特許 7545620 電子管、撮像装置、及び電磁波検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-28

(45)【発行日】2024-09-05

(54)【発明の名称】電子管、撮像装置、及び電磁波検出装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 40/12 20060101AFI20240829BHJP

   H01J 40/06 20060101ALI20240829BHJP

   H01J 43/20 20060101ALI20240829BHJP

   H01J 43/24 20060101ALI20240829BHJP

   H01J 43/30 20060101ALI20240829BHJP

   H01J 40/10 20060101ALI20240829BHJP

   H01J 1/78 20060101ALI20240829BHJP

   H01J 1/34 20060101ALI20240829BHJP

   G01J 1/02 20060101ALI20240829BHJP

   H01J 31/50 20060101ALI20240829BHJP

   H01J 29/38 20060101ALI20240829BHJP

【ＦＩ】

H01J40/12

H01J40/06

H01J43/20

H01J43/24

H01J43/30

H01J40/10

H01J1/78

H01J1/34

G01J1/02 D

H01J31/50 D

H01J29/38

【請求項の数】 23

(21)【出願番号】P 2022547994

(86)(22)【出願日】2021-02-05

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-03-27

(86)【国際出願番号】 EP2021052815

(87)【国際公開番号】W WO2021156442

(87)【国際公開日】2021-08-12

【審査請求日】2023-09-08

(31)【優先権主張番号】20156121.4

(32)【優先日】2020-02-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 泰英

(72)【発明者】

【氏名】久家 佑太

(72)【発明者】

【氏名】河合 直弥

(72)【発明者】

【氏名】ランゲ サイモン レインコーフ

(72)【発明者】

【氏名】イェプセン ピーター ウドゥ

【審査官】佐藤 海

(56)【参考文献】

【文献】特開平０７－０５０１４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第０３／０８７７３９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－１００１２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１０５１０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／０７８０４３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開昭５７－０７２２５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表平０９－５０３０９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０１６２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１５１３３８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００６－２０２６５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１４２１３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２１６２０１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ １／３２，１／３４，４０／０６，４３／０８，４９／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

封止されていると共に電磁波を透過する窓を有しているハウジングと、
前記ハウジング内に配置されており、前記電磁波の入射に応じて電子を放出するメタサーフェスと、互いに離間していると共に前記メタサーフェスに互いに異なる電位を印加する第一及び第二電極とを有する電子放出部材と、
前記ハウジング内に配置されており、前記電子放出部材を保持する保持部材と、を備え、
前記メタサーフェスは、前記第一電極に電気的に接続されている第一伝導線と、前記第一伝導線と離間していると共に前記第二電極に電気的に接続されている第二伝導線とを含み、
前記第一伝導線は、前記第一電極から前記第二伝導線に向かって延在しており、第一端部と前記第一端部に電気的に接続されている複数の第二端部とを含んでおり、
前記第二伝導線は、前記第二電極から前記第一伝導線に向かって延在しており、第三端部と前記第三端部に電気的に接続されている複数の第四端部とを含んでおり、
前記第二端部と前記第二端部に対応する前記第四端部とは、互いに対向していると共に互いに近接している、電子管。

【請求項2】

前記保持部材は、互いに離間している第一及び第二伝導端子を有し、
前記第一電極は、前記第一伝導端子に電気的に接続されており、
前記第二電極は、前記第二伝導端子に電気的に接続されている、請求項１に記載の電子管。

【請求項3】

前記ハウジングは、当該ハウジングの内側面に設けられた第一及び第二伝導層を有し、
前記第一及び第二伝導層は、互いに離間しており、
前記第一伝導端子は、前記第一伝導層に接しており、
前記第二伝導端子は、前記第二伝導層に接している、請求項２に記載の電子管。

【請求項4】

前記保持部材は、前記ハウジングの内側面に付勢力を加えることで前記ハウジングに対して当該保持部材の位置決めをする複数のバネ部を有し、
前記複数のバネ部は、前記第一伝導端子及び前記第二伝導端子の少なくとも一方を含む、請求項２に記載の電子管。

【請求項5】

前記保持部材は、前記電子放出部材に接していると共に貫通口を有する保持体と、前記保持体から離間していると共に前記第一電極及び前記第二電極の一方と接しているコンタクト電極とを含み、
前記コンタクト電極と接している前記一方と前記メタサーフェスとは、前記貫通口から露出していると共に前記貫通口の縁から離間している、請求項１～４のいずれか一項に記載の電子管。

【請求項6】

前記電子放出部材は、互いに対向する第一及び第二主面を有する基板を有し、
前記メタサーフェスは、前記第一主面に設けられている、請求項１～４のいずれか一項に記載の電子管。

【請求項7】

前記第一電極及び前記第二電極の少なくとも一方は、前記第一主面の縁の全体から離間している、請求項６に記載の電子管。

【請求項8】

前記保持部材は、前記第二主面に接しているベース部材と、前記第一主面の縁に接していると共に前記ベース部材に前記電子放出部材を弾性的に付勢する付勢部材とを有し、
前記付勢部材は、前記第二電極に電気的に接続されている、請求項６に記載の電子管。

【請求項9】

前記第一電極及び前記第二電極の一方は、グラウンドに接続されるように構成されている電極である、請求項１～４のいずれか一項に記載の電子管。

【請求項10】

前記第一伝導線及び前記第二伝導線の一方は、前記電磁波の入射に応じて電子を放出するアンテナ部と、前記第一伝導線及び前記第二伝導線の他方との間に電界を発生させるバイアス部とを兼ねている、請求項１～４のいずれか一項に記載の電子管。

【請求項11】

前記第一電極にバイアス電位が印加された場合に、前記電磁波の入射に応じて前記第二伝導線が電子を放出し、
前記第二電極にバイアス電位が印加された場合に、前記電磁波の入射に応じて前記第一伝導線が電子を放出する、請求項１～４のいずれか一項に記載の電子管。

【請求項12】

前記第二伝導線は、前記電磁波の入射に応じて電子を放出するアンテナ部を含み、
前記第一伝導線は、前記第一電極にバイアス電位が印加された場合に、前記アンテナ部との間に電界を発生させるバイアス部を含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の電子管。

【請求項13】

前記第一伝導線は、前記第一電極に接している第一端部と前記第一端部に電気的に接続されている第二端部とを含み、
前記第二伝導線は、前記第二電極に接している第三端部と前記第三端部に電気的に接続されている第四端部とを含み、
前記第二端部は、前記第一伝導線の当該第二端部以外の部分よりも、前記第四端部の近くに配置されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の電子管。

【請求項14】

前記第二伝導線は、前記第四端部から延在する仮想直線上に延在する直線状部を含んでおり、
前記第二端部は、前記仮想直線上に位置している、請求項１３に記載の電子管。

【請求項15】

前記第二伝導線は、前記第四端部から延在する仮想直線上に延在する直線状部を含んでおり、
前記第二端部は、前記仮想直線上に位置していない、請求項１３に記載の電子管。

【請求項16】

前記ハウジング内に配置されており、前記電子放出部材から放出された電子を増倍する電子増倍部と、
前記ハウジング内に配置されており、前記電子増倍部で増倍された電子を収集する電子収集部と、をさらに備え、
前記ハウジングの内部は、大気圧よりも低い圧力である１×１０－４～１×１０－７Ｐａに保持されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の電子管。

【請求項17】

前記電子増倍部及び前記電子収集部は、ダイオードであると共に一体に構成されている請求項１６に記載の電子管。

【請求項18】

前記電子増倍部は、互いに離間した複数のダイノードを有し、
前記電子収集部は、前記電子増倍部で増倍された電子を収集するアノード又はダイオードを有している、請求項１６に記載の電子管。

【請求項19】

前記電子増倍部は、マイクロチャンネルプレートを有し、
前記電子収集部は、前記電子増倍部で増倍された電子を収集するアノード又はダイオードを有している、請求項１６に記載の電子管。

【請求項20】

前記電子増倍部は、マイクロチャンネルプレートを有し、
前記電子収集部は、前記電子増倍部で増倍された電子を受けて光を発する蛍光体を含んでいる、請求項１６に記載の電子管。

【請求項21】

請求項２０に記載の電子管と、
前記蛍光体からの前記光に基づく像を撮像する撮像部と、を備える、撮像装置。

【請求項22】

請求項１～４のいずれか一項に記載の電子管と、
光を検出する光検出器と、を備え、
前記ハウジングは、前記メタサーフェスから放出された電子によって発光するガスを収容しており、
前記光検出器は、前記ガスの発光による光を検出する、電磁波検出装置。

【請求項23】

前記ガスは、空気、アルゴンガス、又は窒素ガスを含んでいる、請求項２２に記載の電磁波検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子管、撮像装置、及び電磁波検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

典型的には、熱電子放出(加熱電極によって達成される)、光電子放出(光子の印加によって達成される)、二次放出(光速電子を衝突させることによって達成される)、及び、電界放出(静電界の存在下で達成される)などの４つのタイプの電子放出がある。電磁波を検出する検出器が知られている（例えば、米国特許出願公開第２０１６／０２１６２０１号明細書参照）。特許文献１に記載のシステムは、メタマテリアル構造を有する基板を備えている。このシステムは、基板に入射した電磁波のうち、テラヘルツ波（例えば、周波数１００ＧＨｚ～３０ＴＨz程度の電磁波)を検出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２１６２０１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載のシステムでは、メタマテリアル構造を有する基板に電磁波が入射すると、基板から電子が放出される。基板から放出された電子は、基板の周囲の気体、例えば大気に含まれる分子を励起する。励起された分子は、光を発生する。光センサは、生成された光を検出する。

【0005】

本発明の一つの態様は、電磁波の検出精度が確保されている電子管を提供することを目的とする。本発明の別の一つの態様は、電磁波の検出精度が確保されている撮像装置を提供することを目的とする。本発明のさらに別の態様は、電磁波の検出精度が確保される電磁波検出装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係る電子管は、ハウジングと、電子放出部と、保持部とを備える。ハウジングは、封止されていると共に電磁波を透過する窓を有している。電子放出部材は、ハウジング内に配置されており、メタサーフェスと第一及び第二電極とを含んでいる。メタサーフェスは、電磁波の入射に応じて電子を放出するように構成される。第一及び第二電極は、互いに離間していると共に互いに異なる電位をメタサーフェスに印加するようにそれぞれ配置される。保持部材は、ハウジング内に配置されており、電子放出部材を保持する。メタサーフェスは、第一伝導線と、第二伝導線とを含む。第一伝導線は、第一電極に電気的に接続されている。第二伝導線は、第一伝導線と離間していると共に第二電極に電気的に接続されている。第一伝導線は、第一電極から第二伝導線に向かって延在している。第二伝導線は、第二電極から第一伝導線に向かって延在している。

【0007】

上記一つの態様では、メタサーフェスを有する電子放出部材が保持部によって封止されたハウジング内に保持されている。メタサーフェスを構成する第一伝導線が第一電極に電気的に接続されており、メタサーフェスを構成する第二伝導線が第二電極に電気的に接続されている。この電子管では、第一電極及び第二電極に互いに異なる電位を印加することで、窓から入射した電磁波に応じたメタサーフェスにおける電子放出の向上又は抑制が実現され得る。このため、この電子管を用いて電子放出部材から放出された電子を観測することによって、電子管に入射した電磁波の検出精度が確保され得る。

【0008】

上記一つの態様では、保持部材は、互いに離間している第一及び第二伝導端子を有していてもよい。第一電極は、第一伝導端子に電気的に接続されていてもよい。第二電極は、第二伝導端子に電気的に接続されていてもよい。この場合、保持部材を通して電子放出部材に電圧を印加することができる。このため、電子管の部品点数の減少と電子管のコンパクト化とを実現することができる。

【0009】

上記一つの態様では、ハウジングは、当該ハウジングの内側面に設けられた第一及び第二伝導層を有していてもよい。第一及び第二伝導層は、互いに離間していてもよい。第一伝導端子は、第一伝導層に接していてもよい。第二伝導端子は、第二伝導層に接していてもよい。この場合、ハウジングの内側面に設けられた第一及び第二伝導層によって、第一伝導端子及び第二伝導端子に電位を印加することができる。したがって、電子管のコンパクト化を実現することができる。

【0010】

上記一つの態様では、保持部材は、複数のバネ部を有してもよい。複数のバネ部は、ハウジングの内側面に付勢力を加えるように配置されてもよく、ハウジングに対して当該保持部材を位置決めしてもよい。複数のバネ部は、第一伝導端子及び第二伝導端子の少なくとも一方を含んでもよい。この場合、電子管の各部材において多少の製造誤差又は温度変化による変形があったとしても、保持部材がハウジングに対して安定して保持される。バネ部を通して、電子放出部材に電位が印加され得る。

【0011】

上記一つの態様では、保持部材は、保持体とコンタクト電極とを含んでもよい。保持体は、電子放出部材に接していると共に貫通口を有してもよい。コンタクト電極は、保持体から離間していると共に第一電極及び第二電極の一方と接してもよい。コンタクト電極と接している上記一方とメタサーフェスとは、貫通口から露出していると共に貫通口の縁から離間していてもよい。この場合、コンタクト電極と接している上記一方と保持体との接触が防止されている。このため、簡易な構成によって、第一電極及び第二電極と保持部材との間における所望の電気的接続構造が実現され得る。

【0012】

上記一つの態様では、電子放出部材は、互いに対向する第一及び第二主面を有する基板を有してもよい。メタサーフェスは、第一主面に設けられていてもよい。

【0013】

上記一つの態様では、第一電極及び第二電極の少なくとも一方は、第一主面の縁の全体から離間していてもよい。第一主面の縁の全体から離間していれば、第一電極及び第二電極の少なくとも一方と保持部材との接触が容易に防止され得る。このため、簡易な構成によって、第一電極及び第二電極と保持部材との間における所望の電気的接続構造が実現され得る。

【0014】

上記一つの態様では、保持部材は、ベース部材と付勢部材とを有していてもよい。ベース部材は、第二主面に接していてもよい。付勢部材は、第一主面の縁に接していると共にベース部材に電子放出部材を弾性的に付勢していてもよい。付勢部材は、第二電極に電気的に接続されてもよい。この場合、電子管の各部材において多少の製造誤差又は温度変化による変形があったとしても、電子放出部材がベース部材に対して安定して保持される。付勢部材を通して、電子放出部材に電圧を印加することができる。

【0015】

上記一つの態様では、第一電極及び第二電極の一方は、グラウンドに接続されるように構成されている電極であってもよい。

【0016】

上記一つの態様では、第一伝導線及び第二伝導線の一方は、アンテナ部とバイアス部を兼ねていてもよい。アンテナ部は、電磁波の入射に応じて電子を放出してもよい。バイアス部は、第一伝導線及び第二伝導線の他方との間に電界を発生させるように構成されてもよい。

【0017】

上記一つの態様では、第一電極にバイアス電位が印加された場合に、電磁波の入射に応じて第二伝導線が電子を放出するように構成されてもよい。第二電極にバイアス電位が印加された場合に、電磁波の入射に応じて第一伝導線が電子を放出するように構成されてもよい。

【0018】

上記一つの態様では、第二伝導線は、電磁波の入射に応じて電子を放出するアンテナ部を含んでいてもよい。第一伝導線は、第一電極にバイアス電位が印加された場合に、アンテナ部との間に電界を発生させるバイアス部を含んでいてもよい。この場合、アンテナ部を中心においてポテンシャルを傾斜させることができる。これによって、メタサーフェスにおける電子放出の向上又は抑制が実現され得る。

【0019】

上記一つの態様では、第一伝導線は、第一電極に接している第一端部と第一端部に電気的に接続されている第二端部とを含んでもよい。第二伝導線は、第二電極に接している第三端部と第三端部に電気的に接続されている第四端部とを含んでもよい。第二端部は、第一伝導線の当該第二端部以外の部分よりも、第四端部の近くに配置されていてもよい。この場合、第二端部と第四端部との間において発生する電界の強度が向上し、アンテナ部の周囲においてポテンシャルがさらに傾斜する。これによって、メタサーフェスにおける電子放出の向上又は抑制が実現され得る。

【0020】

上記一つの態様では、第二伝導線は、第四端部から延在する仮想直線上に延在する直線状部を含んでいてもよい。第二端部は、上記仮想直線上に位置していてもよい。この場合、第四端部において放出された電子が第二端部に当たって増幅される。したがって、メタサーフェスにおける電子放出が向上する。

【0021】

上記一つの態様では、第二伝導線は、第四端部から延在する仮想直線上に延在する直線状部を含んでいてもよい。第二端部は、上記仮想直線上に位置していなくてもよい。この場合、第四端部において放出された電子の第二端部による増幅が抑制される。この結果、窓から入射した電磁波に依拠した量の電子がメタサーフェスから放出される。このため、窓から入射した電磁波の振幅がより正確に検出され得る。

【0022】

上記一つの態様では、電子管は、電子増倍部と、電子収集部とをさらに備えてもよい。電子増倍部は、ハウジング内に配置されており、電子放出部材から放出された電子を増倍してもよい。電子収集部は、ハウジング内に配置されており、電子増倍部で増倍された電子を収集してもよい。ハウジング内は、真空であってもよい。この場合、電子放出部材から放出された電子が電子増倍部において増幅された後に、電子収集部において収集される。このため、コンパクトな構成でありながら、窓から入射した電磁波に対して検出精度が確保され得る。

【0023】

上記一つの態様では、電子増倍部及び電子収集部は、ダイオードであると共に一体に構成されていてもよい。この場合、電子管のサイズがさらに削減され得る。

【0024】

上記一つの態様では、電子増倍部は、互いに離間した複数のダイノードを有してもよい。電子収集部は、電子増倍部で増倍された電子を収集するアノード又はダイオードを有してもよい。この場合、メタサーフェスから放出された電子が複数のダイノードで増倍される。このため、アノード又はダイノードで収集される電子の増倍率が向上する。

【0025】

上記一つの態様では、電子増倍部は、マイクロチャンネルプレートを有してもよい。電子収集部は、電子増倍部で増倍された電子を収集するアノード又はダイオードを有してもよい。この場合、電子増倍部に複数のダイノードが用いられる場合に比べて、サイズ、重量、及び消費電力が削減されると共に、応答速度及び利得が向上する。

【0026】

上記一つの態様では、電子増倍部は、マイクロチャンネルプレートを有してもよい。電子収集部は、電子増倍部で増倍された電子を受けて光を発する蛍光体を有してもよい。この場合、メタサーフェスから放出された電子の２次元位置が、蛍光体が発した光によって検出され得る。

【0027】

本発明の別の態様に係る撮像装置は、上述した電子管と、蛍光体からの光に基づく像を撮像する撮像部と、を備えている。上記別の態様では、上述した電磁波の検出精度が確保される。

【0028】

本発明のさらに別の態様に係る電磁波検出装置は、上述した電子管と、光検出器を備える。光検出器は、光を検出する。ハウジングは、メタサーフェスから放出された電子によって発光するガスを収容している。光検出器は、ガスの発光による光を検出する。

【0029】

上記さらに別の態様では、ガスは、空気、アルゴンガス、又は窒素ガスを含んでいてもよい。

【発明の効果】

【0030】

本発明の一つの態様によれば、電磁波の検出精度が確保され得る電子管を提供できる。本発明の別の態様によれば、電磁波の検出精度が確保され得る撮像装置を提供することを目的とする。本発明のさらに別の態様によれば、電磁波の検出精度が確保される電磁波検出装置を提供することを目的とする。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】図１は、本実施形態に係る電子管の模式図である。

【図2】図２は、電子管の斜視図である。

【図3】図３は、電子管の側面図である。

【図4】図４は、電子管の側面図である。

【図5】図５は、電子管の断面図である。

【図6】図６は、保持部材の斜視図である。

【図7】図７は、保持部材の部分断面図である。

【図8】図８は、保持部材の分解図である。

【図9】図９は、保持体の分解図である。

【図10】図１０は、保持部材が電子放出部材を保持している状態を示す断面図である。

【図11】図１１は、保持部材がハウジングに位置決めされている状態を示す図である。

【図12】図１２は、保持部材がハウジングに位置決めされている状態を示す図である。

【図13A】図１３Ａは、本実施形態における電子放出部材の平面図である。

【図13B】図１３Ｂは、本実施形態の変形例における電子放出部材の平面図である。

【図13C】図１３Ｃは、本実施形態の変形例における電子放出部材の平面図である。

【図14】図１４は、伝導線の構成を示す図である。

【図15】図１５は、本実施形態の変形例における伝導線の構成を示す図である。

【図16】図１６は、本実施形態の変形例における伝導線の構成を示す図である。

【図17】図１７は、本実施形態の変形例における保持部材の斜視図である。

【図18A】図１８Ａは、本実施形態の変形例における電子放出部材の平面図である。

【図18B】図１８Ｂは、本実施形態の変形例における電子放出部材の平面図である。

【図18C】図１８Ｃは、本実施形態の変形例における電子放出部材の平面図である。

【図18D】図１８Ｄは、本実施形態の変形例における電子放出部材の平面図である。

【図19A】図１９Ａは、本実施形態の変形例における電子放出部材の平面図である。

【図19B】図１９Ｂは、本実施形態の変形例における電子放出部材の平面図である。

【図19C】図１９Ｃは、本実施形態の変形例における電子放出部材の平面図である。

【図20A】図２０Ａは、本実施形態の変形例における電子放出部材の平面図である。

【図20B】図２０Ｂは、本実施形態の変形例における電子放出部材の平面図である。

【図21】図２１は、本実施形態における電子管の動作を説明するための図である。

【図22A】図２２Ａは、本実施形態における電子管の動作を説明するための図である。

【図22B】図２２Ｂは、本実施形態における電子管の動作を説明するための図である。

【図23】図２３は、本実施形態における電子管の動作を説明するための図である。

【図24】図２４は、本実施形態の変形例における電子管の断面図である。

【図25】図２５は、本実施形態の変形例における電子管の断面図である。

【図26】図２６は、本実施形態の変形例における電子管の断面図である。

【図27】図２７は、マイクロチャンネルプレートの斜視切欠図である。

【図28】図２８は、本実施形態の変形例における電子管の部分断面図である。

【図29】図２９は、本実施形態の変形例における電子管の断面図である。

【図30】図３０は、本実施形態の変形例における撮像装置の側面図である。

【図31】図３１は、本実施形態の変形例における電子管の断面図である。

【図32】図３２は、本実施形態の変形例における電磁波検出装置の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有している要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

【0033】

まず、図１～図５を参照して、本実施形態に係る電子管の構成を説明する。図１は、本実施形態に係る電子管の概略図である。図２は、電子管の斜視図である。図２において、電子管の内部の構成も実線で示している。図３は、電子管の側面図である。図４は、電子管の側面図である。図５は、電子管の断面図である。

【0034】

電子管１は、電磁波の入射に応じて電気信号を出力する光電子増倍管である。本明細書において、電子管に入射する「電磁波」は、いわゆるミリ波から赤外光の周波数帯域を有している電磁波である。電子管１は、電磁波が入射した場合に内部で電子を放出し、放出された電子を増倍する。本実施形態において、電子管１は、電磁波を光電面に入射させ、外部光電効果によって光電面から放出された電子を増倍する。電子管１は、ハウジング１０と、電子放出部材２０と、保持部材３０と、電子増倍部４０と、電子収集部５０とを備えている。

【0035】

ハウジング１０は、バルブ１１と、ステム１２とを有している。ハウジング１０の内部は、バルブ１１とステム１２で気密に封止されている。本実施形態において、ハウジング１０の内部は真空に保持されている。真空は、絶対真空だけでなく、大気圧よりも低い圧力の気体で満たされた状態も含む。たとえば、ハウジング１０の内部は、１×１０^－４～１×１０^－７Ｐａに保持される。バルブ１１は、電磁波透過性を有する窓１１ａを有している。本明細書において、「電磁波透過性」とは、入射した電磁波の少なくとも一部の周波数帯域が透過する性質をいう。本実施形態において、ハウジング１０は円筒形状を有している。ステム１２は、ハウジング１０の底面を構成する。バルブ１１は、ハウジング１０の側面及びステム１２に対向する底面を構成する。

【0036】

窓１１ａは、ステム１２に対向する底面を構成する。窓１１ａは、たとえば、平面視で円形状である。電磁波の透過率の周波数特性は、材料に応じて異なる。このため、窓１１ａは、電子管１に入射する電磁波の周波数帯域に応じた最適な材料によって構成される。たとえば、窓１１ａは、たとえば、石英、シリコン、ゲルマニウム、サファイア、セレン化亜鉛、硫化亜鉛、フッ化マグネシウム、フッ化リチウム、フッ化バリウム、フッ化カルシウム、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、及びカルコゲナイドガラスから選択される少なくとも１種を含む。これらから選択された材料によって窓１１ａを構成することで、ミリ波から赤外光のうち任意の周波数帯域の電磁波をハウジング１０の内部に導くことができる。たとえば、石英は０．１～５ＴＨｚ、シリコンは０．０４～１１ＴＨｚ及び４６ＴＨｚ以上、フッ化マグネシウムは４０ＴＨｚ以上、ゲルマニウムは１３ＴＨｚ以上、セレン化亜鉛は１４ＴＨｚ以上の周波数帯域を有する電磁波を透過する部材の材料に適している。

【0037】

電子管１は、ハウジング１０の外部と内部との電気的な接続を可能とする複数の配線１３をさらに有している。複数の配線１３は、たとえば、リード線又はピンである。本実施形態において、複数の配線１３は、ステム１２を貫通するピンであり、ハウジング１０の内部から外部に延在している。複数の配線１３の少なくとも１つが、ハウジング１０の内部に設けられた種々の部材と接続されている。

【0038】

ハウジング１０は、ハウジング１０の内側面１０ａに設けられた伝導層１５，１６を有する。伝導層１５，１６は、互いに離間している。伝導層１５，１６には、互いに異なる電位がハウジング１０の外部から印加される。伝導層１５は、平面視で楕円形状を呈している。伝導層１５は、ハウジング１０の管軸ＴＡに沿って延在している。伝導層１５は、窓１１ａからステム１２に向かう方向に延在している。

【0039】

伝導層１６は、窓１１ａの周辺に設けられている。ハウジング１０の内側面１０ａに沿って、伝導層１６は、管軸ＴＡ周りに保持部材３０を囲っている。伝導層１５の延在方向において、伝導層１６は伝導層１５よりも窓１１ａに近い領域に設けられている。伝導層１６は、伝導層１５と対向する位置において、ハウジング１０の管軸ＴＡに沿って延在している。このため、伝導層１６も、窓１１ａからステム１２に向かう方向に延在する部分を含んでいる。本実施形態において、伝導層１５と伝導層１６との最短距離は、約１ｍｍである。伝導層１５，１６は、ハウジング１０の内側面１０ａに金属を蒸着させることで形成されている。伝導層１５，１６の材料は、例えば、アルミニウムを含む。伝導層１５が第一伝導層である場合、伝導層１６が第二伝導層である。

【0040】

電子放出部材２０は、ハウジング１０の内部に配置されており、ハウジング１０の内部で電磁波の入射に応じて電子を放出する。電子放出部材２０は、基板２１とメタサーフェスＳとを有する。基板２１は、互いに対向する主面２１ａ及び主面２１ｂを有している。本実施形態において、基板２１は、板形状である。たとえば、主面２１ａが第二主面を構成する場合、主面２１ｂが第一主面を構成する。

【0041】

主面２１ａ及び主面２１ｂは、窓１１ａに対して平行に配置されている。主面２１ａは、窓１１ａに対向している。主面２１ａは、窓１１ａを通過した電磁波が入射する入射面２２を含んでいる。基板２１は、窓１１ａを透過する電磁波に対して電磁波透過性を有している。このため、基板２１は、窓１１ａを透過した電磁波の少なくとも一部の周波数帯域を透過する。基板２１の材料は、たとえば、石英を含む。基板２１の材料は、たとえば、シリコンを含んでいてもよい。基板２１は、平面視で矩形状である。基板２１は、窓１１ａ及び電子増倍部４０から離間している。

【0042】

メタサーフェスＳは、電磁波の入射に応じて電子を放出する。メタサーフェスＳは、基板２１上でパターン化された酸化物層又はパターン化された金属層に含まれている。酸化物層の材料は、たとえば二酸化シリコン及び酸化チタンである。金属層の材料は、たとえば金である。本実施形態において、石英から成る基板２１の主面２１ｂ上に、酸化物層が形成され、酸化物層の上に金属層が形成されている。メタサーフェスＳは、平面視で矩形状である。本実施形態において、メタサーフェスＳは、主面２１ｂに設けられている。メタサーフェスＳは、主面２１ａに設けられていてもよい。

【0043】

保持部材３０は、ハウジング１０の内部において電子放出部材２０を保持する。保持部材３０は、ハウジング１０の内側面１０ａに対して位置決めされる。保持部材３０は、ハウジング１０に対して電子放出部材２０を位置決めする。保持部材３０は、ハウジング１０の内側面１０ａに沿う枠状であり、保持部材３０には貫通口３１が形成されている。電子放出部材２０の主面２１ａ，２１ｂに直交する方向から見た場合に、貫通口３１を画成する縁の内側に、電子放出部材２０の入射面２２及びメタサーフェスＳが配置される。保持部材３０がハウジング１０に対して位置決めされた状態において、ハウジング１０の管軸ＴＡは貫通口３１を通る。保持部材３０は、貫通口３１を通過する電磁波の光軸（以下、「保持部材３０の軸」という）がハウジング１０の管軸ＴＡと平行となるようにハウジング１０に対して位置決めされる。保持部材３０の軸ＨＡは、電子放出部材２０の主面２１ａ，２１ｂに直交する。保持部材３０は、複数の配線１３の少なくとも１つに接続されている。本実施形態において、保持部材３０は、電子放出部材２０に電圧を印加する。

【0044】

保持部材３０は、互いに離間している伝導端子３３，３４を有している。伝導端子３３と伝導端子３４とは、互いに離間している。伝導端子３３と伝導端子３４とには、伝導層１５，１６を通して、互いに異なる電位が印加される。伝導端子３３は、伝導層１５に向かって延在し、伝導層１５に弾性的に接している。このため、伝導端子３３は、伝導層１５に電気的に接続されている。伝導端子３４は、伝導層１６に向かって延在し、伝導層１６に弾性的に接している。このため、伝導端子３４は、伝導層１６に電気的に接続されている。伝導端子３３が第一伝導端子である場合、伝導端子３４が第二伝導端子である。

【0045】

電子増倍部４０は、ハウジング１０の内部に配置されており、電子放出部材２０から放出された電子が入射する入射面４０ａを有している。電子増倍部４０は、入射面４０ａに入射した電子を増倍する。本実施形態において、電子放出部材２０の主面２１ｂは、電子増倍部４０の入射面４０ａに面している。メタサーフェスＳは、電子増倍部４０の入射面４０ａに面しており、メタサーフェスＳから放出された電子が入射面４０ａに入射する。電子放出部材２０の主面２１ａは、ハウジング１０の窓１１ａに面している。

【0046】

本明細書において、「ＡがＢに面する」とは、ＢがＡに接する平面よりもＡの法線方向に位置することを意味する。換言すれば、「ＡがＢに面する」とは、空間をＡに接する面で二分した場合に、ＢがＡの裏側でなく、Ａ側に位置することを意味する。たとえば、電子管１において、上述したように、メタサーフェスＳは電子増倍部４０の入射面４０ａに面している。これは、電子増倍部４０の入射面４０ａがメタサーフェスＳに接する平面よりもメタサーフェスＳの法線方向に位置していることを意味する。

【0047】

本実施形態において、電子増倍部４０は、図１に示されているように、いわゆるラインフォーカス型の複数段のダイノードを有している。本実施形態において電子増倍部４０は、電子を集束させる集束電極４１と、互いに離間した複数段のダイノード４２ａ，４２ｂとを有している。ダイノード４２ａは、上述した入射面４０ａを含んでいる。本実施形態において、電子増倍部４０は、１０段のダイノード４２ａ，４２ｂを有している。ダイノード４２ａの後段に、９段のダイノード４２ｂが配置されている。集束電極４１の中央部には、円形状の入射開口４１ａが設けられている。ダイノード４２ａ，４２ｂは、入射開口４１ａの後段に配置されている。ダイノード４２ａ，４２ｂのそれぞれには、複数の配線１３のうち１つが接続されている。ダイノード４２ａ，４２ｂのそれぞれには、所定の電位が配線１３を通して印加される。ダイノード４２ａ，４２ｂは、印加された電位に応じて入射開口４１ａを通過した電子を増倍する。

【0048】

集束電極４１は、互いに離間している伝導端子４３，４４を有している。伝導端子４３と伝導端子４４とには、伝導層１５，１６を通して、互いに異なる電位が印加される。伝導層１５及び伝導層１６の一方は、グラウンドであってもよい。伝導端子４３は、伝導層１５に向かって延在し、伝導層１５に弾性的に接している。このため、伝導端子４３は、伝導層１５と電気的に接続されている。伝導端子４４は、伝導層１６に向かって延在し、伝導層１６に弾性的に接している。このため、伝導端子４４は、伝導層１６と電気的に接続されている。

【0049】

電子収集部５０は、ハウジング１０の内部に配置されており、電子増倍部４０で増倍された電子を収集する。本実施形態において、電子収集部５０はメッシュ状のアノード５１を有している。アノード５１は、電子放出部材２０の主面２１ｂよりもステム１２寄りに位置している。アノード５１には、複数の配線１３のうち１つが接続されている。アノード５１には、所定の電位が配線１３を通して印加される。アノード５１は、ダイノード４２ａ，４２ｂで増倍された電子を捕捉する。電子収集部５０は、アノード５１の代わりにダイオードを有していてもよい。

【0050】

本実施形態において、電子管１は、ダイノード４２ａ，４２ｂ及びアノード５１をハウジング１０の内部に固定する一対の絶縁基板５２を有している。一対の絶縁基板５２は、アルミナからなる。一対の絶縁基板５２は、互いに対向している。ダイノード４２ａ，４２ｂは、一対の絶縁基板５２の対向方向において延在する一対の端部を有している。アノード５１は、一対の絶縁基板５２の対向方向において延在する一対の端部を有している。ダイノード４２ａ，４２ｂ及びアノード５１のそれぞれの端部は、一対の絶縁基板５２に予め設けられたスリット状の貫通孔に挿入されている。

【0051】

電子管１は、ダイノード４２ａ，４２ｂとアノード５１との一部を囲う遮蔽板５５を有している。遮蔽板５５は、ダイノード４２ａ，４２ｂで増倍された電子の衝突によって生じた光及びイオンがハウジング１０の内部で飛散することを防止する。遮蔽板５５は、複数の配線１３のうち１つに接続されている。遮蔽板５５には、所定の電位が配線１３を通して印加される。

【0052】

次に、図５～図１０を参照して、保持部材３０の構成について詳細に説明する。図６は、保持部材３０の斜視図である。図７は、保持部材３０の部分断面図である。図８は、保持部材３０の分解図である。図９は、保持部材３０の一部をさらに分解した分解図である。図１０は、保持部材３０が電子放出部材を保持している状態を示す拡大端面図である。

【0053】

保持部材３０は、コンタクト部材６０と、保持体７０とを有している。コンタクト部材６０は、保持体７０に係合している。保持体７０は、上述した貫通口３１を有する。電子放出部材２０の主面２１ａ及び主面２１ｂは、貫通口３１から露出している。メタサーフェスＳは、貫通口３１から露出している。

【0054】

図８に示されているように、コンタクト部材６０は、上述した伝導端子３３と、ワッシャー６１と、絶縁体６２と、絶縁体６３と、取付台６４と、コンタクト電極６５と、支柱電極６６とを含んでいる。伝導端子３３は、長尺状の板形状を呈している。伝導端子３３の一端は取付台６４に接続されており、伝導端子３３の他端は上述した伝導層１５に弾性的に接している。

【0055】

保持部材３０がハウジング１０に位置決めされた状態において、窓１１ａ側からワッシャー６１、絶縁体６２、保持体７０、絶縁体６３、及び取付台６４の順に位置している。保持体７０は、絶縁体６２及び絶縁体６３に挟まれている。ワッシャー６１、絶縁体６２、絶縁体６３、取付台６４、及び保持体７０は、それぞれ貫通孔６０ａを有する。支柱電極６６は、伝導端子３３、ワッシャー６１、絶縁体６２、絶縁体６３、取付台６４、及び保持体７０のそれぞれの貫通孔６０ａに挿入される。コンタクト部材６０は、支柱電極６６によって、保持体７０に対して固定されている。

【0056】

絶縁体６２，６３は、それぞれ絶縁性を有している。伝導端子３３、ワッシャー６１、取付台６４、コンタクト電極６５、及び支柱電極６６は、それぞれ伝導性を有している。絶縁体６２，６３の材料は、たとえばセラミックを含む。ワッシャー６１及び取付台６４の材料は、たとえばステンレス鋼を含む。伝導端子３３及びコンタクト電極６５の材料は、たとえばステンレス鋼を含む。支柱電極６６の材料は、たとえばニッケルを含む。

【0057】

伝導端子３３は、少なくとも電子管１の非動作時において、保持体７０に対して絶縁されている。伝導端子３３は、コンタクト電極６５に電気的に接続されている。コンタクト電極６５は、電子放出部材２０に電気的に接続されている。伝導端子３３は、コンタクト電極６５を通して電子放出部材２０に電気的に接続されている。コンタクト電極６５は、保持体７０から離間している。

【0058】

保持体７０は、ベース部材７１と、枠部材７２と、中間部材７３と、第一位置決め部材７４と、第二位置決め部材７５と、ピン電極７６とを含む。保持部材３０がハウジング１０に位置決めされた状態において、窓１１ａ側から、ベース部材７１、枠部材７２、中間部材７３、第一位置決め部材７４、第二位置決め部材７５の順に位置している。保持体７０は、電子放出部材２０に接している。コンタクト部材６０は、第一位置決め部材７４及びベース部材７１に係合している。ベース部材７１、枠部材７２、中間部材７３、第一位置決め部材７４、及び第二位置決め部材７５は、電子放出部材２０を保持した状態で互いに溶接されている。

【0059】

ベース部材７１は、開口７１ａ及び貫通孔７１ｂとが形成された平板部７１ｃを有している。ベース部材７１は、平板部７１ｃにおいて電子放出部材２０の主面２１ａに接している。開口７１ａは、保持体７０の貫通口３１を形成している。ベース部材７１は、開口７１ａを画成する縁部分において電子放出部材２０の主面２１ａに接している。電子放出部材２０の入射面２２が開口７１ａから露出している。開口７１ａは、矩形状又は円形状である。本実施形態において、開口７１ａは、矩形状である。貫通孔７１ｂには、ピン電極７６が挿入されている。

【0060】

本実施形態において、図５に示されているように、ベース部材７１は、保持部材３０の軸ＨＡを通る断面においてＵ字形状を有している。ベース部材７１は、保持部材３０の軸ＨＡ方向において平板部７１ｃの周縁から枠部材７２とは反対側に延在する枠部７１ｄを更に有している。

【0061】

枠部材７２は、ベース部材７１と中間部材７３とに挟まれている。枠部材７２は、開口７２ａ及び貫通孔７２ｂが形成された平板部７２ｃを有している。開口７２ａは、保持部材３０の貫通口３１を形成している。枠部材７２の開口７２ａは、電子放出部材２０の縁に沿った形状を有している。枠部材７２は、電子放出部材２０の縁を囲っている。開口７２ａの縁は、電子放出部材２０の縁に接している。枠部材７２は、開口７２ａの縁によって主面２１ａ，２１ｂに直交する方向における電子放出部材２０の移動を規制する。開口７２ａは、矩形状又は円形状である。本実施形態において、開口７２ａは、矩形状である。

【0062】

枠部材７２は、保持部材３０の軸ＨＡと直交する方向において、保持部材３０に対して電子放出部材２０を位置決めする。枠部材７２の厚さＴ１は、電子放出部材２０の厚さＴ２以下である。本実施形態において、枠部材７２の厚さＴ１は、電子放出部材２０の厚さＴ２よりも小さい。

【0063】

枠部材７２は、第一伝導部７２ｄと、絶縁部７２ｅと、第二伝導部７２ｆとを含んでいる。絶縁部７２ｅは、第一伝導部７２ｄと第二伝導部７２ｆとに挟まれている。枠部材７２の開口７２ａは、絶縁部７２ｅと第二伝導部７２ｆとによって画定されている。第二伝導部７２ｆ及び絶縁部７２ｅは電子放出部材２０に接しているが、第一伝導部７２ｄは電子放出部材２０に接していない。絶縁部７２ｅには、貫通孔７２ｂが形成されている。貫通孔７２ｂには、ピン電極７６が挿入されている。絶縁部７２ｅは、ピン電極７６によって、ベース部材７１に固定されている。

【0064】

中間部材７３は、スペーサ７３ａと固定部７３ｂとを含んでいる。スペーサ７３ａと固定部７３ｂとは、互いに離間している。スペーサ７３ａは、平板形状を呈しており、固定部７３ｂと同一の厚さを有する。スペーサ７３ａは、第一伝導部７２ｄに接している。スペーサ７３ａは、ベース部材７１との間に第一伝導部７２ｄを挟んでいる。固定部７３ｂは、平板部７３ｃと複数の付勢部７３ｄとを有している。本実施形態において、平板部７３ｃと複数の付勢部７３ｄとは、一体に形成されている。平板部７３ｃは第二伝導部７２ｆに接しており、各付勢部７３ｄは電子放出部材２０に接している。平板部７３ｃは、ベース部材７１との間に第二伝導部７２ｆを挟んでいる。スペーサ７３ａの縁と固定部７３ｂの縁とは、保持部材３０の貫通口３１を形成している。

【0065】

各付勢部７３ｄは、板状であり、電子放出部材２０をベース部材７１に付勢する板バネとして機能する。このため、中間部材７３は、電子放出部材２０をベース部材７１に付勢する付勢部材として機能する。各付勢部７３ｄは、電子放出部材２０に接する前の状態において、平板部７３ｃと一体に面一で形成されている。各付勢部７３ｄは、平板部７３ｃから保持部材３０の軸ＨＡに向かって当該軸に直交する方向に突出している。換言すれば、各付勢部７３ｄは、平板部７３ｃから貫通口３１の中心寄りに延在している。

【0066】

各付勢部７３ｄは、主面２１ｂの縁に接していると共に当該縁に付勢力Ｆ１を加えることで、ベース部材７１の平板部７１ｃに対して電子放出部材２０を弾性的に付勢している。各付勢部７３ｄは、主面２１ｂと電気的に接続されている。すなわち、保持部材３０は、複数の付勢部７３ｄを通して主面２１ｂと電気的に接続されている。電子放出部材２０は、複数の付勢部７３ｄを通して、保持部材３０に接続された配線１３と電気的に接続されている。

【0067】

各付勢部７３ｄは、図１０に示されているように、電子放出部材２０の主面２１ｂの縁と接することで、弾性変形し、電子放出部材２０の主面２１ｂに付勢力Ｆ１を加える。各付勢部７３ｄの厚さＴ１は、電子放出部材２０の厚さＴ２よりも小さい。各付勢部７３ｄの厚さＴ３は、枠部材７２の厚さＴ１よりも小さい。平板部７３ｃと各付勢部７３ｄとの厚さＴ３は、同一である。なお、「同一」には、製造公差の範囲を含んでいる。

【0068】

本実施形態において、複数の付勢部７３ｄは、固定部７３ｂの縁に保持部材３０の軸ＨＡに直交する方向に複数の切欠き状の隙間７３ｅを設けた形状を有している。各付勢部７３ｄは、上記隙間７３ｅによって複数の片部７３ｆに分かれている。複数の片部７３ｆの各々が、ベース部材７１に電子放出部材２０を弾性的に付勢する金属片である。本実施形態において、各付勢部７３ｄは、平面視で矩形状の３つの片部７３ｆに分かれている。各付勢部７３ｄは、２つの部分に分かれていてよいし、４つ以上の部分に分かれていてもよい。

【0069】

第一位置決め部材７４及び第二位置決め部材７５は、ハウジング１０の内部でハウジング１０に対する保持部材３０の位置決めを行う。第一位置決め部材７４は、互いに離間した第一位置決め部材７４ａと第一位置決め部材７４ｂとを含んでいる。第一位置決め部材７４ａ，７４ｂのそれぞれは、平板部７４ｃと複数のバネ部７４ｄとを有している。平板部７４ｃと複数のバネ部７４ｄとは、一体に形成されている。複数のバネ部７４ｄは、伝導端子３３，３４の少なくとも一方を含む。本実施形態において、複数のバネ部７４ｄは、伝導端子３４を構成する。

【0070】

各第一位置決め部材７４ａ，７４ｂの平板部７４ｃは、保持部材３０の貫通口３１を形成している。第一位置決め部材７４ａの平板部７４ｃは、スペーサ７３ａに接している。第一位置決め部材７４ｂの平板部７４ｃは、固定部７３ｂの平板部７３ｃに接している。

【0071】

複数のバネ部７４ｄは、互いに異なる方向に延在している。本実施形態において、複数のバネ部７４ｄは、保持部材３０の軸ＨＡ方向から見て回転対称となるように、保持部材３０の周方向に配置されている。本実施形態において、複数のバネ部７４ｄは、それぞれ、ハウジング１０の内側面１０ａに沿って管軸ＴＡの周方向に等間隔で配置されている。本実施形態において、第一位置決め部材７４ａ，７４ｂは、それぞれ、２つのバネ部７４ｄを有している。

【0072】

第二位置決め部材７５は、互いに離間した第二位置決め部材７５ａと第二位置決め部材７５ｂとを含んでいる。第二位置決め部材７５ａ，７５ｂのそれぞれは、平板部７５ｃと複数のバネ部７５ｄとを有している。平板部７５ｃと複数のバネ部７５ｄとは、一体に形成されている。複数のバネ部７５ｄは、伝導端子３３及び伝導端子３４の少なくとも一方を含む。本実施形態において、複数のバネ部７５ｄは、伝導端子３４を構成する。

【0073】

各第二位置決め部材７５ａ，７５ｂの平板部７５ｃの縁は、保持部材３０の貫通口３１を形成している。第二位置決め部材７５ａの平板部７５ｃは、第一位置決め部材７４ａの平板部７４ｃに接している。第二位置決め部材７５ｂの平板部７５ｃは、第一位置決め部材７４ｂの平板部７４ｃに接している。

【0074】

複数のバネ部７５ｄは、互いに異なる方向に延在している。本実施形態において、複数のバネ部７５ｄは、保持部材３０の軸ＨＡ方向から見て回転対称となるように、保持部材３０の周方向に配置されている。複数のバネ部７５ｄは、それぞれ、ハウジング１０の内側面１０ａに沿って管軸ＴＡの周方向に等間隔で配置されている。各バネ部７５ｄは、窓１１ａから遠ざかる方向に延在している。本実施形態において、第二位置決め部材７５ａ，７５ｂは、それぞれ、２つのバネ部７５ｄを有している。

【0075】

ベース部材７１、枠部材７２の第一伝導部７２ｄ及び第二伝導部７２ｆ、中間部材７３、第一位置決め部材７４、並びに、第二位置決め部材７５は、伝導性を有している。枠部材７２の絶縁部７２ｅは、絶縁性を有している。ベース部材７１、第一位置決め部材７４、及び第二位置決め部材７５の材料は、たとえばステンレス鋼を含む。枠部材７２の第一伝導部７２ｄ及び第二伝導部７２ｆ、及び中間部材７３の材料は、たとえばステンレス鋼を含む。ピン電極７６の材料は、たとえばニッケルを含む。

【0076】

次に、図１１及び図１２を参照して、第一位置決め部材７４及び第二位置決め部材７５の構成についてさらに詳細に説明する。図１１及び図１２は、保持部材３０がハウジング１０に位置決めされている状態を示す図である。

【0077】

第一位置決め部材７４及び第二位置決め部材７５は、複数のバネ部７４ｄ及び複数のバネ部７５ｄによって、ハウジング１０に対して保持部材３０を位置決めする。各バネ部７４ｄは、保持部材３０の軸ＨＡに直交する方向から見て、複数のバネ部７５ｄよりも窓１１ａ寄りに配置されている。第一位置決め部材７４の各バネ部７４ｄは、保持部材３０の軸ＨＡ方向及び当該軸ＨＡに直交する方向に延在している。複数のバネ部７４ｄの先端は、伝導層１６に弾性的に接している。各バネ部７４ｄは、伝導端子３４として、伝導層１６と保持部材３０とを電気的に接続している。

【0078】

各バネ部７４ｄは、Ｔ字形状を有しており、先端が２つに分かれている。各バネ部７４ｄの先端は、保持部材３０の軸ＨＡ方向から見て、保持部材３０の周方向において互いに対向する方向に分かれている。各バネ部７４ｄは、２つの先端でハウジング１０の内側面１０ａに対して付勢力Ｆ２を加える。各バネ部７４ｄは、ハウジング１０の管軸ＴＡに直交する方向において、ハウジング１０の内部における保持部材３０の位置を弾性的に保持している。換言すれば、複数のバネ部７４ｄは、ハウジング１０の内側面１０ａに付勢力を加えることでハウジング１０に対して保持部材３０を位置決めする。

【0079】

第二位置決め部材７５の各バネ部７５ｄは、保持部材３０の軸ＨＡ方向及び当該軸ＨＡに直交する方向に延在している。各バネ部７５ｄは、当該バネ部７５ｄの先端でハウジング１０の内側面１０ａに対して付勢力Ｆ３を加える。第二位置決め部材７５は、複数のバネ部７５ｄとハウジング１０の内側面１０ａとの摩擦力によって、保持部材３０がハウジング１０の管軸ＴＡ方向に移動することを防止する。換言すれば、複数のバネ部７５ｄは、ハウジング１０の内側面１０ａに付勢力を加えることでハウジング１０に対して保持部材３０を位置決めする。各バネ部７５ｄの先端は、伝導層１６に弾性的に接している。各バネ部７５ｄは、伝導端子３４として、伝導層１６と保持部材３０とを電気的に接続している。

【0080】

次に、図１２～図１４を参照して、電子放出部材２０の構成について詳細に説明する。図１３Ａは、電子放出部材の平面図である。図１３Ｂ及び図１３Ｃは、本実施形態の変形例における電子放出部材の平面図である。図１４は、伝導線の構成を示す図である。

【0081】

基板２１の主面２１ａ及び主面２１ｂは、矩形状を呈している。主面２１ｂは、４つの縁２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆによって画定されている。縁２１ｃと縁２１ｅとは互いに対向し、縁２１ｄと縁２１ｆとは互いに対向する。

【0082】

電子放出部材２０は、メタサーフェスＳに加えて、メタサーフェスＳに電気的に接続されている第一電極８１と第二電極８２とを有している。第一電極８１と第二電極８２とは、互いに離間している。電子管１の動作時において、第一電極８１と第二電極８２とには互いに異なる電位が印加される。第一電極８１及び第二電極８２の一方は、グラウンドに接続されるように構成されていてもよい。少なくとも電子管１の非動作時において、第一電極８１と第二電極８２とは絶縁されている。

【0083】

図６に示されているように、本実施形態において、第一電極８１及び第二電極８２の少なくとも一部とメタサーフェスＳとは、保持体７０の貫通口３１から露出している。第一電極８１は、伝導端子３３に電気的に接続されている。第二電極８２は、伝導端子３４に電気的に接続されている。第一電極８１及び第二電極８２の一方は、コンタクト電極６５と接している。本実施形態において、コンタクト電極６５は、第一電極８１に弾性的に接している。このため、コンタクト電極６５は、第一電極８１に電気的に接続されている。付勢部７３ｄは、第二電極８２に弾性的に接している。このため、付勢部７３ｄは、第二電極８２に電気的に接続されている。

【0084】

図１３Ａに示されているように、本実施形態において、基板２１の主面２１ｂにおいて、互いに対向するように第一電極８１及び第二電極８２が設けられている。本実施形態において、第一電極８１及び第二電極８２は、主面２１ｂに直交する方向から見て、それぞれ矩形状を呈している。主面２１ｂに直交する方向から見て、第一電極８１の縁は、縁２１ｃの全体、縁２１ｄの一部、及び縁２１ｆの一部と重なっている。主面２１ｂに直交する方向から見て、第二電極８２の縁は、縁２１ｅの全体、縁２１ｄの一部、及び縁２１ｆの一部と重なっている。

【0085】

メタサーフェスＳは、アクティブタイプであり、第一電極８１及び第二電極８２に互いに異なる電位を印加することで、電磁波がメタサーフェスＳに入射された際の電子放出が制御される。メタサーフェスＳは、主面２１ｂの中央に設けられている。本実施形態において、メタサーフェスＳは、主面２１ｂにおいて、第一電極８１と第二電極８２との間に設けられている。本実施形態において、第一電極８１とメタサーフェスＳと第二電極８２とは、第一方向αにおいて順に並んで配置されている。

【0086】

メタサーフェスＳは、複数の第一伝導線８３と複数の第二伝導線８４とを含んでいる。第一伝導線８３と第二伝導線８４とは、互いに離間している。各第一伝導線８３は、第一電極８１に電気的に接続されており、第一電極８１から第二電極８２に向かって延在している。本実施形態において、各第一伝導線８３は、縁２１ｃと縁２１ｅとが対向する第一方向αに延在している。各第二伝導線８４は、第二電極８２に電気的に接続されており、第二電極８２から第一電極８１に向かって延在している。本実施形態において、各第二伝導線８４は、縁２１ｅと縁２１ｃとの対向する第一方向αに延在している。

【0087】

第一電極８１及び第二電極８２は、互いに離間していれば、図１３Ａに示した矩形状の構成に限定されない。たとえば、第一電極８１及び第二電極８２は、図１３Ｂ及び図１３Ｃに示されているように構成されてもよい。図１３Ｂに示されている構成において、第二電極８２は、縁２１ｄに沿って縁２１ｃに向かって延在しており、縁２１ｆに沿って縁２１ｃに向かって延在している。第二電極８２は、縁２１ｃから離間している。図１３Ｂに示されている構成において、主面２１ｂに直交する方向から見て、第二電極８２の縁は、縁２１ｄの一部、縁２１ｅの全体、及び縁２１ｆの一部と重なっている。

【0088】

図１３Ｃに示されている構成において、主面２１ｂに直交する方向から見て、第一電極８１の縁は、縁２１ｃの一部、及び縁２１ｄの一部のみと重なっている。図１３Ｃに示されている構成において、主面２１ｂに直交する方向から見て、第二電極８２の縁は、縁２１ｅの一部、及び縁２１ｆの一部のみと重なっている。図１３Ｃに示されている構成において、第一電極８１及び第二電極８２は、主面２１ｂに直交する方向から見て、それぞれ正方形状を呈している。図１３Ｃに示されている構成において、複数の第一伝導線８３と第一伝導線８３に対応する第二伝導線８４とは、第一方向α、第二方向β、並びに、第一方向α及び第二方向βに対して交差する方向に延在している。図１３Ｃに示されている電子放出部材２０が用いられる場合には、図６に示されている保持部材３０の構成からコンタクト電極６５が第一電極８１に接するように変形される。

【0089】

図１４は、本実施形態における、メタサーフェスＳにおける第一伝導線８３及び第二伝導線８４の部分拡大図である。各第一伝導線８３は、第一電極８１から対応する第二伝導線８４に向かって延在している。各第二伝導線８４は、第二電極８２から対応する第一伝導線８３に向かって延在している。各第一伝導線８３は、第一端部８３ａと、複数の第二端部８３ｂとを含んでいる。図１３Ａに示されているように、第一端部８３ａは、第一電極８１に接している。換言すれば、第一端部８３ａは、第一電極８１に直接的に連結されている。各第二端部８３ｂは、第一端部８３ａに電気的に接続されている。各第二伝導線８４は、第三端部８４ａと、複数の第四端部８４ｂとを含んでいる。第三端部８４ａは、第二電極８２に接している。換言すれば、第三端部８４ａは、第二電極８２に直接的に連結されている。第四端部８４ｂは、第三端部８４ａに電気的に接続されている。第一伝導線８３は、第一端部８３ａから第一方向αに延在し、メタサーフェスＳにおいて枝分かれして複数の第二端部８３ｂを形成している。第二伝導線８４は、第三端部８４ａから第一方向αに延在し、メタサーフェスＳにおいて枝分かれして複数の第四端部８４ｂを形成している。第一端部８３ａは、第一電極８１と間接的に接続されていてもよい。第三端部８４ａは、第二電極８２と間接的に接続されていてもよい。

【0090】

図１４に示されているように、第二端部８３ｂと当該第二端部８３ｂに対応する第四端部８４ｂとは、互いに対向していると共に互いに近接している。１つの第二端部８３ｂに対して、１つの第四端部８４ｂが近接して配置されている。第二端部８３ｂは、第一伝導線８３の当該第二端部８３ｂ部以外の部分よりも、対応する第四端部８４ｂの近くに配置されている。互いに対応する第二端部８３ｂと第四端部８４ｂとの最短距離は、たとえば１．８μｍである。最短距離は１．８μｍ未満であってもよい。例えば、最短距離は１０ｎｍであってもよい。最短距離が減少するにつれて、メタサーフェスの感度は増加する。

【0091】

本実施形態において、図１４に示されているように、メタサーフェスＳにおいて、第一伝導線８３は、第一方向αに直線状に延在した直線状部８３ｃと、直線状部８３ｃから枝分かれして対向する第二伝導線８４に向かって直線状に延在した直線状部８３ｄとを含む。直線状部８３ｄは、第二端部８３ｂを含む。第二伝導線８４は、第一方向αに直線状に延在した直線状部８４ｃと、直線状部８４ｃから枝分かれして対向する第一伝導線８３に向かって直線状に延在した直線状部８４ｄとを含む。直線状部８４ｄは、第四端部８４ｂを含む。直線状部８３ｃと直線状部８４ｃとは、互いに平行に延在している。本実施形態において、直線状部８３ｄ及び直線状部８４ｄは、第一方向αと直交する第二方向βに延在している。

【0092】

互いに対応する直線状部８３ｄと直線状部８４ｄとは、同一の仮想直線Ｒ１上において延在している。互いに対応する直線状部８３ｄと直線状部８４ｄとは、互いに対向していると共に近接する第二端部８３ｂと第四端部８４ｂとを含む直線状部８３ｄ及び直線状部８４ｄを意味する。第一伝導線８３の直線状部８３ｄは、第二端部８３ｂから第二方向βに延在する仮想直線Ｒ１上に位置し、当該直線状部８３ｄに対応する直線状部８４ｄの第四端部８４ｂは、当該仮想直線Ｒ１に位置している。換言すれば、第二伝導線８４の直線状部８４ｄは、第四端部８４ｂから第二方向βに延在する仮想直線Ｒ１上に位置し、当該直線状部８４ｄに対応する直線状部８３ｄの第二端部８３ｂは、当該仮想直線Ｒ１に位置している。１つの直線状部８４ｄの第四端部８４ｂに向かって、１つの直線状部８３ｄのみが延在している。互いに対応する直線状部８３ｄと直線状部８４ｄとは、同一の長さを有している。「同一」とは、製造誤差の範囲を含む。図１４に示される構成において、第一伝導線８３と第二伝導線８４とは、互いに鏡面対称に形成されている。

【0093】

複数の第一伝導線８３及び複数の第二伝導線８４は、たとえば、蒸着処理及びエッチング処理によって形成されている。複数の第一伝導線８３及び複数の第二伝導線８４の材料は、たとえば金を含む。本実施形態において、第一伝導線８３及び第二伝導線８４は、上述した金属層に含まれ、上述した酸化物層上に形成されている。電子放出部材２０において、第一電極８１及び第一伝導線８３と、第二電極８２及び第二伝導線８４とは、酸化物層を介して接続されており、少なくとも電子管１の非動作時において互いに絶縁されている。

【0094】

第一伝導線８３及び第二伝導線８４の少なくとも一方は、アンテナ部８５及びバイアス部８７を構成する。図１４に示されている構成において、第一伝導線８３の直線状部８３ｄと第二伝導線８４の直線状部８４ｄとの双方が、アンテナ部８５及びバイアス部８７として構成されている。

【0095】

アンテナ部８５は、電磁波の入射に応じて電子を放出する。本実施形態において、アンテナ部８５に電磁波が入射すると、アンテナ部８５の周囲に電界が誘起される。この結果、アンテナ－真空境界面におけるポテンシャル障壁が薄くなり、アンテナ部８５に存在した電子がトンネル効果によってポテンシャル障壁を抜ける。ポテンシャル障壁を抜けた電子は、アンテナ部８５の周囲の電界によって加速される。この結果、アンテナ部８５に対する電磁波の入射によって、電界電子放出が生じる。バイアス部８７は、バイアス電位が印加された場合に、対応する伝導線のアンテナ部８５との間に電界を発生させる。

【0096】

図１４に示されている構成において、第一伝導線８３の直線状部８３ｄは、電磁波の入射に応じて電子を放出するアンテナ部８５と、第一電極８１にバイアス電位が印加された場合に第二伝導線８４の直線状部８４ｄとの間に電界を発生させるバイアス部８７とを兼ねている。第二伝導線８４は、電磁波の入射に応じて電子を放出するアンテナ部８５と、第二電極８２にバイアス電位が印加された場合に第一伝導線８３の直線状部８３ｄとの間に電界を発生させるバイアス部８７とを兼ねている。すなわち、第一伝導線８３及び第二伝導線８４の一方は、電磁波の入射に応じて電子を放出するアンテナ部８５と、第一伝導線８３及び第二伝導線８４の他方との間に電界を発生させるバイアス部８７とを兼ねている。図１４に示されている構成において、第一電極８１にバイアス電位が印加された場合に、電磁波の入射に応じて第二伝導線８４が電子を放出する。第二電極８２にバイアス電位が印加された場合に、電磁波の入射に応じて第一伝導線８３が電子を放出する。

【0097】

アンテナ部８５のサイズが小さいほど、波長が短い電磁波、すなわち、周波数が大きい電磁波に対して電界電子放出が生じやすい。メタサーフェスＳは、アンテナ部８５の構造の変更に応じて、０．０１～１５０ＴＨｚ程度の周波数帯域、いわゆるミリ波から赤外光の周波数帯域に対応できる。メタサーフェスＳは、たとえば、いわゆるミリ波からテラヘルツ波の周波数帯域に相当する０．０１～１０ＴＨｚの周波数帯域に対応できるように構成されてもよい。メタサーフェスＳは、たとえば、テラヘルツ波から赤外光の周波数帯域に相当する１０～１５０ＴＨｚの周波数帯域に対応できるよう構成されてもよい。本実施形態において、電子放出部材２０の主面２１ｂのサイズは１０×１０ｍｍである。メタサーフェスＳの平面視のサイズは、３．２×３．２ｍｍである。各アンテナ部８５のピッチは、約７０μｍ～１００μｍである。当該メタサーフェスＳは、周波数が０．５ＴＨｚの電磁波に対応している。

【0098】

本実施形態において、メタサーフェスＳは、透過型のメタサーフェスである。透過型のメタサーフェスにおいて、電磁波が入射すると、電磁波が入射した面と反対側から電子が放出される。電子管１において、窓１１ａを透過した電磁波は、基板２１の主面２１ａに入射する。基板２１を透過した電磁波は、主面２１ｂに設けられたメタサーフェスＳに入射する。メタサーフェスＳは、窓１１ａ及び基板２１を透過して入射した電磁波に応じて電子を放出する。

【0099】

次に、図１５及び図１６を参照して、本実施形態の変形例における第一伝導線８３と第二伝導線８４の構造について説明する。これらの本変形例は、概ね、上述した実施形態と類似又は同じである。これらの変形例は、第一伝導線８３と第二伝導線８４との構成において上述した実施形態と相違する。これらの変形例において、第一伝導線８３と第二伝導線８４とは、互いに鏡面非対称に形成されている。以下、上述した実施形態と本変形例との相違点を主として説明する。図１５は、本実施形態の変形例のメタサーフェスＳにおける第一伝導線８３及び第二伝導線８４の部分拡大図である。図１６は、本実施形態のさらに別の変形例のメタサーフェスＳにおける第一伝導線８３及び第二伝導線８４の部分拡大図である。

【0100】

図１５に示されている構成において、第一伝導線８３の直線状部８３ｄは、第二方向βにおいて、当該直線状部８３ｄに接続されている直線状部８３ｃを挟む一対の第二伝導線８４の各々に向かって延在している。第二伝導線８４の直線状部８４ｄは、第二方向βにおいて、当該直線状部８４ｄに接続されている直線状部８４ｃを挟む一対の第一伝導線８３の各々に向かって延在している。図１５に示されている構成において、直線状部８３ｃと、当該直線状部８３ｃから枝分かれした直線状部８３ｄとは、十字に交差している。直線状部８４ｃと、当該直線状部８４ｃから枝分かれした直線状部８４ｄとは、十字に交差している。

【0101】

互いに対応する直線状部８３ｄと直線状部８４ｄとは、同一の仮想直線Ｒ２上において延在している。第一伝導線８３の直線状部８３ｄは、第二端部８３ｂから第二方向βに延在する仮想直線Ｒ２上に位置し、当該直線状部８３ｄに対応する直線状部８４ｄの第四端部８４ｂは、当該仮想直線Ｒ２に位置している。換言すれば、第二伝導線８４の直線状部８４ｄは、第四端部８４ｂから第二方向βに延在する仮想直線Ｒ２上に位置し、当該直線状部８４ｄに対応する直線状部８３ｄの第二端部８３ｂは、当該仮想直線Ｒ２に位置している。１つの直線状部８４ｄの第四端部８４ｂに向かって、１つの直線状部８３ｄのみが延在している。１つの直線状部８３ｄの第二端部８３ｂに向かって、１つの直線状部８４ｄのみが延在している。

【0102】

図１５に示されている構成において、第二伝導線８４の直線状部８４ｄがアンテナ部８５として構成されている。第一伝導線８３の直線状部８３ｄは、第一電極８１にバイアス電位が印加された場合に、第二伝導線８４のアンテナ部８５との間に電界を発生させるバイアス部８７として構成されている。図１５に示されている構成において、第二方向βにおける直線状部８４ｄの長さは、第二方向βにおける直線状部８３ｄの長さよりも大きい。「直線状部８３ｄの長さ」とは、直線状部８３ｃに連結されている部分から第二端部８３ｂまでの距離である。「直線状部８４ｄの長さ」とは、直線状部８４ｃに連結されている部分から第四端部８４ｂまでの距離である。たとえば、第二方向βにおける直線状部８３ｄの長さは５．６μｍであり、第二方向βにおける直線状部８４ｄの長さは１１６μｍである。直線状部８３ｃの太さは、直線状部８３ｄ、直線状部８４ｃ、及び直線状部８４ｄの太さよりも大きい。「直線状部の太さ」とは、直線状部の延在方向と直交する方向における各直線状部の幅である。たとえば、直線状部８３ｃの太さは７．８μｍであり、直線状部８３ｄ、直線状部８４ｃ、及び直線状部８４ｄの太さは、４．９μｍである。

【0103】

図１６に示されている構成は、直線状部８４ｃが延在している仮想直線Ｒ３上に、対応する直線状部８３ｃが位置していない点に関して、図１５に示されている構成と相違する。以下、上述した実施形態と本変形例との相違点を主として説明する。図１６に示されている構成においても、第二伝導線８４の直線状部８４ｄがアンテナ部８５として構成されている。図１６に示されている構成においても、第一伝導線８３の直線状部８３ｄが第一電極８１にバイアス電位が印加された場合に第二伝導線８４のアンテナ部８５の近傍に電界を発生させるバイアス部８７として構成されている。

【0104】

図１６に示されている構成において、１つの直線状部８４ｄの第四端部８４ｂに向かって、複数の直線状部８３ｄが延在している。１つの第四端部８４ｂに対して、複数の第二端部８３ｂが近接して配置されている。１つの第四端部８４ｂに向かって延在する複数の直線状部８３ｄは、２つであってもよいし、３つ以上であってもよい。図１６に示されている構成において、１つの直線状部８４ｄの第四端部８４ｂに向かって、２つの直線状部８３ｄが延在している。２つの第二端部８３ｂの各々が、１つの第四端部８４ｂに対向している。２つの第二端部８３ｂの各々と１つの第四端部８４ｂとの距離は、等距離である。「等距離」とは、製造公差の範囲を含む。

【0105】

図１６に示されている構成において、直線状部８３ｄは、直線状部８３ｃの延在方向及び直線状部８４ｄの延在方向と交差する方向に、直線状部８３ｃから第四端部８４ｂに向かって延在している。第二伝導線８４の直線状部８４ｄは、第四端部８４ｂから第二方向βに延在する仮想直線Ｒ３上に延在している。当該直線状部８４ｄに対応する直線状部８３ｄの第二端部８３ｂは、当該仮想直線Ｒ３に位置していない。

【0106】

次に、図１７～図１８Ｄを参照して、本実施形態の変形例における保持部材３０及び電子放出部材２０の構成について詳細に説明する。図１７は、本実施形態の変形例における保持部材３０の斜視図である。図１８Ａ～図１８Ｄは、電子放出部材２０の平面図である。本変形例は、概ね、上述した実施形態と類似又は同じである。本変形例は、第一電極８１及び第二電極８２の構成及び枠部材７２の構成に関して、上述した実施形態及び変形例と相違する。以下、上述した実施形態と本変形例との相違点を主として説明する。

【0107】

図１７に示されているように、本変形例において、枠部材７２は、伝導部７２ｇのみを含んでおり、単一の電位のみが枠部材７２に付与される。本変形例における枠部材７２は、絶縁部７２ｅに相当する部分を含んでいない。本変形例において、第一電極８１の全体と第二電極８２の一部とメタサーフェスＳとは、保持体７０の貫通口３１から露出している。第一電極８１及び第二電極８２の少なくとも一方は、保持部材３０の保持体７０から離間している。本変形例において、コンタクト電極６５と接している第一電極８１は、保持体７０の貫通口３１の縁から離間している。第一電極８１には、コンタクト電極６５が弾性的に接している。

【0108】

第一電極８１及び第二電極８２の少なくとも一方は、基板２１の全ての縁２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆから離間している。本変形例において、上述した実施形態と同様に、第一電極８１及び第二電極８２は、矩形状を呈している。図１８Ａに示されている構成において、第一電極８１及び第二電極８２の長辺は、第二方向βに延在している。主面２１ｂに直交する方向から見て、第二電極８２の縁は、縁２１ｅの全体、縁２１ｄの一部、及び縁２１ｆの一部と重なっている。第一電極８１の縁は、基板２１の全ての縁２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆと重なっていない。図１８Ａに示されているように、第一電極８１は、基板２１の全ての縁２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆから離間して主面２１ｂに設けられている。

【0109】

図１８Ｂ～図１８Ｄは、図１８Ａに示されている構成の変形例を示している。たとえば、第一電極８１及び第二電極８２は、図１８Ａ～図１８Ｄに示されているように構成されてもよい。図１８Ｂに示されている構成において、第二電極８２は、縁２１ｄに沿って縁２１ｃに向かって延在しており、縁２１ｆに沿って縁２１ｃに向かって延在している。図１８Ｂに示されている構成において、第二電極８２は、縁２１ｃから離間している。図１８Ｂに示されている構成において、主面２１ｂに直交する方向から見て、第二電極８２の縁は、縁２１ｄの一部、縁２１ｅの全体、及び縁２１ｆの一部と重なっている。

【0110】

図１８Ｃに示されている構成において、第二電極８２は、基板２１の縁２１ｄ，２１ｆから離間している。図１８Ｃに示された構成において、第一電極８１と第二電極８２とが同一の形状を呈している。図１８Ｃに示された構成において、主面２１ｂに直交する方向から見て、第二電極８２の縁は、基板２１の縁２１ｅと重なっている。

【0111】

図１８Ｄに示されている構成において、第二電極８２は、縁２１ｄに沿って縁２１ｃまで延在しており、縁２１ｆに沿って縁２１ｃまで延在している。図１８Ｄに示されている構成において、主面２１ｂに直交する方向から見て、第二電極８２の縁は、縁２１ｃの一部、縁２１ｄの全体、縁２１ｅの全体、及び縁２１ｆの全体と重なっている。

【0112】

次に、図１９Ａ～図１９Ｃを参照して、図１７及び図１８Ａ～図１８Ｄに示した構成のさらなる変形例における電子放出部材２０の構成について詳細に説明する。本変形例は、概ね、図１７及び図１８Ａ～図１８Ｄに示した変形例と類似又は同じである。以下、図１７及び図１８Ａ～図１８Ｄに示した変形例との相違点を主として説明する。図１９Ａ～図１９Ｃは、電子放出部材の平面図である。

【0113】

図１９Ａに示されている構成において、主面２１ｂに直交する方向から見て、第一電極８１の縁は、縁２１ｃの一部及び縁２１ｄの一部のみと重なっている。図１９Ａに示されている構成において、主面２１ｂに直交する方向から見て、第二電極８２の縁は、縁２１ｄの一部、縁２１ｅの全体、縁２１ｆの全体、及び縁２１ｃの一部と重なっている。図１９Ａに示されている構成において、主面２１ｂに直交する方向から見て、第一電極８１は矩形状を呈しており、第二電極８２はＬ字形状を呈している。図１９Ａに示されている構成において、第一電極８１とメタサーフェスＳと第二電極８２とは、第一方向α及び第二方向βに対して交差する方向において順に並んで配置されている。図１９Ａに示されている構成において、複数の第一伝導線８３と第一伝導線８３に対応する第二伝導線８４とは、第一方向α、第二方向β、並びに、第一方向α及び第二方向βに対して交差する方向に延在している。図１９Ａに示されている電子放出部材２０が用いられる場合には、図１７に示されている保持部材３０の構成からコンタクト電極６５が第一電極８１に接するように変形されてもよい。

【0114】

図１９Ｂに示されている構成において、主面２１ｂに直交する方向から見て、第二電極８２の縁は、縁２１ｃの全体、縁２１ｄの全体、縁２１ｅの全体、及び縁２１ｆの全体と重なっている。図１９Ｂに示されている構成において、主面２１ｂに直交する方向から見て、第一電極８１は矩形状を呈していると共に主面２１ａの中央に配置され、第二電極８２はＯ字形状を呈しており第一電極８１を囲んでいる。図１９Ｂに示されている構成において、メタサーフェスＳは、第二電極８２に囲われており、第一電極８１を囲んでいる。図１９Ｂに示されている構成において、複数の第一伝導線８３と第一伝導線８３に対応する第二伝導線８４とは、主面２１ｂの中央から放射状に延在している。図１９Ｂに示されている電子放出部材２０が用いられる場合には、図１７に示されている保持部材３０の構成からコンタクト電極６５が第一電極８１に接するように変形されてもよい。

【0115】

図１９Ｃに示されている構成において、第一電極８１の縁は、基板２１の全ての縁２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆと重なっていない。図１９Ｃに示されている構成において、第一電極８１の縁は、主面２１ｂに直交する方向から見て、第一電極８１の縁は、基板２１の全ての縁２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆから離間している。図１９Ｃに示されている構成において、主面２１ｂに直交する方向から見て、第二電極８２の縁は、縁２１ｄの一部、縁２１ｅの全体、縁２１ｆの全体、及び縁２１ｃの一部と重なっている。図１９Ｃに示されている構成において、主面２１ｂに直交する方向から見て、第一電極８１は矩形状を呈しており、第二電極８２はＬ字形状を呈している。図１９Ｃに示されている構成において、第一電極８１の長辺は第一方向αに延在している。

【0116】

図１９Ｃに示されている構成において、第一電極８１とメタサーフェスＳと第二電極８２とは、第二方向βにおいて順に並んで配置されている。図１９Ｃに示されている構成において、複数の第一伝導線８３と第一伝導線８３に対応する第二伝導線８４とは、第二方向βに延在している。図１９Ｃに示されている電子放出部材２０が用いられる場合には、図１７に示されている保持部材３０の構成から、第一電極８１に接続されるコンタクト部材６０と同様の構成を有するコンタクト部材を第二電極８２に接続させるように変形されてもよい。

【0117】

電子放出部材２０は、図１３Ａ～図１３Ｃ、図１８Ａ～図１８Ｄ、及び図１９Ａ～図１９Ｃに示されている構成に限定されない。たとえば、図２０Ａ及び図２０Ｂに示されているように構成されてもよい。

【0118】

図２０Ａに示されている構成において、主面２１ｂに直交する方向から見て、第一電極８１及び第二電極８２は、矩形状を呈している。図２０Ａに示されている構成において、第一電極８１及び第二電極８２の長辺は、第二方向βに延在している。図２０Ａに示されている構成において、第一電極８１の縁は、基板２１の全ての縁２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆと重なっていない。図２０Ａに示されている構成において、第一電極８１の縁は、主面２１ｂに直交する方向から見て、第一電極８１の縁は、基板２１の全ての縁２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆから離間している。図２０Ａに示されている構成において、第一電極８１と第二電極８２とは、同一の形状を呈しており、主面２１ｂにおいて回転対称及び線対称に配置されている。

【0119】

図２０Ａに示されている構成において、第一電極８１とメタサーフェスＳと第二電極８２とは、第一方向αにおいて順に並んで配置されている。図２０Ａに示されている構成において、複数の第一伝導線８３と第一伝導線８３に対応する第二伝導線８４とは、第一方向αに延在している。図２０Ａに示されている電子放出部材２０が用いられる場合には、第一電極８１と第二電極８２とメタサーフェスＳとが、開口７２ａから露出していると共に開口７２ａの縁から離間する。図２０Ａに示されている電子放出部材２０が用いられる場合には、第一電極８１に接続されるコンタクト部材６０と同様の構成を有するコンタクト部材が２つ用いられてもよい。この場合、互いに離間した２つのコンタクト電極６５がそれぞれ第一電極８１と第二電極８２とに接している。

【0120】

図２０Ｂに示されている構成において、主面２１ｂに直交する方向から見て、第一電極８１の縁は、縁２１ｃの一部、縁２１ｄの全体、及び縁２１ｅの一部と重なっている。図２０Ｂに示されている構成において、主面２１ｂに直交する方向から見て、第二電極８２の縁は、縁２１ｅの一部、縁２１ｆの全体、及び縁２１ｃの一部と重なっている。図２０Ｂに示されている構成において、第一電極８１と第二電極８２とは、互いに対向する方向において、凹凸形状の縁を有している。図２０Ｂに示されている構成において、第一電極８１とメタサーフェスＳと第二電極８２とは、第二方向βにおいて順に並んで配置されている。図２０Ｂに示されている構成において、第一伝導線８３と第一伝導線８３に対応する第二伝導線８４とは、第二方向βに延在している。

【0121】

次に、本実施形態における電子管１の動作について説明する。保持部材３０、ダイノード４２ａ，４２ｂ、及びアノード５１には、それぞれ、配線１３を通して電位が印加される。保持部材３０、ダイノード４２ａ，４２ｂ、及びアノード５１の各々に印加される電位は、保持部材３０からアノード５１に近づくにつれて順次高くなるように設定されている。

【0122】

電子放出部材２０の第一電極８１には、伝導層１５と伝導端子３３とを通して電位が印加される。電子放出部材２０の第二電極８２には、伝導層１６と伝導端子３４とを通して電位が印加される。第一電極８１と第二電極８２とには、互いに異なる電位が印加される。第一電極８１及び第二電極８２の一方は、グラウンドであってもよい。

【0123】

電磁波は、ハウジング１０の窓１１ａを透過すると、保持部材３０のベース部材７１の開口７１ａに入射する。開口７１ａを通過した電磁波は、電子放出部材２０の入射面２２に入射する。電磁波は、基板２１を透過し、メタサーフェスＳに入射する。メタサーフェスＳに電磁波が入射すると、アンテナ部８５の周囲に電界が誘起される。この結果、アンテナ－真空境界面におけるポテンシャル障壁が薄くなり、アンテナ部８５に存在した電子がトンネル効果によってポテンシャル障壁を抜ける。ポテンシャル障壁を抜けた電子は、アンテナ部８５の周囲の電界によって加速される。この結果、電子放出部材２０は、電磁波の入射に応じて、電子をメタサーフェスＳから放出する。電子放出部材２０から放出された電子は、電子増倍部４０の入射面４０ａに導かれる。

【0124】

電子放出部材２０から放出された電子は、集束電極４１で収束されて第１段目のダイノード４２ａに送られる。第１段目のダイノード４２ａに電子が入射すると、ダイノード４２ａから二次電子が第２段目のダイノード４２ｂに向けて放出される。第２段目のダイノード４２ｂに電子が入射すると、二次電子が第３段目のダイノード４２ｂに向けて放出される。このように、第１段目のダイノード４２ａから第１０段目のダイノード４２ｂへと電子が増倍されながら順次送られる。電子放出部材２０から放出された電子に対して、電子増倍部４０でカスケード増倍が行われる。電子増倍部４０で増倍された電子は、電子収集部５０であるアノード５１で収集されて、アノード５１から配線１３を通して出力信号として出力される。

【0125】

図２１～図２３を参照して、電子放出部材２０の動作について更に詳細に説明する。図２１～図２３において、縦軸はポテンシャルエネルギーＵを示し、横軸はアンテナ部８５の縁からの距離Ｘを示す。図２１と、図２２Ａ及び図２２Ｂと、図２３は、それぞれ異なる動作モードを説明するための図である。

【0126】

まず、図２１を参照して、閾値モードについて説明する。電子管１の動作時において、電子放出部材２０には、第一電極８１と第二電極８２との間にバイアス電圧が印加される。換言すれば、第一伝導線８３と第二伝導線８４とを通して、アンテナ部８５にバイアス電圧が印加される。この結果、メタサーフェスＳに電磁波が入射する前の状態から、図２１において実直線９１によって示されているように、アンテナ部８５の周囲のポテンシャルが傾斜する。このため、アンテナ部８５にバイアス電圧が印加されている状態においてメタサーフェスＳに電磁波が入射すれば、破線９２によって示されているように、アンテナ部８５の周囲のポテンシャルがさらに傾斜する。したがって、電磁波の振幅が低い場合において、バイアス電圧が印加されていない状態に比べて、トンネル効果によってポテンシャル障壁を抜ける電子ＥＬが増加する。このような動作モードによれば、たとえば、低出力の電磁波に関しても出力の有無を検出できる。

【0127】

次に、図２２Ａ及び図２２Ｂを参照して、モデュレーションモードについて説明する。この動作モードにおいて、閾値モードよりも高いバイアス電圧がアンテナ部８５に印加される。この結果、図２２Ａにおいて実直線９４によって示されているように、メタサーフェスＳに電磁波が入射される前の状態において、アンテナ部８５の周囲のポテンシャルがさらに傾斜する。すなわち、図２２Ａにおける実直線９４は、図２１における実直線９１よりも傾斜している。具体的には、メタサーフェスＳに電磁波が入射する前の状態から、アンテナ部８５における電子がポテンシャル障壁を抜けるようにバイアス電圧が設定される。この状態においてメタサーフェスＳに電磁波が入射すれば、破線９５によって示されているように、アンテナ部８５の周囲のポテンシャルはさらに傾斜する。このような動作モードによれば、メタサーフェスＳに入射した電磁波の微小な変化も検出できる。したがって、たとえば、メタサーフェスＳに入射している電磁波の安定性が測定され得る。

【0128】

次に、図２３を参照して、リバースバイアスモードについて説明する。この動作モードにおいて、アンテナ部８５に逆バイアス電圧が印加される。この結果、図２３において実直線９６によって示されているように、アンテナ部８５の周囲のポテンシャルは、メタサーフェスＳに電磁波が入射される前の状態において、上述した閾値モード及びモデュレーションモードとは逆方向に傾斜する。この状態において、高出力の電磁波がメタサーフェスＳに入射すれば、破線９７によって示されているように、アンテナ部８５の周囲のポテンシャルは傾斜する。この結果、トンネル効果によってメタサーフェスＳから電子が放出される。この動作モードによれば、メタサーフェスＳに高出力の電磁波が入射しても、安定した測定が実現され得ると共に機器の破損が抑制される。

【0129】

次に、図２４を参照して、本実施形態の変形例に係る電子管について説明する。図２４は、電子管の一例の断面図である。図２４に示されている変形例は、概ね、上述した実施形態と類似又は同じであるが、当該変形例は、窓１１ａがハウジング１０の側面に設けられている点、メタサーフェスＳに対する電磁波の入射方向が異なる点、電子増倍部４０がいわゆるサーキュラゲージ型の複数段のダイノードを有している点に関して、上述した実施形態と相違する。以下、上述した実施形態と本変形例との相違点を主として説明する。

【0130】

図２４に示されている電子管１Ａにおいて、窓１１ａは、円筒形状のハウジング１０の側面に設けられている。電子管１Ａにおいても、電子放出部材２０は、保持部材３０によって保持されている。電子管１Ａにおいて、基板２１の主面２１ｂは、窓１１ａ及び電子増倍部４０の入射面４０ａに面している。すなわち、主面２１ｂに設けられたメタサーフェスＳは、窓１１ａ及び電子増倍部４０の入射面４０ａに面している。

【0131】

電子管１Ａにおいて、電子放出部材２０のメタサーフェスＳは、反射型のメタサーフェスである。反射型のメタサーフェスにおいて、電磁波が入射すると、電磁波が入射した面が面する方向に電子が放出される。電子管１Ａにおいて、窓１１ａを透過した電磁波は、基板２１を介さずに、基板２１の主面２１ｂに設けられたメタサーフェスＳに入射する。メタサーフェスＳは、窓１１ａを透過して入射した電磁波に応じて電子を放出する。

【0132】

電子管１Ａは、メタサーフェスＳと窓１１ａとの間にグリッド３７を備えている。窓１１ａを透過した電磁波は、グリッド３７を透過してメタサーフェスＳに入射する。グリッド３７には、配線１３を通して電圧が印加されている。グリッド３７による電界の影響よって、メタサーフェスＳから放出された電子は電子増倍部４０の入射面４０ａに導かれる。

【0133】

電子管１Ａの電子増倍部４０は、いわゆるサーキュラーケージ型の複数段のダイノード４２ａ，４２ｂを有している。ダイノード４２ａは、入射面４０ａを含んでいる。本変形例において、電子増倍部４０は、９段のダイノード４２ａ，４２ｂを有している。ダイノード４２ａの後段に、８段のダイノード４２ｂが配置されている。ダイノード４２ａ，４２ｂは、ハウジング１０の側面に沿って、電子放出部材２０を回り込むように設けられている。ダイノード４２ａ，４２ｂのそれぞれには、所定の電位が配線１３を通して印加される。ダイノード４２ａ，４２ｂは、印加された電位に応じて入射した電子を増倍する。

【0134】

電子管１Ａの電子収集部５０は、湾曲したダイノード４２ｂに囲まれている。本変形例において、電子収集部５０は、アノード５１である。アノード５１には、複数の配線１３のうち１つが接続されている。アノード５１には、所定の電位が配線１３を通して印加される。アノード５１は、ダイノード４２ａ，４２ｂで増倍された電子を補足する。

【0135】

図２４に示されている電子管１Ａにおいて、電磁波は、ハウジング１０の窓１１ａを透過するとグリッド３７を透過し、基板２１の主面２１ｂに設けられたメタサーフェスＳに入射する。メタサーフェスＳは、電磁波の入射に応じて電子を放出する。メタサーフェスＳから放出された電子は、グリッド３７による電界の影響によって、電子増倍部４０の入射面４０ａに向けて放出される。

【0136】

メタサーフェスＳから放出された電子は、第１段目のダイノード４２ａに送られる。第１段目のダイノード４２ａ（入射面４０ａ）に電子が入射すると、ダイノード４２ａから二次電子が第２段目のダイノード４２ｂに向けて放出される。第２段目のダイノード４２ｂに電子が入射すると、ダイノード４２ｂから二次電子が第３段目のダイノード４２ｂに向けて放出される。このように、第１段目のダイノード４２ａから第９段目のダイノード４２ｂへと電子が増倍されながら、基板２１を回り込むように順次送られる。電子増倍部４０で増倍された電子は、電子収集部５０であるアノード５１で収集されて、アノード５１から配線１３を通して出力信号として出力される。

【0137】

次に、図２５を参照して、本実施形態の変形例に係る電子管について説明する。図２５は、電子管の一例の断面図である。図２５に示されている変形例は、概ね、上述した実施形態と類似又は同じである。ただし、本変形例は、電子増倍部４０及び電子収集部５０がダイオード１００によって一体に構成されている点に関して、上述した実施形態と相違する。以下、上述した実施形態と本変形例との相違点を主として説明する。

【0138】

図２５に示されている電子管１Ｂにおいて、電子増倍部４０及び電子収集部５０は、ダイオード１００である。電子管１Ｂにおいて、電子増倍部４０及び電子収集部５０が一体に構成されている。電子管１Ｂにおいて、メタサーフェスＳは、窓１１ａに面している。

【0139】

本変形例において、ダイオード１００は、アバランシェダイオードである。ダイオード１００は、平面視で矩形状であり、互いに対向する一対の主面１０１，１０２を有している。主面１０１には、電子入射面１０１ａが設けられている。主面１０１は、ハウジング１０の窓１１ａに面している。主面１０２は、ハウジング１０のステム１２に面している。主面１０１，１０２は、窓１１ａ、基板２１、及びメタサーフェスＳに対して平行に配置されている。

【0140】

ダイオード１００の主面１０２には、絶縁層１０５が設けられている。ダイオード１００は、絶縁層１０５を挟んでステム１２に接続されている。主面１０１及び主面１０２のそれぞれに、複数の配線１３のうち１つが接続されている。

【0141】

ダイオード１００には、配線１３を通して逆バイアスの電圧が印加される。本変形例において、ダイオード１００の主面１０１側（電子入射面１０１ａ）と主面１０２側と間にブレークダウン電圧よりも大きな逆バイアス電圧が印加される。電子管１Ｂにおいて、基板２１のメタサーフェスＳから放出された電子がダイオード１００の電子入射面１０１ａに入射すると、入射した電子はダイオード１００の内部でアバランシェ増倍によって増倍される。増倍された電子は、配線１３を通して出力信号として出力される。

【0142】

次に、図２６及び図２７を参照して、本実施形態の変形例に係る電子管について説明する。図２６は、電子管の一例を示す断面図である。図２７に示されている変形例は、概ね、上述した実施形態と類似又は同じである。ただし、本変形例は、電子増倍部４０が集束電極４１及び複数のダイノード４２ａ，４２ｂの代わりにマイクロチャンネルプレート１１０を有している点に関して、上述した実施形態と相違する。以下、上述した実施形態と本変形例との相違点を主として説明する。

【0143】

図２６に示されている電子管１Ｃにおいて、マイクロチャンネルプレート１１０は、バルブ１１の内壁に固定された取付部材１１１，１１２の内縁で支持されている。マイクロチャンネルプレート１１０は、電子放出部材２０と電子収集部５０との間に配置されている。具体的には、マイクロチャンネルプレート１１０は、メタサーフェスＳが設けられた基板２１とアノード５１との間に配置されている。マイクロチャンネルプレート１１０は、基板２１及びアノード５１から離間している。電子管１Ｃにおいても、電子収集部５０は、アノード５１の代わりにダイオードを有していてもよい。

【0144】

図２７は、マイクロチャンネルプレートの一例の斜視切欠図である。本変形例において、マイクロチャンネルプレート１１０は、図２７に示されているように、基体１１３と、複数のチャンネル１１４と、隔壁部１１５と、フレーム部材１１６を有している。基体１１３は、入力面１１３ａ及び入力面１１３ａに対向する出力面１１３ｂを有している。基体１１３は、円板状に形成されている。入力面１１３ａは、基板２１に面している。出力面１１３ｂは電子収集部５０であるアノード５１に面している。入力面１１３ａ及び出力面１１３ｂは、窓１１ａ、基板２１、及びメタサーフェスＳに対して平行に配置されている。アノード５１は、平板形状であり、マイクロチャンネルプレート１１０の出力面１１３ｂと平行に配置されている。

【0145】

複数のチャンネル１１４は、基体１１３において、入力面１１３ａから出力面１１３ｂにかけて形成されている。具体的には、各チャンネル１１４は、入力面１１３ａ及び出力面１１３ｂに直交する方向に、入力面１１３ａから出力面１１３ｂに延在している。複数のチャンネル１１４は、平面視でマトリクス状に配置されている。各チャンネル１１４は、断面円形状である。複数のチャンネル１１４の間には、隔壁部１１５が設けられている。なお、マイクロチャンネルプレート１１０は、電子増倍器として機能するために、チャンネル１１４内の隔壁部１１５の表面に図示しない抵抗層及び電子放出層を有している。フレーム部材１１６は、基体１１３の入力面１１３ａ及び出力面１１３ｂの周縁部に設けられている。

【0146】

電子管１Ｃにおいて、取付部材１１１，１１２のそれぞれに、複数の配線１３のうち１つが接続されている。マイクロチャンネルプレート１１０には、配線１３及び取付部材１１１，１１２を通して、入力面１１３ａと出力面１１３ｂとに電圧が印加される。具体的には、入力面１１３ａ及び出力面１１３ｂに、入力面１１３ａよりも出力面１１３ｂの方が高電位となるように電位が付与される。メタサーフェスＳから放出された電子は、入力面１１３ａに入射すると、チャンネル１１４で増倍されて出力面１１３ｂから放出される。マイクロチャンネルプレート１１０で増倍された電子は、電子収集部５０であるアノード５１で収集されて、アノード５１から配線１３を通して出力信号として出力される。

【0147】

次に、図２８及び図２９を参照して、本実施形態の変形例に係る電子管について説明する。図２８は、電子管の一例を示す部分断面図である。図２９は、図２８に示されている電子管の一部を示す断面図である。図２８及び図２９に示されている変形例は、概ね、上述した実施形態と類似又は同じである。ただし、本変形例は、電子管がいわゆるイメージインテンシファイアである点に関して、上述した実施形態と相違する。以下、上述した実施形態と本変形例との相違点を主として説明する。

【0148】

図２８に示されている電子管１Ｄにおいて、ハウジング１２０の内に、電子放出部材２０、電子増倍部４０、及び電子収集部５０が配置されている。電子管１Ｄにおいて、図２６に示されている電子管１Ｃと同様に、電子増倍部４０が、集束電極４１及びダイノード４２ａ，４２ｂの代わりにマイクロチャンネルプレート１１０を有している。電子管１Ｄにおいて、電子収集部５０が、アノード５１の代わりに蛍光体１２１を有している。電子管１Ｄにおいて、ハウジング１２０の内部において、メタサーフェスＳと、マイクロチャンネルプレート１１０と、蛍光体１２１とが近接している。

【0149】

ハウジング１２０は、側壁１２２と、入射窓１２３（窓１１ａ）と、出射窓１２４とを有している。側壁１２２は、中空筒形状を有している。入射窓１２３及び出射窓１２４は、それぞれ円板形状を有している。ハウジング１２０の内部は、側壁１２２の両端部を入射窓１２３及び出射窓１２４で気密に封止することにより真空に保持されている。たとえば、ハウジング１２０の内部は、１×１０－５～１×１０－７Ｐａに保持される。

【0150】

側壁１２２は、たとえば、側管１２５と、側管１２５の側部を被覆するモールド部材１２６と、モールド部材１２６の側部及び底部を被覆するケース部材１２７とによって構成されている。側管１２５、モールド部材１２６、及びケース部材１２７は、中空円筒形状である。側管１２５は、たとえば、セラミックで構成される。モールド部材１２６は、たとえば、シリコーンゴムで構成される。ケース部材１２７は、たとえば、セラミックで構成される。

【0151】

モールド部材１２６の両端部のそれぞれには貫通孔が形成されている。ケース部材１２７の一端は開放されている。ケース部材１２７の他端には、モールド部材１２６の一方の貫通孔とその周縁を一致させた貫通孔が形成されている。モールド部材１２６の一端側において、モールド部材１２６の貫通孔周辺の表面には、入射窓１２３が接合されている。入射窓１２３は、電子管１の窓１１ａと同様に、電磁波を透過する。入射窓１２３は、電子管１の窓１１ａと同様に、石英、シリコン、ゲルマニウム、サファイア、セレン化亜鉛、硫化亜鉛、フッ化マグネシウム、フッ化リチウム、フッ化バリウム、フッ化カルシウム、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、及びカルコゲナイドガラスから選択される少なくとも１種を含む。

【0152】

電子管１Ｄにおいても、メタサーフェスＳを有する電子放出部材２０は、保持部材３０に保持され、ハウジング１２０内に設けられている。ハウジング１２０においても、互いに離間した伝導層がハウジング１２０の内側面に設けられており、保持部材３０と接している。このため、電子管１Ｄにおいても、電子放出部材２０の第一電極８１及び第二電極８２に互いに異なる電位を印加することができる。

【0153】

電子管１Ｄにおいて、メタサーフェスＳは、電子増倍部４０であるマイクロチャンネルプレート１１０に面している。マイクロチャンネルプレート１１０は、メタサーフェスＳと蛍光体１２１との間に配置されている。マイクロチャンネルプレート１１０は、メタサーフェスＳ及び蛍光体１２１から離間している。

【0154】

モールド部材１２６の他端側において、モールド部材１２６の他方の貫通孔には、出射窓１２４が嵌合している。出射窓１２４は、たとえば多数の光ファイバをプレート状に集束して構成されたファイバプレートである。ファイバプレートの各光ファイバは、ハウジング１２０の内部側の端面１２４ａが面一に構成されている。当該端面１２４ａは、メタサーフェスＳと平行に配置されている。

【0155】

蛍光体１２１は、端面１２４ａに配置されている。蛍光体１２１は、たとえば、蛍光材料を端面１２４ａに付与することによって形成される。蛍光材料は、たとえば、（ＺｎＣｄ）Ｓ：Ａｇ（銀をドープした硫化亜鉛カドミウム）である。蛍光体１２１の表面には、メタルバック層と低電子反射率層とが順次積層されている。メタルバック層は、たとえばＡｌの蒸着によって形成され、マイクロチャンネルプレート１１０を通過した光に対して比較的高い反射率を有し、かつマイクロチャンネルプレート１１０からの電子に対して比較的高い透過率を有している。また、低電子反射率層は、たとえばＣ（炭素），Ｂｅ（ベリリウム）などの蒸着によって形成され、マイクロチャンネルプレート１１０からの電子に対して比較的低い反射率を有している。

【0156】

電子管１Ｄにおいて、電子管１Ｃと同様に、マイクロチャンネルプレート１１０を保持する取付部材１１１，１１２のそれぞれに、ハウジング１２０の外部に延在する複数の配線１３のうち１つが接続されている。マイクロチャンネルプレート１１０には、取付部材１１１，１１２を通して、入力面１１３ａ側と出力面１１３ｂ側とに電圧が印加される。

【0157】

メタサーフェスＳから放出された電子は、入力面１１３ａに入射すると、チャンネル１１４で増倍されて出力面１１３ｂから放出される。電子管１Ｄにおいて、マイクロチャンネルプレート１１０で増倍された電子は、蛍光体１２１で収集される。蛍光体１２１は、マイクロチャンネルプレート１１０で増倍された電子を受けて光を発する。蛍光体１２１が発した光は、ファイバプレートを通過して、出射窓１２４からハウジング１２０の外部に出射される。

【0158】

次に、図３０を参照して、本実施形態に係る変形例の電子管を含む撮像装置について説明する。図３０は、撮像装置の側面図である。図３０に示されている撮像装置１３０は、観察対象が発する電磁波又は観察対象で反射若しくは散乱した電磁波に基づく画像を取得する。撮像装置１３０は、構成要素として、イメージインテンシファイアである電子管１Ｄと、対物レンズ１３１と、リレーレンズ１３２と、撮像部１３３とを備える。撮像装置１３０において、上記構成要素が対物レンズ１３１、電子管１Ｄ、リレーレンズ１３２、撮像部１３３の順で接合されている。

【0159】

対物レンズ１３１は、電子管１Ｄに入射する電磁波に対して屈折率を有しているレンズで構成されている。対物レンズ１３１は、観察対象からの電磁波Ｔを電子管１Ｄの入射窓１２３に導く。リレーレンズ１３２は、電子管１Ｄの出射窓１２４から出射した光を撮像部１３３に導く。撮像部１３３は、リレーレンズ１３２から導かれた光、すなわち、蛍光体１２１からの光に基づく像を撮像する。撮像部１３３は、たとえば、ＣＣＤカメラである。

【0160】

次に、図３１を参照して、本実施形態の変形例に係る電子管について説明する。図３１は、電子管の一例を示す部分断面図である。図３１に示されている変形例は、概ね、上述した実施形態と類似又は同じである。ただし、本変形例は、電子増倍部４０が集束電極４１及びダイノード４２ａ，４２ｂの代わりに電子増倍体１４５を有している点に関して、上述した実施形態と相違する。以下、上述した実施形態と本変形例との相違点を主として説明する。電子増倍体１４５は、いわゆる、チャンネル型エレクトロンマルチプライヤー（ＣＥＭ）である。

【0161】

図３１に示されている電子管１Ｅにおいて、電子増倍体１４５は、バルブ１１の内壁に固定された支持部材１４６によって支持されている。電子増倍体１４５は、電子放出部材２０と電子収集部５０との間に配置されている。具体的には、マイクロチャンネルプレート１１０は、メタサーフェスＳが設けられた窓１１ａとアノード５１との間に配置されている。電子増倍体１４５は、窓１１ａ及びアノード５１から離間している。電子管１Ｅにおいても、電子収集部５０は、アノード５１の代わりにダイオードを有していてもよい。

【0162】

本変形例において、電子増倍体１４５は、入力面１４５ａ及び入力面１４５ａに対向する出力面１４５ｂを有している。入力面１４５ａは、窓１１ａに面している。出力面１４５ｂは、電子収集部５０であるアノード５１に面している。入力面１４５ａ及び出力面１４５ｂは、窓１１ａ及びメタサーフェスＳに対して平行に配置されている。アノード５１は、平板形状であり、電子増倍体１４５の出力面１４５ｂと平行に配置されている。本実施形態において、入力面１４５ａに直交する方向において、入力面１４５ａとメタサーフェスＳとの間の距離Ｄは、例えば、０．６１５ｍｍである。

【0163】

電子増倍体１４５は、本体部１４７と、複数のチャンネル１４８とを有している。本体部１４７は、直方体形状である。複数のチャンネル１４８は、本体部１４７によって画定されている。各チャンネル１４８は、入力面１４５ａから出力面１４５ｂにかけて形成されている。具体的には、各チャンネル１４８は、入力面１４５ａ及び出力面１４５ｂに直交する方向に、入力面１４５ａから出力面１４５ｂに延在している。図３１に示されている構成において、３つのチャンネル１４８が、入力面１４５ａに平行な一方向に配列されている。

【0164】

各チャンネル１４８は、電子入射部１４８ａと、増倍部１４８ｂとを含んでいる。各チャンネル１４８の電子入射部１４８ａは、入力面１４５ａに設けられた開口を有している。電子入射部１４８ａの開口は、入力面１４５ａに直交する方向から見て、矩形状を呈している。電子入射部１４８ａは、入力面１４５ａから出力面１４５ｂに向かって、複数のチャンネル１４８の配列方向に徐々に狭まっている。すなわち、電子入射部１４８ａは、入力面１４５ａに直交する方向に沿って縮小するテーパ状を呈している。

【0165】

各チャンネル１４８の増倍部１４８ｂは、入力面１４５ａに平行、かつ、複数のチャンネル１４８の配列方向に直交する方向から見て、ジグザグ状又は波状に形成されている。換言すれば、増倍部１４８ｂは、複数のチャンネル１４８の配列方向において、屈曲を繰り返す形状を呈している。

【0166】

電子管１Ｅにおいて、支持部材１４６に、複数の配線１３のうち２つが接続されている。電子増倍体１４５には、配線１３及び支持部材１４６を通して電圧が印加される。具体的には、入力面１４５ａ及び出力面１４５ｂに、入力面１４５ａよりも出力面１４５ｂの方が高電位となるように電位が付与される。アノード５１には、支持部材１４６に接続された配線１３とは異なる配線１３が接続されている。支持部材１４６とアノード５１とは、絶縁部材１４９によって、互いに電気的に絶縁されている。

【0167】

メタサーフェスＳから放出された電子は、いずれかのチャンネル１４８の入力面１４５ａの開口に入射した後、電子入射部１４８ａを通って増倍部１４８ｂに入射する。この結果、メタサーフェスＳから放出された電子は、各チャンネル１４８で増倍されて出力面１４５ｂから放出される。電子増倍体１４５で増倍された電子は、電子収集部５０であるアノード５１で収集されて、アノード５１から配線１３を通して出力信号として出力される。

【0168】

次に、図３２を参照して、本実施形態の変形例に係る電磁波検出装置について説明する。図３２は、電磁波検出装置の一例を示す模式図である。図３２に示されている変形例の電子管は、概ね、上述した実施形態と類似又は同じである。ただし、本変形例の電子管は、ガスを収容しており、電子放出部材からの電子の放出に応じて発生する光を検出する構成を有する点に関して、上述した実施形態と相違する。以下、上述した実施形態と本変形例との相違点を主として説明する。

【0169】

図３２に示されている電磁波検出装置１５０は、電子管１Ｆと、光検出器１５１を備える。電子管１Ｆは、ハウジング１０の内部にガスを収容している。ハウジング１０は、ガスを収容した状態で封止されている。ハウジング１０に収容されるガスは、電子放出部材２０から放出された電子によって励起され発光する。ハウジング１０に収容されているガスは、たとえば、空気、アルゴンガス、又は窒素ガスである。本変形例において、ハウジング１０に収容されているガスは、窒素ガスであり、電子放出部材２０から放出された電子によって紫外光を発する。

【0170】

電子管１Ｆにおいてハウジング１０は、窓１１ａに加えて窓１１ｂを有している。窓１１ｂは、ガスの発光によって生じた光Ｌ１を透過する。本実施形態において、窓１１ｂは、電子放出部材２０の主面２１ｂと対向するように配置されている。本変形例において、光Ｌ１は紫外光であり、窓１１ｂは紫外光を透過する。窓１１ｂの材料は、たとえば、石英を含む。

【0171】

光検出器１５１は、窓１１ｂを透過した光Ｌ１を検出する。換言すれば、光検出器１５１は、ガスの発光によって生じた光Ｌ１を検出する。光検出器１５１における検出結果を参照することで、メタサーフェスＳに入射した電磁波が検出される。

【0172】

以上説明したように、電子管１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆにおいて、メタサーフェスＳを有する電子放出部材２０が保持部材３０によって封止されたハウジング１０内に保持されている。メタサーフェスＳを構成する第一伝導線８３が第一電極８１に電気的に接続されており、メタサーフェスＳを構成する第二伝導線８４が第二電極８２に電気的に接続されている。この電子管１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆにおいて、第一電極８１及び第二電極８２に互いに異なる電位を印加することで、窓１１ａから入射した電磁波に応じたメタサーフェスＳにおける電子放出の向上又は抑制が実現され得る。このため、この電子管１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆを用いて電子放出部材２０から放出された電子を観測することによって、電子管１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆに入射した電磁波の検出精度が確保され得る。

【0173】

保持部材３０は、互いに離間している伝導端子３３，３４を有している。第一電極８１は、伝導端子３３に電気的に接続されている。第二電極８２は、伝導端子３４に電気的に接続されている。この場合、保持部材３０を通して電子放出部材２０に電圧を印加することができる。このため、電子管１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆの部点数の減少と電子管１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆのコンパクト化とを実現することができる。

【0174】

ハウジング１０は、当該ハウジング１０の内側面１０ａに設けられた伝導層１５，１６を有している。伝導層１５，１６は、互いに離間している。伝導端子３３は、伝導層１５に接している。伝導端子３４は、伝導層１６に接している。この場合、ハウジング１０の内側面１０ａに設けられた伝導層１５，１６によって、伝導端子３３及び伝導端子３４に電位を印加することができる。したがって、電子管１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆのコンパクト化を実現することができる。

【0175】

保持部材３０は、複数のバネ部７４ｄ，７５ｄを有してもよい。複数のバネ部７４ｄ，７５ｄは、ハウジング１０の内側面１０ａに付勢力を加えることでハウジング１０に対して当該保持部材３０の位置決めをする。複数のバネ部７４ｄ，７５ｄは、伝導端子３３及び伝導端子３４の少なくとも一方を含む。この場合、電子管１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆの各部材において多少の製造誤差又は温度変化による変形があったとしても、保持部材３０がハウジング１０に対して安定して保持される。バネ部７４ｄ，７５ｄを通して、電子放出部材に電位が印加され得る。

【0176】

保持部材３０は、保持体７０とコンタクト電極６５とを含んでいる。保持体７０は、電子放出部材２０に接していると共に貫通口３１を有している。コンタクト電極６５は、枠部材７２から離間していると共に第一電極８１及び第二電極８２の一方と接している。コンタクト電極６５と接している一方とメタサーフェスＳとは、貫通口３１から露出していると共に貫通口３１の縁から離間している。この場合、コンタクト電極６５と接している上記一方と保持体７０との接触が防止されている。このため、簡易な構成によって、第一電極８１及び第二電極８２と保持部材３０との間における所望の電気的接続構造が実現され得る。たとえば、コンタクト電極６５と接している一方が保持体７０に対して絶縁される構成が、容易に実現され得る。上述した実施形態において、コンタクト電極６５は、第一電極８１に接している。コンタクト電極６５と接している第一電極８１とメタサーフェスＳとが、貫通口３１から露出していると共に貫通口３１の縁から離間している。

【0177】

図２０Ａに示されている構成において、２つのコンタクト電極６５は、図６に示されているように互いに離間しており、それぞれ第一電極８１と第二電極８２とに接している。第一電極８１と第二電極８２とメタサーフェスＳとが、貫通口３１から露出していると共に貫通口３１の縁から離間している。このため、各コンタクト電極６５と接している第一電極８１及び第二電極８２が保持体７０に対して絶縁される構成が、容易に実現され得る。

【0178】

第一電極８１及び第二電極８２の少なくとも一方は、主面２１ｂの縁２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆの全体から離間している。主面２１ｂの縁の全体から離間していれば、第一電極８１及び第二電極８２の少なくとも一方と保持部材３０との接触が容易に防止され得る。このため、簡易な構成によって、第一電極８１及び第二電極８２と保持部材３０との間における所望の電気的接続構造が実現され得る。たとえば、第一電極８１及び第二電極８２の少なくとも一方について、保持部材３０に対する絶縁性が確保され得る。

【0179】

保持部材３０は、ベース部材７１と付勢部材として機能する中間部材７３とを有する。ベース部材７１は、主面２１ａに接している。中間部材７３は、主面２１ｂの縁に接していると共にベース部材７１に電子放出部材２０を弾性的に付勢する。中間部材７３は、第二電極８２に電気的に接続されている。この場合、電子管１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆの各部材において多少の製造誤差又は温度変化による変形があったとしても、電子放出部材２０がベース部材７１に対して安定して保持される。中間部材７３を通して、電子放出部材２０に電圧を印加することができる。

【0180】

第二伝導線８４は、電磁波の入射に応じて電子を放出するアンテナ部８５を含んでいる。第一伝導線８３は、第一電極８１にバイアス電位が印加された場合に、アンテナ部８５との間に電界を発生させるバイアス部８７を含む。この場合、アンテナ部８５の周囲においてポテンシャルを傾斜させることができる。これによって、メタサーフェスＳにおける電子放出の向上又は抑制が実現され得る。

【0181】

第一伝導線８３は、第一電極８１に接している第一端部８３ａと第一端部８３ａに電気的に接続されている第二端部８３ｂとを含んでいる。第二伝導線８４は、第二電極８２に接している第三端部８４ａと第三端部８４ａに電気的に接続されている第四端部８４ｂとを含んでいる。第二端部８３ｂは、第一伝導線８３の当該第二端部８３ｂ以外の部分よりも、第四端部８４ｂの近くに配置されている。この場合、第二端部８３ｂと第四端部８４ｂとの間において発生する電界の強度が向上し、アンテナ部８５の周囲においてポテンシャルがさらに傾斜する。これによって、メタサーフェスＳにおける電子放出の向上又は抑制が実現され得る。

【0182】

第二伝導線８４は、第四端部８４ｂから延在する仮想直線上に延在する直線状部８４ｄを含んでいる。第二端部８３ｂは、上記仮想直線上に位置している。この場合、第四端部８４ｂにおいて放出された電子が第二端部８３ｂに当たって増幅される。したがって、メタサーフェスＳにおける電子放出が向上する。

【0183】

第二端部８３ｂは、図１６に示されているように、上記仮想直線上に位置していなくてもよい。この場合、第四端部８４ｂにおいて放出された電子の第二端部８３ｂによる増幅が抑制される。この結果、窓１１ａから入射した電磁波に依拠した量の電子がメタサーフェスＳから放出される。このため、窓１１ａから入射した電磁波の振幅がより正確に検出され得る。

【0184】

電子管１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅは、電子増倍部４０と、電子収集部５０とを備えている。電子増倍部４０は、ハウジング１０内に配置されており、電子放出部材２０から放出された電子を増倍する。電子収集部５０は、ハウジング１０内に配置されており、電子増倍部４０で増倍された電子を収集する。ハウジング１０内は、真空である。この場合、電子放出部材２０から放出された電子が電子増倍部４０において増幅された後に、電子収集部５０において収集される。このため、コンパクトな構成でありながら、窓１１ａから入射した電磁波に対して検出精度が確保され得る。

【0185】

電子管１Ｂにおいて、電子増倍部４０及び電子収集部５０は、ダイオード１００であると共に一体に構成されている。この場合、電子管のサイズがさらに削減され得る。

【0186】

電子管１，１Ａにおいて、電子増倍部４０は、互いに離間した複数のダイノード４２ａ，４２ｂを有している。電子収集部５０は、電子増倍部４０で増倍された電子を収集するアノード５１又はダイオードを有している。この場合、メタサーフェスＳから放出された電子が複数のダイノード４２ａ，４２ｂで増倍される。このため、アノード５１又はダイオードで収集される電子の増倍率が向上する。

【0187】

電子管１Ｃにおいて、電子増倍部４０は、マイクロチャンネルプレート１１０を有している。電子収集部５０は、電子増倍部４０で増倍された電子を収集するアノード５１又はダイオード１００を有している。この場合、電子増倍部４０に複数のダイノードが用いられる場合に比べて、サイズ、重量、及び消費電力が削減されると共に、応答速度及び利得が向上する。

【0188】

電子管１Ｄおいて、電子収集部５０は、電子増倍部４０で増倍された電子を受けて光を発する蛍光体１２１を有している。この場合、メタサーフェスＳから放出された電子の２次元位置が、蛍光体１２１が発した光によって検出され得る。

【0189】

撮像装置１３０は、上述した電子管１Ｄと、蛍光体１２１からの光に基づく像を撮像する撮像部１３３とを備えている。この結果、上述した電磁波の検出精度が確保される。

【0190】

以上、本発明の実施形態及び変形例について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態及び変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

【0191】

たとえば、本実施形態において、保持部材３０が中間部材７３を有している構成について説明した。しかし、保持部材３０は、ベース部材７１の平板部７１ｃの縁から複数の付勢部７３ｄが延在する構成であってもよい。この場合、複数の付勢部７３ｄは、ベース部材７１の平板部７１ｃの縁から電子放出部材２０の主面２１ｂ寄りに延在した後に、主面２１ｂと平行な方向に折れ曲がって形成されてもよい。この場合も、複数の付勢部７３ｄは、主面２１ｂの縁に弾性的に接しており、ベース部材７１の平板部７１ｃに電子放出部材２０を付勢する。

【0192】

電子管１において、電子収集部５０は、アノード５１の代わりにダイオードを有していてもよい。この場合、電子増倍部４０で増倍された電子は、ダイオードで収集される。

【0193】

ハウジング１０，１２０は、円筒形状に限定されない。たとえば、ハウジング１０，１２０は、断面が多角形である筒形状を呈していてもよい。

【0194】

電子管１Ｃには、メタサーフェスＳとマイクロチャンネルプレート１１０との間に掃引電極が設けられてもよい。これによって、いわゆるストリーク管が構成されてもよい。この場合、ストリーク管としての電子管１Ｃの窓１１ａの外側に、被測定光を入射させるスリットとスリット像を結像するレンズ系とが設けられてもよい。これによって、いわゆるストリークカメラが構成されてもよい。

【0195】

撮像装置１３０において、電子管１Ｄにおいてマイクロチャンネルプレート１１０で増倍された電子を蛍光体１２１で収集し、蛍光体１２１が発する光を電子管１Ｅの外部に設けられた撮像部１３３で撮像する。この点、電子収集部５０として蛍光体１２１の代わりに電子打ち込み式固体イメージセンサを電子管の内部に設けることで、電子管が撮像装置として機能するように構成されてもよい。この場合、電子管の外部に撮像部１３３を設けることなく、マイクロチャンネルプレート１１０で増倍された電子を電子打ち込み式固体イメージセンサで撮像することができる。電子打ち込み式固体イメージセンサは、たとえば、ＥＢＣＣＤ（Electron-Bombarded Charge-Coupled Device）である。

【符号の説明】

【0196】

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ…電子管、１０，１２０…ハウジング、１０ａ…内側面、１１ａ，１１ｂ…窓、２０…電子放出部材、２１…基板、２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ…縁、３０…保持部材、３１…貫通口、４０…電子増倍部、４２ａ，４２ｂ…ダイノード、５０…電子収集部、５１…アノード、７０…保持体、７１…ベース部材、７４ｄ，７５ｄ…バネ部、８１…第一電極、８２…第二電極、８３…第一伝導線、８３ａ…第一端部、８３ｂ…第二端部、８３ｃ，８３ｄ，８４ｃ，８４ｄ…直線状部、８４…第二伝導線、８４ａ…第三端部、８４ｂ…第四端部、８５…アンテナ部、８７…バイアス部、１００…ダイオード、１１０…マイクロチャンネルプレート、１２１…蛍光体、１３０…撮像装置、１３３…撮像部、１５０…電磁波検出装置、１５１…光検出器、Ｆ２，Ｆ３…付勢力、Ｓ…メタサーフェス、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…仮想直線。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13A】

【図13B】

【図13C】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18A】

【図18B】

【図18C】

【図18D】

【図19A】

【図19B】

【図19C】

【図20A】

【図20B】

【図21】

【図22A】

【図22B】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】