JPH0143810Y2

JPH0143810Y2 -

Info

Publication number: JPH0143810Y2
Application number: JP6969288U
Authority: JP
Priority date: 1988-05-26
Filing date: 1988-05-26
Publication date: 1989-12-19
Also published as: JPS63196554U

Description

【考案の詳細な説明】この考案は例えばＸ線像増倍管のような光電面
を有する電子管の改良に関する。

一般に光電面を有する電子管、例えばＸ線像増
倍管やγ線用像増倍管などは、高エネルギー線の
検出に用いられるが、これらの像増倍管の入射窓
材料は、従来ガラスが用いられてきた。しかし、
最近に至り、諸技術の向上と、ガラス原材料の高
騰のため、完成に至るまで考えると、寧ろ金属の
方が安くなる状況等から、これらの像増倍管の入
射窓は薄い金属が用いられるようになつてきた。
而も金属の入射窓を用いることが、更に他の部分
にも金属を用いようとする端緒となつた。

一方、一般的に光電面は、Sb又はBi或いはTe
のような半金属とアルカリ金属との反応生成物と
して構成されている。そして、このような光電面
の形成法は、半金属の蒸着法から考えると、大別
して２種類の方法がある。１つは半金属とアルカ
リ金属とを交互に蒸着して感度の最高値に至らし
める方法である。他の１つは、予め半金属を定ま
つた量だけ蒸着し、その後、アルカリ金属を反応
させて最高感度にするという方法である。

従来これらの２つの方法は、光電面を持つ電子
管の形状や得られる光電面感度の安定性などから
使い分けられていた。特に前者の方法は、安定し
た感度が得られる代りに、後者で得られる最高感
度には至らない。一方後者の方法は、適正に半金
属の蒸着量が得られる構造である場合は高い感度
が安定して得られるが、半金属の蒸着量の定量化
が困難な構造或いは不可能な構造の場合は、全く
使用不能となる。しかし、光電面形成に要する時
間が短かい大きな長所もある。又、半金属の定量
化は、光電面が形成される基板或いはこの近傍に
外部から光を入れ、この基板或いはこの近傍を通
過する透過光が、半金属の蒸着により低下する程
度を測定して制御する。従つて、この方法には構
造的な制約が生ずることが避けられない。

ところで近年に至り、光電面を有する電子管の
うち電界集束を行なう内部構造は、その電子管の
高性能化に伴なつて益々複雑となつてきている。
例えば、Ｘ線像増倍管を例にとると、従来、３つ
の電極によつて構成されていたものが、視野を可
変するため４極にし、あるいは解像度の分布をよ
くするため５極とするなど多極化の方向に向いて
いる。

又、Ｘ線像増倍管は散乱線を少なくし、材料と
加工費の増大に対処するため、入射窓材料から始
まり、真空外囲器の他の部分に至るまで金属化が
図られるようになつてきた。そしてＸ線像増倍管
も構造の複雑化と真空外囲器の金属化などに伴な
い、光電面の周囲近傍に測定用の光通路を設ける
ことが困難で半金属の蒸着量の定量的制約が困難
となつてきた。

この考案は上記事情に鑑みなされたもので、所
望な光電面感度と安定した光電面感度とをもつ光
電面を形成するに都合のよい構造の光電面を有す
る電子管を提供することを目的とする。

以下、図面を参照してこの考案の実施例を詳細
に説明する。電子管としてＸ線像増倍管の一種で
あるＸ線螢光増倍管を例にとれば、この考案によ
るＸ線螢光増倍管は第１図および第２図に示すよ
うに構成されている。即ち、真空外囲器１はAl
入射窓１ａ、ステンレス製の胴部１ｂ、ガラス胴
部１ｃ、およびガラス出力窓１ｄからなつてい
る。外囲器１の入射窓１ａの内側には入力面２が
配設されている。この入力面２は球面状のアルミ
の基板３に入力螢光面４が形成され、この入力螢
光面４に光電面５が形成されてなつている。一
方、外囲器１の出力側内部には、陽極体６が配設
されると共に出力基板７上に出力螢光面８が形成
されてなつている。更に外囲器１内部の側壁に沿
つて第１集束電極９が配設され金属製胴部１ｂと
電気的に接続されている。この第１集束電極９の
陽極体６側には第２集束電極１０ａ、第３集束電
極１０ｂが順次配設されている。第２集束電極１
０ａの凹部１１の内部には、アルカリ金属蒸発源
が配設されている。又、外囲器１のガラス胴部１
ｃの後部には突出部２１が設けられ、この突出部
２１内には例えばアンチモンのような半金属を発
生するボート１２が設けられている。

このようなＸ線螢光増倍管における光電面の形
成は、従来、１つの方法は一方のアルカリ金属蒸
発源から例えばセシウムを、他方のボート１２か
ら例えばアンチモンを、交互に最高感度が得られ
るまで続ける方法である。しかし、この方法は既
に述べたように感度の高いものが得にくい欠点が
ある。もう１つの方法は、例えば入力面２の基板
３と集束電極９との間の部分で、且つアンチモン
が外囲器１の内面に飛着し得るような位置の外側
に光電管を配置し、その光電管とＸ線螢光増倍管
を挟んで反対側に光源を配置し、この光源からの
光が光電管に入つて流れる光電流がアンチモンの
蒸着によつて変化する値を読んでアンチモンの定
量化を行ない、この後、アルカリ金属蒸発源から
セシウムを蒸発して光電面を形成する方法であ
る。

後者の方法では、もしアンチモンの定量化が再
現性よく行なわれると、光電面感度が高く安定で
ある。しかし、この方法は既に述べたように、基
板３、陽極体６、集束電極１０等が多くなり、或
いは外囲器１が金属容器で作られている場合など
では用いることができない。

そこで、この考案では光電面５の周囲の近く、
つまり光電面５が機能上必要とされる部分の近傍
内部電極たとえば第１集束電極９の１箇所に、半
導体光センサ１３例えばシリコンのPN接合より
なるフオトダイオードを、電極の電界を大きく乱
さないような位置に配置し、この動作のために必
要な端子１４を半導体光センサ１３から外囲器１
外に取り出している。すなわち第１集束電極９の
円筒状壁２２の一部に光センサ１３の入力窓の大
きさにほぼ対応する大きさの透孔２３を形成し、
その外側に光センサ１３を固定してある。光セン
サ１３の一対の信号出力端子のうちの一方２４ａ
はリード線を介して外囲器の金属胴部１ｂを絶縁
物２５を介して気密に貫通する端子１４に接続さ
れ、他方２４ｂはこの金属胴部１ｂと電気的に短
絡されている第１集束電極９に接続されている。
動作にあたつてこの第１集束電極９は外囲器の金
属胴部１ｂに導電体スプリング９ａを介して短絡
され両者は接地電位とされ、これが光センサ１３
の一方の端子として用いられる。なお図中の符号
２６は入力面２と第１集束電極９とを電気的に分
離するとともにこの電極９を機械的に支えるスペ
ーサ、２７は入力面２のリード端子をあらわして
いる。

この考案の電子管は、光電面５の形成に際し
て、外囲器のガラス部分１ｃから内部に入るわず
かな光を利用して、光センサ１３の光入力窓の外
面につくアンチモンのような半金属の量により変
化する光センサ１３の信号を検知しながらその被
着量を制御できる。光センサ１３は光電面５の近
くに設置できるので、より一層正確な被着量の検
知をすることができる。なお外囲器１の外からの
光の入射がないか、もしくは極めて微弱となる構
造の場合には、外囲器１内の適当な位置に小さな
光源を配設してもよい。なおまた、光センサ１３
は光電面の外周近くに複数個配置してもよく、こ
のようにすれば光電面全域にわたる半金属の被着
の均一性を検出することもできる。さらにまた光
センサ１３は、金属製外囲器の内面にとりつけて
もよい。

なお、上記シリコンのフオトダイオードは本来
半導体であり、Ｘ線螢光増倍管のような真空管の
排気及び光電面の形成のために加える熱に対して
は、同じものを繰り返し用いることは、特性の劣
化が著しくできないが、この考案はＸ線螢光増倍
管に１つのフオトダイオードを取り付ければよ
く、しかもこの光電面の部分は管球の製造中に
300℃以上の極端に高い温度にはならないので、
充分実用になり、この目的に対しては何らの問題
も生じない。寧ろ、フオトダイオードを配置し
て、アンチモンの蒸着量の再現性は、従来の方法
に比べ格段に優れ、且つ外光の入射が不可能に近
い金属製外囲器の場合にも、この構造が適用でき
るようになつた。そして上記実施例のようなＸ線
螢光増倍管を考えると、この球の排気は250℃で
7^Hrsの炉の中で実施される。従つてフオトダイオ
ードは、この温度に耐えるものでなければならな
いが、近年、シリコンをメタルケースに入れガラ
ス溶剤で密閉したものが開発され、このようなフ
オトダイオードはこの考案の目的に合致してい
る。

第３図にこの目的に使用し得るフオトダイオー
ドの一例を示す。このフオトダイオードからなる
半導体光センサ１３はPN接合のシリコン素子３
１を気密容器３２の内部に配設してなり、一対の
リード線２４ａ，２４ｂによつて外部に電極が引
き出されている。気密容器３２はガラスの光入力
窓３３、メタルケース３４がフリツトガラスシー
ル部３５により気密に接合され、更にリード線２
４ａ，２４ｂ、メタルケース３４がフリツトガラ
スシステム３６により気密封止されている。この
気密容器３２の内部にはN₂のような酸化防止ガ
ラスが封入されている。

このような気密封止フオトダイオードは今日広
く市販されているが、勿論、気密容器３２は300
℃程度でも気密性が損なわれないものを選択す
る。しかしながら、一般にその使用温度上限は、
電気的特性上から約125℃程度とされている。そ
こで、本考案者らは、このようなフオトダイオー
ドの電気的特性を、Ｘ線螢光増倍管の排気条件と
しての１つの目安とされる250℃で７時間の真空
中の高温保持の前後で比較測定したところ、第４
図のような結果を得た。すなわち、第４図は横軸
に入射光量（相対値）を示し、縦軸にフオトダイ
オードの出力電流を示してある。点線曲線Ａは初
期特性であり、実線曲線Ｂは上記の排気条件の工
程を経た後の特性である。この結果から、フオト
ダイオードの出力特性すなわち感度特性は250℃
７時間の電子管排気工程を経ると約30％低下する
が、入射光量に対する出力電流の相対的な依存関
係は殆ど変化がないことが判つた。このように光
電面を形成する工程で、アンチモンのような非金
属の蒸着量を定量的に制御する上で、このフオト
ダイオードの相対的感度特性は充分実用になるこ
とを突き止めた。

次に、上述の如き排気工程の後に光電面を形成
する一例を第５図によつて説明する。すなわち、
先ず第１ステツプでセシウムのようなアルカリ金
属を点線曲線Ｃのように光電面から生ずる光電電
流が最大値になるまで蒸発させる。

次に、第２ステツプでアンチモンのような非金
属を蒸発させて実線曲線Ｄで示すように、半導体
光センサの出力電流が初期値d₁に対してある所定
レベルd₂となるように蒸発させる。このレベルd₂
はCsI蛍光体を用いたＸ線螢光増倍管の場合、初
期値d₁の約70〜90％の範囲内に最適値がある。

次に、第３ステツプとして再びアルカリを導入
する。この段階では、先に付着したアンチモンと
アルカリとの化合物が形成されるため、光電面か
らの光電電流ｃは急激に増加する。この電流値が
再び極大値を示したらアルカリ導入を止める。こ
の時、半導体光センサの出力電流は化合物形成に
よつて、更にレベルd₃へ低下する。

なお、この第１ステツプから第３ステツプまで
のＸ線螢光増倍管の周囲温度は、80〜120℃の範
囲内に保持する。その後、第４ステツプとして室
温までの徐冷を行なうが、この段階で光電面から
の光電電流ｃはさらに増加して、最終的に安定な
値を示す。

このように交互にアルカリ金属とアンチモンと
を蒸発させて化合物をつくる光電面の形成にあた
つて、良好で安定な光電変換感度をもたせるため
には、特にアンチモンの蒸着量の定量的制御が重
要であり、このためこの考案では半導体光センサ
による相対的出力電流を検知することによつて再
現性を高めている。特に光電面を取巻く真空外囲
器部分即ちＸ線入射窓及び光電面の周囲の外囲器
壁が金属で構成されるものにあつて、この外囲器
の内部に半導体光センサを配設してあるため、こ
の制御が確実、容易である。

第６図に示す実施例は、光電面５、蛍光面４、
および基板３を支える半断面Ｌ字状の光電陰極支
持体３７の一部に透孔２３を穿設し、その裏側に
半導体光センサ１３を固定したものである。光セ
ンサ１３はその光入力窓３３を透孔２３に合致さ
せて取付けてあり、その一対のリード線の一方２
４ａを光電面５の電極を兼ねる支持体３７および
外部引出端子２７に電気的に接続して共通に使用
するようになつている。光センサ１３の他方の端
子２４ｂは溶断し易いヒユーズ３８を介して金属
製胴部１ｂと一体結合された第１集束電極３９に
電気的に接続されている。さらに、その下方に
は、第２の第２集束電極４０が設けられている。

このようにして、この実施例では、第１図およ
び第２図に示した実施例と異なつて光センサ１３
の独自の出力端子（前図の符号１４）は省略し
て、光センサ１３を取付けた内部電極に接続して
それらの外部端子を共通に使用している。これに
よつて金属製胴部１ｂに設ける気密電極端子を余
分に要せず、好都合である。

この構造の電子管においては、光センサ１３の
出力電流は光電陰極の外部端子２７と接地される
第１集束電極３９および胴部１ｂとの間に電流計
４１を接続して検出される。また、光電面からの
光電電流は端子２７と第２集束電極４０との間に
接続した電流計４２、直流電源４３により検出さ
れる。そして、光センサ１３の使用が不要となつ
た段階で、ヒユーズ３８をこれに大電流を流して
溶断する。電源４４、スイツチ４５はそのための
ものである。これによつて最終的には管内の各電
極に所定の動作電位を与えることができる。

この考案の光電面を有する電子管は、上記説明
及び図示のように構成されているので、次のよう
な優れた効果を有している。すなわち、従来半導
体光センサをこのように高温処理工程を経て製造
される電子管内に組み込むことは、半導体光セン
サの電気的特性の点から到底考えられなかつたこ
とであつたが、半金属の蒸着量の制御を高精度で
行なうことが可能となり、高性能化のため多極化
し、且つ金属容器を持つたＸ線像増倍管にも、感
度の高い光電面形成法が適用出来る長所は多大で
ある。

なお、上記実施例では、半導体光センサ１３と
してフオトダイオードを例にあげたが、これに限
定されず、フオトトランジスタやCdS光センサを
半導体光センサとして使用しても同様効果が得ら
れる。

また、上記実施例では、電子管としてＸ線螢光
増倍管を例にあげたが、この考案はγ線検出用像
増倍管、その他の光電面をもつ電子管に広く適用
出来ることは言う迄もない。

以上説明したようにこの考案によれば、工業的
価値大なる光電面を有する電子管を提供すること
が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例に係る光電面を有
する電子管（Ｘ線螢光増倍管）を示す概略断面
図、第２図は第１図の要部を拡大して示す縦断面
図、第３図は光センサの例を示す断面図、第４図
はその特性図、第５図は光電面形成工程の特性
図、第６図はこの考案の他の実施例を示す要部縦
断面図である。１……外囲器、１ａ……入射窓、１ｂ……胴
部、５……光電面、１３……半導体光センサ、２
３……透孔、３３……光入力窓。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】 (1) 内側に光電面が配設される高エネルギー線入
射窓および前記光電面の周囲の真空外囲器部分
が金属で構成されてなる電子管において、上記
光電面の周囲近傍の真空外囲器内で且つ光電面
の構成材料が飛着し得る位置に、光入力窓をも
つ気密容器内に半導体素子が収納されてなる半
導体光センサを配設してなることを特徴とする
光電面を有する電子管。 (2) 光電面の周囲近傍に設けられた管内電極の一
部に透孔を設け、半導体光センサを該電極の裏
側で且つ前記透孔と半導体光センサの光入力窓
とを合致させて固定してなる実用新案登録請求
の範囲第１項記載の光電面を有する電子管。 (3) 半導体光センサを固定した電極の外部引出端
子に前記半導体光センサの出力リード線を共通
に電気的に接続してなる実用新案登録請求の範
囲第１項記載の光電面を有する電子管。