JP2983025B2 - 光電子増倍管 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、光電面に光が入射したときに生ずる光電子
を複数のダイノードで増倍してアノードから出力を取出
すようにした光電子増倍管に関するものである。

「従来の技術」 第６図は、メッシュ状のダイノード（１）｛（1a）
（1b）…（1n）｝を用いた従来の光電子増倍管を示して
いる。この光電子増倍管において、光電面（２）に例え
ば0Vの電位が印加され、第１番目のダイノード（1a）に
は約300Vの電位が印加される。第２番目以降のダイノー
ド（1b）…（1n）には次第に高くなる電位が順次印加さ
れ、アノード（３）に最も高い電位が印加される。

このアノード（３）｛（3a）（3b）…（3n）｝は、ダ
イノード（１）｛（1a）〜（1n）｝の網目より大きい形
状で、かつ小さく区分された光電面（２）｛（2a）（2
b）…（2n）｝に対応して設けられている。ここで、光
電面（2f）に光が入射すると、光電子を放出し、これが
第１ダイノード（1a）以下の各ダイノード（１）で２次
電子が増倍される。そして理想的には、光入射部分（2
f）に入射した光は増倍された後、対応するアノード（3
f）から出力がとり出されることが望ましい。

「発明が解決しようとする課題」 しかるに、従来の光電子倍増管では、一点から放出さ
れた電子は、光電子エネルギーおよびコサイン分布放出
角により広がるため、対応するアノードに到達するとは
限らないこと、また、メッシュ状のダイノードは外周囲
に支持枠（４）があるため、光電面（２）の周縁部
（５）と電子は内方へ向かってしまうことの２点に問題
点があった。

さらに詳しくは、第６図に示すように、光電面（２）
のある光入射部分（2f）に入射した光は光電面（2f）で
光電子を放出するが、光電面（２）とダイノード（１）
間が平行電界の場合、ある１点で放出された光電子は、
光電子エネルギーおよびコサイン分布放出角により、広
がってしまう。これらの現象は、ダイノード（1a）〜
（1n）同士間、最終ダイノード（1n）とアノード（３）
間でも、２次電子エネルギーのコサイン分布放出角によ
って増倍してゆく過程でピラミッドのように広がってし
まい、カソードの入射位置を保持して信号を出力でき
ず、入射位置（2f）に対向したアノード（3f）に入射光
に対応した出力が得られない。

また、第７図に示すように、メッシュ状のダイノード
には、外周に補強用の支持枠（４）があるため、光電面
の有効面（Ａ）に対してダイノード（１）の有効面
（Ｂ）は、小さくなる。管体（６）の周縁のある１点
（2a）から入射した光による光電子は側管の影響を受
け、管体（６）のやや内側にある１点（2b）から入射し
た光による光電子第１ダイノード（1a）の重合した場所
に入射してしまう。このため、光電面（２）における入
射位置を保持しつつ該当するアノード（３）から出力を
得ることができない。光入射の有効面（Ａ）を小さくす
れば直線的に送ることができるが、この種の光電子増倍
管は、光入射面を平面的にして大きくするため複数個を
並べて使用される。このような場合、光入射の有効面
（Ａ）を小さくすると、外周縁部にデッドゾーンができ
て不都合である。また、支持枠（４）だけを外方へ突出
させると、光電子増倍管を並べて使用することができな
くなる。

本発明は、管体の有効面を大きくとり、かつ光の入射
位置とアノードとを対応させて出力をとり出せるように
したものを得ることを目的とするものである。

「課題を解決するための手段」 本発明は、一定間隔で区分された光電面と、この光電
面に平行に配置され、この光電面の有効面より小さな有
効面の複数段のメッシュ状ダイノードと、前記光電面と
ダイノードの間に配置された光電子を集束するための集
束電極とを具備し、前記光電面に光が入射したときに光
電子を放出し、前記ダイノードにより２次電子を増倍し
てアノードから出力を取出すものにおいて、前記集束電
極は、前記光電面の各区分毎の放出面であって、光電子
の流れの下流方向に臨接された複数の突出電極と、この
突出電極のさらに下流側に設けられた複数の中間電極と
からなり、この複数の中間電極の相互の間隔は、光電子
の入射面における周辺部分の間隔が中央部分の間隔より
小さくなるように配置してなることを特徴とする光電子
増倍管である。

「作用」 集束電極は、光電面を等しく区分し、かつ光電子放出
面側に突出して設けた突出電極と、光電面とダイノード
の中間に設けた中間電極とからなる。この集束電極は、
光電面のある位置から放出された光電子を第１ダイノー
ドの対応する位置へ集束させる。つまり、光電面の面積
よりも第１ダイノードの面積が小さくても集束電極によ
り光電子が目的の位置へ集束される。

「実施例」 以下、本発明の第１実施例を第１図ないし第３図に基
づき説明する。なお、第６図と同一部分は同一符号とす
る。

（６）は正面が４角形の透明ガラスの管体で、この管
体（６）の光入射面（７）および光電面（２）な、縦枠
（８）と横枠（９）で等間隔に区分されている。前記入
射面（７）の内側面には、光電面（２）が設けられると
ともに、前記縦枠（８）には光電子放出面側に突出して
光電子集束用の突出電極（10）が設けられている。

前記光電面（２）から所定だけ離れてメッシュ状のダ
イノード（１）が複数段設けられている。これらのダイ
ノード（１）は、周囲を支持枠（４）で支持されている
ため、有効面（Ｂ）は光電面（２）の有効面（Ａ）より
狭くなる。しかるに、光電子をこの狭いダイノード
（１）上の特定位置に集束させるため、さらに中間電極
（11）を設ける。この中間電極（11）は入射面の中央部
分（Pi）が等間隔で、周辺部分（P₀）ではやや狭い不均
一間隔になっている。不均一間隔の設定方法は後述す
る。この中間電極（11）と前記突出電極（10）とで集束
電極（12）が構成される。

（３）はアノードで、このアノード（３）は、ダイノ
ード（１）の網目より大きい形状である。

前記中間電極（11）の不均一間隔は、つぎのような方
法で決定される。ここで、A:光電面（２）の有効面、 B:ダイノード（１）の有効面、 C:光電面（２）から第１ダイノード（1a）までの光電面
感度が均一になる距離、 D:管体（６）の内壁と支持枠（４）の間隙、 E:中間電極（11）の光電面（２）からの距離、 M:光電面有効面Ａに対するダイノード有効面Ｂの縮小
率、 N:光電面（２）の周辺部Ｘに対するダイノードの周辺部
Ｙの縮小率、 S:光入射面（７）の１区分、 X:光電面（２）の周辺であって、縁部からＣに近い位置
の縦枠（８）までの距離、 Y:ダイノード（１）の電位が不均一になる周辺部、Z₆:
ダイノード（１）の最縁部の間隔、 Z₅:ダイノードの最縁部から２番目の間隔、 Z₄:ダイノードの最縁部から３番目の間隔、 とする。A,B,C,D,Sは、予め与えられている。Ｅは、
第１図において、中心付近から放出された光電子の広が
りが第１ダイノード（1a）上で狭くなるような位置であ
る。Ｍは、ＡとＢから設定される。Ｘは、Ｃに最も近い
位置の縦枠（８）までの距離で、この例では、周辺部３
個の間隔となる。Ｙは前記縦枠（８）の垂直線から支持
枠（４）までの間隔である。ＮはＸとＹから設定され
る。

以上のデータから先ずZ₆＝Ｍ・Ｎ・Ｓを求める。この
Z₆が求められると、Z₅とZ₄は第４図の斜めの線上に略の
ってくるので、つぎの式から求められる。

Z₅＝Z₆＋（1/3）・（Ｓ−Z₆）＝（1/3）・（Ｓ＋2Z₆） Z₄＝Z₆＋（2/3）・（Ｓ−Z₆）＝（1/3）・（2S＋Z₆） なお、Z₃,Z₂,Z₁は、光電面（２）の中心部の縦枠
（８）からの垂線上にあり、Z₃＝Z₂＝Z₁＝Ｓである。

このようにして、Z₆〜Z₁を決定し、これらの点と対応
する光電面（２）の縦枠（８）とを結んだ線と前記Ｅと
の交点が中間電極（11）の各位置となる。

アノード（３）は、前記Z₆〜Z₁に対応した間隔で設け
られる。

なお、第１図、第３図および第５図において、各突出
電極（10）から各中間電極（11）を経て各アノード
（３）の網目の間を通る線であって、周辺部分（P₀）で
一部屈折し、中央部分（P₁）で直線をなす線は、それぞ
れ各部の間隔を説明するための線であって、構造上存在
する線ではない。

以上のような構成において、入射した光は、光電面
（２）で光電子が放出され、第１のダイノード（1a）へ
送られる。このとき光電面（２）の内側の突出電極（1
0）により光電子は広がりが抑えられ、中間電極（11）
へ送られる。この中間電極（11）のうち中心部では略直
線的に進み第１ダイノード（1a）の対応する位置（Z₁,Z
₂,Z₃）で狭くなって入射する。中間電極（11）のうち周
辺部（Ｘ）では光電子は方向をやや変えられて第１ダイ
ノード（1a）の対応する位置（Z₄,Z₅,Z₆）へ入射する。

この第１ダイノード（1a）からは、２次電子が放出さ
れ、順次複数のダイノード（1b）…（1n）で増倍されて
対応する位置のアノード（３）から出力が取り出され
る。

前記実施例では、突出電極（10）を光電面（２）の光
電子放出面だけに設け、中間電極（11）を光電面（２）
と第１ダイノード（1a）との間にだけ設けたが、第３図
に示すように突出電極（10a）（10b）…（10n）を各ダ
イノード（1a）（1b）…（1n）の光電子の流れの下流側
それぞれに設け、中間電極（11a）（11b）…（11n）を
各ダイノード（１）相互間、最終ダイノード（1n）とア
ノード（３）との間にそれぞれ設ければより一層の集束
効果が生ずる。

前記実施例では、集束電極（12）を構成する突出電極
（10）と中間電極（11）を横方向一直線状に配置した。
しかし、これに限られるものではなく、第５図に示すよ
うに、突出電極（10）の長さを周辺部（Ｘ）にゆくに従
って長く形成し、また、中間電極（11）についても曲率
をもって配置するようにしてもよい。この場合におい
て、光電面（２）の１区分の間隔Ｓは、全面で等しいか
ら、第１ダイノード（1a）の１区分ＺもＢを等分にして
同じ縮小率とする。アノード（３）についても等分して
配置される。

「発明の効果」 一般に、メッシュ状のダイノードには、外周に補強用
の支持枠があるため、光電面の有効面に対してダイノー
ドの有効面は、小さくなる。管体の周縁のある１点から
の入射光による光電子は、側管の影響を受け、管体のや
や内側にある１点からの入射光による光電子の第１ダイ
ノードの重合した場所に入射してしまう。このため、光
電面における入射位置を保持しつつ該当するアノードか
ら出力を得ることができない。

本発明は上述のように、光電面、ダイノード間および
／またはダイノード相互間、ダイノードとアノード間
に、それぞれ複数の突出電極と複数の中間電極とからな
る集束電極を設け、複数の中間電極の相互の間隔は、光
電子の入射面における周辺部分の間隔が中央部分の間隔
より小さくなるように配置したので、光電面のある一点
に入射した光による光電子は、広がることなく該当する
ダイノードで増倍されて所定のアノードから出力が取り
出される。また、光電面の有効面に対し、ダイノードの
有効面が小さくても各入射点とダイノードおよびアノー
ドとを対応させることができるため、光電子増倍管を並
べて使用したときに、デッドゾーンが極めて少なくな
り、光の入射位置の分解能がより一層正確になるという
効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光電倍増管の第１実施例を示すＩ
−Ｉ線断面図、第２図同上正面図、第３図は第２実施例
の拡大断面図、第４図は不均一部分の区分説明図、第５
図は本発明の第３実施例の断面図、第６図および第７図
は従来の光電子増倍管の動作説明図である。 （１）……ダイノード、（２）……光電面、（３）……
アノード、（４）……支持枠、（６）……管体、（７）
……光入射面、（８）……縦枠、（９）……横枠、（1
0）……突出電極、（11）……中間電極、（12）……集
束電極。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一定間隔で区分された光電面と、この光電
   面に平行に配置され、この光電面の有効面より小さな有
   効面の複数段のメッシュ状ダイノードと、前記光電面と
   ダイノードの間に配置された光電子を集束するための集
   束電極とを具備し、前記光電面に光が入射したときに光
   電子を放出し、前記ダイノードにより２次電子を増倍し
   てアノードから出力を取出すものにおいて、前記集束電
   極は、前記光電面の各区分毎の放出面であって、光電子
   の流れの下流方向に臨接された複数の突出電極と、この
   突出電極のさらに下流側に設けられた複数の中間電極と
   からなり、この複数の中間電極の相互の間隔は、光電子
   の入射面における周辺部分の間隔が中央部分の間隔より
   小さくなるように配置してなることを特徴とする光電子
   増倍管。
2. 【請求項２】光電面と第１段のダイノードの間に設けら
   れた中間電極の間隔は、光電子の入射面における中央部
   分では光電面の区分と等間隔で配置し、周辺部分では中
   央部分より順次狭くなるように配置してなることを特徴
   とする請求項（１）記載の光電子増倍管。
3. 【請求項３】光電面と第１段のダイノードの間に設けら
   れた中間電極の間隔は、前記ダイノードの全体を前記光
   電面の区分に対し同一比率で縮小して区分し、突出電極
   の長さを中心部が短かく、周辺にゆくに従い長くすると
   ともに、中間電極を所定の曲率をもって配置してなる請
   求項（１）記載の光電子増倍管。
4. 【請求項４】第２段以降の各ダイノード相互間と、最終
   段ダイノードとアノード間に、光電面と第１段のダイノ
   ードとに配置した集束電極と同様の間隔で集束電極を配
   置してなる請求項（１）、（２）又は（３）記載の光電
   子増倍管。