JP5330083B2 - Photomultiplier tube - Google Patents

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Description

本発明は、外部からの入射光を検出する光電子増倍管に関するものである。   The present invention relates to a photomultiplier tube that detects incident light from the outside.

従来から、微細加工技術を利用した小型の光電子増倍管の開発が進められている。例えば、透光性の絶縁基板上に光電面、ダイノード、及びアノードが配置された平面型の光電子増倍管が知られている(下記特許文献1参照)。このような構造によって、微弱光の検出が実現されるとともに、装置の小型化も図られている。   Conventionally, development of a small photomultiplier tube using a microfabrication technique has been advanced. For example, a planar photomultiplier tube in which a photocathode, a dynode, and an anode are disposed on a translucent insulating substrate is known (see Patent Document 1 below). With such a structure, detection of faint light is realized, and the size of the apparatus is reduced.

米国特許第5,264,693号明細書US Pat. No. 5,264,693

しかしながら、上述したような従来の光電子増倍管では、絶縁基板上に電位の異なる構造物が近接して配置されているために、小型化された場合に各構造物間の耐電圧が低下することが問題となる。特に、電子増倍部においては、生成された二次電子が絶縁基板上に入射することで、絶縁基板が帯電して隣接するダイノード間の耐電圧が低下してしまうおそれがある。また、小型化されるに従って、ダイノードの物理的な強度は低下してしまうため、給電部材の接続によるダイノードの変形や破損等が生じることで、やはり耐電圧が低下してしまうおそれがある。   However, in the conventional photomultiplier tubes as described above, the structures with different potentials are arranged close to each other on the insulating substrate, so that the withstand voltage between the structures decreases when the structure is downsized. Is a problem. In particular, in the electron multiplying portion, the generated secondary electrons are incident on the insulating substrate, so that the insulating substrate is charged and the withstand voltage between adjacent dynodes may be reduced. In addition, as the size of the dynode is reduced, the physical strength of the dynode decreases. Therefore, the dynode is deformed or damaged due to the connection of the power supply member, and the withstand voltage may also decrease.

そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、小型化された場合でも耐電圧の低下を抑制することが可能な光電子増倍管を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a photomultiplier tube capable of suppressing a decrease in withstand voltage even when it is downsized.

上記課題を解決するため、本発明の光電子増倍管は、互いに対向して配置され、それぞれの対向面が絶縁材料からなる第1及び第2の基板を含む外囲器と、第1の基板の対向面上の一端側から他端側に向けた対向面に平行な第1の方向に沿って、順に離間して配列された複数段のダイノードを有する電子増倍部と、外囲器内の一端側に電子増倍部から離間して設けられ、外部からの入射光を光電子に変換して、光電子を放出する光電面と、外囲器内の他端側に電子増倍部から離間して設けられ、電子増倍部によって増倍された電子を信号として取り出す陽極部とを備え、第2の基板の対向面上には、電子増倍部に対して給電するための給電部が設けられ、電子増倍部は、複数段のダイノードそれぞれの第1の基板側の端部に電気的に接続されて、複数段のダイノードによって形成された電子増倍路を跨るように設けられた支持台と、それぞれの支持台の第1の基板の対向面に沿った第1の方向に交わる第2の方向の両端部の一方の端部から、第2の基板の対向面に略垂直な方向に伸びるように形成され、給電部と電気的に接続される給電部材と、を有し、支持台は、両端部が、該対向面に接合され、且つ、両端部によって挟まれる中央部が、該対向面から離間するように構成されており、両端部のうち給電部材側の一方の端部における該対向面に沿った断面積が、両端部のうちの他方の端部における断面積よりも大きくなるように形成されている。 In order to solve the above problems, a photomultiplier tube according to the present invention includes an envelope including first and second substrates that are arranged to face each other and each facing surface is made of an insulating material, and the first substrate. An electron multiplier having a plurality of stages of dynodes arranged in order and spaced apart from each other along a first direction parallel to the opposing surface from the one end side to the other end side of the opposing surface; The photomultiplier is provided on one end side of the sensor and is separated from the electron multiplier, and converts the incident light from the outside into photoelectrons and emits photoelectrons, and is spaced from the electron multiplier on the other end in the envelope. And an anode part for taking out the electrons multiplied by the electron multiplier as a signal, and a power feeding part for feeding power to the electron multiplier on the opposite surface of the second substrate. The electron multiplying unit is electrically connected to the end on the first substrate side of each of the plurality of dynodes. , A support base which is provided so as to extend over the electron multiplying path formed by the dynodes at multiple stages, the second direction intersecting the first direction along the opposing surfaces of each of the support of the first substrate A power supply member that is formed so as to extend in a direction substantially perpendicular to the opposing surface of the second substrate from one end portion of the both end portions, and that is electrically connected to the power supply portion. A central portion that is joined to the opposing surface and sandwiched between both end portions is configured to be separated from the opposing surface, and the opposing surface at one end portion on the power feeding member side of both end portions Is formed to be larger than the cross-sectional area at the other end of both ends.

このような光電子増倍管によれば、入射光が光電面に入射することによって光電子に変換され、この光電子が、外囲器内の第1の基板の内面上の複数段のダイノードによって形成された電子増倍部に入射することによって増倍され、増倍された電子が電気信号として陽極部から取り出される。ここで、各ダイノードには、その第1の基板側の端部に支持台が設けられ、この支持台には、その一方の端部から第1の基板と対向する第2の基板に向けて伸びる給電部材が電気的に接続され、この給電部材が第2の基板の内面に設けられた給電部に接続されることにより、各ダイノードが給電される。さらに、支持台は、その両端部が第1の基板の対向面に接合され、その中央部が対向面から離間されており、給電部材側の一方の端部の対向面に沿った断面積が、他方の端部の断面積よりも大きくされている。これにより、二次電子等の入射によって基板の絶縁面が耐電しやすい電子増倍路の領域において、各ダイノードが基板の絶縁面から離間しているので、耐電圧の低下を抑制することができる。さらに、基板の給電部と接触する部位側の支持台の端部の強度を高めることで、給電のための接触による加圧に対して電子増倍部の物理的な強度が確保されるため、変形や破損等を起こすことなく、耐電圧の低下を抑制することができる。   According to such a photomultiplier tube, incident light is converted into photoelectrons by entering the photocathode, and these photoelectrons are formed by a plurality of dynodes on the inner surface of the first substrate in the envelope. The electrons are multiplied by being incident on the electron multiplier, and the multiplied electrons are taken out from the anode as an electric signal. Here, each dynode is provided with a support base at an end portion on the first substrate side, and the support base is directed from one end portion thereof toward the second substrate facing the first substrate. The extending power supply member is electrically connected, and the power supply member is connected to a power supply portion provided on the inner surface of the second substrate, whereby each dynode is supplied with power. Furthermore, both ends of the support base are joined to the opposing surface of the first substrate, the central portion thereof is separated from the opposing surface, and the cross-sectional area along the opposing surface of one end portion on the power feeding member side is The cross-sectional area of the other end is larger. Thereby, since each dynode is separated from the insulating surface of the substrate in the region of the electron multiplying path where the insulating surface of the substrate is likely to withstand the electric charge due to the incidence of secondary electrons or the like, it is possible to suppress a decrease in the withstand voltage. . Furthermore, by increasing the strength of the end of the support base on the part side that contacts the power feeding portion of the substrate, the physical strength of the electron multiplying portion is ensured against pressurization due to contact for power feeding, A decrease in withstand voltage can be suppressed without causing deformation or breakage.

第1の基板の対向面上には凹部が形成されており、支持台の中央部は、凹部上に配置されることにより、該対向面から離間される、ことが好適である。この場合、電子増倍部の強度を低下させることなく支持台の中央部を基板から離間させることができるため、さらに耐電圧の低下を抑制することができる。   It is preferable that a concave portion is formed on the opposing surface of the first substrate, and that the central portion of the support base is spaced apart from the opposing surface by being disposed on the concave portion. In this case, since the central part of the support base can be separated from the substrate without reducing the strength of the electron multiplying part, it is possible to further suppress a decrease in withstand voltage.

また、凹部は、複数段のダイノードのそれぞれに接続された複数の支持台を跨って形成されている、ことも好適である。かかる構成を採れば、複数段のダイノード間を通過する二次電子による帯電を防止することにより、耐電圧の低下をさらに抑制することができる。   It is also preferable that the recess is formed across a plurality of support bases connected to each of a plurality of stages of dynodes. By adopting such a configuration, it is possible to further suppress a decrease in withstand voltage by preventing charging by secondary electrons passing between a plurality of dynodes.

さらに、複数段のダイノードに対応する複数の支持台は、第1の基板の対向面に沿って一方の端部と他方の端部とが互い違いに並べられるように配置されている、ことも好適である。こうすれば、それぞれの支持台の給電部材側の端部の基板に沿った断面積を大きくすることができるので、電子増倍部の物理的強度をさらに高めることが可能となり、さらに耐電圧の低下を抑制することができる。   Furthermore, it is also preferable that the plurality of support bases corresponding to the plurality of dynodes are arranged so that one end and the other end are alternately arranged along the opposing surface of the first substrate. It is. In this way, the cross-sectional area along the substrate at the end of each support base on the power supply member side can be increased, so that the physical strength of the electron multiplier can be further increased, and the withstand voltage can be further increased. The decrease can be suppressed.

本発明によれば、小型化された場合でも耐電圧の低下を抑制することができる。   According to the present invention, it is possible to suppress a decrease in withstand voltage even when the size is reduced.

本発明の好適な一実施形態に係る光電子増倍管の斜視図である。1 is a perspective view of a photomultiplier tube according to a preferred embodiment of the present invention. 図1の光電子増倍管の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the photomultiplier tube of FIG. 図1の側壁フレームの平面図である。It is a top view of the side wall frame of FIG. 図1の側壁フレーム及び下側フレームの要部を示す一部破断斜視図である。It is a partially broken perspective view which shows the principal part of the side wall frame and lower frame of FIG. 図1の光電子増倍管のV-V線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the VV line of the photomultiplier tube of FIG. (a)は、図1の上側フレームを裏面側から見た底面図、(b)は、図1の側壁フレームの平面図である。(A) is the bottom view which looked at the upper side frame of FIG. 1 from the back surface side, (b) is the top view of the side wall frame of FIG. 図6の上側フレームと側壁フレームとの接続状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the connection state of the upper side frame of FIG. 6, and a side wall frame. 図1の側壁フレーム及び下側フレームの一部破断斜視図である。It is a partially broken perspective view of the side wall frame and lower frame of FIG. 本発明の比較例に係る電子増倍部の平面図である。It is a top view of the electron multiplication part which concerns on the comparative example of this invention. 本発明の別の比較例に係る電子増倍部の平面図である。It is a top view of the electron multiplication part which concerns on another comparative example of this invention. 本発明の変形例に係る下側フレームの斜視図である。It is a perspective view of the lower frame concerning the modification of the present invention. 図11の下側フレームを裏面側から見た底面図である。It is the bottom view which looked at the lower frame of Drawing 11 from the back side. 本発明の別の変形例に係る下側フレームの斜視図である。It is a perspective view of the lower frame concerning another modification of the present invention.

以下、図面を参照しつつ本発明に係る光電子増倍管の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of a photomultiplier according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図1は、本発明の好適な一実施形態に係る光電子増倍管1の斜視図、図2は、図1の光電子増倍管1の分解斜視図である。     FIG. 1 is a perspective view of a photomultiplier tube 1 according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the photomultiplier tube 1 of FIG.

図1に示す光電子増倍管1は、透過型の光電面を有する光電子増倍管であって、上側フレーム(第2の基板)2と、側壁フレーム3と、上側フレーム2に対して側壁フレーム3を挟んで対向する下側フレーム(第1の基板)4により構成された外囲器である筐体5を備える。この光電子増倍管1は、光電面への光の入射方向と、電子増倍部での電子の増倍方向が交差する、つまり図1の矢印Aで示された方向から光が入射されると、光電面から放出された光電子が電子増倍部に入射し、矢印Bで示された方向に二次電子をカスケード増幅し、陽極部から信号を取り出す電子管である。   A photomultiplier tube 1 shown in FIG. 1 is a photomultiplier tube having a transmission type photocathode, and is an upper frame (second substrate) 2, a side wall frame 3, and a side wall frame with respect to the upper frame 2. 3 is provided with a casing 5 which is an envelope composed of a lower frame (first substrate) 4 facing each other with 3 interposed therebetween. In this photomultiplier tube 1, the light incident direction on the photocathode intersects the electron multiplying direction in the electron multiplying portion, that is, light is incident from the direction indicated by arrow A in FIG. 1. The photoelectrons emitted from the photocathode are incident on the electron multiplier, cascade-amplify secondary electrons in the direction indicated by arrow B, and take out a signal from the anode.

なお、以下の説明においては、電子増倍方向に沿って、電子増倍路(電子増倍チャネル)の上流側(光電面側)を“一端側”とし、下流側(陽極部側)を“他端側”とする。引き続いて、光電子増倍管1の各構成要素について詳細に説明する。   In the following description, along the electron multiplication direction, the upstream side (photocathode side) of the electron multiplication path (electron multiplication channel) is referred to as “one end side” and the downstream side (anode side) is referred to as “ The other end side. Subsequently, each component of the photomultiplier tube 1 will be described in detail.

図2に示すように、上側フレーム2は、矩形平板状の絶縁性のセラミックスを主材料とする配線基板20を基材として構成されている。このような配線基板としては、微細な配線設計が可能で、かつ表裏の配線パターンを自由に設計できるLTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics:低温同時焼成セラミックス)等の多層配線基板が用いられる。配線基板20には、その主面20b上に、側壁フレーム3、後述する光電面41、集束電極31、壁状電極32、電子増倍部33、及び陽極部34と電気的に接続されて外部からの給電や信号の取り出しを行う複数の導電性端子201A〜Dが設けられている。導電性端子201Aは側壁フレーム3の給電用として、導電性端子201Bは、光電面41、集束電極31、及び壁状電極32の給電用として、導電性端子201Cは、電子増倍部33の給電用として、導電性端子201Dは、陽極部34の給電及び信号取り出し用として、それぞれ設けられている。これらの導電性端子201A〜Dは、配線基板20の内部で主面20bに対して対向する絶縁性の対向面20a上の導電膜や導電性端子(詳細は後述する。)と相互に接続され、これらの導電膜、導電性端子と側壁フレーム3、光電面41、集束電極31、壁状電極32、電子増倍部33、及び陽極部34とが接続される。また、上側フレーム2は、導電性端子201を設けた多層配線基板に限らず、外部からの給電や信号の取り出しを行う導電性端子が貫通して設けられた、ガラス基板等の絶縁材料からなる板状部材でもよい。   As shown in FIG. 2, the upper frame 2 is configured with a wiring board 20 whose main material is a rectangular flat plate-like insulating ceramic as a base material. As such a wiring board, a multilayer wiring board such as LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics) capable of designing a fine wiring and freely designing the front and back wiring patterns is used. On the main surface 20b, the wiring substrate 20 is electrically connected to the side wall frame 3, a photocathode 41 (to be described later), a focusing electrode 31, a wall electrode 32, an electron multiplying portion 33, and an anode portion 34 to be externally connected. A plurality of conductive terminals 201 </ b> A to 201 </ b> D for supplying power from and extracting signals are provided. The conductive terminal 201A is used for supplying power to the side wall frame 3, the conductive terminal 201B is used for supplying power to the photocathode 41, the focusing electrode 31, and the wall electrode 32. The conductive terminal 201C is supplied to the electron multiplier 33. For this purpose, the conductive terminal 201D is provided for feeding power and extracting signals from the anode section 34, respectively. These conductive terminals 201 </ b> A to 201 </ b> D are mutually connected to a conductive film and conductive terminals (details will be described later) on the insulating facing surface 20 a facing the main surface 20 b inside the wiring board 20. These conductive films, conductive terminals and side wall frame 3, photocathode 41, focusing electrode 31, wall electrode 32, electron multiplier 33, and anode 34 are connected. The upper frame 2 is not limited to the multilayer wiring board provided with the conductive terminals 201, and is made of an insulating material such as a glass substrate through which conductive terminals for supplying power from outside and taking out signals are provided. A plate-like member may be used.

側壁フレーム3は、矩形平板状のシリコン基板30を基材として構成されている。シリコン基板30の主面30aからそれに対向する面30bに向かって、枠状の側壁部302に囲まれた貫通部301が形成されている。この貫通部301はその開口が矩形であって、その外周はシリコン基板30の外周に沿うように形成されている。   The side wall frame 3 is configured by using a rectangular flat silicon substrate 30 as a base material. A penetrating portion 301 surrounded by a frame-like side wall portion 302 is formed from the main surface 30a of the silicon substrate 30 toward the surface 30b facing the main surface 30a. The through portion 301 has a rectangular opening, and the outer periphery thereof is formed along the outer periphery of the silicon substrate 30.

この貫通部301内には、一端側から他端側に向かって、壁状電極32、集束電極31、電子増倍部33、及び陽極部34が配置されている。これらの壁状電極32、集束電極31、電子増倍部33、及び陽極部34は、シリコン基板30をRIE(Reactive Ion Etching)加工等によって加工することにより形成され、シリコンを主要材料としている。   In this penetration part 301, the wall-shaped electrode 32, the focusing electrode 31, the electron multiplication part 33, and the anode part 34 are arrange | positioned toward the other end side from one end side. The wall electrode 32, the focusing electrode 31, the electron multiplying portion 33, and the anode portion 34 are formed by processing the silicon substrate 30 by RIE (Reactive Ion Etching) processing or the like, and uses silicon as a main material.

壁状電極32は、後述するガラス基板40の対向面40aと正対する方向(対向面40aに対する略垂直方向)から見て、後述する光電面41を取り囲むように形成された枠状の電極である。また、集束電極31は、光電面41から放出された光電子を集束して電子増倍部33へと導くための電極であり、光電面41と電子増倍部33との間に設けられている。   The wall-like electrode 32 is a frame-like electrode formed so as to surround a photocathode 41 (to be described later) when viewed from a direction facing a facing surface 40a of the glass substrate 40 to be described later (substantially perpendicular to the facing surface 40a). . The focusing electrode 31 is an electrode for converging photoelectrons emitted from the photocathode 41 and guiding the photoelectrons to the electron multiplier 33, and is provided between the photocathode 41 and the electron multiplier 33. .

電子増倍部33は、光電面41から陽極部34に向う電子増倍方向(図1の矢印Bで示された方向、以下同じ。)に沿って異なる電位に設定されるN段(Nは2以上の整数)のダイノード(電子増倍部)から構成されており、各段を跨って複数の電子増倍路(電子増倍チャネル)を有している。また、陽極部34は光電面41とともに電子増倍部33を挟む位置に配置される。   The electron multiplier section 33 has N stages (N is set to different potentials) along the electron multiplication direction from the photocathode 41 toward the anode section 34 (the direction indicated by the arrow B in FIG. 1, the same applies hereinafter). It is composed of two or more integers) dynodes (electron multipliers), and has a plurality of electron multiplier paths (electron multiplier channels) across each stage. Further, the anode part 34 is arranged at a position sandwiching the electron multiplying part 33 together with the photocathode 41.

これら壁状電極32、集束電極31、電子増倍部33、及び陽極部34は、それぞれ、下側フレーム4に陽極接合、拡散接合、さらには低融点金属(例えばインジウム)等の封止材を用いた接合等によって固定されており、これにより該下側フレーム4上に二次元的に配置される。   The wall electrode 32, the focusing electrode 31, the electron multiplying portion 33, and the anode portion 34 are respectively provided with an anodic bonding, a diffusion bonding, and a sealing material such as a low melting point metal (for example, indium) on the lower frame 4. It is fixed by the joining etc. which were used, and is arrange | positioned two-dimensionally on this lower frame 4 by this.

下側フレーム4は、矩形平板状のガラス基板40を基材として構成されている。このガラス基板40は、絶縁材料であるガラスによって配線基板20の対向面20aに対向し、筐体5の内面である対向面40aを形成する。対向面40a上における、側壁フレーム3の貫通部301に対向する部位(側壁部302との接合領域以外の部位)であって、陽極部34側と反対側の端部には、透過型光電面である光電面41が形成されている。また、対向面40a上の電子増倍部33及び陽極部34が搭載される部位には、増倍電子の対向面40aへの入射を防止するための矩形状の窪み部(凹部)42が形成されている。   The lower frame 4 is configured with a rectangular flat glass substrate 40 as a base material. The glass substrate 40 is opposed to the facing surface 20 a of the wiring substrate 20 by glass that is an insulating material, and forms a facing surface 40 a that is the inner surface of the housing 5. On the facing surface 40a, a portion facing the penetrating portion 301 of the side wall frame 3 (a portion other than the joining region with the side wall portion 302) is located at the end opposite to the anode portion 34 side at the transmission type photocathode. The photocathode 41 is formed. In addition, a rectangular depression (recess) 42 for preventing the multiplication electrons from entering the facing surface 40a is formed at a portion where the electron multiplying portion 33 and the anode portion 34 are mounted on the facing surface 40a. Has been.

図3〜図5を参照して、光電子増倍管1の内部構造について詳細に説明する。図3は、図1の側壁フレーム3の平面図、図4は、図1の側壁フレーム3及び下側フレーム4の要部を示す一部破断斜視図、図5は、図1の光電子増倍管のV-V線に沿った断面図である。   The internal structure of the photomultiplier tube 1 will be described in detail with reference to FIGS. 3 is a plan view of the side wall frame 3 of FIG. 1, FIG. 4 is a partially broken perspective view showing the main parts of the side wall frame 3 and the lower frame 4 of FIG. 1, and FIG. 5 is the photomultiplier of FIG. It is sectional drawing along the VV line of the pipe | tube.

図3に示すように、貫通部301内の電子増倍部33は、対向面40a上の一端側から他端側に向けて(電子増倍方向である矢印Bの示す方向に向けて)、順に離間して配列された複数段のダイノード33a〜33lから構成されている。これらの複数段のダイノード33a〜33lは、矢印Bの示す方向に沿って、一端側の第1段目のダイノード33aから他端側の最終段(第N段目)のダイノード33lにかけて連続するように設けられたN個の電子増倍孔から構成された電子増倍チャネルCを複数並列に形成している。   As shown in FIG. 3, the electron multiplier 33 in the penetrating part 301 is directed from one end side to the other end side on the facing surface 40a (toward the direction indicated by the arrow B which is the electron multiplying direction) It is composed of a plurality of dynodes 33a to 33l that are spaced apart in order. These multiple stages of dynodes 33a to 33l continue along the direction indicated by arrow B from the first stage dynode 33a on one end side to the last stage (Nth stage) dynode 33l on the other end side. A plurality of electron multiplying channels C composed of N electron multiplying holes provided in the plurality are formed in parallel.

また、光電面41は、一端側の第1段目のダイノード33aから、集束電極31を挟んだ対向面40a上の一端側に離間して設けられている。この光電面41は、ガラス基板40の対向面40a上に矩形状の透過型光電面として形成されている。外部から下側フレーム4であるガラス基板40を透過した入射光が光電面41に到達すると、この入射光に応じた光電子が放出され、その光電子は壁状電極32及び集束電極31によって第1段目のダイノード33aへと導かれる。   The photocathode 41 is spaced from the first dynode 33a on the one end side on one end side on the facing surface 40a with the focusing electrode 31 in between. The photocathode 41 is formed as a rectangular transmissive photocathode on the facing surface 40 a of the glass substrate 40. When incident light transmitted through the glass substrate 40 which is the lower frame 4 from the outside reaches the photocathode 41, photoelectrons corresponding to the incident light are emitted, and the photoelectrons are first-staged by the wall electrode 32 and the focusing electrode 31. Guided to eye dynode 33a.

また、陽極部34は、他端側の最終段のダイノード33lから対向面40a上の他端側に離間して設けられている。この陽極部34は、電子増倍部33によって電子増倍チャネルC内を矢印Bの示す方向に増倍してきた電子を、電気信号として外部に取り出すための電極である。   Further, the anode part 34 is provided away from the final stage dynode 33l on the other end side on the other end side on the facing surface 40a. This anode part 34 is an electrode for taking out the electrons which have been multiplied in the direction indicated by the arrow B in the electron multiplication channel C by the electron multiplication part 33 as an electric signal.

図4に示すように、複数段のダイノード33a〜33dは、下側フレーム4の対向面40a上に形成された窪み部42の底部から離間して配置されている。ダイノード33aは、対向面40aに沿って電子増倍方向に対してほぼ垂直な方向に配列され、上側フレーム2の対向面20aに向かってほぼ垂直に延びる複数の柱状部51aと、複数の柱状部51aの窪み部42側の端部に連続的に形成され、窪み部42の底部に沿って電子増倍方向に対してほぼ垂直な方向に延びる基台部(支持台)52aとを含む。また、ダイノード33b〜33dに関しても、それぞれの複数の柱状部51b〜51d、及びそれぞれの基台部52b〜52dに関して、ダイノード33aと同様の構造を有する。それぞれの柱状部51a〜51dにおける隣接する部材間に電子増倍チャネルCが形成され、基台部52a〜52dはこの電子増倍チャネルCが形成される領域A(図3)を跨るように設けられている。ここで、基台部52a〜52dは、それぞれの複数の柱状部51a〜51dを互いに電気的に接続するとともに、複数の柱状部51a〜51dを窪み部42の底部から離間して保持する役目を有する。なお、本実施形態においては、ダイノード33a〜33dにおいて、複数の柱状部51a〜51d、及び基台部52a〜52dはそれぞれ一体に形成されているが、柱状部と基台部を別体にしても良い。また、図示していないが、ダイノード33e〜33lも同様の構造を有する。 As shown in FIG. 4, the dynodes 33 a to 33 d in a plurality of stages are arranged apart from the bottom of the recess 42 formed on the facing surface 40 a of the lower frame 4. The dynodes 33a are arranged in a direction substantially perpendicular to the electron multiplying direction along the facing surface 40a, and extend to the facing surface 20a of the upper frame 2 and have a plurality of columnar portions 51a and a plurality of columnar portions. 51a includes a base (support) 52a that is continuously formed at the end of the recess 42 on the side of the recess 42 and extends in a direction substantially perpendicular to the electron multiplication direction along the bottom of the recess 42. The dynodes 33b to 33d also have the same structure as the dynode 33a with respect to the plurality of columnar portions 51b to 51d and the base portions 52b to 52d. An electron multiplying channel C is formed between adjacent members in each of the columnar portions 51a to 51d, and the base portions 52a to 52d extend across the region A C (FIG. 3) where the electron multiplying channel C is formed. Is provided. Here, the base portions 52 a to 52 d serve to electrically connect the plurality of columnar portions 51 a to 51 d to each other and hold the plurality of columnar portions 51 a to 51 d apart from the bottom of the recess 42. Have. In the present embodiment, in the dynodes 33a to 33d, the plurality of columnar portions 51a to 51d and the base portions 52a to 52d are integrally formed, but the columnar portion and the base portion are separated. Also good. Although not shown, the dynodes 33e to 33l have the same structure.

さらに、この基台部52b,52dの電子増倍方向に垂直な方向の一方の端部には、その端部から上側フレーム2に向けてほぼ垂直に伸びるように略円柱形状を有する給電部53b,53dが、一体的に形成されている。この給電部53b,53dは、基台部52b,52dを経由して複数の柱状部51b,51dを給電するための部材である。   Further, at one end portion of the base portions 52b and 52d in the direction perpendicular to the electron multiplication direction, a power feeding portion 53b having a substantially cylindrical shape extending from the end portion toward the upper frame 2 substantially vertically. , 53d are integrally formed. The power feeding parts 53b and 53d are members for feeding power to the plurality of columnar parts 51b and 51d via the base parts 52b and 52d.

図5に示すように、上記のような構造を有するダイノード33bは、電子増倍方向に対して垂直であり、且つ対向面40aに沿った方向の基台部52bの両端部が、対向面40aに接合されることによって下側フレーム4に対して固定され、基台部52bにおけるこれらの両端部によって挟まれる中央部54bは、その対向面40a側の面が窪み部42の底部から離間するように配置される。言い換えると、ダイノード33bにおいて、電子増倍チャネルCが形成される電子増倍領域が下側フレーム4から離間して配置され、電子増倍方向に対して垂直であり、且つ対向面40aに沿った方向の両端部が下側フレーム4に対する固定部となるように、下側フレーム4の対向面40aに窪み部42が形成されている。また、細かい形状上の差異はあるが、その他のダイノード33a,33c〜33lも柱状部、基台部、給電部に関して同様の基本構造を有している。また、これに対応して対向面40a上の窪み部42は、電子増倍方向において複数段のダイノード33a〜33lの基台部及び陽極部34を跨るような幅で形成されている。つまり、窪み部42は、ダイノード33a〜33l及び陽極部34に対応する部位のみではなく、これらで挟まれた領域も含めて一体的に窪む底面を有しており、第1段ダイノード33aにおける電子増倍チャネルCが形成される電子増倍領域から、陽極部34における最終段ダイノード33lの電子増倍領域との対向領域までを、下側フレーム4から離間するように連続的に形成されている。   As shown in FIG. 5, the dynode 33b having the structure as described above is perpendicular to the electron multiplication direction, and both ends of the base portion 52b in the direction along the opposing surface 40a are opposed to the opposing surface 40a. The central portion 54b fixed to the lower frame 4 by being joined to the lower frame 4 and sandwiched between both ends of the base portion 52b is such that the surface on the opposite surface 40a side is separated from the bottom portion of the recessed portion 42. Placed in. In other words, in the dynode 33b, the electron multiplication region in which the electron multiplication channel C is formed is disposed away from the lower frame 4, is perpendicular to the electron multiplication direction, and is along the facing surface 40a. A recess 42 is formed in the facing surface 40a of the lower frame 4 so that both ends in the direction are fixed to the lower frame 4. Although there are small differences in shape, the other dynodes 33a, 33c to 33l have the same basic structure with respect to the columnar portion, the base portion, and the power feeding portion. Correspondingly, the recess 42 on the facing surface 40a is formed with a width that straddles the base portion and the anode portion 34 of the plurality of dynodes 33a to 33l in the electron multiplication direction. That is, the recessed portion 42 has a bottom surface that is recessed integrally including not only the portions corresponding to the dynodes 33a to 33l and the anode portion 34, but also the region sandwiched between them, in the first stage dynode 33a. The region from the electron multiplying region where the electron multiplying channel C is formed to the region facing the electron multiplying region of the final stage dynode 33l in the anode part 34 is continuously formed so as to be separated from the lower frame 4. Yes.

次に、図6及び図7を参照して、光電子増倍管1の配線構造について説明する。図6において、(a)は、上側フレーム2を裏面20a側から見た底面図、(b)は、側壁フレーム3の平面図であり、図7は、上側フレーム2と側壁フレーム3との接続状態を示す斜視図である。   Next, the wiring structure of the photomultiplier tube 1 will be described with reference to FIGS. 6A is a bottom view of the upper frame 2 viewed from the back surface 20a side, FIG. 6B is a plan view of the side wall frame 3, and FIG. 7 is a connection between the upper frame 2 and the side wall frame 3. It is a perspective view which shows a state.

図6(a)に示すように、上側フレーム2の対向面20aには、導電性端子201B,201C,201Dのそれぞれに上側フレーム2の内部で電気的に接続された複数の導電膜(給電部)202と、導電性端子201Aに上側フレーム2の内部で電気的に接続された導電性端子203が設けられている。また、図6(b)に示すように、電子増倍部33には、既に述べたように、導電膜202との接続用の給電部53a〜53lが立設されており、陽極部34の端部には、導電膜202との接続用の給電部37が立設されている。さらに、壁状電極32の隅部には、導電膜202との接続用の給電部38が立設されている。また、集束電極31は、壁状電極32と下側フレーム4側で一体形成されることで壁状電極32に対して電気的に接続されている。さらに、壁状電極32には、下側フレーム4の対向面40a側に矩形平板状の接続部39が一体的に形成されており、この接続部39と、対向面40a上で光電面41に電気的に接触して形成された導電膜(図示せず)とが接合されることで、壁状電極32と光電面41とが電気的に接続されている。   As shown in FIG. 6A, a plurality of conductive films (feeding portions) electrically connected to the conductive surfaces 201B, 201C, and 201D inside the upper frame 2 are provided on the facing surface 20a of the upper frame 2, respectively. 202) and the conductive terminal 203 electrically connected to the conductive terminal 201A inside the upper frame 2 are provided. As shown in FIG. 6B, the electron multiplier 33 is provided with power supply portions 53a to 53l for connection with the conductive film 202, as described above. At the end, a power feeding unit 37 for connection with the conductive film 202 is provided upright. Further, at the corner of the wall electrode 32, a power feeding unit 38 for connection with the conductive film 202 is provided upright. Further, the focusing electrode 31 is electrically connected to the wall electrode 32 by being integrally formed on the wall electrode 32 and the lower frame 4 side. Further, a rectangular flat plate-like connecting portion 39 is integrally formed on the wall-like electrode 32 on the facing surface 40a side of the lower frame 4, and the connecting portion 39 and the photocathode 41 on the facing surface 40a. The wall electrode 32 and the photocathode 41 are electrically connected to each other by bonding a conductive film (not shown) formed in electrical contact.

上記構成の上側フレーム2と側壁フレーム3とを接合すると、導電性端子203が側壁フレーム3の側壁部302に電気的に接続される。併せて、電子増倍部33の給電部53a〜53l、陽極部34の給電部37,及び壁状電極32の給電部38が、それぞれ、金(Au)などからなる導電部材を介して対応する導電膜202に独立に接続される。このような接続構成により、側壁部302、電子増倍部33、陽極部34が、それぞれ、導電性端子201A、201C,201Dに電気的に接続されて外部から給電可能にされるとともに、壁状電極32が、集束電極31及び光電面41とともに、導電性端子201Bに電気的に接続されて外部から給電される(図7)。   When the upper frame 2 and the side wall frame 3 configured as described above are joined, the conductive terminal 203 is electrically connected to the side wall portion 302 of the side wall frame 3. In addition, the power feeding parts 53a to 53l of the electron multiplying part 33, the power feeding part 37 of the anode part 34, and the power feeding part 38 of the wall-shaped electrode 32 correspond to each other through a conductive member made of gold (Au) or the like. The conductive film 202 is independently connected. With such a connection configuration, the side wall portion 302, the electron multiplying portion 33, and the anode portion 34 are electrically connected to the conductive terminals 201A, 201C, and 201D, respectively, so that power can be supplied from the outside, and the wall shape The electrode 32, together with the focusing electrode 31 and the photocathode 41, is electrically connected to the conductive terminal 201B and supplied with power from the outside (FIG. 7).

ここで、図6(b)に示すように、ダイノード33bの基台部52bの両端部のうちの給電部53bに繋がる一方の端部の対向面40aに沿った断面積Sは、その両端部のうちの他方の端部における対向面との接合部位に相当する断面積Sよりも大きくなるように、ダイノード33bの基台部52b及び給電部53bの形状が規定されている。このダイノード33bにおける、給電部53bが設けられた一方の端部と他方の端部との大小関係は、ダイノード33bの端部全体、つまり上側フレーム2側の面に到るまで連続的に満たされている。そのため、対向面40aから正対する方向から見た場合の面積や、その体積においても、給電部53bが設けられた一方の端部の方が他方の端部よりも大きい。このように、給電部53bが設けられた一方の端部の方が物理的な強度に優れていることに加え、上側フレーム2側の面が大きいことから、金(Au)などからなる導電部材との接触面積も稼ぐことができ、確実な電気的接続にも有効となる。そして、電子増倍部33を構成するその他のダイノード33a,33c〜33lも、同様な関係を満たす断面形状に規定されている。また、複数段のダイノード33a〜33lは、対向面40a上において、電子増倍方向に沿って給電部53a〜53l側の一方の端部と、それと反対側の他方の端部とが互い違いに並ぶように配置されている。換言すれば、複数段のダイノード33a〜33lは、その給電部53a〜53lの配置方向を基準にした基台部の向き(給電部の設けられた一方の端部から他方の端部に延びる方向で規定した基台部の向き)が交互に反対向きになるように対向面40a上に配設されている。 Here, as shown in FIG. 6 (b), the sectional area S 1 along the opposing surface 40a of the one end connected to the feeding portion 53b of the both ends of the base portion 52b of the dynode 33b, the opposite ends to be larger than the cross-sectional area S 2 which corresponds to the joint portion between the opposing surfaces at the other end of the section, the shape of the base portion 52b and the feeding part 53b of the dynode 33b is defined. In this dynode 33b, the size relationship between one end where the power feeding portion 53b is provided and the other end is continuously satisfied until the entire end of the dynode 33b, that is, the surface on the upper frame 2 side is reached. ing. Therefore, also in the area when viewed from the direction facing directly from the facing surface 40a and the volume thereof, one end provided with the power feeding portion 53b is larger than the other end. As described above, since one end portion provided with the power feeding portion 53b is superior in physical strength and has a larger surface on the upper frame 2 side, a conductive member made of gold (Au) or the like. It is also effective for reliable electrical connection. The other dynodes 33a and 33c to 33l constituting the electron multiplying unit 33 are also defined to have a cross-sectional shape that satisfies the same relationship. Further, in the plurality of dynodes 33a to 33l, one end portion on the power feeding portions 53a to 53l side and the other end portion on the opposite side are alternately arranged along the electron multiplication direction on the facing surface 40a. Are arranged as follows. In other words, the dynodes 33a to 33l of the plurality of stages are oriented in the direction of the base portion with respect to the arrangement direction of the power feeding portions 53a to 53l (direction extending from one end portion where the power feeding portion is provided to the other end portion). The orientation of the base portion defined in (1) is alternately arranged on the facing surface 40a so as to be opposite to each other.

以上説明した光電子増倍管1によれば、入射光が光電面41に入射することによって光電子に変換され、この光電子が、筐体5内の下側フレーム4の内面40a上の複数段のダイノード33a〜33lによって形成された電子増倍チャネルCに順次入射することによって増倍され、増倍された電子が電気信号として陽極部34から取り出される。   According to the photomultiplier tube 1 described above, incident light is converted into photoelectrons by entering the photocathode 41, and the photoelectrons are converted into a plurality of dynodes on the inner surface 40 a of the lower frame 4 in the housing 5. The electrons are multiplied by sequentially entering the electron multiplication channel C formed by 33a to 33l, and the multiplied electrons are taken out from the anode part 34 as an electric signal.

ここで、ダイノード33a〜33dを例に説明すれば、各ダイノード33a〜33dには、その下側フレーム4側の端部に基台部52a〜52dが設けられ、この基台部52a〜52dには、その片端部から下側フレーム4と対向する上側フレーム2に向けて伸びる給電部53a〜53dが電気的に接続され、この給電部53a〜53dが上側フレーム2の内面20aに設けられた導電膜202に接続されることにより、各ダイノード33a〜33dが給電される。さらに、基台部52a〜52dは、その両端部が下側フレーム4の対向面40aに接合され、その中央部が対向面40aから離間されており、給電部53a〜53d側の一方の端部の対向面40aに沿った断面積Sが、他方の端部の断面積Sよりも大きくされている。これにより、二次電子や光電子の入射によって下側フレーム4の絶縁面が帯電しやすい電子増倍経路の領域において、各ダイノード33a〜33dが下側フレーム4の絶縁面から離間しているので、耐電圧の低下を抑制することができる。それと同時に、上側フレーム2の導電膜202と接触する部位側の基台部52a〜52dの端部の強度を高めることで、給電のための接触による加圧に対して電子増倍部33の物理的な強度を確保することができるため、変形や破損等を起こすことがなく、耐電圧の低下を抑制することができる。 Here, if the dynodes 33a to 33d are described as an example, each of the dynodes 33a to 33d is provided with base portions 52a to 52d at end portions on the lower frame 4 side, and the base portions 52a to 52d are provided with the base portions 52a to 52d. Are electrically connected to power supply portions 53a to 53d extending from one end portion thereof toward the upper frame 2 facing the lower frame 4, and the power supply portions 53a to 53d are provided on the inner surface 20a of the upper frame 2. By being connected to the film 202, the dynodes 33a to 33d are supplied with power. Further, the base portions 52a to 52d are joined at opposite ends to the facing surface 40a of the lower frame 4, and the central portion is separated from the facing surface 40a, and one end portion on the power feeding portions 53a to 53d side. sectional area S 1 along the opposing surface 40a of are larger than the cross-sectional area S 2 of the other end. Thereby, since each dynode 33a-33d is spaced apart from the insulating surface of the lower frame 4 in the region of the electron multiplication path where the insulating surface of the lower frame 4 is easily charged by the incidence of secondary electrons or photoelectrons, A decrease in withstand voltage can be suppressed. At the same time, by increasing the strength of the end portions of the base portions 52a to 52d that are in contact with the conductive film 202 of the upper frame 2, the physicality of the electron multiplying portion 33 with respect to pressurization due to contact for power feeding is increased. Since a sufficient strength can be ensured, a decrease in withstand voltage can be suppressed without causing deformation or breakage.

また、下側フレーム4の対向面40a上には窪み部42が形成されており、基台部52a〜52dの中央部は、窪み部42上に配置されているので、電子増倍部33の強度を低下させることなく基台部52a〜52dの中央部を下側フレーム4の絶縁面から離間させることができる。さらに、窪み部42は、複数の基台部52a〜52dの中央部を跨って形成されているので、複数段のダイノード33a〜33d間を通過する二次電子の絶縁面への入射による帯電を防止することにより、耐電圧の低下をさらに抑制することができる。   In addition, a recess 42 is formed on the facing surface 40 a of the lower frame 4, and the central portions of the base portions 52 a to 52 d are disposed on the recess 42. The central part of the base parts 52a to 52d can be separated from the insulating surface of the lower frame 4 without reducing the strength. Furthermore, since the hollow part 42 is formed ranging over the center part of the several base parts 52a-52d, it is charged by the incident to the insulating surface of the secondary electron which passes between the multistage dynodes 33a-33d. By preventing this, it is possible to further suppress a decrease in withstand voltage.

そして、各ダイノード33a〜33lが下側フレーム4の対向面40aから離間することで、次のような効果も有する。すなわち、ダイノード33a,33bで例示すれば、その柱状部51a,51bの表面の二次電子面の活性時において、ダイノード33a,33b段間及びダイノード33a,33b下部において(図8の矢印で示す方向において)、アルカリ金属(K、Cs等)蒸気の流れが良くなり、均一な二次電子面を形成することが容易になる。また、電子増倍部33と下側フレーム4との間の接合面積を小さくできるため、電子増倍部33と下側フレーム4との間に異物を挟み込んでしまうことによる接合不良を防止して信頼性を高めることができる。さらに、窪み部42を設けてダイノード33a〜33lを離間させるような構造により、筐体5の内部容積を大きくすることができるので、内部構成部材からガスの放出があっても真空度の低下を抑制することができる。例えば、ダイノード33a〜33lの厚さが1mmであって窪み部42のない光電子増倍管に対して、ダイノード33a〜33lの厚さが等しく、窪み部42の深さを0.2mm、窪み部42の対向面40aに対する加工面積の割合を50%とした光電子増倍管は、その内部容積を10%程度大きくすることが可能になる。さらに言えば、筐体5内に異物があるような場合であっても、ダイノード33a〜33lと離間している窪み部42内に異物が落ちやすいためにダイノード33a〜33l間に異物が挟まりにくく、異物による耐電圧不良が少なくなる。また、筐体5とダイノード33a〜33lとの接触面積が小さくなるため、筐体5での温度変化の影響が電子増倍部33に及びにくくなり、周囲温度の上昇に伴う二次電子面のダメージを軽減できる。特に、この効果は筐体5の内面に直接に電子増倍部等の電極が配置された構造において重要である。   The dynodes 33a to 33l are separated from the facing surface 40a of the lower frame 4 to provide the following effects. That is, for example, in the case of the dynodes 33a and 33b, when the secondary electron surface on the surface of the columnar portions 51a and 51b is active, between the dynodes 33a and 33b and at the lower part of the dynodes 33a and 33b (directions indicated by arrows in FIG. ), The flow of alkali metal (K, Cs, etc.) vapor is improved, and it is easy to form a uniform secondary electron surface. In addition, since the bonding area between the electron multiplier 33 and the lower frame 4 can be reduced, it is possible to prevent a bonding failure caused by foreign matter being caught between the electron multiplier 33 and the lower frame 4. Reliability can be increased. Furthermore, since the internal volume of the housing 5 can be increased by the structure in which the recess 42 is provided to separate the dynodes 33a to 331, the degree of vacuum is reduced even if gas is released from the internal components. Can be suppressed. For example, the thickness of the dynodes 33a to 33l is 1 mm and the thickness of the dynodes 33a to 33l is equal to that of the photomultiplier tube without the recess 42, the depth of the recess 42 is 0.2 mm, and the recess 42 The photomultiplier tube in which the ratio of the processing area to the facing surface 40a is 50% can increase the internal volume by about 10%. Furthermore, even if there is a foreign substance in the housing 5, the foreign substance is likely to fall into the recess 42 that is separated from the dynodes 33a to 33l, so that the foreign substance is not easily caught between the dynodes 33a to 33l. , And withstand voltage failure due to foreign matter is reduced. In addition, since the contact area between the housing 5 and the dynodes 33a to 33l becomes small, the influence of the temperature change in the housing 5 does not easily reach the electron multiplying unit 33, and the secondary electron surface due to the increase in the ambient temperature. Damage can be reduced. In particular, this effect is important in a structure in which an electrode such as an electron multiplier is disposed directly on the inner surface of the housing 5.

さらに、複数段のダイノード33a〜33lに対応する複数の基台部は、下側フレーム4の対向面40aに沿って、給電部53a〜53l側の一端部とそれと反対側の他端部とが互い違いに並べられている。つまり、例えば隣り合うダイノード33b、ダイノード33cにおいて、ダイノード33bの給電部53b側の一方の端部と対面するダイノード33cの端部は他端部であり、ダイノード33bの他端部と対面するダイノード33cの端部は給電部53c側の一方の端部となるように並べられている。そして、複数段のダイノード33a〜33lにわたってこの関係を満たすように並べられている。つまり、給電部53a〜53l側の一方の端部に隣接するのは、隣り合うダイノードの他方の端部であることから、それぞれの基台部の給電部53a〜53l側の端部の下側フレーム4に沿った断面積を大きくすることができるので、電子増倍部33の物理的強度をさらに高めることが可能になる。また、複数段のダイノード33b〜33lの他方の端部は、上側フレーム2に向けてほぼ垂直に伸びた柱状部となっており、下側フレーム4の対向面40aと正対する方向から見て、その最先端部が給電部53a〜53lよりも窪み部42側に引っ込んでいる。よって、他方の端部と給電部53a〜53lとの間隔が大きくなる。さらに、他方の端部の下側フレーム4に沿った断面形状(下側フレーム4の対向面40aと正対する方向から見た形状)は、電子増倍方向に対してほぼ垂直な方向(各ダイノードにおいて一方の端部から他方の端部に向かう方向)に向かって延びる尖頭形状を備えている。このように尖頭形状を有することで、給電部53a〜53lとの間隔を保ちつつ、下側フレーム4への接合面積も大きくすることができ、耐電圧の低下を抑制することができる。これに対して、図9に示すように、給電部53a〜53l側の端部を対向面40aに沿って隣接して並べるような配置の場合は、給電部53a〜53l間の耐電圧を考慮するとダイノード間の間隔を大きく(例えば、ダイノードの厚さが0.35mmの場合は0.5mm)設定する必要がある。その結果、同数のダイノードを配置する場合は大きな面積を必要とし、シリコン基板をバッチ処理にて加工する場合には1チップあたりの面積を増大させてしまい、しいてはチップコストを上昇させることにもなる。また、ダイノード間隔が大きくなることで電子増倍率の低下を招き、光電子増倍管としての性能を低下させてしまう。一方、ダイノード間隔を狭めるためには、図10に示すように、ダイノード33a〜33fの給電部53a〜53fを対向面40aに沿って蛇行するように交互にずらして隣接して配置することも考えられる。これにより、ダイノード間隔が狭められ(例えば、0.2mm)、電子増倍率をある程度高くすることができるが、給電部53b,53dが突出したダイノード33b,33dにおいて段間の耐電圧を維持するために給電部53b,53d側の端部とダイノード33b,33dの中央部との間の部位を著しく細く(例えば、0.05mm)する必要がある。その結果、ダイノード33b,33dの強度が低下してクラックが発生して破損したりして、二次電子面への給電が不可能になる場合がある。あるいは、クラックの発生が無くても電気抵抗値が大きくなり、給電部53b,53dから二次電子面を有するダイノード中央部への電位供給の妨げになることも考えられる。このことから、本実施形態におけるダイノード33a〜33lの配置が、耐電圧の低下を抑制するとともに、ダイノード間隔を狭めた配置を可能とすることから電子増倍率の面からも有利であることがわかった。   Further, the plurality of base portions corresponding to the plurality of dynodes 33a to 33l have one end on the power feeding portions 53a to 53l side and the other end on the opposite side along the facing surface 40a of the lower frame 4. They are staggered. That is, for example, in the adjacent dynode 33b and dynode 33c, the end of the dynode 33c facing one end of the dynode 33b on the power feeding unit 53b side is the other end, and the dynode 33c facing the other end of the dynode 33b. Are arranged so as to be one end on the power feeding portion 53c side. And it arrange | positions so that this relationship may be satisfy | filled over the multistage dynodes 33a-331. That is, since the one end on the power feeding units 53a to 53l side is the other end of the adjacent dynodes, the lower side of the end on the power feeding unit 53a to 53l side of each base unit Since the cross-sectional area along the frame 4 can be increased, the physical strength of the electron multiplier 33 can be further increased. Further, the other end of each of the plurality of stages of dynodes 33b to 33l is a columnar portion extending substantially vertically toward the upper frame 2, and is viewed from the direction facing the facing surface 40a of the lower frame 4, The most advanced part is recessed in the recessed part 42 side rather than the electric power feeding parts 53a-53l. Therefore, the space | interval of the other edge part and electric power feeding part 53a-53l becomes large. Furthermore, the cross-sectional shape along the lower frame 4 at the other end (the shape viewed from the direction facing the facing surface 40a of the lower frame 4) is a direction substantially perpendicular to the electron multiplication direction (each dynode). In the direction from the one end to the other end). By having a pointed shape in this way, the junction area to the lower frame 4 can be increased while maintaining a distance from the power feeding portions 53a to 53l, and a decrease in withstand voltage can be suppressed. On the other hand, as shown in FIG. 9, in the case where the end portions on the power feeding portions 53a to 53l side are arranged adjacent to each other along the facing surface 40a, the withstand voltage between the power feeding portions 53a to 53l is considered. Then, it is necessary to set a large interval between dynodes (for example, 0.5 mm when the thickness of the dynode is 0.35 mm). As a result, when the same number of dynodes are arranged, a large area is required, and when a silicon substrate is processed by batch processing, the area per chip is increased, thereby increasing the chip cost. Also become. In addition, an increase in the dynode interval causes a decrease in the electron multiplication factor, thereby reducing the performance as a photomultiplier tube. On the other hand, in order to narrow the dynode interval, as shown in FIG. 10, it is also possible to arrange the power feeding portions 53a to 53f of the dynodes 33a to 33f alternately and adjacently so as to meander along the facing surface 40a. It is done. As a result, the dynode interval is narrowed (for example, 0.2 mm), and the electron multiplication factor can be increased to some extent. It is necessary to make the portion between the end portions on the power feeding portions 53b and 53d side and the central portion of the dynodes 33b and 33d extremely narrow (for example, 0.05 mm). As a result, the strength of the dynodes 33b and 33d may be reduced to cause cracks and breakage, which may make it impossible to supply power to the secondary electron surface. Alternatively, it is conceivable that even if no crack is generated, the electric resistance value is increased, and the potential supply from the power feeding parts 53b and 53d to the central part of the dynode having the secondary electron surface is hindered. From this, it can be seen that the arrangement of the dynodes 33a to 33l in the present embodiment is advantageous from the aspect of electron multiplication factor because it suppresses a decrease in withstand voltage and enables an arrangement with a narrow dynode interval. It was.

なお、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11及び図12に示すように、下側フレーム4の窪み部42の底面上に、電子増倍部33のダイノード33a〜33lにおける各段間、及び電子増倍部33(ダイノード33l)と陽極部34との間の位置に対応して、下側フレーム4の絶縁面が露出しないように、複数の帯状の導電膜43が形成されてもよい。この導電膜43は、下側フレーム4に貫通して設けられた導電性端子44によって給電される。これにより、電子増倍部33を通過する電子の下側フレーム4への入射による耐電を確実に防止することができる。さらには、図13に示すように、電子増倍部33の全体に跨って窪み部42の底面上に導電膜45を設けることによっても、下側フレーム4の帯電を防止することができる。ただし、この場合は導電膜45と電子増倍部33の各ダイノードとの電位差が大きくなってしまうので、図11の構成の方がより好ましい。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above. For example, as shown in FIGS. 11 and 12, on the bottom surface of the recess 42 of the lower frame 4, between the dynodes 33a to 33l of the electron multiplier 33 and between the electron multipliers 33 (dynode 33l). A plurality of strip-shaped conductive films 43 may be formed so as to prevent the insulating surface of the lower frame 4 from being exposed corresponding to the position between the anode portion 34 and the anode portion 34. The conductive film 43 is supplied with power by a conductive terminal 44 provided so as to penetrate the lower frame 4. As a result, it is possible to reliably prevent withstand electricity due to incidence of electrons passing through the electron multiplier 33 on the lower frame 4. Further, as shown in FIG. 13, the lower frame 4 can be prevented from being charged by providing a conductive film 45 on the bottom surface of the recess 42 across the entire electron multiplier 33. However, in this case, the potential difference between the conductive film 45 and each dynode of the electron multiplier section 33 becomes large, so the configuration of FIG. 11 is more preferable.

なお、本実施形態においては、光電面41は透過型光電面であったが、反射型光電面でも良いし、光電面41は上側フレーム2側に配置されてもよい。光電面41を上側フレーム2側に配置した場合、上側フレーム2としてはガラス基板等の光透過性を有する絶縁性基板に給電端子を埋め込んだものを使用することができ、下側フレーム4としてはガラス基板以外に様々な絶縁性基板を用いることができる。また、陽極部34は、ダイノード33kとダイノード33lの間に配置されても良い。   In the present embodiment, the photocathode 41 is a transmissive photocathode, but may be a reflective photocathode, or the photocathode 41 may be disposed on the upper frame 2 side. When the photocathode 41 is disposed on the upper frame 2 side, the upper frame 2 can be a glass substrate or other insulating substrate having a light transmission property embedded with a power supply terminal. Various insulating substrates can be used in addition to the glass substrate. Further, the anode part 34 may be disposed between the dynode 33k and the dynode 33l.

1…光電子増倍管、2…上側フレーム(第2の基板)、4…下側フレーム(第1の基板)、5…筐体(外囲器)、20a,40a…対向面、33…電子増倍部、33a〜33l…ダイノード、51a〜51d…柱状部、52a〜52d…基台部(支持台)、53a〜53l…給電部(給電部材)、54b…中央部、34…陽極部、41…光電面、42…窪み部(凹部)、202…導電膜(給電部)、S,S…断面積。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Photomultiplier tube, 2 ... Upper frame (2nd board | substrate), 4 ... Lower frame (1st board | substrate), 5 ... Case (envelope), 20a, 40a ... Opposite surface, 33 ... Electron Multiplier, 33a to 33l ... Dynode, 51a to 51d ... Columnar, 52a to 52d ... Base (support), 53a to 53l ... Feeder (feeder), 54b ... Center, 34 ... Anode, 41 ... photocathode, 42 ... recess (concave portion), 202 ... conductive film (feeding unit), S 1, S 2 ... cross-sectional area.

Claims (4)

互いに対向して配置され、それぞれの対向面が絶縁材料からなる第1及び第2の基板を含む外囲器と、
前記第1の基板の前記対向面上の一端側から他端側に向けた前記対向面に平行な第1の方向に沿って、順に離間して配列された複数段のダイノードを有する電子増倍部と、
前記外囲器内の前記一端側に前記電子増倍部から離間して設けられ、外部からの入射光を光電子に変換して、前記光電子を放出する光電面と、
前記外囲器内の前記他端側に前記電子増倍部から離間して設けられ、前記電子増倍部によって増倍された電子を信号として取り出す陽極部とを備え、
前記第2の基板の前記対向面上には、前記電子増倍部に対して給電するための給電部が設けられ、
前記電子増倍部は、
前記複数段のダイノードそれぞれの前記第1の基板側の端部に電気的に接続されて、前記複数段のダイノードによって形成された電子増倍路を跨るように設けられた支持台と、
それぞれの前記支持台の前記第1の基板の前記対向面に沿った第1の方向に交わる第2の方向の両端部の一方の端部から、前記第2の基板の前記対向面に略垂直な方向に伸びるように形成され、前記給電部と電気的に接続される給電部材と、
を有し、
前記支持台は、
前記両端部が、該対向面に接合され、且つ、前記両端部によって挟まれる中央部が、該対向面から離間するように構成されており、
前記両端部のうち前記給電部材側の一方の端部における該対向面に沿った断面積が、前記両端部のうちの他方の端部における断面積よりも大きくなるように形成されている、
ことを特徴とする光電子増倍管。
An envelope including first and second substrates that are disposed opposite to each other and each facing surface is made of an insulating material;
Electron multiplication having a plurality of stages of dynodes arranged in sequence along a first direction parallel to the opposing surface from one end side to the other end side of the opposing surface of the first substrate. And
A photoelectric surface provided on the one end side in the envelope apart from the electron multiplier, converting incident light from the outside into photoelectrons, and emitting the photoelectrons;
An anode part provided at a distance from the electron multiplier on the other end side in the envelope, and taking out electrons multiplied by the electron multiplier as a signal;
On the facing surface of the second substrate, a power feeding unit for feeding power to the electron multiplying unit is provided,
The electron multiplier is
A support base electrically connected to the first substrate side end of each of the plurality of dynodes and provided to straddle an electron multiplier formed by the plurality of dynodes;
From one end of both end portions in the second direction intersecting the first direction along the facing surface of the first substrate of each of the support bases , substantially perpendicular to the facing surface of the second substrate. A power supply member that is formed to extend in any direction and is electrically connected to the power supply unit;
Have
The support base is
The both end portions are joined to the facing surface, and a central portion sandwiched between the both end portions is configured to be separated from the facing surface,
The cross-sectional area along the facing surface at one end portion on the power feeding member side of the both end portions is formed to be larger than the cross-sectional area at the other end portion of the both end portions.
A photomultiplier tube characterized by that.
前記第1の基板の前記対向面上には凹部が形成されており、
前記支持台の前記中央部は、前記凹部上に配置されることにより、該対向面から離間される、
ことを特徴とする請求項1記載の光電子増倍管。
A recess is formed on the facing surface of the first substrate,
The central portion of the support base is spaced from the facing surface by being disposed on the concave portion.
The photomultiplier tube according to claim 1.
前記凹部は、前記複数段のダイノードのそれぞれに接続された複数の支持台を跨って形成されている、
ことを特徴とする請求項2記載の光電子増倍管。
The recess is formed across a plurality of support bases connected to each of the plurality of dynodes.
3. The photomultiplier tube according to claim 2, wherein
前記複数段のダイノードに対応する複数の前記支持台は、前記第1の基板の前記対向面に沿って前記一方の端部と前記他方の端部とが互い違いに並べられるように配置されている、
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の光電子増倍管。
The plurality of support bases corresponding to the plurality of stages of dynodes are arranged such that the one end and the other end are alternately arranged along the facing surface of the first substrate. ,
The photomultiplier tube according to any one of claims 1 to 3, wherein:
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