JP3598173B2 - 電子増倍器及び光電子増倍管 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、電子増倍器及び光電子増倍管に係り、特に、この電子増倍器及び光電子増倍管を構成する集束電極に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から存在する光電子増倍管の一例として、特開平５−２９０７９３号公報に示されるものがある。この光電子増倍管は、複数段に板状のダイノード部を積層させたダイノードを備え、このダイノードは、格子状の仕切部分とその外周を囲む外周部とでマルチチャンネルを構成し、各チャンネルには複数の電子増倍孔が並設されている。また、このダイノードに対向する位置には集束電極が配置され、この集束電極には、ダイノードの仕切部分に対峙する位置に格子状の仕切グリッドが配置されている。この仕切グリッドは、ダイノードの仕切部分よりも十分に細い幅を有している。集束電極の各チャンネルには、入射された電子を集束させて電子増倍孔に導く複数の増倍孔用開口部が形成されている。更に、集束電極に対向する位置には、外部からの光を受容する受光面板が配置され、この受光面板の内面には光を電子に変換する光電面が形成されている。
【０００３】
そこで、外部からの光に反応して、光電面から光電子が放出された場合、集束電極とダイノードとの間に形成される電位分布により、光電子は、集束電極の増倍孔用開口部を通過した後、電子増倍孔に入射する。このとき、ダイノードの仕切部分に隣接する電子増倍孔内に入射される予定であった光電子は、ダイノードの仕切部分に引き寄せられ、捕捉されてしまう。このため、各チャンネルの輪郭部分に入射する光電子数は減少し、結果的に陽極で検出される光電子数は減少する。このため、各チャンネルの輪郭部分で信号が欠落し、ユニフォミティが悪化するという問題があった。
【０００４】
このユニフォミティ悪化の問題に対処するために、集束電極の仕切グリッドの幅を広くする構成が考えられる。このように集束電極の仕切グリッドの幅を広くした場合、ダイノードの仕切部分に引き寄せられて捕捉される光電子数は減少し、光電子を各チャンネルの輪郭部分に的確に入射させることができる。その結果、陽極で検出される光電子数は減少せず、各チャンネルの輪郭部分で信号は欠落せずに、各チャンネル毎のユニフォミティは向上する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の光電子増倍管は、上述のように構成されているので、次のような問題が存在していた。
【０００６】
すなわち、仕切グリッドの幅を広げた光電子増倍管では、光電子が仕切グリッドに入射して反発する確率が極めて高くなり、仕切グリッドで反発した光電子が電子増倍孔内に多量に紛れ込み、結果的に、クロストークが促進されるという問題が生じていた。
【０００７】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、ユニフォミティを向上させつつクロストークの発生を抑制することのできる電子増倍器及び光電子増倍管を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による電子増倍器は、複数段にダイノード部を積層させると共に仕切部分によってマルチチャンネルを構成するダイノードと、ダイノードのうちの第１段目のダイノード部の仕切部分に対応する位置に配置された仕切グリッドによってマルチチャンネルを構成する集束電極と、ダイノードにより増倍された電子を受容する陽極とを備え、電子流を集束電極の各チャンネル毎に入射させ集束させた後、電子流を前記ダイノードの各チャンネル毎に増倍させ、ダイノードの各チャンネル毎に出射した電子を陽極で検出する電子増倍器であって、集束電極の仕切グリッドには、第１段目のダイノード部の仕切部分に対峙させた位置に、電子を通過させる仕切用開口部が形成されていることを特徴としている。
【０００９】
この電子増倍器において、集束電極に入射する電子は、仕切グリッドの仕切用開口部近傍に形成された電子レンズの作用によって、仕切用開口部に集束され、この開口部を通過した後、ダイノードのうちの第１段目のダイノード部の仕切部分に捕捉される。このため、仕切グリッドによって反発される電子数を極めて減少させることができる。
【００１０】
また、上述した電子増倍器を、仕切部分の幅方向において仕切用開口部の長さを仕切部分の長さより短くする構成とした。
【００１１】
また、ダイノードの各チャンネルには、複数の電子増倍孔が形成され、集束電極の各チャンネルには、各電子増倍孔に対峙させた位置に、電子を通過させる増倍孔用開口部が形成される構成とした。
【００１２】
また、ダイノードのチャンネルをマトリクス状に配列させる構成とした。
【００１３】
また、ダイノードのチャンネルをリニアに配列させる構成とした。
【００１４】
更に、上述した電子増倍器において、電子増倍器を密封する真空気密容器と、真空気密容器に設けられると共に集束電極に対向する位置に光電面をもった受光面板とを更に備える構成とした。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１６】
図１は、光電子増倍管１の外観を示す斜視図である。図１に示すように、光電子増倍管１は角筒形状の金属容器２を有している。この金属容器２の一端部には、ガラス製の受光面板３が気密に取り付けられ、この受光面板３の内側には、光を電子に変換するためのアンチモン及びアルカリ金属を蒸着した光電面４が形成されている。また、金属容器２の他端部は開放され、電子増倍部２７の挿入に利用されている。この電子増倍部２７は、図２に示すように、金属容器２に対して気密に取り付けられる金属製のベースプレート５を有している。このベースプレート５の中央から、金属容器２の内部と外部とを連通させる円筒状の金属製の排気管６が延びている。この排気管６は、金属容器２と電子増倍部２７とを組み付けた後、金属容器２の内部を真空ポンプ（図示せず）によって排気して真空状態にするのに利用されると共に、光電面４に蒸着させるアルカリ金属蒸気を金属容器２内に入れる場合にも利用される。
【００１７】
図２に示すように、ベースプレート５に対向する位置には、１６枚の平板状の陽極７が設けられ、この陽極７は、互いに一定の間隔をあけて４×４マトリクス状に並設されている。また、電子増倍部２７は、陽極７に対向する位置にブロック状のダイノード１０を有している。このダイノード１０は平板状のダイノード部９を８枚積層させることによって構成されている。
【００１８】
各ダイノード部９には、各陽極７に対応して４×４マトリクス状に１６個のチャンネル１２が形成され、各チャンネル１２は、ダイノード部９の外枠３８と、格子状の仕切部分１４とで作り出されている。各チャンネル１２には、電子を増倍させるための電子増倍孔１１が４つ並設され、各電子増倍孔１１はすべて同一方向に延在し、電子増倍孔１１同士は、線状の増倍孔境界部分１３で仕切られている。また、図２及び図３に示すように、仕切部分１４の幅は、陽極７同士の間隔に対応して決定されると共に、増倍孔境界部分１３より広い幅で形成されている。
【００１９】
更に、図２に示すように、電子増倍部２７は、ダイノード部９のうち最上段にある第１段目のダイノード部９ａに対向する位置に平板状の集束電極１６を有している。この集束電極１６は、図１に示した光電面４に対向する位置に配置されている。集束電極１６には、ダイノード部９ａの各チャンネル１２に対応して４×４マトリクス状に１６個のチャンネル１８が形成されている。各チャンネル１８は、集束電極１６の外枠３９と格子状の仕切グリッド２０とで構成され、各チャンネル１８には、図３に示すように、電子を集束させ且つ電子をダイノード部９ａの電子増倍孔１１に導くための増倍孔用開口部１７が４つ並設されている。各開口部１７はすべて同一方向に延在し、開口部１７同士は、フォーカスグリッド１９で仕切られている。
【００２０】
集束電極１６において、図３及び図４に示すように、格子状のチャネル境界部分１４の上方には、これに対応して延びる格子状の仕切グリッド２０が設けられている。仕切グリッド２０には、エッチング等により仕切用開口部２１が形成され、この仕切グリッド２０は、図５に示すように、前述したダイノード部９ａの仕切部分１４に対向する位置に配置されている。従って、開口部２１は、ダイノード部９ａの仕切部分１４に対向するので、開口部２１に電子が入射した場合、この電子を、第１段目のダイノード部９ａの仕切部分１４に集束させながら導くことができる。
【００２１】
図５及び図６に示すように、陽極７のマルチ化に起因して、ダイノード１０の仕切部分１４の幅が増倍孔境界部分１３の幅に対して広く形成されているので、広くなった分だけ集束電極１６の仕切グリッド２０の幅は、フォーカスグリッド１９より広く形成されている。そして、開口部２１の幅は、仕切部分１４の幅よりも小さくなっている。この開口部２１は、仕切グリッド２０の幅内において十分に広く形成されるのが好ましい。また、開口部２１を広げた場合、広げた分だけ仕切グリッド２０を細くすると好ましい。
【００２２】
なお、電子増倍部２７を組み立てるに際して、図２に示すように、各陽極７には、金属容器２の外部からベースプレート５を貫通して延びる陽極ピン８が取り付けられ、陽極７は、この陽極ピン８によって、所定の電位が与えられると共に支持される。また、各ダイノード部９にはダイノードピン１５が取り付けられ、このピン１５によって、各ダイノード部９は、電位を与えられ、支持される。ダイノード１０は、陽極７より低い電位に設定され、各ダイノード部９の電位は、陽極７から離隔するに従って小さくなるように設定される。更に、集束電極１６には集束電極ピン２２が取り付けられ、このピン２２によって、集束電極１６は、所定の電位を与えられ、支持される。集束電極１６は、第１段目のダイノード部９ａより低い電位に設定される。また、図２及び図５に示すように、集束電極１６には、一対のピン２３が形成され、このピン２３によって光電面４には集束電極１６と同じ電位が与えられる。
【００２３】
次に、前述した構成に基づき、光電子増倍管１の作用について図６を参照して説明する。
【００２４】
まず、集束電極１６、ダイノード１０および陽極７に、それぞれ集束電極ピン２２、ダイノードピン１５および陽極ピン８を介して所定の電位を与える。このとき、仕切グリッド２０の近傍には、光電面４、集束電極１６、ダイノード９，９ａ及び陽極７によって電位の分布が形成され、特に、仕切グリッド２０の開口部２１の近傍には、電子レンズが形成される。この状態で光を受光面板３に入射させると、光は、受光面板３を透過して光電面４に入射し、光電面４で光電子を発生させる。
【００２５】
そして、ダイノード部９ａの仕切部分１４の上方（領域２５）で発生した光電子は、図６の１点鎖線の矢印で示すように、電子レンズの作用によって集束されて開口部２１を通過し、第１段目のダイノード部９ａのチャンネル境界領域１４に到達し、この位置に捕捉される。従って、仕切グリッド２０で反発される光電子数は減少し、クロストークが抑制される。なお、開口部２１の幅を広げて仕切グリッド２０を細くした場合、仕切グリッド２０で反発される電子数は更に減少するので、クロストークは更に抑制される。
【００２６】
また、電子増倍孔１１の上方（領域２６）で発生した光電子は、図６の実線矢印で示すように、増倍孔用開口部１７の近傍に形成される電位分布によって、増倍孔用開口部１７に集束されて開口部１７を通過し、第１段目のダイノード部９ａのチャンネル１２の電子増倍孔１１に入り込み、各ダイノード部９にて多段増倍されて、陽極７に到達する。この場合、仕切グリッド２０の開口部２１の幅は、境界領域１４の幅より小さく形成されているので、領域２６の端部から発生する光電子は、仕切グリッド２０の開口部２１で捕捉され難くなる。このため、仕切部分１４近傍において、増倍孔用開口部１７で集束される光電子数が増加し、この光電子の増加に起因して、各陽極７のユニフォミティが向上する。
【００２７】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、図７に示す光電子増倍管３６のように、ダイノード２８のチャンネル２９をリニアに配列させたものであってもよい。各チャンネル２９は、陽極３０のリニア化に対応して形成されたものであり、各チャンネル２９は１つの電子増倍孔３３で構成される。そして、ダイノード２８の各チャンネル２９に対応して、集束電極３１にはチャンネル３２がリニアに並設されている。この場合、各チャンネル３２は、仕切用開口部３４を有した複数本の仕切グリッド３５で仕切られる。このような構成の光電子増倍管３６においても、電子は仕切用開口部３４に集束され、結果としてクロストークが抑制される。
【００２８】
また、電子増倍部２７は、前述した金属容器２が無い状態の単体部品として使用された場合、電子増倍器として構成され、この電子増倍器は、真空チャンバ（図示せず）内で使用される。
【００２９】
更にまた、仕切グリッド２０の幅を、ダイノード９ａの仕切部分１４の幅と同じにした場合でも、クロストークを抑制すると共にユニフォミティを向上させることが可能である。
【００３０】
また、陽極としてマルチタイプのものが用いられているが、陽極としてＰＳＤ等を用いたシングルタイプのものとすることもできる。この場合であっても、１次元又は２次元的に電子の位置検出を行うことができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の電子増倍器又は光電子増倍管は、以上のように構成されているので、以下に示す効果を有する。
【００３２】
すなわち、本発明の電子増倍器又は光電子増倍管は、集束電極の仕切グリッドにおいて、第１段目のダイノード部の仕切部分に対峙させた位置に、電子を通過させる仕切用開口部が形成されているので、クロストークの発生を抑制することができ、電子増倍器の性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光電子増倍管の第１の実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の光電子増倍管の内部を示す分解斜視図である。
【図３】集束電極およびダイノードの拡大斜視図である。
【図４】図２の集束電極の平面図である。
【図５】集束電極とダイノードとの位置関係を示す平面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。
【図７】本発明に係る光電子増倍管の第２の実施形態を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１，３６…光電子増倍管、２…金属容器（真空気密容器）、３…受光面板、４…光電面、７，３０…陽極、９…ダイノード部、９ａ…第１段目のダイノード部、１０，２８…ダイノード、１１…電子増倍孔、１２，２９…チャンネル、１４…仕切部分、１６，３１…集束電極、１７…増倍孔用開口部、１８，３２…チャンネル、２０，３５…仕切グリッド、２１，３４…仕切用開口部、２７…電子増倍部。

Claims (6)

1. 複数段にダイノード部を積層させると共に仕切部分によってマルチチャンネルを構成するダイノードと、前記ダイノードのうちの第１段目のダイノード部の前記仕切部分に対応する位置に配置された仕切グリッドによってマルチチャンネルを構成する集束電極と、前記ダイノードにより増倍された電子を受容する陽極とを備え、電子流を前記集束電極の各チャンネル毎に入射させ集束させた後、前記電子流を前記ダイノードの各チャンネル毎に増倍させ、前記ダイノードの各チャンネル毎に出射した電子を前記陽極で検出する電子増倍器であって、
   前記集束電極の前記仕切グリッドには、前記第１段目のダイノード部の仕切部分に対峙させた位置に、電子を通過させる仕切用開口部が形成されていることを特徴とする電子増倍器。
2. 前記仕切部分の幅方向において、前記仕切用開口部の長さを前記仕切部分の長さより短くしたことを特徴とする請求項１記載の電子増倍器。
3. 前記ダイノードの前記各チャンネルには、複数の電子増倍孔が形成され、前記集束電極の前記各チャンネルには、前記各電子増倍孔に対峙させた位置に、電子を通過させる増倍孔用開口部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２のいずれか一項に記載の電子増倍器。
4. 前記ダイノードの前記チャンネルをマトリクス状に配列させたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の電子増倍器。
5. 前記ダイノードの前記チャンネルをリニアに配列させたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の電子増倍器。
6. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載の電子増倍器において、前記電子増倍器を密封する真空気密容器と、前記真空気密容器に設けられると共に前記集束電極に対向する位置に光電面をもった受光面板とを更に備えたことを特徴とする光電子増倍管。

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