CN1304542A - 光电倍增管 - Google Patents

Abstract

为了提供小型光电倍增管,在使侧管2下端2a的内壁面2c接触底座片4边缘面4b的状态下,焊接固定侧管2与底座片4。结果,在光电倍增管1的下端上没有象凸缘这样的突起。因此,即使难进行电阻焊接,也可以缩小光电倍增管1的外形尺寸,在并排利用光电倍增管的场合中,也能够使侧管2之间紧密连接在一起。因而,在通过焊接组装金属底座片4与金属侧管2的情况下的光电倍增管1的高密度排列成为可能。

Description

光电倍增管

技术领域

本发明涉及具有通过电子的倍增来检测入射到受光面板上的微弱光的结构的光电倍增管。

背景技术

尽管光电倍增管根据用途被制成各种尺寸，但过去的光电倍增管一般是用玻璃构成其整个密封容器的倍增管。在制作具有玻璃密封容器的光电倍增管时，在平面大致成圆筒形的玻璃侧管的下开口部上嵌装着平面大致成圆板形的底座，底座外周部与侧管内周部的接触部位通过烧嘴而加热熔化，从而将两者气密熔合在一起。玻璃排气管与密封容器内部连通地竖立在底座上，同时当将密封容器内部排成真空后，在受光面板内侧引入碱金属蒸汽而形成光电面的情况下，激活了配设在密封容器内的电子倍增部的二次放电面。

这样一来，在制造由玻璃密封容器构成的光电倍增管时，由于侧管与底座通过燃气烧嘴加热熔化而气密熔合在一起并且在碱金属蒸汽引入后用燃气烧嘴熔化切断排气管，所以必须防止电子倍增部受到热损伤。为此，必须确保从气密熔合部到电子倍增部的下部的距离为20毫米-30毫米，这是阻碍光电倍增管小型化的一个原因。

可是，尽管光电倍增管也取决于其用途，但一般小型化场合的优点大。例如，通过用光电倍增管检测药剂与细菌反应所发出的光的卫生检测仪因被用于餐厅等的细菌检查而最好是便携式的仪器，所以必须使用于此的光电倍增管也小型化。而且，如果是小型光电倍增管，则可以直接搭载在电路板上，所以能够进行象电阻和电容器那样地进行处理，从而增大了装置结构的便利性。

基于这样的要求，近年来开发并投入使用了采用金属侧管的小型光电倍增管。如特开平5-290793号公报和特开平9-306416号公报所述地，在方筒形金属侧管的下端上设置了侧伸凸缘部，同样地在金属底座片上设置了侧伸凸缘部。使侧管凸缘部与底座片凸缘部重合并通过电阻焊接地制成密封容器。由于电阻焊接是这样一种焊接方法，即给接合的部件通电并利用所发生的电阻热来加热部件并在部件达到适当温度时加压，所以能够回避伴随电阻焊接的对电子倍增部的热影响。因此，能够缩短底座片与电子倍增部之间间距并能获得管轴方向长度缩短的小型光电倍增管。

然而，由于采用金属侧管的小型光电倍增管是在侧管及底座片上分别形成凸缘并利用电阻焊接而形成密封容器的，所以电阻焊接所需的凸缘部妨碍了光电倍增管的使用。尤其是在光电倍增管被用到γ放射线照相机上的场合中，大多数光电倍增管必须密密麻麻地形成大受光区，由于凸缘部之间相互邻接，所以构成凸缘部的部分无法形成静区，想获得高性能的检测装置是成问题的。

发明的公开

为了解决上述课题，本发明的目的是要提供一种可以进一步小型化的光电倍增管及其制造方法。

为实现上述目的，本发明的光电倍增管具有通过入射到受光面板上的光而放出电子的光电面，在密封容器内具有使来自光电面的电子倍增的电子倍增部，并根据由电子倍增部倍增的电子送出输出信号的阳极，其特征在于，所述密封容器是通过能借助底座销固定电子倍增部及阳极的底座，在包围电子倍增部及阳极的同时还将底座固定在一侧开口端上的金属侧管，固定在侧管另一侧开口端上的受光面板构成的；使侧管的下端内壁面接触底座的边缘面，至少包括接触侧管的下端内壁面的底座的边缘面在内的部分是金属制成的并将侧管和底座焊接起来。

在这种光电倍增管中，在侧管下端的内壁面接触底座片的边缘面的状态下焊接固定侧管及底座片，结果，在光电倍增管下端上没有象凸缘这样的突起。因此，即使难以进行电阻焊接，也可以缩小光电倍增管的外形尺寸，在并排利用光电倍增管的场合中，也能够使侧管之间紧密连接在一起。因而，在通过金属底座片与金属侧管的焊接进行组装的情况下的光电倍增管的高密度排布成为可能。

侧管下端最好形成使底座片边缘面滑动的游动端。在这种情况下，在从侧管开口端插入底座片并使底座片边缘面接触侧管下端内壁面的状态下，能够使底座片滑动以便进行定位调整。结果，能够在焊接前简单地调整固定在底座片上的电子倍增部与受光面板之间的间距。

另外，最好将侧管与底座片熔合在一起。在采用焊接方法中的熔合方式，接合底座片与侧管的情况下，不同于电阻焊接，不必对侧管与底座片之间的接合部施加压力，因而不会在接合部上发生残留应力，并且在使用过程中不易在接合部位发生龟裂，由此实现了耐久性能的显著提高。

优选激光熔合或电子束熔合的熔合方式。激光熔合或电子束熔合可以减少在接合部上的发热。结果，即使在底座销靠近侧管的情况下，也不易在用于将底座销固定在底座片上的玻璃小平板上发生由热影响引起的裂纹。因而，能够使底座销靠近侧管侧，并可以使电子倍增部向侧面扩大，因而能够取得大的电子倍增部电子接受面积。

底座即可以完全由金属制成，也可以由金属底座片支承部件与玻璃底座片构成，并且金属底座片支承部件接触侧管下端的内壁面。

可以在侧管的下端内壁面上形成锥面，并在底座片的边缘面上形成对应于该锥面的锥面，并且使这两个锥面相互接触。

另外，管片底面与侧管下端面可以是同一个平面。

附图的简要说明

图1是表示本发明光电倍增管第一实施例的立体图。

图2是沿图1的Ⅱ-Ⅱ线的剖视图。

图3是图2主要部分的放大剖视图。

图4是表示本发明光电倍增管第二实施例的剖视图。

图5是图4主要部分的放大剖视图。

图6是表示本发明光电倍增管第三实施例的剖视图。

图7是图6主要部分的放大剖视图。

图8是表示本发明光电倍增管第四实施例的剖视图。

图9是图8主要部分的放大剖视图。

图10是表示本发明光电倍增管第五实施例的剖视图。

图11是图10主要部分的放大剖视图。

图12是表示本发明光电倍增管第六实施例的局部剖视图。

图13是表示本发明光电倍增管第七实施例的局部剖视图。

图14是表示本发明光电倍增管第八实施例的局部剖视图。

图15是表示本发明光电倍增管第九实施例的局部剖视图。

图16是表示一个采用可本发明光电倍增管的放射线检测仪器的例子的立体图。

图17是表示放射线检测装置所用检测部内部结构的侧视图。

图18是表示图1的光电倍增管布置成矩阵状的状态的平面图。

实施发明的最佳方式

以下，结合图面来详细说明本发明光电倍增管的适用实施例。

图1是表示本发明光电倍增管第一实施例的立体图，图2是图1的剖视图。如这些图所示的光电倍增管1具有大致成方筒形的金属(如科瓦铁镍钴合金和不锈钢)侧管2，在侧管2的一侧开口端2A上熔接固定着玻璃受光面板3，在受光面板3的内表面上，形成了将光变成电子的光电面3a，光电面3a是通过使碱金属蒸汽与预先蒸镀在受光面板3上的锑反应而形成的。另外，在侧管2开口端2B上焊接固定着金属(如科瓦铁镍钴合金和不锈钢)的底座片4。这样一来，通过侧管2、受光面板3及底座片4构成了密封容器5。

金属排气管6被固定在底座片4的中央。除了在光电倍增管1的组装作业完成后利用排气管6并通过真空泵(未示出)将密封容器5的内部抽成真空，在形成光电面3a时也利用所述排气管向密封容器5内通入碱金属蒸汽。

在密封容器5内，设置了叠层式电子倍增器7。电子倍增器7具有使10个片状二极管8层叠起来的十段构成式电子倍增部9，通过贯通底座片4设置的科瓦铁镍钴合金底座销10将电子倍增器7支承在密封容器5中，各底座销10的前端与二极管8电连接。另外，在底座片4上，设置了用于使各底座销10穿过的销孔4a，在各销孔4a中填充着被用作科瓦铁镍钴合金玻璃制气密接头的小平板11。各底座销10通过小平板11被固定在底座片4上。而底座销10靠近底座片4边缘面4b地被布置成环状。

另外，在电子倍增器7上设置了位于电子倍增部9下方的绝缘板(未示出)，阳极12并排设置在绝缘板上。而在电子倍增器7的最高段上，平板状收敛电极板13设置在光电面3a与电子倍增部9之间。在收敛电极部13上，形成了许多个缝状开口13a，各开口13a在一个方向上排成一条直线。同样地，在电子倍增部9的各二极管8上，形成了数目与开口13a一样多的缝状电子倍增孔8a，各电子倍增孔8a在一个方向上排成一条直线。

如此在电子倍增器7上形成了许多个直线槽，即在段方向上分别布置各二极管8的各电子倍增孔8a的各电子倍增线路L与收敛电极板13的各开口13a是一一对应的。而且，设置在电子倍增器7上的各阳极12被设置成一一对应于每个槽，并且使各阳极12分别与底座销10连接并通过各底座销10取出个别的输出。

这样一来，电子倍增器7具有直线型槽。通过与未示出的印刷电路相连的底座销10而给电子倍增部9及阳极12施加预定电压。光电面3a与电极板13被设定成相同电位，各二极管8与阳极12采取从上往下的高电位设定。射入受光面板3的光通过光电面3a被转换成电子，这些电子通过收敛电极板13的电子聚敛效果而入射到预定槽中。在有电子射入的槽中，电子一边经过二极管8的电子倍增线路L，一边通过各二极管而被多级倍增地射入阳极12中。结果，从各阳极出来地获得了每个槽的输出。

以下，说明由与金属底座片4相同的金属制成的侧管2的接合方法。

在本发明的第一实施倒中，如图3所示，首先，使在侧管2的大致管轴方向上延伸的下端接触底座片4的顶面4c，侧管2的外壁面2b在管轴方向上与底座片4的边缘面4b在同一平面内。因此，在电子倍增管1的下端上没有象凸缘这样的突起。在这种状态下，对准接合部F地，以外侧正侧面和/或预定角度地照射激光束，从而激光焊接接合部。

以下，说明与金属底座片4与金属侧管2的接合有关的其它实施例。以下所述的各实施例的光电倍增管的基本结构和外观与第一实施例的光电倍增管大致相同，因此用相同符号来表示与第一实施例相同或同等的结构部件并省略了对其的说明。

图4、5是表示本发明光电倍增管第二实施例的视图。

如图4、5所示，光电倍增管1A具有金属底座片4，在底座片4的顶面4c的边缘上，消除段状地形成装载侧管2下端的支承切口部20a。与侧管2形状相符地，切口部20a在底座片4顶面4c的外周端上成方环状地遍布成型于整个外周上。另外，当侧管2下端嵌入切口部20a内时，侧管2的外壁面2b和底座片4的边缘面4b在管轴方向上变成在同一平面内的状态。

采用这样的侧管2嵌接结构的结果就是能够在通过接合部F进行焊接之前将侧管2安装支承在底座片4上并且能够在底座片4上很容易地确定侧管2的位置。而且在焊接后，能够形成抵抗使侧管2朝向密封容器5A内侧弯曲的力的增强结构。

针对接合部F，以外侧正侧面和/或预定角度照射激光束，由此激光焊接接合部F。也可以代替激光焊接地进行照射电子束的焊接。在任何一种焊接情况下，能量束在熔合时都不射入真空容器5中，由此回避了对内部部件的热影响。这是因为通过切口部20挡住了能束入侵。

图6、7是表示本发明光电倍增管第三实施例的视图。

在图6所示的光电倍增管1B中，当在熔合时利用激光焊接时，能够减小在接合部处的发热。结果，如图7所示，在金属侧管2下端2a被嵌入切口部20a中且侧管2外壁面2b与底座片4边缘面4b成为同一平面的状态下，底座销10能够靠近侧管2。这是因为没有很难对使底座销10固定在底座片4上的玻璃小平板11产生由热影响导致的裂纹。因而，底座销10能够靠近侧管2侧，电子倍增部9的各二极管8可以向侧面扩张，并且能够增加电子倍增部9的槽数并增大电子倍增部9的有效面积。由于电子倍增部9的有效面积增大，所以来自光电面3a的光电子没有以大角度射向收敛电极板13，电子倍增部9能够靠近光电面3a，由此能缩小密封容器5B的高度尺寸。由此一来，形成了小型且有效使用面积增大的光电倍增管。

例如，在过去的电阻焊接中，尽管从底座片4的端部到底座销10中心的距离不得不确保为3.5毫米，但在利用激光焊接或电子束焊接时，1.1毫米就够了。因此，伴随着电子倍增部9的横向扩张，在图4的光电倍增管1A中，光电面3a与电极板13之间的距离为7毫米，而在图6的实施例中，能够缩小到2.5毫米。当采用这些能束焊接方式时，在没有凸缘地形成光电倍增管的同时，也可以缩小高度尺寸。结果，光电倍增管又向着小型化迈进了一大步。

另外，在大多数的光电倍增管密密麻麻排列的场合中，光电倍增管的外形尺寸越小有无凸缘对光电倍增管的排列状态有很大影响。例如，当侧管2具有25毫米角的外形尺寸时，利用电阻焊接的凸缘以2毫米宽度突出遍布在整个外周上，凸缘占侧管2的比例也接近2。在并列设置许多个这样的光电倍增管的情况下，以相当的比例产生静区。

图8、9示出了本发明的光电倍增管的第四实施例。

如图9所示，在气密焊接金属底座片4与金属侧管2时，从侧管2开口端2B插入底座片4并使侧管2下端2a的内壁面2c接触底座片4的边缘面4b，使底座片4的底面4d与侧管2下端面2d成为同一个平面，并且不使侧管2下端面2d比底座片4突出。因而，在使侧管2的下端面2a的外壁面2b大致沿管轴方向延伸的同时，在光电倍增管1C的下端消除了凸缘这样的突起。在这种状态下，针对接合部F从正侧面下方照射激光束，由此激光焊接接合部F。因而，由于在光电倍增管1的下端上没有象凸缘这样的突起，所以虽然很难进行电阻焊接，但可以缩小光电倍增管1的外形尺寸，所以即使在并列使用光电倍增管1的场合中，也能有限地排除静区并紧密地将侧管2连接起来。因而，针对金属底座片与金属侧管2的接合采用激光焊接方式可以实现光电倍增管1的小型化及其高密度排列。

图10、11示出了本发明的光电倍增管的第五实施例。

如图10、11所示，在光电倍增管1D中，侧管2的下端2a被制成为在管轴方向上延伸的游动端。因此，在从侧管2开口端2B插入底座片4并使底座片4边缘面4b接触侧管2下端2a的内壁面2c的状态下，能够使底座片4向内滑动。结果，底座片4的底面4d一边被压入侧管2中，一边可以根据需要在焊接前简单地调整被固定在底座片4上的电子倍增部9最上级的二极管8与设置在受光面板3上的光电面3a之间的间距。尽管图10所示的光电倍增管1D的侧管2沿管轴方向延伸，但在考虑到按压底座片4的情况下，它也可以具有相对开口端2A扩大开口端2B的形状。

另外，当在熔合接合部F时利用激光焊接时，能够减少接合部F处的发热，结果，与图6、7所示的第三实施例相同地，底座销5能够靠近侧管2，所以能够制造成与第三实施例同尺寸的小型光电倍增管。

图12示出了本发明光电倍增管的第六实施例。

如图12所示，第六实施例的光电倍增管1E是这样的，在侧管2下端2a的内壁面2c上，形成了用于从外面插入底座片4外周端的L形嵌接切口部30d，切口部30d与底座片4外周形状相吻合地在侧管2内壁面2c上成方环状地成型于整个外周上。采用这样的嵌接结构的结果就是，在焊接接合部F以前，能够将侧管2安装支承在底座片4上并且能够很容易地在底座片4上确定侧管2的位置。而且，通过调整切口部30d的切入深度，很容易设定被固定在底座片4上的电子倍增部9的最上级的二极管8与设置在受光面板3上的光电面3a之间的距离。

用激光束照射接合部F并由此激光焊接接合部F。另外，也存在照射电子束的情况。无论进行哪种方式的焊接，不使能量束在熔合时射入真空容器内，由此避免对内部部件产生的热影响。这是由于通过切口部30d挡住了能量束入侵。

图13示出了本发明光电倍增管的第七实施例。

如图13所示，第七实施例的光电倍增管1F是这样的，侧管2下端2a的内壁面2c上，形成了用于从外面插入底座片4外周端的嵌接锥面2e。锥面2e与底座片4的锥状缘面4e相吻合地在侧管2内壁面2c上成方环状地成型于整个外周上。采用这样的嵌接结构的结果就是，在焊接接合部F以前，能够将侧管2安装支承在底座片4上并且能够很容易地在底座片4上确定侧管2的位置。

图14是表示本发明光电倍增管第八实施例的视图。

第八实施例的光电倍增管1G是这样的，金属制的底座片支承部件40内接在侧管2下端2a上，底座片支承部件40支承着玻璃制的底座片41。底座片支承部件40的截面大致成L形，其水平部分40a被固定在其平面成正方形的玻璃底座片41的各侧面上。底座片支承部件40的垂直部分40b接触侧管2内壁面2c地在沿管轴方向延伸，并且使垂直部分40b的下端面40c与侧管2下端面成为同一个平面。底座销10穿过玻璃底座片41。在第一实施例到第七实施例中，由于要保证底座销10与金属底座片4的绝缘性，所以在插入底座销10的销孔4a中填塞了科瓦铁镍钴合金玻璃制的小平板11。而在本实施例中，由于使底座销10穿过玻璃底座片41，所以不需要小平板11。

另外，在制造本实施例的光电倍增管1G时，玻璃底座片41的四面预先固定在底座片支承部件40上并由此形成了底座4，在从侧管2开口端2B向内插入所述底座4并使底座片支承部件40的垂直部分40b接触侧管2下端2a的内壁面2c的状态下，使底座4向内滑动。当垂直部分40b的下端面40c与侧管2下端面2d成为同一个平面时停止滑动，并在这个状态下对接合部F进行激光焊接。

在本实施例中，通过调整底座片支承部件40的垂直部分40b的长度即能够调整被固定在底座4上的电子倍增部9最上级的二极管8与设置在受光面板3上的光电面3a之间的距离。

图15是表示本发明光电倍增管第九实施例的视图。

图15所示的光电倍增管1H是这样的，与图14所示的第九实施例一样，由底座片支承部件40与玻璃底座片41构成的底座4被气密焊接在侧管2下端2a上。底座片支承部件40的截面大致成T形，使侧管下端2a接触水平突起40d的顶面并使侧管2外壁面2b与水平延伸的突起40d的边缘面40e成为同一个平面。

预先将底座片支承部件40突起40d的突起长度加工成等于侧管2的厚度，由此能够在对接合部F进行激光焊接之前将侧管2安装支承在底座4上并能够很容易地进行侧管2的定位。

在上述任一个实施例中，在光电倍增管的下端都没有形成象凸缘这样的突起。结果，虽然很难进行过去所用的电阻焊接式底座片4与侧管2的连接，但可以进行激光焊接接合，结果能够缩小光电倍增管的外形尺寸。因而，即使在并列使用光电倍增管的情况下，也能够尽可能地减少静区并能够紧密地将侧管2连接起来。这样一来，利用激光焊接来接合金属底座片4与金属侧管2可以实现光电倍增管的小型化及其高密度排列。

另外，在通过激光焊接将侧管2焊接固定在底座片4上的场合中，与电阻焊接不同，不必对侧管2和底座片4之间的接合部F施加压力，由此在接合部F上不会出现残余应力，即使在使用中，也不易在接合部位产生龟裂，由此实现了耐久性与气密密封性能的显著提高。

在上述实施例中，尽管采用了激光焊接方式来焊接固定侧管2与底座片4，但也可以取代激光焊接方式采用电子束焊接方式。激光焊接与电子束焊接与电阻焊接相比能够减小接合部F处的发热，因而在组装光电子倍增管1时，对设置在密封容器5内的各组成部件的热影响变得非常小。

以下，说明利用了密密麻麻整齐排列有本发明光电倍增管的放射线检测仪器的一个例子。在以下说明中，为了方便起见而仍然利用了图1所示的光电倍增管1来进行说明，但采用上述任意一个实施例的光电倍增管均可构成同样的放射线检测仪器。

如图16所示，构成一个放射线检测仪例子的γ放射线照相机50被开发用作胞核医学诊断装置。γ放射线照相机50具有通过伸出支承架49的支臂52而得到支持的检测器53，检测器53配置在被检测体的病人P躺倒的床51的正上方。

在检测器53的框罩54内，如图17所示，安放着位于其最下段的视准仪55，视准仪55对准了病人P患病部位。另外，在框罩54内，闪烁仪56设置在视准仪55上，闪烁仪56通过光波导57被固定光电倍增管群A上。光电倍增管群A是由许多光电倍增管1并列设置而成的，各光电倍增管1的受光面板3向下地面对着闪烁仪56，以便使来自闪烁仪56的荧光通过光波导57而射入。

在采用平板状闪烁仪56的情况下，光电倍增管群A使图1所示的光电倍增管1与侧管2相互紧密连接地高密度排列成矩阵形状(见图18)。光电倍增管群A通过将光电倍增管1的底座销10插装在插座58中而实现了矩阵排列。另外，在框罩54中，设置了根据各光电倍增管1的各底座销10的输出电荷进行计算处理的位置计算部59。位置计算部59输出用于传达到在显示器(未示出)上的三维监测器的X、Y、Z信号。这样一来，由病人P患病部位产生的γ放射线通过闪烁仪56转换成某种荧光，这个荧光的能量被各光电倍增管1转变成电荷并通过位置计算部59作为位置信息地向外输出这个转变电荷，从而可以监视放射线能量的分布并可以被用于画面诊断。

尽管作为放射线检测仪的一个例子简单说明了γ放射线照相机50，但作为被用于胞核医学诊断的放射线检测仪还存在着阳电子CT仪(通称为PET)。不用说，该装置也能够采用本发明的大多数光电倍增管1。

工业上应用的可能性

本发明的光电倍增管能够作为利用具有特定波长的吸收光、反射光、偏振光而进行各种物质分析的分析仪器而广泛地应用到医用器械、分析仪器、工业测量仪器等中。

Claims (8)

1．一种光电倍增管，具有通过入射到受光面板(3)上的光而放出电子的光电面(3a)，在密封容器(5)内具有使来自光电面(3a)的电子倍增的电子倍增部(9)，并根据由电子倍增部(9)倍增的电子送出输出信号的阳极(12)，其特征在于，

所述密封容器(5)是通过能借助底座销(10)固定电子倍增部(9)及阳极(12)的底座(4)，在包围电子倍增部(9)及阳极(12)的同时还将底座(4)固定在一侧开口端上的金属侧管(2)，固定在侧管(2)另一侧开口端上的受光面板(3)构成的；使侧管(2)的下端内壁面接触底座(4)的边缘面，至少包括接触侧管(2)的下端内壁面的底座(4)的边缘面在内的部分是金属制成的并将侧管(2)和底座(4)焊接起来。

2．如权利要求1所述的光电倍增管，其特征在于，侧管(2)的下端形成了使底座(4)的所述边缘面滑动的游动端。

3．如权利要求1或2所述的光电倍增管，其特征在于，将侧管(2)与底座(4)熔合在一起。

4．如权利要求1-3中任一项所述的光电倍增管，其特征在于，所述熔合是激光焊接或电子束焊接。

5．如权利要求1-4中任一项所述的光电倍增管，其特征在于，所述底座(4)整个是由金属制成的。

6．如权利要求1-5中任一项所述的光电倍增管，其特征在于，所述底座(4)由金属底座片支承部(40)和玻璃底座片(41)构成，金属底座片支承部(40)接触侧管(2)的下端内壁面。

7．如权利要求1-6中任一项所述的光电倍增管，其特征在于，在侧管(2)的下端内壁面上形成了锥面，在底座(4)的边缘面上形成与所述锥面对应的锥面，并且使这两个锥面相互接触。

8．如权利要求1所述的光电倍增管，其特征在于，底座(4)的底面与侧管(2)的下端面是同一个平面。

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