JP3267644B2 - 光電子増倍管 - Google Patents
光電子増倍管Info
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- JP3267644B2 JP3267644B2 JP27779291A JP27779291A JP3267644B2 JP 3267644 B2 JP3267644 B2 JP 3267644B2 JP 27779291 A JP27779291 A JP 27779291A JP 27779291 A JP27779291 A JP 27779291A JP 3267644 B2 JP3267644 B2 JP 3267644B2
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- JP
- Japan
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- dynode
- secondary electrons
- electrode
- dynodes
- photomultiplier tube
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J43/00—Secondary-emission tubes; Electron-multiplier tubes
- H01J43/04—Electron multipliers
- H01J43/06—Electrode arrangements
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光電子を多数のダイノ
ードにてカスケード増倍して、極微弱光を検出する光電
子増倍管に関し、特に、カスケード増倍時の電子走行時
間の揺らぎを減らし、蛍光寿命測定，高エネルギー物理
の分野など高速のパルス光を測定するのに好適なもので
ある。
ードにてカスケード増倍して、極微弱光を検出する光電
子増倍管に関し、特に、カスケード増倍時の電子走行時
間の揺らぎを減らし、蛍光寿命測定，高エネルギー物理
の分野など高速のパルス光を測定するのに好適なもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】光電子増倍管の構造として、例えば、
「特開平２−２９１６５４」記載のものがあり、図５の
ような構造を有している。
「特開平２−２９１６５４」記載のものがあり、図５の
ような構造を有している。
【０００３】図５はヘッドオン型と呼ばれるタイプのも
ので、ガラス管体１０１には、その内壁の光電面１０
３，フォーカス電極１０２，ダイノード１０４〜１１
３，アノード１１４が設けられている。ダイノード１０
４〜１１３には、３５０Ｖ〜１４００Ｖのブリーダ電圧
がアノード１１４へ近づくに従い順次増加するように印
加されている。第１ダイノード１０４と第２ダイノード
１０５との間には、第１ダイノード１０４で生じる２次
電子を加速するためのポール電極１１５が設けられ、第
１ダイノード１０４よりも十分高い電圧（例えば、第４
ダイノード１０７と同じ電圧）が印加されている。
ので、ガラス管体１０１には、その内壁の光電面１０
３，フォーカス電極１０２，ダイノード１０４〜１１
３，アノード１１４が設けられている。ダイノード１０
４〜１１３には、３５０Ｖ〜１４００Ｖのブリーダ電圧
がアノード１１４へ近づくに従い順次増加するように印
加されている。第１ダイノード１０４と第２ダイノード
１０５との間には、第１ダイノード１０４で生じる２次
電子を加速するためのポール電極１１５が設けられ、第
１ダイノード１０４よりも十分高い電圧（例えば、第４
ダイノード１０７と同じ電圧）が印加されている。
【０００４】光が光電面１０３に入射すると、光電変換
されて光電子が生じる。この光電子はフォーカス電極１
０２で集められ、第１ダイノード１０４へ送られる。第
１ダイノード１０４では、この光電子により２次電子が
発生し、これが第２ダイノード１０５へ送られ、順次以
下のダイノード１０５〜１１３へ送られて、次々と２次
電子が放出され増倍される（カスケード増倍）。最後に
アノード１１４から出力として取り出される。
されて光電子が生じる。この光電子はフォーカス電極１
０２で集められ、第１ダイノード１０４へ送られる。第
１ダイノード１０４では、この光電子により２次電子が
発生し、これが第２ダイノード１０５へ送られ、順次以
下のダイノード１０５〜１１３へ送られて、次々と２次
電子が放出され増倍される（カスケード増倍）。最後に
アノード１１４から出力として取り出される。
【０００５】この図５の光電子増倍管では、第１ダイノ
ード１０４で発生した２次電子が第２ダイノード１０５
へ送られる際、ポール電極１１５で２次電子を加速して
おり、これによって、電子走行時間を短くすることでバ
ラツキ（ＴＳＳ）を相対的に減少させている。
ード１０４で発生した２次電子が第２ダイノード１０５
へ送られる際、ポール電極１１５で２次電子を加速して
おり、これによって、電子走行時間を短くすることでバ
ラツキ（ＴＳＳ）を相対的に減少させている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述のポール電極１１
５で２次電子を加速する方法では、第１ダイノード１０
４上のポール電極１１５に近い部分で生じた２次電子は
強い加速を受ける。しかし、ポール電極１１５から遠い
部分で生じた２次電子の加速は、その軌道はポール電極
１１５から離れているので、弱いものになっている。そ
のため、電子走行時間のバラツキ（ＴＳＳ）を十分にお
さえることができなかった。近年における蛍光寿命測
定，時間分解分光計測など高速の極微弱パルス光計測は
高度化し、過渡応答特性がさらに良い光電子増倍管が要
望されている。
５で２次電子を加速する方法では、第１ダイノード１０
４上のポール電極１１５に近い部分で生じた２次電子は
強い加速を受ける。しかし、ポール電極１１５から遠い
部分で生じた２次電子の加速は、その軌道はポール電極
１１５から離れているので、弱いものになっている。そ
のため、電子走行時間のバラツキ（ＴＳＳ）を十分にお
さえることができなかった。近年における蛍光寿命測
定，時間分解分光計測など高速の極微弱パルス光計測は
高度化し、過渡応答特性がさらに良い光電子増倍管が要
望されている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の光電子増倍管は、入射光によって光電面で
生じた電子を、複数段のダイノードによる２次電子放出
効果にてカスケード増倍して、入射光を検出する光電子
増倍管であって、複数段のダイノードの第１段から生ず
る２次電子のうち、速度の大きいものを減速する減速電
極を備えたことを特徴とする。
に、本発明の光電子増倍管は、入射光によって光電面で
生じた電子を、複数段のダイノードによる２次電子放出
効果にてカスケード増倍して、入射光を検出する光電子
増倍管であって、複数段のダイノードの第１段から生ず
る２次電子のうち、速度の大きいものを減速する減速電
極を備えたことを特徴とする。
【０００８】第１段のダイノードから生ずる２次電子の
うち、速度の小さいものを加速する加速電極をさらに備
えたことを特徴としてもよい。
うち、速度の小さいものを加速する加速電極をさらに備
えたことを特徴としてもよい。
【０００９】第１段のダイノードから生ずる２次電子に
対し所定のポテンシャルを与えて、その軌道を修正する
軌道修正電極をさらに備えたことを特徴としてもよい。
対し所定のポテンシャルを与えて、その軌道を修正する
軌道修正電極をさらに備えたことを特徴としてもよい。
【００１０】
【作用】光電子増倍管では、一般に、カスケード増倍の
各段のダイノードに、順に電圧が高くなるように、電圧
が与えられている。この各段のダイノードへの電圧及び
ダイノードの幾何的配置によって電気的ポテンシャルが
生じている。このポテンシャルは、２次電子の速度に影
響を与え、２次電子が次段のダイノードに到達する時間
に差を生じさせている。
各段のダイノードに、順に電圧が高くなるように、電圧
が与えられている。この各段のダイノードへの電圧及び
ダイノードの幾何的配置によって電気的ポテンシャルが
生じている。このポテンシャルは、２次電子の速度に影
響を与え、２次電子が次段のダイノードに到達する時間
に差を生じさせている。
【００１１】本発明の光電子増倍管では、減速電極を設
けて、速度の大きい２次電子を選択的に減速することで
２次電子が次段のダイノードに到達する時間差を減少さ
せている。
けて、速度の大きい２次電子を選択的に減速することで
２次電子が次段のダイノードに到達する時間差を減少さ
せている。
【００１２】速度の小さい２次電子を加速する加速電極
をさらに備えることで、速度の差がより減少し、時間差
をより減少させている。
をさらに備えることで、速度の差がより減少し、時間差
をより減少させている。
【００１３】軌道修正電極をさらに備えることで、前述
のポテンシャルの影響を抑え、発生した２次電子を収束
させて次段のダイノードに到達させている。
のポテンシャルの影響を抑え、発生した２次電子を収束
させて次段のダイノードに到達させている。
【００１４】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。
前述の従来例と同一または同等のものについてはその説
明を簡略化若しくは省略する。図１は、ヘッドオン型と
呼ばれるタイプの場合の一例である。
前述の従来例と同一または同等のものについてはその説
明を簡略化若しくは省略する。図１は、ヘッドオン型と
呼ばれるタイプの場合の一例である。
【００１５】ガラス管体１０１の内壁には光電面１０３
が形成され、ガラス管体１０１の内部側面には保持電極
１２２によってフォーカス電極１２０，１２１が保持さ
れている。これらのフォーカス電極１２０，１２１は、
光電面１０３からの光電子を集めるだけでなく、第１ダ
イノード１０４に到達する時間のバラツキを減少させる
ものである。
が形成され、ガラス管体１０１の内部側面には保持電極
１２２によってフォーカス電極１２０，１２１が保持さ
れている。これらのフォーカス電極１２０，１２１は、
光電面１０３からの光電子を集めるだけでなく、第１ダ
イノード１０４に到達する時間のバラツキを減少させる
ものである。
【００１６】第１ダイノード１０４は、保持電極１２２
の開口部に合わせるように配置され、また、その面上の
各点から第２ダイノード１０５までの距離がほぼ一定と
なる形状となっている。ダイノード１０４〜１１３は、
前段のダイノードからの２次電子を受けて次段へその２
次電子を収束させて出力するような幾何的構造及び配置
となっており、ブリーダ電圧が印加されている。これら
によって光電面１０３からの光電子をカスケード増倍す
る。アノード１１４は、最終段の平板状ダイノード１１
３の２次電子放出面側に間隔をおいて設けられている。
の開口部に合わせるように配置され、また、その面上の
各点から第２ダイノード１０５までの距離がほぼ一定と
なる形状となっている。ダイノード１０４〜１１３は、
前段のダイノードからの２次電子を受けて次段へその２
次電子を収束させて出力するような幾何的構造及び配置
となっており、ブリーダ電圧が印加されている。これら
によって光電面１０３からの光電子をカスケード増倍す
る。アノード１１４は、最終段の平板状ダイノード１１
３の２次電子放出面側に間隔をおいて設けられている。
【００１７】第１ダイノード１０４と第２ダイノード１
０５の間には、補助電極６０（減速電極）と補助電極６
１（加速電極）とが設けられている。補助電極６０は、
第１ダイノード１０４からの２次電子のうち、第２ダイ
ノード１０５までの走行時間の短いものを減速させるも
のである。補助電極６１は、その２次電子のうち、第２
ダイノード１０５までの走行時間の長いものを加速させ
るものである。これら補助電極６０，６１近傍を拡大し
たものが図２に示されている。ダイノード１０４〜１１
３の幾何的構造及び配置は、次段へ２次電子が収束する
ようにしているため、補助電極６０，６１を第１ダイノ
ード１０４と第２ダイノード１０５の間に設けるだけで
大きな効果が得られている。
０５の間には、補助電極６０（減速電極）と補助電極６
１（加速電極）とが設けられている。補助電極６０は、
第１ダイノード１０４からの２次電子のうち、第２ダイ
ノード１０５までの走行時間の短いものを減速させるも
のである。補助電極６１は、その２次電子のうち、第２
ダイノード１０５までの走行時間の長いものを加速させ
るものである。これら補助電極６０，６１近傍を拡大し
たものが図２に示されている。ダイノード１０４〜１１
３の幾何的構造及び配置は、次段へ２次電子が収束する
ようにしているため、補助電極６０，６１を第１ダイノ
ード１０４と第２ダイノード１０５の間に設けるだけで
大きな効果が得られている。
【００１８】表１には、この光電子増倍管に印加するブ
リーダ電圧などの動作条件の一例が示されている。補助
電極６０は、走行時間の短い電子を減速させるものであ
るから、第３ダイノード１０６よりも低い電位（この場
合では、第２ダイノード１０５と同じ電位）としてい
る。また、補助電極６１は、走行時間の長い電子を加速
させるものであるから、第３ダイノード１０６よりも高
い電位（この場合では、第４ダイノード１０７と同じ電
位）としている。
リーダ電圧などの動作条件の一例が示されている。補助
電極６０は、走行時間の短い電子を減速させるものであ
るから、第３ダイノード１０６よりも低い電位（この場
合では、第２ダイノード１０５と同じ電位）としてい
る。また、補助電極６１は、走行時間の長い電子を加速
させるものであるから、第３ダイノード１０６よりも高
い電位（この場合では、第４ダイノード１０７と同じ電
位）としている。
【００１９】
【表１】
【００２０】この表１の動作条件のもとにおいて、第１
ダイノード１０４からの２次電子のうち、走行時間の短
い電子軌道７０，走行時間の長い電子軌道７１が、図２
に例示されている。走行時間の短い電子（電子軌道７
０）は第２ダイノード１０５に到達するまでに７８０ｐ
ｓｅｃかかり、走行時間の長い電子（電子軌道７１）は
８８０ｐｓｅｃかかっている。それらの差は１００ｐｓ
ｅｃである。前述の従来例では、「特開平２−２９１６
５４」記載のように５００ｐｓｅｃ以上であり、走行時
間のバラツキは大幅に改善されている。図３には、従来
例及び本実施例の走行時間の分布が示されている。本実
施例の走行時間の分布（図３（ｂ））は、補助電極６
０，６１によって従来例の走行時間の分布（図３
（ａ））のうち、走行時間の短い成分が長い方にシフト
し、走行時間の長い成分が短い方にシフトしたものにな
っている。その結果、半値幅が狭くなっているのが分か
る。
ダイノード１０４からの２次電子のうち、走行時間の短
い電子軌道７０，走行時間の長い電子軌道７１が、図２
に例示されている。走行時間の短い電子（電子軌道７
０）は第２ダイノード１０５に到達するまでに７８０ｐ
ｓｅｃかかり、走行時間の長い電子（電子軌道７１）は
８８０ｐｓｅｃかかっている。それらの差は１００ｐｓ
ｅｃである。前述の従来例では、「特開平２−２９１６
５４」記載のように５００ｐｓｅｃ以上であり、走行時
間のバラツキは大幅に改善されている。図３には、従来
例及び本実施例の走行時間の分布が示されている。本実
施例の走行時間の分布（図３（ｂ））は、補助電極６
０，６１によって従来例の走行時間の分布（図３
（ａ））のうち、走行時間の短い成分が長い方にシフト
し、走行時間の長い成分が短い方にシフトしたものにな
っている。その結果、半値幅が狭くなっているのが分か
る。
【００２１】図４には、図１の光電子増倍管の走行時間
のバラツキをより改善したものが示されている。
のバラツキをより改善したものが示されている。
【００２２】この光電子増倍管では、第１ダイノード１
０４と第２ダイノード１０５の間には、補助電極６２
（軌道修正電極）がさらに設けられている。補助電極６
２は、第１，第２ダイノードよりも電位の高い第３ダイ
ノード１０６の影響を抑えるもので、第３ダイノード１
０６よりも低い電位（この例では、第１ダイノード１０
４の電位）としている。これにより、図１では第３ダイ
ノード１０６で加速されていた電子が加速されなくな
り、また、電子軌道が収束して、走行時間の差がより減
少する。
０４と第２ダイノード１０５の間には、補助電極６２
（軌道修正電極）がさらに設けられている。補助電極６
２は、第１，第２ダイノードよりも電位の高い第３ダイ
ノード１０６の影響を抑えるもので、第３ダイノード１
０６よりも低い電位（この例では、第１ダイノード１０
４の電位）としている。これにより、図１では第３ダイ
ノード１０６で加速されていた電子が加速されなくな
り、また、電子軌道が収束して、走行時間の差がより減
少する。
【００２３】実測では、走行時間の短い電子（電子軌道
７２）が第２ダイノード１０５に到達するまでは８４０
ｐｓｅｃ、走行時間の長い電子（電子軌道７３）では８
９０ｐｓｅｃである。それらの差は５０ｐｓｅｃにな
り、走行時間の分布は図３（ｃ）に示すようになる。走
行時間のバラツキは図１の光電子増倍管と比較して大幅
に改善されている。また、電子軌道の収束により、第２
ダイノード１０５以降の増倍で発生するバラツキが抑え
られている。
７２）が第２ダイノード１０５に到達するまでは８４０
ｐｓｅｃ、走行時間の長い電子（電子軌道７３）では８
９０ｐｓｅｃである。それらの差は５０ｐｓｅｃにな
り、走行時間の分布は図３（ｃ）に示すようになる。走
行時間のバラツキは図１の光電子増倍管と比較して大幅
に改善されている。また、電子軌道の収束により、第２
ダイノード１０５以降の増倍で発生するバラツキが抑え
られている。
【００２４】このように、本発明の光電子増倍管では、
２次電子の走行時間のバラツキが大幅に抑えられている
ため、光検出の過渡応答特性が大幅に向上する。時間分
解能は過渡応答特性に依存し、この光電子増倍管を用い
ることで高時間分解分光計測が可能になる。
２次電子の走行時間のバラツキが大幅に抑えられている
ため、光検出の過渡応答特性が大幅に向上する。時間分
解能は過渡応答特性に依存し、この光電子増倍管を用い
ることで高時間分解分光計測が可能になる。
【００２５】本発明は前述の実施例に限らず様々な変形
が可能である。
が可能である。
【００２６】例えば、本実施例では、ヘッドオン型の場
合を示したがサイドオン型にも用い得る。また、１０段
のダイノードでカスケード増倍しているが、段数はこれ
よりも多くても少なくても良い。
合を示したがサイドオン型にも用い得る。また、１０段
のダイノードでカスケード増倍しているが、段数はこれ
よりも多くても少なくても良い。
【００２７】
【発明の効果】以上の通り本発明の光電子増倍管によれ
ば、２次電子が次段のダイノードに到達する時間差を減
少させるので、２次電子の走行時間のバラツキが減少
し、入射光検出の時間的バラツキが抑えられるため、光
検出の過渡応答特性が向上し、この光電子増倍管を用い
て良好な時間分解分光計測をすることができる。
ば、２次電子が次段のダイノードに到達する時間差を減
少させるので、２次電子の走行時間のバラツキが減少
し、入射光検出の時間的バラツキが抑えられるため、光
検出の過渡応答特性が向上し、この光電子増倍管を用い
て良好な時間分解分光計測をすることができる。
【００２８】加速電極をさらに備えることで、光検出の
過渡応答特性をさらに向上させることができる。
過渡応答特性をさらに向上させることができる。
【００２９】軌道修正電極をさらに備えることで、２次
電子を収束させて次段のダイノードに到達させるため、
検出効率をより向上させ、また、２次電子の走行時間の
バラツキを減らすことができる。
電子を収束させて次段のダイノードに到達させるため、
検出効率をより向上させ、また、２次電子の走行時間の
バラツキを減らすことができる。
【図１】本発明の一実施例の構成図。
【図２】補助電極近傍の拡大図。
【図３】２次電子の走行時間の分布図。
【図４】本発明の他の実施例の構成図。
【図５】従来例の構成図。
６０，６１，６２…補助電極、１０４〜１１３…ダイノ
ード
ード
Claims (3)
- 【請求項１】 入射光によって光電面で生じた電子を、
それぞれ２次電子放出面を有する複数段のダイノードを
利用してカスケード増倍し、該入射光を検出する光電子
増倍管において、 前記複数段のダイノードは、前記光電面からの電子を受
け２次電子を放出する第１ダイノードと、２次電子放出
面の少なくとも一部が該第１ダイノードに対面するよう
配置されるとともに該第１ダイノードからの２次電子を
受けて新たに２次電子を放出するダイノードであって、
該第１ダイノードよりも高いポテンシャルに設定された
第２ダイノードと、２次電子放出面の少なくとも一部が
該第２ダイノードに対面するよう配置されるとともに該
第２ダイノードからの２次電子を受けて新たに２次電子
を放出するダイノードであって、該第２ダイノードより
も高いポテンシャルに設定された第３ダイノードとを少
なくとも含み、 前記第１ダイノードから前記第２ダイノードへ向かう２
次電子の走行時間のバラツキを減少させるよう該第１及
び第２ダイノード間を走行する２次電子のうち走行時間
の短い２次電子を選択的に減速させるための電極であっ
て、前記第３ダイノードに隣接して設置されるとともに
該第３ダイノードよりも低いポテンシャルに設定される
減速電極を備えたことを特徴とする光電子増倍管。 - 【請求項２】 前記第１ダイノードから前記第２ダイノ
ードへ向かって走行する２次電子のうち走行時間の長い
２次電子を選択的に加速させるための電極であって、該
第１及び第２ダイノード間を走行する２次電子が前記減
速電極との間を通過するよう該減速電極よりも前記第３
ダイノードから離れた位置に設置されるとともに該第３
ダイノードよりも高いポテンシャルに設定される加速電
極をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の光電
子増倍管。 - 【請求項３】 前記第１ダイノードから前記第２ダイノ
ードへ向かって走行する２次電子のうち前記第３ダイノ
ード近傍を通過する２次電子の軌道を修正するための電
極であって、前記第３ダイノードよりも低いポテンシャ
ルに設定される軌道修正電極をさらに備えたことを特徴
とする請求項２記載の光電子増倍管。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27779291A JP3267644B2 (ja) | 1991-10-24 | 1991-10-24 | 光電子増倍管 |
| EP92309752A EP0539229B1 (en) | 1991-10-24 | 1992-10-23 | Photomultiplier |
| US07/965,721 US5363014A (en) | 1991-10-24 | 1992-10-23 | Photomultiplier |
| DE69209219T DE69209219T2 (de) | 1991-10-24 | 1992-10-23 | Photovervielfacher |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27779291A JP3267644B2 (ja) | 1991-10-24 | 1991-10-24 | 光電子増倍管 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05114384A JPH05114384A (ja) | 1993-05-07 |
| JP3267644B2 true JP3267644B2 (ja) | 2002-03-18 |
Family
ID=17588356
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27779291A Expired - Fee Related JP3267644B2 (ja) | 1991-10-24 | 1991-10-24 | 光電子増倍管 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5363014A (ja) |
| EP (1) | EP0539229B1 (ja) |
| JP (1) | JP3267644B2 (ja) |
| DE (1) | DE69209219T2 (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69406709T2 (de) * | 1993-04-28 | 1998-04-02 | Hamamatsu Photonics Kk | Photovervielfacher |
| JP3392240B2 (ja) * | 1994-11-18 | 2003-03-31 | 浜松ホトニクス株式会社 | 電子増倍管 |
| JP3618013B2 (ja) * | 1995-07-20 | 2005-02-09 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光電子増倍管 |
| US5656807A (en) * | 1995-09-22 | 1997-08-12 | Packard; Lyle E. | 360 degrees surround photon detector/electron multiplier with cylindrical photocathode defining an internal detection chamber |
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