JP4800137B2 - 光電管 - Google Patents

Description

本発明は、光電管に関し、より詳細にはパワーの大きい光源の光量を検出するための光電管に関する。

光源の光量をモニタするための光電管としては、あらゆる方向から入射する光を検出する必要がある。このような斜めに入射される光も確実に検出できるような角度特性を得るために、光電面上に光電面を光入射面板の光透過部より小さく制限するためのマスクを設けた光電管が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１４９８５７号公報 特開２０００−１４９８５６号公報 特開２０００−１４９８５８号公報 特開２０００−１４９８５９号公報 特公昭６０−３００６１号公報

近年、光量モニタの対象となる紫外光源（例えば、エキシマランプ）のパワーが上がってきている。紫外光源の光量モニタに用いられる光電面としては、Ｃｓ−Ｔｅ等の材料が用いられているが、このような光電面を用いてパワーの大きな紫外光源の光量を測定すると、光電面が飽和して正確な光量モニタができないという問題がある。そのため、光電面に光電効率の低い金属が用いられている。

十分な角度特性を得るために、光電効率の低い金属の光電面に対して上記特許文献１に記載されたマスクを設けることが考えられるが、このマスクから放出される光電子がノイズとなり正確な光量を測定することができない。

そこで本発明では、良好な角度特性を有すると共に、光電効率の低い光電面を用いても正確な光量を測定することができる光電管を提供することを目的とする。

本発明の光電管は、一端部から内側に突出したフランジを有する側管と、フランジの外面に固定された透光性の光入射面板と、フランジの内面に固定されると共に、フランジと光入射面板との接触領域よりも内側に突出した枠部と当該枠部の内側に形成された網状部とを有する陽極と、側管内に配置されると共に、網状部の形成領域よりも広い検出領域を有する光電面と、を備え、枠部及びフランジは、光入射面板から網状部を介して光電面に入射する光を遮光すると共に、光の入射によって光電面から放出される光電子を収集する網状部と同電位にされている。

この光電管によれば、陽極は、フランジに固定されていると共に、フランジと光入射面板との接触領域よりも内側に突出した枠部と当該枠部の内側に形成された網状部とを有している。そのため、光入射面板に対して斜めに入射する光をフランジによって必要以上に遮ることはない。さらに、入射光を遮光する枠部及びフランジは陽極の一部であるので、パワーの大きな紫外光源の光量測定においても、ノイズとして問題となる光電子が発生することはない。さらに、光電面の感度領域は、入射光を通過させる陽極の網状部の形成領域よりも広い。そのため、入射光が光入射面板に対して垂直に入射する場合でも斜めに入射する場合でも、光電面全体に光が受光される。したがって、この光電管は、良好な角度特性を有すると共に、光電効率の低い光電面を用いても正確な光量を測定することができる。

また、本発明の光電管は、光電面が金属からなることが好ましい。この光電管によれば、光電面は光電効率が低いので、パワーの大きな紫外光源の光量を正確に測定することができる。

さらに、本発明の光電管は、光電面がＡｕからなることが好ましい。この光電管によれば、光電面は特に光電効率の低いＡｕからなるので、パワーの大きな紫外光源の光量をより正確に測定することができる。

本発明によれば、良好な角度特性を有すると共に、光電効率の低い光電面を用いても正確な光量を測定することができる光電管が実現される。

本発明の知見は、例示のみのために示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解することができる。引き続いて、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

（第1の実施形態） 図１及び図２を参照して第１の実施形態の光電管について説明する。図１は、本実施形態に係る光電管の平面図である。図２は、図１のII−II線に沿った断面図である。図１及び図２において、光電管１は、外部から入射した紫外光等の光によって電子を放出し、その電子を検出して出力させるための装置として構成されている。

光電管１は、両端が開口された略円筒形状の金属製の側管２を有している。この側管２の一端には、その一端部から径方向の内側に向かって突出する環状のフランジ２ａが形成されている。そして、このフランジ２ａの外面（図示上面）には、透光性のガラス材料（例えば、石英ガラス）からなる円板状の光入射面板３が融着等により接合され、側管２の一方の開口面が塞がれている。なお、側管２は、鉄、コバルト、ニッケルの合金（コバール）等からなり、ガラス材料と溶着しやすい性質を備えている。

フランジ２ａの内面（図示下面）には、光入射面板３の光出射面に対向するように、光電子を収集するための電極として網状電極４が接合されている。この網状電極４は、側管の内周よりも小径の円板状の金属（例えば、ニッケル）からなり、その中央部にはメッシュ状に加工された円形状（例えば、φ３ｍｍ）の網状部４ａが形成されている。この網状部４ａは、光入射面板３から入射した光を後述する光電面６に向けて通過させると共に、光電子を収集する機能をもつ。また、この網状部４ａの周縁部（枠部４ｂ）が、フランジ２ａに電気的に接触しており、網状電極４及び側管２のフランジ２ａは同電位にされている。

側管２の内部において、網状電極４に対向する位置には、円板状の光電面６が配置されている。光電面６の全表面（受光面）には、入射した光を光電子に変換する光電子放出層７（感度領域）が形成されている。この光電子放出層７は、パワーの大きな紫外光源の光量を測定するために、光電効率の低い金属材料が好ましい。ここでは、金属材料として金（Ａｕ）が用いられている。なお、良好な角度特性を得るためには光電面６は光入射面板３に対して近接配置されることが好ましい。

また、側管２の他端には、その他端部から径方向の外側に向かって突出する環状のフランジ２ｂが形成されている。このフランジ２ｂの外面（図示下面）には円板状の金属ステム８が、溶接等により接合されている。この金属ステム８は、側管２と同様に、鉄、コバルト、ニッケルの合金（コバール）等からなる。この金属ステム８により、側管２の他方の開口面が塞がれ、金属ステム８の中央部に設けられた金属排気管９から真空排気されることにより、内部が真空状態に保たれた密封容器が形成されている。また、これらの側管２及び金属ステム８は電気的に接触しており、同電位にされている。したがって、網状電極４と側管２のフランジ２ａが同電位にされていることから、網状電極４、側管２及び金属ステム８は、全て同電位にされている。

金属ステム８には、電気的に絶縁性を有するハーメチックガラス１１を介して略円状の位置に周方向に互いに離間して複数のリードピン１２が固定されている。このリードピン１２は、銅線等の導電性材料よりなり、その一端部には、光電面６がその裏面（受光面と反対の面）側から溶接等で固定されている。リードピン１２の他端部は密封容器の外部に導出されている。また、リード線（図示せず）が金属ステムと電気的に接続されている。なお、リードピン１２に陰極電位、リード線に陽極電位となるように電圧を印加することにより、光電面６が陰極として、網状電極４、側管２及び金属ステム８が陽極として機能する。

続いて、側管２のフランジ２ａ、光入射面板３、網状電極４及び光電面６の配置等について詳細に説明する。

フランジ２ａの端面Ｓ１は、光の入射方向に向かうにしたがい側管２の径方向の内側に向かって傾斜したテーパーが形成されている。すなわち、網状電極４と接合するフランジ２ａの内面は、光入射面板３と接合するフランジ２ａの外面よりも側管２の径方向内側に突出している。

また、フランジ２ａの内面に接合される網状電極４の網状部４ａの径と、フランジ２ａ内面側の開口部の径とは同一である。加えて、網状電極４は、網状電極４の網状部４ａの枠部４ｂ全面がフランジ２ａの内面に沿って接合されることで側管２に固定されている。したがって、網状電極４の枠部４ｂは、フランジ２ａの外面（光入射面板３との接触領域）よりも側管２の径方向内側に突出することになる。その結果、フランジ２ａの外面の内周から網状電極４の枠部４ｂの内周を結ぶ面に沿ってフランジ２ａの端面Ｓ１が設けられることになる。

フランジ２ａの外面の内周から網状電極４の枠部４ｂの内周を結ぶ面に囲まれた空間は、光が入射するための開口部である。フランジ２ａがこの開口部内に突出しなければ、光入射面板３に対して斜めに入射する光を必要以上に遮光することがない。したがって、網状電極４の枠部４ｂは、フランジ２ａの内面より側管２の径方向内側に突出しても良い。

また、網状電極４に対向配置されている円板上の光電面６は、光が入射される網状電極４の網状部４ａよりも大きな径（例えば、φ１０ｍｍ）をもつ。すなわち、光電面６は網状電極４の網状部４ａの形成領域よりも広い光電面６の光電子放出層７（感度領域）を有している。

このように構成された光電管１では、リードピン１２に陰極電位、リード端子に陽極電位が印加された状態で、外部から光入射面板３を透過して光電面６に光が入射すると、この光電面６において光が光電変換されて密封容器８内に電子が放出される。ここで、光入射面板３に対して斜め方向に入射する光は、必要以上にフランジ２ａにより遮られることなく、網状部４ａを通過し、この網状部４ａの径よりも大きな径の受光面６に確実に到達し電子が放出される。放出された電子は、網状電極４によって収束される。そして、この網状電極４と側管２及び金属ステム８を介して電気的に接続されたリードピンを介して外部に出力される。

以上のように、光電管１は、陽極となる網状電極４が側管２のフランジ２ａに固定されていると共に、フランジ２ａと光入射面板３との接触領域よりも内側に突出した枠部４ｂと当該枠部４ｂの内側に形成された網状部４ａとを有している。そのため、光入射面板３に対して斜めに入射する光をフランジ２ａによって必要以上に遮ることはない。さらに、入射光を遮光する枠部４ｂ及びフランジ２ａは陽極の一部であるので、パワーの大きな紫外光源の光量測定においてもノイズとして問題となる光電子を発生することはない。さらに、光電面６の感度領域は、入射光を通過させる陽極（網状電極４）の網状部４ａの形成領域よりも広い。そのため、入射光が光入射面板３に対して垂直に入射する場合でも斜めに入射する場合でも、光電面６全体に光が受光される。したがって、この光電管１は、良好な角度特性を有すると共に、光電効率の低い光電面６を用いても正確な光量を測定することができる。

（第２の実施形態） 図３及び図４を参照して第２の実施形態の光電管について説明する。図３は、本実施形態に係る光電管の平面図である。図４は、図３のIV−IV線に沿った断面図である。本実施形態の光電管１０は、側管２の一端に設けられたフランジ２ａの端面Ｓ１が側管２の軸線と略平行となっている点で、フランジ２ａの端面にテーパーが形成されている第1の実施形態の光電管１と異なる。

すなわち、光電管２０は、側管２の一端部から径方向の内側に向かって突出する環状のフランジ２ａが形成されている。そして、このフランジ２ａの内面とその外面とは、同じ距離だけ径方向内側に突出している。

また、網状電極４は、網状電極４の枠部４ｂがフランジ２ａの内面から側管２の径方向内側に突出した状態でフランジ２ａに接合されている。すなわち、フランジ２ａの端面Ｓ１は、フランジ２ａの外面の内周から網状電極４の枠部４ｂの内周を結ぶ面に囲まれた空間（開口部）よりも外側に設けられている。したがって、フランジ２ａが開口部内に突出していないので、第１の実施形態と同様に光入射面板３に対して斜めに入射する光を必要以上に遮光することがない。

以上のように、光電管２０は、陽極となる網状電極４が側管２のフランジ２ａに固定されていると共に、フランジ２ａと光入射面板３との接触領域よりも内側に突出した枠部４ｂと当該枠部４ｂの内側に形成された網状部４ａとを有している。そのため、光入射面板３に対して斜めに入射する光をフランジ２ａによって必要以上に遮ることはない。さらに、入射光を遮光する枠部４ｂ及びフランジ２ａは陽極の一部であるので、パワーの大きな紫外光源の光量測定においてもノイズとして問題となる光電子を発生することはない。さらに、光電面６の感度領域は、入射光を通過させる陽極である網状部４ａの形成領域よりも広い。そのため、入射光が入射面板に対して垂直に入射する場合でも斜めに入射する場合でも、光電面６全体に光が受光される。したがって、この光電管２０は、良好な角度特性を有すると共に、光電効率の低い光電面６を用いても正確な光量を測定することができる。

第1の実施形態に係る光電管の平面図である。 図１のII−II線に沿った断面図である。 第２の実施形態に係る光電管の平面図である。 図３のIV−IV線に沿った断面図である。

符号の説明

１，２０…光電管、２…側管、２ａ，２ｂ…フランジ、３…光入射面板、４…網状電極（陽極）、６…光電面。

Claims (3)

1. 一端部から内側に突出したフランジを有する側管と、
   前記フランジの外面に固定された透光性の光入射面板と、
   前記フランジの内面に固定されると共に、前記フランジと前記光入射面板との接触領域よりも内側に突出した枠部と当該枠部の内側に形成された網状部とを有する陽極と、
   前記側管内に配置されると共に、前記網状部の形成領域よりも広い検出領域を有する光電面と、を備え、
   前記枠部及び前記フランジは、前記光入射面板から前記網状部を介して前記光電面に入射する光を遮光すると共に、前記光の入射によって前記光電面から放出される光電子を収集する前記網状部と同電位にされている光電管。
2. 前記光電面は、金属からなる請求項１記載の光電管。
3. 前記光電面は、Ａｕからなる請求項２記載の光電管。

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