WO2019012914A1

WO2019012914A1 - 電子管

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Publication number: WO2019012914A1
Application number: PCT/JP2018/022948
Authority: WO
Inventors: 宏仁深澤; 康幸江川; 繁市川; 康晴根木
Original assignee: 浜松ホトニクス株式会社
Priority date: 2017-07-12
Filing date: 2018-06-15
Publication date: 2019-01-17
Also published as: JP2019021410A; KR102495284B1; EP3654362B1; EP3654362A4; US20200149959A1; CN110870041A; CN110870041B; JP6431574B1; EP3654362A1; KR20200024849A; US11118969B2

Abstract

電子管（１）は、光Ｌに応じた電子Ｅを放出する光電面（３）と、光電面（３）に対面するように配置されたアバランシェフォトダイオード（６）と、光電面（３）からアバランシェフォトダイオード（６）へ向けて電子Ｅを加速すると共に電子Ｅを集束させる集束電極部（４）と、アバランシェフォトダイオード（６）が設けられるステム（９）を有する筐体（２）と、を備える。ステム（９）には、光Ｌを通過させる光入射孔（２６）が設けられ、光入射孔（２６）の周囲はステム（９）により遮光されている。集束電極部（４）は、光通過孔（３７）が設けられる第１領域（３４ａ）と、電子Ｅをアバランシェフォトダイオード（６）へ導く電子通過孔（３８）が設けられる第２領域（３４ｂ）とを有する。第１領域（３４ａ）は、光入射孔（２６）と光電面（３）とを結ぶ軸線Ａ１上に形成される。第２領域（３４ｂ）は、光電面（３）とアバランシェフォトダイオード（６）とを結ぶ軸線Ａ２上に形成される。

Description

電子管

　本発明の一形態は、電子管に関する。

　光を検出するための電子管は、光の入射によって光電面から放出された電子（光電子）を半導体素子へ向けて加速し、半導体素子により電子を捉える。例えば、特許文献１に開示された電子管は、チャンバの一端側に設けられた入射窓から光を受け入れる。受け入れられた光が、入射窓と対面する他端側に設けられた光電変換部に入射すると、光電変換部は電子（光電子）を生じる。電子は、光電変換部に対面するように入射窓に設けられたセンサに入射する。

米国特許第６６７４０６３号明細書

　特許文献１は、電子検出素子を設けたステム全面を入射窓とする反射型の電子打ち込み増倍型光センサを開示する。特許文献１に開示された電子管では、入射窓から受け入れられた光は、光の入射態様によって、光電面へ直接に入射することがある。また、光は、チャンバの内壁へ入射することもある。しかし、チャンバの内壁へ光が入射した場合であっても、チャンバの内壁に反射面を設けることにより、チャンバの内壁に入射した光を反射面によって反射させた後に、光電面に入射させている。従って、光の入射態様に起因して、入射窓から光電面に到達するまでの距離が変わってしまうことがある。特許文献１の光センサは、ステム全面が入射窓である。従って、入射した光は、種々の経路をたどり得る。その結果、ステムと光電面との間に構成物を配置した場合に、構成物によって光が遮られる可能性が生じる。従って、ステムに設けた電子検出素子と光電面との間に集束電極を設けることが困難である。その結果、入射する光の態様に応じて、電子検出素子から出力される信号が時間的に揺らぐ。従って、所望の時間的特性を確実に得ることが難しかった。

　本発明の一形態は、所望の時間的特性を確実に得ることが可能な電子管を提供することを目的とする。

　本発明の一形態は、入射した光に応じた電子を放出する光電変換部と、光電変換部に対面するように配置され、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電極板を含み、光電変換部から電子検出部へ向けて電子を加速すると共に電子を集束させる集束電極部と、電子検出部が設けられるステム部を有し、光電変換部及び電子検出部が配置される真空に保持された内部空間を形成する筐体と、を備え、ステム部は、光を通過させる光入射窓部が設けられるとともに、光入射窓部の周囲を遮光する遮光部を有し、電極板は、光入射窓部から導かれた光を通過させることにより、光を光電変換部に導く光通過部が設けられる第１領域と、光電変換部から放出された電子を通過させることにより、電子を電子検出部へ導く電子通過部が設けられる第２領域とを有し、第１領域は、光入射窓部と光電変換部とを結ぶ第１軸線上に形成され、第２領域は、光電変換部と電子検出部とを結ぶ第２軸線上に形成される。

　光は、ステム部に設けられ、その周囲が遮光された光入射窓から筐体内に受け入れられる。筐体内に受け入れられた光は、電極板の光通過部を通過する。光通過部を通過した光は、光電変換部に到達する。つまり、ステム部からの光の入射は、光入射窓部を介した入射に限定される。光入射窓部を通過した光は、光通過部を通過する。従って、最終的に光電変換部に到達する光は、光通過部を必ず通過する。そうすると、光入射窓部を有するステム部から入射し、光電変換部に到達するまでの光の態様は、入射窓部及び光通過部を通過する態様に制限される。その結果、入射経路のばらつきが抑制される。従って、光入射窓部から光電変換面に到達するまでの距離が所定の範囲に収まる。光電変換部から放出された電子は、集束電極部によって集束される。集束された電子は、電子検出部に導かれる。従って、電子検出部から出力される信号の時間的な揺らぎが低減する。その結果、所望の時間的特性を確実に得ることができる。

　光通過部は、電子通過部に対して離間してもよい。この構成によれば、電子通過部に形成される電界に光通過部が及ぼす影響を低減できる。従って、所望の電子軌道が得られる。また、光電変換部へ到達する光の入射経路を確実に特定することができる。

　筐体は、ステム部と対面する蓋部をさらに有し、蓋部は、ステム部と対面すると共に内部空間に露出した面に設けられた光電変換部を有してもよい。この構成によれば、光電変換部を精度よく設けることが可能になる。従って、所望の電子軌道を得ることができる。

　光入射窓部は、第１軸線を中心軸線とするステム部に設けられた貫通孔と、貫通孔を閉鎖するようにステム部に固定された光透過部材と、を含んでもよい。この構成によれば、光電変換部へ到達する光の入射経路を確実に特定することができる。

　光透過部材は、光が入射する光入射面を有し、光入射面は、第１軸線に対して直交してもよい。この構成によれば、入射光を光電変換部まで効率よく導くことができる。

　ステム部は、金属材料により形成されてもよい。この構成によれば、ステム部自体が遮光部として機能することが可能になる。従って、光電変換部へ到達する光の入射経路を確実に特定することができる。さらに、金属材料により形成されたステム部は、良好な熱伝導性を有する。従って、電子検出部で発生する熱が効率よく外部へ排出される。その結果、電子検出部の動作を安定化できる。

　蓋部は、金属材料により形成されてもよい。この構成によれば、蓋部は遮光性を有する。従って、蓋部からのノイズ光の入射を抑制できる。

　本発明の一形態によれば、所望の時間的特性を確実に得ることが可能な電子管が提供される。

図１は、実施形態に係る電子管の断面を示す斜視図である。図２は、図１に示されたステム部の断面を示す斜視図である。図３は、電子管の断面を示す分解図である。図４は、実施形態に係る電子管の断面を示す図である。図５は、変形例１に係る電子管の断面を示す図である。図６は、変形例２に係る電子管の断面を示す図である。図７は、変形例３に係る電子管の断面を示す斜視図である。図８は、変形例４に係る電子管の断面を示す斜視図である。図９は、変形例５に係る電子管の断面を示す斜視図である。図１０は、変形例６に係る電子管の断面を示す斜視図である。

　以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

　図１に示される電子管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、光の入射に応じて光電面より放出した電子（光電子）を加速する。電子管１は、加速した電子を半導体素子であるアバランシェフォトダイオードに入射する。この構成によって、電子管１は、微弱な光を検出する。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、接合領域においてアバランシェ増幅を生じさせるために十分な高い電界を形成する半導体素子である。アバランシェフォトダイオードの入射面に電子が入射されると、アバランシェフォトダイオードは、入射電子を増倍して電気信号を出力する。従って、アバランシェフォトダイオードは電子増倍部である。さらに、アバランシェフォトダイオードは、電子検出部でもある。

　電子管１は、真空に保たれた内部空間を形成する筐体２を有する。筐体２は、略円筒状を呈する。筐体２の内部には、光電面３（光電変換部）と、集束電極部４と、アバランシェフォトダイオード６（電子検出部）とが配置される。

　円筒状の筐体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２は、軸線Ａ２（第２軸線）に沿って配置された側管部７と、蓋８（蓋部）と、ステム９（ステム部）と、を有する。側管部７は、円筒状である筐体２の本体部を呈する。側管部７の上端及び下端は、開放される。開放された上端は、蓋８によって封止される。開放された下端は、ステム９によって封止される。蓋８と側管部７との接続箇所及びステム９と側管部７との接続箇所は、気密が保たれる。筐体２の内部は、真空に保たれる。

　側管部７は、下側電極部１１と、下側絶縁筒部１２と、中間電極部１３と、上側絶縁筒部１４と、上側電極部１６と、を有する。下側電極部１１と、下側絶縁筒部１２と、中間電極部１３と、上側絶縁筒部１４と、上側電極部１６と、は、それぞれ略環状を呈する。下側電極部１１、下側絶縁筒部１２、中間電極部１３、上側絶縁筒部１４、及び上側電極部１６は、軸線Ａ２に沿って下からこの順に積み重ねられる。集束電極部４である下側電極部１１と、中間電極部１３と、上側電極部１６との少なくとも一部は、筐体２の一部を構成する。上側電極部１６は、側管部７の上端の開口を形成する。上側電極部１６は、光電面３に最も近い集束電極部４として機能する。下側電極部１１は、側管部７の下端の開口を形成する。下側電極部１１は、アバランシェフォトダイオード６に最も近い集束電極部４として機能する。側管部７の構成については後に詳述する。

　蓋８は、上側電極部１６の開口を閉鎖する。蓋８は、遮光性を持つ導電性部材（例えばコバールといった金属材料）により形成された円板状の部材である。蓋８は、蓋上面８ａと、蓋下面８ｂとを有する。蓋上面８ａは、筐体２の外部に露出する。蓋下面８ｂは、筐体２の内部に露出する。蓋８の軸線は、筐体２の軸線Ａ２と重複する。蓋８の蓋下面８ｂにおいて軸線Ａ２と重複する領域には、光電面３が形成される。光電面３は、蓋上面８ａ側に向かって窪んだ凹状の湾曲面上に形成された膜状の部分である。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を採用してよい。蓋上面８ａは、上側電極部１６に対して封止部３１によって気密に固定される。封止部３１として、コバールが例示される。封止部３１は、蓋上面８ａおよび上側電極部１６との間に図示しない接合部材（例えばインジウム等の低融点金属を含む接合部材）を挟むことによって気密に固定される。蓋８は、軸線Ａ２上に配置される。ステム９は、軸線Ａ２上に配置される。従って、蓋８の蓋下面８ｂは、ステム９と対面する。蓋８は、遮光性を持つ導電性部材により構成される。従って、蓋８側から光電面３へのノイズ光の入射が抑制される。また、蓋８及び上側電極部１６を介して、光電面３へ電位を供給できる。

　図２に示されるように、ステム９は、ベース１７と給電ピン１８と信号ピン１９とピン保護筒部２１とを有する。円板状のベース１７は、ベース主面２２とベース裏面２３とを有する。ベース主面２２は、筐体２の内側に露出する。ベース裏面２３は、筐体２の外側に露出する。ベース主面２２は、接続領域２２ａと、ダイオード配置領域２２ｂと、貫通孔形成領域２２ｃと、を有する。接続領域２２ａは、ベース主面２２の周縁部に設定される。接続領域２２ａは、下側電極部１１に気密に固定される。ダイオード配置領域２２ｂは、ベース主面２２の中心軸線を含む中央部分に設定される。ダイオード配置領域２２ｂには、アバランシェフォトダイオード６が取り付けられる。具体的には、ベース主面２２上に基板２４が固定される。そして、基板２４上にアバランシェフォトダイオード６が取り付けられる。アバランシェフォトダイオード６は、基板２４を介してステム９に取り付けられる。アバランシェフォトダイオード６は、軸線Ａ２と交差するように配置される。光電面３も軸線Ａ２と交差するように配置される。従って、アバランシェフォトダイオード６は光電面３に対面する。アバランシェフォトダイオード６の動作中の発熱は、ノイズ成分になる可能性がある。従って、アバランシェフォトダイオード６が生じる熱は、ステム９を介して放熱してもよい。従って、ステム９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。また、ステム９の材料としては、コバールといった金属材料及び／又はセラミックなども採用してよい。

　貫通孔形成領域２２ｃは、接続領域２２ａとダイオード配置領域２２ｂとの間に設定される。貫通孔形成領域２２ｃには、光入射孔２６（光入射窓部）の一方の内側開口２６ａが形成される。光入射孔２６は、筐体２の内部に光を受け入れる。光入射孔２６は、ベース１７を貫通する。光入射孔２６の中心軸である軸線Ａ１（第１軸線）は、筐体２に入射する光の光軸である。軸線Ａ１は、光電面３の中心を通過する。軸線Ａ１は、筐体２の軸線Ａ２に対して傾いている。

　光入射孔２６の内側開口２６ａは、ベース主面２２の貫通孔形成領域２２ｃに形成される。光入射孔２６のベース裏面２３には、ざぐり２７が設けられる。ざぐり２７には、光入射孔２６の外側開口２６ｂが形成される。入射面板２８（光透過部材）は、外側開口２６ｂを気密に封止するように光入射孔２６に嵌め込まれる。入射面板２８は、光に対して透明なガラスである。具体的には、入射面板２８は、サファイアガラスであってよい。入射面板２８は、検出する光の波長に応じてその材料を選択してよい。例えば、入射面板２８は、石英であってもよい。ステム９は、銅といった光透過性を有しない材料により構成される。従って、電子管１における光の入射部は、入射面板２８を備えた光入射孔２６だけである。ステム９側から照射された光に対する遮光部１０は、光入射孔２６の周囲と、ベース主面２２及びベース裏面２３を接続する側壁領域と、を含む。なお、光入射孔２６の周囲とは、具体的にはベース裏面２３における外側開口２６ｂを除く領域である。光入射孔２６の内壁面及びベース主面２２も遮光されている。従って、入射面板２８から入射した光は、ステム９のベース１７を透過して筐体２の内部に入射しない。なお、ステム９は、光透過性を有しない材料によって構成されていてもよいし、光透過性を有する材料により構成されていてもよい。ステム９が光透過性を有する材料により構成されている場合には、光入射孔２６の周囲と、ベース主面２２及びベース裏面２３を接続する側壁領域と、に遮光部材を設けてもよい。また、光入射孔２６の周囲及び側壁領域に、遮光処理を施してもよい。さらに、光入射孔２６の内壁面及びベース主面２２に、遮光部材を設けてもよいし、遮光処理を施してもよい。

　入射面板２８は、光入射面２８ａと光出射面２８ｂとを有する。光入射面２８ａは、筐体２の外部に露出する。光出射面２８ｂは、筐体２の内部に露出する部分を含む。光出射面２８ｂの周縁部分はざぐり２７に対して固定される。入射面板２８の光入射面２８ａは、軸線Ａ１に対して直交する。

　給電ピン１８は、アバランシェフォトダイオード６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、接続領域２２ａとダイオード配置領域２２ｂとの間であって、貫通孔形成領域２２ｃと重複しない領域に配置される。給電ピン１８は、軸線Ａ２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２の外部に露出する。給電ピン１８の他端は、筐体２の内部に露出する。給電ピン１８の他端には、ワイヤ２９の一端が接続される。ワイヤ２９の他端は、アバランシェフォトダイオード６が取り付けられた基板２４に接続される。給電ピン１８は、図示しない絶縁構造によってステム９とは絶縁されている。

　信号ピン１９は、アバランシェフォトダイオード６から信号を取り出す。信号ピン１９は、ダイオード配置領域２２ｂに配置される。信号ピン１９も給電ピン１８と同様に、軸線Ａ２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、筐体２の外部に露出する。信号ピン１９の他端は、ベース１７のベース主面２２に露出する。信号ピン１９の他端は、基板２４を介してアバランシェフォトダイオード６に接続される。信号ピン１９は、図示しない絶縁構造によってステム９とは絶縁されている。

　ＳＭＡコネクタとしてのピン保護筒部２１は、信号ピン１９の他端を保護する。ピン保護筒部２１は、筒状の部分であり、ベース裏面２３の略中央に設けられる。ピン保護筒部２１の内径Ｄ２１は、信号ピン１９の外径Ｄ１９よりも大きい。ピン保護筒部２１の高さは、ベース裏面２３から突出する信号ピン１９の長さよりも長い。なお、ピン保護筒部２１の高さとは、ベース裏面２３からピン保護筒部２１の先端２１ａまでの長さである。

　図３を参照しつつ、側管部７の構造についてさらに詳細に説明する。側管部７は、下側電極部１１と、下側絶縁筒部１２と、中間電極部１３と、上側絶縁筒部１４と、上側電極部１６と、を有する。

　下側電極部１１は、下側電極基体部３２と、電極カバー３３とを有する。下側電極部１１は、アバランシェフォトダイオード６に最も近い集束電極部４として機能する。下側電極基体部３２は、環状を呈する導電性部材である。下側電極基体部３２には、電気的に接続された電源（不図示）から一例として８ｋＶの電圧が与えられる。下側電極基体部３２は、上面３２ａと、下面３２ｂと、貫通孔３２ｈを形成する内周面３２ｃと、外周面３２ｄと、を有する。電極カバー３３は、略キャップ状を呈する導電性部材である。電極カバー３３は、光電面３およびアバランシェフォトダイオード６と対向する平板状の集束電極部３４（電極板）と、集束電極部３４の外周辺部から立設するカバー壁部３６と、を有する。集束電極部３４及びカバー壁部３６は、一体に成形される。電極カバー３３は、下側電極基体部３２と下側絶縁筒部１２との間に配置される。電極カバー３３の集束電極部３４は、下側電極基体部３２の上面３２ａと下側絶縁筒部１２の下面１２ｂとの間に挟まれる。集束電極部３４の外周辺部から立設するカバー壁部３６は、下側電極基体部３２の外周面３２ｄを覆う。

　下側電極部１１は、光通過孔３７（光通過部）と電子通過孔３８（電子通過部）と壁部３８Ｗとを有する。下側電極部１１は、貫通孔である光通過孔３７と電子通過孔３８と有する。光通過孔３７及び電子通過孔３８は、電極カバー３３の集束電極部３４の平板部において、互いに隣り合うと共に離間して形成されている。壁部３８Ｗは、電子通過孔３８を囲むように立設されている。集束電極部３４が備える貫通孔は、光通過孔３７及び電子通過孔３８だけである。光通過孔３７は、光入射孔２６から受け入れた光を光電面３に導く。光通過孔３７の大きさは、軸線Ａ１に沿って光入射孔２６を集束電極部３４に投影した大きさ以下である。実施形態においては、光通過孔３７の大きさは、軸線Ａ１に沿って光入射孔２６を集束電極部３４に投影した大きさとほぼ等しい。光通過孔３７は、壁部３８Ｗを介して電子通過孔３８と離間するように集束電極部３４の平板部に設けられている。従って、電子の集束に関与する電界に影響は及ぼさない。光通過孔３７の周辺部は、集束電極部３４によって遮光されている。電子通過孔３８は、光電面３から放出された電子を集束しながらアバランシェフォトダイオード６に導く。光通過孔３７は、集束電極部３４における第１領域３４ａ（図１参照）に設けられる。電子通過孔３８は、集束電極部３４における第２領域３４ｂ（図１参照）に設けられる。電子通過孔３８は、軸線Ａ２の方向に沿って光電面３に向かって起立した壁部３８Ｗにより形成される。壁部３８Ｗの高さは、軸線Ａ１に沿って光通過孔３７を通過して光電面３へ到るような光の経路を妨げない高さである。壁部３８Ｗは、少なくとも軸線Ａ１とは交わらない。第１領域３４ａは、軸線Ａ１と交差する点を含む（図１参照）。従って、第１領域３４ａは、軸線Ａ１上に形成される。第２領域３４ｂは、軸線Ａ２と交差する点を含む。従って、第２領域３４ｂは、軸線Ａ２上に形成される。光通過部は、光を透過可能な構成であればよい。従って、光通過部は、光通過孔３７のように貫通孔に限定されない。

　下側絶縁筒部１２は、環状を呈する絶縁性部材である。下側絶縁筒部１２は、例えば、セラミック材料により構成される。下側絶縁筒部１２は、下側電極部１１と中間電極部１３とを電気的に絶縁する。下側絶縁筒部１２は、下側電極部１１と中間電極部１３との間の物理的な距離を維持するスペーサである。下側絶縁筒部１２は、上面１２ａと、下面１２ｂと、貫通孔１２ｈを形成する内周面１２ｃと、外周面１２ｄと、を有する。

　中間電極部１３は、円板状を呈する導電性部材である。中間電極部１３は、中間部での集束電極部４として機能する。中間電極部１３は、下側絶縁筒部１２と上側絶縁筒部１４との間に配置される。中間電極部１３には、電気的に接続された電源（不図示）から一例として４ｋＶの電圧が与えられる。中間電極部１３は、上面１３ａと、下面１３ｂと、中央に設けられた貫通孔１３ｈと、外周面１３ｄと、を有する。貫通孔１３ｈの内径Ｄ１３は、筐体２の内径よりも小さい。貫通孔１３ｈの内径Ｄ１３は、電子通過孔３８の内径Ｄ３８よりも大きい。

　上側絶縁筒部１４は、環状を呈する絶縁性部材である。上側絶縁筒部１４は、例えば、セラミック材料により構成される。従って、上側絶縁筒部１４の単体構成は、下側絶縁筒部１２と同じである。上側絶縁筒部１４は、中間電極部１３と上側電極部１６とを電気的に絶縁する。上側絶縁筒部１４は、中間電極部１３と上側電極部１６との間の物理的な距離を維持するスペーサである。上側絶縁筒部１４は、上面１４ａと、下面１４ｂと、貫通孔１４ｈを形成する内周面１４ｃと、外周面１４ｄと、を有する。

　上側電極部１６は、上側電極本体３９と起立部４１とが一体化された形状を呈する導電性部材である。上側電極部１６は、光電面３に最も近い集束電極部４として機能する。カソード電極である上側電極部１６には、電気的に接続された電源（不図示）から一例として０Ｖの電圧（接地電位）が与えられる。上側電極本体３９は、環状を呈する。上側電極本体３９は、上面３９ａと、下面３９ｂと、貫通孔３９ｈを形成する内周面３９ｃと、外周面３９ｄと、を有する。貫通孔３９ｈの内径Ｄ３９は、筐体２の内径よりも小さい。貫通孔３９ｈの内径Ｄ３９は、上側絶縁筒部１４の内径Ｄ１４より小さい。また、内径Ｄ３９は、下側絶縁筒部１２の内径Ｄ１２より小さい。さらに、内径Ｄ３９は、下側電極部１１における下側電極基体部３２の内径Ｄ３２より小さい。一方、貫通孔３９ｈの内径Ｄ３９は、電子通過孔３８の内径Ｄ３８よりも大きい。また、内径Ｄ３９は、中間電極部１３の貫通孔１３ｈの内径Ｄ１３よりも大きい。さらに、内径Ｄ３９は、光電面３の直径Ｄ３よりも大きい。

　電子は、上側電極部１６の貫通孔３９ｈと、中間電極部１３の貫通孔１３ｈと、下側電極部１１の電子通過孔３８とをこの順に通過することにより、光電面３からアバランシェフォトダイオード６に到達する。貫通孔３９ｈ，１３ｈ及び電子通過孔３８の中心軸線は、軸線Ａ２に重複している。貫通孔３９ｈ，１３ｈ及び電子通過孔３８の内径Ｄ３９，Ｄ１３，Ｄ３８は、電子の進行方向に沿って段階的に小さくなる。内径Ｄ３９は、最も大きい。内径Ｄ１３は、内径Ｄ３９より小さいが内径Ｄ３８より大きい。内径Ｄ３８は、最も小さい。最も重要なのは、これら貫通孔３９ｈの内径Ｄ３９、貫通孔１３ｈの内径Ｄ１３及び電子通過孔３８の内径Ｄ３８のうち、アバランシェフォトダイオード６に最も近い電子通過孔３８の内径Ｄ３８が最も小さいことである。貫通孔３９ｈの内径Ｄ３９及び貫通孔１３ｈの内径Ｄ１３の大小関係は、適宜変更しても良い。例えば、貫通孔３９ｈの内径Ｄ３９は、貫通孔１３ｈの内径Ｄ１３より大きくてもよい。また、貫通孔３９ｈの内径Ｄ３９は、貫通孔１３ｈの内径Ｄ１３より小さくてもよい。

　上側電極本体３９の下面３９ｂは、上側絶縁筒部１４の上面１４ａに固定される。上側電極本体３９の上面３９ａには、起立部４１が設けられる。起立部４１は、環状を呈する。起立部４１の内径Ｄ４１は、上側電極本体３９の内径Ｄ３９よりも大きい。従って、上側電極部１６は、起立部４１の内周面と上側電極本体３９の上面とに囲まれた領域を有する。蓋８は、この領域に嵌め込まれる。

　ここで、図４を参照しつつ、本実施形態に係る電子管１の詳細な構成について説明する。

　電子管１は、軸線Ａ１，Ａ２を有する。軸線Ａ１は、光入射孔２６と光電面３とを結ぶ直線である。より詳細には、軸線Ａ１は、光入射孔２６の中心軸線である。さらに、軸線Ａ１は、光電面３の中心を通過する。軸線Ａ２は、光電面３とアバランシェフォトダイオード６とを結ぶ直線である。より詳細には、軸線Ａ２は、光電面３の中心とアバランシェフォトダイオード６の中心とを結ぶ直線である。軸線Ａ２は、筐体２の中心軸線である。軸線Ａ１は、軸線Ａ２に対して傾いている。例えば、軸線Ａ１は、光電面３おいて軸線Ａ２と交差する。

　ステム９側から照射された光Ｌは、光入射孔２６から筐体２の内部に入射する。
なお、ステム９に照射された光Ｌは、遮光される。次に、光Ｌは、ステム９と下側電極部１１の集束電極部３４との間を進行する。次に、光Ｌは、光通過孔３７を通過する。次に、光Ｌは、下側電極部１１と中間電極部１３との間を進行する。次に、光Ｌは、中間電極部１３の貫通孔１３ｈを通過する。次に、光Ｌは、中間電極部１３と上側電極部１６との間を進行する。次に、光Ｌは、上側電極部１６の貫通孔１６ｈを通過する。そして、光Ｌは、光電面３に到達する。要するに、光電面３に到達する光Ｌは、光入射孔２６と、光通過孔３７とを通過したもののみとなる。従って、光電面３に到達する光Ｌの経路は、制限されている。

　次に、光電面３から放出された電子Ｅは、集束電極部３４により形成された電界によりアバランシェフォトダイオード６に向けて加速される。電子Ｅは、上側電極部１６の貫通孔１６ｈを通過する。次に、電子Ｅは、上側電極部１６と中間電極部１３との間を進行する。次に、電子Ｅは、中間電極部１３の貫通孔１３ｈを通過する。次に、電子Ｅは、中間電極部１３と下側電極部１１との間を進行する。次に、電子Ｅは、下側電極部１１の電子通過孔３８を通過する。そして、電子Ｅは、下側電極部１１とステム９との間を進行し、アバランシェフォトダイオード６に入射する。要するに、アバランシェフォトダイオード６に到達する電子Ｅは、電子通過孔３８を通過する。従って、光電面３からアバランシェフォトダイオード６に到達する電子Ｅは、その経路が直線的であるため、集束させるための電界形成が容易である。

　電子管１によれば、光Ｌは、ステム９に設けられ、その周囲が遮光された光入射孔２６から筐体２内に受け入れられ、中間電極部１３の光通過孔３７を通過した後に、光電面３に到達する。つまり、ステム９からの光の入射は、光入射孔２６を介した入射に限定される。光入射孔２６を通過した光は、光通過孔３７を通過する。従って、最終的に光電面３に到達する光は、光通過孔３７を必ず通過する。そうすると、光入射孔２６を有するステム９から入射し、光電面３まで到達するまでの光Ｌの態様は、光入射孔２６及び光通過孔３７を通過する態様に制限される。その結果、入射経路のばらつきが抑制される。従って、光入射孔２６から光電面３へ到達するまでの距離が所定の範囲に収まる。そして、光電面３から放出された電子Ｅは、集束電極部４によって集束される。集束された電子は、アバランシェフォトダイオード６に導かれる。従って、アバランシェフォトダイオード６から出力される信号の時間的な揺らぎが低減するので、所望の時間的特性を確実に得ることができる。

　以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

＜変形例１＞
　上記実施形態に係る電子管１は、蓋８が金属製であった。しかし、蓋は、金属製に限定されない。図５に示されるように、例えば、変形例１に係る電子管１Ａの蓋８Ａは、ガラス製であってもよい。ガラス材料として、例えばサファイアガラスが挙げられる。このような構成によれば、蓋８Ａからも光Ｌ２を受け入れることができる。電子管１Ａの光電面３Ａは、光入射孔２６から光Ｌ１を受け入れる反射型光電面である。さらに、光電面３Ａは、蓋８Ａの蓋上面８ａから光Ｌ２を受け入れる透過型光電面である。

＜変形例２＞
　電子管１の光電面３は、放物面といった曲面を呈していた。光電面は、曲面に限定されない。図６に示されるように、変形例２に係る電子管１Ｂの光電面３Ｂは、蓋下面８ｂに沿って設けられた平面状であってもよい。光電面３Ｂは、例えばＧａＡｓＰ等のような結晶光電面である。この構成において、光電面３Ｂの形状が平面状であれば、湾曲面と比べて結晶の固定を容易に行うことができる。

＜変形例３＞
　電子管１は、中間電極部１３の電極カバー３３が略平板状であった。しかし、電極カバーは、略平板状に限定されない。図７に示されるように、変形例３に係る電子管１Ｃが備える下側電極部１１Ｃの電極カバー３３Ｃは、カバー枠４２と、集束電極部４３と、集束電極部４３を支持する複数のフレーム４４とを有する。光は、離間したフレーム４４同士の間に形成される隙間（光通過部）を通って光電面３に至る。集束電極部４３は、電子通過孔３８と同じ内径Ｄ３８を有する筒状の部材である。集束電極部４３の中心軸線は、軸線Ａ２に重複する。集束電極部４３は、複数（例えば４本）のフレーム４４によって保持される。フレーム４４の一端は、集束電極部４３に連結される。フレーム４４の他端は、カバー枠４２に連結される。このような構成によれば、電子管１Ｃの製造時に行われるガス抜き工程を容易に行うことができる。

＜変形例４＞
　電子管１の入射面板２８の光入射面２８ａは、軸線Ａ１と直交していた。しかし、入射面板の構成は、この構成に限定されない。図８に示されるように、変形例４に係る電子管１Ｄの入射面板２８Ｄは、光入射面２８ａが軸線Ａ１に対して傾斜してもよい。具体的には、光入射孔２６Ｄの外側開口２６ｃは、ベース裏面２３に設けられている。筐体２Ｄを構成するステム９Ｄは、ざぐり２７（図１参照）を有しない。入射面板２８Ｄは、外側開口２６ｃを気密に封止するように、ベース裏面２３に対して取り付けられる。入射面板２８Ｄをステム９Ｄに対して容易に固定できる。なお、光を受け入れる構成として、光入射孔としての貫通孔に代えて、ステム９Ｄ全体を光透過性材料で形成してもよい。ステム９Ｄ全体を光透過性材料で形成した場合には、光入射孔２６Ｄにおける内側開口および外側開口に相当する領域を除いて遮光部材を設ける。また、当該領域に遮光処理を施してもよい。このような構成によって、実質的に光入射孔に相当する光入射経路が形成される。

＜変形例５＞
　電子管１は、ステム９がざぐり２７を有し、ざぐり２７に対して入射面板２８が嵌め込まれていた。しかし、この構成に限定されない。図９に示されるように、変形例５に係る電子管１Ｅのステム９Ｅは、光入射孔２６Ｅを構成する筒部４６を有する。具体的には、光入射孔２６Ｅは、内側開口２６ａと、外側開口２６ｅとを有する。外側開口２６ｅは、ベース裏面２３から軸線Ａ１に沿って筐体２の外部方向に向かって突出する筒部４６の先端に設けられる。入射面板２８Ｅは、外側開口２６ｅを気密に封止するように、筒部４６の先端に設けられたフランジ４７に対して取り付けられる。入射面板２８Ｅは、石英により形成される。石英により形成された入射面板２８Ｅによれば、紫外光のような短い波長の光を好適に透過させることができる。石英製の入射面板２８Ｅをフランジ４７に接合するためには、アルミシールを用いる。入射面板２８Ｅとフランジ４７との間に、アルミリング４８が挟み込まれた接合構造となる。アルミシールを行う場合、入射面板２８Ｅをステム９Ｅに取り付けるために、アルミリング４８を挟んだ状態で入射面板２８Ｅをフランジ４７に所定の圧力で押圧する。変形例５に係る電子管１Ｅによれば、筒部４６が突出している。その結果、入射面板２８Ｅをフランジ４７に押圧する工程を容易に行うことができる。電子管１Ｅに対する光の入射位置がステム９Ｅから突出している。従って、入射面板２８Ｅに対して光を送る外部光学系とのカップリングを容易に行うことができる。

＜変形例６＞
　図１０に示されるように、変形例６に係る電子管１Ｆの蓋８Ｆは、排気孔８ｃを有してもよい。排気孔８ｃは、蓋８Ｆの蓋上面８ａから蓋下面８ｂまで貫通する。排気孔８ｃには、排気管４９が気密に嵌め込まれる。排気管４９の下端は、蓋８Ｆの蓋下面８ｂに一致する。または、排気管４９の下端は、排気孔８ｃ内に配置され、少なくとも蓋下面８ｂから突出させなくてもよい。排気管４９の上端は、蓋８Ｆの蓋上面８ａより上方に突出し、封止されている。

　排気管４９は、ステム９に代えて、蓋８に設けてもよい。ステム９には、光入射孔２６、入射面板２８、給電ピン１８、及び信号ピン１９などが配置されている。従って、排気管４９を設置可能な場所が限定される。ステム９に設けた場合、排気作業の際に、中間電極部１３より上側の領域に存在する空気は、中間電極部１３の電子通過孔３８及び光通過孔３７を介してステム９の側に移動した後に、排気される。従って、集束電極部４が排気の抵抗となる可能性がある。一方、排気管４９を蓋８Ｆに設ける構成によれば、光の入射への考慮が不要である。さらに、給電ピン１８などの構成要素が突出していないので、設置場所の自由度も高い。そのうえ、排気作業が行いやすいといった有利な点を有する。さらに、通常の排気工程を採用できる。従って、トランスファー装置を用いることなく製造できる。その結果、製造コストを低減することが可能になる。

　前述したいずれの例においても、電子検出部にはアバランシェフォトダイオード６を用いた。しかし、アバランシェフォトダイオード６に限定されることなく電子検出部には、他の半導体電子検出素子を用いてもよい。電子検出部には、半導体電子検出素子に限定されず、単なるアノード、ダイノード、及びアノードを備えた電子検出部を用いてもよい。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ…電子管、２，２Ｄ…筐体、３，３Ａ，３Ｂ…光電面（光電変換部）、４…集束電極部、６…アバランシェフォトダイオード（電子検出部）、７…側管部、８，８Ａ，８Ｆ…蓋（蓋部）、８ａ…蓋上面、８ｂ…蓋下面、８ｃ…排気孔、９，９Ｄ，９Ｅ…ステム（ステム部）、１０…遮光部、１１，１１Ｃ…下側電極部、１２…下側絶縁筒部、１３…中間電極部、１４…上側絶縁筒部、１６…上側電極部、１７…ベース、１８…給電ピン、１９…信号ピン、２１…ピン保護筒部、２２…ベース主面、２２ａ…接続領域、２２ｂ…ダイオード配置領域、２２ｃ…貫通孔形成領域、２３…ベース裏面、２４…基板、２６，２６Ｄ，２６Ｅ…光入射孔（光入射窓部、貫通孔）、２８，２８Ｄ，２８Ｅ…入射面板（光透過部材）、２８ａ…光入射面、２９…ワイヤ、３１…封止部、３２…下側電極基体部、３３，３３Ｃ…電極カバー、３４…集束電極部（電極板）、３４ａ…第１領域、３４ｂ…第２領域、３６…カバー壁部、３７…光通過孔（光通過部）、３８…電子通過孔（電子通過部）、３８Ｗ…壁部、３９…上側電極本体、４１…起立部、４６…筒部、４７…フランジ、４８…アルミリング、４９…排気管、４２…カバー枠、４３…集束電極部、４４…フレーム、Ａ１…軸線（第１軸線）、Ａ２…軸線（第２軸線）、Ｅ…電子、Ｌ，Ｌ１，Ｌ２…光。

Claims

　入射した光に応じた電子を放出する光電変換部と、
　前記光電変換部に対面するように配置され、前記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電極板を含み、前記光電変換部から前記電子検出部へ向けて前記電子を加速すると共に前記電子を集束させる集束電極部と、
　前記電子検出部が設けられるステム部を有し、前記光電変換部及び前記電子検出部が配置される真空に保持された内部空間を形成する筐体と、を備え、
　前記ステム部は、前記光を通過させる光入射窓部が設けられるとともに、前記光入射窓部の周囲を遮光する遮光部を有し、
　前記電極板は、前記光入射窓部から導かれた前記光を通過させることにより、前記光を前記光電変換部に導く光通過部が設けられる第１領域と、前記光電変換部から放出された前記電子を通過させることにより、前記電子を前記電子検出部へ導く電子通過部が設けられる第２領域とを有し、
　前記第１領域は、前記光入射窓部と前記光電変換部とを結ぶ第１軸線上に形成され、
　前記第２領域は、前記光電変換部と前記電子検出部とを結ぶ第２軸線上に形成される、電子管。
　前記光通過部は、前記電子通過部に対して離間している、請求項１に記載の電子管。
　前記筐体は、前記ステム部と対面する蓋部をさらに有し、
　前記蓋部は、前記ステム部と対面すると共に前記内部空間に露出した面に設けられた前記光電変換部を有する、請求項１又は２に記載の電子管。
　前記光入射窓部は、前記第１軸線を中心軸線とする前記ステム部に設けられた貫通孔と、前記貫通孔を閉鎖するように前記ステム部に固定された光透過部材と、を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の電子管。
　前記光透過部材は、前記光が入射する光入射面を有し、
　前記光入射面は、前記第１軸線に対して直交する、請求項４に記載の電子管。
　前記ステム部は、金属材料により形成される、請求項１～５のいずれか一項に記載の電子管。
　前記蓋部は、金属材料により形成される、請求項３に記載の電子管。