JP7436761B1 - 電子管 - Google Patents

Abstract

電子管は、入射した光に応じた光電子を放出する光電変換部と、光電変換部からの光電子を受ける電子検出部と、光電変換部と電子検出部との間に配置されたゲート電極部と、光電変換部、電子検出部及びゲート電極部を収容する筐体部と、を備える。筐体部は、光電変換部が固定され、筐体部の一端側を構成する蓋部を有する。ゲート電極部は、電圧が印加されることで光電子の通過を制御する本体部と、本体部を光電変換部に対して離間するように支持すると共に、本体部に電圧を印加する給電部と、を有する。給電部は、蓋部に保持されている。

Description

本開示は、電子管に関する。

入射した光に応じた光電子を放出する光電変換部と、光電変換部からの光電子を受ける電子検出部と、光電変換部及び電子検出部を収容する筐体部と、を備えた電子管が知られている（例えば、特許文献１参照）。

米国特許第５３７４８２６号明細書

上述した電子管では、筐体部の内部における光電変換部と電子検出部との間に、電圧が印可されることで光電子の通過を制御するゲート電極部が配置される場合がある。このような電子管では、光電変換部とゲート電極との間の静電容量の影響により、ゲート電極部に印加する電圧の切替えを速めることは容易ではなく、ゲート電極部の動作の高速化は困難である。

本開示は、ゲート電極部の動作の高速化が可能な電子管を提供することを目的とする。

（１）本開示の一側面に係る電子管は、入射した光に応じた光電子を放出する光電変換部と、光電変換部からの光電子を受ける電子検出部と、光電変換部と電子検出部との間に配置されたゲート電極部と、光電変換部、電子検出部及びゲート電極部を収容する筐体部と、を備え、筐体部は、光電変換部が固定され、筐体部の一端側を構成する蓋部を有し、ゲート電極部は、電圧が印加されることで光電子の通過を制御する本体部と、本体部を光電変換部に対して離間するように支持すると共に、本体部に電圧を印加する給電部と、を有し、給電部は、蓋部に保持されている。

この電子管では、ゲート電極部の給電部が蓋部により保持されており、例えば給電部を光電変換部に対して平行に広がるように配置して保持する必要がなくなる。よって、光電変換部とゲート電極との間の静電容量を低減することが可能となる。その結果、ゲート電極部に印加する電圧の切替えを速め、ゲート電極部の動作の高速化を実現することが可能となる。

（２）上記（１）に記載の電子管は、光電変換部と電子検出部との間において光電変換部と対向するように設けられ、光電変換部からの光電子を集束する集束電極部を備え、ゲート電極部は、集束電極部と電気的に接続されていてもよい。この場合、光電子に対するゲート動作と集束の制御とを確実に行うことができる。

（３）上記（２）に記載の電子管では、前記ゲート電極部は、前記集束電極部と一体的に設けられていてもよい。この場合、ゲート電極部及び集束電極部を効率よく配置することができる。

（４）上記（１）～（３）の何れか一項に記載の電子管では、給電部は、蓋部に固定され、一端部が筐体部内に位置する複数のロッドと、複数のロッドの一端部と本体部とを接続する接続部と、を有していてもよい。この場合、筐体部の内部においてゲート電極部の本体部を、複数のロッドにより蓋部から吊り下げるように支持することで、効率よく光電変換部とゲート電極との間の静電容量を低減することが可能となる。

（５）上記（４）に記載の電子管では、複数のロッドは、蓋部を貫通する第１ロッドと、他端部が蓋部に埋設された第２ロッドと、を含んでいてもよい。この場合、第２ロッドの他端部を蓋部に埋設することで、第１ロッドに比較して第２ロッドを短くすることができるので、さらに効率よく光電変換部とゲート電極との間の静電容量を低減することが可能となる。

（６）上記（１）～（５）の何れか一項に記載の電子管は、光電変換部と同電位となるように蓋部に電気的に接続され、筐体部の内部に形成される電界の集中を緩和する第１電界集中緩和電極部を備え、第１電界集中緩和電極部の一部は、光電変換部と電子検出部とが対向する対向方向において、本体部よりも電子検出部側に位置していてもよい。この場合、第１電界集中緩和電極部により筐体部の内部における電界の集中を緩和し、電子管の耐電圧を高めることが可能となる。

（７）上記（４）又は（５）に記載の電子管は、光電変換部と同電位となるように蓋部に電気的に接続され、筐体部の内部に形成される電界の集中を緩和する第２電界集中緩和電極部を備え、第２電界集中緩和電極部における筐体部の内部側の端部は、光電変換部と電子検出部とが対向する対向方向において、本体部よりも電子検出部側に位置すると共に、対向方向に対して交差する交差方向において、給電部に近接する位置まで延びていてもよい。この場合、第２電界集中緩和電極部により筐体部の内部における電界の集中を緩和し、電子管の耐電圧を高めることが可能となる。

（８）上記（７）に記載の電子管では、ロッドは、気密封止部により蓋部に固定され、第２電界集中緩和電極部における筐体部の内部側の端部は、交差方向において、気密封止部に至るまで延びていてもよい。この場合、第２電界集中緩和電極部により筐体部の内部における電界の集中を一層緩和し、電子管の耐電圧を一層高めることが可能となる。

（９）上記（４）又は（５）に記載の電子管は、光電変換部と同電位となるように前記蓋部に電気的に接続され、筐体部の内部に形成される電界の集中を緩和する第３電界集中緩和電極部を備え、第３電界集中緩和電極部における筐体部の内部側の端部は、光電変換部と電子検出部とが対向する対向方向において、ロッドと接続部との接続箇所よりも電子検出部側に位置していてもよい。この場合、第３電界集中緩和電極部により筐体部の内部における電界の集中を緩和し、電子管の耐電圧を高めることが可能となる。

（１０）上記（９）に記載の電子管は、第３電界集中緩和電極部の一端部は、対向方向に対して交差する交差方向において接続部に至るまで延びていてもよい。この場合、第３電界集中緩和電極部により筐体部の内部における電界の集中を一層緩和し、電子管の耐電圧を一層高めることが可能となる。

（１１）上記（４）又は（５）に記載の電子管は、光電変換部と電子検出部とが対向する対向方向に対して交差する交差方向に沿って延び、一端部が筐体部内に位置すると共に他端部が筐体部外に位置し、筐体部の内部に形成される電界の集中を緩和する第４電界集中緩和電極部を備え、第４電界集中緩和電極部の一端部は、対向方向においてロッドと接続部との接続箇所よりも電子検出部側に位置すると共に、交差方向において給電部に近接する位置まで延びていてもよい。この場合、第４電界集中緩和電極部により筐体部の内部における電界の集中を緩和し、電子管の耐電圧を高めることが可能となる。

（１２）上記（１１）に記載の電子管は、第４電界集中緩和電極部の一端部は、交差方向において接続部に至るまで延びていてもよい。この場合、第４電界集中緩和電極部により筐体部の内部における電界の集中を一層緩和し、電子管の耐電圧を一層高めることが可能となる。

本開示によれば、ゲート電極部の動作の高速化が可能な電子管を提供することが可能となる。

図１は、第１実施形態に係る電子管の断面図である。 図２は、図１のゲート電極部を示す斜視図である。 図３は、図１のゲート電極部を示す他の斜視図である。 図４は、図１の電子管における内部の一部を拡大して示す断面図である。 図５は、第２実施形態に係る電子管の内部の一部を拡大して示す断面図である。 図６は、第３実施形態に係る電子管の内部の一部を拡大して示す断面図である。 図７は、変形例に係る電子管の内部の一部を拡大して示す断面図である。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。以下の説明における寸法は、必ずしも図面には相当しない。

［第１実施形態］ 図１に示されるように、電子管１は、いわゆる電子打ち込み増倍型光センサ（ＨＰＤ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｐｈｏｔｏ－Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）である。電子管１は、例えば電子顕微鏡に用いられる。電子管１は、筐体部２、光電面３及び電子検出部４を備える。

筐体部２は、内部が真空に保たれた内部空間を形成する。筐体部２は、略円筒状を呈する。筐体部２は、一例として、外径が３０ｍｍ程度であり、高さが２５ｍｍ程度である。筐体部２は、その内部に光電面３及び電子検出部４を少なくとも収容する。筐体部２は、軸線Ｇを中心軸とする管状の側部２１と、筐体部２の一端側（一端部）を構成する蓋部２２と、筐体部２の他端側（他端部）を構成するステム２３と、を有する。

側部２１の一端側は、蓋部２２が気密に接続されて封止されている。側部２１の他端側は、ステム２３が気密に接続されて封止されている。蓋部２２は、遮光性を持つ導電性部材（例えばコバール等の金属材料）により形成された円板状の部材である。蓋部２２は、蓋上面２２ａ及び蓋下面２２ｂを有する。蓋上面２２ａは、筐体部２の外部に露出する。蓋下面２２ｂは、蓋上面２２ａの反対側の面であり、筐体部２の内部に露出する。蓋部２２は、その軸線が筐体部２の軸線Ｇと重複する。蓋部２２の蓋下面２２ｂは、ステム２３と対面する。

ステム２３は、ベース１７、給電ピン１８、信号ピン１９、筒部４６及び窓部２８を有する。円板状のベース１７は、ベース主面１７ａとベース裏面１７ｂとを有する。ベース主面１７ａは、筐体部２の内側に露出する。ベース裏面１７ｂは、ベース主面１７ａの反対側の面であり、筐体部２の外側に露出する。ベース主面１７ａの中央部分には、基板２４を介して電子検出部４が取り付けられている。ベース１７の材料としては、例えば、放熱性の高い金属材料である銅が挙げられるが、コバールといった他の金属材料、導電性材料又はセラミック等といった絶縁性材料も採用し得る。ベース１７は、電子検出部４の動作中の発熱を効果的に放熱する。

給電ピン１８は、電子検出部４が取り付けられた基板２４に電圧を付与する。給電ピン１８は、軸線Ｇに対して平行に延びる棒状の導電部材である。給電ピン１８の一端は、筐体部２の内部に露出する。給電ピン１８の他端は、筐体部２の外部に露出する。給電ピン１８の一端は、ワイヤ（不図示）を介して基板２４に電気的に接続されている。給電ピン１８は、ステム２３とは絶縁されている。

信号ピン１９は、電子検出部４から信号を取り出す。信号ピン１９は、軸線Ｇに対して平行に延びる棒状の導電部材である。信号ピン１９の一端は、基板２４を介して電子検出部４に電気的に接続される。信号ピン１９の他端は、筐体部２の外部に露出する。信号ピン１９は、ステム２３とは絶縁されている。

筒部４６は、筐体部２の内部に光を受け入れる光入射孔２６を構成する円筒状の部材である。筒部４６は、軸線Ｇに対して傾斜する方向に沿って、ベース１７から筐体部２の外部に向かって突出する。窓部２８は、筒部４６の先端側のフランジ４７に、アルミリング４８を介して気密に接合されている。窓部２８は、外部からの光を筐体部２内に通過させる。窓部２８は、光に対して透明なガラス材料（例えば、石英又はサファイアガラス）により形成される。石英により形成された窓部２８では、紫外光領域のような短い波長の光を効果的に透過させ得る。なお、窓部２８は、検出する光の波長に応じてその材料を選択してもよい。

光電面３は、入射した光に応じた光電子を放出する。光電面３は、蓋部２２に配置された膜状の部分である。光電面３は、蓋部２２の蓋下面２２ｂにおいて窪んだ凹状の湾曲面２２ｃ上に形成されている。湾曲面２２ｃは、蓋部２２において筐体部２の内部空間側に形成された曲面である。湾曲面２２ｃは、軸線Ｇを回転軸とする回転放物面である。光電面３は、例えばＳｂ－Ｋ－Ｃｓ等からなるアルカリ光電面である。光電面材料としては、ＧａＡｓＰ等の結晶光電面材料も採用し得る。光電面３への電位供給は、蓋部２２を介して行われる。本実施形態においては、上述したように、蓋部２２は遮光性を持つ導電性部材からなるため、光電面３が反射型光電面として機能する共に、蓋部２２側から光電面３へのノイズ光の入射が抑制されている。

電子検出部４は、光電面３からの光電子を受ける電子検出部である。電子検出部４の一例としては、半導体素子であり、特に電子増倍機能を備えるものが好ましい。そのような半導体素子としては、例えば、アバランシェフォトダイオードが挙げられる。アバランシェフォトダイオードは、濃度の高いＰ領域とＮ領域とを接合し、そこでアバランシェ増幅に十分な高い電界を形成する半導体素子である。電子検出部４は、ステム２３のベース主面１７ａ上に基板２４を介して配置されている。電子検出部４は、軸線Ｇ上に配置されている。電子検出部４の入射面に光電子が入射されると、その光電子を増倍して電気信号を出力する。よって、電子検出部４は、電子増倍部であるとも言える。

本実施形態において、筐体部２の側部２１は、第１集束電極部５、絶縁筒部１２、中間電極部６、絶縁筒部１４及び電界集中緩和電極部７を有する。第１集束電極部５、絶縁筒部１２、中間電極部６、絶縁筒部１４及び電界集中緩和電極部７は、ステム２３側から蓋部２２側に向かってこの順で積み重なるように配置されている。第１集束電極部５は、光電面３と電子検出部４との間に配置された電極部である。第１集束電極部５は、電子検出部４に最も近い電極部である。第１集束電極部５は、電子検出部４と直接対向するように配置される。第１集束電極部５は、電子検出部４に対して光電子を集束する。第１集束電極部５は、略キャップ状を呈する導電性部材である。第１集束電極部５は、軸線Ｇ方向を厚さ方向とする円形平板状の平板部５ｘと、平板部５ｘの外周縁に立設された周壁部５ｇと、を有する。第１集束電極部５は、絶縁筒部１２とステム２３との間に、絶縁筒部１２及びステム２３に対して気密に接続されている。第１集束電極部５は、ステム２３と同電位に設けられている。第１集束電極部５は、電気的に接続された電源（不図示）から一例として６ｋＶの電圧が与えられる。

第１集束電極部５の平板部５ｘには、光通過孔５ａ及び通過孔５ｂが形成されている。光通過孔５ａは、窓部２８及び光入射孔２６を通過した光を光電面３に導く貫通孔である。通過孔５ｂは、光電面３からの光電子が少なくとも通過する貫通孔である。通過孔５ｂは、第１集束電極部５の平板部５ｘの中央部分に設けられている。通過孔５ｂは、平板部５ｘにおいて光通過孔５ａに対して隣り合いつつも離間して形成されている。

絶縁筒部１２，１４は、軸線Ｇを中心軸とする円筒状を呈する絶縁性部材である。絶縁筒部１２，１４は、例えば、セラミック材料により構成される。絶縁筒部１２は、第１集束電極部５と中間電極部６との間に、第１集束電極部５及び中間電極部６に対して気密に接続されている。絶縁筒部１４は、中間電極部６と電界集中緩和電極部７との間に、中間電極部６及び電界集中緩和電極部７に対して気密に接続されている。

中間電極部６は、光電面３と第１集束電極部５との間に配置された電極部である。中間電極部６は、軸線Ｇを中心軸とする円環状で且つ軸線Ｇに沿う方向を厚さ方向とする平板状の導電性部材である。中間電極部６は、筐体部２内に形成させた電場を安定させる機能を有する。中間電極部６は、絶縁筒部１２，１４の間に、絶縁筒部１２，１４に対して気密に接続されている。中間電極部６は、電気的に接続された電源（不図示）から一例として３ｋＶの電圧が与えられる。中間電極部６は、中央部分に設けられた通過孔６ａを有する。通過孔６ａは、光電面３への光及び光電面３からの光電子が少なくとも通過する貫通孔である。通過孔６ａの内径は、通過孔５ｂの内径よりも大きい。

電界集中緩和電極部７は、光電面３と同電位となるように蓋部２２に電気的に接続されている。本実施形態においては、電界集中緩和電極部７は、蓋部２２に直接に接触する電極部である。電界集中緩和電極部７は、筐体部２の内部に形成される電界の集中を緩和する。電界集中緩和電極部７は、中央部分に設けられた通過孔７ａを有する。通過孔７ａの内径は、通過孔６ａの内径よりも大きい。電界集中緩和電極部７の詳細については、後述する。

図１、図２及び図３に示されるように、本実施形態の電子管１は、第２集束電極部８を備える。第２集束電極部８は、筐体部２の内部に収容されている。第２集束電極部８は、光電面３と中間電極部６との間に配置された電極部である。第２集束電極部８は、軸線Ｇを中心軸とする略円環板状の導電性部材である。第２集束電極部８は、光電面３と対向するように設けられ、、光電面３からの光電子を集束する。

第２集束電極部８は、軸線Ｇを中心軸とする環状で且つ軸線Ｇ方向を厚さ方向とする平板状の環状板部８ｘと、環状板部８ｘの内周縁に連続するテーパ部８ｙと、を有する。環状板部８ｘは、軸線Ｇに沿った方向から見て、略多角形状（本実施形態においては略三角形状）の外形を有している。環状板部８ｘの多角形状の角部は、丸められたＲ形状となっている。これにより、当該角部による電界の乱れを抑制し、放電を抑制することができる。テーパ部８ｙは、蓋部２２の湾曲面２２ｃ側（光電面３側）に向かって折れ曲がるように傾斜して、軸線Ｇに向かって縮径する方向に環状板部８ｘの内周縁から突出する。テーパ部８ｙは、蓋部２２の湾曲面２２ｃ側（光電面３側）に向かうに連れて縮径するような軸線Ｇを中心軸とする円錐台の外側面を有する。第２集束電極部８は、中央部分に設けられた通過孔８ａを有する。通過孔８ａは、光電面３への光及び光電面３からの光電子が少なくとも通過する貫通孔である。通過孔８ａの内径は、蓋部２２の湾曲面２２ｃ（光電面３）に向かうに連れて小さくなるように形成されている。

第２集束電極部８の環状板部８ｘにおける縁部の複数位置、より具体的には略多角形状（略三角形状）における角部に相当する位置には、軸線Ｇ方向に沿って延びる導電性材料からなるロッド８０の一端部が、例えばレーザ溶接により固定されて接続されている。複数のロッド８０は、一端部を筐体部２の内部に位置させた状態で、他端部側が蓋部２２に気密に固定されている。これにより、第２集束電極部８は、筐体部２の内部における光電面３と中間電極部６との間の位置にて、複数のロッド８０により蓋部２２から吊り下げられて保持されている。これと共に、第２集束電極部８は、ロッド８０を介して電源（不図示）から電圧が与えられる。

以上のような第１集束電極部５、中間電極部６及び第２集束電極部８は、光電面３から電子検出部４へ向かって光電子を集束させる電子レンズを構成する等電位線（等電位面）群の電場を、筐体部２の内部において生じさせる。

本実施形態の電子管１は、ゲート電極部９を備える。ゲート電極部９の少なくとも一部は、筐体部２の内部に収容される。ゲート電極部９は、電圧が印加されることで光電子の通過を制御する本体部９１と、本体部９１を光電面３に対して離間するように支持すると共に本体部９１に電圧を印加する給電部９２と、を有する。ゲート電極部９は、第２集束電極部８と電気的に接続されている。本実施形態では、ゲート電極部９は、第２集束電極部８と一体的に設けられている。つまり、ゲート電極部９の一部が第２集束電極部８により構成されている。

本体部９１は、光電面３に最も近い電極部である。本体部９１は、軸線Ｇを回転軸とする回転放物面である湾曲面２２ｃ上に設けられた光電面３に沿って（倣って）湾曲して延びる形状の導電性部材である。つまり、本体部９１は、軸線Ｇを回転軸とする回転放物面からなり、光電面３に向かって突出するようなドーム状の形状を有している。本体部９１は、光電面３に対して一定距離離れるように配置されている。本体部９１と光電面３とは、略一定の間隔を持って離間して配置されている。これにより、光電面３の全面に対して均一なゲート動作を行うことができる。本体部９１は、細線状の金属部材で構成され、その径（幅）は例えばロッド８０の径よりも小さい。本体部９１は、軸線Ｇ方向から見て、例えば中心部に円形状の開口部を有する蜘蛛の巣状等の網状構造を成す。具体的には、本体部９１は、例えば互いに径が異なる同心円状の複数のリング部材と、複数のリング部材と交差し且つ放射状に延びる複数の放射部材と、を含む。また、本体部９１は、軸線Ｇに沿った方向から見た断面において、第２集束電極部８のテーパ部８ｙの外側面と滑らかに連続するように配置されている。これにより、ゲート動作時における電界の乱れを抑制し、放電を抑制することができる。

給電部９２は、上述した複数のロッド８０及び第２集束電極部８により構成され、蓋部２２に保持されている。複数のロッド８０は、断面円形の棒状を呈する導電性部材である。複数のロッド８０は、蓋部２２を貫通して外部まで延出する１本の第１ロッド８１と、他端部が蓋部２２内に埋設された２本の第２ロッド８２と、を含む。

第１ロッド８１は、第２ロッド８２よりも長い。第１ロッド８１は蓋部２２を貫通する。第１ロッド８１の他端部は、筐体部２の外部に位置する。第１ロッド８１の例えば中央部は、例えばガラス等の絶縁性材料を含むハーメチックシール（気密封止部）２２ｈにより、蓋部２２に気密に固定されている。ハーメチックシール２２ｈは、蓋部２２に形成された貫通孔内に設けられている。第２ロッド８２は、第１ロッドよりも短い。第２ロッド８２は蓋部２２を貫通しない。第２ロッド８２の他端部は、例えばガラス等の絶縁性材料を含むハーメチックシール（気密封止部）２２ｓにより、蓋部２２に気密に固定されている。ハーメチックシール２２ｓは、蓋部２２における蓋下面２２ｂ側に開口する凹部内に設けられている。ハーメチックシール２２ｓは、外部には露出しない。

第２集束電極部８は、複数のロッド８０の一端部と本体部９１とを接続する接続部を構成する。第２集束電極部８のテーパ部８ｙにおける蓋部２２側の頂部（通過孔８ａの辺縁）には、本体部９１の縁部が固定されている。これにより、第１ロッド８１を介して電源（不図示）から本体部９１に電圧が与えられる。

本実施形態の電子管１は、上述したように、電界集中緩和電極部７を備える。電界集中緩和電極部７は、光電面３と同電位となるように蓋部２２に電気的に接続されている。本実施形態においては、電界集中緩和電極部７は、蓋部２２に直接に接触する電極部である。電界集中緩和電極部７は、軸線Ｇを中心軸とする円環状で且つ軸線Ｇ方向を厚さ方向とする平板状の円環板部７ｘと、円環板部７ｘの外周縁に立設された周壁部７ｇと、を有する導電性部材である。電界集中緩和電極部７は、筐体部２の絶縁筒部１４と蓋部２２との間に気密に接続されている。

電界集中緩和電極部７の一部である円環板部７ｘは、軸線Ｇ方向（対向方向）においてゲート電極部９の本体部９１よりも電子検出部４側に位置する。具体的には、円環板部７ｘは、第２集束電極部８の環状板部８ｘと軸線Ｇ方向において略同位置に位置する。電界集中緩和電極部７は、その通過孔７ａ内に第２集束電極部８を配置する。このような電界集中緩和電極部７は、光電面３の電位（カソード電位）に係る等電位線を電子検出部４側へシフトさせ、筐体部２の内部に形成される電界の集中を緩和する。電界集中緩和電極部７は、第１電界集中緩和電極部を構成する。

以上、電子管１では、ゲート電極部９の給電部９２が蓋部２２により保持されていることから、例えば給電部９２を光電面３に対して平行に広がるように配置して保持することが不要である。よって、給電部９２を構成する部材の体積を減らすことができ、光電面３とゲート電極部９との間の静電容量を低減することが可能となる。その結果、ゲート電極部９に印加する電圧の切替えを速め、ゲート電極部９の動作の高速化を実現することが可能となる。

電子管１は、光電面３と電子検出部４との間に第２集束電極部８を備え、ゲート電極部９は、第２集束電極部８と電気的に接続されている。よって、光電子に対するゲート動作（光電子の通過の制御）と集束の制御とを確実に行うことができる。さらに、ゲート電極部９は、第２集束電極部８と一体的に設けられている。この場合、ゲート電極部９及び第２集束電極部８を効率よく配置することができる。

電子管１は、給電部９２は、複数のロッド８０と第２集束電極部８とを有する。この場合、筐体部２の内部においてゲート電極部９の本体部９１を、複数のロッド８０により蓋部２２から吊り下げるように支持することで、例えば給電部９２を光電面３に対して平行に広がるように配置して保持する構造と比較して、給電部９２を構成する部材の体積をさらに減らすことができ、効率よく光電面３とゲート電極部９との間の静電容量を低減することが可能となる。

電子管１では、複数のロッド８０は、蓋部２２を貫通する第１ロッド８１と、他端部が蓋部２２に埋設された第２ロッド８２と、を含む。第２ロッド８２を第１ロッド８１よりも短くすることで、給電部９２を構成する部材の体積を減らすことができ、効率よく光電面３とゲート電極部９との間の静電容量を低減することが可能となる。また、第２ロッド８２の他端部を蓋部２２に埋設することで、外部要因等による電位の乱れが第２ロッド８２を介してゲート電極部９に伝わってしまい、ゲート電極部９の電位が意図せず変動してしまうということを抑制可能となる。また、ゲート電極部９の本体部９１を蓋部２２から吊り下げるように支持する構成を、第１ロッド８１及び第２ロッド８２を利用して実現可能となる。

蓋部２２に吊り下げられたゲート電極部９では、その構造上、ゲート電極部９の周囲に電界集中（等電位線の急な曲がり）が生じやすく、耐電圧が不十分になりやすい。この点、電子管１は、電界集中緩和電極部７を備え、電界集中緩和電極部７は、耐電圧を対策した形状、すなわち、円環板部７ｘが軸線Ｇ方向において本体部９１よりも電子検出部４側に位置する形状とされている。このような構成では、電界集中緩和電極部７により筐体部２の内部における電界の集中を緩和し、電子管１の耐電圧を高めることが可能となる。

図４は、図１の筐体部２における内部の一部を拡大して示す断面図である。図４では、筐体部２の内部の等電位線群が示されている（後述の図５及び図６において同じ）。図４に示されるように、電界集中緩和電極部７により、最も光電面３側の等電位線（カソード電位）を電子検出部４側へシフトさせ、電界集中（当該等電位線の急な曲がり）を抑制できることがわかる。電界集中緩和電極部７により、軸線Ｇに垂直な方向に沿って当該等電位線が延びるように導き、当該等電位線が光電面３側に入り込むこと（しみ込み）を抑制できることがわかる。電界集中緩和電極部７により筐体部２の内部における電界の集中を緩和し、電子管１の耐電圧を高めることが可能となる。

［第２実施形態］次に、第２実施形態について説明する。本実施形態の説明では、第１実施形態と異なる点について説明する。

図５に示されるように、第２実施形態に係る電子管１０１は、電界集中緩和電極部７（図１参照）に代えて電界集中緩和電極部２７を備えた点で、第１実施形態と異なる。電界集中緩和電極部２７は、光電面３と同電位となるように蓋部２２に電気的に接続されている。本実施形態においては、電界集中緩和電極部２７は、蓋部２２に直接に接触する電極部である。電界集中緩和電極部２７は、中央部分に設けられた通過孔２７ａを有する。電界集中緩和電極部２７は、その通過孔２７ａ内に第２集束電極部８を配置する。

電界集中緩和電極部２７は、軸線Ｇを中心軸とする円環状で且つ軸線Ｇ方向を厚さ方向とする平板状の円環板部２７ｘと、円環板部２７ｘの外周縁に立設された周壁部２７ｇと、を有する導電性部材である。電界集中緩和電極部２７は、筐体部２の絶縁筒部１４と蓋部２２との間に気密に接続されている。

電界集中緩和電極部２７の円環板部２７ｘにおける内周側の端部２７ｘ１は、軸線Ｇ方向においてゲート電極部９の本体部９１よりも電子検出部４側に位置する。具体的には、円環板部２７ｘの内周側の端部２７ｘ１は、第２集束電極部８の環状板部８ｘと軸線Ｇ方向において略同位置に位置する。電界集中緩和電極部２７の円環板部２７ｘの内周側の端部２７ｘ１は、軸線Ｇ方向に対して直交する直交方向（交差する交差方向）において、給電部９２、特に本実施形態においては第２集束電極部８の環状板部８ｘに近接する位置に至るまで延びる。換言すれば、軸線Ｇ方向に対して直交する直交方向（交差する交差方向）において、電界集中緩和電極部２７の円環板部２７ｘの内周側の端部２７ｘ１と、それに対向する環状板部８ｘの外周縁との間の距離Ｈ１が、電界集中緩和電極部２７の円環板部２７ｘの内周側の端部２７ｘ１と円環板部２７ｘの外周側の端部２７ｘ２との間の距離Ｈ２よりも短い。本実施形態においては、電界集中緩和電極部２７の円環板部２７ｘの内周側の端部２７ｘ１は、軸線Ｇ方向に対して直交する直交方向（交差する交差方向）において、ハーメチックシール２２ｓに至るまで延びる。具体的には、円環板部２７ｘの内周側の端部２７ｘ１は、第２集束電極部８の環状板部８ｘの外周縁に接近するまで延びる。円環板部２７ｘの内周側の端部２７ｘ１は、中間電極部６よりも直交方向において内側に延びる。電界集中緩和電極部２７は、第２電界集中緩和電極部を構成する。

以上、電子管１０１においても、ゲート電極部９の動作の高速化を実現することが可能となる。また、電界集中緩和電極部２７により、最も光電面３側の等電位線（カソード電位）を電子検出部４側へシフトさせ、電界集中（当該等電位線の急な曲がり）を抑制できる。電界集中緩和電極部２７により、軸線Ｇに垂直な方向に沿って当該等電位線が延びるように一層導き、当該等電位線が光電面３側に入り込むこと（しみ込み）を一層抑制できる。電界集中緩和電極部２７により筐体部２の内部における電界の集中を緩和し、電子管２０１の耐電圧を高めることが可能となる。

［第３実施形態］次に、第３実施形態について説明する。本実施形態の説明では、第２実施形態と異なる点について説明する。

図６に示されるように、第３実施形態に係る電子管２０１は、第２集束電極部８（図１参照）に代えて、ロッド８０の一端部との接続箇所Ｐを軸線Ｇ方向における光電面３側に位置させた第２集束電極部３８を備える点で、第２実施形態と異なる。

第２集束電極部３８は、軸線Ｇを中心軸とする略円筒状の円筒部３８ｘと、円筒部３８ｘの外周面において光電面３側の端部に設けられた鍔部３８ｙと、を有する。円筒部３８ｘの内孔に対応する通過孔３８ａは、光電面３側の端部以外について光電面３から離れるに連れて拡径するように傾斜している。換言すれば、円筒部３８ｘは、光電面３から離れるに連れて、軸線Ｇ方向に対して直交する直交方向（交差する交差方向）における幅（厚さ）が減少するような形状となっている。そして、軸線Ｇに沿った方向から見た断面において、通過孔３８ａを構成する円筒部３８ｘの内壁面は、光電面３から離れるに連れて軸線Ｇからの距離が大きくなるように拡径するテーパー面となっている。一方、円筒部３８ｘの外壁面は軸線Ｇに沿って延在する円周面となっている。また、円筒部３８ｘの光電面３側の面（上面）は、軸線Ｇ方向に対して直交する直交方向（交差する交差方向）に沿って延在する円環状の平面部となっている。そして、円筒部３８ｘにおける上面と内壁面との接続領域、及び、外壁面と内壁面との接続領域は、いずれも角部が丸められたＲ形状を有する。これにより、角部による電界の乱れを抑制し、放電を抑制することができる。

鍔部３８ｙは、軸線Ｇ方向を厚さ方向とする円環状の板状を呈する。鍔部３８ｙは、円筒部３８ｘの上面側の外周面から径方向外側に張り出すように設けられている。鍔部３８ｙの上面は、円筒部３８ｘの上面と面一とされている。また、鍔部３８ｙにおいて径方向外側に張り出した端部は、角部が丸められたＲ形状を有する。これにより、角部による電界の乱れを抑制し、放電を抑制することができる。鍔部３８ｙの複数位置には、軸線Ｇ方向に沿って延びるロッド８０の一端部が、接続箇所Ｐにおいて例えばレーザ溶接により固定されて接続されている。

電界集中緩和電極部２７の円環板部２７ｘの内周側の端部２７ｘ１は、軸線Ｇ方向において、ロッド８０と第２集束電極部３８との接続箇所Ｐよりも電子検出部４側に位置する。また、電界集中緩和電極部２７の円環板部２７ｘの内周側の端部２７ｘ１は、軸線Ｇ方向に対して直交する直交方向（交差する交差方向）において、給電部９２、特に本実施形態においては第２集束電極部３８の円筒部３８ｘに近接する位置に至るまで延びる。換言すれば、軸線Ｇ方向に対して直交する直交方向（交差する交差方向）において、電界集中緩和電極部２７の円環板部２７ｘの内周側の端部２７ｘ１と、それに対向する円筒部３８ｘの外壁面との間の距離Ｈ３が、電界集中緩和電極部２７の円環板部２７ｘの内周側の端部２７ｘ１と円環板部２７ｘの外周側の端部２７ｘ２との間の距離Ｈ４よりも短い。本実施形態においては、電界集中緩和電極部２７の円環板部２７ｘの内周側の端部２７ｘ１は、軸線Ｇ方向に対して直交する直交方向（交差する交差方向）において、ハーメチックシール２２ｓに至るまで延びており、ここでは鍔部３８ｙに至るまで延びている。円環板部２７ｘの内周側の端部２７ｘ１は、中間電極部６よりも直交方向において内側に延びる。電界集中緩和電極部２７は第３電界集中緩和電極部を構成する。

以上、電子管２０１においても、ゲート電極部９の動作の高速化を実現することが可能となる。また、電子管２０１では、第２集束電極部３８とロッド８０の一端部との接続箇所Ｐを、電界の影響を受けにくい軸線Ｇ方向における光電面３側に位置させることができる。電子管２０１では、電界集中緩和電極部２７により筐体部２の内部における電界の集中を緩和し、電子管２０１の耐電圧を高めることが可能となる。

なお、本実施形態では、電界集中緩和電極部２７に代えて、図７に示されるように、電極部５７、導電性筒部１６及び電界集中緩和電極部３７を備えていてもよい。電極部５７は、蓋部２２に電気的に接続されており、本実施形態においては蓋部２２に直接に接触する電極部であり、中央部分に設けられた通過孔５７ａを有する。電極部５７は、軸線Ｇを中心軸とする円環状で且つ軸線Ｇ方向を厚さ方向とする平板状の円環板部５７ｘと、円環板部５７ｘの外周縁に立設された周壁部５７ｇと、を有する導電性部材である。導電性筒部１６は、軸線Ｇを中心軸とする円筒状を呈する導電性部材である。

電界集中緩和電極部３７は、軸線Ｇを中心軸とする円環状で且つ軸線Ｇ方向を厚さ方向とする平板状の導電性部材である。電界集中緩和電極部３７は、筐体部２内に延出する円環板部３７ａを有する。円環板部３７ａは、電界集中緩和電極部３７における筐体部２内に延出する部分である。電界集中緩和電極部３７の円環板部３７ａの内周側の端部３７ａ１は、軸線Ｇ方向において、ロッド８０と第２集束電極部３８との接続箇所Ｐよりも電子検出部４側に位置する。電界集中緩和電極部３７の円環板部３７ａの内周側の端部３７ａ１は、軸線Ｇ方向に対して直交する直交方向（交差する交差方向）において、給電部９２、特に本実施形態においては第２集束電極部３８の円筒部３８ｘに近接する位置に至るまで延びる。換言すれば、軸線Ｇ方向に対して直交する直交方向（交差する交差方向）において、電界集中緩和電極部３７の円環板部３７ａの内周側の端部３７ａ１と、それに対向する円筒部３８ｘの外壁面との間の距離Ｈ５が、電界集中緩和電極部３７の円環板部３７ａの内周側の端部３７ａ１と電界集中緩和電極部３７の円環板部３７ａの外周側の端部３７ａ２との間の距離Ｈ６よりも短い。本実施形態においては、電界集中緩和電極部３７の円環板部３７ａの内周側の端部３７ａ１は、軸線Ｇ方向に対して直交する直交方向（交差する交差方向）において、ハーメチックシール２２ｓに至るまで延びており、ここでは鍔部３８ｙに至るまで延びている。電界集中緩和電極部３７の円環板部３７ａの内周側の端部３７ａ１は、中間電極部６よりも直交方向において内側に延びる。電界集中緩和電極部３７は、第４電界集中緩和電極部を構成する。

電極部５７、導電性筒部１６及び電界集中緩和電極部３７は、この順で積み重なるように配置されており、互いに電気的に接続されている。電極部５７、導電性筒部１６及び電界集中緩和電極部３７は、筐体部２の蓋部２２と絶縁筒部１４との間に気密に接続されている。このような構成では、電界集中緩和電極部３７により筐体部２の内部における電界の集中を緩和し、電子管２０１の耐電圧を高めることが可能となる。

以上、実施形態について説明したが、本開示の一態様は上記実施形態に限定されない。

上記実施形態では、ゲート電極部９が第２集束電極部８と一体的に設けられているが、ゲート電極部９は第２集束電極部８とは別で設けられていてもよい。この場合、ゲート電極部９は、導電性部材を介して第２集束電極部８と電気的に接続されていてもよいし、別途に、給電部を有していてもよい。上記実施形態は、第１ロッド８１と第２ロッド８２とを含むが、第１ロッド８１のみ含んでいてもよい。

上記実施形態では、ゲート電極部９の本体部９１が第２集束電極部８を介してロッド８０に電気的に接続されているが、これに代えて若しくは加えて、別途の導電部材を介して本体部９１がロッド８０に電気的に接続されていてもよい。

上記実施形態では、光電面３が曲面を呈しているが、光電面３の形状は曲面に限定されず、種々の形状を呈していてもよい。例えば光電面３は平面を呈していてもよい。上記実施形態では、光電面３は、反射型の光電変換部であるが、透過型の光電変換部であってもよい。

上記実施形態では、電子検出部４としてアバランシェフォトダイオードを用いているが、これに限定されない。電子検出部は、他の半導体電子検出素子を用いたものであってもよいし、単なるアノードを備えたものであってもよいし、ダイノード及びアノードを備えたものであってもよい。

上記実施形態及び上記変形例における各構成には、上述した材料及び形状に限定されず、様々な材料及び形状を適用することができる。上記実施形態又は変形例における各構成は、他の実施形態又は変形例における各構成に任意に適用することができる。上記実施形態又は変形例における各構成の一部は、本開示の一態様の要旨を逸脱しない範囲で適宜に省略可能である。

１，１０１，２０１…電子管、２…筐体部、３…光電面（光電変換部）、４…電子検出部、７…電界集中緩和電極部（第１電界集中緩和電極部）、８…第２集束電極部（集束電極部，接続部）、９…ゲート電極部、２２…蓋部、２２ｈ，２２ｓ…ハーメチックシール（気密封止部）、２７…電界集中緩和電極部（第２電界集中緩和電極部，第３電界集中緩和電極部）、３７…電界集中緩和電極部（第４電界集中緩和電極部）、８０…ロッド、８１…第１ロッド、８２…第２ロッド、９１…本体部、９２…給電部、Ｐ…接続箇所。

Claims (12)

1. 入射した光に応じた光電子を放出する光電変換部と、
   前記光電変換部からの光電子を受ける電子検出部と、
   前記光電変換部と前記電子検出部との間に配置されたゲート電極部と、
   前記光電変換部、前記電子検出部及び前記ゲート電極部を収容する筐体部と、を備え、
   前記筐体部は、
   前記光電変換部が固定され、前記筐体部の一端側を構成する蓋部を有し、
   前記ゲート電極部は、
   電圧が印加されることで光電子の通過を制御する本体部と、
   前記本体部を前記光電変換部に対して離間するように支持すると共に、前記本体部に電圧を印加する給電部と、を有し、
   前記給電部は、前記蓋部に保持されている、電子管。
2. 前記光電変換部と前記電子検出部との間において前記光電変換部と対向するように設けられ、前記光電変換部からの光電子を集束する集束電極部を備え、
   前記ゲート電極部は、前記集束電極部と電気的に接続されている、請求項１に記載の電子管。
3. 前記ゲート電極部は、前記集束電極部と一体的に設けられている、請求項２に記載の電子管。
4. 前記給電部は、
   前記蓋部に固定され、一端部が前記筐体部内に位置する複数のロッドと、
   複数の前記ロッドの一端部と前記本体部とを接続する接続部と、を有する、請求項１に記載の電子管。
5. 複数の前記ロッドは、
   前記蓋部を貫通する第１ロッドと、
   他端部が前記蓋部に埋設された第２ロッドと、を含む、請求項４に記載の電子管。
6. 前記光電変換部と同電位となるように前記蓋部に電気的に接続され、前記筐体部の内部に形成される電界の集中を緩和する第１電界集中緩和電極部を備え、
   前記第１電界集中緩和電極部の一部は、前記光電変換部と前記電子検出部とが対向する対向方向において、前記本体部よりも前記電子検出部側に位置する、請求項１に記載の電子管。
7. 前記光電変換部と同電位となるように前記蓋部に電気的に接続され、前記筐体部の内部に形成される電界の集中を緩和する第２電界集中緩和電極部を備え、
   前記第２電界集中緩和電極部における前記筐体部の内部側の端部は、前記光電変換部と前記電子検出部とが対向する対向方向において、前記本体部よりも前記電子検出部側に位置すると共に、前記対向方向に対して交差する交差方向において、前記給電部に近接する位置まで延びる、請求項４に記載の電子管。
8. 前記ロッドは、気密封止部により前記蓋部に固定され、
   前記第２電界集中緩和電極部における前記筐体部の内部側の端部は、前記交差方向において、前記気密封止部に至るまで延びる、請求項７に記載の電子管。
9. 前記光電変換部と同電位となるように前記蓋部に接触し、前記筐体部の内部に形成される電界の集中を緩和する第３電界集中緩和電極部を備え、
   前記第３電界集中緩和電極部における前記筐体部の内部側の端部は、前記光電変換部と前記電子検出部とが対向する対向方向において、前記ロッドと前記接続部との接続箇所よりも前記電子検出部側に位置する、請求項４に記載の電子管。
10. 前記第３電界集中緩和電極部の一端部は、前記対向方向に対して交差する交差方向において前記接続部に至るまで延びる、請求項９に記載の電子管。
11. 前記光電変換部と前記電子検出部とが対向する対向方向に対して交差する交差方向に沿って延び、一端部が前記筐体部内に位置すると共に他端部が前記筐体部外に位置し、前記筐体部の内部に形成される電界の集中を緩和する第４電界集中緩和電極部を備え、
    前記第４電界集中緩和電極部の一端部は、前記対向方向において前記ロッドと前記接続部との接続箇所よりも前記電子検出部側に位置すると共に、前記交差方向において前記給電部に近接する位置まで延びる、請求項４に記載の電子管。
12. 前記第４電界集中緩和電極部の一端部は、前記交差方向において前記接続部に至るまで延びる、請求項１１に記載の電子管。

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