JPH0554849A

JPH0554849A - 光電子増倍管

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Publication number: JPH0554849A
Application number: JP4026165A
Authority: JP
Inventors: Charles M Tomasetti; エムトマセツテイチヤールズ
Original assignee: Burle Technologies Inc
Current assignee: Burle Technologies Inc
Priority date: 1991-01-17
Filing date: 1992-01-16
Publication date: 1993-03-05
Anticipated expiration: 2011-12-25
Also published as: JP2567774B2; EP0495283B1; US5120949A; EP0495283A1

Abstract

(57)【要約】【構成】光電子増倍管において、半導体ホトダイオー
ド（１４）が陽極として機能し、ホトカソード（１２）
からの電子を受け取る。管内の集束構造は２つの部分か
らなり、一方が陽極集束電極（１６）でホトダイオード
に近く、他方がグリッド集束電極（１８）でホトダイオ
ードとホトカソードのほぼ中間にあり、２つの異なる直
径をもち、かつ、低い電圧で動作する。これらの電極
は、大面積のホトカソードからの電子が小面積のホトダ
イオードへ高効率で送られるようにする集束電界を形成
する。また、ホトダイオードの取り付けは、優れたタイ
ミング特性を与える終端部材として機能するように設計
される。【効果】良好な走行時間ばらつき特性と低雑音指数を
有し、高速動作システムにも用いることのできる光電子
増倍管が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の利用分野】この発明は電気ランプ及び放電装置
に、さらに詳しくは、ホトカソードから放出された電子
が指向される陽極として働く半導体ホトダイオードを含
んでいる光電子増倍管に関するものである。

【０００２】

【発明の背景】光電子増倍管においてホトカソードと半
導体ホトダイオードを組み合わせて用いることは公知で
あるが、そのような装置は一般的には使用されていな
い。その明らかな理由は、大面積のホトカソードとそれ
よりもはるかに小さな面積のホトダイオードを有する真
空装置を作ることが難しいためである。しかし、このよ
うな装置には、幾つかの利点、例えば、収集率が高い、
応答時間が優れている、電力消費が小さい、利得安定性
及び利得直線性が良い、雑音が少ない、補助回路構成を
簡単に出来る等の利点を持っていると考えられる。装置
を適切に作ることができれば、このような利点が得られ
る筈である。

【０００３】光電子増倍管の電気出力信号を発生する半
導体ホトダイオードを用いると、出力信号電圧として、
半導体回路あるいは集積回路に対する通常の範囲内の電
圧が得られるので、光電子増倍管の後段に接続される回
路は、このような技術の持つ利点を利用することが出来
る。さらに、半導体を用いた光電子増倍管は、多数の管
を必要とするようなシステムに使用する時、特に有用で
ある。なぜなら、１つの装置に数十あるいは数百の管を
用いようとする場合、半導体を用いた管は消費電力が小
さく、付属装置の構成が簡単であるということは大きな
利点となるためである。

【０００４】この発明によれば、半導体を用いた光電子
増倍管の最適所要特性を与えうるような構造が提供され
る。この発明によれば、表面積の小さなホトダイオード
をこれよりはるかに大きな面積を持つ窓及びホトカソー
ドと共に用いることができ、また、両方の表面共平坦
面、一方の表面が平坦面で他方の表面が凹面、または両
方の表面共凹面である窓を用いることができる。

【０００５】また、この発明によれば、従来の管に比べ
て走行時間ばらつき（ＴｒａｎｓｉｔＴｉｍｅＳｐ
ｒｅａｄ）特性がはるかに良く、また、雑音指数が低い
光電子増倍管が得られる。さらに、特別なチップ保持部
材を用いたことにより、伝送線に整合させることのでき
る出力構成を用いることが可能となり、従って、高速動
作装置に用いて良好に機能する管が得られる。

【０００６】

【発明の概要】上述した種々の利点は、両方とも比較的
簡単な構造の集束電極を２つだけ有する集束電極構造を
用いることにより得られる。一方の電極は陽極の一部と
して機能し、即ち、ホトカソードから放出された電子の
ターゲットとして機能し、半導体チップに近接させて配
置された簡単なシリンダ状部材である。他方の電極は２
つのセグメントからなるシリンダ状部材で、半導体チッ
プ側に配置された一方のセグメントは直径が幾らか小さ
く、ホトカソード側に配置された他方のセグメントの方
が直径が大きい。この２セグメント形集束グリッド電極
はホトカソードと半導体チップとの間の中間の領域に配
置されており、２００ボルトより低い比較的低い集束電
圧が印加されている。

【０００７】半導体チップ保持部材は管の軸上に配置さ
れている。この半導体チップ保持部材は、それが整合伝
送線路終端部材として動作する回路中に接続出来るよう
に構成されている。更に、半導体チップは、電子ビーム
の集束クロスオーバ領域に位置するように、管の軸に沿
って間隔をおいて設けられている。このように構成する
ことにより、大面積のホトカソードから放出された全て
の電子が比較的小面積のホトダイオードに作用すること
ができるように、電子が細いビームに形成されて、高収
集効率が得られる。

【０００８】この簡単な構造を、周知の光電子増倍管製
造技術を用いて、適切な幾何学的寸法形状で作り、真空
外囲器内に配置することにより、従来の半導体光電子増
倍管より優れた動作特性を持った半導体光電子増倍管を
得ることができる。

【０００９】

【実施例の詳細な説明】図は、この発明の推奨実施例に
よる光電子増倍管の半分をその軸に沿う断面で示す。他
の半分はその外面が示されている。光電子増倍管１０
は、実質的に同軸構造として形成されており、ホトカソ
ード１２がガラス製の窓１３の内側に、半導体ホトダイ
オード１４が管１０のホトカソード１２と反対の側の端
部に配置されたチップ保持部材１５上に、陽極集束電極
１６が半導体ホトダイオード１４の近傍に、グリッド集
束電極１８が管軸に沿った略中間の位置にそれぞれ配置
されており、更に、適当なセラミック絶縁壁部２０、２
２、２４及びフランジ３５、３６、３７とにより管１０
の真空外囲器が形成されている。

【００１０】推奨実施例においては、半導体ホトダイオ
ード１４は「電子衝撃誘導コンダクティビティ」モード
で動作するシリコンダイオードであるが、同じモードで
動作するシリコン・アバランシェダイオードを用いるこ
ともできるし、他の形式の半導体ホトダイオードも図示
の推奨実施例の構成中で用いることができる。実際、光
のレベルが低い場合には、シリコン・アバランシェダイ
オードの方がより良好な動作をする。

【００１１】窓１３に関して、図示の実施例に変更を加
えることができる。窓１３は図に実線で示すように、２
つの平行な平坦面で構成することもできるし、また、点
線２６で示すように、内表面を光電子増倍管１０内に曲
率中心を持つ凹面としたものを用いてもよい。窓１３の
内表面を湾曲した凹面２６とした場合には、その外表面
は平坦面としても、凹面としてもよい。内表面を凹面と
した場合、外表面がどちらの形状であれ、同じ小さな直
径のホトダイオードであれば、２面が共に平坦であるも
のよりも良好なタイミング特性が得られ、更に、陰極収
集効率も良好になる。

【００１２】この発明の推奨実施例においては、同軸光
電子増倍管１０のホトカソード１２からホトダイオード
１４までの軸方向の長さは、約５８．４２ｍｍ（約２．
３インチ）、絶縁部材２２と２４で形成される外囲器の
内径は約６３．５ｍｍ（約２．５インチ）である。ホト
ダイオード１４の実効的な直径は約２．５ｍｍに過ぎ
ず、一方、ホトカソード１２の直径は約５０ｍｍであ
る。従って、ホトカソード１２とホトダイオード１４の
面積の比は、約４００対１である。この非常に大きな面
積比は、ホトダイオード１４を管軸上で、かつ、同軸的
に配置された集束電極１６、１８によって形成される集
束電界のクロスオーバ点に配置させることにより達成で
きる。

【００１３】推奨実施例における陽極集束電極の位置
は、ホトダイオード１４と管１０の中心軸との関係にお
いて定めるのが最も良い。即ち、陽極集束電極１６の同
軸シリンダ状表面はホトダイオード１４の中心から約
８．３８ｍｍ（約０．３３インチ）の半径上にあり、こ
のホトダイオード１４の中心は管１０の軸上にあるから
である。更に、陽極集束電極１６はホトダイオード１４
からホトカソードに向かって管１０に沿って軸方向に約
１０．１６ｍｍ（約０．４インチ）延びている。

【００１４】推奨実施例の光電子増倍管１０における同
軸グリッド集束電極１８の位置はホトカソード１２との
関係でより簡単に定めることができる。前述した管１０
の寸法では、グリッド集束電極１８のホトカソード１２
側の端部はホトカソードから約２０．３２ｍｍ（約０．
８インチ）の位置にある。グリッド集束電極１８はセグ
メント（部分）２８と３０とで構成されている。大きい
ほうのセグメント２８は、内径が約５０．８ｍｍ（約２
インチ）で、管軸に沿う長さが約１８．５８ｍｍ（約
０．７３インチ）であり、小さいほうのセグメント３０
は、内径が約４９．２７６ｍｍ（約１．９４インチ）
で、管軸に沿う実効長が約７．６２ｍｍ（約０．３イン
チ）である。光電子増倍管１０に、これらの寸法を採用
し、約１００ボルトを上述のグリッド構造に加えると、
実質的に１００％の収集効率を得ることができる。

【００１５】この発明の特筆すべき利点は、半導体ホト
ダイオード１４に対する接続を外部回路に整合するよう
な構成にすることができる点である。チップ保持部材１
５は管１０の端部シールとして機能する。チップ保持部
材１５上に取り付けられたホトダイオード１４に対する
接続体３２はワイヤでもストリップ接続体でもよい。こ
の基本構造の寸法形状は、それが後続の回路に対し整合
した終端となるインピーダンスを呈するように、従っ
て、陽極パルスの立ち上がり時間に影響を与えず、しか
も、スプリアスなリンギング現象を生じさせないよう
に、定めることができる。

【００１６】光電子増倍管１０のその他の構造的特徴は
光電子増倍管技術の分野で充分に理解できるものであ
る。排気用管構成３４が外部フランジ３６に取り付けら
れ、これを用いて管の製造中に気体を適当に処理しまた
排出することができる。また、ホトカソード１２を付勢
するために電気的に加熱されるビードからアンチモンを
蒸発させる、等の他の目的に用いられる電気的なフィー
ドスルーをフランジ３６を貫通して取り付けることもあ
る。フランジ３５と３６は、陽極集束電極１６とグリッ
ド集束電極１８に集束電圧を供給するための電気接続部
材としても機能する。

【００１７】セラミック−金属間のシールの基本的な構
造も、この技術分野では充分に理解されており、従っ
て、管１０の外囲器の組立ての詳細は説明しない。

【００１８】この発明の構造を用いると、非常に簡単な
補助回路を用いることのできる非常に効率がよく応答時
間が速い光電子増倍管が得られる。従って、光電子増倍
管分圧回路からの熱放出を増加させることなく、多数の
光電子増倍管を１つの装置で用いることが可能となり、
また、光電子増倍管を高速動作回路に用いることも可能
となる。

【００１９】図示し説明した光電子増倍管は推奨実施例
に過ぎず、多くの改変が管の構成素子の機能や構成に施
すことができるし、同等の手段を図示の実施例のものと
置き換えることもできる。更に、特定の構成を、この発
明の範囲内で、他から切り離して用いることもできる。
例えば、管の外囲器をセラミックあるいはガラスで構成
することができる。いずれの絶縁体を用いるにしても、
これらの絶縁体の金属へのシーリングの技術はこの技術
分野で確立されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による光電子増倍管の、一
部を断面で示した、正面図である。

【符号の説明】

１２ホトカソード１３窓１４半導体ホトダイオード１６陽極集束電極１８グリッド集束電極２８グリッド集束電極のセグメント３０グリッド集束電極のセグメント

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子管の動作に適した真空状態を内部に
形成するように排気された気密封止された外囲器と、輻射線が通過することができる、上記外囲器の一部を構
成する窓と、この窓の内面に配置され、第１の電圧が供給されてお
り、上記窓を通過する輻射線による作用を受けると電子
を放出するホトカソードと、上記外囲器内に配置され、第２の電圧が供給されてお
り、上記ホトカソードからの電子が接触すると、その電
子の量に応じて変化する電気信号を出力接続体に生成す
る半導体ホトダイオードと、上記外囲器内で、上記ホトカソードと半導体ホトダイオ
ードとの間の領域に配置された少なくとも１つの陽極集
束電極とグリッド集束電極と、を有し、上記グリッド集束電極よりも上記陽極集束電極の方が上
記半導体ホトダイオードに近く配置されており、上記各
集束電極は導電性材料で構成されていて、上記グリッド
集束電極には第３の電圧が供給され、上記陽極集束電極
には第４の電圧が供給されており、それによって、上記
ホトカソードから放出された電子を上記半導体ホトダイ
オードに指向させる集束電界が上記外囲器内に形成され
るように構成されている、光電子増倍管。
【請求項２】上記ホトカソードと、上記半導体ホトダ
イオードと、上記各集束電極が同軸的に配置されてい
る、請求項１に記載の光電子増倍管。
【請求項３】上記半導体ホトダイオードの上記出力接
続体が、この出力接続体に接続される光電子増倍管の外
部の回路のインピーダンスに整合する特定のインピーダ
ンス特性を有する構成に形成されている、請求項１に記
載の光電子増倍管。
【請求項４】上記半導体ホトダイオードが光電子増倍
管の軸上に位置している、請求項１に記載の光電子増倍
管。
【請求項５】上記半導体ホトダイオードが、このホト
ダイオードと上記ホトカソードと上記各集束電極とに印
加されている電圧によって形成された集束電界のクロス
オーバ点に位置している、請求項１に記載の光電子増倍
管。
【請求項６】上記グリッド集束電極が互いに異なる直
径を有する２つのセグメントで構成されており、上記ホ
トカソードに近いセグメントの直径の方が大きくされて
いる、請求項１に記載の光電子増倍管。
【請求項７】上記窓の両表面が互いに平行で平坦な面
である、請求項１に記載の光電子増倍管。
【請求項８】上記窓はその内表面が凹面であり、外表
面が平坦面である、請求項１に記載の光電子増倍管。
【請求項９】上記窓は曲率中心が共に管の内部に位置
する２つの湾曲表面を有するものである、請求項１に記
載の光電子増倍管。