェ素子及びヒートシンク
    を有すると共に前記基板を介して前記光電変換部を冷却
    する冷却装置とを備えた冷却装置付き光電検出器におい
    て、 前記ペルチェ素子の低温板に当設させた熱伝導体と、こ
    の熱伝導体に配設させると共に前記ガラスバルブ内に突
    出させ且つ前記基板に接合させたコンタクト片とを備え
    たことを特徴とする冷却装置付き光電検出器。
  5. 【請求項5】 前記コンタクト片を弾性材で形成したこ
    とを特徴とする請求項3又は4記載の冷却装置付き光電
    検出器。
  6. 【請求項6】 前記弾性材は、CuBeであることを特徴
    とする請求項5記載の冷却装置付き光電検出器。
  7. 【請求項7】 前記熱伝導体及び前記コンタクト片をセ
    ラミックスで形成したことを特徴とする請求項3又は4
    記載の冷却装置付き光電検出器。
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