JP3620920B2

JP3620920B2 - 電子増倍器及び光電子増倍管

Info

Publication number: JP3620920B2
Application number: JP14174296A
Authority: JP
Inventors: 英樹下井; 久喜加藤; 浩之久嶋
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1996-06-04
Filing date: 1996-06-04
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2016-06-04
Also published as: JPH09320511A

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の集束電極に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来からある光電子増倍管の一例として、特開平６−３１４５５０号公報に開示されるものがある。この光電子増倍管では、受光面板の内側に光電面が形成され、この光電面に対向する位置には、平板状の集束電極が配置されている。この集束電極は、複数の開口部を形成させた集束部と、この集束部の周囲に配置されたフレーム部とで構成され、光電面は、集束部より広い面積で形成されている。また、集束電極に対向する位置には、ブロック状の電子増倍部が配置され、この電子増倍部は、平板状のダイノードを複数段積層させることで構成され、各ダイノードには、電子を増倍させるための複数の電子増倍孔が形成され、この電子増倍孔は、集束電極の集束部に対向する位置に形成されている。そして、電子増倍部に対向する位置には、電子増倍部からの電子を受容する陽極が配置されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の光電子増倍管は、光電面が集束部より広い面積で形成されているので、受光面板のフレーム部に対向する位置（以下、有効エリア外領域と呼ぶ）にも光電面が形成され、この有効エリア外領域から出射された光電子は、集束電極のフレーム部で反射されて、フレーム部の近傍にある集束部の開口部を介してダイノードの電子増倍孔に直接入り込む。このため、有効エリア外領域からの光電子は、電子増倍に寄与し、不要な信号を発生させてしまう。本発明は、上述した従来の課題に鑑みてなされたもので、フレーム部に向けて入射する電子により不要な信号を発生し難くした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。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明による電子増倍器は、入射した電子を集束するための集束部と集束部の周囲に設けられたフレーム部とをもった集束電極と、集束部に対向する位置に電子を増倍するための電子増倍孔を複数形成させたダイノードを複数段に積層させた電子増倍部と、電子増倍部から出射した電子を受容する陽極とを備えた電子増倍器において、第１段目のダイノードの端部に対峙させたフレーム部に、少なくとも１つのダミー開口部を設けたことを特徴としている。
【０００５】
この電子増倍器によれば、集束電極のフレーム部に電子が入射する場合、この電子は、フレーム部に設けられたダミー開口部に集束され、電子増倍部の第１段目のダイノードの端部表面に捕捉される。このため、ダミー開口部を通過した電子は、集束部を介してダイノードの電子増倍孔に入射することはなく、陽極で全く受容されない。
【０００６】
また、集束電極の集束部は、所定方向に配列された複数のチャンネル開口部で構成され、フレーム部のダミー開口部は、集束部のチャンネル開口部と同一方向に配列され、チャンネル開口部の幅をＡとして、ダミー開口部の幅をＢとした場合に、ダミー開口部の幅Ｂは、Ｂ≧０．６Ａの関係を満たすのが好ましい。
【０００７】
さらに、集束電極の集束部は、所定方向に配列された複数のチャンネル開口部で構成され、フレーム部のダミー開口部は、集束部のチャンネル開口部と同一方向に配列され、フレーム部は集束部より厚く形成されて、チャンネル開口部の幅をＡ、ダミー開口部の幅をＢ、及びフレーム部の厚さと集束部の厚さとの差をＣとした場合に、ダミー開口部の幅Ｂは、Ｂ≧０．６Ａ＋１．０Ｃの関係を満たすのが好ましい。
【０００８】
さらにまた、本発明による光電子増倍管は、前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ことが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による光電子増倍管の第１実施形態について説明する。
【００１０】
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、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ている。この受光面板３の内面には、光を電子に変換するための光電面４が設けられ、この光電面４は、受光面板３にアンチモンを蒸着し、アルカリ金属を反応させることで形成される。光電面４は、受光面板３の中央に形成される有効エリア４ａを有し、この有効エリア４ａの周囲には、有効エリア４ａからはみ出して形成された有効エリア外領域４ｂが形成されている。
【００１１】
また、金属容器２の他端部は開放され、電子増倍器２７の挿入に利用されている。この電子増倍器２７は、図１及び図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平板状の金属製ステム５を有している。このステム５の中央には、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が固定されている。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に蒸着させたアンチモンに反応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。
【００１２】
図２に示すように、電子増倍器２７は、光電面４の真下に配置される平板状の集束電極１７を有し、この集束電極１７には、図２の一点鎖線で示すように、光電面４の有効エリア４ａから入射した電子を集束するための集束部２０が設けられ、この集束部２０には、スリット状のチャンネル開口部１８が１６本形成され、この１６本の開口部１８は一方向にリニアに配列されている。また、この集束部２０の周囲にはフレーム部２１が設けられ、このフレーム部２１には、スリット状のダミー開口部２２が形成されている。このダミー開口部２２は、集束部２０のチャンネル開口部１８と同一方向に配列され、この配列方向で、集束部２０の両側に１つずつ形成されている。
【００１３】
また、電子増倍器２７は、集束電極１７の下方に配置されるブロック状の電子増倍部１０を有し、この電子増倍部１０は、平板状のダイノード１１を８枚積層させることで一体に形成され、各ダイノード１１には、集束電極１７の集束部２０に対向する位置に、電子を増倍するためのスリット状の電子増倍孔１３を１６本形成させている。また、電子増倍孔１３の配列方向で、第１段目のダイノード１１ａの端部１５は、集束電極１７のフレーム部２１に対峙している。なお、１６本の電子増倍孔１３はそれぞれ集束電極１７のチャンネル開口部１８に対応して形成されている。
【００１４】
さらに、電子増倍器２７は、電子増倍部１０の下方に配置される陽極７を有し、この陽極７は１６個の独立した細長い陽極部９で構成されている。各陽極部９は、チャンネル開口部１８，電子増倍孔１３と同一方向にリニアに配列され、電子増倍部１０の各電子増倍孔１３に対応している。
【００１５】
なお、前述した電子増倍器２７を組み立てるに際して、図２に示すように、集束電極１７、電子増倍部１０及び陽極７は、金属容器２の外部からステム５を貫通して垂直に延びるステムピン２３によって固定される。また、集束電極１７、電子増倍部１０及び陽極７は、このピン２３によって所定の電位が与えられ、光電面４と集束電極１７とは同じ電位に設定され、光電面４と、電子増倍部１０と陽極７とは、この順に高い電位に設定される。従って、光電面４で発生した光電子は、集束電極１７および電子増倍部１０を通過して、陽極７で検出される。
【００１６】
次に、前述した構成に基づき、光電子増倍管１の作用について説明する。
【００１７】
まず、集束電極１７、電子増倍部１０、陽極７に、ピン２３を介して所定の電位を与える。この状態で、受光面板３を通して光電面４に光が入射すると、この光電面４で光は光電子を発生する。ここで、光が光電面４の有効エリア４ａに入射した場合、有効エリア４ａで発生した光電子は、図３の一点鎖線矢印で示すように、集束部２０のチャンネル開口部１８に集束され、電子増倍部１０の第１段目のダイノード１１ａの電子増倍孔１３に入り込んだ後、下に続く各段のダイノード１１で増倍され、最下段のダイノード１１の電子増倍孔１３から出射されて、陽極部９で検出される。
【００１８】
また、光が光電面４の有効エリア外領域４ｂに入射した場合、有効エリア外領域４ｂで発生した光電子は、図３の実線矢印で示されるように、ダミー開口部２２に集束され、第１段目のダイノード１１ａの端部１５に捕捉される。このため、光電子は、集束部２０を介してダイノード１１の電子増倍孔１３に入射することはなく、陽極部９で受容されることはなくなる。
【００１９】
図４は、集束電極１７のチャンネル開口部１８の配列方向に沿った断面図であり、同図に示すように、フレーム部２１と集束部２０とを同じ厚さに形成し、チャンネル開口部１８の幅をＡ、ダミー開口部２２の幅をＢとしている。図５は、ダミー開口部２２とこれに隣接する最端のチャンネル開口部１８ａとに電子を入射させる光電面４の端領域を対象にし、この領域において、光電面４の有効エリア４ａから有効エリア外領域４ｂにかけてチャンネル開口部１８の配列方向と平行に直線を引いた場合、この直線上の各位置から光電子を出射させて最端の陽極部９ａで検出させた光電子数の相対的分布を示すグラフ図であり、ダミー開口部２２の幅Ｂの大きさを変えてシミュレーションした結果である。なお、陽極部９ａは、ダミー開口部２２の隣のチャンネル開口部１８に対応するものである。また、縦軸は相対的光電子数、横軸は光電面位置を示している。
【００２０】
図５において、符号Ｌは、光電面４の有効エリア４ａと有効エリア外領域４ｂとの境界領域を示し、符号Ｌの左側部分は有効エリア外領域４ｂからの光電子数の相対的分布を示し、符号Ｌの右側部分は有効エリア４ａからの光電子数の分布を示している。図５（ａ）に示すように、ダミー開口部２２の幅ＢがＢ＝０．０Ａのとき、即ち、ダミー開口部２２が形成されていないとき、有効エリア外領域４ｂからの光電子は陽極部９で検出され、この光電子数の分布にピーク（以下、ゴーストピークＰと呼ぶ）が形成されている。ゴーストピークＰは、ＢとＡとの比（以下、Ｂ／Ａと呼ぶ）を大きくすると低下し（図５（ｂ）、５（ｃ）及び図５（ｄ）参照）、Ｂ／Ａを更に大きくして最終的に０．６（図５（ｅ）参照）としたとき、ゴーストピークＰは殆ど消失する。
【００２１】
このシミュレーション結果から、ダミー開口部２２の幅Ｂは、チャンネル開口部１８の幅Ａに対して、Ｂ≧０．６Ａの関係を満たすことが好適である。この場合、光電面４の有効エリア外領域４ｂからの光電子は殆どフレーム部２１のダミー開口部２２に集束され、第１段目のダイノード１１ａの端部１５に捕捉されることになる。
【００２２】
次に、図６及び図７と共に本発明に係る光電子増倍管の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
【００２３】
図６は、光電子増倍管１の第２実施形態に適用される集束電極１７を示す断面図である。同図に示すように、フレーム部２１は集束部２０より厚く形成されている。この点で、第２実施形態の光電子増倍管１は第１実施形態の光電子増倍管１と異なっている。なお、図６に示すように、符号Ｓの部分は、フレーム部２１の内端ではあるが、このＳ部分は集束部２０と同じ厚さになっている。
【００２４】
このように集束部２０よりフレーム部２１を厚く形成した場合、第１実施形態で最適とされた関係式Ｂ＝０．６Ａを第２実施形態の集束電極１７に適用すると、図７（ａ）に示すように、小さいながらもゴーストピークＰが検出される。ここで、集束部２０の厚さｔ_１とフレーム部２１の厚さｔ_２との差をＣとして、ダミー開口部２２の幅ＢをＢ＝０．６Ａ＋０．５ＣとするとゴーストピークＰは低下し（図７（ｂ）参照）、Ｂ＝０．６Ａ＋１．０Ｃとしたとき、ゴーストピークＰはほぼ完全に消失する（図７（ｃ）参照）。このシミュレーション結果から、ダミー開口部２２の幅Ｂは、Ｂ≧０．６Ａ＋１．０Ｃとするのが好適である。ダミー開口部２２の幅Ｂが上記の関係式を満たすようにダミー開口部２２を形成した場合、有効エリア外領域４ｂから発生する光電子は、ダミー開口部２２に集束され、第１段目のダイノード１１ａの端部１５に捕捉される。
【００２５】
本発明は、前述した実施形態に限られない。例えば、チャンネル開口部１８をリニアに配列させて集束部２０を構成させたが、集束部２０のチャンネル開口部１８は、マトリクス状に配列させてもよい。
【００２６】
また、ダミー開口部２２を、チャンネル開口部１８の配列方向で、集束部２０の両側に形成させたが、ダミー開口部２２は、チャンネル開口部１８の配列方向に直交する方向で、集束部２０の両側に形成させてもよい。
【００２７】
更に、電子増倍器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、真空チャンバ（図示せず）内で使用される。
【００２８】
また、前述した光電子増倍管１又は電子増倍器２７は、最終段ダイノードをもった光電子増倍管又は電子増倍器に適用することもできる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明による電子増倍器及び光電子増倍管は、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。
【００３０】
即ち、本発明の電子増倍器及び光電子増倍管は、第１段目のダイノードの端部に対峙させたフレーム部に少なくとも１つのダミー開口部を設ける構成としたので、フレーム部に入射した電子は、フレーム部のダミー開口部に集束され、第１段目のダイノードの端部表面に捕捉される。この結果、フレーム部に入射する電子は、電子増倍には寄与せず、陽極で全く受容されることはない。従って、この電子増倍器及び光電子増倍管は、フレーム部に向けて入射する電子により不要な信号を発生し難くさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光電子増倍管の外観を示す斜視図である。
【図２】本発明による電子増倍器の第１実施形態を示す分解斜視図である。
【図３】図２の電子増倍器の断面図である。
【図４】図２の集束電極の断面図であり、ダミー開口部の幅、及びチャンネル開口部の幅の大きさの関係を示している。
【図５】光電子増倍管の第１実施形態で、ダミー開口部の幅を変化させたときの、陽極部で検出される光電子数の相対的分布のシミュレーション結果を示すグラフ図である。
【図６】光電子増倍管の第２実施形態に適用した集束電極の断面図であり、ダミー開口部の幅、及びチャンネル開口部の幅の大きさの関係を示している。
【図７】光電子増倍管の第２実施形態で、ダミー開口部の幅を変化させたときの、陽極部で検出される光電子数の相対的分布のシミュレーション結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１…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…陽極、１０…電子増倍部、１１…ダイノード、１１ａ…第１段目のダイノード、１３…電子増倍孔、１７…集束電極、１８…チャンネル開口部、２０…集束部、２１…ダミー開口部、２２…フレーム部、２７…電子増倍器、Ａ…チャンネル開口部の幅、Ｂ…ダミー開口部の幅、Ｃ…ダミー開口部の厚さとチャンネル開口部の厚さとの差。

Claims

入射した電子を集束するための集束部と前記集束部の周囲に設けられたフレーム部とをもった集束電極と、前記集束部に対向する位置に電子を増倍するための電子増倍孔を複数形成させたダイノードを複数段に積層させた電子増倍部と、前記電子増倍部から出射した電子を受容する陽極とを備えた電子増倍器において、
第１段目の前記ダイノードの端部に対峙させた前記フレーム部に、少なくとも１つのダミー開口部を設けたことを特徴とする電子増倍器。
前記集束電極の前記集束部は、所定方向に配列された複数のチャンネル開口部で構成され、前記フレーム部の前記ダミー開口部は、前記集束部の前記チャンネル開口部と同一方向に配列され、前記チャンネル開口部の幅をＡとして、前記ダミー開口部の幅をＢとした場合に、前記ダミー開口部の幅Ｂは、Ｂ≧０．６Ａの関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の電子増倍器。
前記集束電極の前記集束部は、所定方向に配列された複数のチャンネル開口部で構成され、前記フレーム部の前記ダミー開口部は、前記集束部の前記チャンネル開口部と同一方向に配列され、前記フレーム部は前記集束部より厚く形成されて、前記チャンネル開口部の幅をＡ、前記ダミー開口部の幅をＢ、及び前記フレーム部の厚さと前記集束部の厚さとの差をＣとした場合に、前記ダミー開口部の幅Ｂは、Ｂ≧０．６Ａ＋１．０Ｃの関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の電子増倍器。
請求項１〜３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ることを特徴とする光電子増倍管。