JP3078905B2 - 電子増倍器を備えた電子管 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は２次電子放出により入射
電子流を増倍する電子増倍器を備えた電子管に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、２次電子放出により入射電子流を
増倍する電子管として、電子増倍管、光電子増倍管或い
はイメージ増倍管等が知られている。この電子管内に配
設する電子増倍器は、通常、２次電子放出層を備えたダ
イノードを複数段に積層して構成している。

【０００３】図８に電子増倍器を構成するダイノードの
端面図を示す。この図は、電気的に絶縁された状態で複
数段に積み重ねたダイノードのうち、連続するｎ段とｎ
＋１段を取り出して示したものである。

【０００４】ダイノード８０は、複数の貫通孔８１を形
成したプレート８２を有しており、貫通孔８１の傾きが
段毎に反転するように、プレート８２の配置方向を段毎
に反転させている。また、各段のダイノード８０が、次
段、次々段と、順次、高電位となるように、各段の電源
８３によって各段のプレート８２に所定の電圧を印加し
ている。この場合、Ｖ₁ ＝１００Ｖ、Ｖ₂ ＝２００Ｖで
ある。このプレート８２は、各貫通孔８１の内側面を含
む表面が導電性を有しているため、電源８３から印加さ
れる電圧によって、プレート８２の全表面が同電位に帯
電される。

【０００５】以上のように構成されるダイノード８０の
ｎ段に電子が入射した場合、この貫通孔８１に入射した
電子が傾斜部８４に衝突し、この傾斜部８４に形成され
た２次電子放出層から２次電子が放出される。放出され
た２次電子は、ｎ段とｎ＋１段との電位差によって形成
される制動電界に導かれて、ｎ＋１段のダイノード８０
に入射し、同様にして再び増倍されるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ここで、ｎ段とｎ＋１
段の間の電位の分布状態を図８に点線で示す。代表とし
て、１２０Ｖ、１５０Ｖ及び１８０Ｖの等電位線を示
し、それぞれＡ，Ｂ及びＣとする。等電位線Ｂがｎ段と
ｎ＋１段の中間に位置し、等電位線Ａがｎ段の貫通孔８
１内に、また、等電位線Ｃがｎ＋１段の貫通孔８１内
に、それぞれ湾曲して入り込む状態となっている。

【０００７】前述したように、ｎ段のダイノード８０か
ら放出された２次電子は、ｎ段とｎ＋１段との電位差に
よって形成される制動電界に導かれて、ｎ＋１段のダイ
ノード８０に入射するが、このような従来のダイノード
では、制動電界となるｎ段の貫通孔８１内部への等電位
線の入り込みが不十分であり、貫通孔内部の制動電界が
弱いという欠点があった。この結果、放出された２次電
子がｎ段側に戻ってしまう場合もあり、電子の収集効率
を低下させる原因の一つとなっていた。

【０００８】本発明は上記欠点を解決すべくなされたも
のであり、その目的は、制動電界を貫通孔内部に十分に
入り込ませることにより、電子の収集効率を改善する電
子増倍器を備えた電子管を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的に鑑み
てなされたものであり、その要旨は、２次電子放出によ
り入射電子流を増倍する電子増倍器を備えた電子管にお
いて、電子増倍器はダイノードを複数段に積層して構成
したものであり、各ダイノードは、一端を入力開口と
し、他端を出力開口とする複数の貫通孔を配列形成し、
各貫通孔の内側面を含む表面が導電性を有するプレート
と、各貫通孔の内側面に形成した２次電子放出層とを備
える。さらに、各貫通孔の内側面には、入射開口から入
射した電子が衝突するように、電子の入射方向に対して
傾斜する傾斜部を備えており、各貫通孔の出力開口を、
前記入力開口に比べて大なる口径に形成したことを特徴
とする電子増倍器を備えた電子管にある。

【００１０】

【作用】電子増倍器を構成するダイノードの貫通孔を、
出力開口が入力開口に比べて大なる口径となるように形
成することにより、貫通孔の内側面は、出力開口に向か
って拡開するテーパ形状となる。２次電子を次段に導く
制動電界は、この口径の大きな出力開口から入り、前記
傾斜部の対向側の内側面に沿って上昇し、貫通孔内部に
深く入り込むように形成される。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【００１２】図１に、電子増倍管内に設ける電子増倍器
のうち、電子増倍器を構成するダイノードの第１の実施
例を示す。

【００１３】ダイノード１０ａは、表面が導電性を有す
るプレート１１を有しており、プレート１１には、エッ
チング等を施すことにより、当該プレートを厚さ方向に
貫通する複数の円筒形の貫通孔１２を規則正しく配列形
成している。また、プレート１１の上面には、貫通孔１
２の一端となる円形の入力開口１３を形成し、下面には
貫通孔１２の他端となる円形の出力開口１４を形成して
いる。なお、このプレート１１は、各貫通孔１２の内側
面を含む表面が導電性を有していれば良く、たとえ内部
が空洞であっても良い。

【００１４】各貫通孔１２は、出力開口１４が入力開口
１３に比べて大なる口径となっており、このため、貫通
孔１２の内側面は、出力開口１４に向かって拡開するテ
ーパ形状となっている。また、貫通孔１２は、入力開口
１３から入射する電子の入射方向に対して傾斜した状態
に形成しており、この傾斜を利用して、貫通孔１２の内
側面には、入力開口１３から入射した電子が衝突する傾
斜部１５を形成している。傾斜部１５には、アンチモン
（Ｓｂ）の真空蒸着を施し、アルカリを反応させて２次
電子放出層を形成している。また、２次電子放出層は、
導電プレート１１の材質をＣｕＢｅとし、酸素中で活性
化して形成することもできる。

【００１５】次に、以上のように構成するダイノード１
０ａを用いた電子増倍器の作用を図２に基づいて説明す
る。

【００１６】図２は、電子増倍器を構成する複数段のダ
イノードのうち、連続する２段を取り出して示したもの
である。各段のダイノード１０ａは、貫通孔１２の傾き
が上段と下段で反転するように、プレート１１の配置方
向を段毎に互いに反転させて積層している。

【００１７】この状態で、各ダイノード１０ａに、Ｖ₁
＝１００Ｖ、Ｖ₂ ＝２００Ｖの電圧を印加した場合の電
位の分布状態を点線で示す。前述の従来例（図８）と同
様に、１２０Ｖ、１５０Ｖ及び１８０Ｖの等電位線を代
表として示し、それぞれＡ，Ｂ及びＣとする。

【００１８】この場合も、等電位線Ｂが前段と後段の中
間に位置し、等電位線Ａが前段の出力開口１４から貫通
孔１２内に、等電位線Ｃが後段の入力開口１３から貫通
孔１２内に、それぞれ湾曲して入り込む状態となる。図
８の場合と比較すると、出力開口１４から入り込む等電
位線Ａは、傾斜部１５の対向側の傾斜部１６に沿って上
昇し、貫通孔内部に深く入り込む状態に形成される。

【００１９】従って、出力開口１４の口径を同一として
比較した場合、口径が一定の円筒形状の貫通孔（図８参
照）に比べて、本実施例のように貫通孔１２の形状を出
力開口１４に向かって拡開するテーパ形状とすることに
より、等電位線、即ち、２次電子を導く制動電界を貫通
孔内部に深く入り込ませることができる。

【００２０】次ぎに、電子増倍器を構成するダイノード
の第２の実施例を図３に示す。

【００２１】ダイノード１０ｂは、貫通孔１２の入力開
口１３及び出力開口１４の形状を長方形として一列に配
列したものである。貫通孔１２の形状は、出力開口１４
に向かって拡開する角筒形状となっており、入力開口１
３に比べ出力開口１４の口径がいずれも大となってい
る。入力開口１３から入射した電子が衝突する傾斜部１
５には、２次電子放出層を形成しており、前述の実施例
と同様の作用・効果を奏する。このような形状のダイノ
ードでは、２次元の情報は得られないが、十分な感度を
確保できる利点がある。

【００２２】また、電子増倍器を構成するダイノードの
第３の実施例を図４に示す。

【００２３】ダイノード１０ｃは、貫通孔１２の入力開
口１３の形状を正方形として２次元的に配列したもので
ある。貫通孔１２の形状は、出力開口１４に向かって拡
開する角筒形状となっており、入力開口１３に比べ出力
開口１４の口径がいずれも大となっている。入力開口１
３から入射した電子が衝突する傾斜部１５には、２次電
子放出層を形成しており、前述の実施例と同様の作用・
効果を奏する。このような形状のダイノードは、製造時
のマスクパターンが簡単になり、図１に示したような開
口部が円形のものに比べて、入射電子に対する開口面積
を大きくとることができ、また、２次元の情報も密に得
ることができる。

【００２４】さらに、電子増倍器を構成するダイノード
の第４の実施例を図５に示す。

【００２５】ダイノード１０ｄは、貫通孔１２の入力開
口１３及び出力開口１４の形状を６角形、或いは６角形
を二分した形状として、これらを組み合わせて２次元的
に配列したものである。貫通孔１２の形状は、出力開口
１４に向かって拡開する角筒形状となっており、入力開
口１３に比べ出力開口１４の口径がいずれも大となって
いる。入力開口１３から入射した電子が衝突する傾斜部
１５には、２次電子放出層を形成しており、前述の実施
例と同様の作用・効果を奏する。このような形状のダイ
ノードでは、２次元の情報は得られないが、十分な感度
を確保できる利点がある。

【００２６】図６は、電子増倍器を備えた電子管の他の
実施例を示し、複数段のダイノード１０ａで構成する電
子増倍器を備えた光電子増倍管を示す。

【００２７】光電子増倍管２０は、真空容器２８内に、
入射窓２１から入射する光を受けて光電子を放出する光
電陰極２２と、放出された光電子を集束する集束電極２
３と、入射する光電子を増倍して出力する電子増倍器２
７と、増倍された光電子を取り出すため、最終段のダイ
ノード１０ａの出力開口に対応して配置した陽極２４と
を備えている。

【００２８】電子増倍器２７は、電気絶縁のためのスぺ
ーサ２５を介在させ、ダイノード１０ａを３段に積み重
ねており、連続する前段の出力開口１４と後段の入力開
口１３とが相対するように、かつ、貫通孔１２の傾きが
段毎に反転するように、ダイノード１０ａの配置方向を
段毎に反転させて配置している。

【００２９】また、集束電極２３には、光電陰極２２と
同電圧か或いは少し高い電圧を印加し、各段のダイノー
ド１０ａには、集束電極２３よりも高い電圧で、Ｖ₁ ＜
Ｖ₂ ＜Ｖ₃ となるように各段の電源２６によって電圧を
印加し、陽極２４には最も高い電圧を印加する。

【００３０】以上のように構成する光電子増倍管２０に
入射窓２１から光が入射した場合、この入射光を受けて
光電陰極２２から光電子が放出される。放出された光電
子は集束電極２３で集束されて、電子増倍器２７を構成
する初段のダイノード１０ａに入射する。入射電子は、
初段の貫通孔１２内の傾斜部１５に衝突し、ここで２次
電子が放出され、入射電子流が増倍される。増倍された
入射電子流は次段のダイノード１０ａに入射して再び増
倍される。このようにして最終段のダイノード１０ａか
ら放出された電子流は、各出力開口１４に対応して配置
した陽極２４から取り出されものである。

【００３１】上記光電子増倍管２０では、電子増倍器と
して、第１の実施例で示したダイノード１０ａを用いる
例を示したが、前述の各実施例で示したダイノード１０
ｂ〜１０ｄを用いることも可能である。

【００３２】以上説明した各実施例では、電子増倍器を
備えた電子管として、電子増倍管、光電子増倍管を示し
たが、この他にも、入力光像を輝度増幅するイメージ増
倍管など、２次電子放出作用により、入射電子流を増倍
する電子増倍器を備えた電子管であれば特に限定するも
のではない。

【００３３】また、前述した各実施例においては、各貫
通孔１２の内側面は全て直線的に傾斜するものであった
が、図７に示すように、内側面に曲面１７を形成しても
良い。

【００３４】さらに、前述の実施例では、各ダイノード
１０ａ〜１０ｄの貫通孔の入力開口と出力開口の形状
を、円形と円形、或いは正方形と正方形のように、それ
ぞれ同一の形状としたが、この形状に限定するものでは
なく、例えば、円形の入力開口に対して正方形の出力開
口を形成するなど、入力開口に比べ出力開口の口径が大
となり、かつ、内側面に入射電子が衝突する傾斜部を備
えた貫通孔であれば良い。

【００３５】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明に係る電子増
倍器を備えた電子管は、電子増倍器を構成するダイノー
ドの貫通孔の形状を、入力開口に比べて出力開口の口径
が大となるように形成するので、貫通孔の内側面は、出
力開口に向かって拡開するテーパ形状となる。

【００３６】従って、２次電子を次段に導く制動電界
は、この口径の大きな出力開口から入り、前記傾斜部の
対向側の内側面に沿って上昇し、貫通孔内部に深く入り
込むように形成されるので、貫通孔内部に入り込む制動
電界の強さが増大し、放出された２次電子を、次段のダ
イノードにより確実に導くことができ、これによって電
子の収集効率が向上するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電子増倍器を構成するダイノード
を一部破断して示す斜視図である。

【図２】電子増倍器を構成する複数段のダイノードのう
ち、連続する２段を取り出して示す端面図である。

【図３】他の形状の貫通孔を有するダイノードを一部破
断して示す斜視図である。

【図４】他の形状の貫通孔を有するダイノードを一部破
断して示す斜視図である。

【図５】他の形状の貫通孔を有するダイノードを一部破
断して示す斜視図である。

【図６】図１のダイノードを用いて構成する電子増倍器
を備えた光電子増倍管を示す端面図である。

【図７】ダイノードに形成する貫通孔の他の形状を示す
端面図である。

【図８】従来の電子増倍器を示す端面図である。

【符号の説明】

１０ａ〜１０ｄ…ダイノード、１１…プレート、１２…
貫通孔、１３…入力開口、１４…出力開口、１５…傾斜
部、２７…電子増倍器。

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２次電子放出により入射電子流を増倍す
   る電子増倍器を備えた電子管において、 前記電子増倍器はダイノードを複数段に積層して構成し
   たものであり、前記各ダイノードは、 一端を入力開口とし、他端を出力開口とする複数の貫通
   孔を配列形成し、該各貫通孔の内側面を含む表面が導電
   性を有するプレートと、 前記各貫通孔の内側面に形成した２次電子放出層とを備
   え、 さらに前記各貫通孔の内側面には、前記入射開口から入
   射した電子が衝突するように、該電子の入射方向に対し
   て傾斜する傾斜部を備えており、前記各貫通孔の出力開
   口を、前記入力開口に比べて大なる口径に形成したこと
   を特徴とする電子増倍器を備えた電子管。
2. 【請求項２】 前記電子増倍器を構成する各段のダイノ
   ードは、連続する前段の前記出力開口と後段の前記入力
   開口とを相対して配置し、かつ、各段の前記貫通孔の傾
   斜部の傾斜方向が連続する前段と後段で反転するよう
   に、前記各段のダイノードを配置したことを特徴とする
   請求項１記載の電子増倍器を備えた電子管。
3. 【請求項３】 前記貫通孔の入力開口及び出力開口の形
   状は、円形、方形又は６角形のいずれかであることを特
   徴とする請求項１又は２記載の電子増倍器を備えた電子
   管。
4. 【請求項４】 前記電子管は、入射光子を受けて放出さ
   れた光電子を増幅する光電子増倍管であることを特徴と
   する請求項１乃至３記載の電子増倍器を備えた電子管。
5. 【請求項５】 前記電子管は、入力光像を輝度増幅する
   イメージ増倍管であることを特徴とする請求項１乃至３
   記載の電子増倍器を備えた電子管。