JPH0750149A - Photoelectric cathode, photoelectric tube, and photo-detecting device - Google Patents
Photoelectric cathode, photoelectric tube, and photo-detecting deviceInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光電陰極、光電管およ
び光検出装置に関し、特に詳細には、微弱光について入
射位置や、入射光像などの一次元あるいは二次元的な情
報を得るための光検出技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photocathode, a phototube, and a photodetector, and more particularly, for obtaining one-dimensional or two-dimensional information such as an incident position or an incident light image of weak light. Related to photodetection technology.
【0002】[0002]
【従来の技術】微弱光について一次元あるいは二次元の
位置情報を含む光検出を行なう一般的な装置として、イ
メージインテンシファイヤと固体撮像素子とを組み合わ
せて構成したものがある。この装置では、外囲器の入力
窓から光電陰極に入射した光子により光電子を励起し、
光電陰極から真空中に放出された光電子を電子レンズ系
により集束・加速させた後、蛍光体で結像して再び光信
号に変換して光増強がなされる。この増強された光信号
をCCDなどの固体撮像素子により再び光電変換し、位
置情報を電気信号として取り出している。2. Description of the Related Art As a general device for detecting light of weak light including one-dimensional or two-dimensional position information, there is a device formed by combining an image intensifier and a solid-state image pickup device. In this device, photoelectrons are excited by photons incident on the photocathode through the input window of the envelope,
After the photoelectrons emitted from the photocathode into the vacuum are focused and accelerated by the electron lens system, they are imaged by the phosphor and converted into optical signals again to enhance light. This enhanced optical signal is photoelectrically converted again by a solid-state image sensor such as CCD, and the position information is taken out as an electric signal.
【0003】このほかに、光電子増倍管に位置検出機能
を持たせたものがある。この一例では、光電子増倍管の
アノードを分割しマルチ化して光検出することによって
位置情報を得る。また、光電子増倍管に位置検出機能を
持たせる別の例として「特開昭60−20441」に記
載されるものがある。Besides, there is a photomultiplier tube having a position detecting function. In this example, the position information is obtained by dividing the anode of the photomultiplier tube, dividing it into multiple tubes, and detecting light. Another example in which the photomultiplier tube has a position detecting function is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-20441.
【0004】この光電子増倍管は、フェースプレートの
内壁面に光電陰極が形成されている。光電陰極と、ここ
から放出された光電子を第1段ダイノードへ導く電界を
形成するための収束電極との間には、メッシュ電極が設
けられ、このメッシュ電極は、光電陰極から光電陰極と
収束電極の間の距離の約1/10の距離の位置におい
て、一方の側にのみ配置されている。そして、第1段ダ
イノードへ光電子が到達するのを、一方の側から他方の
側に徐々に妨げるような電界分布を形成する。このメッ
シュ電極へのバイアス電圧の印加により、光電陰極の光
電子放出面の全面から放出された光電子のうち、一方の
側のものが第1段ダイノードへの到達を妨げられる。つ
まり、光電子の軌道を変化させて、放出面の所定の部分
から放出されたもののみを増倍して電気信号として出力
する。この出力信号レベルとメッシュ電極へのバイアス
電圧の印加のレベルとにもとづき、外部の判別装置によ
り位置分解能をもった光検出が行なわれる。こうして、
特定の位置に入射した光により励起され軌道を妨げられ
なかった光電子のみを検出して位置検出をする。In this photomultiplier tube, a photocathode is formed on the inner wall surface of the face plate. A mesh electrode is provided between the photocathode and a focusing electrode for forming an electric field that guides the photoelectrons emitted from the photocathode to the first-stage dynode. It is arranged only on one side at a position of about 1/10 of the distance between. Then, an electric field distribution is formed so as to gradually prevent the photoelectrons from reaching the first stage dynode from one side to the other side. By applying the bias voltage to the mesh electrode, one of the photoelectrons emitted from the entire photoelectron emission surface of the photocathode is prevented from reaching the first stage dynode. That is, the orbits of photoelectrons are changed, and only those emitted from a predetermined portion of the emission surface are multiplied and output as an electric signal. Based on this output signal level and the level of the bias voltage applied to the mesh electrode, an external discriminating device performs light detection with position resolution. Thus
The position is detected by detecting only the photoelectrons that are excited by the light incident on the specific position and have not blocked the orbit.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】イメージインテンシフ
ァイヤと固体撮像素子を組み合わせた従来例では、光信
号→電気信号→光信号→電気信号へと変換させることは
本質的に避けられず、カップリングロスなどにより効率
が悪くなり性能が低下する。In the conventional example in which the image intensifier and the solid-state image pickup device are combined, it is essentially unavoidable to convert optical signal → electrical signal → optical signal → electrical signal. The efficiency deteriorates and the performance decreases due to loss.
【0006】アノードを分割した光電子増倍管では、光
電陰極と増倍部の間、増倍部とアノードとの間でのクロ
ストークが問題となり、位置分解能は本質的に良くなら
ない。In the photomultiplier tube in which the anode is divided, crosstalk between the photocathode and the multiplication section and between the multiplication section and the anode becomes a problem, and the position resolution is not essentially improved.
【0007】また、メッシュ電極を介在された光電子増
倍管では、測定時に光電陰極の光電子放出面の全面から
放出された光電子のうちの一部のみを検出して位置検出
するため、S/N比の点で本質的な問題がある。さら
に、位置分解能も光電子の軌道を変化せしめることによ
り位置判別するので、構造的にクロストークが多くな
り、また1本の光電子増倍管で2ヵ所程度の位置判別し
か可能とならず、多素子化は本質的に困難である。Further, in the photomultiplier tube having the mesh electrode, only a part of the photoelectrons emitted from the entire photoelectron emission surface of the photocathode is detected and the position is detected at the time of measurement. There is an inherent problem in terms of ratio. Furthermore, since position resolution is also determined by changing the orbit of the photoelectron, crosstalk is structurally increased, and only one photomultiplier tube can determine the position at about two locations. It is inherently difficult to convert.
【0008】そこで、本発明は、クロストークの少ない
位置検出機能を有する光電陰極と、これを用いた光電管
および光検出装置を実現することを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to realize a photocathode having a position detecting function with less crosstalk, and a phototube and a photodetector using the photocathode.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明の光電陰極は、入
射光子によって内部に光電子を励起させる光電変換層を
含み、この光電変換層の内部で生成されて加速された光
電子を光電子放出面から外部に放出させる半導体層と、
光電子放出面の半導体層上に形成された表面電極と、光
電子放出面の反対面上に表面電極と対向して形成された
裏面電極とを備え、表面電極は分割されて複数の画素電
極を成すと共に相互に電気的に絶縁され、複数の画素電
極は裏面電極に比べて正のバイアス電位を独立に印加す
る複数のバイアス印加用配線にそれぞれ接続されている
ことを特徴とする。The photocathode of the present invention includes a photoelectric conversion layer in which photoelectrons are excited by incident photons, and photoelectrons generated inside the photoelectric conversion layer and accelerated are emitted from the photoelectron emission surface. A semiconductor layer to be emitted to the outside,
A front electrode formed on the semiconductor layer of the photoelectron emission surface and a back electrode formed on the opposite surface of the photoelectron emission surface so as to face the front electrode. The front electrode is divided to form a plurality of pixel electrodes. In addition, the plurality of pixel electrodes are electrically insulated from each other, and the plurality of pixel electrodes are connected to a plurality of bias application lines that independently apply a positive bias potential as compared with the back surface electrode.
【0010】本発明の光電管は、真空容器と、この真空
容器の内部に配設された光電陰極と、真空容器の内部に
配設され光電陰極から放出された光電子を受容する陽極
とを備え、光電陰極は、入射光子によって内部に光電子
を励起させる光電変換層を含み、この光電変換層の内部
で生成されて加速された光電子を光電子放出面から外部
に放出させる半導体層と、光電子放出面上に形成された
表面電極と、光電子放出面の反対面の半導体層上に表面
電極と対向して形成された裏面電極とを有し、表面電極
は分割されて複数の画素電極を成すと共に相互に電気的
に絶縁され、複数の画素電極は裏面電極に比べて正のバ
イアス電位を独立に印加する複数のバイアス印加用配線
にそれぞれ接続され、更に、真空容器の内部には、複数
本のバイアス印加用配線と複数の画素電極との接続を個
々にオン、オフさせることによりバイアス印加を個々に
切り換える複数のスイッチ素子と、複数のスイッチ素子
を個々にオン、オフさせる切換回路と、複数のスイッチ
素子の個々の制御端子に切換回路の複数の出力端子を個
々に接続する複数本の切換用配線とを有する切換制御手
段が設けられ、真空容器から外部に導出された複数本の
ステムピンのうち、少なくとも1本は裏面電極に、少な
くとも1本はバイアス印加用配線に、少なくとも2本は
切換回路の入力端子に、少なくとも1本は陽極に接続さ
れていることを特徴とする。The photoelectric tube of the present invention comprises a vacuum container, a photocathode arranged inside the vacuum container, and an anode arranged inside the vacuum container for receiving photoelectrons emitted from the photocathode. The photocathode includes a photoelectric conversion layer that internally excites photoelectrons by incident photons, a semiconductor layer that emits photoelectrons generated and accelerated inside the photoelectric conversion layer to the outside from the photoelectron emission surface, and a photoelectron emission surface. And a back electrode formed on the semiconductor layer on the opposite surface of the photoelectron emission surface so as to face the front electrode, and the front electrode is divided into a plurality of pixel electrodes and mutually formed. The plurality of pixel electrodes are electrically insulated and are connected to a plurality of bias application wirings that independently apply a positive bias potential as compared with the back surface electrode. Furthermore, a plurality of bias applications are applied inside the vacuum container. A plurality of switch elements for individually switching the bias application by individually turning on and off the connection between the wiring and the plurality of pixel electrodes, a switching circuit for individually turning on and off the plurality of switch elements, and a plurality of switch elements At least one of a plurality of stem pins led to the outside from the vacuum container is provided with a switching control means having a plurality of switching wires that individually connect a plurality of output terminals of the switching circuit to each control terminal. It is characterized in that the book is connected to the back electrode, at least one is connected to the bias applying wiring, at least two is connected to the input terminal of the switching circuit, and at least one is connected to the anode.
【0011】本発明の光検出器は、真空容器の内部に光
電陰極と陽極とを有する光電管と、光電陰極および陽極
に電位を印加する電源と、タイミング制御手段と、メモ
リ手段とを備える。そして、光電陰極は、入射光子によ
って内部に光電子を励起させる光電変換層を含み、この
光電変換層の内部で生成されて加速された光電子を光電
子放出面から外部に放出させる半導体層と、光電子放出
面の半導体層上に形成された表面電極と、光電子放出面
の反対面の半導体層上に表面電極と対向して形成された
裏面電極とを有し、表面電極は分割されて複数の画素電
極を成すと共に相互に電気的に絶縁され、複数の画素電
極は裏面電極に比べて正のバイアス電位を独立に印加す
る複数のバイアス印加用配線にそれぞれ接続され、更
に、真空容器の内部には、複数本のバイアス印加用配線
と複数の画素電極との接続を個々にオン、オフさせるこ
とによりバイアス印加を個々に切り換える複数のスイッ
チ素子と、複数のスイッチ素子を個々にオン、オフさせ
る切換回路と、複数のスイッチ素子の個々の制御端子に
切換回路の複数の出力端子を個々に接続する複数本の切
換用配線とが設けられ、タイミング制御手段は、起動信
号が与えられると連続的にタイミングパルスを切換回路
に印加し、切換回路はタイミングパルスに応答して複数
のスイッチ素子のオン、オフを順次に切換え、メモリ手
段は起動信号が与えられると記憶動作を開始し、タイミ
ングパルスにもとづいて順次に光電子放出可能状態とな
った画素電極の位置に対応させて陽極の出力を記憶する
ことを特徴とする。The photodetector of the present invention comprises a phototube having a photocathode and an anode inside a vacuum container, a power supply for applying a potential to the photocathode and the anode, a timing control means, and a memory means. The photocathode includes a photoelectric conversion layer that internally excites photoelectrons by incident photons, and a semiconductor layer that emits photoelectrons generated and accelerated inside the photoelectric conversion layer to the outside from the photoelectron emission surface, and photoelectron emission. A front surface electrode formed on the surface semiconductor layer and a back surface electrode formed on the semiconductor layer on the surface opposite to the photoelectron emission surface to face the front surface electrode, and the front surface electrode is divided into a plurality of pixel electrodes. And electrically insulated from each other, the plurality of pixel electrodes are respectively connected to a plurality of bias application wirings that independently apply a positive bias potential as compared with the back surface electrode, and further, inside the vacuum container, A plurality of switch elements that individually switch the bias application by individually turning on and off the connection between the plurality of bias applying wirings and the plurality of pixel electrodes, and a plurality of switch elements individually. A switching circuit for turning on and off and a plurality of switching wirings for individually connecting the plurality of output terminals of the switching circuit to the respective control terminals of the plurality of switching elements are provided. Then, the timing pulse is continuously applied to the switching circuit, the switching circuit sequentially turns on and off the plurality of switching elements in response to the timing pulse, and the memory means starts the storage operation when the activation signal is given. It is characterized in that the output of the anode is stored in correspondence with the positions of the pixel electrodes which are in the photoelectron emission ready state in sequence based on the timing pulse.
【0012】[0012]
【作用】本発明の光電陰極によれば表面電極は分割され
て複数の画素電極をなし、しかも、これらを画素電極は
独立にバイアス電位が印加されるように構成されている
ので、バイアスが印加された画素についてのみ、内部で
生成された光電子を外部に放出させ得る。このため、画
素電極を一次元のアレイ状に配列したときには一次元の
位置分割能を、二次元のマトリクスに配列したときは二
次元の位置分割能を実現することができる。According to the photocathode of the present invention, the surface electrode is divided into a plurality of pixel electrodes, and the pixel electrodes are independently applied with a bias potential. Only for the selected pixels, the photoelectrons generated inside can be emitted to the outside. Therefore, when the pixel electrodes are arranged in a one-dimensional array, a one-dimensional position dividing ability can be realized, and when they are arranged in a two-dimensional matrix, a two-dimensional position dividing ability can be realized.
【0013】本発明の光電管によれば、真空容器に上記
の光電陰極を有すると共に、複数の画素電極へのバイア
スの印加を切り換えるための切換制御手段が設けられて
いるので、一次元あるいは二次元の位置分解能をもった
光電管を実現できる。According to the photoelectric tube of the present invention, the vacuum container has the above-mentioned photocathode, and the switching control means for switching the application of the bias to the plurality of pixel electrodes is provided. It is possible to realize a photoelectric tube having a positional resolution of.
【0014】本発明の光検出器によれば、上記の光電管
と、電源との他に、タイミング制御手段とメモリ手段と
を備えている。そして、このタイミング制御手段は、光
電管における光電子放出可能状態の画素電極の位置情報
に対応させて、メモリ手段が陽極の出力を記憶するよう
にしているので、微弱光の一次元イメージあるいは二次
元イメージをメモリ手段に格納することができる。According to the photodetector of the present invention, in addition to the above-mentioned photoelectric tube and the power supply, the timing control means and the memory means are provided. Since the timing control means stores the output of the anode in the memory means in correspondence with the position information of the pixel electrode in the phototube in the photoelectron dischargeable state, the one-dimensional image or the two-dimensional image of weak light is obtained. Can be stored in the memory means.
【0015】[0015]
【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明のいくつ
かの実施例を説明する。なお、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。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Some embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.
【0016】図1のように、光電陰極1の本体としての
半導体層100は、InP基板101上にInGaAs
光吸収層102を形成し、その上にInPコンタクト層
103を形成して構成されている。InP基板101の
裏面にはAu(金)などからなるオーミック電極104
が裏面電極として形成され、InPコンタクト層103
の表面にはAl(アルミニウム)などからなるショット
キー電極105が表面電極として形成されている。ここ
で、オーミック電極104は入射光を透過できるように
薄く、あるいは多数の開口を有して形成され、ショット
キー電極105は分割されて一次元のアレイ状に配列さ
れた画素電極1051 ,1052 ,…,105n をなし
ている。そして、各画素電極はメッシュ状にパターン形
成され、その開口を通して光電子が通過できる。InP
コンタクト層103の表面のうち、特にメッシュ状画素
電極の開口部には、表面の仕事関数を低下させるための
Cs(セシウム)等が薄くコーティングされ、半導体層
100の内部から外部の真空中に光電子が放出されやす
くなっている。As shown in FIG. 1, the semiconductor layer 100 as the main body of the photocathode 1 is composed of InGaAs on the InP substrate 101.
The light absorption layer 102 is formed, and the InP contact layer 103 is formed thereon. An ohmic electrode 104 made of Au (gold) or the like is formed on the back surface of the InP substrate 101.
Is formed as a back electrode, and the InP contact layer 103 is formed.
A Schottky electrode 105 made of Al (aluminum) or the like is formed as a surface electrode on the surface of the. Here, the ohmic electrode 104 is formed thin so as to allow incident light to pass therethrough, or is formed with a large number of openings, and the Schottky electrode 105 is divided into pixel electrodes 105 1 and 105 arranged in a one-dimensional array. 2 , ..., 105 n . Each pixel electrode is patterned in a mesh shape, and photoelectrons can pass through the openings. InP
Of the surface of the contact layer 103, in particular, the openings of the mesh-shaped pixel electrode are thinly coated with Cs (cesium) or the like for lowering the work function of the surface, so that the photoelectrons from the inside of the semiconductor layer 100 to the outside vacuum. Are easily released.
【0017】図1のように、このような光電陰極1は真
空容器21に取り付けられ、光電陰極1と対向する位置
には陽極22が設けられる。各々の画素電極1051 ,
1052 ,…,105n にはバイアス印加用配線106
1 ,1062 ,…,106nが接続され、これらはスイ
ッチSWを介して電源端子301に接続される。一方、
オーミック電極104は電源端子302に接続されてい
るが、端子302に比べて端子301は正の高電位とな
っている。このため、スイッチSWによって端子301
からのバイアスが印加された画素電極1051 〜105
n のみについて、オーミック電極104に比べて正の高
電位となり、その開口および近傍の光電子放出面が光電
子の放出可能な状態となる。真空中に放出された光電子
は、陽極22の方向に進行する。なぜなら、陽極22に
は電源端子303を介して更に正の高バイアスにされて
いるからである。As shown in FIG. 1, such a photocathode 1 is attached to a vacuum container 21, and an anode 22 is provided at a position facing the photocathode 1. Each pixel electrode 105 1 ,
105 2 , ..., 105 n are bias applying wirings 106.
1 , 106 2 , ..., 106 n are connected, and these are connected to the power supply terminal 301 via the switch SW. on the other hand,
The ohmic electrode 104 is connected to the power supply terminal 302, but the terminal 301 has a positive high potential as compared with the terminal 302. Therefore, the switch SW causes the terminal 301
Pixel electrodes 105 1 to 105 to which a bias from
Only n has a higher positive potential than the ohmic electrode 104, and the opening and the photoelectron emission surface in the vicinity thereof are in a state capable of emitting photoelectrons. The photoelectrons emitted into the vacuum travel toward the anode 22. This is because the anode 22 is further biased to a positive high voltage via the power supply terminal 303.
【0018】図2に示すように、オーミック電極104
を透過して被検出光(hν)が入射されると、バンドキ
ャップの狭いInGaAs光吸収層102中で光電変換
され、光電子(−e)が生成される。このとき、オーミ
ック電極104とショットキー電極105の間にバイア
スが印加されていると、光電子は下側の図のように光電
子放出面の方向に半導体層100中を加速され、高エネ
ルギーを得て真空中(準位VL)に放出される。したが
って、ショットキー電極105を分割した個々の画素電
極1051 〜105n へのバイアス印加をスイッチSW
で個々にオン、オフすることにより、スイッチSWがオ
ンとなった画素電極についてのみ、InGaAs光吸収
層102の内部で生成した光電子を光電子放出面から半
導体層100の外部、すなわち真空中に放出できる。As shown in FIG. 2, ohmic electrode 104
When the light to be detected (hν) is transmitted through the optical path and is photoelectrically converted in the InGaAs light absorption layer 102 having a narrow band cap, photoelectrons (-e) are generated. At this time, if a bias is applied between the ohmic electrode 104 and the Schottky electrode 105, photoelectrons are accelerated in the semiconductor layer 100 in the direction of the photoelectron emission surface as shown in the lower figure, and high energy is obtained. Emitted in vacuum (level VL). Therefore, the switch SW is used to apply the bias to the individual pixel electrodes 105 1 to 105 n obtained by dividing the Schottky electrode 105.
By individually turning on and off with, the photoelectrons generated inside the InGaAs light absorption layer 102 can be emitted from the photoelectron emission surface to the outside of the semiconductor layer 100, that is, in vacuum only for the pixel electrode whose switch SW is turned on. .
【0019】図3の光電陰極は、画素電極が一次元のア
レイをなし、ホルダに固定されている。長尺の半導体層
100はセラミック製のホルダ401に固定され、これ
はモリブデン製の金型402に固定され、半導体層10
0と金型402が絶縁されている。金型402には端子
ピン4031 ,4032 ,4033 ,4034 が絶縁物
を介して固定され、ピン4031 は正のバイアス電源+
VB と半導体層100上のバイアス印加ライン(図示せ
ず)に接続され、ピン4032 はグランド(アース)と
半導体層100上のオーミック電極104に接続され、
ピン4033 ,4034 は半導体層100上のシフトレ
ジスタ5の入力端子に接続される。ここで、シフトレジ
スタ5は画素電極1051 〜105n に順次にバイア
スを印加するための切換制御手段であり、端子ピン40
33 ,4034 を介して後述のスタートパルスSPとク
ロックパルスCLKが入力される。なお、半導体層10
0の光電子放出面以外の表面は、SiO2 などの絶縁膜
120で覆われている。In the photocathode of FIG. 3, pixel electrodes form a one-dimensional array and are fixed to a holder. The long semiconductor layer 100 is fixed to a ceramic holder 401, which is fixed to a molybdenum die 402.
0 and the mold 402 are insulated. The mold 402 terminal pins 403 1, 403 2, 403 3, 403 4 is fixed through an insulator, pin 403 1 a positive bias power supply +
Is connected to V B on the semiconductor layer 100 of the biasing line (not shown), the pin 403 2 is connected to ground (the ground) to the ohmic electrode 104 on the semiconductor layer 100,
Pin 403 3, 403 4 is connected to the input terminal of the shift register 5 on the semiconductor layer 100. Here, the shift register 5 is a switching control means for sequentially applying a bias to the pixel electrodes 105 1 to 105 n , and the terminal pin 40
3 3, 403 4 via the start pulse SP and clock pulse CLK to be described later is input. The semiconductor layer 10
Surfaces other than the photoelectron emission surface of 0 are covered with an insulating film 120 such as SiO 2 .
【0020】図3の画素電極1051 〜105n は、i
−1,i,i+1番目について斜視で表現すると、図4
に示すようになっている。すなわち、画素電極105i
は15個の開口を有するメッシュ状にパターン形成さ
れ、角部に電界効果トランジスタ(FET)のスイッチ
素子Si を有する。そして、そのゲート電極はAl配線
501i によってシフトレジスタ5のi番目の出力端子
に接続される。したがって、Al配線501i を介して
シフトレジスタ5からパルスが入力されると、i番目の
スイッチ素子Si がオンとなってバイアス印加用配線1
06i から画素電極105i にバイアス+VB が印加
される。このような動作は、i番目以外の1〜i−1,
i+1〜n番目の画素についても全く同様である。The pixel electrodes 105 1 to 105 n shown in FIG.
If the −1, i, i + 1th are expressed in perspective, FIG.
As shown in. That is, the pixel electrode 105 i
Is patterned in a mesh shape having 15 openings, and has field effect transistor (FET) switch elements S i at the corners. Then, the gate electrode is connected to the i-th output terminal of the shift register 5 by the Al wiring 501 i . Therefore, when a pulse is input from the shift register 5 through the Al wiring 501 i , the i-th switch element S i is turned on and the bias applying wiring 1
Bias + V B is applied from 06 i to the pixel electrode 105 i. Such operation is performed for 1 to i−1 other than the i-th,
The same applies to the i + 1 to n-th pixels.
【0021】図5で立体的に等価回路を示すように、オ
ーミック電極104と各々の画素電極1051 〜105
n の間には、オーミック電極104がカソードとなるダ
イオードD1 〜Dn が等価的に形成される。そして、シ
フトレジスタ5からの出力でスイッチS1 〜Sn がオン
することにより、それぞれの画素のダイオードD1 〜D
n は個々に逆バイアスとなる。すると、この逆バイアス
の下での半導体層100内部の電界により、図2で示し
たように光電子は画素電極105の方向に加速されて高
エネルギーを得、半導体層100の外部に放出される。
なお、シフトレジスタ5の入力端子502にはクロック
パルスCLKが、端子503にはスタートパルスSPが
入力される。As shown in a three-dimensional equivalent circuit in FIG. 5, the ohmic electrode 104 and the respective pixel electrodes 105 1 to 105.
Between n , diodes D 1 to D n whose ohmic electrodes 104 serve as cathodes are equivalently formed. Then, the switches S 1 to S n are turned on by the output from the shift register 5, so that the diodes D 1 to D of the respective pixels are
n is reverse biased individually. Then, due to the electric field inside the semiconductor layer 100 under the reverse bias, the photoelectrons are accelerated toward the pixel electrode 105 to obtain high energy as shown in FIG. 2, and are emitted to the outside of the semiconductor layer 100.
The clock pulse CLK is input to the input terminal 502 of the shift register 5, and the start pulse SP is input to the terminal 503.
【0022】この場合の動作を、図6と図7により説明
する。ここで、画素電極1051 〜105n に対応する
各々の画素における光検出出力をP1 〜Pn とする。こ
の出力P1 〜Pn は、図1のように構成したときの陽極
22の出力AOUT として外部に取り出される。図7のよ
うに、スタートパルスSPはシフトレジスタ5の起動の
ために与えられ、このパルスSPが与えられると、シフ
トレジスタ5はクロックパルスCLKに応答して出力端
子5011 〜501n からパルスが出力され、これによ
り、FETからなるスイッチ素子S1 〜Sn が順次にオ
ンとなり、各画素電極1051 〜105n に順次にバイ
アス+VB が印加される。これにより、各画素からの光
電子放出が順次に可能状態となって、出力P1 〜Pn が
順次にアノード出力AOUT として外部に取り出される。The operation in this case will be described with reference to FIGS. 6 and 7. Here, the light detection outputs in the pixels corresponding to the pixel electrodes 105 1 to 105 n are P 1 to P n . The outputs P 1 to P n are taken out to the outside as the output A OUT of the anode 22 when configured as shown in FIG. As shown in FIG. 7, the start pulse SP is given to activate the shift register 5, and when this pulse SP is given, the shift register 5 receives pulses from the output terminals 501 1 to 501 n in response to the clock pulse CLK. Then, the switch elements S 1 to S n formed of FETs are sequentially turned on, and the bias + V B is sequentially applied to the pixel electrodes 105 1 to 105 n . As a result, photoelectrons can be sequentially emitted from each pixel, and the outputs P 1 to P n are sequentially taken out as the anode output A OUT .
【0023】図8を参照して、上記の実施例に係る光電
陰極を適用した光検出装置を説明する。図示のように、
真空容器21の入力窓には透過型の光電陰極1が取り付
けられ、内部には、切換制御部50と、陽極22と、光
電子を二次元電子増倍するダイノード25が設けられて
いる。電源61は真空容器21に貫通されたステムピン
を通して陽極22に陽極電位+VA を供給し、ダイノー
ド25にダイノード電位VD を供給し、かつ切換制御部
50にバイアス電位+VB を供給する。 タイミング制
御部62は、オペレータの指示などに従ってスタートパ
ルスSPを出力し、かつ一定周期のクロックパルスCL
Kを連続的に出力する。信号処理回路63はアノード出
力AOUT を増幅し、あるいは雑音除去のための閾値処理
をし、あるいはアナログ/ディジタル変換をするもの
で、出力信号をマイクロプロセッサなどのコントローラ
付きの記憶装置64に与える。そして、記憶装置64に
はディスプレイ装置65が接続されている。Referring to FIG. 8, a photo-detecting device to which the photocathode according to the above embodiment is applied will be described. As shown,
A transmission type photocathode 1 is attached to the input window of the vacuum container 21, and a switching control unit 50, an anode 22, and a dynode 25 for multiplying photoelectrons by two-dimensional electrons are provided inside. The power supply 61 supplies an anode potential + V A to the anode 22 through a stem pin penetrating the vacuum container 21, supplies a dynode potential V D to the dynode 25, and supplies a bias potential + V B to the switching control unit 50. The timing control unit 62 outputs a start pulse SP according to an operator's instruction and the clock pulse CL having a constant cycle.
K is output continuously. The signal processing circuit 63 amplifies the anode output A OUT , performs threshold processing for noise removal, or performs analog / digital conversion, and supplies the output signal to a memory device 64 with a controller such as a microprocessor. A display device 65 is connected to the storage device 64.
【0024】この構成において、タイミング制御部62
からスタートパルスSPが出力されると、切換制御部5
0と記憶装置64が起動し、それぞれがクロックパルス
CLKに応答して動作する。すなわち、切換制御部50
はクロックパルスCLKが入力される毎に各画素電極に
対応する出力端子から順次にパルスを出力し、各画素を
順次に光電子放出可能な状態とする。このようにして放
出された光電子はダイノード25で増倍され、信号処理
回路63を介して記憶装置64に与えられる。In this configuration, the timing controller 62
When the start pulse SP is output from the switch controller 5
0 and the memory device 64 are activated, and each operates in response to the clock pulse CLK. That is, the switching control unit 50
Each time a clock pulse CLK is input, a pulse is sequentially output from the output terminal corresponding to each pixel electrode, and each pixel is brought into a state in which photoelectrons can be sequentially emitted. The photoelectrons thus emitted are multiplied by the dynode 25 and given to the storage device 64 via the signal processing circuit 63.
【0025】このとき、記憶装置64にもタイミング制
御部62からクロックパルスCLKが与えられているの
で、記憶装置64のコントローラはこのクロックパルス
CLKをカウントした結果値に従って、アノード出力A
OUT を光電子放出可能な状態にされている画素の位置に
対応させて記憶する。例えば、クロックパルスCLKの
カウント値をアドレスとして、アノード出力AOUT の値
(ディジタル変換された値)をデータとして記憶するも
のであり、このような処理は、図7のタイミングチャー
トから理解できる。全ての画素電極についての順次のオ
ン,オフの切換えを複数回繰り返し、画素ごとにアノー
ド出力AOUT を加算しながら記憶装置64中の画素の位
置に対応した記憶エリアに記憶すれば、画像化された検
出光のイメージデータが得られる。このイメージは、C
RTなどを備えたディスプレイ65で表示される。At this time, since the clock pulse CLK is also given from the timing controller 62 to the memory device 64, the controller of the memory device 64 has the anode output A according to the result value obtained by counting the clock pulse CLK.
OUT is stored in correspondence with the position of the pixel that is in a state capable of emitting photoelectrons. For example, the count value of the clock pulse CLK is used as an address and the value (digitally converted value) of the anode output A OUT is stored as data. Such processing can be understood from the timing chart of FIG. 7. Sequential on / off switching is repeated a plurality of times for all pixel electrodes, and if the anode output A OUT is added to each pixel and stored in a storage area corresponding to the position of the pixel in the storage device 64, an image is formed. Image data of the detected light is obtained. This image is C
It is displayed on the display 65 equipped with RT and the like.
【0026】図9は別の実施例の光電陰極を示し、上側
は上面図、中央は、一部を断面で示す側面図、下側は底
面図である。InP基板101上にInGaAsP光吸
収層102,InPコンタクト層103がエピタキシャ
ル成長により形成され、InP基板101の裏面上には
Auオーミック電極104が形成されており、InPコ
ンタクト層103上にはこの層とシッョトキ接合をする
複数のAlショットキ電極105がパターン状に形成さ
れている。ここで、基板101、光吸収層102および
コンタクト層103からなる半導体層100について
は、GaAsおよびAlAsあるいはこれらの混晶から
なるヘテロ接合構造としてもよく、Ge(ゲルマニウ
ム)およびSi(シリコン)あるいはこれらの混晶から
なるヘテロ接合構造としてもよい。ショットキー電極1
05については、例えばAl,Au,Ag(銀),W
(タングステン)、Ni(ニッケル)またはTi(チタ
ン)あるいはこれらの合金で形成できる。FIG. 9 shows a photocathode of another embodiment. The upper side is a top view, the center is a side view showing a part of the section, and the lower side is a bottom view. An InGaAsP light absorption layer 102 and an InP contact layer 103 are formed on the InP substrate 101 by epitaxial growth, and an Au ohmic electrode 104 is formed on the back surface of the InP substrate 101. A plurality of Al Schottky electrodes 105 to be joined are formed in a pattern. Here, the semiconductor layer 100 composed of the substrate 101, the light absorption layer 102 and the contact layer 103 may have a heterojunction structure composed of GaAs and AlAs or a mixed crystal thereof, and Ge (germanium) and Si (silicon) or these A heterojunction structure made of a mixed crystal of Schottky electrode 1
For 05, for example, Al, Au, Ag (silver), W
(Tungsten), Ni (nickel), Ti (titanium), or alloys thereof.
【0027】ショットキー電極105のパターンについ
ては、図9のような直交するライン状部材からなるメッ
シュ状電極でもよいが、図10のようなパターンでもよ
い。図10において、上側の図は六角形状の開口を有す
るメッシュ状電極のパターンを示し、中央の図は平行な
部材からなるグリッド状電極のストライプパターンを示
し、下側の図は櫛歯形状のパターンを示している。いず
れも、光電子が通過するための開口が、10μm程度以
下の間隔になっている。なお、光の入射は、裏面すなわ
ちオーミック電極104を介してなされてもよいが、表
面すなわちショットキー電極105の開口を介してなさ
れてもよい。裏面から光入射されるときには、オーミッ
ク電極104は透過光性の材料から形成され、あるいは
光を透過し得る程度に十分に薄い金属膜から形成され、
あるいは光を透過し得る多数の開口を有する金属膜から
形成される。The pattern of the Schottky electrode 105 may be a mesh electrode composed of orthogonal linear members as shown in FIG. 9, but may be a pattern as shown in FIG. In FIG. 10, the upper diagram shows a pattern of mesh-shaped electrodes having hexagonal openings, the central diagram shows a stripe pattern of grid-shaped electrodes made of parallel members, and the lower diagram shows a comb-shaped pattern. Is shown. In both cases, the openings for the passage of photoelectrons are arranged at intervals of about 10 μm or less. The light may be incident on the back surface, that is, the ohmic electrode 104, but may be incident on the front surface, that is, the opening of the Schottky electrode 105. When light is incident from the back surface, the ohmic electrode 104 is formed of a transmissive material or a metal film that is thin enough to transmit light,
Alternatively, it is formed of a metal film having a large number of apertures through which light can pass.
【0028】図9において、それぞれの画素電極105
1 〜105n に対応してFETのスイッチS1 〜Sn が
近傍に形成されており、このFETのスイッチング機能
によって電極1051 〜105n へのバイアス電圧のオ
ン,オフが行なわれる。光電子放出面の表面には表面の
仕事関数を低下させるためのCs(セシウム)が薄くコ
ートされている。このようなコーティング材料は、アル
カリ金属またはこの化合物、アルカリ金属の酸化物また
は弗化物である。アルカリ金属には、Csの他に、K
(カリウム)、Na(ナトリウム)Rb(ルビジウム)
が含まれる。基板101は、セラミックホルダ401で
固定されており、その表面はAlショットキ電極105
の部分を除いてSiO2 またはSiNの絶縁膜120で
覆われている。In FIG. 9, each pixel electrode 105
The switches S 1 to S n of the FET are formed in the vicinity corresponding to 1 to 105 n , and the switching function of the FET turns on and off the bias voltage to the electrodes 105 1 to 105 n . The surface of the photoelectron emission surface is lightly coated with Cs (cesium) for lowering the work function of the surface. Such coating materials are alkali metals or their compounds, alkali metal oxides or fluorides. Alkali metals include Ks in addition to Cs
(Potassium), Na (sodium) Rb (rubidium)
Is included. The substrate 101 is fixed by a ceramic holder 401, and its surface has an Al Schottky electrode 105.
Except for the above portion, it is covered with an insulating film 120 of SiO 2 or SiN.
【0029】また、図9の例では、半導体層100上に
はトランジスタからなるシフトレジスタ5が形成されて
おり、FETS1 〜Sn のゲートはそれぞれシフトレジ
スタ5のn本の出力端子に配線されている。シフトレジ
スタ5は、外部からのスタートパルスSPとクロックパ
ルスCLKにより走査パルスを発生し、各FETS1〜
Sn を順次オンさせて各Alショットキ電極1051 〜
105n をアドレスする。なお、端子4031 ,403
4 は基板100上の回路と外部の回路の接続用である。
端子4033 ,4034 はシフトレジスタ5への信号入
力のためのものであり、端子4031 は、FETS1 〜
Sn を介してショットキダイオードD1〜Dn へ外部か
らバイアス電圧+VB を与えるためのもである。Further, in the example of FIG. 9, the shift register 5 composed of a transistor is formed on the semiconductor layer 100, and the gates of the FETs S 1 to S n are respectively wired to the n output terminals of the shift register 5. ing. The shift register 5 generates a scanning pulse by a start pulse SP and a clock pulse CLK from the outside, and each of the FETS 1 to
S n is sequentially turned on to turn each Al Schottky electrode 105 1 to
Address 105 n . In addition, the terminal 403 1, 403
Reference numeral 4 is for connecting a circuit on the substrate 100 and an external circuit.
Terminal 403 3, 403 4 are for signals input to the shift register 5, the terminal 403 1, FETS 1 ~
This is also for externally applying a bias voltage + V B to the Schottky diodes D 1 to D n via S n .
【0030】図11は実施例の光電陰極をヘッドオン型
光電子増倍管へ応用した場合の構成例を示したもので、
上側は内側からフェースプレートを見た模式図、下側は
外囲器21の軸方向の断面図である。なお、紙面の都合
でn=6としている。光電陰極としての半導体基板を固
定するセラミックホルダ402は、モリブデン製の固定
金具405にスポット溶接で固定されており、電極端子
403は面板から外側において接続されるようになって
いる。真空容器すなわち外囲器21の内部には収束電極
26が設けられ、かつ8段のダイノード251 〜258
が配列されている。そして、9段目の反射型ダイノード
259 の前側には陽極22が設けられている。この光電
極増倍管では、6個の各画素に対応して6組の端子ピン
403が設けられており、外部の制御回路の出力によっ
て光電子放出可能となる画素が切り換えられる。FIG. 11 shows an example of a structure in which the photocathode of the embodiment is applied to a head-on type photomultiplier tube.
The upper side is a schematic view of the face plate viewed from the inside, and the lower side is a cross-sectional view of the envelope 21 in the axial direction. Note that, due to space limitations, n = 6. The ceramic holder 402 for fixing the semiconductor substrate as the photocathode is fixed to the fixing fitting 405 made of molybdenum by spot welding, and the electrode terminal 403 is connected to the outside of the face plate. A focusing electrode 26 is provided inside the vacuum container, that is, the envelope 21, and eight dynodes 25 1 to 25 8 are provided.
Are arranged. An anode 22 is provided on the front side of the ninth-stage reflective dynode 25 9 . In this photomultiplier tube, six sets of terminal pins 403 are provided corresponding to each of the six pixels, and the pixels capable of emitting photoelectrons are switched by the output of the external control circuit.
【0031】図12の光電子増倍管では、制御回路はフ
ェースプレート405上に設けられたシフトレジスタ5
で実現されている。そして、このシフトレジスタ5への
スタートパルスSPおよびクロックパルスCLKの入力
は、ステムピン406で実現される。In the photomultiplier tube of FIG. 12, the control circuit has a shift register 5 provided on the face plate 405.
Has been realized in. The input of the start pulse SP and the clock pulse CLK to the shift register 5 is realized by the stem pin 406.
【0032】図11、図12の実施例は、いずれも透過
型の光電陰極、すなわち、光子の入射方向と同一方向に
光電子を放出させる(したがって、光子の入射面は光電
子放出面の反対面)タイプの光電陰極を用いている。図
13の実施例は、反射型の光電陰極すなわち光子の入射
方向の反対方向に光電子を放出させる(したがって、光
子の入射面は光電子放出面の同一面)タイプの光電陰極
を用いている。このような光電子増倍管は、サイドオン
型と呼ばれ、横断面の構造は図13に示される。ガラス
などの真空容器21から入射した光子は、集束電極(メ
ッシュ状電極)を通過し、光電陰極1に入射する。放出
された光電子はダイノード251 〜258 で増倍され、
アノード22に入射する。11 and 12 are both transmission type photocathodes, that is, photoelectrons are emitted in the same direction as the incident direction of photons (therefore, the incident surface of the photons is the opposite surface of the photoelectron emission surface). A type of photocathode is used. The embodiment of FIG. 13 uses a reflective photocathode, that is, a photocathode of the type that emits photoelectrons in the direction opposite to the incident direction of photons (therefore, the incident surface of photons is the same surface as the photoelectron emission surface). Such a photomultiplier tube is called a side-on type, and the structure of its cross section is shown in FIG. Photons incident from a vacuum container 21 such as glass pass through a focusing electrode (mesh-shaped electrode) and enter the photocathode 1. The emitted photoelectrons are multiplied by the dynodes 25 1 to 25 8 ,
It is incident on the anode 22.
【0033】図11,12,13の光電子増倍管の動作
は、先に挙げた図7のタイミングチャートで説明でき
る。図7において、「S1 〜Sn 」はシフトレジスタか
らFETスイッチへの出力レベルを示し、ハイになって
いるときにスイッチはオンである。スタートパルスSP
がハイレベルになることによりシフトレジスタ5が動作
を開始し、クロックパルスCLKにより順次FETが動
作しスイッチS1 〜Snがオンとなる。スイッチS1 〜
Sn のオンにより画素電極1051 〜105n に所定の
バイアス電圧が印加された光電子放出面(即ちバイアス
電圧の印加されたショットキダイオード)が動作する。
もちろん、この時バイアス電圧の印加されていないショ
ットキ電極は光電子放出面として動作しないので、入射
光の有無によらず光電子の放出はおこらない。図7の
「P1 〜Pn 」は、各光電子放出面のバイアス電圧を示
し、ハイになっているとき、動作状態になっている。The operation of the photomultiplier tubes of FIGS. 11, 12, and 13 can be explained with reference to the timing chart of FIG. 7 mentioned above. In FIG. 7, “S 1 to S n ” denotes the output level from the shift register to the FET switch, and when it is high, the switch is on. Start pulse SP
Becomes high level, the shift register 5 starts to operate, the FETs are sequentially operated by the clock pulse CLK, and the switches S 1 to S n are turned on. Switch S 1 ~
When S n is turned on, the photoelectron emission surface to which the predetermined bias voltage is applied to the pixel electrodes 105 1 to 105 n (that is, the Schottky diode to which the bias voltage is applied) operates.
Of course, at this time, since the Schottky electrode to which the bias voltage is not applied does not operate as a photoelectron emitting surface, photoelectrons are not emitted regardless of the presence of incident light. “P 1 to P n ” in FIG. 7 indicates the bias voltage of each photoelectron emitting surface, and when it is high, it is in the operating state.
【0034】仮に、光電子増倍管の光電子放出面のP3
部分に光が入射したとすると、この部分にバイアス電圧
の印加された時に光電子が放出される。光電子放出面P
3 から放出された光電子は、収束電極によりその軌道を
修正され、第1段ダイノードに入射する。第1段ダイノ
ードでは入射した1次電子(光電子)の数倍の2次電子
を生成・放出し、これらの2次電子は第2段ダイノー
ド、第3段ダイノード…と増倍され最終的に106 倍程
度にまで達しアノード22で光電流として検出される。Assuming that P 3 on the photoemission surface of the photomultiplier tube is
If light is incident on this portion, photoelectrons are emitted when a bias voltage is applied to this portion. Photoelectron emission surface P
The photoelectrons emitted from 3 have their trajectories corrected by the focusing electrode and enter the first stage dynode. The first-stage dynode produces and emits several times as many secondary electrons as the incident primary electrons (photoelectrons), and these secondary electrons are multiplied by the second-stage dynode, the third-stage dynode ... It reaches about 6 times and is detected as photocurrent at the anode 22.
【0035】シフトレジスタ5からのアドレス信号によ
り光電子放出面P1 〜Pn が順次動作しているので、光
電子放出面の各部からの光電子が増倍されて光電流とし
て検出される。シフトレジスタ5への入力したクロック
パルスCLKとアノード22で読み出した信号を同期さ
せることにより、アノード出力AOUT が光電子放出面P
1 〜P6 のどの位置から放出された光電子かが判別され
る。従って、アノード出力AOUT とクロックパルスCL
Kのタイミングとから、入射した光についての一次元の
位置情報を得ることができる。Since the photoelectron emission surfaces P 1 to P n are sequentially operated by the address signal from the shift register 5, the photoelectrons from each part of the photoelectron emission surface are multiplied and detected as a photocurrent. By synchronizing the clock pulse CLK input to the shift register 5 and the signal read by the anode 22, the anode output A OUT is changed to the photoelectron emission surface P.
It is determined from which position of 1 to P 6 the photoelectron is emitted. Therefore, the anode output A OUT and the clock pulse CL
One-dimensional position information about the incident light can be obtained from the timing of K.
【0036】ここでは、シフトレジスタ5を光電子放出
面と同一基板上に形成し、FETのスイッチング及びア
ドレスを行う例を説明したが、図11のように画素ごと
の端子からショットキ電極105のバイアス電圧を直接
制御し、シフトレジスタ5を用いないで制御するように
することも可能である。また、配線が複雑にならなけれ
ば、シフトレジスタ5を光電陰極をなす半導体基板の外
に形成するようにすることも可能である。Here, an example has been described in which the shift register 5 is formed on the same substrate as the photoelectron emission surface to perform switching and addressing of the FET, but as shown in FIG. 11, the bias voltage of the Schottky electrode 105 is applied from the terminal of each pixel. It is also possible to directly control and to control without using the shift register 5. Further, if the wiring is not complicated, the shift register 5 can be formed outside the semiconductor substrate forming the photocathode.
【0037】図12の光電子増倍管の動作は、前述の図
11の光電子増倍管と同じである。光電子放出面のP3
部分に光が入射したとすると、シフトレジスタ5からの
アドレス信号により光電子放出面P1 〜P6 が順次動作
しているので光電子放出面P 3 から放出された光電子は
収束電極によりその軌道を修正され第1段ダイノードに
入射する。第1段ダイノードでは入射した1次電子の数
倍の2次電子を生成、放出しこれらの2次電子は第2段
ダイノード、第3段ダイノード…と増倍され最終的に1
06 倍程度にまで達しアノード22で光電流として検出
される。従って、シフトレジスタ5への入力したクロッ
クパルスCLKとアノード22で読み出した信号を同期
させることにより、アノード出力が光電子放出面P1 〜
P6 のどの位置から放出された光電子かが判別できる。The operation of the photomultiplier tube of FIG.
11 is the same as the photomultiplier tube. P on the photoemission surface3
Assuming that light is incident on a part, the light from the shift register 5
Photoelectron emission surface P by address signal1~ P6Work sequentially
Therefore, the photoelectron emission surface P 3Photoelectrons emitted from
The orbit is modified by the focusing electrode and the first stage dynode is
Incident. Number of incident primary electrons at the first stage dynode
Twice as many secondary electrons are generated and emitted, and these secondary electrons are generated in the second stage.
Dynode, 3rd-stage dynode ... are multiplied and finally 1
06Doubled and detected as photocurrent at anode 22
To be done. Therefore, the input clock to the shift register 5 is
Sync pulse CLK and the signal read by the anode 22
As a result, the anode output is changed to the photoelectron emission surface P1~
P6It is possible to determine from which position of the photoelectron is emitted.
【0038】また、サイドオン型光電子増倍管へ応用す
ることの可能であり、図13は、その場合の構成例につ
いて示している。光hνが入射するところに一次元位置
検出機能を有する反射型光電子放出面が設けられ、上述
の実施例と同様、生じた光電子はダイノード251 〜2
58 で増倍されてアノード22で検出される。光電子の
放出される方向が上述の透過型光電子放出面と異なる
が、動作方法はヘッドオン型の場合と全く同様である。
従来、不可能であった反射型光電子放出面による位置検
出が本発明により可能となる。Further, it can be applied to a side-on type photomultiplier tube, and FIG. 13 shows a configuration example in that case. A reflection type photoelectron emitting surface having a one-dimensional position detecting function is provided at the place where the light hν is incident, and the generated photoelectrons are dynodes 25 1 to 2 2 like the above-described embodiment.
It is multiplied by 5 8 and detected at the anode 22. Although the emission direction of photoelectrons is different from that of the above-mentioned transmission type photoelectron emission surface, the operation method is exactly the same as that of the head-on type.
The present invention enables position detection by the reflection type photoelectron emission surface, which has been impossible in the past.
【0039】図14は、光電子放出面を二次元位置検出
機能を有するように構成した場合について、光電子放出
面の本発明の実施例を示したものである。この実施例
は、前述したような1次元位置検出機能を持たせた場合
のものを図14の縦方向に複数(m行)並べた構成とし
たものである。さらに、図14には含まれていないが、
縦方向をアドレスするためのシフトレジスタが外部(図
の左側)に形成してある。つまり、各行の画素電極10
511〜1051n,10521〜1052n,…,105m1〜
105mnに対応してm個のシフトレジスタ5A1 〜5A
m が光電陰極1を形成した基板100上に形成される。
また、m行の各々のバイアス印加用配線1061 〜10
6m には、外部に設けられたシフトレジスタが端子ピン
を介して接続されている。ここで、第1のシフトレジス
タ5A1 〜5Am はクロックパルスCLKとスタートパ
ルスSPをそれぞれ端子ピンを介して外部から入力し、
出力端子は各画素電極に対応してn個有している。ま
た、外部に設けられる第2のシフトレジスタもCLKと
SPを入力し、その出力は画素電極のm行n列の二次元
のマトリクスに配置された光電陰極が実現される。FIG. 14 shows an embodiment of the present invention of the photoelectron emission surface when the photoelectron emission surface is constructed to have a two-dimensional position detecting function. In this embodiment, a plurality (m rows) of those having the one-dimensional position detecting function as described above are arranged in the vertical direction of FIG. Further, although not included in FIG.
A shift register for addressing the vertical direction is formed outside (on the left side of the figure). That is, the pixel electrodes 10 of each row
5 11 to 105 1n , 105 21 to 105 2n , ..., 105 m1 to
M shift registers 5A 1 to 5A corresponding to 105 mn
m is formed on the substrate 100 on which the photocathode 1 is formed.
In addition, the bias applying wirings 106 1 to 10 10 in each of m rows.
An external shift register is connected to 6 m via a terminal pin. Here, the first shift registers 5A 1 to 5A m respectively input the clock pulse CLK and the start pulse SP from the outside via the terminal pins,
There are n output terminals corresponding to each pixel electrode. Further, a second shift register provided outside also inputs CLK and SP, and the output thereof realizes a photocathode arranged in a two-dimensional matrix of m rows and n columns of pixel electrodes.
【0040】図15は、図14のm×n個のピクセル構
成の光電子放出面を動作させる際の等価回路を示したも
ので、点線で囲んだ部分が図14の基板上に構成された
回路を示している。横方向の第1のシフトレジスタ5A
1 ,5A2 ,…,5Am は、図2の場合と同じ回路構成
を持ち、スタートパルスSPとクロックパルスCLK2
によりまったく同時に並列動作しスイッチS11〜Smnを
順次オンさせる。スイッチSB1 〜SBm は、縦方向の
第2のシフトレジスタ5Bの出力に接続して設けられ、
クロックパルスCLK1 によりシフトレジスタ5Bによ
りアドレスされて順次オンになる。シフトレジスタ5A
1 ,5A2 ,…,5Am の出力に設けられたスイッチS
11〜Smnは、バイアス電源+VB に対してスイッチSB
1 〜SBm と直列になっており、ショットキダイオード
D11〜Dmnには、電源に直列のスイッチの両方がオンに
なったときに、外部からのバイアス電圧+VB が与えら
れる。FIG. 15 shows an equivalent circuit when operating the photoelectron emission surface of the m × n pixel structure of FIG. 14, and the portion surrounded by the dotted line is a circuit formed on the substrate of FIG. Is shown. Lateral first shift register 5A
1 , 5A 2 , ..., 5A m have the same circuit configuration as in FIG. 2, and have a start pulse SP and a clock pulse CLK 2.
Thus, the switches S 11 to S mn operate in parallel at exactly the same time to sequentially turn on the switches. The switches SB 1 to SB m are provided so as to be connected to the output of the vertical second shift register 5B,
The shift pulse is addressed by the shift register 5B by the clock pulse CLK 1 and sequentially turned on. Shift register 5A
Switches S provided at the outputs of 1 , 5A 2 , ..., 5A m
11 to S mn are switches SB for the bias power supply + V B
Bias voltage + V B from the outside is applied to the Schottky diodes D 11 to D mn in series with 1 to SB m when both switches in series with the power supply are turned on.
【0041】二次元位置検出機能を有する光電子増倍管
は、図14,15の光電子放出面を用いて一次元の場合
と同様に構成し得る。図16は、この場合の光電子増倍
管の動作についてタイミングチャートを示したものであ
る。図16中の「S」はシフトレジスタからFETスイ
ッチへの出力レベルを示し、ハイになっているときにス
イッチはオンである。A photomultiplier tube having a two-dimensional position detecting function can be constructed by using the photoelectron emitting surfaces shown in FIGS. 14 and 15 in the same manner as in the one-dimensional case. FIG. 16 is a timing chart showing the operation of the photomultiplier tube in this case. “S” in FIG. 16 indicates the output level from the shift register to the FET switch, and when it is high, the switch is on.
【0042】スタートパルスSPがハイレベルになる
と、すべてのシフトレジスタが同時に動作を開始する。
クロックパルスCLK1 の入力によりシフトレジスタ5
Bが縦列のFETが順次オンし、まず、スイッチSB1
がアドレスされオンになる。クロックパルスCLK2 に
より、横列のシフトレジスタも同時に並列して動作す
る。これらのシフトレジスタの出力のいずれもがハイに
なっているとき、バイアス電圧+VB が与えられ、光電
子放出面P11〜Pmnから光電子を放出し得るようにな
る。図16のタイミングチャートでいえば、スイッチS
11がオンになっているとき、縦方向のスイッチS21〜S
2mもオンになっているが、スイッチSB1 がオンであれ
ば、光電子放出面P11だけにバイアス電圧+VB が与え
られ、これが動作する。そして、スイッチSB1 がオン
になっているとき、スイッチS11〜Smnのうち縦方向の
ものが順次オンになって、光電子放出面P11〜P1nが順
次動作する。これが順次スイッチSB2 ,SB3 ,…,
SBm についても行われる。When the start pulse SP becomes high level, all the shift registers start operating at the same time.
Input of clock pulse CLK 1 shift register 5
The FETs in the column of B are turned on sequentially, and first, the switch SB 1
Is addressed and turned on. The horizontal shift registers are simultaneously operated in parallel by the clock pulse CLK 2 . When any of the outputs of these shift registers is high, a bias voltage + V B is applied, and photoelectrons can be emitted from the photoelectron emission surfaces P 11 to P mn . In the timing chart of FIG. 16, the switch S
When 11 is on, the longitudinal direction of the switch S 21 to S
Although 2 m is also on, if the switch SB 1 is on, the bias voltage + V B is applied only to the photoelectron emission surface P 11 , and this operates. When the switch SB 1 is on, the vertical ones of the switches S 11 to S mn are sequentially turned on, and the photoelectron emission surfaces P 11 to P 1n sequentially operate. This is the switch SB 2 , SB 3 , ...
This is also done for SB m .
【0043】クロックパルスCLK1 をシフトレジスタ
A11〜AmnのクロックパルスCLK2 に同期させ、クロ
ックパルスCLK1 の幅はクロックパルスCLK2 の周
期のn倍とすることにより、ショットキダイオードP11
〜Pmnに図の左上から右下まで順次バイアス電圧+VB
を与えるようにスイッチをオンすることになる。そし
て、図の左上から右下まで順次光電子放出面P11〜Pmn
から入射光の励起で生じた光電子が放出され、増倍され
て検出される。The clock pulse CLK 1 is synchronized with the clock pulse CLK 2 of the shift registers A 11 to A mn , and the width of the clock pulse CLK 1 is set to be n times the cycle of the clock pulse CLK 2 to make the Schottky diode P 11
~ P mn sequentially bias voltage + V B from the upper left to the lower right of the figure
Will turn on the switch to give. Then, the photoelectron emission surfaces P 11 to P mn are sequentially arranged from the upper left to the lower right in the figure.
The photoelectrons generated by the excitation of the incident light are emitted from, and are multiplied and detected.
【0044】前述の実施例と同様に、クロックパルスC
LK1 及びクロックパルスCLK2と読みだし信号を同
期させることにより、入射光についての二次元の位置情
報を得ることができる。従って、クロックパルスCLK
1 ,CLK2 とアノード出力を同期させることにより二
次元の位置検出が可能である。もちろん前述したよう
に、シフトレジスタあるいはスイッチングのためのFE
Tは光電子放出面と同一基板上に形成しても、それ以外
の部分に形成しても構わない。As in the previous embodiment, the clock pulse C
By synchronizing LK 1 and the clock pulse CLK 2 with the read signal, it is possible to obtain two-dimensional position information about the incident light. Therefore, the clock pulse CLK
Two-dimensional position detection is possible by synchronizing 1 , CLK 2 and the anode output. Of course, as mentioned above, shift register or FE for switching
T may be formed on the same substrate as the photoelectron emitting surface or may be formed on the other portion.
【0045】図17に示すように、第1および第2のシ
フトレジスタは、全て光電陰極をなす基板100上に形
成してもよい。このようにすれば、基板100の端子ピ
ンを著しく少なくできるので、多画素として位置分解能
を向上させ得る。なお、図17中の各符号には、図1
4,15と同一要素について同一の符号を用いてある。As shown in FIG. 17, the first and second shift registers may all be formed on the substrate 100 forming the photocathode. In this way, the number of terminal pins on the substrate 100 can be significantly reduced, and the positional resolution can be improved as a large number of pixels. Note that each reference numeral in FIG.
The same reference numerals are used for the same elements as 4 and 15.
【0046】図18は、上述の本発明による光電子増倍
管を用いて光位置検出装置の構成システムについて、そ
の一例を示してものである。このシステムは、光電子増
倍管PMTと、これを駆動するための駆動回路部及び信
号を読み出すための読みだし回路部82、光電子増倍管
PMTへ高電圧を供給するためのDC電源部81、光電
子増倍管PMTへの入力クロックパルス(CLK,CL
K1 ,CLK2 など)を発生するパルスジェネレータ8
3、光電子増倍管PMTからの読みだし信号のA−D変
換部84、オシロスコープ(又はCRT,LCDなどの
表示装置)85及び制御用のコンピュータ部86から構
成されている。光電子増倍管PMT以外のものは従来か
らあるものを使用している。上述したように光電子増倍
管PMTへの入力クロックパルスを発生タイミングをコ
ンピュータ86によって制御し、光電子増倍管PMTか
ら読み出した信号の取り込みを行うことにより光電子増
倍管PMTへの入射光の位置情報を簡単に得ることがで
き、また、これを画像化して表示装置で表示することも
可能である。FIG. 18 shows an example of a configuration system of an optical position detecting device using the above-described photomultiplier tube according to the present invention. This system includes a photomultiplier tube PMT, a drive circuit section for driving the photomultiplier tube PMT, a read circuit section 82 for reading a signal, a DC power supply section 81 for supplying a high voltage to the photomultiplier tube PMT, Input clock pulse (CLK, CL to the PMT PMT)
Pulse generator 8 for generating K 1 , CLK 2, etc.)
3. An A / D conversion unit 84 for a read signal from the photomultiplier tube PMT, an oscilloscope (or a display device such as a CRT or LCD) 85, and a computer unit 86 for control. Other than the photomultiplier tube PMT, conventional ones are used. As described above, the position of the incident light on the photomultiplier tube PMT is controlled by controlling the generation timing of the input clock pulse to the photomultiplier tube PMT by the computer 86 and capturing the signal read from the photomultiplier tube PMT. It is possible to easily obtain information, and it is also possible to display this on a display device in the form of an image.
【0047】このように、本発明の光電子放出面は、1
つの基板上に形成された光電子放出面であるにもかかわ
らず、複数の画素電極のそれぞれ個別にバイアス電圧を
印加することにより、複数の独立した光電子放出面とし
て動作させることができる。このため、従来の光電子放
出面を有する光検出器に比較して、はるかに簡単な構造
でクロストークの非常に少ない位置検出が可能な光検出
器を実現できる。Thus, the photoelectron emission surface of the present invention is 1
Despite being the photoelectron emission surfaces formed on one substrate, they can be operated as a plurality of independent photoelectron emission surfaces by applying a bias voltage to each of the plurality of pixel electrodes individually. Therefore, as compared with a conventional photodetector having a photoelectron emitting surface, it is possible to realize a photodetector capable of position detection with a much simpler structure and very little crosstalk.
【0048】本発明の光電子放出面では、光電子の2次
電子増倍により超高感度でかつ低雑音の光検出が可能と
なるので、微弱光下での位置検出、映像情報の検出を容
易に行うことができる。さらに、バイアス電圧を印加し
ていない部分はダーク電流による電子を放出しないの
で、光電子放出面として動作していない部分からの雑音
が発生せず本質的に非常に低雑音な光検出器である。従
って、本発明による光電子放出面を用いた光検出器及び
これを用いた光検出装置においては超高感度で、かつ、
低雑音の位置検出が可能となる。On the photoelectron emission surface of the present invention, since it is possible to detect light with ultra-high sensitivity and low noise by multiplying secondary electrons of photoelectrons, it is possible to easily detect position and image information under weak light. It can be carried out. Furthermore, since the portion to which the bias voltage is not applied does not emit electrons due to the dark current, noise is not generated from the portion that does not operate as the photoelectron emission surface, and the photodetector is essentially very low noise. Therefore, in the photodetector using the photoelectron emitting surface according to the present invention and the photodetector using the photodetector, the sensitivity is extremely high, and
Position detection with low noise is possible.
【0049】また、従来この種の位置検出機能を有する
光電子放出面は、本質的に、光の入射方向と光電子を方
出する方向が異なるいわゆる透過型構造でなければなら
なかった。しかし、本発明によれば、光の入射方向と光
電子の放出する方向が同じであるいわゆる反射型構造に
おいても位置検出機能を有することができ、デバイス構
造、設計の自由度が大幅に拡張する。Further, conventionally, the photoelectron emitting surface having this kind of position detecting function had to be essentially a so-called transmissive structure in which the incident direction of light is different from the emitting direction of photoelectrons. However, according to the present invention, a position detection function can be provided even in a so-called reflective structure in which the incident direction of light is the same as the emitting direction of photoelectrons, and the degree of freedom in device structure and design is greatly expanded.
【0050】本発明は、入射光を光電変換する光電子放
出面の全面からの光電子を選別して増倍するのでなく、
バイアス電圧をかけてその一部を機能させている。その
ため、簡単に低雑音で、かつ、クロストークの非常に少
ない位置検出機能を有する光電子放出面を得ることがで
きる。また、増倍部を付加し光電子増倍部とすることに
より超高感度な位置検出機能を有する光検出器が実現可
能になる。The present invention does not select and multiply photoelectrons from the entire photoelectron emission surface for photoelectrically converting incident light, but
A bias voltage is applied to make some of it work. Therefore, it is possible to easily obtain a photoelectron emitting surface having low noise and a position detecting function with very little crosstalk. Further, by adding a multiplication section to form a photoelectron multiplication section, it is possible to realize a photodetector having a supersensitive position detection function.
【0051】本発明は前述の実施例に限らず様々な変形
が可能である。例えば、光電子放出面の主たる材料にI
nP及びInGaAsPを用いたもので説明したが、こ
れに限らないことはもちろんである。またショットキ電
極、オーミック電極、アルカリ金属なども本実施例で用
いたものに限る訳ではない。また、シフトレジスタをア
ドレスデコーダとし別途入力アドレスパルスを加えるこ
とにより、ランダムアクセス可能な位置検出を行うこと
ができる。The present invention is not limited to the above-described embodiment, but various modifications can be made. For example, if the main material of the photoelectron emission surface is I
Although description has been made by using nP and InGaAsP, the invention is not limited to this. Further, the Schottky electrode, ohmic electrode, alkali metal, etc. are not limited to those used in this embodiment. Further, by using the shift register as an address decoder and applying an additional input address pulse, it is possible to detect a position that allows random access.
【0052】ところで、「US PAT.3,958
143」には、内部電界を利用して光電子を加速し真空
中へ放出させる光電子放出面の一例が開示されている。
しかし、この文献記載の光電子放出面では、位置情報を
得ることができない。また、「特開平4−26941
9」には、ショットキ電極をパターン状に形成した光電
子放出面が示されているが、これも同様に複数の電極を
形成するものではなく、また個別にバイアス電圧を印加
するものでもないので、位置情報を得ることはできな
い。By the way, "US PAT. 3,958
143 ”discloses an example of a photoelectron emission surface that accelerates photoelectrons by utilizing an internal electric field and emits them into a vacuum.
However, position information cannot be obtained on the photoelectron emission surface described in this document. In addition, Japanese Patent Laid-Open No. 4-26941
9 ”shows a photoelectron emission surface in which Schottky electrodes are formed in a pattern. However, since this does not similarly form a plurality of electrodes and does not individually apply a bias voltage, No location information can be obtained.
【0053】[0053]
【発明の効果】以上の通り本発明の光電子増倍管によれ
ば、光電面の光の入射位置に応じた検出出力を得ること
ができ、小型でコンパクトなものにし得る。本発明の光
電子放出面を用いることで、上記光電子増倍管を構成す
ることができる。また、本発明の光電子増倍管を用いた
光検出装置によれば、光電面へ入射光が微弱なものであ
っても、入射光について1次元的または2次元的な情報
を得ることができる。As described above, according to the photomultiplier tube of the present invention, it is possible to obtain a detection output according to the incident position of the light on the photocathode, and it is possible to make it small and compact. The photomultiplier tube can be constructed by using the photoelectron emitting surface of the present invention. Further, according to the photodetector using the photomultiplier tube of the present invention, it is possible to obtain one-dimensional or two-dimensional information about the incident light even if the incident light on the photocathode is weak. .
【図1】実施例に係る光電陰極およびこれを有する光電
管を示し、上側は光電陰極の上面図、下側は上側の図中
のX1 −X1 線における光電管の縦断面図である。1 shows a photocathode according to an example and a phototube having the same, the upper side is a top view of the photocathode, and the lower side is a vertical cross-sectional view of the phototube taken along line X 1 -X 1 in the upper figure.
【図2】図1の光電陰極のエネルギーバンド構造を示
し、上側はバイアス電圧を印加しない状態の図、下側は
バイアス電圧を印加した状態の図である。2 shows an energy band structure of the photocathode of FIG. 1, in which the upper side is a state in which a bias voltage is not applied, and the lower side is a state in which a bias voltage is applied.
【図3】実施例に係る光電陰極の組立体を示す斜視図で
ある。FIG. 3 is a perspective view showing a photocathode assembly according to an embodiment.
【図4】実施例における画素電極のパターンの一例を示
す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing an example of a pattern of a pixel electrode in an example.
【図5】実施例の光電陰極の等価回路を立体的に示した
図である。FIG. 5 is a three-dimensional view of an equivalent circuit of the photocathode of the example.
【図6】実施例の光電陰極の等価回路を平面的に示した
図である。FIG. 6 is a plan view showing an equivalent circuit of the photocathode of the embodiment.
【図7】実施例の動作を示すタイミングチャートであ
る。FIG. 7 is a timing chart showing the operation of the embodiment.
【図8】実施例の光電陰極を用いた光検出装置を示す図
である。FIG. 8 is a diagram showing a photodetector using the photocathode of the example.
【図9】実施例の光電陰極の組立体を示す上面図、側面
図および底面図である。FIG. 9 is a top view, a side view, and a bottom view showing the photocathode assembly of the embodiment.
【図10】実施例の画素電極の別の例を示す上面図であ
る。FIG. 10 is a top view showing another example of the pixel electrode of the embodiment.
【図11】実施例の光電陰極を用いたヘッドオン型光電
子増倍管を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a head-on type photomultiplier tube using the photocathode of the example.
【図12】実施例の光電陰極を用いたヘッドオン型光電
子増倍管を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a head-on type photomultiplier tube using the photocathode of the example.
【図13】実施例の光電陰極を用いたサイドオン型光電
子増倍管を示す図である。FIG. 13 is a view showing a side-on type photomultiplier tube using the photocathode of the example.
【図14】二次元のマトリクス状にした実施例を示す図
である。FIG. 14 is a diagram showing an example in which a two-dimensional matrix is formed.
【図15】二次元のマトリクス状にした実施例を示す図
である。FIG. 15 is a diagram showing an example in which a two-dimensional matrix is formed.
【図16】元の実施例の動作を示すタイミングチャート
である。FIG. 16 is a timing chart showing the operation of the original embodiment.
【図17】二次元のマトリクス状にした別の実施例を示
す図である。FIG. 17 is a diagram showing another embodiment in the form of a two-dimensional matrix.
【図18】実施例に係る光検出器を示すブロック図であ
る。FIG. 18 is a block diagram showing a photodetector according to an example.
100…半導体層、104…オーミック電極(裏面電
極)、105…ショットキ電極(表面電極)、5…シフ
トレジスタ、21…真空容器、22…陽極、25…ダイ
ノード。100 ... Semiconductor layer, 104 ... Ohmic electrode (back surface electrode), 105 ... Schottky electrode (front surface electrode), 5 ... Shift register, 21 ... Vacuum container, 22 ... Anode, 25 ... Dynode.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渭原 常夫 静岡県浜松市市野町1126番地の1 浜松ホ トニクス株式会社内 (72)発明者 山田 正美 静岡県浜松市市野町1126番地の1 浜松ホ トニクス株式会社内 (72)発明者 朝倉 憲夫 静岡県浜松市市野町1126番地の1 浜松ホ トニクス株式会社内 (72)発明者 根木 康晴 静岡県浜松市市野町1126番地の1 浜松ホ トニクス株式会社内 (72)発明者 鈴木 智子 静岡県浜松市市野町1126番地の1 浜松ホ トニクス株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Tsuneo Yubara 1126-1 Nono Ichi, Hamamatsu, Shizuoka Prefecture 1126 Hamamatsu Photonics Co., Ltd. (72) Masami Yamada 1126 1126 Nomachi, Hamamatsu, Shizuoka Prefecture (72) Inventor Norio Asakura 1 Hamamatsu Photonics Co., 1126, Nomachi, Hamamatsu City, Shizuoka Prefecture Inside (72) Inventor Yasuharu Negi 1 126, Nomachi, Hamamatsu, Shizuoka Prefecture Hamamatsu Photonics Co., Ltd. ( 72) Inventor Tomoko Suzuki 1 1126, Nomachi, Hamamatsu, Shizuoka Prefecture 1 Hamamatsu Photonics Co., Ltd.
Claims (21)
せる光電変換層を含み、この光電変換層の内部で生成さ
れて加速された前記光電子を光電子放出面から外部に放
出させる半導体層と、前記光電子放出面の前記半導体層
上に形成された表面電極と、前記光電子放出面の反対面
の前記半導体層上に前記表面電極と対向して形成された
裏面電極とを備え、 前記表面電極は分割されて複数の画素電極を成すと共に
相互に電気的に絶縁され、 前記複数の画素電極は前記裏面電極に比べて正のバイア
ス電位を独立に印加する複数のバイアス印加用配線にそ
れぞれ接続されていることを特徴とする光電陰極。1. A semiconductor layer comprising a photoelectric conversion layer for internally exciting photoelectrons by incident photons, and emitting the photoelectrons generated and accelerated inside the photoelectric conversion layer to the outside from a photoelectron emission surface, and the photoelectrons. A front surface electrode formed on the semiconductor layer on the emission surface, and a back surface electrode formed on the semiconductor layer on the surface opposite to the photoelectron emission surface so as to face the front surface electrode, and the front surface electrode is divided. A plurality of pixel electrodes and electrically insulated from each other, and the plurality of pixel electrodes are respectively connected to a plurality of bias applying wirings that independently apply a positive bias potential as compared with the back surface electrode. Photocathode characterized by.
請求項1記載の光電陰極。2. The photocathode according to claim 1, wherein the semiconductor layer has a heterojunction structure.
はこれらの混晶のヘテロ接合構造を有する請求項2記載
の光電陰極。3. The photocathode according to claim 2, wherein the semiconductor layer has a heterojunction structure of GaAs, AlAs or a mixed crystal thereof.
これらの混晶のヘテロ接合構造を有する請求項2記載の
光電陰極。4. The photocathode according to claim 2, wherein the semiconductor layer has a heterojunction structure of InP, GaAs or a mixed crystal thereof.
の混晶のヘテロ接合構造を有する請求項2記載の光電陰
極。5. The photocathode according to claim 2, wherein the semiconductor layer has a heterojunction structure of Si, Ge or a mixed crystal thereof.
は、アルカリ金属、アルカリ金属の化合物またはこれら
の酸化物もしくは弗化物が塗付されており、前記アルカ
リ金属はCs、K、NaまたはRbである請求項1記載
の光電陰極。6. The photoelectron emitting surface of the semiconductor layer is coated with an alkali metal, a compound of an alkali metal or an oxide or fluoride thereof, and the alkali metal is Cs, K, Na or Rb. The photocathode according to claim 1, wherein
キー接触しており、前記半導体層と前記裏面電極はオー
ミック接触している請求項1記載の光電陰極。7. The photocathode according to claim 1, wherein the semiconductor layer and the front surface electrode are in Schottky contact, and the semiconductor layer and the back surface electrode are in ohmic contact.
状、または二次元のマトリクス状に配列されている請求
項1記載の光電陰極。8. The photocathode according to claim 1, wherein the plurality of pixel electrodes are arranged in a one-dimensional array form or a two-dimensional matrix form.
れて前記半導体層中を加速された前記光電子を通過させ
て外部に放出させる電子透過部を有している請求項1記
載の光電陰極。9. The photocathode according to claim 1, wherein the surface electrode has an electron transmitting portion that allows the photoelectrons generated in the photoelectric conversion layer and accelerated in the semiconductor layer to pass therethrough to be emitted to the outside. .
W、Ti、NiまたはWSiもしくはこれらの合金から
なる請求項1記載の光電陰極。10. The surface electrode is made of Al, Au, Ag,
The photocathode according to claim 1, which is made of W, Ti, Ni, WSi, or an alloy thereof.
る多数の開口を有する請求項1記載の光電陰極。11. The photocathode according to claim 1, wherein the surface electrode has a large number of openings through which the photoelectrons can pass.
のストライプ、メッシュまたはグリッド形状のパターン
を成す請求項1記載の光電陰極。12. The photocathode according to claim 1, wherein the surface electrode has a stripe, mesh or grid pattern with a pitch of 10 μm or less.
り、または入射光子を透過し得る程度に薄い金属電極で
あり、または入射光子を透過し得る多数の開口を有する
金属電極である請求項1記載の光電陰極。13. The back electrode is made of a translucent material, is a metal electrode that is thin enough to transmit incident photons, or is a metal electrode having a large number of apertures that can transmit incident photons. 1. The photocathode according to 1.
れ、かつ前記半導体基板上には前記複数の画素電極に個
々に対応して設けられた複数本のバイアス印加用配線
と、前記複数本のバイアス印加用配線と前記複数の画素
電極との接続を個々にオン、オフさせることによりバイ
アス印加を個々に切り換える複数のスイッチ素子とが形
成されている請求項1記載の光電陰極。14. The photoelectric conversion layer is formed on a semiconductor substrate, and a plurality of bias applying wirings provided corresponding to the plurality of pixel electrodes respectively on the semiconductor substrate, and a plurality of the bias applying wirings. The photocathode according to claim 1, wherein a plurality of switch elements are formed to individually switch the bias application by individually turning on and off the connection between the bias applying wiring and the plurality of pixel electrodes.
ッチ素子を個々にオン、オフさせる切換回路と、前記複
数のスイッチ素子の個々の制御端子に前記切換回路の複
数の出力端子を個々に接続する複数本の切換用配線とが
形成されている請求項14記載の光電陰極。15. A switching circuit for individually turning on and off the plurality of switching elements on the semiconductor substrate, and a plurality of output terminals of the switching circuit individually connected to respective control terminals of the plurality of switching elements. 15. The photocathode according to claim 14, wherein a plurality of switching wirings are formed.
り、前記切換回路は前記トランジスタのゲート端子に出
力端子が接続されたシフトレジスタである請求項15記
載の光電陰極。16. The photocathode according to claim 15, wherein the switch element is a transistor, and the switching circuit is a shift register in which an output terminal is connected to a gate terminal of the transistor.
(m,nは2以上の整数)で二次元のマトリクス状に配
置され、 前記複数のスイッチ素子は、前記m行n列の画素電極そ
れぞれに対応して設けられ各行ごとに並列接続されたm
xn個の第1のスイッチと、各行のそれぞれn個の前記
第1のスイッチと行ごとに直列接続されたm個の第2の
スイッチとを含み、 前記切換回路は、前記画素電極の行ごとに対応して設け
られ、各行それぞれn個の前記第1のスイッチの前記制
御端子にn個の出力端子がそれぞれ接続されたm個の第
1のシフトレジスタと、m個の前記第2のスイッチの前
記制御端子にm個の出力端子がそれぞれ接続された第2
のシフトレジスタとを含む請求項15記載の光電陰極。17. The plurality of pixel electrodes are arranged in a two-dimensional matrix with m rows and n columns (m and n are integers of 2 or more), and the plurality of switch elements are pixels of the m rows and n columns. M corresponding to each electrode and connected in parallel in each row
xn first switches, and each of the n first switches of each row and m second switches serially connected for each row, the switching circuit for each row of the pixel electrode. Corresponding to, and n first shift registers each having n output terminals connected to the control terminals of the n first switches in each row, and m second switches. A second output terminal in which m output terminals are respectively connected to the control terminals of
16. The photocathode of claim 15 including the shift register of claim 1.
れた光電子を受容する陽極とを備え、 前記光電陰極は、入射光子によって内部に光電子を励起
させる光電変換層を含み、この光電変換層の内部で生成
されて加速された前記光電子を光電子放出面から外部に
放出させる半導体層と、前記光電子放出面の前記半導体
層上に形成された表面電極と、前記光電子放出面の反対
面の前記半導体層上に前記表面電極と対向して形成され
た裏面電極とを有し、前記表面電極は分割されて複数の
画素電極を成すと共に相互に電気的に絶縁され、前記複
数の画素電極は前記裏面電極に比べて正のバイアス電位
を独立に印加する複数のバイアス印加用配線にそれぞれ
接続され、 更に、前記真空容器の内部には、前記複数本のバイアス
印加用配線と前記複数の画素電極との接続を個々にオ
ン、オフさせることによりバイアス印加を個々に切り換
える複数のスイッチ素子と、前記複数スイッチ素子を個
々にオン、オフさせる切換回路と、前記複数のスイッチ
素子の個々の制御端子に前記切換回路の複数の出力端子
を個々に接続する複数本の切換用配線とを有する切換制
御手段が設けられ、 前記真空容器から外部に導出された複数本のステムピン
のうち、少なくとも1本は前記裏面電極に、少なくとも
1本は前記バイアス印加用配線に、少なくとも2本は前
記切換回路の入力端子に、少なくとも1本は前記陽極に
接続されていることを特徴とする光電管。18. A photoelectric conversion device comprising: a vacuum container; a photocathode arranged inside the vacuum container; and an anode arranged inside the vacuum container for receiving photoelectrons emitted from the photocathode. The cathode includes a photoelectric conversion layer that internally excites photoelectrons by incident photons, and a semiconductor layer that emits the accelerated photoelectrons generated inside the photoelectric conversion layer to the outside from the photoelectron emission surface, and the photoelectron emission surface. A front surface electrode formed on the semiconductor layer and a back surface electrode formed on the semiconductor layer on the opposite surface of the photoelectron emission surface to face the front surface electrode, and the front surface electrode is divided. A plurality of pixel electrodes are formed and are electrically insulated from each other, and the plurality of pixel electrodes are respectively connected to a plurality of bias application wirings that independently apply a positive bias potential as compared with the back surface electrode, In the vacuum container, a plurality of switch elements for individually switching the bias application by individually turning on and off the connection between the plurality of bias applying wirings and the plurality of pixel electrodes, and the plurality of switching elements are provided. A switching control means having a switching circuit for individually turning on and off the switch element and a plurality of switching wirings for individually connecting a plurality of output terminals of the switching circuit to respective control terminals of the plurality of switch elements. Of the plurality of stem pins that are provided and are led out from the vacuum container, at least one is to the back electrode, at least one is to the bias applying wiring, and at least two are to the input terminals of the switching circuit. , At least one of which is connected to the anode.
れ、前記切換制御手段は前記半導体基板上に形成されて
いる請求項18記載の光電管。19. The photoelectric tube according to claim 18, wherein the photoelectric conversion layer is formed on a semiconductor substrate, and the switching control means is formed on the semiconductor substrate.
極から放出された光電子を二次元電子増倍する電子増倍
手段を更に有する請求項18記載の光電管。20. The photoelectric tube according to claim 18, further comprising an electron multiplying means for two-dimensionally multiplying photoelectrons emitted from the photocathode, inside the vacuum container.
有する光電管と、 前記光電陰極および前記陽極に電位を印加する電源と、 タイミング制御手段と、 メモリ手段とを備え、 前記光電陰極は、入射光子によって内部に光電子を励起
させる光電変換層を含み、この光電変換層の内部で生成
されて加速された前記光電子を光電子放出面から外部に
放出させる半導体層と、前記光電子放出面の前記半導体
層上に形成された表面電極と、前記光電子放出面の反対
面の前記半導体層上に前記表面電極と対向して形成され
た裏面電極とを有し、前記表面電極は分割されて複数の
画素電極を成すと共に相互に電気的に絶縁され、前記複
数の画素電極は前記裏面電極に比べて正のバイアス電位
を独立に印加する複数のバイアス印加用配線にそれぞれ
接続され、 更に、前記真空容器の内部には、前記複数本のバイアス
印加用配線と前記複数の画素電極との接続を個々にオ
ン、オフさせることによりバイアス印加を個々に切り換
える複数のスイッチ素子と、前記複数のスイッチ素子を
個々にオン、オフさせる切換回路と、前記複数のスイッ
チ素子の個々の制御端子に前記切換回路の複数の出力端
子を個々に接続する複数本の切換用配線とが設けられ、 前記タイミング制御手段は、起動信号が与えられると連
続的にタイミングパルスを前記切換回路に印加し、前記
切換回路は前記タイミングパルスに応答して前記複数の
スイッチ素子のオン、オフを順次に切換え、 前記メモリ手段は前記起動信号が与えられると記憶動作
を開始し、前記タイミングパルスにもとづいて順次に光
電子放出可能状態となった前記画素電極の位置に対応さ
せて前記陽極の出力を記憶することを特徴とする光検出
装置。21. A phototube having a photocathode and an anode inside a vacuum container; a power supply for applying a potential to the photocathode and the anode; a timing control means; and a memory means. A semiconductor layer that includes a photoelectric conversion layer that internally excites photoelectrons by incident photons, and that emits the accelerated photoelectrons generated inside the photoelectric conversion layer from a photoelectron emission surface to the outside, and the semiconductor on the photoelectron emission surface. A front surface electrode formed on a layer and a back surface electrode formed on the semiconductor layer opposite to the photoelectron emission surface so as to face the front surface electrode, and the front surface electrode is divided into a plurality of pixels. The plurality of pixel electrodes, which form an electrode and are electrically insulated from each other, are connected to a plurality of bias applying lines that independently apply a positive bias potential as compared with the back electrode. Further, inside the vacuum container, a plurality of switch elements for individually switching the bias application by individually turning on and off the connection between the plurality of bias applying wirings and the plurality of pixel electrodes, A switching circuit that individually turns on and off a plurality of switching elements, and a plurality of switching wirings that individually connect a plurality of output terminals of the switching circuit to individual control terminals of the plurality of switching elements, The timing control means continuously applies a timing pulse to the switching circuit when a start signal is given, and the switching circuit sequentially switches on and off of the plurality of switch elements in response to the timing pulse, The memory means starts the storage operation when the activation signal is given, and sequentially becomes the photoelectron emission enable state based on the timing pulse. An optical detection device, which stores the output of the anode in correspondence with the position of the pixel electrode.
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1994
- 1994-06-01 JP JP12006194A patent/JP2651352B2/en not_active Expired - Fee Related
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