CN1348601A - 光电倍增管 - Google Patents

Abstract

在一光电倍增管1中,一种腐蚀技术被应用在按多层模式叠放的平板形的打拿极8上形成一些电子倍增孔8a。为了实施这种腐蚀过程,围绕平板形打拿极基片20配置了一模式框架22。提供了一连接桥部分23,用来将该模式框架22连接到该打拿极基片20的边缘20a上。该打拿极基片20上被一掩模覆盖,并实施腐蚀过程,以便在该打拿极基片20上形成多个电子倍增孔8a。紧接着,在靠近该打拿极基片20的位置处切断该连接桥部分23,因而在该打拿极8的边缘8b上残留下一小的连接桥的剩余部分8c。为了抑制由这些连接桥的剩余部分产生的噪音,可将相邻打拿极8上的连接桥的剩余部分8c排列在这样的位置上,使得平行于该打拿极叠放方向并通过该连接桥的剩余部分8c的直线彼此都不重叠,从而使该光电倍增管1的基本特性进一步得到改善。

Description

光电倍增管

技术领域

本发明涉及一将面板上的微弱的入射光转变成电子并利用多级叠放的打拿极(dynode)产生的电子倍增效应对其进行检测的光电倍增管。

背景技术

Japanese Patent-Application Publications Nos.HEI-6-314551和HEI-6-310084描述了一些传统的光电倍增管。这些光电倍增管包括一由多层叠放的打拿极形成的电子倍增部分和一些做在上述打拿极上的U形连接端子，这些连接端子把该打拿极与管座管脚(stempin)连接起来。设在各个打拿极上的连接端子是这样定位的，使得通过每个连接端子的平行于打拿极的叠放方向的直线都不重叠，以便防止在连接端子之间发生放电。通过将相邻的打拿极板焊在一起的方法将上述打拿极连接起来。该焊缝的位置也作了布置，以便不相重叠。

发明概述

按上述方式将连接端子和焊缝定位是提高该光电倍增管性能的有效方法。但是，为了进一步改善该光电倍增管的基本特性，在用腐蚀技术形成每块打拿极时，还必须考虑到所产生的毛刺(burr)。在Japanese Patent-Application Publications Nos.HEI-6-314552和HEI-5-182631中已公开了该形成打拿极的腐蚀方法。但是这种腐蚀技术并未考虑到在该过程中所产生的毛刺。

鉴于前述，本发明的目的在于提供一种能抑制由毛刺所产生的噪音的光电倍增管。

本发明的光电倍增管包括：一面板；一光阴极，装在一密闭容器内，在光入射到面板上时用来发射电子；一电子倍增部分，用来倍增从光阴极发射的电子；以及一阳极，传送基于被该电子倍增部分倍增的电子的一些输出信号。该电子倍增部分包括多个按层叠放的平板形打拿极。用腐蚀技术每个打拿极被形成有一些电子倍增孔，而且有一个提供有连接桥的剩余部分(bridge remainder)的边缘部分。上述连接桥的剩余部分被这样定位，使得平行于打拿极叠放方向延伸并通过相邻打拿极上的连接桥的剩余部分的直线不互相重叠。

在这种类型的光电倍增管中，利用腐蚀技术在上述以多层堆叠的平板形打拿极内形成一些电子倍增孔。为了实施这种腐蚀过程，制备了一将平板形打拿极包围在内并通过一连接桥部分与该打拿极相连的基片。在该打拿极基片上形成掩模并实施腐蚀过程，以便在该打拿极上形成多个电子倍增孔。紧接着，将该连接桥部分切断，以形成一能装进该光电倍增管中的打拿极。不可避免地，部分连接桥将会残留在该打拿极的边缘上。已证实，当该打拿极带着这连接桥的剩余部分叠放时，如将该连接桥的剩余部分在该叠放方向排列时，则就会在连接桥的剩余部分之间发生放电。当打拿极之间的间隔越小时，这种现象就越显著，而且本发明者通过实验证实，这种现象在该光电倍增管中会产生噪音。因而，应将相邻打拿极上的连接桥的剩余部分安置在这样的位置上，使得平行于打拿极的叠放方向并通过每个连接桥的剩余部分的直线都不重叠，因而，使得该光电倍增管的基本特性得到进一步改善。在生产薄型的电子倍增部分时这种技术特别有效。本发明就是以打拿极上毛刺(连接桥的剩余部分)的存在为基础的，而且认识到，在企图制造一种精确的光电倍增管时，这些毛刺就是一不可忽略的重要因素。

在本发明的光电倍增管中，该连接桥的剩余部分是沿打拿极的边缘部分形成在边沿上。对于这种结构来说，为了适应各种情形，可形成很多种连接桥的剩余部分的排列。例如，所有的连接桥的剩余部分可这样定位，使得平行于打拿极叠放方向并通过每个连接桥的剩余部分的直线都不重叠。

在本发明的光电倍增管中，该连接桥的剩余部分是形成于沿着打拿极的边缘部分的拐角处。对于这种结构来说，这些连接桥的剩余部分可以安置在叠放方向上每隔一层打拿极的拐角处。

在本发明的光电倍增管中，该连接桥的剩余部分可被这样定位，使得平行于打拿极的叠放方向并通过每隔一层打拿极的连接桥的剩余部分的直线彼此重叠。对于这种结构来说，上述连接桥的剩余部分就可被分开至少一块打拿极的厚度。

在本发明的光电倍增管中，所有的连接桥剩余部分都被这样定位，使得平行于打拿极的叠放方向并通过上述连接桥的剩余部分的直线彼此都不重叠。对于这样的结构来说，连接桥的剩余部分之间的间隔就可被增大

在本发明的光电倍增管中，连接桥的剩余部分按一阶梯形排列偏移。对于这样的结构来说，连接桥的剩余部分之间的间隔可增大不止一打拿极的厚度。

附图简介

图1是一表示按照本发明一实施例的光电倍增管的透视图；

图2是一沿图1中的II-II线截取的横截面视图；

图3是一表示在形成打拿极的腐蚀过程中所用的第一例底板的平面视图；

图4是一表示图3的相关部分的放大透视图；

图5是一表示打拿极上的一连接桥的剩余部分的透视图；

图6是一表示在将图5所示的打拿极叠放在光电倍增管中时连接桥的剩余部分的第一种排列的透视图；

图7(a)是一表示连接桥的剩余部分的第二种排列的平面视图；

图7(b)是一沿图7(a)中的VII(b)-VII(b)线的截面视图；

图8(a)是一表示连接桥的剩余部分的第三种排列的平面视图；

图8(b)是一沿图8(a)中的VIII(b)-VIII(b)线的截面视图；

图8(c)是一沿图8(a)中的VIII(c)-VIII(c)截取的截面视图；

图9(a)是一表示连接桥的剩余部分的第四种排列的平面视图；

图9(b)是一沿图9(a)中的IX(b)-IX(b)线截取的截面视图；

图10(a)是一表示连接桥的剩余部分的第五种排列的平面视图；

图10(b)是一沿图10(a)中的X(b)-X(b)线截取的截面视图；

图10(c)是一沿图10(a)中的X(c)-X(c)线截取的截面视图；

图11是一表示在形成打拿极的腐蚀过程中所用的第二例底板的平面视图；

图12是一表示打拿极上的一连接桥的剩余部分的透视图；以及

图13是一表示将图12所示的打拿极叠放在光电倍增管中的透视图；

实施本发明的最佳模式

下面将按照本发明的优选实施例对光电倍增管进行描述，同时请参看附图。

图1是一按照本发明表示的光电倍增管的透视图。图2是图1所示的光电倍增管的横截面视图。示于这些附图中的光电倍增管1包括一侧管(side tube)2，它具有一基本上做成方形的筒状(squaredcylindrical)并由金属材料(如科伐合金和不锈钢)做成。将一玻璃面板3融接在该侧管2的一开口端A上。在该面板3的内表面上形成一能将光转变成电子的光阴极3a。该光阴极3a是通过使碱金属蒸气与预先沉积在该面板3上的锑反应形成的。由金属材料(如科伐合金和不锈钢)做的管座板(stem plate)4被焊接在该侧管2的另一开口端B上。该侧管2、面板3、以及管座板4的组合形成一密封容器5。该容器5是超薄的而且具有大约10mm的高度。

在该管座板4的中心安置有一突出的金属制的抽空管6。在将该光电倍增管装配好后，该抽空管6有助于用真空泵(未画出)对该容器5进行抽真空。该抽空管6还可用作一引入管，在形成该光阴极3a时，用来将碱金属蒸气引入该容器6中。

呈块形的分层的电子倍增器7就安放在该容器5中。该电子倍增器7具有一电子倍增部分9，其中叠放有10层(级)打拿极8，每层都具有相同的形状。由科伐合金形成的管座管脚10穿过该管座板4，支撑着该容器5内的电子倍增器7。每根管座管脚10都与每块打拿极8是电连接的。针孔4a形成于管座板4上，使管座管脚10能够穿过该管座板4。每个管脚孔4a都用一小块科伐合金11充填，用以形成密封。各管座管脚10都是通过该小块科伐合金11固定在该管座板4上。该管座管脚10包括分别与每块打拿极8相连的打拿极管脚10A和分别与每个阳极12相连的阳极管脚10B，下面将作介绍。

在该电子倍增器7中阳极12被放置在电子倍增部分9的下面，而且固定在阳极管脚10B的顶端。在电子倍增器7的顶级，一平面的聚焦电极板13被放置在该光阴极3a和电子倍增部分9之间。在该聚焦电极板13中做有多个狭缝形开口13a。这些开口13a直线地排列在一个方向上。在该电子倍增部分9的每块打拿极8上开有一些狭缝形的电子倍增孔8a，这种孔的数目与上述狭缝开口13a的数目相同。这些电子倍增孔8a直线地排列在与该图页面垂直的方向上。

将每块打拿极8上的电子倍增孔8a排列起来以构成一些沿着该叠层方向延伸的电子倍增路径L，使得这些路径L与该聚焦电极板13上形成的每一开口13a一一对应，这样就在该电子倍增器7中形成了多条通道。该阳极12具有8×8的配置，因而每个阳极12都与一规定的通道数相应。因为每个阳极12都与一个阳极管脚10B对应，所以可通过每个阳极管脚10B取出单独的输出信号。

因此，该电子倍增器7就提供了多个线性通道。通过与泄放电路(未画出)相连的规定的管座管脚10向该电子倍增部分9和上述阳极12供给一规定电压。光阴极3a和聚焦电极板13都被设定为相同的电位，而该等打拿极8和该等阳极12则被设定到一些从顶层按顺序增大的电位上。因此，在该面板3的入射光在该光阴极3a上被转换成电子，这些电子又由于电子透镜效应而被射进规定的通道，该透镜效应是由聚焦电极13和在第一级的打拿极8，也就是该电子倍增器7的最顶层所产生的。射入该通道的电子在通过电子倍增路径L时，就被每一级打拿极8所倍增。然后这些电子就冲击在各阳极12上，因而就能从每个阳极12上提取出单独的输出信号。

每个叠放在该电子倍增部分9中的平板形的打拿极8都具有一5cm×5cm的平表面和0.2mm的厚度。在每块打拿极8上形成有多个电子倍增孔8a。这些电子倍增孔8a排列的间隔距离为0.5mm。一腐蚀技术被用来形成这些微小尺寸的电子倍增孔8a。为了实施这种腐蚀工艺，制备了一如图3所示的底板24。该底板24具有一模式框架22包围着平板形打拿极基片20和21，每块基片具有的厚度为0.2mm。该模式框架22通过连接桥23分别与打拿极基片20和21的边缘20a和21a相连。

每块打拿极基片20和21都被两相对着的连接桥23支撑在底板24中。因而，在该模式框架22内该打拿极基片20和21都是在两点上被支撑。按这种方式，该连接桥23就被用来支撑该打拿极基片20和21，以防止在该腐蚀过程中该打拿极基片从该模式框架中跌落下来。该底板24由冲压方法形成。

在该打拿极基片20和21的边缘20a和21a上做有连接端子25(参看图3)，用来连接打拿极管脚10A。这些连接端子25设置在每一层打拿极8上的位置都是不同的，以便在平行于该打拿极叠放的方向上通过每个连接端子25的直线都不重叠。最好是将这些连接端子25形成在该底板24上的一些预定位置处。

在该打拿极基片20和21的表面上形成一光掩模后，就进行腐蚀过程，以便在该打拿极基片20和21中形成多个间距为0.5mm的电子倍增孔8a。在该腐蚀过程之后，需要把该打拿极基片20和21从模式框架上分离出来。

如图3和图4所示，具有大约3mm宽度的连接桥23从模式框架22向内伸展，该连接桥的端部与打拿极基片20，21相连。该等连接桥23在该打拿极基片20，21上的连接位置相对于该打拿极基片20，21的中心点是中心对称的。在该等连接桥的端部形成有一呈三角形状的连接部分23a。该连接部分23a的尖端23b与该打拿极基片20，21的边缘20a，21a的侧面部分S相连。该尖端23b具有大约0.2mm的宽度，以便能进行足够的支撑，同时又能切断。

通过沿着虚线所示位置切断连接桥23的尖端23b，将该打拿极基片20和21从该模式框架22上分离开来，由此，就完成了一可装入光电倍增管1的打拿极8。在切断该连接桥23后，该连接桥23的一小部分被残留在该边缘部分8b的侧面部分S上。这残留的小部分就被称为连接桥的剩余部分8c。因为该连接桥23是与该打拿极基片20，21相连在相对于该打拿极基片20，21的中心对称位置上，所以在每个相对的边缘部分8b上都形成有一个连接桥的剩余部分8c。

从实验已证实，当将具有这些连接桥的剩余部分8c的打拿极叠放在一起时，如果将这些连接桥的剩余部分8c排列起来使得在平行于叠放方向的通过每个连接桥的剩余部分8c的那些直线重叠，则相邻的连接桥的剩余部分8c之间就会发生放电。打拿极8之间的间隔越小，这种放电现象就越明显，而且还可产生噪音。

本发明者们发现了一种进一步改善光电倍增管1的基本特性的方法，这里，就是使相邻打拿极8上的连接桥的剩余部分8c这样排列，使得在平行于叠放方向的那些通过每个连接桥的剩余部分8c的直线都不重叠。这种方法在形成一种薄的电子倍增部分9时是特别有效的。按照本方法排列连接桥的剩余部分8c的一个具体例子是将该等打拿极8叠放在一起，同时每隔一个打拿极8就围绕一想象的平行于该打拿极叠放方向并穿过该打拿极8的中心的轴旋转90°。由于连接桥的剩余部分8c都是形成在两个相对着的边缘部分8b上，所以那些平行于该打拿极的叠放方向并通过具有相邻打拿极8的连接桥的剩余部分8c的边缘部分8b的直线都不重叠。因此，该连接桥的剩余部分8c在该叠放方向上与隔一个的打拿极8上的另一连接桥的剩余部分8c相对，如图6所示，因此，这时两相对着的连接桥的剩余部分8c之间的距离就是原来距离的两倍。因此，就能可靠地避免在连接桥的剩余部分8c之间可能出现的放电。

如图3所示，在腐蚀底板24时，还可将该连接桥23预设在左边和右边的打拿极基片20和21的不同位置上。通过将由打拿极基片20制作的打拿极8和由打拿极基片21制作的打拿极8交替叠放的方法就可增加相邻连接桥的剩余部分8c之间的距离，如图7所示。虽然在图7中没有画出连接端子25，但如上所述，在考虑这些打拿极8在每一级中的叠放布局时这些连接端子的位置就被决定了，这种布局应使得从上述连接端子25向下伸展的那些打拿极管脚10a以大体相等的间隔排列在上述打拿极8的一个边沿上。

上述结构的效果已由实验所证实。在该实验中，打拿极8的级间击穿电压被证实为500V。该光电倍增管1中的噪音减小也被证实。

如图8所示，还可将由打拿极基片20制作的打拿极8和由打拿极基片21制作的打拿极8交替叠放，并同时将每隔一层的打拿极8绕一想象的中心轴旋转90°。

如图9所示，上述的连接桥的剩余部分8c也可按一从侧面看为一阶梯的模式排列。这种连接桥的剩余部分8c按阶梯模式的排列也可形成在该电子倍增部分9的所有四个侧面上，如图10所示。

尽管在图8、9、和10中没有画出上述连接端子25，但这些连接端子25是这样排列的，使得在平行于叠放方向的那些通过每个连接端子25的直线彼此都不重叠。

本发明并不限于上述实施例。图11和图12图示出了该实施例的一种改进方案。底板29包括一模式框架32，它包围着并排安放而且具有0.2mm厚度的平板形的打拿极基片30和31。连接桥33将该模式框架32与该打拿极基片30和31的边缘30a和31a连接起来。每个连接桥33都是定位在该打拿极基片30和31的对角线上，而且与边缘30a和31a上的拐角P相连。

在对该打拿极基片30和31进行腐蚀之后，就将该打拿极基片30和31从模式框架32上分离开来。因此，如图12所示，该连接桥33的一小部分就仍留在打拿极18的拐角P上。这些小的部分就在上述打拿极18上形成连接桥的剩余部分18c。每个连接桥的剩余部分18c都呈现在上述打拿极18的对角线上。

当将上述具有这些连接桥的剩余部分18c的打拿极18叠放起来时，就可将相邻打拿极18的连接桥的剩余部分18c沿该等打拿极18的叠放方向排列在不同位置上。图13示出一具体的例子。这里，这些连接桥的剩余部分18c被排列在打拿极18所有四个拐角上，而且在任一给定拐角的叠放方向上每隔一层打拿极就会出现一连接桥的剩余部分。因此，相邻的连接桥的剩余部分18c至少被分开一打拿极18的厚度，因而就可靠地避免了在上述连接桥的剩余部分18c之间可能出现的放电。应该指出，标号35(参看图11)代表连接该打拿极管脚10A的连接端子。

在上述实施例中，该连接桥23，33都在该打拿极基片20、21，30、31的中心对称位置与该打拿极基片20、21，30、31相连。但是，这些位置可稍稍偏离这些对称位置。此外，尽管上述实施例中的那些打拿极8都是做成方形的，但在形状上这些打拿极8也可做成矩形或多边形的。工业应用

本发明的光电倍增管被广泛地使用在一些用于低光强范围的成像装置上，如象用在监视摄像机和夜视摄像机上。

Claims (6)

1.一种光电倍增管(1)，它包括：

一面板(3)

一光阴极(3a)，当光入射在该面板(3)上时用来发射电子；

一电子倍增部分(9)，它装在一密封容器内，用来使该光阴极(3a)发射的电子增倍；以及

一阳极(12)；它基于电子倍增部分(9)倍增的电子发送输出信号，

其中，该电子倍增部分(9)包括：多个按层叠放的平板形打拿极(8)，每个打拿极都用腐蚀形成有一些电子倍增孔(8a)，而且具有带有连接桥的剩余部分(8c)的边缘部分，这些连接桥的剩余部分(8c)被这样排列，使得平行于该打拿极的叠放方向伸展并通过相邻打拿极(8)上的各连接桥的剩余部分(8c)的直线彼此都不重叠。

2.按照权利要求1所述的光电倍增管(1)，其中，该连接桥的剩余部分(8c)形成于沿着打拿极(8)的边缘部分(8b)的边缘(S)上。

3.按照权利要求1所述的光电倍增管(1)，其中：该连接桥的剩余部分(8c)形成于沿着打拿极(8)的边缘部分(8b)的拐角处(P)。

4.按照1到3之任一权利要求所述的光电倍增管(1)，其中，该连接桥的剩余部分(8c)被这样放置，使得平行于该打拿极的叠放方向伸展并通过在叠放方向上每隔一层的打拿极(8)上的各个连接桥的剩余部分(8c)的直线彼此重叠。

5.按照权利要求2所述的光电倍增管(1)，其中，所有的连接桥的剩余部分(8c)被这样放置，使得平行于该打拿极(8)的叠放方向伸展并通过这些打拿极(8)上的各连接桥的剩余部分(8c)的直线彼此都不重叠。

6.按照权利要求2或5所述的光电倍增管(1)，其中，将上述连接桥的剩余部分(8c)按一阶梯形排列错开。

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