JP7382338B2 - 増幅回路用真空管及びそれを用いた増幅回路 - Google Patents

Description

本発明の一側面は、増幅回路用真空管及びそれを用いた増幅回路に関する。

従来、オーディオ装置等の増幅回路に用いられる増幅回路用真空管が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載された増幅回路用真空管では、フィラメントが電子源に採用されている。

特開２０１１－２２８７６０号公報

ここで、熱電子源であるフィラメントが電子源に採用された増幅回路用真空管は、熱を発生しやすいため周囲の回路素子等に悪影響を及ぼす可能性があり、それを用いた増幅回路を小型化することが難しい。

本発明の一側面は上記実情に鑑みてなされたものであり、発熱を抑制し、増幅回路の小型化を実現することができる増幅回路用真空管を提供すること目的とする。

本発明の一態様に係る増幅回路用真空管は、信号光を透過する入射窓部と、入射窓部を透過した信号光を光電子に変換する光電変換部と、光電子が入射される陽極を有し、入射された光電子に応じた信号を出力する出力部と、光電変換部から陽極に向かう光電子の経路に配置され、陽極に入射される光電子の量を制御するグリッド電極と、を備える。

本発明の一態様に係る増幅回路用真空管では、光電変換部において信号光が光電子に変換され、出力部において光電子に応じた信号が出力される。そして、本増幅回路用真空管では、出力部の陽極に入射される光電子の量がグリッド電極において制御される。これにより、出力部から出力される信号については、光電変換部からの光電子をグリッド電極において制御することで得ることが可能となる。このような構成では、熱電子源を電子源に採用することなく出力信号を得ることができるため、発熱を抑制し、増幅回路の小型化を実現することができる。

光電変換部が有する光電面とグリッド電極との離間距離は、グリッド電極と陽極との離間距離よりも短くてもよい。このように、光電面とグリッド電極との離間距離が短くされることにより、グリッド電極は、加速が小さい段階の光電子に対して制御を行うことが可能になる。このことで、グリッド電極による出力信号の制御範囲を大きくすることが可能になり、増幅範囲の大きな回路を得ることができる。

光電変換部は、透過型の光電面を有していてもよい。このような構成によれば、グリッド電極及び陽極の構造や配置が単純となり、増幅回路用真空管を小型化することができる。

光電変換部は、反射型の光電面を有していてもよい。このような構成によれば、光電変換効率の高い光電面とすることが可能となるため、増幅範囲の大きな回路を得ることができる。

増幅回路用真空管は、入射窓部を固定する導電性材料からなる筐体部と、入射窓部と光電変換部との間に設けられ、筐体部に電気的に接続された透光性電極とを更に備え、陽極は、筐体部と透光性電極とから構成されていてもよい。このような構成によれば、筐体部及び透光性電極によって、より効果的に光電子を捕捉することができる。

透光性電極は、入射窓部上に設けられていてもよい。このような構成によれば、入射窓部に向かう光電子をより効果的に捕捉することができる。

透光性電極は、光透過性の導電膜を含んでいてもよい。このような構成によれば、入射窓部の光入射領域を隙間なく電極で覆うことができるので、入射窓部に向かう光電子をより効果的に捕捉することができる。

透光性電極は、筐体部の内壁から突出するように設けられ、信号光が通過するアパーチャー部を有していてもよい。このような構成によれば、入射窓部に向かう光電子をより効果的に捕捉することができる。

増幅回路用真空管は、入射窓部と光電変換部との間に設けられた透光性電極を更に備え、陽極は、透光性電極を含んでいてもよい。このような構成によれば、入射窓部に向かう光電子をより効果的に捕捉することができる。

増幅回路用真空管は、入射窓部を備えた筐体部と、入射窓部を含む筐体部上に設けられた透光性電極と、を更に備え、陽極は、透光性電極から構成されていてもよい。このような構成によれば、入射窓部に向かう光電子をより効果的に捕捉することができる。

増幅回路用真空管は、入射窓部を有する第１の基板と、第１の基板に対向する第２の基板と、を更に備え、光電変換部は、第１の基板又は第２の基板上に設けられており、陽極及びグリッド電極は、第１の基板及び第２の基板の間に立設するように設けられていてもよい。このような構成によれば、厚さ方向に小型化された増幅回路用真空管を得ることができる。

光電変換部は、入射窓部と対向するように第２の基板上に設けられた台座部と、台座部上に設けられた反射型の光電面とを有し、入射窓部上には、光電面と同電位である対向電極が設けられていてもよい。入射窓部上に対向電極が設けられていることによって、光電面から放出された光電子が入射窓部に入射して入射窓部が帯電してしまうことを効果的に抑制することができる。

上述した増幅回路用真空管を用いて、該増幅回路用真空管を駆動するための駆動電源部と、グリッド電極に対して、光電子の量を制御する制御信号を出力する制御信号出力部と、入射窓部に向かって信号光を発生する信号光発生部と、を備えた増幅回路としてもよい。このような構成によれば、発熱を抑制し、小型化された増幅回路を実現することができる。

信号光発生部は半導体発光素子を備えてもよい。このような構成によれば、より小型化された増幅回路を実現することができる。

信号光発生部は、半導体発光素子の光量をモニターするモニター部を備え、モニター部からの信号に基づいて、半導体発光素子の光量を一定に制御してもよい。このような構成によれば、信号光の光量を精度よく一定に保つことができるので、より精度の高い増幅を行うことができる。

増幅回路用真空管と信号光発生部とを複数組備え、隣り合う増幅回路用真空管と信号光発生部との組の間が遮光されていてもよい。このような構成によれば、隣り合う信号光発生部からの光の影響を受けることなく、より精度の高い増幅を行うことができる。

本発明の一側面によれば、発熱を抑制し、増幅回路の小型化を実現することができる増幅回路用真空管を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る増幅回路用真空管を模式的に示す断面図である。 図１に示す増幅回路用真空管に係る回路図である。 グリッド電圧と出力電流との関係を示すグラフである。 光電面及びグリッド電極について離間距離と電位差との関係を説明する図である。 本発明の第２実施形態に係る増幅回路用真空管を模式的に示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る増幅回路用真空管を模式的に示す図であり、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は断面図を示している。 本発明の第４実施形態に係る増幅回路用真空管を模式的に示す図であり、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は断面図を示している。 変形例に係る増幅回路用真空管の回路図である。 変形例に係る増幅回路用真空管を模式的に示す断面図である。 変形例に係る増幅回路用真空管を模式的に示す断面図である。 変形例に係る増幅回路用真空管を模式的に示す断面図である。 変形例に係る増幅回路用真空管を模式的に示す断面図である。 変形例に係る増幅回路用真空管を模式的に示す断面図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、第１実施形態に係る増幅回路用真空管１を模式的に示す断面図である。増幅回路用真空管１は、例えば音響（オーディオ）用増幅回路又は楽器（ギター）用増幅回路用の真空管である。なお、増幅回路用真空管１は、上述した音響用増幅回路等以外の増幅回路に係る真空管であってもよい。増幅回路用真空管１は、光電子増倍管の技術を利用する。図１に示されるように、増幅回路用真空管１は、バルブ１０（真空筐体）と、光電変換部２０と、出力部３０と、グリッド電極４０と、を備えている。

バルブ１０は、円筒形の部材である。バルブ１０は、ステム１１と、側管１２と、光入射窓１３（入射窓部）とを有している。ステム１１は、例えばガラス（コバールガラス）やセラミックといった絶縁性材料により構成された円盤状の部材であり、ここではセラミックからなる。光入射窓１３は、例えばガラス（コバールガラス）のような透光性材料により構成された円盤状の部材であり、ステム１１に対向するように配置されている。光入射窓１３は、光源であるＬＥＤ８０（半導体発光素子、図２参照）からの光（信号光）が入射する窓部として機能する。ＬＥＤ８０は、一定光量の光を出射する。側管１２は、例えばコバール金属といった導電性材料やコバールガラスといった絶縁性材料により構成された部材であり、ここではコバール金属からなるとともに、ステム１１の円周に沿って設けられ、ステム１１と光入射窓１３とを連結するように立設している。以下では、ステム１１から光入射窓１３に向かう方向を「上」、光入射窓１３からステム１１に向かう方向を「下」として説明する場合がある。バルブ１０は、光電変換部２０、出力部３０の陽極３１、及びグリッド電極４０を収容した状態で真空気密が保たれる真空筐体である。

光電変換部２０は、光入射窓１３を透過した光を光電子に変換する。光電変換部２０は、変換した光電子を透過方向に放出する透過型の光電面２１を有している。光電面２１は、例えばマルチアルカリ、ＮａＫ、ＣｓＴｅ、ＧａＮ等により構成されているがこれに限定されない。なお、光電面２１において外部からのノイズ光を排除する観点から、可視光に感度のないソーラーブラインド光電面（ＣｓＴｅ、ＧａＮ等により構成された光電面）を用いてもよい。光電面２１から放出された光電子は下方に向かって（陽極３１に向かって）移動する。光電面２１は、光入射窓１３の内側面上に形成されており、給電用のステムピン２２に電気的に接続されることで所望の電位を供給されている。ステムピン２２は、光電面２１に電気的に接続されると共にステム１１を貫通するように下方に延びている。なお、側管１２が導電性材料からなる場合、光電面２１と側管１２とが電気的に接続されていれば、ステムピン２２を側管１２と電気的に接続してもよいし、ステムピン２２を廃し、側管１２を介して光電面２１に所望の電位を供給してもよい。

出力部３０は、光電子が入射される陽極３１とステムピン３３とを有し、入射された光電子に応じた信号を出力する。陽極３１は、例えばニッケル又はステンレス等の金属材料により構成された板材である。陽極３１は、ステムピン３３の上端に接続されており、ステム１１の上面の近傍に配置されている。陽極３１は、給電用のステムピン３３によってステム１１の上面から離間した位置に配置されている。ステムピン３３は、陽極３１に接続されると共にステム１１を貫通するように下方に延びている。出力部３０の後段には増幅素子３２（図２参照）が接続されている。増幅素子３２は、陽極３１からステムピン３３を経て出力される電流信号を電圧信号に変換して、出力信号（増幅信号）として出力する。出力信号の出力先は、増幅回路用真空管１の用途によって異なるが、音響用途の場合、例えばヘッドフォン又はスピーカー等である。

グリッド電極４０は、光電変換部２０の光電面２１から陽極３１に向かう光電子の経路に配置され、陽極３１に入射される光電子の量を制御する。光電子の量は、グリッド電極４０に入力される制御信号を反映したグリッド電圧に応じて制御される。制御信号（グリッド電圧）は、例えば音源等から入力される信号に基づいて、後述する制御信号出力部４００から出力される。光電子の量は、グリッド電圧が大きいほど（光電面２１とグリッド電極４０との間の電圧差が大きいほど）少なくなる（光電子の通過を抑制する）ように制御される。そのため、グリッド電圧と出力電流（陽極３１からの出力電流）との関係は図３に示されるように反比例の関係になる。

グリッド電極４０は、光電子を通過させるための貫通孔が形成されたメッシュ状部、格子状部、または網状部を備えた板状部材であり、例えばニッケル又はステンレス等の金属材料により構成されている。グリッド電極４０は、ステムピン４１の上端に接続されており、光電面２１及び陽極３１の間の領域に配置されている。ステムピン４１は、グリッド電極４０に接続されると共にステム１１を貫通するように下方に延びている。

グリッド電極４０は、光電面２１との離間距離ＧＤが、陽極３１との離間距離ｇｄよりも短くなるように配置されている。すなわち、グリッド電極４０は、バルブ１０内における光電面２１寄りの領域に配置されている。図４に示されるように、グリッド電極４０は、バルブ１０内における光電面２１寄りの領域に配置されることと、バルブ１０内における陽極３１寄りの領域に配置されることとが考えられる。ここで、光電面２１との電位差は光電面２１に近い領域ほど小さくなるところ、光電子は光電面２１との電位差が小さな領域ほど加速力（エネルギー）が小さいため、小さなグリッド電圧で制御が可能となる。このため、グリッド電極４０を光電面２１寄りの領域に配置することによって、グリッド電圧に応じてより効率的に（同じグリッド電圧範囲でも、より出力調整範囲を広くして）出力信号を制御することが可能になる。出力調整範囲を広くするとは、グリッド電圧の変化量に対する陽極３１からの出力電流の変化量を大きくすることを言う。図３には、同じグリッド電圧の変化量Ａに対して、出力電流の変化量が、変化量Ｃである場合と、該変化量Ｃよりも大きい変化量Ｂである場合とが示されている。この場合には、出力電流の変化量が変化量Ｂである場合のほうが、より出力調整範囲を広くすることができており、増幅回路としての性能が高い。

なお、各構成における印加電圧の一例としては、光電面２１をグランド電位（接地電位）とし、陽極３１を＋５～＋１００Ｖ（例えば＋１２Ｖ）として光電面２１-陽極３１間の電位差を５～１００Ｖ（例えば１２Ｖ）とすると共に、グリッド電圧を０～＋６Ｖ程度とすることが考えられる。増幅回路用真空管１においては、ＬＥＤ８０（図２参照）から出力される光の量が一定（すなわち、光電面から放出される光電子の量（光電面電流）が一定）とされるとともに、光電面２１-陽極３１間の電位差も一定とされ、グリッド電圧のみが変数とされている。

次に、図２を参照して、図１に示す増幅回路用真空管１に係る増幅回路の一例について説明する。なお、図２の増幅回路１００は説明の便宜上、増幅回路用真空管１に係る回路を簡素化して示すものである。図２は、一例として、音響（オーディオ）用の増幅回路であって、ステレオ出力に対応するよう、左右一対の増幅回路用真空管１を用いた増幅回路（右用増幅回路１００Ｒ、左用増幅回路１００Ｌ）を持った回路図を示している。

図２に示されるように、右用増幅回路１００Ｒ及び左用増幅回路１００Ｌのそれぞれが、光入射窓１３を介して光電面２１に一定の信号光を入射させる構成として、ＬＥＤ８０を備えた信号光発生部８００（右用信号光発生部８００Ｒ及び左用信号光発生部８００Ｌ）がそれぞれの増幅回路用真空管１と対向して設けられている。ＬＥＤ８０は、例えば４５０ｎｍよりも短い波長の光、具体的には紫外光領域の光を信号光として出射する。光電面２１はグランド電位に接続され、陽極３１は駆動電源部３００に接続され、駆動電圧Ｖが供給されている。そして、光電面２１と陽極３１との間にはグリッド電極４０が配置されており、該グリッド電極４０には、左右それぞれ、音源等からの入力信号に基づいて制御信号出力部４００から制御信号に相当するグリッド電圧が入力される。当該グリッド電圧に応じて、陽極３１に入射される光電子の量が制御される。そして、光電子の量に応じて陽極３１から電流信号が出力され、増幅素子３２において、該電流信号が電圧信号に変換されて、該電圧信号が出力信号としてヘッドフォン又はスピーカー等に出力される。また、右用増幅回路１００Ｒ及び左用増幅回路１００Ｌを前段の増幅回路として、該電圧信号による出力信号を、後段の増幅回路に対する入力信号としてもよい。なお、光入射窓１３を介して光電面２１に一定の信号光を入射させる際には、信号光発生部８００は右用信号光発生部８００Ｒと左用信号光発生部８００Ｌとに分けることなく、単一の信号光発生部８００としてもよい。ただし、より高い増幅作用を得るには、より多くの光電子が必要なので、十分な信号光量を得る為には、左右で個別に信号光発生部８００を備えてもよい。また、信号光の光量も変化させて制御する場合には、右用信号光発生部８００Ｒとそれに対向する増幅回路用真空管１の組、左用信号光発生部８００Ｌとそれに対向する増幅回路用真空管１の組との間を遮光する遮光部（図示せず）を設けてもよい。なお、信号光の光量を一定にする場合には、例えば右用信号光発生部８００Ｒの光の一部が左用信号光発生部８００Ｌの増幅回路用真空管１に入射したとしても、その入射光量が常に一定であれば問題ないので、基本的には遮光を行うことなく動作させることが可能である。

次に、第１実施形態に係る増幅回路用真空管１の作用効果について説明する。

上述したように、増幅回路用真空管１は、信号光を透過する光入射窓１３と、光入射窓１３を透過した信号光を光電子に変換する光電変換部２０と、光電子が入射される陽極３１を有し、入射された光電子に応じた信号を出力する出力部３０と、光電変換部２０から陽極３１に向かう光電子の経路に配置され、陽極３１に入射される光電子の量を制御するグリッド電極４０と、を備える。第１実施形態に係る増幅回路用真空管１では、光電変換部２０において信号光が光電子に変換され、出力部３０において光電子に応じた信号が出力される。そして、増幅回路用真空管１では、出力部３０の陽極３１に入射される光電子の量がグリッド電極４０において制御される。これにより、出力部３０から出力される信号については、グリッド電極４０において（詳細には、グリッド電圧に応じて）制御することが可能となる。このような構成では、フィラメントのような熱電子源を電子源に採用することなく出力信号を適切に制御することができるため、発熱を抑制し、増幅回路１００の小型化を実現することができる。

光電変換部２０は、変換した光電子を透過方向に放出する透過型の光電面２１を有している。このような構成によれば、グリッド電極４０及び陽極３１の構造や配置が単純となり、増幅回路用真空管１を小型化することができる。また、光電変換部２０の近くに光電面２１を設けたい場合等において光電面２１を適切に配置することができる。

光電面２１とグリッド電極４０との離間距離は、グリッド電極４０と陽極３１との離間距離よりも短い。このように、光電面２１とグリッド電極４０との離間距離が短くされることにより、加速が小さい段階（光電面２１との電位差が小さい段階）の光電子に対して制御を行うことが可能になる。このことで、グリッド電極４０による出力信号の制御範囲を大きくすることが可能になり、増幅範囲の大きな回路を得ることができる。

増幅回路１００は、増幅回路用真空管１を駆動するための駆動電源部３００と、グリッド電極４０に対して、光電子の量を制御する制御信号を出力する制御信号出力部４００と、光入射窓１３に向かって信号光を発生する信号光発生部８００と、を備えている。このような構成によれば、発熱を抑制し、小型化された増幅回路を実現することができる。

信号光発生部８００はＬＥＤ８０を備えてもよい。このような構成によれば、より小型化された増幅回路を実現することができる。また、給電する電力を制御することで、光量を変化させるのが容易であるため、グリッド電極４０での制御に加え、信号光の光量変化も加えた、より細かな出力信号の調整を行うこともできる。例えば、出力波形を可変とすることで、電気信号に変換された音に対して音響効果を与えるエフェクターに用いることができる。

増幅回路用真空管１と信号光発生部８００を複数組（右用信号光発生部８００Ｒ及び左用信号光発生部８００Ｌ）備え、隣り合う増幅回路用真空管１と信号光発生部８００（右用信号光発生部８００Ｒまたは左用信号光発生部８００Ｌ）との組の間が遮光されていてもよい。このような構成によれば、特に信号光の光量を変化させる場合において、隣り合う信号光発生部（右用信号光発生部８００Ｒ及び左用信号光発生部８００Ｌ）からの光の影響を受けることなく、より精度の高い増幅を行うことができる。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図５を参照して説明する。なお、第２実施形態の説明においては、第１実施形態と重複する説明を省略する。

図５は、第２実施形態に係る増幅回路用真空管１Ｂを模式的に示す断面図である。図５に示されるように、増幅回路用真空管１Ｂは、バルブ１０Ｂと、光電変換部２０Ｂと、出力部３０Ｂと、グリッド電極４０と、を備えている。グリッド電極４０については、上述した第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

バルブ１０Ｂは、真空気密が保たれる筐体全体（ステム、側管、及び光入射窓１３Ｂを含む全体）が一体の透光性絶縁材料からなるバルブであり、例えばガラス（コバールガラス）により構成されている。

光電変換部２０Ｂは、光電面２１Ｂと、陰極２３Ｂとを有しており、信号光の入射方向に対して反射するように光電子を放出する反射型光電面である。光電面２１Ｂは、陰極２３Ｂ上に設けられている。光電面２１Ｂ及び陰極２３Ｂは、バルブ１０Ｂにおけるステムの上面に対して離間して配置されている。光電面２１Ｂは、例えばマルチアルカリ、ＮａＫ、ＣｓＴｅ等により構成されているがこれに限定されない。陰極２３Ｂは、例えばニッケル又はステンレス等の金属材料により構成された板材であり、給電用のステムピン２２Ｂの上端に接続されている。ステムピン２２Ｂは、陰極２３Ｂに接続されると共にバルブ１０Ｂのステムを貫通するように下方に延びている。

なお、増幅回路用真空管１Ｂでは、反射型の光電変換部２０Ｂがバルブ１０Ｂのステム側に配置される構成となるため、ステム側でバルブ１０Ｂを真空封止する際の熱が光電変換部２０Ｂ（光電面２１Ｂ自体又は光電面形成部である陰極２３Ｂ）の表面状態に影響を及ぼしてしまうおそれがある。このことを抑制するために、光電変換部２０Ｂはバルブ１０Ｂのステムから離間していてもよく、例えば、光電変換部２０Ｂとステムとの離間距離ＰＤが、光電変換部２０Ｂとグリッド電極４０との離間距離（ｐｄ）以上となる程度に、光電変換部２０Ｂとステムとが離間していてもよい。

出力部３０Ｂは、光電子が入力される陽極３１Ｂとステムピン３３Ｂとを有している。陽極３１Ｂは、例えばニッケル又はステンレス等の金属材料により構成され、信号光が通過するように上下に連通する貫通孔を備えた円筒形の部材である。陽極３１Ｂは、ステムピン３３Ｂの上端に接続されており、バルブ１０Ｂにおける光入射窓の近傍（直下）に配置されている。ステムピン３３Ｂは、陽極３１Ｂに接続されると共にバルブ１０Ｂのステムを貫通するように下方に延びている。

このような増幅回路用真空管１Ｂにおいては、バルブ１０Ｂの光入射窓１３Ｂから入射した信号光は、陽極３１Ｂの貫通孔及びグリッド電極４０を通過して光電変換部２０Ｂに入射し、光電面２１Ｂにおいて光電子に変換されると共に反射方向に放出され、グリッド電極４０を介して円筒形の陽極３１Ｂに入射する。そして、陽極３１Ｂからステムピン３３Ｂを経て電流信号が出力されると共に後段の増幅素子において該電流信号が電圧信号に変換され、該電圧信号が出力信号として例えばヘッドフォン又はスピーカー等に出力されたり、さらなる増幅回路に対する入力信号として出力される。

上述したように、第２実施形態に係る増幅回路用真空管１Ｂでは、光電変換部２０Ｂが、変換した光電子を反射方向に放出する反射型の光電面２１Ｂを有している。このような構成によれば、陰極２３Ｂから光電面２１Ｂへの電流供給を良好に行えることから、光電変換効率の高い光電面とすることが可能となるため、増幅範囲の大きな回路を得ることができる。

また、反射型の光電面２１Ｂが陰極２３Ｂ上に設けられていることにより、光電面２１Ｂの全域にわたって略均一な電圧を印加することができる。

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図６（ａ），（ｂ）参照して説明する。なお、第３実施形態の説明においては、第１～第２実施形態と重複する説明を省略する。

図６は、第３実施形態に係る増幅回路用真空管１Ｃを模式的に示す図であり、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は断面図を示している。増幅回路用真空管１Ｃは、半導体製造技術を用いて製造される真空管である。このような真空管は、小型化及び大量生産の観点で優位である。図６（ａ），（ｂ）に示されるように、増幅回路用真空管１Ｃは、基板１１０，２１０（第１の基板，第２の基板）と、光電変換部１２０と、出力部１３０と、グリッド電極１４０と、側管１５０と、を備えている。増幅回路用真空管１Ｃは、シリコン基板をエッチングすることで出力部１３０の陽極１３１、グリッド電極１４０、及び側管１５０が作成されると共に、これらを基板１１０，２１０の間で立設するように挟み込んで封止することにより製造される。なお、平面図である図６（ａ）においては、基板２１０を図示していない。

基板１１０は、例えばガラス（コバールガラス又は硼珪酸ガラス）等の透光性絶縁性材料により構成された矩形の基板であり、光入射窓１１１（入射窓部）を有する。基板２１０は、例えばガラス（コバールガラス又は硼珪酸ガラス）等の絶縁性材料により構成された矩形の基板であり、基板１１０に対向して配置されている。上述したように、基板１１０及び基板２１０は、陽極１３１、グリッド電極１４０、及び側管１５０を挟み込むように設けられている。以下では、基板１１０から基板２１０に向かう方向を「上」、基板２１０から基板１１０に向かう方向を「下」として説明する場合がある。

光電変換部１２０は、光入射窓１１１を透過した光を光電子に変換する。光電変換部１２０は、変換した光電子を透過方向に放出する透過型の光電面１２１を有している。光電面１２１は、基板１１０上において、透光性の導電性材料膜（不図示）を覆うように配置（載置）されている。または、枠状の導電性材料膜を覆うように設けられていてもよい。導電性材料膜は、例えばアルミなどの金属材料が透光性を備える程度の膜厚で蒸着されることにより構成されている。図６（ａ）に示されるように、光電面１２１は、基板１１０の略中央部分に配置されている。光電面１２１は、例えばマルチアルカリ、ＮａＫ、ＣｓＴｅ等により構成されているがこれに限定されない。光電面１２１は、基板１１０において給電用の通電端子１２２に接続されている。通電端子１２２は、例えばコバール金属又はタングステン等により構成されている。光電面１２１から放出された光電子は、図６（ｂ）の矢印で示されるように、陽極１３１に向かって基板１１０の外側端部方向に移動する。

出力部１３０は、光電子が入力される陽極１３１と通電端子１３３とを有し、入力された光電子に応じた信号を出力する。陽極１３１は、基板１１０，２１０に挟まれるように立設しており（図６（ｂ）参照）、平面視すると、光電面１２１よりも基板１１０の外側の領域において、基板１１０の中心を中心とした略矩形状に配置されている（図６（ａ）参照）。陽極１３１は、基板１１０において給電用及び出力用の通電端子１３３に接続されている。通電端子１３３は、例えばコバール金属又はタングステン等により構成されている。

グリッド電極１４０は、光電面１２１から陽極１３１に向かう光電子の経路に配置され、陽極１３１に入力される光電子の量を制御する。グリッド電極１４０は、柱状構造が壁状に配置された格子状部材である。グリッド電極１４０は、基板１１０，２１０に挟まれるように立設しており（図６（ｂ）参照）、平面視すると、基板１１０における光電面１２１と陽極１３１の間の領域における光電面１２１側寄りの位置において、基板１１０の中心を中心とした略矩形状に配置されている（図６（ａ）参照）。グリッド電極１４０は、基板１１０において給電用の通電端子１４１に接続されている。通電端子１４１は、例えばコバール金属又はタングステン等により構成されている。

側管１５０は、基板１１０，２１０の外縁領域に挟まれるように立設しており（図６（ｂ）参照）、側管１５０、基板１１０，２１０、通電端子１２２，１３３，１４１によって真空気密が保たれている。側管１５０は、平面視すると、基板１１０における陽極１３１よりも外側の領域において、基板１１０の中心を中心とした略矩形状に配置されている（図６（ａ）参照）。

なお、基板１１０が光入射窓１１１を有しているとして説明したがこれに限定されず、基板２１０が光入射窓（入射窓部）を有していてもよい。この場合には、光電変換部１２０は、光電子を反射方向に放出する反射型の光電面を有している。なお、反射型の光電面は、基板１１０上の導電性材料膜上に形成される。または、基板１１０自体を金属材料等の導電性材料によって構成し、グリッド電極１４０、側管１５０、及び通電端子１３３、１４１との間を絶縁してもよい。この場合、通電端子１２２は不要となる。

［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図７（ａ），（ｂ）参照して説明する。なお、第４実施形態の説明においては、第１～第３実施形態と重複する説明を省略する。

図７は、第４実施形態に係る増幅回路用真空管１Ｄを模式的に示す図であり、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は断面図を示している。増幅回路用真空管１Ｄは、半導体製造技術を用いて製造される真空管であり、例えば図２で示したような音響（オーディオ）用の増幅回路であって、ステレオ出力に対応するような回路に用いる際、左右一対、つまり２つの増幅回路用真空管１を用いるのではなく、１つの増幅回路用真空管での対応を可能とするような増幅回路用真空管である。図７（ａ），（ｂ）に示されるように、増幅回路用真空管１Ｄは、基板３１０，４１０（第１の基板，第２の基板）と、一対の光電変換部３２０と、一対の出力部３３０と、一対のグリッド電極３４０，３４０と、側管３５０と、を備えている。増幅回路用真空管１Ｄは、シリコン基板をエッチングすることで出力部３３０の陽極３３１、グリッド電極３４０、及び側管３５０が作成されると共に、これらを基板３１０，４１０の間で立設するように挟み込んで封止することにより製造される。なお、平面図である図７（ａ）においては、基板３１０を図示していない。

基板３１０は、例えばガラス（コバールガラス又は硼珪酸ガラス）等の透光性絶縁性材料により構成された矩形の基板であり、光入射窓３１１（入射窓部）を有する。基板４１０は、例えばガラス（コバールガラス又は硼珪酸ガラス）等の絶縁性材料により構成された矩形の基板であり、基板３１０に対向して配置されている。以下では、基板３１０から基板４１０に向かう方向を「下」、基板４１０から基板３１０に向かう方向を「上」として説明する場合がある。

光電変換部３２０は、光入射窓３１１を透過した光を光電子に変換する。光電変換部３２０は、変換した光電子を透過方向に放出する、一対の透過型の光電面３２１，３２１を有している。光電面３２１，３２１は、基板３１０の内側面に配置されており、より詳細には、基板３１０の長手方向両端部において、基板３１０の短手方向に沿って配置されている。光電面３２１，３２１は、給電部材３２３を介して、基板４１０上に配置された導電膜３２４に接続されている。導電膜３２４は、基板４１０において給電用の通電端子３２２に電気的に接続されている。光電面３２１，３２１から信号光の透過方向に放出された光電子は、図７（ｂ）の矢印で示されるように、グリッド電極３４０，３４０を通過して陽極３３１，３３１に向かって基板４１０の中央方向に移動する。

出力部３３０は、光電子が入力される一対の陽極３３１，３３１と通電端子３３３，３３３とを有し、入射された光電子に応じた信号を出力する。陽極３３１，３３１は、基板３１０，４１０に挟まれるように立設しており（図７（ｂ）参照）、平面視すると、光電面３２１よりも基板４１０の中央側の領域において、基板４１０の短手方向に沿って配置されている（図７（ａ）参照）。陽極３３１，３３１は、基板４１０において給電用及び出力用の通電端子３３３に接続されている。

グリッド電極３４０，３４０は、光電面３２１から陽極３３１に向かう光電子の経路に配置され、陽極３３１に入力される光電子の量を制御する。グリッド電極３４０，３４０は、柱状構造が壁状に配置された格子状部材である。グリッド電極３４０，３４０は、基板３１０，４１０に挟まれるように立設しており（図７（ｂ）参照）、平面視すると、基板４１０における光電面３２１と陽極３３１の間の領域における光電面３２１側寄りの位置において、基板４１０の短手方向に沿って配置されている（図７（ａ）参照）。グリッド電極３４０，３４０は、基板４１０において給電用の通電端子３４１に接続されている。

側管３５０は、基板３１０，４１０の外縁領域に挟まれるように立設しており（図７（ｂ）参照）、側管３５０、基板３１０，４１０、通電端子３２２，３２２，３３３，３３３，３４１，３４１によって真空気密が保たれている。側管３５０は、平面視すると、光電面３２１，３２１よりも外側の領域において、基板４１０の中心を中心とした略矩形状に配置されている（図７（ａ）参照）。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、図８の回路図に示されるように、増幅回路用真空管は、ＬＥＤ８０から出力される信号光の光量をモニターするモニター部５００を更に備えていてもよい。モニター部５００は、例えばフォトダイオードである。ＬＥＤ８０に駆動電圧を入力することにより、ＬＥＤ８０の光量が定まる。そして、モニター部５００においてＬＥＤ８０から出力される光量をモニターし、モニター部５００からの信号に基づいて、ＬＥＤ８０の光量を一定に制御する。より詳細には、モニター部５００からの信号が示す光量の変動（出力変動）に応じて、ＬＥＤ８０の駆動電圧を変化させることで、信号光の光量の変動（出力変動）を補正することができる。このような構成によれば、信号光の光量を精度よく一定に保つことができるので、より精度の高い増幅を行うことができる。例えば本発明の技術が音響用の増幅回路用真空管に用いられる場合において、ＬＥＤ８０から出力される光量が安定しているか否かを実際の音（人の耳）に頼らずに判定し、必要に応じて光量を安定化させることができる。なお、モニター部５００によるモニター結果に応じて、陽極等の各部への印加電圧を変化させてもよい。

また、反射型光電面を有する光電変換部２０Ｂを用いる形態の変形例として、図９に示される構成を採用してもよい。図９に示される増幅回路用真空管１Ｅは、光入射窓１３Ｅを固定する筐体１０Ｅと、光電変換部２０Ｂと、グリッド電極４０と、透光性電極９０と、を備えている。光電変換部２０Ｂ及びグリッド電極４０については、上述した第２実施形態と同様であるため説明を省略する。

筐体１０Ｅは、導電性材料、例えばコバール金属等の金属により構成された筐体であり、その一方側の端部に設けられた開口部には光入射窓１３Ｅが固定されている。筐体１０Ｅは、それ自体が陽極として機能する。筐体１０Ｅの電位は接地電位とされている。筐体１０Ｅは、グリッド電極４０を通過した光電子のうち側方に拡散する光電子を収集する。なお、筐体１０Ｅが金属製であるため、ステムピン２２Ｂ及びステムピン４１は、絶縁性材料（例えばハーメチックガラス）からなる固定部材５５０によって筐体１０Ｅに固定されると共に絶縁されている。

透光性電極９０は、筐体１０Ｅにおける光入射窓１３Ｅの真空側面の上に形成された光透過性の電極である。透光性電極９０は、例えばＩＴＯ、Ｃｒ，Ａｌ等からなる光透過性の導電膜や、メッシュ部材により形成されている。透光性電極９０は、グリッド電極４０を通過した光電子のうち光入射窓１３Ｅ方向に進む光電子を収集する。透光性電極９０は、電気的接続部１６０（例えばワイヤボンディング）によって筐体１０Ｅに電気的に接続される。なお、透光性電極９０が光透過性の導電膜からなる場合、その厚さが十分に厚い場合においては、透光性電極９０を光入射窓１３Ｅから筐体１０Ｅの一部にかけて連続的に成膜することによって、透光性電極９０自体を筐体１０Ｅに電気的に接続することができる（つまり透光性電極が電気的接続部も含む）ので、上述したワイヤボンディングのような電気的接続部１６０が不要になる。また、透光性電極９０がメッシュ部材からなる場合にも、メッシュ部材を直接筐体１０Ｅに接触させることで、同様に電気的接続部１６０を不要とすることができる。透光性電極９０は、信号光の経路（光路）となる例えば中心領域のみが透光性とされれば、周辺領域が遮光性とされてもよい。このように周辺領域が遮光性とされることによって、ノイズ光を低減することができる。

上述した増幅回路用真空管１Ｅにおいては、グリッド電極４０を通過した光電子のうち側方に拡散する光電子については、陽極として機能する筐体１０Ｅが収集し、光入射窓１３Ｅ方向に進む光電子については、透光性電極９０が収集する。すなわち、増幅回路用真空管１Ｅにおいては、陽極信号は、側管への入射（筐体１０Ｅが収集）に基づく信号と、透光性電極９０への入射に基づく信号との和として出力される。このような構成によれば、例えば陽極３１Ｂだけで光電子を収集する構成（図５）と比較して、より効果的に光電子を捕捉することができる。また、透光性電極９０が光透過性の導電膜からなる場合、光入射窓１３Ｅの光入射領域を隙間なく電極で覆うことができるので、光入射窓１３Ｅに向かう光電子をより効果的に捕捉することができる。

また、反射型光電面を有する光電変換部２０Ｂを用いる形態の変形例として、図１０に示される構成を採用してもよい。図１０に示される増幅回路用真空管１Ｆは、概ね図９に示される増幅回路用真空管１Ｅと同様の構成であるが、増幅回路用真空管１Ｅの構成に加えて、信号光が通過するアパーチャー部１７０Ａを有した透光性電極である対向電極１７０を備えている。

対向電極１７０は、光電変換部２０Ｂの光電面２１Ｂと光入射窓１３Ｅ（詳細には、透光性電極９０）との間において、光電面２１Ｂに対向するように筐体１０Ｅの内壁から突出するように設けられている。対向電極１７０は、ニッケル又はコバール金属等の板状の導電性材料により形成されている。対向電極１７０は、光入射窓１３Ｅ方向に進む光電子を収集する。対向電極１７０は、信号光を妨げないように、少なくとも光電面２１Ｂに対向する部位の一部（信号光路上）にアパーチャー部１７０Ａが形成されている。アパーチャー部１７０Ａを通過する光電子については、対向電極１７０によって収集することができないが、透光性電極９０によって収集することができる。対向電極１７０が設けられていることによって、アパーチャー部１７０Ａ以外の領域が遮光され、光電面２１Ｂに対する光の入射経路が限定されるため、信号光以外のノイズ光の入射が抑制される。なお、対向電極１７０を設ける構成においては、透光性電極９０を設けなくてもよい。すなわち、対向電極１７０は、透光性電極９０と共に用いられてもよいし、透光性電極に代えて用いられてもよい。対向電極１７０は、その全体がメッシュ状とされていてもよいし、アパーチャー部１７０Ａのみがメッシュ状とされて光電子を収集しやすい構成とされていてもよい。

また、反射型光電面を有する光電変換部２０Ｂを用いる形態の変形例として、図１１に示される構成を採用してもよい。図１１に示される増幅回路用真空管１Ｇは、概ね図５に示される増幅回路用真空管１Ｂと同様の構成であるが、増幅回路用真空管１Ｂの構成に加えて、アパーチャー部１８０Ａを備えた透光性電極である電極１８０を備えている。

電極１８０は、円筒形の陽極３１Ｂにおける、光入射窓１３Ｂとの対向側の開口部分の端面に設けられた蓋状の電極であり、陽極３１Ｂの一部を構成する。電極１８０は、図１１に示されるように、信号光を妨げないように信号光路上にアパーチャー部１８０Ａが形成されている。電極１８０は、その全体がメッシュ状とされてもよいし、アパーチャー部１８０Ａのみがメッシュ状とされてもよい。このような構成によれば、グリッド電極４０を通過した光電子であって光入射窓１３Ｂ方向に進む光電子（陽極３１Ｂによって適切に収集できない光電子）を、電極１８０によって効果的に収集することができる。

また、反射型光電面を有する光電変換部２０Ｂを用いる形態の変形例として、図１２に示される構成を採用してもよい。図１２に示される増幅回路用真空管１Ｈは、概ね図５に示される増幅回路用真空管１Ｂと同様の構成であるが、増幅回路用真空管１Ｂにおける陽極３１Ｂ（図５参照）に代えて、透光性電極１９０を備えている。

透光性電極１９０は、光入射窓１３Ｂを備えたバルブ１０Ｂの内面に形成された光透過性の電極である。透光性電極１９０は、グリッド電極４０よりも光入射窓１３Ｂ側におけるバルブ１０Ｂの側壁及び上壁の内面に設けられており、グリッド電極４０を通過しない光電子の影響を受けないよう、少なくともグリッド電極４０よりも光電変換部２０Ｂ側におけるバルブ１０Ｂの壁面には設けられないことが好ましい。透光性電極１９０は、例えばＩＴＯ、Ｃｒ，Ａｌ等からなる光透過性の導電膜や、メッシュ部材により形成されている。透光性電極１９０からステムピン３３Ｂを経て電流信号が出力される。透光性電極１９０は、信号光の経路（光路）となる例えば中心領域のみが透光性とされれば、周辺領域（バルブ１０Ｂの側壁に設けられた部分を含む）が遮光性とされてもよい。

また、半導体製造技術を用いて真空管が製造される形態の変形例として、図１３に示される構成を採用してもよい。図１３に示される増幅回路用真空管１Ｉは、概ね図７に示される増幅回路用真空管１Ｄと同様の構成であるが、光電変換部３２０（図７（ｂ）参照）に代えて光電変換部３２０Ｉ（反射型の光電面３２１Ｉを有する光電変換部）を備えており、また、窓側電極３８０を更に備えている。

光電変換部３２０Ｉは、光入射窓３１１を透過した光を光電子に変換する。光電変換部３２０Ｉは、光入射窓３１１と対向するように基板４１０上に設けられた、円弧状の斜辺を有する断面三角形状の一対の台座部６００と、変換した光電子を放出する、一対の反射型の光電面３２１Ｉとを有している。光電面３２１Ｉは、台座部６００の円弧上表面に設けられている。光電面３２１Ｉから放出された光電子は、図１３の矢印で示されるように、グリッド電極３４０を透過して陽極３３１に向かって基板４１０の中央方向に移動する。

窓側電極３８０は、光入射窓３１１の内面に形成された光透過性の導電膜である。窓側電極３８０は、例えばＩＴＯ、Ｃｒ，Ａｌ等からなる光透過性の導電膜や、メッシュ部材により形成されている。窓側電極３８０は、光電面３２１Ｉから放出された光電子が光入射窓３１１に入射して光入射窓３１１が帯電してしまうことを抑制する構成である。窓側電極３８０は、光電面３２１Ｉと物理的に接続されることによって、或いは、別途電気的な接続を確立することや給電されることによって、光電面３２１Ｉと同電位とされている。

１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ，１Ｉ…増幅回路用真空管、１０，１０Ｂ…バルブ（真空筐体）、１３，１１１，３１１…光入射窓（入射窓部）、２０，２０Ｂ，１２０，３２０…光電変換部、２１，２１Ｂ，１２１，３２１…光電面、２３Ｂ…陰極、３０，３０Ｂ，１３０，３３０…出力部、３１，３１Ｂ，１３１，３３１…陽極、４０，１４０，３４０…グリッド電極、１１０，２１０，３１０，４１０…基板。

Claims (14)

1. 信号光を透過する入射窓部と、
   前記入射窓部を透過した前記信号光を光電子に変換する光電変換部と、
   前記光電子が入射される陽極を有し、入射された光電子に応じた信号を出力する出力部と、
   前記光電変換部から前記陽極に向かう前記光電子の経路に配置され、前記陽極に入射される前記光電子の量を制御するグリッド電極と、
   前記入射窓部を固定する導電性材料からなる筐体部と、
   前記入射窓部と前記光電変換部との間に設けられ、前記筐体部に電気的に接続された透光性電極とを備え、
   前記光電変換部は、反射型の光電面を有し、
   前記陽極は、前記筐体部と前記透光性電極とからなる、増幅回路用真空管。
2. 前記光電変換部が有する光電面と前記グリッド電極との離間距離は、前記グリッド電極と前記陽極との離間距離よりも短い、請求項１記載の増幅回路用真空管。
3. 前記透光性電極は、前記入射窓部上に設けられる、請求項１又は２記載の増幅回路用真空管。
4. 前記透光性電極は、光透過性の導電膜を含む、請求項３記載の増幅回路用真空管。
5. 前記透光性電極は、前記筐体部の内壁から突出するように設けられ、前記信号光が通過するアパーチャー部を有する、請求項１又は２記載の増幅回路用真空管。
6. 前記入射窓部と前記光電変換部との間に設けられた透光性電極を更に備え、
   前記陽極は、前記透光性電極を含む、請求項１～５のいずれか一項記載の増幅回路用真空管。
7. 信号光を透過する入射窓部と、
   前記入射窓部を透過した前記信号光を光電子に変換する光電変換部と、
   前記光電子が入射される陽極を有し、入射された光電子に応じた信号を出力する出力部と、
   前記光電変換部から前記陽極に向かう前記光電子の経路に配置され、前記陽極に入射される前記光電子の量を制御するグリッド電極と、
   前記入射窓部を有する第１の基板と、前記第１の基板に対向する第２の基板と、を備え、
   前記光電変換部は、前記第１の基板又は前記第２の基板上に設けられており、
   前記陽極及び前記グリッド電極は、前記第１の基板及び前記第２の基板の間に立設するように設けられている、増幅回路用真空管。
8. 前記光電変換部は、前記入射窓部と対向するように前記第２の基板上に設けられた台座部と、前記台座部上に設けられた反射型の光電面とを有し、
   前記入射窓部上には、前記光電面と同電位である対向電極が設けられている、請求項７記載の増幅回路用真空管。
9. 前記光電変換部が有する光電面と前記グリッド電極との離間距離は、前記グリッド電極と前記陽極との離間距離よりも短い、請求項７又は８記載の増幅回路用真空管。
10. 前記光電変換部は、透過型の光電面を有する、請求項７記載の増幅回路用真空管。
11. 前記入射窓部と前記光電変換部との間に設けられた透光性電極を更に備え、
    前記透光性電極は、前記入射窓部上に設けられる、請求項７記載の増幅回路用真空管。
12. 前記透光性電極は、光透過性の導電膜を含む、請求項１１記載の増幅回路用真空管。
13. 信号光を透過する入射窓部と、前記入射窓部を透過した前記信号光を光電子に変換する光電変換部と、前記光電子が入射される陽極を有し、入射された光電子に応じた信号を出力する出力部と、前記光電変換部から前記陽極に向かう前記光電子の経路に配置され、前記陽極に入射される前記光電子の量を制御するグリッド電極と、を有する増幅回路用真空管と、
    前記増幅回路用真空管を駆動するための駆動電源部と、
    前記グリッド電極に対して、前記光電子の量を制御する制御信号を出力する制御信号出力部と、
    前記入射窓部に向かって信号光を発生する信号光発生部と、を備え、
    前記信号光発生部は半導体発光素子を備え、
    前記信号光発生部は、前記半導体発光素子の光量をモニターするモニター部を備え、
    前記モニター部からの信号に基づいて、前記半導体発光素子の光量を一定に制御する、増幅回路。
14. 信号光を透過する入射窓部と、前記入射窓部を透過した前記信号光を光電子に変換する光電変換部と、前記光電子が入射される陽極を有し、入射された光電子に応じた信号を出力する出力部と、前記光電変換部から前記陽極に向かう前記光電子の経路に配置され、前記陽極に入射される前記光電子の量を制御するグリッド電極と、を有する増幅回路用真空管と、
    前記増幅回路用真空管を駆動するための駆動電源部と、
    前記グリッド電極に対して、前記光電子の量を制御する制御信号を出力する制御信号出力部と、
    前記入射窓部に向かって信号光を発生する信号光発生部と、を備え、
    前記増幅回路用真空管と前記信号光発生部とを複数組備え、
    隣り合う前記増幅回路用真空管と前記信号光発生部との組の間が遮光された、増幅回路。

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