JP2005030972A - シャッタ付き光電子増倍管モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図ったシャッタ付き光電子増倍管モジュール提供する。
【解決手段】シャッタ付き光電子増倍管モジュール１は、暗箱２内にヘッドオン型の光電子増倍管３を収容し、暗箱２の前面を光入射開口２１、２３をそれぞれ形成した２枚のプレート２０、２２で構成する。また、プレート２０、２２間に形成したシャッタ収容空間Ｓ内にシャッタ羽根２６を封入する。更に、モータ３０と、これに接続したシャッタ駆動回路基板５０を暗箱２内に収容し、シャッタ羽根２６とモータ３０の回転軸２８を連結する。シャッタ駆動回路基板５０に形成したシャッタ駆動回路１００は、コンデンサ１０３の充放電により、少ない消費電力で発熱を抑制しつつ、モータ３０の回転軸２８を正逆転する。したがって、各種部品を光電子増倍管３に近づけて暗箱２内に収容でき、小型化を図ったシャッタ付き光電子増倍管モジュール１の提供が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、微弱光検出に利用するシャッタ付き光電子増倍管モジュールに関するものである。

一般に、微弱光領域と呼ばれる非常に暗い領域では、光を強度としてとらえることができない。そのため、この領域にある光は、光の強度分布で構成される一般のテレビカメラの映像ではとらえることができない。また、光を一つ一つの光子として検出する方法も考えられるが、一つの光子から得られる信号レベルがあまりにも小さいため、一般の高感度カメラでも映像化することはできなかった。

そこで、光子一つ一つを検出する技術として、例えばフォトンカウンティング装置がある。

このフォトンカウンティング装置のような微弱光検出装置では、試料を交換する際に、強い外来光が入射すると、光電子増倍管が劣化したり、暗電流が増加して、微弱光の測定精度が低下する。そのため、試料交換の際に外来光が入射することを防止するシャッタ機構を設ける必要がある。

従来、このような技術として、特開平７−８３７５７号公報がある。この公報に記載されたフォトンカウンティング装置は、シャッタ羽根を電磁駆動手段で揺動する機構を設けて、試料交換の際に外来光が入射することを防止している。

しかし、上述したフォトンカウンティング装置は、シャッタ羽根や電磁駆動手段を設けたため、これらの部品をフォトンカウンティング装置の光電子増倍管に近づけることができず、フォトンカウンティング装置が大型化しており、その小型化が望まれていた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、特に小型化を図ったシャッタ付き光電子増倍管モジュールを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明のシャッタ付き光電子増倍管モジュールは、管軸方向に沿って光電面と電子増倍部を配列させたヘッドオン型の光電子増倍管を収容する暗箱と、上記暗箱の前面側で上記光電面に対向して設けられた光入射開口と、上記暗箱内に収容されたシャッタ駆動手段と、上記シャッタ駆動手段の回転軸に連結され、上記光入射開口と上記光電面との間に設けられたシャッタ収容空間内に収容されたシャッタ羽根と、上記暗箱内に収容され、充電回路と放電回路をスイッチ手段によって切り替えて形成するシャッタ駆動回路とを備え、上記充電回路は、直流電源による電力を上記シャッタ駆動手段に供給すると共に上記シャッタ駆動手段に直列接続されたコンデンサに充電し、上記放電回路は、上記コンデンサに充電された電力を放電して上記シャッタ駆動手段に供給することを特徴としている。

本発明のシャッタ付き光電子増倍管モジュールによれば、暗箱内に光電子増倍管を収容するとともに、光入射開口を開閉するシャッタ羽根や、これを揺動するシャッタ駆動手段も暗箱内に収容して上記モジュールの小型化を実現している。更には、シャッタ駆動手段を駆動制御するシャッタ駆動回路も暗箱内に収容する。このシャッタ駆動回路は、直流電源からの電力をシャッタ駆動手段に供給すると共にシャッタ駆動手段に直列接続されたコンデンサに充電する充電回路と、コンデンサに充電された電力を放電してシャッタ駆動手段に供給する放電回路をスイッチ手段によって切り替えて形成する。すなわち、コンデンサの充放電によってシャッタ駆動手段の回転軸を正逆転して、シャッタ羽根を揺動する。このように直流電源から供給される電力はコンデンサによる充放電によって、無駄なくシャッタ羽根の揺動に消費されるので、消費電力が少ない。よって、光電子増倍管に悪影響を及ぼす発熱を抑制できるので、光電子増倍管にシャッタ駆動回路を近づけて暗箱内に収容できる。ゆえに、シャッタ付き光電子増倍管モジュールの小型化が実現可能となる。

以上説明したように、本発明によるシャッタ付き光電子増倍管モジュールは、ヘッドオン型の光電子増倍管を収容する暗箱内に、光電子増倍管に近づけて、シャッタ駆動手段等の各種部品を収容するので、シャッタ付き光電子増倍管モジュールの小型化が実現可能である。また、このモジュールに用いるシャッタ駆動回路は発熱が少ないため、光電子増倍管に近づけて暗箱内に収容することができるので、シャッタ付き光電子増倍管モジュールの小型化が実現可能となる。

本発明の実施形態にかかるシャッタ付き光電子増倍管モジュール１について添付の図面を参照して説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

図１は、シャッタ付き光電子増倍管モジュール１を一部破断して示した斜視図である。図１に示すように、このシャッタ付き光電子増倍管モジュール１は、金属またはプラスチック製で直方体形状の暗箱２を有し、この暗箱２内の一方の隅には直方体形状の保護カバー１２が暗箱２の内壁面に固定されて収容されている。そして、この保護カバー１２内に、いわゆるヘッドオン型の光電子増倍管３を収容することで、暗箱２内に収容した各種部品との接触から光電子増倍管３を保護している。

ここで、図２を参照して光電子増倍管３について説明する。図２は光電子増倍管３及びその周囲の部品の断面を拡大して示した図である。図２に示すように、光電子増倍管３は、ガラス製の側管４を有し、この側管４の一端をガラス製の入射窓５で封鎖し、この入射窓５の裏面側に光電面６を蒸着させている。さらに、側管４内には、管軸Ｐ方向において、光電面６に対して、整列させた電子増倍部７が収容されると共に、この電子増倍部７の末端から放電される二次電子を捕捉するために陽極８が収容されている。よって、入射窓５を透過して光電面６に微弱な光が当たった場合、光電面６内の電子が励起されて側管４内に光電子が放出される、そして、この光電子は収束電極９によって第１段目のダイノード７ａに収束しながら入射し、その後、各ダイノード７ａで二次電子増倍を繰り返しながら電子を増倍させ、最終的に、多数の電子を陽極８で捕捉する。このような電子増倍現象を利用することで、微弱な光でも簡単に検出することができる。

なお、この光電子増倍管３の入射窓５側の先端部において、側管４の外周には、環形状の絶縁性パッキン２７が装着されており、この絶縁性パッキン２７を後述する第１のプレート２０に当接させている。図１に戻り、また、光電子増倍管３の後端は、外部と電気的に接続するためのステムピンによってソケット１１に接続されている。ソケット１１には、フランジ部（図示せず）が一体的に形成されており、このフランジ部が保護カバー１２の後端部壁面にゴム製のグロメット（弾性部材）１４を介して、ネジ（図示せず）とナット１７の協働によって固定される。このようにして、外部からの衝撃が伝わり難いようにして、光電子増倍管３が固定される。

次に、図１に示すように、暗箱２の前面側には、管軸Ｐに対して直行する方向に延在する金属（例えばアルマイト）又は遮光性をもった樹脂などからなる第１のプレート２０が設けられている。更に、第１のプレート２０の前面に当接させるように金属製の第２のプレート２２を重ね合わせている。

ここで、第１のプレート２０及び第２のプレート２２の詳細を更に説明する。図３は、シャッタ付き光電子増倍管モジュール１の第１のプレートと第２のプレートとを分離させた状態を示す斜視図である。図３においては説明の理解のため、暗箱２に収容された各種部品のうち、光電子増倍管３及びモータ３０等の一部の部品を図示している。図３に示すように、第１のプレート２０には、光電子増倍管３の入射窓５に対向する位置において、円形の第１光入射開口２１が形成されている。更に、第２のプレート２２には、第１の光入射開口２１に対向する位置において、円形の第２の光入射開口２３が形成されている。また、第２のプレート２２には、管軸Ｐに対して直交する方向に延在するシャッタ収容空間Ｓが、略全面にわたって形成されている。そして、第１のプレート２０と第２のプレート２２との間において、一枚のシャッタ羽根２６を挟み込むように封入している。

このシャッタ羽根２６は、管軸Ｐに対し直交する方向にスライドして、第１の光入射開口２１と第２の光入射開口２３との間で出入りしながら、第１の光入射開口２１の開閉を行っている。なお、このシャッタ収容空間Ｓの厚みは、シャッタ羽根２６のガイドに最適な厚みとして設定されている（例えば、シャッタ羽根２６の厚み０．１ｍｍに対して、シャッタ収容空間Ｓの厚みは０．３ｍｍ程度）。このように、シャッタ収容空間Ｓの厚みをシャッタ羽根２６の厚みに相応して極めて小さくできるので、第１の光入射開口２１と第２の光入射開口２３との間で、光を確実に遮蔽することができる。

図１に戻って、暗箱２内には、モータ３０（シャッタ駆動手段）が保護カバー１２の外壁面に固定されて、収容されている。このモータ３０はシャッタ羽根２６を揺動するためのものであり、シャッタ羽根２６の一端は第１のプレートから露出させた回転軸２８に固定され、この回転軸２８は減速機構２９を介してモータ３０に連結されている。そして、回転軸２８を正逆転させることによって、シャッタ羽根２６をシャッタ収容空間Ｓ内で揺動させ、第１の光入射開口２１を必要に応じて開閉させる。

このように、第１のプレート２０と第２のプレート２２間でシャッタ羽根２６を挟み込むようにすると、各プレート２０，２２の壁面をガイドとして利用しながら、回転軸２８の正逆転によってシャッタ羽根２６を撓ませず確実に往復運動させることができる。その結果、シャッタ羽根２６を光電子増倍管３の入射窓５に安全に近づけて配置することができ、これをもってシャッタ付き光電子増倍管モジュール１の小型化を図るための一助としている。

更に図１に示すように、モータ３０の側方には、一方面上に４つのコンデンサ１０３を備えるシャッタ駆動回路基板５０が、その他方面をモータ３０に対向させた状態で配置されている。なお、シャッタ駆動回路基板５０に形成されたシャッタ駆動回路１００については後述する。

また、図１に示すように、暗箱２内には、保護カバー１２の後方に、分圧部５１、高圧電源回路部５２が収容されている。更に、モータ３０の後方には、アンプ基板５３が基板面を保護カバー１２の側面に対向させた状態で収容されている。この分圧部５１は、高電圧を光電子増倍管３の各電極部分に分圧して印加する機能を有し、高圧電源回路部５２は、低電圧を高電圧に変換して、その電圧を分圧部５１に供給する機能を有している。また、このアンプ基板５３は、光電子増倍管３の陽極電流を電圧に変換した後に増幅させる機能を有する。このように、シャッタ付き光電子増倍管モジュール１は、各種部品を収容することによって暗箱２内に残されたスペースに、分圧部５１、高圧電源回路部５２及びアンプ基板５３を配置することによって、その小型化を実現している。

次に、図４を参照してシャッタ駆動回路１００について詳細に説明する。図４はシャッタ駆動回路１００の概念を示す回路図である。図４に示すように、シャッタ駆動回路１００は、モータ３０の負極にコンデンサ１０３が直列に接続されている。また、モータ３０の正極は、スイッチ部（スイッチ手段）１０２に接続されている。このシャッタ駆動回路１００は、スイッチ部１０２がＡ側に接続すると、モータ３０とコンデンサ１０３と直流電源１０１とが直列接続されて、直流電源１０１からモータ３０に電力が供給されると共にコンデンサ１０３に充電される充電回路が形成される。一方、スイッチ部１０２がＢ側に接続すると、モータ３０とコンデンサ１０３とが直列接続され、コンデンサ１０３に充電された電力が放電されてモータ３０に供給される放電回路が形成される。

ここで、図４に示したシャッタ駆動回路１００の具体的な回路構成の一例を図５に示す回路図を参照して説明する。図５に示すシャッタ駆動回路１００では、図４に示したスイッチ部１０２の機能を、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のスイッチ部１０２ａ、１０２ｂを用いて実現している。すなわち、図５に示すシャッタ駆動回路１００では、スイッチ部１０２ａをＯＮにして、スイッチ部１０２ｂをＯＦＦにした場合に、モータ３０とコンデンサ１０３が直流電源１０１に直列接続された上述の充電回路が形成される。逆にスイッチ部１０２ａをＯＦＦにして、スイッチ部１０２ｂをＯＮにした場合には、モータ３０とコンデンサ１０３が直列接続された上述の放電回路が形成される。ここで、ダイオード１０４は、コンデンサ１０３からの放電時に、スイッチ部１０２ａや直流電源１０１への電流の逆流を防止するために設けたものである。なお、直流電源１０１には、このモジュール１のコネクタ（図示せず）と接続され、モジュール１を駆動する電源ユニットを併用して用いることができる。また、スイッチ部１０２ａ及び１０２ｂのＯＮ・ＯＦＦの切り替えは、上記の電源ユニットから出力する電圧のＯＮ・ＯＦＦに連動した制御信号をスイッチ部１０２ａ及び１０２ｂに与えることによって実現される。

このようなシャッタ駆動回路１００では、上述の充電回路を形成すると、モータ３０に電圧が印加されて、モータ３０の回転軸２８が回転すると共に、コンデンサ１０３に徐々に電荷が蓄積される。そして、コンデンサ１０３への充電が完了すると、モータ３０には電圧がかからないため回転軸２８の回転が停止する。この状態に至ったとき、モータ３０には電圧がかからないため、電力が消費されない。一方、上述の放電回路を形成すると、コンデンサ１０３に蓄積された電力が放電されて、モータ３０に供給される結果、モータ３０の回転軸２８が逆回転する。このように、コンデンサ１０３に充電された電力は、無駄無くモータ３０の駆動に寄与する。すなわち、このシャッタ駆動回路１００は少ない消費電力でモータ３０の回転軸の正逆転を実現するので、光電子増倍管３に悪影響を及ぼす発熱を抑制できる。その結果、シャッタ駆動回路１００が形成されたシャッタ駆動回路基板５０を光電子増倍管３に近づけて暗箱２内に収容することが可能となるので、シャッタ付き光電子増倍管モジュール１の小型化を達成できる。

更に、このシャッタ駆動回路１００は、モータ３０に異常が生じても、コンデンサに充電するだけの電流が流れるだけで、過電流が流れることはなく、保護回路を必要としない。更に、シャッタ開時に電源が切断されても、補助用電源を必要とすることなく、コンデンサ１０３に蓄積された電力でシャッタ閉動作を実現できる。

実施形態にかかるシャッタ付き光電子増倍管モジュールの構成を一部破断して示した斜視図である。 実施形態にかかるシャッタ付き光電子増倍管モジュールにおける光電子増倍管及び周囲の部品を拡大して示した断面図である。 本発明の実施形態にかかるシャッタ付き光電子増倍管モジュールに備えた第１のプレートと第２のプレートとを分離させてシャッタ羽根を露出させた状態を示す斜視図である。 実施形態にかかるシャッタ付き光電子増倍管モジュールに用いるシャッタ駆動回路の概念を説明するための回路図である。 実施形態にかかるシャッタ付き光電子増倍管モジュールに用いるシャッタ駆動回路の一例を示す回路図である。

符号の説明

１…シャッタ付き光電子増倍管モジュール、２…暗箱、３…光電子増倍管、６…光電面、７…電子増倍部、１２…保護カバー、２０…第１のプレート、２１…第１の光入射開口、２２…第２のプレート、２３…第２の光入射開口、２６…シャッタ羽根、２８…回転軸、３０…モータ（シャッタ駆動手段）、シャッタ駆動回路基板・・・５０、１００…シャッタ駆動回路、１０１…直流電源、１０２（１０２ａ、１０２ｂ）…スイッチ部、１０３…コンデンサ、Ｐ…管軸、Ｓ…シャッタ収容空間。

Claims (1)

1. 管軸方向に沿って光電面と電子増倍部を配列させたヘッドオン型の光電子増倍管を収容する暗箱と、
   前記暗箱の前面側で前記光電面に対向して設けられた光入射開口と、
   前記暗箱内に収容されたシャッタ駆動手段と、
   前記シャッタ駆動手段の回転軸に連結され、前記光入射開口と前記光電面との間に設けられたシャッタ収容空間内に収容されたシャッタ羽根と、
   前記暗箱内に収容され、充電回路と放電回路をスイッチ手段によって切り替えて形成するシャッタ駆動回路と
   を備え、
   前記充電回路は、直流電源による電力を前記シャッタ駆動手段に供給すると共に前記シャッタ駆動手段に直列接続されたコンデンサに充電し、
   前記放電回路は、前記コンデンサに充電された電力を放電して前記シャッタ駆動手段に供給する
   ことを特徴とするシャッタ付き光電子増倍管モジュール。

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