JP2695604B2 - 光電子増倍管 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被測定光が容器側面か
ら入射するいわゆるサイドオン型の光電子増倍管に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】図９（ａ）の側断面図および同図（ｂ）
の横断面図は、従来の一般のサイドオン型光電子増倍管
を示している。このサイドオン型光電子増倍管では、透
明な密閉容器であるガラスバルブ１の側面から測定対象
の光が入射される。ガラスバルブ１を透過して入射した
光が反射型光電陰極２の光電面に当たると、その光電面
から光電子が放出され、複数段のダイノード３ａ，３
ｂ，３ｃ…から成る電子増倍部に送られる。光電子はこ
の電子増倍部において順次増倍され、増倍された光電子
は出力信号として陽極４で収集される。

【０００３】ところで、光電陰極２から放出された光電
子を第１段のダイノード３ａに導くために、ガラスバル
ブ１の光入射部分５と光電陰極２との間には格子電極６
が配置され、光電陰極２と同電位にされている。格子電
極６の形式には種々あり、細い導線を文字通り格子状に
配置したもの（図示しない）や、同図（ａ）に示すよう
に、２本の支持棒６ａ，６ｂに１本の細い導線６ｃを螺
旋状に巻付けて構成したもの等がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
光電子増倍管においては、光電陰極２の前面に格子電極
６を配置しているため、ガラスバルブ１を透過して光電
陰極２に入射される光の一部が格子電極６の導線６ｃに
より散乱・吸収を受ける。よって、入射光が均一であっ
ても、光電陰極２に到達しない光がある。一般的に、格
子電極６の透過率は７５％のものが使われているので、
２５％は光電陰極２に到達しないことになる。

【０００５】このような透過率の低下という弊害に対
し、特公昭５３−１８８６４号公報に記載の解決手段が
知られている。同公報に記載の手段は、図１０に示すよ
うに、前記の格子電極６の替わりに、透明導電膜を表面
に形成したガラス板７を用いるものである。

【０００６】しかし、光はガラス材を透過する際に、吸
収ないしは散乱によりロスが生ずるため、ガラスバルブ
１内にガラス板７を配置すると、光が２回ガラス材を透
過することになり、ロスが２倍となるという問題点があ
る。また、製作上の問題もある。すなわち、従来、光電
陰極２の製造工程において、光電面作成用のアルカリ金
属が図１０の点線のように流れて光電面に到達していた
のであるが、そのアルカリ金属の移動経路にガラス板７
を配置すると、アルカリ金属を均一に誘導することがで
きない。従って、均一な光電面を形成することは極めて
困難となる。

【０００７】また、図９で示した従来の格子電極６に
は、電子レンズとしての役割の他、ヒステリシス特性を
向上させる役割もある。ここで、ヒステリシスとは、光
電子増倍管にパルス光を入射したとき、出力信号が急激
に立ち上がらずに徐々に立ち上がって安定する現象をい
う。このヒステリシスは、ガラスバルブ１の光入射部分
５に光電陰極２からの光電子が衝突してその部分を帯電
し、その部分の電位が不安定となって光電子の軌道に影
響を与えるものと考えられている。よって、従来の格子
電極６は、導線６ｃを光電陰極２の前面全体に張り巡ら
すことで、光電陰極２から光入射部分５に向かう光電子
を遮ることとしている。

【０００８】ところが、このような格子電極６の格子間
を抜けて光入射部分５に到達する光電子もあり、ヒステ
リシス特性の向上には限度があった。このため、このヒ
ステリシス特性の改善を期す技術として、特開平４−２
９２８４３号公報に記載された手段が提案されている。
同公報には、ガラスバルブの光入射部を除く内壁面にア
ルミニウム蒸着膜といった導電部が形成された構造が開
示されている。また、この導電部が透明体からなるとき
には光入射部にも導電部が形成される構造も開示されて
いる。この導電部によってガラスバルブ内壁面の抵抗値
は減少させられ、バルブ内壁面の表面抵抗と浮遊容量と
で形成される時定数は小さくなっている。時定数が小さ
いとバルブ内壁面での電位の不安定さが解消され、光電
子の電子軌道に与える影響が減少し、ヒステリシス特性
の向上が図られる。

【０００９】しかし、このようにヒステリシス特性が改
善された光電子増倍管においても、光電陰極の前面に格
子電極を配置しているため、前述した光透過率の低下と
いう弊害が生じる。

【００１０】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であり、光電子増倍管に入射される光の透過率を向上さ
せると共に、ヒステリシス特性の向上が図れる光電子増
倍管を実現することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、光入射部分を備えた透光性の密閉容器と、光
入射部分からの光入射に応じて光電子を発生させる密閉
容器内に設けられた反射型光電陰極と、光入射部分の密
閉容器内壁に形成され所定の電位が与えられる透明導電
膜と、この透明導電膜によって集束される光電子を電子
増倍する複数段のダイノードから成る電子増倍部と、増
倍された電子を収集する陽極とを備え、光電子増倍管を
構成した。

【００１２】また、上記透明導電膜を、密閉容器の内壁
面全体に形成して光電子増倍管を構成した。

【００１３】

【作用】光入射部分と光電陰極との間には格子電極が存
在しないため、入射光は何らの妨害も受けることなく光
電陰極に達する。

【００１４】また、光入射部分と光電陰極との間に格子
電極が存在せず、しかも、光入射部分の密閉容器内壁面
に形成された透明導電膜が集束電極として機能するた
め、電子増倍部の初段のダイノードと光電陰極との間に
形成される光電子集束用電界は、光入射部分の密閉容器
内壁面に近い位置まで広がる。

【００１５】さらに、光入射部分と光電陰極との間に格
子電極が存在しないため、光電陰極の光入射側の端部
は、格子電極が障害になることなく密閉容器の内壁面近
傍にまで延ばせる。

【００１６】また、光入射部分の密閉容器内壁面に形成
された透明導電膜には所定の電位が与えられるため、密
閉容器内壁面の電位の不安定さはなくなり、密閉容器内
壁面の電位は直ちに所定電位に戻り、電位変化は高速に
行われる。

【００１７】また、透明導電膜を密閉容器の内壁面全体
に形成することにより、透明導電膜を光入射部分の内壁
面に選択形成する工程が簡略される。

【００１８】

【実施例】図１は、本発明の一実施例が適用されたいわ
ゆるサイドオン型の光電子増倍管を示している。ガラス
バルブ１１は透光性の密閉容器であり、具体的には、上
下両端が閉鎖された透明な円筒形状をしている。このガ
ラスバルブ１１の内部には、上下にセラミック等の絶縁
体基板１２ａ，１２ｂが設けられ、この絶縁体基板１２
ａ，１２ｂにて各種の電極が支持されている。これら各
種の電極は、底部の口金１３に設けられた端子１４を介
して外部に導出されている。上下の絶縁体基板１２ａ，
１２ｂ間には、ガラスバルブ１１の光入射部分１５に対
して一定の角度をもって傾斜配置された光電陰極１６
と、この光電陰極１６から放出された光電子を順次増倍
するための複数段のダイノード１７ａ，ｂ，ｃ…から成
る電子増倍部１７と、出力信号を収集する陽極１８とが
支持されている。

【００１９】光入射部分１５のガラスバルブ１１の内壁
面には透明導電膜１９が部分的に形成されている。この
透明導電膜１９は種々の方法により形成することが可能
であるが、クロム（Ｃｒ）をガラスバルブ１１の内壁面
に選択的に蒸着して形成するのが好適である。この透明
導電膜１９は光入射部分１５のガラスバルブ１１の内壁
面に接着されたパッド２０と電気的に接触しており、こ
のパッド２０は端子１４を介して外部に導出されてい
る。

【００２０】このような構造において、端子１４を介
し、光電陰極１６には例えば−１ＫＶの電位が与えら
れ、陽極１８には例えば接地電位が与えられる。そし
て、複数段の各ダイノード１７ａ，ｂ，ｃ…には光電陰
極１６および陽極１８間の電位を分割する適当な電位が
端子１４を介して与えられる。また、透明導電膜１９は
端子１４およびパッド２０を介して例えば光電陰極１２
と同じ電位、つまり−１ＫＶの電位が与えられる。この
ような状態において、入射光は光入射部分１５のガラス
バルブ１１および透明導電膜１９を経て直接光電陰極１
６に入射される。この際、光入射部分１５と光電陰極１
６との間には従来のように格子電極が存在しないため、
入射光は何らの妨害も受けることなく光電陰極１６に達
する。また、透明導電膜１９がクロムからなる蒸着膜で
ある場合には、透明導電膜１９の光透過率は９８％の高
い透過率であるため、入射光が透明導電膜１９を通過し
ても光の損失は極めて小さい。このため、光電子増倍管
への入射光の光透過率は極めて向上する。

【００２１】また、光入射部分１５と光電陰極１６との
間には従来の格子電極が存在せず、しかも、光入射部分
１５の所定電位が与えられた透明導電膜１９が集束電極
として機能するため、電子増倍部１７の初段のダイノー
ド１７ａと光電陰極１６との間に形成される光電子集束
用電界は、光入射部分１５のガラスバルブ１１内壁面に
近い位置まで広がる。このため、光電陰極１６で生じ、
光電陰極１６の近傍に存在する光電子は、この集束用電
界に導かれて初段のダイノード１７ａへ向けて加速され
る。よって、光電子増倍管の光電感度は向上し、図９に
示す従来の光電子増倍管の感度に比較して２０％以上向
上する。この結果、入力信号の雑音に対する比率である
ＳＮが向上する。

【００２２】また、光入射部分１５のガラスバルブ１１
の内壁面に形成された透明導電膜１９には所定の電位が
与えられているため、ガラスバルブ１１内壁面の電位の
不安定さはなくなる。従って、ガラスバルブ１１の内壁
面に光電子が衝突しても、ガラスバルブ１１の内壁面の
電位は直ちに所定電位つまり−１ＫＶに戻り、バルブ内
壁面の電位変化は高速に行われる。このため、光電子増
倍管のヒステリシスは極めて小さくなる。

【００２３】なお、上記実施例の説明においては、透明
導電膜１９を光入射部分１５の前面に部分的に形成した
場合について説明したが、図２に示すように、光入射部
分１５を含むガラスバルブ１１の円周に沿った側部に透
明導電膜１９ａを形成してもよい。ただし、絶縁基板１
２ａをガラスバルブ１１に固定する板バネ４１（図１
（ａ）参照）はダイノード１７の支持棒の端部に固定さ
れ、板バネ４１とダイノード１７とは電気的に接してい
るため、透明導電膜１９ａが板バネ４１に接しないよ
う、ガラスバルブ１１の上部には透明導電膜１９ａは形
成されない。このような透明導電膜１９ａであっても上
記実施例と同様な効果が奏される。なお、同図において
図１と同一部分には同一符号を付してその説明は省略す
る。

【００２４】次に、本発明の第２の実施例による光電子
増倍管について説明する。

【００２５】図３はこの第２実施例による光電子増倍管
の横断面図であり、図１と同一部分には同符号を付して
その説明は省略する。本実施例と上記の第１実施例との
相違点は、光電陰極２１の形状が異なっている点であ
る。つまり、本実施例における光電陰極２１の光入射部
分１５側には支持棒がなく、光電陰極２１の光入射側の
端部はシールド板２２に溶接されて固定されている。よ
って、光電陰極２１がシールド板を兼用した構造になっ
ている。また、光入射部分１５と光電陰極２１との間に
は従来の格子電極が存在しないため、光電陰極２１は、
従来格子電極に遮られていた部分にまで拡げられる。つ
まり、光電陰極２１の光入射部分１５側の端部は、ガラ
スバルブ１１の内壁面に極近い位置まで延ばして形成す
ることが可能となり、光電陰極２１の有効受光面積は広
がる。例えば、本実施例では、図９に示す従来の光電子
増倍管の光電陰極２に比較し、光入射方向に対して垂直
な方向の幅が３ｍｍ程度広がる。このため、光電子増倍
管の光電感度はさらに向上する。

【００２６】また、この第２実施例における光電子集束
用電界は、図４に示すように極めて広く形成されてい
る。同図（ａ）は図９に示した従来の光電子増倍管に形
成される集束用電界を示しており、同図（ａ）において
図９と同一または相当する部分には同符号を付してその
説明は省略する。また、同図（ｂ）はこの第２の実施例
による光電子増倍管に形成される集束用電界を示してお
り、同図（ｂ）において図３と同一または相当する部分
には同符号を付してその説明は省略する。

【００２７】同図（ａ）の従来構造において、光電子集
束用電界は光電陰極２、格子電極６、ダイノード３ａお
よびダイノード３ｂによって形成され、この電界によ
り、光電陰極２およびダイノード３ａ間の電子レンズが
形成されて光電子は図示の電子軌道を辿っていた。しか
し、この従来構造では光入射部分と光電陰極２との間に
格子電極６が存在するため、光電陰極２のガラスバルブ
１の内壁面近傍領域Ａでは電界の染み込みが弱い。従っ
て、光電陰極２から放出された光電子のうち、電界の染
み込みの弱いこの領域Ａに存在する光電子は効率よく初
段のダイノード３ａにまで導かれなかった。

【００２８】一方、同図（ｂ）に示す本実施例による構
造においては、光入射部分および光電陰極２１間に従来
のように格子電極が存在しないため、上述のように光電
陰極２１の端部をガラスバルブ１１の内壁面近傍にまで
形成することが可能になっている。従って、光電子集束
用電界はガラスバルブ１１の内壁面近傍にまで広がって
形成され、電界がよく染み込んで図示の電子軌道が形成
される。このため、広い有効受光面積を持つ光電陰極２
１で生じた光電子のほとんどが効率よく初段のダイノー
ド１７ａにまで導かれ、光電子増倍管の光電感度はさら
に向上してＳＮは極めてよくなる。

【００２９】次に、本発明の第３の実施例による光電子
増倍管について説明する。

【００３０】図５（ａ）はこの第３実施例による光電子
増倍管の側断面図であり、同図（ｂ）はその横断面図で
ある。なお、図１および図３と同一または相当する部分
には同一符号を付してその説明は省略する。本実施例と
上記の第２実施例との相違点は、電子増倍部１７の構造
が異なっている点である。つまり、電子増倍部１７を構
成する第１段，第２段，第３段および第４段のダイノー
ド１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃおよび１７Ｄは、図６に示す
ように、２本の支持棒３１ａ，３１ｂのうちの一方の支
持棒３１ａの中間部が除去されている。なお、同図では
ダイノード１７Ａをこれらの代表として示している。こ
のように支持棒３１ａの中間部が除去されることによ
り、図４（ａ）に示す従来構造のように、集束用電界に
よって加速される光電子がそのドリフト途中で支持棒に
吸引され、その電子軌道が曲げられることがなくなる。
従って、光電陰極２１で生じた光電子および各ダイノー
ドで２次電子増倍された光電子は集束用電界に導かれて
次段のダイノードにまで確実に到達するようになる。こ
のため、本実施例による光電子増倍管構造によれば、光
電感度はさらに向上する。

【００３１】次に、本発明の第４の実施例による光電子
増倍管について説明する。

【００３２】図７はこの第４実施例による光電子増倍管
の側断面図であり、同図において図１および図３と同一
または相当する部分には同一符号を付してその説明は省
略する。本実施例と前述の第２実施例との相違点は、光
電陰極２１やダイノード１７を支持している絶縁体基板
１２ａ，１２ｂをガラスバルブ１１へ固定する構造が異
なっている点である。つまり、図１の構造では、絶縁体
基板１２ａの基板円周方向に沿った形状の板バネ４１の
一部がダイノード１７の支持棒の端部に固定されてい
る。この板バネ４１はガラスバルブ１１の内壁と複数箇
所で当接しており、絶縁体基板１２ａの半径方向で外側
に向かう板バネ４１の弾性力により、ダイノード１７の
支持棒つまりこの支持棒に固定されている絶縁体基板１
２ａはガラスバルブ１１の内壁面に支持固定されてい
る。

【００３３】しかし、図７に示す本実施例による光電子
増倍管においては、２枚の絶縁体基板１２ａ，１２ｂ間
にわたってスプリング板５１が複数箇所に設けられてい
る。各スプリング板５１の両端部は絶縁体基板１２ａ，
１２ｂのそれぞれの円周部に係止されており、ガラスバ
ルブ１１の長手方向の中心軸から外側に向かう各スプリ
ング板５１の弾性力により、各絶縁体基板１２ａ，１２
ｂはガラスバルブ１１の内壁面に支持固定されてる。

【００３４】このスプリング板５１は電気的に浮いてい
るため、本実施例においては、集束用電極を構成する透
明導電膜がスプリング板５１に電気的に接触しても光電
子増倍機能になんら影響を与えない。すなわち、本実施
例においては、図８（ａ）に示すように前述の第２実施
例と同様に光入射部分１５にだけ透明導電膜１９を部分
的に形成してもよく、また、同図（ｂ）に示すようにガ
ラスバルブ１１の内壁面全体に透明導電膜１９ｂを形成
してもよい。なお、同図において図３と同一または相当
する部分には同一符号を付してその説明は省略する。同
図（ｂ）のように内壁面全体に透明導電膜１９ｂを形成
することにより、光入射部分１５にのみ透明導電膜を選
択的に形成する製造工程は不要になる。よって、同図
（ｂ）に示す光電子増倍管の構造によれば、前述の第２
実施例と同様な効果が奏されるばかりでなく、製造工程
が簡略されるという効果がさらに奏される。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、光入射部
分と光電陰極との間には格子電極が存在しないため、入
射光は何らの妨害も受けることなく光電陰極に達し、入
射光の光透過率は向上する。

【００３６】また、光入射部分と光電陰極との間に格子
電極が存在せず、しかも、光入射部分の密閉容器内壁面
に形成された透明導電膜が集束電極として機能するた
め、電子増倍部の初段のダイノードと光電陰極との間に
形成される光電子集束用電界は、光入射部分の密閉容器
内壁面に近い位置まで広がる。このため、光電陰極で生
じ、光電陰極近傍に存在する光電子のほとんどはこの集
束用電界に導かれて初段のダイノードへ向けて加速され
る。よって、光電子増倍管の光電感度は向上する。

【００３７】さらに、光入射部分と光電陰極との間に格
子電極が存在しないため、光電陰極の光入射側の端部
は、格子電極が障害になることなく密閉容器の内壁面近
傍にまで延ばせる。このため、光電陰極の受光面積は広
がり、光電子増倍管の光電感度はさらに向上する。

【００３８】また、光入射部分の密閉容器内壁面に形成
された透明導電膜には所定の電位が与えられるため、密
閉容器内壁面の電位の不安定さはなくなり、密閉容器内
壁面の電位は直ちに所定電位に戻り、電位変化は高速に
行われる。このため、ヒステリシスは極めて小さくな
る。

【００３９】また、透明導電膜を密閉容器の内壁面全体
に形成することにより、透明導電膜を光入射部分の内壁
面に選択形成する工程が簡略される。このため、光透過
率が良好で光電感度が高く、しかも、ヒステリシス特性
の良好な光電子増倍管を容易に製造することが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による光電子増倍管を示
す図である。

【図２】第１の実施例における透明導電膜の変形例を示
す横断面図である。

【図３】本発明の第２の実施例による光電子増倍管を示
す横断面図である。

【図４】第２の実施例構造および従来構造における光電
子の各電子軌道を比較した図である。

【図５】本発明の第３の実施例による光電子増倍管を示
す図である。

【図６】第３の実施例におけるダイノードの形状を示す
斜視図である。

【図７】本発明の第４の実施例による光電子増倍管を示
す側断面図である。

【図８】第４の実施例における透明導電膜の構造を示す
横断面図である。

【図９】従来一般の光電子増倍管を示す図である。

【図１０】従来の光電子増倍管の別の例を示す横断面図
である。

【符号の説明】

１１…ガラスバルブ（密閉容器）、１２ａ，ｂ…絶縁体
基板、１３…口金、１４…端子、１５…光入射部分、１
６，２１…光電陰極、１７…電子増倍部、１７ａ〜ｃ…
ダイノード、１８…陽極、１９，１９ａ，１９ｂ…透明
導電膜、２０…パッド、２２…シールド板、４１…板バ
ネ、５１…スプリング板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 信二 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 渡瀬 泰志 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 立野 真純 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 (56)参考文献 特開 昭47−26966（ＪＰ，Ａ) 実開 昭47−17555（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光入射部分を備えた透光性の密閉容器
   と、前記光入射部分からの光入射に応じて光電子を発生
   させる前記密閉容器内に設けられた反射型光電陰極と、
   前記光入射部分の前記密閉容器内壁に形成され所定の電
   位が与えられる透明導電膜と、この透明導電膜によって
   集束される光電子を電子増倍する複数段のダイノードか
   ら成る電子増倍部と、増倍された電子を収集する陽極と
   を備えて構成された光電子増倍管。
2. 【請求項２】 前記透明導電膜は、前記密閉容器の内壁
   面全体に形成されていることを特徴とする請求項１記載
   の光電子増倍管。