WO2005027179A1 - 電子管 - Google Patents

Description

技術分野

[0001] 本発明は、電子管に関する。

背景技術

[0002] 光の入射に応じて光電子を放出する光電面と、光電子を増幅して検出する半導体 素子もしくは多段のダイノードからなる検出部とを有する各種電子管が提案されてい 明

る。

[0003] 田

多段のダイノードを用いた電子管として、筒状の外囲器の端部に設けられたフエ一 スプレートに光電子放出陰極が形成され、フェースプレートに対向して多段のダイノ ードが設けられている電子管がある。この電子管では、フェースプレートに光電子放 出陰極形成のための材料を蒸着させる蒸発器を備えている。蒸発器は、ダイノード群 を囲む筒の外部に設けられており、蒸発器から蒸発した材料がダイノードに付着する のを防止している。また、複数の集束電極が設けられ、蒸発器から蒸発した材料が外 囲器の内壁など意図しな!、箇所に付着するのを防止する役割も果たして 、る (例え ば、特許文献 1参照)。

[0004] 一方半導体素子を用いた電子管として、電子管の内部に電子線照射型ダイオード を封入した電子管がある。この電子管では、半導体素子の周囲に電子の進路を制限 する遮蔽板が設けられて ヽる (例えば、特許文献 2参照)。

[0005] 半導体素子としてアバランシェフオトダイオード（以下、 APDという）を用いた電子管 としては、絶縁容器の両端に入射窓と導電性ステムとを互いに対向するように配置し 、光電面を入射窓の内壁に形成し、 APDを導電性ステム上に配置したものが提案さ れている。導電性ステムは、光電面に向力 方向に突出している。入射窓に光電面を 形成する際に、絶縁容器に設けられた貫通孔からアルカリ金属等の金属蒸気を所定 の順番で注入し、予め堆積されているアンチモンと反応させる。（例えば、特許文献 3 参照)。

特許文献 1 :特開平 02— 288145号公報 (第 3-4頁） 特許文献 2 :特開平 06— 318447号公報 (第 5-8頁、第 1図）

特許文献 3：特開平 09— 297055号公報 (第 4 9頁、第 4図）

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] ここで、検出部としては半導体素子がダイノード群に比べ、応答速度、リーク電流、 コストなどの点で優れて 、る。

[0007] そこで、本発明は、電子打ち込み型の半導体素子を備え、好ましくない場所への金 属の付着を簡単な構成にて防止した電子管を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0008] 上記目的を達成するために、本発明は、内壁の所定の部分に光電面が形成された 外囲器と、前記外囲器内部に設けられ、中心位置と該中心位置を囲む外周縁とを有 する固定板と、該固定板上の該中心位置に該光電面に対向するように固定された電 子打ち込み型半導体素子と、該固定板上の該中心位置と該外周縁との間の位置に 固定され前記半導体素子を囲み該光電面に向かって延びる第 1の筒状の壁と、前記 外囲器内部の該固定板より該光電面側であって、前記第 1の筒状の壁と該固定板の 該外周縁の該光電面に向かって延びる仮想延長面との間の位置に配置された金属 蒸気を発生させる蒸着源とを有し、前記光電面に入射した光により放出される光電子 を前記半導体素子により検出することを特徴とする電子管を提供している。

[0009] このような構成によれば、外囲器の内壁の所定の部分に光電面が形成されている。

外囲器の内部に固定板が設けられ、固定板上に半導体素子と第 1の筒状の壁とが 固定されている。半導体素子は第 1の筒状の壁に囲まれている。蒸着源は、前記外 囲器内部の該固定板より該光電面側であって、かつ、前記第 1の筒状の壁の外側で 該固定板の外周縁の該光電面に向力う仮想延長面より内側に配置されている。蒸着 源は金属蒸気を発生させ、光電面を形成する材料となる。半導体素子は、光電面か ら発生する光電子を検出する。

[0010] 力かる構成の電子管によれば、蒸着源は、固定板より光電面側における第 1の筒状 の壁の外側で、かつ、固定板の外周縁の仮想延長面より内側の位置に配置されてい る。よって、光電面の下地膜を形成する際に、金属蒸気が外囲器の所定の場所に効 率よく蒸着する。このように光電面を必要最小限の所定部分に制限することで、有効 でない部分より放出される暗電流出力の信号への寄与を低減することができる。

[0011] また、前記固定板と前記蒸着源とは、一端と他端とを有し前記他端が前記外囲器 に接続され前記一端が前記外囲器の内部側に前記光電面に向かって突出した絶縁 性の筒の前記一端に設けられて 、ることが好ま 、。

[0012] このような構成によれば、固定板は、絶縁性の筒の一端に設けられている。絶縁性 の筒は一端と他端とを有し、前記他端が前記外囲器に接続され、前記一端が外囲器 内部側に光電面に向かって突出している。半導体素子は絶縁性の筒により外囲器と 絶縁されている。

[0013] 力かる構成の電子管によれば、半導体素子は外周器の内部側に突出している。従 つて、外囲器に接地電圧を、半導体素子にプラス極性の電圧を与えれば、絶対値の 大きい電圧が外部環境に露出されずに済む。よって使用時の扱いが容易で、外囲 器と外部環境との間の放電も防止することができる。

[0014] また、前記外囲器は、筒状の基部と、略球面状に湾曲した第 1本体部と略球面状に 湾曲し前記第 1本体部と前記基部とを接続する第 2本体部とからなる本体とを有し、 前記半導体素子は、前記基部の中心軸と前記基部内に位置した前記第 2本体部の 仮想延長曲面との交点より前記本体側に位置していることが好ましい。

[0015] このような構成によれば、外囲器は、基部と本体とを有する。基部は筒状であり、本 体はいずれも略球面状に湾曲した第 1本体部と第 2本体部とからなる。第 2本体部は 、基部と第 1本体部とを接続している。半導体素子は、第 2本体部の仮想延長曲面と 基部の中心軸との交点よりも本体側に位置して 、る。

[0016] 力かる構成の電子管によれば、略球状に湾曲した曲面を有する本体の所定の部分 に光電面が形成され、半導体素子が基部内の第 2本体部の仮想延長曲面と基部の 中心軸との交点よりも本体側に位置している。光電面を略球面状に湾曲した曲面上 に形成するため、光電面を広く形成できる。しカゝも、光電面と半導体素子とに電位差 を与えることにより、半導体素子を中心とした略同心球状の電位勾配を生じさせること ができる。このため、広い有効エリアを有する光電面力 放出された光電子を狭い有 効エリアの半導体素子に収束させることが可能となる。発生した電子が半導体素子 上に効率よく収束して入射するので、電子の検出感度を高めることができる。さらに、 半導体素子自体が小さいので、応答性が良ぐリーク電流が小さぐコストも低い。

[0017] また、前記筒の前記他端は前記外囲器に接続され、前記筒の前記一端は前記外 囲器の前記本体内に突出しており、前記固定板と前記蒸着源とは、前記筒の一端に 設けられて 、ることが好ま U、。

[0018] このような構成によれば、絶縁性の筒の一端は、外囲器の本体内に突出している。

他端は外囲器に接続されている。固定板と蒸着源とは、筒の一端に設けられている。

[0019] 力かる構成の電子管によれば、半導体素子は外周器の内部側に突出している。従 つて、外囲器に接地電圧を、半導体素子にプラス極性の電圧を与えれば、絶対値の 大きい電圧が外部環境に露出されずに済む。よって使用時の扱いが容易で、外囲 器と外部環境との間の放電も防止することができる。

[0020] また、前記固定板は、前記筒の一端に導電性部材を介して接続された内側ステム からなり、前記筒の一端に前記筒外部側に突出するように設けられ、前記筒の一端 近傍の電界強度を緩和する導電性部材をさらに有することが好ましい。

[0021] このような構成によれば、絶縁性の筒の一端に導電性部材を介して内側ステムが 接続され、半導体素子は内側ステムに配置されている。絶縁性の筒の一端に、導電 性部材が突出して設けられている。導電性部材は、筒の一端近傍における電界強度 を緩和する。

[0022] 力かる構成の電子管によれば、導電性部材により、絶縁性の筒の一端近傍の電界 強度が緩和されるため、放電を防止することができる。このため、光電面と半導体素 子との間に大きな電位差を与えて、高い検出効率を得ることが可能となる。

[0023] また、前記外囲器は、前記筒の他端に接続され少なくとも前記筒の他端と接続する 部分が導電性を有する外側ステムを有し、前記筒の他端に前記筒外部側に突出す るように設けられ、前記筒の他端近傍の電界強度を緩和する導電性部材をさらに有 することが好ましい。

[0024] このような構成によれば、外囲器は外側ステムを有して 、る。外側ステムは、筒の他 端に接続され、少なくとも筒の他端と接続する部分が導電性を有している。絶縁性の 筒の他端に導電性部材が突出して設けられている。導電性部材は、筒の他端近傍 における電界強度を緩和する。

[0025] 力かる構成の電子管によれば、導電性部材により、絶縁性の筒の他端近傍の電界 強度が緩和されるため、放電を防止することができる。このため、光電面と半導体素 子との間に大きな電位差を与えて、高い検出効率を得ることが可能となる。

[0026] また、別の観点力もすれば、本発明は、内壁の所定の部分に光電面が形成された 外囲器と、前記外囲器内部に設けられた電子打ち込み型半導体素子と、前記半導 体素子を囲む第 1の筒状の壁と、前記外囲器内部の前記第 1の筒状の壁の外側に 配置され、金属蒸気を発生させる蒸着源と、前記蒸着源を囲む第 2の筒状の壁とを 有し、前記光電面に入射した光により放出される光電子を前記半導体素子により検 出することを特徴とする電子管を提供して 、る。

[0027] このような構成によれば、外囲器の内壁の所定の部分に光電面が形成されている。

外囲器の内部に半導体素子が備えられ、半導体素子は第 1の筒状の壁に囲まれて いる。第 1の筒状の壁の外側には蒸着源が配置されている。蒸着源は第 2の筒状の 壁に囲まれている。蒸着源は金属蒸気を発生させ、光電面を形成する材料となる。 半導体素子は、光電面から発生する光電子を検出する。

[0028] 力かる構成の電子管によれば、蒸着源が第 2の筒状の壁に囲まれている。よって、 光電面を形成する際に金属蒸気が、外囲器の所定の場所以外に付着することを、筒 状の壁という簡単な構成にて防止することができる。このように光電面を必要最小限 の所定部分に制限することで、有効でない部分より放出される暗電流出力の信号へ の寄与を低減することができる。

[0029] また、前記半導体素子、前記第 1の筒状の壁、前記蒸着源および前記第 2の筒状 の壁は、一端と他端とを有し、前記他端が前記外囲器に接続され、前記一端が前記 外囲器の内部側に突出した絶縁性の筒の先端に設けられていることが好ましい。

[0030] このような構成によれば、第 1の筒状の壁に囲まれた半導体素子、及び、第 2の筒 状の壁に囲まれた蒸着源は、絶縁性の筒の一端に設けられている。絶縁性の筒は 一端と他端とを有し、前記他端が前記外囲器に接続され、前記一端が外囲器内部側 に突出して 、る。半導体素子は絶縁性の筒により外囲器と絶縁されて 、る。

[0031] 力かる構成の電子管によれば、半導体素子は外周器の内部側に突出している。従 つて、外囲器に接地電圧を、半導体素子にプラス極性の電圧を与えれば、絶対値の 大きい電圧が外部環境に露出されずに済む。よって使用時の扱いが容易で、外囲 器と外部環境との間の放電も防止することができる。

[0032] また、前記外囲器は、筒状の基部と、略球面状に湾曲した第 1本体部と略球面状に 湾曲し前記第 1本体部と前記基部とを接続する第 2本体部とからなる本体とを有し、 前記半導体素子は、前記基部の中心軸と前記基部内に位置した前記第 2本体部の 仮想延長曲面との交点より前記本体側に設けられていることが好ましい。

[0033] このような構成によれば、外囲器は、基部と本体とを有する。基部は筒状であり、本 体はいずれも略球面状に湾曲した第 1本体部と第 2本体部とからなる。第 2本体部は 、基部と第 1本体部とを接続している。半導体素子は、第 2本体部の仮想延長曲面と 基部の中心軸との交点よりも本体側に位置して 、る。

[0034] 力かる構成の電子管によれば、略球状に湾曲した曲面を有する本体の所定の部分 に光電面が形成され、半導体素子が基部内の第 2本体部の仮想延長曲面と基部の 中心軸との交点よりも本体側に設けられている。光電面が略球面状に湾曲した曲面 上に形成されるため、光電面を広く形成できる。また、光電面と半導体素子とに電位 差を与えることにより、半導体素子を中心とした略同心球状の電位勾配が生じる。こ のため、広い有効エリアを有する光電面力 放出された光電子を狭い有効エリアの 半導体素子に収束させることが可能となる。発生した電子が半導体素子上に効率よ く収束して入射するので、電子の検出感度を高めることができる。さらに、半導体素子 自体が小さいので、高速応答性に優れ、リーク電流が小さくなり、製造も容易となる。 製造が容易なので製造コストも低くなる。

[0035] また、前記筒の前記他端は前記外囲器に接続され、前記筒の前記一端は前記外 囲器の前記本体内に突出しており、前記半導体素子は、前記筒の一端に設けられ ていることが好ましい。

[0036] このような構成によれば、絶縁性の筒の一端は、外囲器の本体内に突出している。

他端は外囲器に接続されている。半導体素子は、筒の一端に設けられている。

[0037] 力かる構成の電子管によれば、半導体素子は外周器の内部側に突出している。従 つて、外囲器に接地電圧を、半導体素子にプラス極性の電圧を与えれば、絶対値の 大きい電圧が外部環境に露出されずに済む。よって使用時の扱いが容易で、外囲 器と外部環境との間の放電も防止することができる。

[0038] また、本発明は、前記筒の一端に導電性部材を介して接続された内側ステムを更 に備え、前記内側ステムに前記半導体素子が配置され、前記筒の一端に前記筒外 部側に突出するように設けられ、前記筒の一端近傍の電界強度を緩和する導電性 部材をさらに有することが好ましい。

[0039] このような構成によれば、絶縁性の筒の一端に導電性部材を介して内側ステムが 接続され、半導体素子は内側ステムに配置されている。絶縁性の筒の一端に、導電 性部材が突出して設けられている。導電性部材は、筒の一端近傍における電界強度 を緩和する。

[0040] 力かる構成の電子管によれば、導電性部材により、絶縁性の筒の一端近傍の電界 強度が緩和されるため、放電を防止することができる。このため、光電面と半導体素 子との間に大きな電位差を与えて、高い検出効率を得ることが可能となる。

[0041] また、前記外囲器は、前記筒の他端に接続され少なくとも前記筒の他端と接続する 部分が導電性を有する外側ステムを有し、前記筒の他端に前記筒外部側に突出す るように設けられ、前記筒の他端近傍の電界強度を緩和する導電性部材をさらに有 することが好ましい。

[0042] このような構成によれば、外囲器は外側ステムを有して 、る。外側ステムは、筒の他 端に接続され、少なくとも筒の他端と接続する部分が導電性を有している。絶縁性の 筒の他端に導電性部材が突出して設けられている。導電性部材は、筒の他端近傍 における電界強度を緩和する。

[0043] 力かる構成の電子管によれば、導電性部材により、絶縁性の筒の他端近傍の電界 強度が緩和されるため、放電を防止することができる。このため、光電面と半導体素 子との間に大きな電位差を与えて、高い検出効率を得ることが可能となる。

[0044] また、前記外囲器は接地電位を印加され、前記半導体素子はプラス極性の電位を 印加されることが好ましい。

[0045] このような構成によれば、外囲器は接地電位、半導体素子はプラスの極性を印加さ れる。外囲器と半導体素子とは絶縁性の筒により絶縁を保たれる。 [0046] 力かる構成の電子管によれば、外周器の内部側に突出している半導体素子にはプ ラス極性の電圧を与え、外部に露出している外囲器には接地電圧を与えるので、絶 対値の大き 、電位が外部環境に露出されな 、。よって使用時の扱 、が容易であり、 外囲器と外部環境との間の放電も防止できる。このため、水チェレンコフ実験など、 水中でシングルフオトンの検出のために使用することが可能となる。

図面の簡単な説明

[0047] [図 1]本発明の実施の形態による電子管を示す概略断面図。

[図 2]図 1の電子管の II II線縦断面図。

[図 3]図 1の電子管に設けられている電子検出部の縦断面及び電子検出部内部に設 けられている電気回路を詳細に説明する図。

[図 4]電子検出部の電子検出部頭部の上方力 の平面図。

[図 5]電子検出部の APDを示す概略断面図。

[図 6]遮蔽部がない場合の電子検出部頭部の概観斜視図。

[図 7]電子検出部頭部の概観斜視図。

[図 8]アルカリ源を示す図。（A)はアルカリ源の正面図、（B)はアルカリ源の概観斜視 図。

[図 9]電子管内部の等電位面 Eおよび電子の軌跡 Lを示す概略縦断面図。

[図 10]比較例における電子管内部の等電位面 Eおよび電子の軌跡 Lを示す概略断 面図。

[図 11]導電性フランジ 21、 23による絶縁性筒 9上下端付近の等電位面 Eを示す概略 縦断面図。

[図 12]導電性フランジ 21、 23がない場合の絶縁性筒 9上下端付近の等電位面 Eを 示す概略縦断面図。

[図 13]ガラスバルブ本体の縦断面が円形の場合の等電位面 Eおよび電子の軌跡 Lを 示す概略縦断面図。

[図 14]比較例における等電位面 Eおよび電子の軌跡 Lを示す概略縦断面図。

[図 15]変形例による導電性フランジの外周縁の縦断面図。

[図 16]変形例による遮蔽部の構成を示す縦断面図。 [図 17]別の変形例による遮蔽部の構成を示す縦断面図。 符号の説明

2 外囲器

3 ガラスバルブ

4 ガラスバルブ本体

4a 上側半球部

4b 下側半球部

5 ガラスバルブ基部

6 外側ステム

9 絶縁筒

10 電子検出部

15 APD

21、 23 導電性フランジ

26 隔壁

27 ァノレ力!;源

60 ステム底面

61 ステム内側壁

62 ステム外側壁

70 遮蔽部

71 カバー

72 内側壁部

73 キャップ

74 外側壁部

80 内側ステム

87 台座

89 導電性支持部

90 電気回路 I 下側半球部 4bの仮想延長曲面

M 外周縁 87bの仮想延長曲面

S 基準点

Z 軸

発明を実施するための最良の形態

[0049] 本発明の実施の形態による電子管について、図 1乃至図 17に基づき説明する。

[0050] 図 1は、本実施の形態に力かる電子管 1の概略縦断面図である。

[0051] 図 1に示すように、電子管 1は、外囲器 2と電子検出部 10とを備えている。外囲器 2 は軸 Zを有している。電子検出部 10は、外囲器 2の内側に軸 Zに沿って突出している 。電子検出部 10は軸 Zを中心軸として延びる略円筒状をしている。

[0052] 外囲器 2は、ガラスバルブ 3と外側ステム 6とを備えて 、る。ガラスノ レブ 3は、透明 なガラスで形成されて 、る。

[0053] ガラスバルブ 3は、ガラスノ レブ本体 4と円筒状のガラスバルブ基部 5とを備えてい る。ガラスバルブ本体 4とガラスバルブ基部 5とは一体的に形成されている。ガラスバ ルブ本体 4は、軸 Zを中心軸とした略球状の形状を有している。ガラスバルブ本体 4の 軸 Zに沿った断面は、図に示すように、軸 Zに直交する第 1の径 R1と中心軸 Zに沿つ た第 2の径 R2とを有している。ガラスノ レブ本体 4の軸 Zに沿った断面は、第 1の径 R 1が第 2の径 R2より大きな略楕円形状である。ガラスバルブ基部 5は軸 Zを中心軸とし て円筒状に延びている。

[0054] ガラスバルブ本体 4は、上側半球部 4aと下側半球部 4bとを一体的に備えて 、る。

上側半球部 4aは、略球面状に湾曲した半球状をしておりガラスバルブ本体 4の図に おける上側半球を構成して 、る。下側半球部 4bも略球面状に湾曲した半球状をして おり、ガラスバルブ本体 4の図における下側半球を構成している。以下では、図 1に ぉ 、て、下側半球部 4bから見て上側半球部 4aを上側、上側半球部 4aから見て下側 半球部 4bを下側と規定する。上側半球部 4aの下端は下側半球部 4bの上端と接続さ れ、下側半球部 4bの下端はガラスバルブ基部 5の上端と接続されている。このように して、ガラスバルブ 3は、一体的に構成されている。下側半球部 4bの仮想延長曲面 I は、ガラスノ レブ基部 5内の基準点 Sで軸 Zと交差している。 [0055] 上側半球部 4aの内壁には光電面 11が形成されて 、る。光電面 11は、 Sb)、マンガン (Mn)、カリウム (K)、セシウム（Cs)が蒸着されることにより形成された 薄膜である。

[0056] 下側半球部 4bの内壁には導電性薄膜 13が形成されている。導電性薄膜 13の上 端部は、光電面 11の下端部と接触している。導電性薄膜 13は、クロムの薄膜である 。ただし、導電性薄膜 13をアルミニウムの薄膜で形成しても良い。

[0057] 外側ステム 6は、導電性材料であるコバール金属で形成されている。外側ステム 6 は、ステム底面 60とステム内側壁 61とステム外側壁 62と力もなる。ステム底面 60は、 軸 Zを中心軸とした略円環状で、軸 Zに近づくに連れ、下側に傾斜している。ステム 内側壁 61とステム外側壁 62とは、共に、中心軸が軸 Zに一致した円筒形状をしてい る。ステム内側壁 61は、ステム底面 60の内側の端部力も上側に延びている。ステム 外側壁 62は、ステム底面 60の外側の端部力も上側に延びている。ステム外側壁 62 の上側端部は、ガラスバルブ基部 5の下側端部に気密に接続されている。ステム内 側壁 61の上側端部は、電子検出部 10の下側端部に気密に接続されている。こうし て、略円筒状の電子検出部 10は、円筒状のガラスバルブ基部 5と同軸状に、外側ス テム 6側力 光電面 11側に向力つて突出している。

[0058] 円筒状のガラスバルブ基部 5と略円筒状の電子検出部 10との間には、ガラスバル ブ基部 5及び電子検出部 10と同軸状に、円筒状の隔壁 26が設けられている。隔壁 2 6は例えばステンレススティール等の導電性材料カゝらなる。隔壁 26の下端はステム底 面 60と接続されている。隔壁 26の上端部の位置は、軸 Zに平行な方向において、基 準点 Sよりも上側半球部 4a側 (すなわち、図において上側）にある。隔壁 26の上端部 は、下側半球部 4bの仮想延長曲面 Iよりもガラスバルブ基部 5側 (すなわち、下側）に 位置している。

[0059] 隔壁 26の外側面、すなわち、ガラスバルブ基部 5に面した側には、 2つのアルカリ 源 27, 27が設けられている。 2つのアルカリ源 27, 27は、軸 Zに対して対称な位置に 配置されている。各アルカリ源 27は、支持部 27a、保持板 27b、取付部 27c、及び、 6 個の容器 27dを備えている。なお、図 1には、 2個の容器 27dのみが示されている。各 容器 27dは、軸 Zに平行な方向において、隔壁 26の上端部より外側ステム 6側（すな わち、下側）に位置している。

[0060] ステム底面 60上における電子検出部 10と隔壁 26との間には、開口 60aが形成さ れている。開口 60aは排気管 7と連通している。排気管 7は、例えばコバール金属管 である。

[0061] 排気管 7にはガラス管 63が接続されている。ガラス管 63は例えばコバールガラスで ある。ガラス管 63は端部 65で封止されている。

[0062] 電子検出部 10は、絶縁性筒 9を備えている。絶縁性筒 9は、例えばセラミックで形 成されている。絶縁性筒 9は、軸 Zを中心軸として延びる円筒形状をしている。

[0063] 絶縁性筒 9の下端は、ステム内側壁 61の上端に気密に接続されている。絶縁性筒 9の下端には導電性フランジ 23が設けられている。絶縁性筒 9の上端には電子検出 部頭部 8が配置されている。電子検出部頭部 8は光電面 11に対向している。また、絶 縁性筒 9の上端には導電性フランジ 21が設けられている。導電性フランジ 21、 23は 、共に、軸 Zから遠ざ力る方向、すなわち、絶縁性筒 9からガラスバルブ基部 5に向か う方向に突出している。導電性フランジ 21、 23は、軸 Zに直交する平面上に円周状 に広がる板状をしている。なお、絶縁性筒 9の上端は、隔壁 26の上端より軸 Zに平行 な方向にぉ 、て外側ステム 6の側（すなわち、下側）に位置して 、る。

[0064] 電子検出部頭部 8は導電性支持部 89を備えている。導電性支持部 89は軸 Zを中 心軸とする円筒状である。導電性支持部 89の下端部は絶縁性筒 9の上端と気密に 接続されている。

[0065] 電子検出部頭部 8はさらに内側ステム 80を備えている。内側ステム 80は、軸 Zを中 心軸とする略円盤状である。内側ステム 80の外側端部が導電性支持部 89の上端に 気密に接続されている。内側ステム 80上には、 APD (Avalanche Photo Diode ( アバランシェフオトダイオード）） 15と、 2個のマンガンビード 17と、 2個のアンチモンビ ード 19とが配置されている。このように、内側ステム 80は、 APD15と、マンガンビード 17と、アンチモンビード 17とを固定する固定板として機能する。また、内側ステム 80 上には、 APD15とマンガンビード 17とアンチモンビード 19とを遮蔽するための遮蔽 部 70が、上側半球部 4aに対向して配置されている。

[0066] APD15は、軸 Z上に位置し、かつ、基準点 Sよりも上側半球部 4a側（すなわち、上 側）に配置されている。また、 APD15の位置は、軸 Zに平行な方向において、隔壁 2 6の上端部よりも上側半球部 4a側 (すなわち、上側)である。

[0067] 絶縁性筒 9の内側には、電子検出部頭部 8に接続された電気回路 90が充填材 94 により封入されている。充填材 94は、例えば、シリコン等の絶縁材料である。電気回 路 90は、出力端子 Nl, N2と入力端子 N3, N4とを備えている。出力端子 Nl, N2、 入力端子 N3, N4は、それぞれ充填材 94の外側に露出している。出力端子 Nl, N2 は、外部回路 100に接続されている。入力端子 N3, N4は、図示しない外部電源に 接続されている。

[0068] 図 2は、図 1の II II線縦断面図である。換言すれば、図 2は、図 1を軸 Z周りにおい て角度を 90°ずらした方向における電子管 1の縦断面を示している。なお、図 2では、 明確ィ匕を図るため、絶縁性筒 9内部の電気回路 90の図示を省略している。

[0069] 図 2の角度から見ると、導電性薄膜 13の一部がガラスバルブ本体 4力もガラスノ レ ブ基部 5にまで延びて 、る。この導電性薄膜 13の延びた部分を薄膜延長部 13aとい う。ステム底面 60からは接続用電極 12が延び、ステム底面 60と薄膜延長部 13aとを 接続している。したがって、導電性薄膜 13と外側ステム 6とは電気的に導通している 。このため、光電面 11と外側ステム 6とも互いに電気的に導通していることとなる。

[0070] 次に、図 1乃至図 7を参照しながら、電子検出部 10の構成についてより詳細に説明 する。

[0071] 図 3は、図 1に示した電子検出部 10の縦断面の構造をより詳細に示した図である。

図 4は、電子検出部 10の電子検出部頭部 8を、光電面 11側から見た平面図である。

[0072] 図 3に示すように、導電性フランジ 23は、絶縁性筒 9と導電性を有するステム内側 壁 61との接続部に設けられており、絶縁性筒 9とステム内側壁 61との両方に接続さ れて 、る。導電性フランジ 23は導電性材料力も形成されて 、る。

[0073] 導電性フランジ 23は、接続部 23aとフランジ本体部 23bと立ち上がり部 23cと先端 丸み部 23dとを備えている。接続部 23aは円筒状をしており、円筒状のステム内側壁 61の外側面に固定されている。フランジ本体部 23bは、軸 Zから離れる方向に延びる 円環板状をしている。立ち上がり部 23cはフランジ本体部 23bの外側端部から軸 Zに 平行に上方向に延びた円筒状をしている。先端丸み部 23dは、立ち上がり部 23cの 上端部から軸 Zから離れる方向に延びている。先端丸み部 23dは、接続部 23aゃフラ ンジ本体部 23b、及び、立ち上がり部 23cの厚みより厚ぐ丸みを帯びた肉厚形状に なっている。

[0074] 導電性フランジ 21は、絶縁性筒 9と導電性支持部 89との接続部に設けられており、 絶縁性筒 9と導電性支持部 89との両方に接続されている。導電性フランジ 21は導電 性材料から形成されて 、る。

[0075] 導電性フランジ 21は、接続部 21aとフランジ本体部 21bと先端丸み部 21cとを備え ている。接続部 21aは円筒状をしており、円筒状の導電性支持部 89の外側面に固 定されている。フランジ本体部 21bは、軸 Zから離れる方向に延びる円環板状をして いる。先端丸み部 21cは、フランジ本体部 21bの外周部に形成され、フランジ本体部 21bの厚みより厚ぐ丸みを帯びた肉厚形状になっている。

[0076] 導電性支持部 89は例えばコバール金属等の導電性材料力もなる。

[0077] 内側ステム 80は、 APD用ステム 16と台座 87とからなる。台座 87は導電性材料から 形成されている。台座 87は、中心が外囲器 2の軸 Zと一致する略円環形状をしている 。台座 87の下側面の外周部は円筒状の導電性支持部 89の上端に固定されている。 台座 87の中央部には貫通孔 87aが形成されている。貫通孔 87aは軸 Zを中心とする 円形状をしている。台座 87は軸 Zの周りを円周状に延びる外周縁 87bを有している。 この外周縁 87bが内側ステム 80の外周縁を規定している。図 3及び図 6に示すように 、外周縁 87bの仮想延長曲面 M力 外周縁 87bから軸 Zに略平行に図 3における上 方向に延びている。したがって、外周縁 87bの仮想延長曲面 Mは、図 1に示すように 、外周縁 87bから軸 Zに略平行に上側半球部 4a (光電面 11)へ向かって延びている

[0078] APD用ステム 16は、台座 87の図における下側力も貫通孔 87aを気密に塞ぐように 配置され、台座 87に対し固定されている。 APD用ステム 16も中心が軸 Zに一致する 円盤形状をしており、導電性材料で形成されている。

[0079] APD 15は、 APD用ステム 16の上部の軸 Z上の位置に上側半球部 4a (光電面 11 ) に対向するように配置されている。このように、 APD15は、内側ステム 80の略中心位 置に固定されている。 [0080] 台座 87の貫通孔 87aの周囲には、 12個の電極 83 (図 6参照）が配置されている。 図 3には、 12個のうち 2個の電極 83のみが示されている。各電極 83は台座 87を貫 通している。各電極 83は、ガラスなどの絶縁材料 85により台座 87に対して電気的に 絶縁され、かつ、気密に封止されている。

[0081] 2つのマンガンビード 17は軸 Zに対して対称な位置に配置されている。 2つのアン チモンビード 19は、 2つのマンガンビード 17の外側に、やはり、軸 Zに対して対称な 位置に配置されている。マンガンビード 17およびアンチモンビード 19は、それぞれ、 図示しないワイヤヒータ 81 (図 4、図 6参照）に保持されている。各ワイヤヒータ 81は、 12個の電極 83 (図 6参照）のうち対応する 2本の電極 83に接続されている。

[0082] 図 1,図 3,図 4,及び、図 6より明らかなように、マンガンビード 17およびアンチモン ビード 19は、内側ステム 80 (より詳しくは、台座 87)より上側であって、かつ、台座 87 の外周縁 87bの仮想延長曲面 Mより内側に配置されて!、る。

[0083] 遮蔽部 70は、内側ステム 80を覆うために備えられている。

[0084] 図 3及び図 4に示すように、遮蔽部 70は、キャップ 73とカバー 71と力もなる。キヤッ プ 73とカバー 71とは導電性材料で形成されている。キャップ 73は、中心軸が軸 Zと 一致した円形蓋形状をしている。キャップ 73は、内側壁部 72、外側壁部 74、及び、 内側壁部 72と外側壁部 74とを接続する天井面 76を備えて 、る。内側壁部 72と外側 壁部 74とは軸 Zを中心軸とする同心円筒状であり、図 1及び図 3に示すように、軸 Zに 略平行に上側半球面 4a (光電面 11)に向力つて延びている。外側壁部 74は、図 1, 図 3に示すように、台座 87の外周縁 87bの仮想延長曲面 Mにほぼ沿って台座 87か ら光電面 11に向かって延びて 、る。天井面 76の中心部には貫通孔 73aが形成され ている。貫通孔 73aは、円形でその中心軸は軸 Zと一致している。天井面 76の貫通 孔 73aの外側には 2つの貫通孔 75が形成されている。 2つの貫通孔 75は円形状で ある。 2つの貫通孔 75は貫通孔 73aに対し対称な位置に形成されている。天井面 76 の 2つの貫通孔 75の更に外側には、 2つの貫通孔 77が形成されている。 2つの貫通 孔 77も円形状である。 2つの貫通孔 77も貫通孔 73aに対し対称な位置に形成されて V、る。ワイヤヒータ 81に保持されたマンガンビード 17は貫通孔 75内に位置して!/、る。 ワイヤヒータ 81に保持されたアンチモンビード 19は貫通孔 77内に位置している。 [0085] カバー 71は、キャップ 73の貫通孔 73a内に配置されている。カバー 71は、中心が 軸 Zに一致した円形蓋状である。カバー 71は、外側壁部 71aと天井面 71bとを備えて いる。外側壁部 71aは軸 Zを中心軸とする円筒状であり、図 1及び図 3に示すように、 軸 Zに略平行に上側半球部 4a (光電面 11)に向かって延びている。カバー 71の外周 (すなわち、外側壁部 71a)がキャップ 73の内側壁部 72に接続されている。カバー 7 1の天井面 71bには貫通孔 79が形成されている。貫通孔 79は、中心が軸 Zに一致し た円形状である。カバー 71は、 APD15の上部に位置している。

[0086] カバー 71と内側壁部 72とは、 APD15をマンガンビード 17およびアンチモンビード 19から隔離している。外側壁部 74は、マンガンビード 17およびアンチモンビード 19 を取り囲んでいる。

[0087] このように、本実施の形態では、マンガンビード 17とアンチモンビード 19とは、台座 87より上側半球部 4a側であって、台座 87の外周縁 87bの仮想延長曲面 Mとカバー 71の外側壁部 71aとの間に配置されている。すなわち、マンガンビード 17とアンチモ ンビード 19とは、カバー 71の外側壁部 71aの外側（すなわち、外側壁部 71aより Z軸 力も遠ざ力る側）で、かつ、台座 87の外周縁 87bの仮想延長曲面 Mより内側 (仮想延 長曲面 Mより Z軸に近づく側）に配置されている。したがって、後述するように、台座 8 7とキャップ 73の天井面 76と外側壁部 74とは、マンガン蒸気やアンチモン蒸気がガ ラスバルブ基部 5や下側半球部 4b、及び、外側ステム 6の内壁に付着するのを防止 し、マンガン蒸気やアンチモン蒸気を上側半球部 4aの内壁の軸 Zを中心とした略全 領域に蒸着させることができる。したがって、上側半球部 4aの内壁の略全領域に光 電面 11の下地膜を形成することができる。し力も、カバー 71は、マンガン蒸気やアン チモン蒸気が APD15に付着するのを防止することができる。

[0088] APD用ステム 16の下側面にはピン 30が固定されている。ピン 30は APD用ステム 16と電気的に導通している。また、ピン 32が APD用ステム 16を貫通している。ピン 3 2は、ガラスなどの絶縁材料 31により、 APD用ステム 16から電気的に絶縁され、かつ 、気密に封止されている。

[0089] 電気回路 90は、コンデンサ Cl、 C2、アンプ Al、出力端子 Nl, N2、入力端子 N3 , N4を備えている。ピン 30とコンデンサ C1の一方の端子とが入力端子 N3に接続さ れている。コンデンサ CIの他方の端子が出力端子 N1に接続されている。ピン 32とコ ンデンサ C2の一方の端子とが入力端子 N4に接続されて 、る。コンデンサ C2の他方 の端子がアンプ A1を介して出力端子 N2に接続されている。入力端子 N3, N4は、 図示しない外部電源に接続され、出力端子 Nl, N2は、外部回路 100に接続されて いる。ここで、外部回路 100は、抵抗 Rを有している。外部回路 100は、出力端子 N1 を接地する。抵抗 Rは出力端子 N1と N2との間に接続されている。

[0090] 次に、図 5を参照しながら APD15の構成について説明する。

[0091] 図 5に示すように、 APD15は、 APD用ステム 16上に、カバー 71の開口部 79に対 向して配置されて 、る。 APD 15は導電性の接着剤 49を介して APD用ステム 16に 固定されている。

[0092] APD15は、略正方形板状の n型の高濃度シリコン基板 41と、高濃度シリコン基板 4 1上の略中央位置に形成された円板状の p型のキャリア増倍層 42とを備えている。キ ャリア倍増層 42の外周には、キャリア増倍層 42と同じ厚さで高濃度 n型層よりなるガ ードリング層 43が形成されている。キャリア増倍層 42の表面には、高濃度 p型層より なる降伏電圧制御層 44が形成されている。降伏電圧制御層 44の表面は円形の電 子入射面 44aとして形成され、降伏電圧制御層 44の周辺部分とガードリング層 43と を架け渡すように、酸化膜 45及び窒化膜 46が形成されて ヽる。

[0093] 降伏電圧制御層 44にアノード電位を供給するために、 APD15の最外面には円環 状にアルミを蒸着して形成された入射面電極 47が設けられている。 APD15の最外 面には、ガードリング層 43と導通する周辺電極 48が設けられている。この周辺電極 4 8は、入射面電極 47に対して所定の間隔をもって離間して ヽる。

[0094] 高濃度 n型シリコン基板 41は、導電性接着剤 49を介して APD用ステム 16と電気的 に導通している。このため、高濃度 n型シリコン基板 41はピン 30と電気的に導通して いる。一方、入射面電極 47は、ワイヤ 33〖こより、貫通ピン 32と接続されている。

[0095] 図 6は、電子検出部頭部 8から遮蔽部 70を取り外し、さらに、絶縁性筒 9と導電性支 持部 89から導電性フランジ 21を取り外した状態を示している。絶縁性筒 9の上部に 導電性支持部 89が配置されている。導電性支持部 89の上部に内側ステム 80が配 置されている。内側ステム 80は、台座 87を有し、その貫通孔 87aに APD用ステム 16 が露出している。

[0096] APD用ステム 16上には、 APD15が配置されている。 APD 15は電子入射面 44a を有しており、電子入射面 44aは上方を向いている。 APD用ステム 16には絶縁材料 31で絶縁されたピン 32が固定されている。 APD15は、ワイヤ 33によりピン 32と接続 されている。

[0097] 台座 87には絶縁材料 85により絶縁された 12個の電極 83が固定されている。 12個 の電極 83は、貫通孔 87aの周りを取り囲むように円周状に並んでいる。 12個の電極 83のうち 4対の電極 83にワイヤヒータ 81が接続されている。各ワイヤヒータ 81にマン ガンビード 17あるいはアンチモンビード 19が保持されている。マンガンビード 17、ァ ンチモンビード 19はビーズ形状である。

[0098] 図 7は、図 6を参照して説明した電子検出部頭部 8に導電性フランジ 21および遮蔽 部 70を装着した状態を示している。導電性フランジ 21は、絶縁性筒 9の上端に絶縁 性筒 9と導電性支持部 89との両方に接続するように固定されている。導電性フランジ 21は、絶縁性筒 9より遠ざ力る方向に延びている。

[0099] 遮蔽部 70のキャップ 73は台座 87を上方力も覆っている。キャップ 73は、円形蓋状 で、内側壁部 72、外側壁部 74、及び、天井面 76を有している。天井面 76には、円 形貫通孔 73aと 2つの貫通孔 75と 2つの貫通孔 77とが形成されて 、る。ワイヤヒータ 81に保持されたマンガンビード 17が対応する貫通孔 75により露出し、ワイヤヒータ 8 1に保持されたアンチモンビード 19が対応する貫通孔 77により露出している。 APD1 5の電子入射面 44aがカバー 71の貫通孔 79により露出している。カバー 71と内側壁 部 72は、マンガンビード 17およびアンチモンビード 19から APD15を隔離している。 外側壁部 74は、マンガンビード 17およびアンチモンビード 19を取り囲んでいる。

[0100] 次に、図 1と図 8の (A)と (B)とを参照しながら、アルカリ源 27の構成について説明 する。図 8の（A)は、隔壁 26の外側に設けられたアルカリ源 27をガラスノ レブ基部 5 側から見た状態を示す正面図であり、（B)は、アルカリ源 27の斜視図である。

[0101] 支持部 27aは、軸 Zと平行な方向に延びる部分と軸 Zから半径方向に遠ざかる方向 に延びる部分とを有する L字形の形状をして 、る。支持部 27aは例えばステンレス製 リボン (SUSリボン)である。支持部 27aのうち軸 Zと平行な方向に延びる部分が隔壁 26の外側側面に固定されている。

[0102] 保持板 27bは、支持部 27aのうち軸 Zから遠ざ力る方向に延びる部分の先端に固定 されている。保持板 27bは軸 Zに対し直交し、円筒形状の隔壁 26の円周方向に略平 行に延びている。

[0103] 保持板 27bには 6本の取付部 27bが固定されている。各取付部 27bの先端部に容 器 27dが固定されている。容器 27dは、その側面に開口を有する容器である。 6個の 容器 27dのうち 5個の容器 27dの内部には、図示しないアルカリ源ペレットが収納さ れている。残りの 1個の容器 27dの内部には、図示しないゲッターが収納されている。 ゲッターは例えばバリウム、チタン等、不純物を吸着する作用のある物質である。

[0104] 図 1に示すように、電子管 1には、 2個のアルカリ源 27が配置されている。一方のァ ルカリ源 27に設けられた 5個の容器 27dには、アルカリ源ペレットとしてカリウム (K) のペレットが収納されて！、る。他方のアルカリ源 27に設けられた 5個の容器 27dには 、アルカリ源ペレットとしてセシウム（Cs)のペレットが収納されて!、る。

[0105] 次に上記構成を有する電子管 1の製造方法について説明する。

[0106] まず、導電性薄膜 13が下側半球部 4bの内壁に蒸着され、ステム外壁 62が気密に 接続されたガラスバルブ 3を用意する。

[0107] また、隔壁 26と接続用電極 12とが固定され排気管 7が接続されたステム底面 60を 用意する。なお、隔壁 26には 2つのアルカリ源 27, 27が固定されている。排気管 7に はガラス管 63が接続されている。なお、この時には、ガラス管 63の長さは図 1に示す 長さより長ぐまた、ガラス管 63は、排気管 7と接続されている方の端部のみならず、 反対側の端部も開口して 、る。

[0108] また、電子検出部頭部 8の導電性支持部 89と絶縁性筒 9とを気密に接続し、導電 性フランジ 21を導電性支持部 89と絶縁性筒 9とに接続する。また、絶縁性筒 9とステ ム内壁 61とを気密に接続し、導電性フランジ 23を絶縁性筒 9とステム内壁 61とに接 続する。

[0109] ステム内壁 61とステム底面 60とをレーザ溶接にて気密に接続する。ステム外壁 62 とステム底面 60とをプラズマ溶接にて気密に接続する。この結果、電子検出部 10が 外囲器 2内部に突出した構造を有する電子管 1が作成される。 [0110] 次に、以下の方法により、光電面 11をガラスバルブ 3の下側半球部 4aの内壁に形 成する。

[0111] まず、不図示の排気装置をガラス管 63に接続し、ガラス管 63および排気管 7を介し て外囲器 2内部を排気する。こうして、電子管 1内部を所定の真空度にする。

[0112] 続いて、電極 83を介してワイヤヒータ 81を通電することによりマンガンビード 17、ァ ンチモンビード 19を加熱する。電極 83〖こは、図示しない電源から電力が供給される 。マンガンビード 17、アンチモンビード 19は加熱されて金属蒸気を発生する。発生し たマンガンおよびアンチモンの蒸気は、上側半球部 4aの内壁に蒸着され、光電面 1 1の下地膜となる。

[0113] このときカバー 71、内側壁部 72、外側壁部 74は、 APD15や、外囲器 2内面の意 図しない範囲（具体的には、下側半球部 4bやガラスノ レブ基部 5や外側ステム 6の 内壁）に金属が蒸着するのを防止する。すなわち、カバー 71や内側壁部 72は、 AP D15の近傍に APD15を取り囲むように配置されている。そのため、カバー 71や内側 壁部 72は、単純な筒形状を有し、面積の小さい部材ではある力 マンガンビード 17 およびアンチモンビード 19から APD15を効果的に隔離することができる。従って、 金属蒸気が APD 15に付着し、 APD15の特性を劣化させるのを防止することができ る。

[0114] 一方、外側壁部 74は、マンガンビード 17およびアンチモンビード 19を取り囲んで いる。そのため、外側壁部 74は、金属蒸気が下側半球部 4bやガラスバルブ基部 5及 び外側ステム 6の内壁に付着するのを防止することができる。

[0115] また、マンガンビード 17およびアンチモンビード 19は、内側ステム 80上の略中心に 位置している APD15の周囲に APD15に隣接して配置されている。そのため、上側 半球部 4aの内壁の広 、範囲にマンガンおよびアンチモンを蒸着することができる。

[0116] 次に、外囲器 2外部より電磁誘導によりアルカリ源 27、 27を誘導加熱する。カリウム

(K)ペレット及びセシウム（Cs)ペレットが加熱され、容器 27dの開口部から蒸気を発 生させる。カリウムおよびセシウムは上側半球部 4aの内壁に蒸着する。この結果、上 側半球部 4aの内壁上で、カリウム、セシウム、マンガン、および、アンチモンが反応し て光電面 11が形成される。 [0117] ここで、隔壁 26はアルカリ源 27、 27と電子検出部 10とを隔てている。したがって、 力リゥムゃセシウムが絶縁性筒 9に付着して絶縁性筒 9表面の仕事関数を低下させる ことにより、耐電圧を低下させたり、電子管 1内の電界に悪影響を及ぼしたりすること が防止されている。また、カリウムやセシウムが APD15に付着して電子の検出効率を 低下させることも防止されている。ゲッターは外囲器 2内の不純物を吸着し、真空度 維持を補助する。

[0118] こうして、上側半球部 4aの内壁全体に光電面 11が形成される。

[0119] 次に、ガラス管 63を図示しない排気装置から取り外し、その端部 65を速やかに気 密に封止する。

[0120] 以上の工程により、電子管 1が製造される。

[0121] 次に、電子管 1の動作について説明する。

[0122] 外側ステム 6は接地される。この結果、接続用電極 12、導電性薄膜 13を介して、光 電面 11には接地電圧が印加される。

[0123] 電気回路 90の入力端子 N4には、例えば 20KVの電圧が印加される。この結果、ピ ン 32を介して、 APD15の降伏電圧制御層 44、すなわち APD15の電子入射面 44a に 20KVの電圧が印加される。

[0124] 電気回路 90の別の入力端子 N3には、例えば 20. 3KVの電圧が印加される。この 結果、ピン 30を介して、 APD用ステム 16、台座 87、及び、導電性支持部 89に、 20. 3KVの逆ノィァス電圧が印加される。

[0125] 絶縁性筒 9は、正の高電圧が印加されている導電性支持部 89と、接地されている 外側ステム 6とを電気的に絶縁する。したがって、外囲器 2と APD15とは絶縁され、 高電圧が外部環境に露出しない。そのため、電子管 1はその扱いが容易となる。また 、電子管 1と外部環境との間での放電が起こるのが防止できる。このため、電子管 1を 水中でも使用することができる。

[0126] また、 APD15は外囲器 2内部に突出した絶縁性筒 9の先端の内側ステム 80上に 設けられている。すなわち、 APD15は、外囲器 2と距離的に離れた位置で、外囲器 2 と電気的に絶縁されている。このため、外囲器 2内部の電界が乱されることがなぐ光 電面 11から放出される電子を APD15上に効率よく収束させ入射させることができる [0127] また、絶縁性筒 9が外囲器 2内部に突出していない場合には、外囲器 2から絶縁す るために外周器 2の一部を絶縁材で構成する必要がある。しかし、本実施の形態で は、絶縁性筒 9を外囲器 2内部に突出するように設けたため、外囲器 2の一部で絶縁 する必要がない。このため、外囲器 2の内壁に光電面 11を広く形成することが可能と なっており、光の検出感度を高めることができる。

[0128] 電子管 1の光電面 11に光が入射すると、光電面 11は入射した光に応じて電子を放 出する。以下、図 9を参照しながら、外囲器 2内の電子の軌跡 Lについてより詳細に 説明する。

[0129] 図 9に示すように、 APD15は基準点 Sよりもガラスバルブ本体 4側（すなわち、図の 上部）に配置されている。ここで、点 cは、ガラスバルブ本体 4の中心を示す。

[0130] この場合、外囲器 2と APD15の電子入射面 44aとの間の電位差により、略同心球 状の等電位面 Eが生じる。このため、光電面 11から放出された電子は、図の軌跡しに 沿って飛翔する。よって光電面 11から放出された電子は、点 cより少し下部に位置し て 、る APD 15表面近傍の点 P 1で収束する。

[0131] このように、 APD15を基準点 Sよりもガラスバルブ本体 4側、より詳細には、電子の 収束点である点 P1に備えたことで、略半球状と 、う広 、有効エリアを有する光電面 1 1から放出された電子を狭 、領域に収束することができる。有効エリアの大き 、光電 面 11から放出される電子を、効率よぐ有効エリアの小さい APD15に入射させること ができ、検出効率を向上させることができる。

[0132] なお、比較例として、 APD15が基準点 Sよりも下方のガラスバルブ基部 5内に配置 されている場合を考える。この場合には、外囲器 2と APD15との間の電位差により、 等電位面 Eが図 10に示すように生じる。このため、電子は、光電面 11から軌跡 Lに沿 つて放出される。この結果、電子は点 P2で収束することになる。電子は、 APD15の 位置では、図のように拡散状態となる。このため、光電面 11から放出された電子は効 率よく APD 15に入射することができな!/、。

[0133] 本実施の形態では、 APD15はカバー 71で覆われているので、電子の入射方向が 更に制限され、 APD15の電子検出感度が一層向上している。 [0134] また、壁 26の上端は仮想延長曲面 Iよりも下側にあるため、ガラスノ レブ本体 4側に 突出していない。更に、隔壁 26の上端は APD15よりも下側に位置している。このた め、隔壁 26がガラスバルブ本体 4内の電界を乱すことも防止されている。

[0135] し力も、 APD15は、高速応答性に優れ、リーク電流が小さぐ製造部品が少ないた めに製造コストが低 、と 、つた利点をも備えて 、る。

[0136] 次に、図 11を参照しながら、導電性フランジ 21、 23の作用について説明する。

[0137] 絶縁性筒 9の上端部は、正の高電圧が印加された導電性支持部 89と接続されてい る。一方、絶縁性筒 9の下端部は、接地されたステム内側壁 61と接続されている。本 実施の形態では、絶縁性筒 9の上端部と導電性支持部 89との接続部に導電性フラ ンジ 21を設け、絶縁性筒 9の下端部と導電性を有するステム内側壁 61との接続部に 導電性フランジ 23を設けている。このため、絶縁性筒 9の導電性部材 89ゃステム内 側壁 61との接続部付近における電位勾配を緩和することができる。このため、絶縁 性筒 9の上下端部付近において等電位面が集中し電位勾配が大きくなつてしまうこと が防止される。このため、等電位面 Eの略同心球状が絶縁性筒 9の上下端部付近に おいて歪んでしまうのを防止することができる。したがって、光電面 11から放出された 電子は効率よく APD15に入射して検出される。よって、光電面 11に入射した光を高 感度に検出することができる。また、電位勾配が緩和されることにより電界強度が緩 和されるため、絶縁性筒 9の上下端部で放電が生じるのも防止することができる。この ため、外囲器 2と APD15との間に大きな電位差を印加することができ、検出感度を 向上させることができる。

[0138] しかも、導電性フランジ 21、 23の先端部 21c、 23dは、他の部分に比べて断面が広 い肉厚形状をなし、し力も表面が湾曲している。このため、導電性フランジ 21、 23の 先端部に電界が集中することが防止されている。

[0139] このように、導電性フランジ 21、 23によって絶縁性筒 9の上下端部における電位勾 配が緩和され、電子管 1の内部には略同心球状の等電位面が形成される。このため 、たとえ光電面 11から放出された電子が APD15で反射しても、この電子を再び AP D15に入射させることができ、反射電子による検出効率の劣化を最小限にすることが できる。また、等電位面が略同心球状であるため、光電面 11のいずれの位置力 放 出された電子も、ほぼ同時間で APD15に入射する。そのため、光電面 11における 入射光の入射時刻を、その入射箇所にかかわらず正確に計測することができる。

[0140] なお、導電性フランジ 21、 23を設けない場合には、図 12に示すように、絶縁性筒 9 の上端部付近の領域 V、及び下端部付近の領域 Wに複数の等電位面 Eが集中し大 きな電位勾配が生ずる。このため、光電面 11から放射された電子は、領域 V、 Wで乱 され、 APD15に効率良く入射しなくなり、感度が低下したり雑音が増カロしたりする。ま た、領域 W付近で放電が生じる危険性があるため外囲器 2と APD15との間に大 きな電位差を与えることができなくなる。

[0141] 光電面 11から放射された電子は、 APD15に入射すると、 APD15内でエネルギー を失い、その際、多数の電子一正孔対を生成する。さらに、この電子は、アバランシェ 増倍により増倍される。この結果、 APD15内では、電子は、トータルで、約 10⁵倍に 増倍される。

[0142] 増倍された電子は、ピン 32を介して検出信号として出力される。検出信号は、コン デンサ C2により低周波成分を除去され、入射電子によるパルス信号のみがアンプ A 1に入力する。アンプ A1は、パルス信号を増幅する。一方、ピン 30はコンデンサ C1 を介して出力端子 N1に交流的に接続され、接地されている。このため、外部回路 10 0は、 APD 15に入射した電子の量を、出力端子 Nl、 N2間に接続された抵抗 Rに生 ずる電位差として、正確に検出することができる。

[0143] コンデンサ Cl、 C2は絶縁性筒 9内部の APD15の近くに位置している。したがって 、コンデンサ Cl、 C2は、 APD15から出力される信号の応答性を損なうことなぐ雑音 力 く直流成分を除去した出力信号を、外部回路 100に供給することができる。

[0144] 以上説明したように、本実施の形態に力かる電子管 1によれば、外囲器 2に接地電 圧を与え APD15に正の高電圧を与えても、絶縁性筒 9と外側ステム 6との接続部を 接地電圧とすることができるため、絶対値の大きい電圧が外部環境に露出されない。 よって使用時の扱いが容易で、外囲器 2と外部環境との間の放電も防止できる。さら に水中での使用も可能となり、例えば、水チェレンコフ実験にも使用することができる

[0145] また、略球面状に湾曲した曲面を有するガラスバルブ本体 4の所定の部分に光電 面 11が形成されているので、光電面 11を広く形成することができる。一方、 APD15 は、ガラスノ レブ基部 5内の基準点 Sよりもガラスバルブ本体 4側に設けられて 、る。 このため、有効エリアが広 、光電面 11から放出された光電子を有効エリアの小さ 、A PD15に収束することが可能である。これにより、発生した電子が半導体素子 15上に 効率よく収束して入射するので、電子の検出感度を高めることができる。さらに、 AP D15は有効エリアが小さいので、高速応答性に優れ、リーク電流が小さぐし力も、製 造コストも低い。

[0146] また、アルカリ源 27と絶縁性筒 9とは隔壁 26により隔てられている。よって、アルカリ 源 27がアルカリ金属蒸気を発生させ外囲器 2の所定の部分に光電面 11を形成する 際に、絶縁性筒 9にアルカリ金属が蒸着するのを防止することができる。また、絶縁性 筒 9にアルカリ金属が付着しないので、絶縁性筒 9に付着したアルカリ金属が絶縁性 筒 9の耐電圧を低下させたり、絶縁性筒 9近傍の電界強度に悪影響を与えたりするこ とがない。このため、電子を効率よく検出することが可能である。

[0147] さらにマンガンビード 17、アンチモンビード 19は筒状の外側壁部 74に囲まれてい る。よって、光電面 11が形成される際に、外側壁部 74は、これらの金属蒸気が外囲 器 2の上側半球部 4a以外に付着することを、単純な構造かつ最小限のサイズによつ て防止することができる。光電面 11を必要最小限の上側半球部 4aに制限することで 、外囲器 2の有効とならない部分より電子が放出されることがなぐ暗電流出力の信号 への寄与を低減することができる。

[0148] また、 APD15はカバー 71および筒状の内側壁部 72に囲まれているので、内側壁 部 72は、 APD15にマンガンやアンチモンの金属蒸気が付着し特性が劣化するのを 単純な構造かつ最小限のサイズによって防止することができる。し力も、入射する光 電子の入射方向を制限することにより検出感度を一層向上させている。

[0149] また、 APD15の外側近傍にマンガンビード 17、アンチモンビード 19を配置したこと により、マンガンやアンチモンの金属蒸気が上側半球部 4a全体に満遍なく拡がる。 そのため、上側半球部 4a全体と 、う広 、範囲に光電面 11を形成することができる。

[0150] APD15からの信号を検出する際には、絶縁性筒 9内部の APD15の近くに配置さ れたコンデンサ Cl、 C2にて直流成分が除去されるので、応答性を損なうことがない 。また、電気回路 90は充填材料 94により絶縁性筒 9内部に封入されているので、耐 湿性が強化され、水中でも使用しやすい。し力も、電気回路 90の端子 N1— N4を除 く各部に直接手を触れることが防止されるため、安全性の面でも優れている。

<第 1の変更例 >

[0151] 図 13に示すように、ガラスノ レブ本体 4の軸 Zを含む面における縦断面は、略円形 状であっても良い。この場合、ガラスバルブ本体 4の軸 Zに直交する径と軸に沿った 径とは略等しい。

[0152] この場合でも、 APD15を、ガラスバルブ本体 4の下側半球部 4bの仮想延長曲面 I がガラスバルブ基部 5内で軸 Zと交差する基準点 Sよりもガラスバルブ本体 4側（図に おける上部側）に配置すれば良い。なお、図において、点 cは、本体 104の中心を表 す。

[0153] 外囲器 2と APD15との間の電位差により生ずる等電位面 Eにより、電子は軌跡しに 沿って飛翔する。このため、電子は、点 Cより少し下方に位置している APD15の表面 近傍の点 P3で収束する。

[0154] このように、基準点 Sよりもガラスバルブ本体 4側に APD15を備えたことで、光電面

11から放出される電子を効率よく APD15に入射させることができ、検出効率を向上 させることがでさる。

[0155] 比較例として図 14に、 APD15を基準点 Sよりも下方のガラスバルブ基部 5内に配 置した場合を示す。外囲器 2と APD 15との間の電位差により生ずる等電位面 Eにより 、電子の軌跡 Lは図のようになり、点 P4で収束することになる。このため、 APD15の 位置では、電子は図のように拡散状態となる。よって、光電面 11から放出された電子 は、効率よく APD15に入射しない。

<第 2の変更例 >

[0156] 上記の実施の形態では、導電性フランジ 21の外周端 21cは、フランジ本体部 21b より厚みが増した曲面を有する形状となっていた。し力しながら、導電性フランジ 21の 外周端 21cは、図 15に示すように、フランジ本体部 21bの外周部を丸めて作成しても 良い。

[0157] 導電性フランジ 23の先端まるみ部 23dについても、同様に、立ち上がり部 23cの外 周端 23dを丸めて作成しても良い。

<第 3の変更例 >

[0158] 上記実施の形態では、図 3を参照して説明したように、遮蔽部 70のキャップ 73は、 内側壁部 72と天井面 76と外側壁部 74とを備えていた。し力しながら、図 16に示すよ うに、キャップ 73から内側壁部 72と天井面 76とを除去しても良い。この場合、キヤッ プ 73は外側壁部 74のみ力 なる。

[0159] この場合でも、マンガンビード 17やアンチモンビード 19は、図 1を参照して説明した 上記実施の形態と同様、台座 87より図において上側 (すなわち、上側半球部 4a側） であって、カバー 71の外側壁部 71aと台座 87の外周縁 87bの仮想延長曲面 Mとの 間に配置されている。したがって、台座 87と外側壁部 74によって、マンガン蒸気ゃァ ンチモン蒸気がガラスバルブ基部 5や外側ステム 6や下側半球部 4bの内壁に付着す るのが防止される。また、カバー 71によって、マンガン蒸気やアンチモン蒸気が APD 15に付着するのが防止される。

[0160] さらに、図 17に示すように、遮蔽部 70からキャップ 73全体を除去してもよい。この場 合には、遮蔽部 70はカバー 71のみ力もなる。この場合でも、図 1を参照して説明した 上記実施の形態と同様、マンガンビード 17やアンチモンビード 19は、台座 87より図 において上側（すなわち、上側半球部 4a側）であって、カバー 71の外側壁部 71aと 台座 87の外周縁 87bの仮想延長曲面 Mとの間に配置されている。したがって、台座 87によって、マンガン蒸気やアンチモン蒸気が外側ステム 6やガラスバルブ基部 5の 内壁に付着するのが防止される。また、カバー 71によって、マンガン蒸気やアンチモ ン蒸気が APD15に付着するのが防止される。

[0161] なお、図示しないが、キャップ 71は、外側壁部 71aを備えていればよぐ天井面 71 bを備えていなくても良い。外側壁部 71aが、マンガン蒸気やアンチモン蒸気が APD 15に付着するのを防止することができる力もである。

<他の変更例 >

[0162] 上記実施の形態では、外側ステム 6を構成するステム底面 60、ステム外側壁 62、 及び、ステム内側壁 61の全てがコバール金属で作成されていた。しかしながら、ステ ム底面 60、ステム外側壁 62、及び、ステム内側壁 61は、コバール金属以外の導電 性材料で作成されても良い。

[0163] さらに、外側ステム 6のうち、絶縁性筒 9と接続されるステム内側壁 61が導電性材料 で作成されて ヽればよぐステム底面 60及びステム外側壁 62は絶縁性材料で作成さ れても良い。また、ステム内側壁 61のうち、絶縁性筒 9と接続される部分だけが導電 性材料で作成されて 、るのでもよ 、。

[0164] 上記実施の形態では、内側ステム 80を構成する台座 87と APD用ステム 16とは導 電性材料で作成されていた。しカゝしながら、台座 87と APD用ステム 16とは絶縁性材 料で作成されても良 ヽ。 APD用ステム 16の少なくともピン 30との接続点が導電性材 料で作成されて ゝれば良 ヽ。

[0165] 光電面 11は、上側半球部 4a全体ではなぐ上側半球部 4aのうちの一部（例えば、 Z軸を中心とした領域）に形成されても良い。その場合、導電性薄膜 13はガラスバル ブ本体 4のうちの光電面 11が形成されて 、な 、部分に形成し、光電面 11と導電性薄 膜 13とを通電させる。

[0166] 隔壁 26は、導電性材料で形成しなくても良い。アルカリ源 27、 27からの蒸気が電 子検出部 10に蒸着するのを防止でき、電子管 1内の電界を乱さないものであれば、 他の材料でもよい。

[0167] マンガンビード 17、アンチモンビード 19は、上述した位置、個数でなくともよい。台 座 87上の他の場所に異なる個数設けてもょ 、。

[0168] 上記の実施の形態では、内側ステム 80は、 APD用ステム 16と台座 87と力もなり、 APD用ステム 16を台座 87の貫通孔 87aを塞ぐように台座 87に対して固定していた 。し力しながら、台座 87を略円形状として、内側ステム 80をこの台座 87のみ力も構成 するようにしても良い。この場合、台座 87の略中央部に APD15を配置すれば良い。

[0169] 導電性フランジ 21、 23は、円筒状の電子検出部 10の中心軸 Zから円筒状のガラス バルブ基部 5に向力う方向へ軸 Zに直交する平面上に円周状に広がる板状であるが 、この形状に限定されない。絶縁性筒 9の上下端部力も中心軸 Zから遠ざ力るように 突出し、絶縁性筒 9の上下端部付近の等電位面の集中を緩和すれば良い。また、導 電性フランジ 21、 23の外周縁は丸みを帯びて 、なくてもょ 、。

[0170] 絶縁性筒 9の上端付近に等電位面が集中するおそれがない場合には、導電性フラ ンジ 21はなくてもよい。また、絶縁性筒 9の下端付近に等電位面が集中するおそれ がな ヽ場合には、導電'性フランジ 23はなくてもよ 、。

[0171] また、不都合がなければ、外囲器 2にマイナス極性の電圧を印加し、 APD15に接 地電圧を印加しても良い。

[0172] 排気管 7の位置は、絶縁性筒 9と隔壁 26との間ではなぐ例えば隔壁 26とガラスバ ルブ基部 5の間など他の位置でもよ!/、。

[0173] 絶縁性筒 9は筒状であれば、円筒形状でなぐ例えば、角型筒形状でもよい。

[0174] APD15の代わりに任意の電子打ち込み型半導体素子を採用しても良い。

[0175] APD15の位置は、電子の検出が充分に行なえるならば、基準点 Sより下側でもよ い。

[0176] アルカリ源 27、 27は絶縁性筒 9に対して互いに対向するように設置されているが、 この位置関係には限定されず、例えば互いに隣り合うように設置してもよい。隣り合う ように設置することで、アルカリ源 27、 27を加熱する際、 1つの電磁石で加熱が可能 になるなど作業を簡略ィ匕することができる。

[0177] 信号をより明確に検出するために、絶縁性筒 9内にアンプ A1を備えていた力 アン プ A1は設けなくてもよい。その場合、コンデンサ C1は出力端子 N2に直接接続され る。

[0178] 以上、添付図面を参照しながら本発明による電子管の好適な実施形態について説 明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されない。当業者であれば、特許請 求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変形や改良が可能で める。

[0179] 絶縁性筒 9は設けなくてもよい。この場合、電子検出部頭部 8の導電性支持部 89を ステム内側壁 61と気密に接続させれば良!、。

[0180] 電気回路 90のコンデンサ Cl、 C2、アンプ A1は、絶縁性の筒 9の内部ではなく電 子管 1の外部に備えるようにしてもよい。

[0181] アルカリ源 27、 27は必ずしも電子管 1内部に備える必要はない。外囲器 2にアル力 リ金属蒸気の導入口を設け、外部からアルカリ金属蒸気を導入して光電面 11を形成 するようにすればよい。その場合には、隔壁 26はなくてもよい。 産業上の利用可能性

本発明の電子管は、様々な光検出に使用できるが、水チェレンコフ実験等のよう 水中でのシングルフオトンの検出に特に効果がある。

Claims

請求の範囲

[1] 内壁の所定の部分に光電面（11)が形成された外囲器 (2)と、

前記外囲器 (2)内部〖こ設けられ、中心位置と該中心位置を囲む外周縁 (87b)とを 有する固定板 (80)と、

該固定板 (80)上の該中心位置に該光電面（11)に対向するように固定された電子 打ち込み型半導体素子（15)と、

該固定板 (80)上の該中心位置と該外周縁 (87b)との間の位置に固定され前記半 導体素子（15)を囲み該光電面（11)に向力つて延びる第 1の筒状の壁（72)と、 前記外囲器 (2)内部の該固定板 (80)より該光電面（11)側であって、前記第 1の筒 状の壁（72)と該固定板（80)の該外周縁 (87b)の該光電面（11)に向力つて延びる 仮想延長面 (M)との間の位置に配置された金属蒸気を発生させる蒸着源（17、 19) と、

を有し、前記光電面（11)に入射した光により放出される光電子を前記半導体素子（

15)により検出することを特徴とする電子管（1)。

[2] 前記固定板 (80)と前記蒸着源（17、 19)とは、一端と他端とを有し前記他端が前 記外囲器 (2)に接続され前記一端が前記外囲器 (2)の内部側に前記光電面（11) に向力つて突出した絶縁性の筒（9)の前記一端に設けられていることを特徴とする請 求項 1に記載の電子管（1)。

[3] 前記外囲器 (2)は、筒状の基部（5)と、略球面状に湾曲した第 1本体部 (4a)と略 球面状に湾曲し前記第 1本体部 (4a)と前記基部（5)とを接続する第 2本体部 (4b)と 力もなる本体 (4)とを有し、

前記半導体素子（15)は、前記基部（5)の中心軸 (Z)と前記基部（5)内に位置した 前記第 2本体部 (4b)の仮想延長曲面 (I)との交点 (S)より前記本体 (4)側に位置し て 、ることを特徴とする請求項 1または 2の 、ずれか一項に記載の電子管（1)。

[4] 前記筒（9)の前記他端は前記外囲器 (2)に接続され、前記筒（9)の前記一端は前 記外囲器 (2)の前記本体 (4)内に突出しており、

前記固定板 (80)と前記蒸着源（17、 19)とは、前記筒（9)の一端に設けられている ことを特徴とする請求項 2または 3のいずれか一項に記載の電子管（1)。

[5] 前記固定板 (80)は、前記筒（9)の一端に導電性部材 (89)を介して接続された内 側ステム（80)力もなり、

前記筒（9)の一端に前記筒（9)外部側に突出するように設けられ、前記筒（9)の一 端近傍の電界強度を緩和する導電性部材 (21)をさらに有することを特徴とする請求 項 2乃至 4の 、ずれか一項に記載の電子管（1)。

[6] 前記外囲器 (2)は、前記筒（9)の他端に接続され少なくとも前記筒（9)の他端と接 続する部分が導電性を有する外側ステム (6)を有し、

前記筒（9)の他端に前記筒（9)外部側に突出するように設けられ、前記筒（9)の他 端近傍の電界強度を緩和する導電性部材 (23)をさらに有することを特徴とする請求 項 2乃至 4の 、ずれか一項に記載の電子管（1)。

[7] 内壁の所定の部分に光電面（11)が形成された外囲器 (2)と、

前記外囲器 (2)内部に設けられた電子打ち込み型半導体素子（15)と、 前記半導体素子（15)を囲む第 1の筒状の壁 (72)と、

前記外囲器 (2)内部の前記第 1の筒状の壁 (72)の外側に配置され、金属蒸気を 発生させる蒸着源（17、 19)と、

前記蒸着源（17、 19)を囲む第 2の筒状の壁 (74)と、

を有し、前記光電面（11)に入射した光により放出される光電子を前記半導体素子（ 15)により検出することを特徴とする電子管（1)。

[8] 前記半導体素子（15)、前記第 1の筒状の壁 (72)、前記蒸着源（17、 19)および前 記第 2の筒状の壁（74)は、一端と他端とを有し、前記他端が前記外囲器 (2)に接続 され、前記一端が前記外囲器 (2)の内部側に突出した絶縁性の筒（9)の前記一端 に設けられていることを特徴とする請求項 7に記載の電子管（1)。

[9] 前記外囲器 (2)は、筒状の基部（5)と、略球面状に湾曲した第 1本体部 (4a)と略 球面状に湾曲し前記第 1本体部 (4a)と前記基部（5)とを接続する第 2本体部 (4b)と 力もなる本体 (4)とを有し、

前記半導体素子（15)は、前記基部（5)の中心軸 (Z)と前記基部（5)内に位置した 前記第 2本体部 (4b)の仮想延長曲面 (I)との交点 (S)より前記本体 (4)側に設けら れて 、ることを特徴とする請求項 7または 8の 、ずれか一項に記載の電子管（1)。

[10] 前記筒（9)の前記他端は前記外囲器 (2)に接続され、前記筒（9)の前記一端は前 記外囲器 (2)の前記本体 (4)内に突出しており、

前記半導体素子（15)は、前記筒（9)の一端に設けられていることを特徴とする請 求項 8または 9の 、ずれか一項に記載の電子管（1)。

[11] 前記筒（9)の一端に導電性部材 (89)を介して接続された内側ステム (80)を更に 備え、前記内側ステム (80)に前記半導体素子（15)が配置され、

前記筒（9)の一端に前記筒（9)外部側に突出するように設けられ、前記筒（9)の一 端近傍の電界強度を緩和する導電性部材 (21)をさらに有することを特徴とする請求 項 8乃至 10のいずれか一項に記載の電子管（1)。

[12] 前記外囲器 (2)は、前記筒（9)の他端に接続され少なくとも前記筒（9)の他端と接 続する部分が導電性を有する外側ステム (6)を有し、

前記筒（9)の他端に前記筒（9)外部側に突出するように設けられ、前記筒（9)の他 端近傍の電界強度を緩和する導電性部材 (23)をさらに有することを特徴とする請求 項 8乃至 10のいずれか一項に記載の電子管（1)。

[13] 前記外囲器 (2)は接地電位を印加され、前記半導体素子（15)はプラス極性の電 位を印加されることを特徴とする請求項 1乃至 12のいずれか一項に記載の電子管（1

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