JP4549497B2

JP4549497B2 - 光電子増倍管

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Publication number: JP4549497B2
Application number: JP2000227381A
Authority: JP
Inventors: 智洋石津; 末則木村
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2000-07-27
Filing date: 2000-07-27
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2020-07-27
Also published as: EP1318540B1; EP1318540A4; CN1444768A; WO2002011178A1; US20030146697A1; CN1309003C; JP2002042718A; AU2001272763A1; US6847028B2; EP1318540A1

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は光電子増倍管に関し、特に石油探査等に用いられる光電子増倍管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、石油探査等において激しく振動する装置内に設けられる光電子増倍管としては、管軸方向に短くコンパクト化され、ポール状アノードとサーキュラーゲージ型ダイノードとを有するタイプが知られている。
【０００３】
特開平２−２９１６５５号公報には、サーキュラーゲージ型の電子増倍部を有し、ポール状のアノードを有する光電子増倍管が記載されている。サーキュラーゲージ型の電子増倍部では、相互に対向するダイノード間に形成されたダイノード内部空間経路が、管軸に対して直交する軸の周りに円弧状をなしており、第２段ダイノードとアノードとが管軸に対して反対側に位置するようになっている。
このため、光電子増倍管が管軸方向に短縮化され、全体の形状が小型化されている。
【０００４】
この光電子増倍管では、ダイノード内部空間経路を円弧状に形成するために、円弧の外側に凹面状のダイノードを配置し、円弧の内側に略平面状で、かつ、外側のダイノードに比較して小さい表面積を有するダイノードを配置している。アノード電極はポール形状をなし、最終段のダイノードに取り囲まれる形で配置されている。アノード電極がポール状をなしているため、このタイプの光電子増倍管は、耐振性に優れており振動によって破損しにくく、石油探査用、高温耐振用として使用されている。
【０００５】
しかし、このタイプの高温耐振用光電子増倍管では、アノードとしてポール状アノードを使用し、サーキュラーゲージ型ダイノードによってポール状アノードを包囲する構成であるため、パルスリニアリティ特性が良くなかった。
【０００６】
一方、石油探査用、高温耐振用の光電子増倍管ではないが、パルスリニアリティ特性の高い光電子増倍管として、アノードにポール状アノードではなくメッシュ状アノードが設けられているものが知られている。アノードがメッシュ状アノードである場合には、ポール状アノードである場合とは異なり、アノードを最終段ダイノードにより近づけて平行電界で電界強度を高めることができ、空間電荷効果の影響を抑えることができるため、高いパルスリニアリティ特性を得ることができる。
【０００７】
特開昭６０−２５４５４７号公報には、略長方形状をしたメッシュ状アノードを有する光電子増倍管が記載されている。メッシュ状アノードはその内周、及び外周が略長方形状をしたアノード枠を有しており、アノード枠には開口部が形成されている。開口部には、開口部を塞ぐ状態で固定された編み目状のメッシュ電極部が設けられている。アノード枠の内周の、２つの直線状の短辺と直線状の一の長辺とは、所定の曲率をもつ円の一部をなす曲面で接続されている。電子増倍管はボックス型であり、複数段のボックス型ダイノードによって増倍されてきた電子は、開口部全体に入射し、開口部の一部に収束して入射はしない。
【０００８】
また、特公昭６１−１７０９９号公報には、四角形状のメッシュ状アノードとそれを保持するアノード枠からなるアノードとを有する光電子増倍管が記載されている。メッシュ状アノードは、図８に示すように、長方形状をしたアノード枠Ａ１１１を有しており、アノード枠Ａ１１１には開口部Ａ１１１ａが形成されている。開口部Ａ１１１ａには、開口部Ａ１１１ａを塞ぐ状態で固定された編み目状のメッシュ電極部Ａ１１２が設けられている。メッシュ電極部Ａ１１２に対向する位置には、複数段のダイノードの内の最終段ダイノードＤｙ１１１が設けられている。長方形状をしたアノード枠Ａ１１１の長辺Ａ１１１Ｃには、メッシュ電極部Ａ１１２及びアノード枠Ａ１１１を含む平面に対して所定の角度をなす長方形状平面Ａ１１６が設けられており、長方形状平面Ａ１１６の一の長辺はアノード枠Ａ１１１の長辺Ａ１１１Ｃと一体に設けられている。アノード枠Ａ１１１の２つの短辺と長方形状平面Ａ１１６の２つの短辺とには、それぞれの短辺を含む平面をなす三角形状のアノード側面Ａ１１７が設けられている。この構成により、メッシュ状アノードが撓まないように、また、曲がらないように構成している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開昭６０−２５４５４７号公報に記載された従来の光電子増倍管は、もともと石油探査等に要求される高い耐振性を具備しておらず、この光電子増倍管に用いられているメッシュ状アノードは、耐振強度的に不十分であり、石油探査等に用いることはできなかった。
【００１０】
また、特公昭６１−１７０９９号公報に記載された光電子増倍管では、アノードの撓み、及び、曲がりを防止する構成としているが、やはり耐振強度的に不十分であり、また、複雑な構造をしているため、それほど容易に製造することはできなかった。
【００１１】
そこで本発明は、耐振性に優れ且つパルスリニアリティ特性が良いアノードを有する光電子増倍管を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、管軸に沿って延びる管状真空容器と、該管状真空容器の管軸方向端面に位置し、入射した光を光電変換して電子を放出する光電面と、内壁に二次電子面を有し、該電子を順次増倍するためのｎ段のダイノードと、該ｎ段のダイノードで増倍された電子を受取るために設けられ、メッシュ電極部と、該メッシュ電極部を保持するアノード枠とからなるアノードを有する光電子増倍管において、該アノード枠は略長方形状であって、該アノード枠の一の長辺の中央部近傍は複数の該ダイノードにより増倍された該電子が収束する電子収束部をなし、該アノード枠の該一の長辺の中点から該一の長辺に沿って離間するにつれて、該アノード枠の内周は該アノードの内方へ入込む形状とすることにより、該アノード枠が該一の長辺に沿って該中点から離間するにつれて太くなるようにした光電子増倍管を提供している。
【００１３】
ここで、該電子収束部が該第（ｎ−１）段ダイノードと該第（ｎ−２）段ダイノードの間の空間に位置するように該アノードが配置され設けられていることが好ましい。
【００１４】
又、該管状真空容器には該複数段のダイノードと該アノードとを該管状真空容器に対して移動不能に支持する２つの基板が設けられ、該一の長辺の長手方向両端には該一の長辺に平行に該アノード枠から外方へ突出する形状の第１の支持部が設けられ、該他の長辺の長手方向両端には、該他の長辺に平行に該アノード枠から外方へ突出する形状の第２の支持部が設けられ、該基板に形成されたスリット状の固定貫通孔に該第１の支持部及び該第２の支持部が挿入され固定されることによって該アノードが該基板に支持されることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態による光電子増倍管について図１乃至図６に基づき説明する。第１の実施の形態による光電子増倍管１は、管軸Ｘを有する管状真空容器２を備えている。図１は、光電子増倍管１を管軸Ｘに沿って切断した様子を示す断面図である。管状真空容器２は、例えばコバールガラスのような素材からなる。
【００１６】
この管状真空容器２の管軸Ｘ方向両端部は閉じており、一端部は面状をなし、その内面には光を受けて電子を放出する光電面２Ａが形成されている。光電面２Ａは、例えば管状真空容器２の一端部内面側に予め蒸着させておいたアンチモンにアルカリ金属蒸気を反応させることで形成される。また、管状真空容器２の他端部には、各ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１０やアノードＡ等に所望の電位を与えるための複数のリードピン２Ｂが設けられている。なお、図１には、便宜上リードピン２Ｂを２本のみ示す。光電面２Ａは、図示しない接続部品により該当するリードピン２Ｂに接続されており、−１０００Ｖの電圧が印加される。
【００１７】
管状真空容器２の光電面２Ａに面する位置には、管軸Ｘに垂直な面を有するカップ状のフォーカス電極３が配設されている。このフォーカス電極３には、管軸Ｘに垂直な面上であって、管軸Ｘと交差する位置を中心とする中央開口部３ａが形成され、中央開口部３ａにはメッシュ電極３Ａが取付けられている。フォーカス電極３及びメッシュ電極３Ａは、それぞれ該当するリードピン２Ｂに接続され、第１段目のダイノードＤｙ１と同一の電位とされる。
【００１８】
フォーカス電極３の光電面２Ａに面する側とは反対側には、電子を順次増倍するためのダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１０が配設されている。ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１０は、それぞれ二次電子面を有する。
【００１９】
フォーカス電極３の中央開口部３ａに面する位置に、第１段目のダイノードＤｙ１が設けられている。第１段目のダイノードＤｙ１は、管軸Ｘを横切る位置に配設されている。第１段目乃至第１０段目のダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１０は、順次隣接する段のダイノードの二次電子面同士が対向するように配置される。隣接するダイノード同士の間の空間が連なることにより形成されるダイノード内部空間経路が管軸Ｘを横切るようにダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１０が配列されており、アノードＡは、管軸Ｘに対して第２段目のダイノードＤｙ２と反対側に設けられる。即ち、図１に示すように、第２段目のダイノードＤｙ２は、管軸Ｘより左側に位置し、アノードＡは、管軸Ｘより右側に位置する。最終段である第１０段目のダイノードＤｙ１０とその一つ上段の第９段目のダイノードＤｙ９との間には、メッシュ状のアノードＡが配置されている。
【００２０】
ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１０、アノードＡは図示せぬ配線によりそれぞれ対応するリードピン２Ｂに接続され、それぞれ所定の電位が印加される。第１の実施の形態では、各段のダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１０への印加電圧は以下の通りである。第１段目のダイノードＤｙ１は−８００Ｖ、第２段目のダイノードＤｙ２は−７２０Ｖ、第３段目のダイノードＤｙ３は−６４０Ｖ、第４段目のダイノードＤｙ４は−５６０Ｖ、第５段目のダイノードＤｙ５は−４８０Ｖ、第６段目のダイノードＤｙ６は−４００Ｖ、第７段目のダイノードＤｙ７は−３２０Ｖ、第８段目のダイノードＤｙ８は−２４０Ｖ、第９段目のダイノードＤｙ９は−１６０Ｖ、第１０段目のダイノードＤｙ１０は−８０Ｖ、アノードＡは０Ｖにされる。
【００２１】
第２段目のダイノードＤｙ２、第４段目のダイノードＤｙ４、第６段目乃至第９段目のダイノードＤｙ６〜Ｄｙ９は同一の形状をしている。図２に第２段目のダイノードＤｙ２の詳細な形状を示す。第２段目のダイノードＤｙ２は、断面円弧状をなす曲面部Ｄｙ２Ａと該曲面部に面一に連なる平面部Ｄｙ２Ｂとを有し、曲面部Ｄｙ２Ａと平面部Ｄｙ２Ｂとにより二次電子面が構成される。また、曲面部Ｄｙ２Ａの長手方向両端部には、曲面部Ｄｙ２Ａから立設する側面部Ｄｙ２Ｃがプレス形成されている。両側面部Ｄｙ２Ｃから外方に延びる第１の耳部Ｄｙ２Ｄが形成されている。また、平面部Ｄｙ２Ｂの長手方向両端部には、同じく外方に延びる第２の耳部Ｄｙ２Ｅが形成されている。第１の耳部Ｄｙ２Ｄと第２の耳部Ｄｙ２Ｅは、互いに平行面をなすことなく、一定の角度をもって位置する。また、第１の耳部Ｄｙ２Ｄ及び第２の耳部Ｄｙ２Ｅの中央部には、それぞれの厚さ方向に打ち出し加工部が形成されている。
【００２２】
第３段目のダイノードＤｙ３及び第５段目のダイノードＤｙ５は同一の形状をしている。図３に第３段目のダイノードＤｙ３の詳細な形状を示す。第３段目のダイノードＤｙ３は、断面円弧状をなす曲面部Ｄｙ３Ａを有する。曲面部Ｄｙ３Ａは二次電子面をなし、他段のダイノードの二次電子面（Ｄｙ２Ａ＋Ｄｙ２Ｂ）よりも面積が小さい。これにより、第３段目のダイノードＤｙ３（及び第５段目のダイノードＤｙ５）は、他段のダイノードよりも小型に形成される。また、曲面部Ｄｙ３Ａの長手方向両端部には、曲面部Ｄｙ３Ａから立設する側面部Ｄｙ３Ｂ、Ｄｙ３Ｂがプレス形成されている。側面部Ｄｙ３Ｂの曲面部Ｄｙ３Ａに続く側とは反対側面に、側面部Ｄｙ３Ｂから垂直に外方に延びる面状の第１の耳部Ｄｙ３Ｃが形成されている。第１の耳部Ｄｙ３Ｃの中央部には、厚さ方向に打ち出し加工部が形成されている。
【００２３】
図６からわかるように、第１段目のダイノードＤｙ１の二次電子面Ｄｙ１Ａの長手方向両端部には、二次電子面Ｄｙ１Ａから立設した側面部Ｄｙ１Ｂが形成されており、側面部Ｄｙ１Ｂには外方に延びる第１の耳部Ｄｙ１Ｃが形成されている。第１の耳部Ｄｙ１Ｃの中央部には、厚さ方向に打ち出し加工部が形成されている。
【００２４】
図５からわかるように、第１０段目のダイノードＤｙ１０は平面状の二次電子面Ｄｙ１０Ａと、その両端から立設した２つの面Ｄｙ１０Ｂ、Ｄｙ１０Ｃを有し、断面がコの字形状となっている。二次電子面Ｄｙ１０Ａ、面Ｄｙ１０Ｂ、Ｄｙ１０Ｃの長手方向両端部には、それぞれ二次電子面Ｄｙ１０Ａ、面Ｄｙ１０Ｂ、Ｄｙ１０Ｃの長手方向に面一に延びる３つの耳部Ｄｙ１０Ｄ、Ｄｙ１０Ｅ、Ｄｙ１０Ｆが形成されている。耳部Ｄｙ１０ＥとＤｙ１０Ｆは互いに平行で、耳部Ｄｙ１０Ｄは耳部Ｄｙ１０Ｅ、Ｄｙ１０Ｆに対して垂直に形成されている。耳部Ｄｙ１０Ｄ、Ｄｙ１０Ｅ、Ｄｙ１０Ｆの中央部には、それぞれの厚さ方向に打ち出し加工部が形成されている。
【００２５】
次に、アノードＡの構成について説明する。アノードＡは、図４（ａ）に示されるように、アノード枠Ａ１１を有しており、アノード枠Ａ１１は略長方形状をしている。略長方形状をしたアノード枠Ａ１１の長辺の長さは１１ｍｍであり、短辺の長さは３．４８ｍｍである。アノード枠Ａ１１には開口部Ａ１１ａが形成されており、アノード枠Ａ１１の内周、即ち、開口部Ａ１１ａには、開口部Ａ１１ａを塞ぐ状態で固定され蜂の巣状の編み目を有するメッシュ電極部Ａ１２が設けられている。
【００２６】
略長方形状をしたアノード枠Ａ１１の一の長辺Ａ１１Ｂの中央部Ａ１１Ａと、メッシュ電極部Ａ１２の一部であって中央部Ａ１１Ａによって固定されている部分とからなる、図４（ａ）のＦで示される部分、即ち、中央部Ａ１１Ａの近傍は、複数のダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１０により増倍されてきた電子が最も収束する電子収束部をなしている。電子収束部Ｆは、第８段ダイノードＤｙ８と第９段ダイノードＤｙ９の間の空間に位置している。電子収束部Ｆにおいてメッシュ電極部Ａ１２でなるべく多くの電子を取込めるようにするため、アノード枠Ａ１１の他の長辺Ａ１１Ｃの太さと一の長辺Ａ１１Ｂの太さとを比較すると、一の長辺Ａ１１Ｂの方が相対的にかなり細く構成されている。一の長辺Ａ１１Ｂの中央部Ａ１１Ａの太さは０．３ｍｍであり、他の長辺Ａ１１Ｃの太さは一律に０．８ｍｍである。
【００２７】
一の長辺Ａ１１Ｂの内周は、一の長辺Ａ１１Ｂの両端へ向かって、一の長辺の長手方向の中点から離間するにつれて、アノードＡの内方へと入込む形状をしており、他の長辺Ａ１１Ｃの一端と他端との間を接続する半径７０ｍｍの円周の一部である第１曲面Ａ１１ｂをなしている。一方、アノード枠Ａ１１の２つの短辺の内周の一部は直線状になっている。２つの短辺の内周の直線状の部分と第１曲面Ａ１１ｂとが接続されている部分、即ち、一の長辺Ａ１１Ｂの両端の内周は、図中に矢印で示すように、２つの短辺と第１曲面Ａ１１ｂとを接続する半径Ｒ１の円周の一部である第２曲面Ａ１１ｃをなしている。半径Ｒ１の値は０．５ｍｍである。アノード枠Ａ１１の２つ短辺の内周の直線状の部分と第２曲面と長辺の内周とが接続されている接合部分の太さ、即ち、他の長辺Ａ１１Ｃの両端部における短辺の太さは、１．０ｍｍである。
【００２８】
一の長辺Ａ１１Ｂの両端には、一の長辺Ａ１１Ｂに対して平行に且つアノード枠Ａ１１から離間する方向へ突出する形状の２つの電子収束部側耳部Ａ１４、Ａ１４が設けられている。また、他の長辺Ａ１１Ｃの両端にも、他の長辺Ａ１１Ｃに対して平行に且つアノード枠Ａ１１から離間する方向へ突出する形状の２つの電子収束部遠隔耳部Ａ１５、Ａ１５が設けられている。電子収束部側耳部Ａ１４は第１の支持部に相当し、電子収束部遠隔耳部Ａ１５は第２の支持部に相当する。後述する基板５に形成されたスリット状の固定貫通孔ａ２、ａ３にこれら２つの電子収束部側耳部Ａ１４、Ａ１４及び２つの電子収束部遠隔耳部Ａ１５、Ａ１５が挿入され固定されることによってアノードＡが基板５に支持されるように構成されている。
【００２９】
略長方形状をしたアノード枠Ａ１１の他の長辺Ａ１１Ｃの外周には、長辺の長手方向に沿って設けられ、メッシュ電極部Ａ１２に対して垂直の方向、即ち、図４（ａ）の紙面の上方向に突出する略長方形状のアノード壁Ａ１３が設けられている。
【００３０】
ラインフォーカス型の光電子増倍管では、第９段ダイノードＤｙ９からの走行電子はアノードＡの電子収束部Ｆに主として収束するので、電気的特性を良くする観点からすると、一の長辺Ａ１１Ｂ、とりわけ、その中央部Ａ１１Ａは無いほうが望ましい。しかし、これではアノードＡを振動に抗して十分に保持することはできず、また、アノードＡが破損しやすくなり、耐振性が不十分である。一の長辺Ａ１１Ｂを無くしてしまわずに、できるだけ細くした場合でも、やはり耐振性が不十分である。しかし、本実施の形態による光電子増倍管のように、一の長辺Ａ１１Ｂの内周を第１曲面Ａ１１ｂと第２曲面Ａ１１ｃとすることにより、中央部Ａ１１Ａのみが細くなるようにし、アノード枠Ａ１１の電子収束部Ｆ以外の部分がより太くなるようにしたことによって、中央部Ａ１１Ａを有する一の長辺Ａ１１Ｂの耐振性を高めることができる。
【００３１】
また、電子収束部Ｆを構成しない他の長辺Ａ１１Ｃを一の長辺Ａ１１Ｂよりも太くし、他の長辺Ａ１１Ｃの外周にアノード壁Ａ１３を設けたため、他の長辺Ａ１１Ｃの耐振性を高めることができる。
【００３２】
また、アノード枠Ａ１１の電子収束部Ｆにより近い部分に電子収束部側耳部Ａ１４を設け、アノード枠Ａ１１の電子収束部Ｆからより離れた部分に電子収束部遠隔耳部Ａ１５を設けて、アノードＡを支持するようにしたため、メッシュ状アノードＡの耐振性をより高めることができる。
【００３３】
図６に示されるように、ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１０及びアノードＡは、その長手方向両端部において基板４、５に支持される。基板５にはスリット状の固定貫通孔Ｄｙ１ｃ、Ｄｙ２ｄ、Ｄｙ２ｅ、Ｄｙ３ｃ、Ｄｙ４ｄ、Ｄｙ４ｅ、Ｄｙ５ｃ、Ｄｙ１０ｄ、Ｄｙ１０ｅ、Ｄｙ１０ｆ、ａ２、ａ３が穿設されている。図示はしないが、基板４にも同様のスリット状の固定貫通孔が形成されている。
【００３４】
図５はダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１０及びアノードＡが基板４に保持され、基板５には未だ保持されていない様子を正面視したものである。図６は、各ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１０及びアノードＡを基板５に保持させるときの様子を示す。なお、各ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１０及びアノードＡの耳部Ｄｙ１Ｃ、Ｄｙ２Ｄ、Ｄｙ２Ｅ、Ｄｙ３Ｃ、Ｄｙ４Ｄ、Ｄｙ４Ｅ、Ｄｙ５Ｃ、Ｄｙ１０Ｄ、Ｄｙ１０Ｅ、Ｄｙ１０Ｆを基板４に保持させる場合も、以下の説明と同様である。
【００３５】
第１段目のダイノードＤｙ１は、第１の耳部Ｄｙ１Ｃが固定貫通孔Ｄｙ１ｃに挿入されることにより基板５に保持される。第２段目のダイノードＤｙ２は、第１の耳部Ｄｙ２Ｄが固定貫通孔Ｄｙ２ｄに挿入され、第２の耳部Ｄｙ２Ｅが固定貫通孔Ｄｙ２ｅに挿入されることにより基板５に保持される。第３段目のダイノードＤｙ３は、第１の耳部Ｄｙ３Ｃが固定貫通孔Ｄｙ３ｃに挿入されることにより基板５に保持される。第４段目のダイノードＤｙ４は、第１の耳部Ｄｙ４Ｄが固定貫通孔Ｄｙ４ｄに挿入され、第２の耳部Ｄｙ４Ｅが固定貫通孔Ｄｙ４ｅに挿入されることにより基板５に保持される。第５段目のダイノードＤｙ５は、第１の耳部Ｄｙ５Ｃが固定貫通孔Ｄｙ５ｃに挿入されることにより基板５に保持される。第６段目乃至第９段目のダイノードＤｙ６〜Ｄｙ９は、第２段目及び第４段目のダイノードＤｙ２、Ｄｙ４と同様に、第１の耳部及び第２の耳部がそれぞれ対応する固定貫通孔に挿入されることにより基板５に保持される。ダイノードＤｙ１０は、耳部Ｄｙ１０Ｄが固定貫通孔Ｄｙ１０ｄに挿入され、耳部Ｄｙ１０Ｅが固定貫通孔Ｄｙ１０ｅに挿入され、耳部Ｄｙ１０Ｆが固定貫通孔Ｄｙ１０ｆに挿入されることにより基板５に保持される。アノードＡは、耳部Ａ１４が固定貫通孔ａ２に挿入され、耳部Ａ１５が固定貫通孔ａ３に挿入されることにより基板５に保持される。
【００３６】
このとき、各耳部には上述のように打ち出し加工部が形成されているために、耳部が対応する固定貫通孔に圧入される形となり、ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１０は、基板５に良好に固定される。第６段目乃至第９段目のダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１０の耳部についても同様である。
【００３７】
このとき、第１の耳部Ｄｙ１Ｃ、Ｄｙ２Ｄ、Ｄｙ３Ｃ、Ｄｙ４Ｄ、Ｄｙ５Ｃ及び耳部Ｄｙ１０Ｅ、Ｄｙ１０Ｆ、Ａ１４、Ａ１５は、基板５の厚さよりも長く形成されており、基板５から突出し、リードピン２Ｂに接続されるための端子となる。第６段目乃至第９段目のダイノードＤｙ６〜Ｄｙ９の第１の耳部についても同様である。これらの耳部Ｄｙ１Ｃ、Ｄｙ２Ｄ、Ｄｙ３Ｃ、Ｄｙ４Ｄ、Ｄｙ５Ｃ、Ｄｙ１０Ｅ、Ｄｙ１０Ｆ、Ａ１４、Ａ１５の基板５から突出した部分をひねることにより、ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ５、Ｄｙ１０、アノードＡをより強固に基板５に固定してもよい。第６段目乃至第９段目のダイノードＤｙ６〜Ｄｙ９についても同様である。
【００３８】
一方、第２の耳部Ｄｙ２Ｅ、Ｄｙ４Ｅ及び耳部Ｄｙ１０Ｄは、それぞれ基板５の厚さよりも短く形成されており、基板５の外側に突出することはなく、配線の邪魔にならない。第６段目乃至第９段目のダイノードＤｙ６〜Ｄｙ９の第２の耳部についても同様である。また、基板５から突出する耳部を減らすことができるので、ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１０の耳部同士の近接配置を回避することができ、耐圧の問題が生じない。
【００３９】
通常、第ｉ段目のダイノードＤｙｉの二次電子面から放出された二次電子が第（ｉ＋１）段目のダイノードＤｙ（ｉ＋１）の二次電子面の効率の良い部分に入射するようにするため、第ｉ段目のダイノードＤｙｉの二次電子面と第（ｉ＋１）段目のダイノードｙＤ（ｉ＋１）の二次電子面の間に、第（ｉ＋２）段目のダイノードＤｙ（ｉ＋２）が入り込むように配置する。本実施の形態の光電子増倍管１においては、ダイノード内部空間経路が管軸を横切るようにダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１０が湾曲した列をなして配置されているため、湾曲の外側に配置されたダイノード同士の距離は大きくなる。これにより、第ｉ段目のダイノードＤｙｉの二次電子面と第（ｉ＋１）段目のダイノードＤｙ（ｉ＋１）の二次電子面の間に、湾曲の外側に配置された第（ｉ＋２）段目のダイノードＤｙ（ｉ＋２）が入り込みにくくなる。しかし、本実施の形態においては湾曲の外側に配置された第２段目、第４段目、第６段目、第８段目のダイノードＤｙ２、Ｄｙ４、Ｄｙ６、Ｄｙ８の二次電子面を断面円弧状をなす曲面部Ｄｙ２Ａ、Ｄｙ４Ａ、Ｄｙ６Ａ、Ｄｙ８Ａと曲面部Ｄｙ２Ａ、Ｄｙ４Ａ、Ｄｙ６Ａ、Ｄｙ８Ａに面一に連なる平面部Ｄｙ２Ｂ、Ｄｙ４Ｂ、Ｄｙ６Ｂ、Ｄｙ８Ｂとにより形成したので、図１に示すように、第ｉ段目のダイノードＤｙｉの二次電子面と第（ｉ＋１）段目のダイノードＤｙ（ｉ＋１）の二次電子面の間に、第（ｉ＋２）段目のダイノードＤｙ（ｉ＋２）が入り込むように配置されている。こうして、第ｉ段目のダイノードＤｙｉと第（ｉ＋１）段目のダイノードＤｙ（ｉ＋１）の間に第（ｉ＋２）段目のダイノードＤｙ（ｉ＋２）の電位が染み込む。これにより、第ｉ段目のダイノードＤｙｉの二次電子面から放出された二次電子が第（ｉ＋２）段目のダイノードＤｙ（ｉ＋２）に引き寄せられ、第（ｉ＋１）段目のダイノードＤｙ（ｉ＋１）の二次電子面の効率の良い部分に入射するようにすることができる。
【００４０】
ここで、第３段目及び第５段目のダイノードＤｙ３、Ｄｙ５の二次電子面を断面円弧状の部分のみによって形成したのは、前段のダイノードＤｙ２、Ｄｙ４からの電子を受けやすく、しかも二次電子の放出方向を前段のダイノードＤｙ２、Ｄｙ４の方向に少し向けてやることにより、二次電子が次段のダイノードＤｙ４、Ｄｙ６に対して適正軌道をとるようにするためである。第３段目及び第５段目のダイノードＤｙ３、Ｄｙ５の二次電子面が平面状であると、前段のダイノードＤｙ２、Ｄｙ４と前々段のダイノードＤｙ１、Ｄｙ３の間への第３段目及び第５段目のダイノードＤｙ３、Ｄｙ５の電位の染み込みが大きくなりすぎ、第１段目及び第３段目のダイノードＤｙ１、Ｄｙ３からの電子が、第３段目及び第５段目のダイノードＤｙ３、Ｄｙ５の背面に引っ張られてしまって、第２段目及び第４段目のダイノードＤｙ２、Ｄｙ４の二次電子面に入射しにくくなる。また、第２段目及び第４段目のダイノードＤｙ２、Ｄｙ４の二次電子面から放出された電子が、第５段目及び第７段目のダイノードＤｙ５、Ｄｙ７の電位に引っ張られてしまうことにより、次段の第３段目及び第５段目のダイノードＤｙ３、Ｄｙ５の好ましい位置に入らないか、あるいは次段ダイノードを抜けて第５段目及び第７段目のダイノードＤｙ５、Ｄｙ７の背面に入射してしまうことになる。
【００４１】
また、第３段目及び第５段目のダイノードＤｙ３、Ｄｙ５の二次電子面を第２段目、第４段目、第６段目乃至第９段目のダイノードＤｙ２、Ｄｙ４、Ｄｙ６〜Ｄｙ９の二次電子面よりも面積が小さくなるよう形成したのは、湾曲した配列の内側に配置される第３段目及び第５段目のダイノードＤｙ３、Ｄｙ５を小さくすることにより、ダイノード内部空間経路が管軸を横切るようにダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１０を湾曲した列に配置することを可能とするためである。一方で、湾曲した配列の内側に配置される第７段目及び第９段目のダイノードＤｙ７、Ｄｙ９の二次電子面を湾曲した配列の外側に配置される第２段目、第４段目、第６段目、第８段目のダイノードＤｙ２、Ｄｙ４、Ｄｙ６、Ｄｙ８の二次電子面と同じ面積を有するよう形成したのは、比較的下段の方に位置するダイノードＤｙ７、Ｄｙ９の二次電子面の近傍においては、電子の空間密度が高くなるため、これを少しでも緩和するためである。
【００４２】
図１に示されるように、ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１０に取り囲まれる位置に、光電面２Ａに平行な遮光板６が設けられる。遮光板６は、最終段近傍のダイノードＤｙ７〜Ｄｙ１０と第１段目のダイノードＤｙ１の間に位置して、最終段近傍のダイノードＤｙ７〜Ｄｙ１０に電子が衝突する際に生じる光やイオンが光電面２Ａに向かうのを防止している。遮光板６は、対応するリードピン２Ｂに接続されることにより、所定の電位とされる。
【００４３】
本発明の第１の実施の形態による光電子増倍管１の動作について図１を参照して説明する。光電面２Ａに光が入射すると、光電子が放出され、フォーカス電極３で収束されて第１段目のダイノードＤｙ１に送られる。すると、第１段目のダイノードＤｙ１から二次電子が放出され、これが第２段目乃至第１０段目のダイノードＤｙ２〜Ｄｙ１０へと順次送られて次々と二次電子が放出されてカスケード増倍される。最後に、アノードＡに収集されて、アノードＡから出力信号として取り出される。
【００４４】
次に、第２の実施の形態による光電子増倍管について説明する。第２の実施の形態による光電子増倍管は、アノードＡ’の第１曲面Ａ２１ｂの曲率が異なる点で、第１の実施の形態による光電子増倍管とは異なる。図４（ｂ）に示す第２の実施の形態による第１曲面Ａ２１ｂの曲率は３０ｍｍである。この他の部分については第１の実施の形態と同一であるため、説明を省略する。
【００４５】
次に、第３の実施の形態による光電子増倍管について説明する。第３の実施の形態による光電子増倍管は、アノードＡ’’の第２曲面Ａ３１ｃの曲率が異なる点で、第２の実施の形態による光電子増倍管とは異なる。第２曲面Ａ３１ｃの曲率が異なるため、これに伴い、アノード枠の形状、及びメッシュ電極部の形状も若干異なっている。
【００４６】
第３の実施の形態による光電子増倍管のアノードＡ’’のアノード枠Ａ１１の２つの短辺の内周には、直線状になっている部分はない。一方、アノード枠Ａ１１の他の長辺の内周は直線状になっている。短辺の内周は第２曲面Ａ３１ｃをなしており、第２曲面Ａ３１ｃの曲率Ｒ３は、第２の実施の形態による光電子増倍管の第２曲面Ａ１１ｃよりもかなり大きな値となっている。第２曲面Ａ３１ｃの曲率Ｒ３は２．２ｍｍである。２つの第２曲面Ａ３１ｃは、それぞれ第１曲面Ａ２１ｂの端部と他の長辺Ａ１１Ｃの内周の端部とをそれぞれ接続している。また、アノード枠Ａ１１の短辺の、第２曲面Ａ３１ｃと他の長辺Ａ１１Ｃの内周とが接続されている接合部分の太さ、即ち、他の長辺Ａ１１Ｃの両端部における短辺の太さは、１．０ｍｍである。
【００４７】
第２曲面Ａ３１ｃの曲率を大きくしたため、アノード枠Ａ１１の中央部を細く、且つアノード枠Ａ１１の他の長辺Ａ１１Ｃの両端の部分を太くすることができる。このため、パルスリニアリティを高く保つと共に、耐振性をより高めることができる。
【００４８】
次に、第４の実施の形態による光電子増倍管について説明する。第４の実施の形態による光電子増倍管は、アノードＡ’’’の第２曲面Ａ４１ｃの曲率が異なる点、及びアノード枠Ａ１１の短辺の太さが異なる点で、第３の実施の形態による光電子増倍管とは異なる。第４の実施の形態による第２曲面Ａ４１ｃの曲率Ｒ４は２．０ｍｍである。また、アノード枠Ａ１１の短辺の、第２曲面Ａ４１ｃと他の長辺Ａ１１Ｃの内周とが接続されている接合部分の太さ、即ち、他の長辺Ａ１１Ｃの両端部における短辺の太さは、１．５ｍｍであり、他の実施例よりも０．５ｍｍ太い。この他の部分については第３の実施の形態と同一であるため、説明を省略する。
【００４９】
第２曲面Ａ４１ｃの曲率を小さくする一方で、第２曲面Ａ４１ｃと他の長辺Ａ１１Ｃの内周とが接続されている接合部分を太くしたため、アノード枠Ａ１１の中央部を細く、且つアノード枠Ａ１１の他の長辺Ａ１１Ｃの両端の部分を太くすることができる。このため、パルスリニアリティをある程度高く保つと共に、耐振性をさらに高めることができる。
【００５０】
次に、本発明による光電子増倍管の効果を確認するために実験を行った。実験では、先ず、第１乃至第４の実施の形態による光電子増倍管で出力電流を測定し、いわゆる変化率を求めることによってメッシュ状アノードのパルスリニアリティの良否を判断した。また、比較の対象として、従来のポール状アノードを設けた光電子増倍管を用いて、同様の実験を行った。実験の結果は、表１の通りであり、表１に示されるデータを視覚的に判断し易くするために、図７に示すようなグラフを作成した。表１は、本実施例１〜４と従来のポール状アノードとについて、出力電流値が１、３、５、１０、…、１００ｍＡであるときの、これらの各値に対する変化率の値を表したものであり、縦系列の単位として出力電流値（ｍＡ）をとり、横系列の単位として変化率（％）をとる。
【００５１】
【表１】

【００５２】
表１及び図７のグラフに示すように、第１、第２、第３、第４の実施の形態によるいずれの光電子増倍管でも、高いパルスリニアリティ特性を得ている。いずれも従来のポール状アノードと比較して５倍以上も向上していることが分かる。
【００５３】
次に、第１乃至第４の実施の形態によるメッシュ状アノードを用いて、耐振性の実験を行った。耐振性の実験は、メッシュ状アノードを実験装置に装着し、メッシュ状アノードに対して、２９４ｍ／Ｓ^２（＝３０Ｇ）、５０Ｈｚ〜２０００Ｈｚ：１ｏｃｔａｖｅ／ｍｉｎｕｔｅ：１ｓｗｅｅｐ／ａｘｉｓ（３ａｘｅｓ）、１０ｍｉｎｕｔｅｓ／ａｘｉｓの振動を付加することにより行われ、メッシュ状アノードの破損あるいは変形によるアノード出力変動が生じるか否かを調べることによって、耐振性の良否を判断した。また、比較対象として、従来のポール状アノードを用いて、同様に実験を行った。なお、ここで３ａｘｅｓとは、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の３軸のことである。
【００５４】
従来のポール状アノードは耐振性に優れることがよく知られているが、やはり、試験を行った所定の時間内にアノード出力変動は生じなかった。一方、第１乃至第４の実施の形態による光電子増倍管のメッシュ状アノードのいずれも、試験を行った所定の時間内に破損したものはなく、製品として用いることができる程度の耐振性を有していることが分かった。なお、理論的には、第４、第３、第２、第１の実施の形態の順に耐振性は高いと考えられる。
【００５５】
耐振性とパルスリニアリティとの調和を考慮すると、第２の実施の形態による光電子増倍管のメッシュ状アノードがよい。パルスリニアリティを重視し、それほど耐振性を追求しないのであれば第１の実施の形態による光電子増倍管のメッシュ状アノードの方がよい。逆に、高いパルスリニアリティを追求せず、耐振性を重視するのであれば、第４の実施の形態による光電子増倍管のメッシュ状アノードの方がよい。このように光電子増倍管が使われる用途、目的に応じて、適切なメッシュ状アノードを自由に使い分けることができる。
【００５６】
本発明による光電子増倍管は上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、本実施の形態は、複数段のラインフォーカス型ダイノードを湾曲して配置させた構造となっているが、複数段のラインフォーカス型ダイノードを通常のインライン型に配置した場合にも適用することができる。ｎを３以上の自然数としてｎ段のダイノードをインライン型に配置した場合でも、メッシュ状アノードの電子収束部が第（ｎ−１）段ダイノードと第（ｎ−２）段ダイノードの間の空間に位置するように設けられるので、アノード枠の一の長辺を、本発明と同様の形状とするのが望ましいからである。
【００５７】
また、一の長辺はＡ１１Ｂの内周を第１、第２曲線としなくてもよい。中央部Ａ１１Ａが一番細くなればよいので、部分的に直線状となってもよい。
【００５８】
【発明の効果】
請求項１記載の光電子増倍管によれば、アノード枠の内周は中央部から一の長辺に沿って離間するにつれて、アノード枠の外周に対してアノード枠の内部へ入込む形状をしており、アノード枠は中央部から一の長辺に沿って離間するにつれて太くなっているため、高いパルスリニアリティ特性と高い耐振性とを両立させたアノードを有する光電子増倍管とすることができる。また、構造が簡単であるため、従来のラインフォーカス型光電子増倍管に容易に付加改造をして、高いパルスリニアリティ特性と高い耐振性とを両立させたアノードを有する光電子増倍管にすることができる。
【００５９】
請求項２記載の光電子増倍管によれば、該電子収束部は該第（ｎ−１）段ダイノードと該第（ｎ−２）段ダイノードの間の空間に位置しているため、より高いパルスリニアリティ特性を得ることができる。
【００６０】
請求項３記載の光電子増倍管によれば、基板に形成されたスリット状の固定貫通孔に２つの電子収束部側耳部及び２つの電子収束部遠隔耳部が挿入され固定されることによって該アノードが基板に支持されるため、該アノードを各ダイノードに対して移動不能に固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による光電子増倍管１を示す断面図。
【図２】本発明の実施の形態による光電子増倍管１の第２段目、第４段目、第６乃至第９段目のダイノードＤｙ２、Ｄｙ４、Ｄｙ６〜Ｄｙ９を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は下面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態による光電子増倍管１の第３段目及び第５段目のダイノードＤｙ３、Ｄｙ５を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は下面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態による光電子増倍管１のアノードＡを示す正面図であり、（ａ）は第１の実施の形態、（ｂ）は第２の実施の形態、（ｃ）は第３の実施の形態、（ｄ）は第４の実施の形態を示す。
【図５】ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１０及びアノードＡを基板４に保持させた様子を示す正面図。
【図６】ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１０及びアノードＡを基板５に挿入する様子を示す斜視図。
【図７】本実施の形態による光電子増倍管のパルスリニアリティ特性を示すグラフ。
【図８】従来の光電子増倍管のアノードを示す部分断面図。
【符号の説明】
１光電子増倍管
２管状真空容器
２Ａ光電面
５基板
Ａアノード
Ａ１１アノード枠
Ａ１１Ｂ一の長辺
Ａ１１Ｃ他の長辺
Ａ１２メッシュ電極部
Ｄｙ１〜Ｄｙ１０ダイノード
Ｆ電子収束部
Ｘ管軸

Claims

管軸に沿って延びる管状真空容器と、
該管状真空容器の管軸方向端面に位置し、入射した光を光電変換して電子を放出する光電面と、
内壁に二次電子面を有し、該電子を順次増倍するためのｎ段のダイノードと、
該ｎ段のダイノードで増倍された電子を受取るために設けられ、メッシュ電極部と、該メッシュ電極部を保持するアノード枠とからなるアノードを有する光電子増倍管において、
該アノード枠は略長方形状であって、該アノード枠の一の長辺の中央部近傍は複数の該ダイノードにより増倍された該電子が収束する電子収束部をなし、
該アノード枠の該一の長辺の中点から該一の長辺に沿って離間するにつれて、該アノード枠の内周は該アノードの内方へ入込む形状とすることにより、該アノード枠が該一の長辺に沿って該中点から離間するにつれて太くなるようにしたことを特徴とする光電子増倍管。
該電子収束部が該第（ｎ−１）段ダイノードと該第（ｎ−２）段ダイノードの間の空間に位置するように該アノードが配置され設けられていることを特徴とする請求項１記載の光電子増倍管。
該管状真空容器には該複数段のダイノードと該アノードとを該管状真空容器に対して移動不能に支持する２つの基板が設けられ、
該一の長辺の長手方向両端には該一の長辺に平行に該アノード枠から外方へ突出する形状の第１の支持部が設けられ、
該他の長辺の長手方向両端には、該他の長辺に平行に該アノード枠から外方へ突出する形状の第２の支持部が設けられ、
該基板に形成されたスリット状の固定貫通孔に該第１の支持部及び該第２の支持部が挿入され固定されることによって該アノードが該基板に支持されることを特徴とする請求項１又は２記載の光電子増倍管。