JP5800264B2 - 光検出装置及び光電子増倍管にバイアスをかける方法 - Google Patents

Description

本発明は、光電子増倍管及びバイアス回路を用いて構築される、光検出装置に関する。

光電子増倍管は光子を検出するために用いられ、非常に高い利得係数を示す。典型的な光電子増倍管の利得係数は、１，０００，０００を超えることができる。光電子増倍管は、光子を受け取り、それに応じて電子を放出するフォトカソードと、各々のダイノードが前段のダイノードから電子を受け取り、受け取ったよりも多くの電子を放出するように配置された複数のダイノードと、最終段のダイノードから放出された電子を受け取って、電気的検出信号を出力するように配置されたアノードとを含む。

通常、光電子増倍管を用いて構築される光検出装置は、直列に接続された抵抗器の連鎖によって、フォトカソード、アノード及びダイノードにバイアス電圧を印加する、バイアス回路を有する。コンデンサを抵抗器に並列に接続して、短い光パルスにおける出力の直線性を向上させることができる。

高利得で動作する場合、各ダイノードによって放出される電流（ダイノードが受け取った電子と、そのダイノードが放出した電子との差に相当する）は、ダイノード間で劇的に変化する。従って、「低電流」ダイノード、即ちフォトカソードの次のダイノードは、「高電流」ダイノード、即ちアノードの前のダイノードが放出する電流よりも（数桁）小さい電流を放出する。

Ｍｉｔｃｈｅｌｌによる「Ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ ｖｏｌｔａｇｅ ｄｉｖｉｄｅｒ ｎｅｔｗｏｒｋ」と題する特許文献１は、（ａ）フォトカソード及びフォトカソードの次の「低電流」ダイノードと、（ｂ）アノード及びアノードの前の「高電流」ダイノードとの間の区別を明確にする。前者は抵抗器でバイアスをかけられ、他方後者はトランジスタでバイアスをかけられる。

米国特許第７，００５，６２５号明細書

広い利得範囲及び広い入射光強度範囲で動作することができる光電子増倍管を用いて構築される、効率的な光検出器を提供する必要性が増大している。

本発明の一実施形態により、フォトカソード、アノード、第１のダイノード、中間ダイノード及び最終ダイノードを含む複数の電極を備えた光電子増倍管と、電圧フォロワ素子列、電圧分割器及び電流源を備えたバイアス回路とを備えた光検出装置が提供され、ここで、電圧分割器は、高電圧電源の両端に結合され、異なるダイノードは、電圧フォロワ素子列の異なる電圧フォロワ素子に結合され、異なる電圧フォロワ素子の制御入力は、電圧分割器の異なる分岐点に結合され、電流源は、電圧分割器と、電圧フォロワ素子列と、カソードと、高電圧電源の負極とに結合され、アノードは、高電圧電源の正極に結合され且つアノードの出力信号を受け取って光検出装置の出力信号に変換するように設計された、負荷素子に結合される。

本発明の１つの実施形態により、電流源は、第１のダイノードとカソードとの間に結合される。本発明の別の実施形態により、電圧フォロワ素子列の１つの電圧フォロワ素子が、カソードと第１のダイノードとの間に結合され、電流源は、高電圧電源の負極とカソードとの間に結合される。

本発明の実施形態により、電圧フォロワ素子は、トランジスタ、又はトランジスタ及びツェナーダイオードを含む。

本発明の一実施形態により、バイアス回路は、電圧分割器の抵抗器列の１つの抵抗器に各々が並列に結合された、コンデンサの第１の列をさらに備える。本発明の別の実施形態により、バイアス回路は、電圧分割器に並列に結合された第１のコンデンサをさらに備える。本発明の別の実施形態により、光検出装置は、各々のコンデンサが一対のダイノード間に結合されるコンデンサの第２の列をさらに備える。本発明の一実施形態により、電流源は、電圧分割器に定電流を供給するように配置され、電圧フォロワ素子は、ダイノードによって放出される電流の変化にかかわらずに実質的に一定の電圧を出力するように配置される。本発明の一実施形態により、光検出装置は、１０，０００を超えない利得で動作するように配置される。本発明の別の実施形態により、光検出装置は、１,０００，０００を超える利得で動作するように配置される。

本発明の一実施形態により、光検出装置を動作させる方法が提供され、この方法は、光検出装置の光電子増倍管のカソードに当たった光を光検出装置の出力信号に変換するステップと、光検出装置のバイアス回路によって、光電子増倍管の複数のダイノードの各々のダイノードの電圧を、ダイノードによって放出される電流の変化にかかわらずに実質的に一定に保つステップとを含み、ここで、複数のダイノードは、第１のダイノード、中間ダイノード及び最終ダイノードを含み、光電子増倍管は、アノード及びカソードをさらに備え、バイアス回路は、電圧フォロワ素子列、電圧分割器及び電流源を備え、電圧分割器は、高電圧電源の両端に結合され、異なるダイノードは、電圧フォロワ素子列の異なる電圧フォロワ素子に結合され、異なる電圧フォロワ素子の制御入力は、電圧分割器の異なる分岐点に結合され、電流源は、電圧分割器と、電圧フォロワ素子列と、高電圧電源の負極と、カソードとに結合され、アノードは、高電圧電源の正極に結合され且つアノードの出力信号を受け取って光検出装置の出力信号に変換するように配置された負荷素子に結合される。本発明の一実施形態により、光検出装置を動作させる方法は、１０，０００を超えない利得で光検出装置を動作させるステップを含む。

本発明のさらなる詳細、態様及び実施形態を、単に例証として、添付の図面を参照しながら説明する。図中、類似の参照番号は、類似の又は機能的に同様の要素を識別するために用いられる。図中の要素は簡単且つ明瞭にするように示され、必ずしも縮尺通りに描かれてはいない。

本発明の一実施形態による光検出装置を示す。 本発明の一実施形態による光検出装置を示す。 本発明の実施形態による光検出装置の要素を示す。 本発明の実施形態による光検出装置の要素を示す。 本発明の一実施形態による光検出装置を示す。 本発明の一実施形態による光検出装置を示す。 本発明の一実施形態による方法を示す。

本発明と見なされる主題は、本明細書の結論部分で詳しく指摘され、明確に特許請求される。しかし、本発明は、動作の機構及び方法の両方に関して、その目的、特徴、及び利点と共に、以下の詳細な説明を添付の図面と共に読みながら参照することにより最も良く理解することができる。

以下の詳細な説明において、本発明の完全な理解をもたらすために多くの特定の細部が説明される。しかし、当業者であれば、本発明はそれらの特定の細部なしに実施することができることを理解するであろう。他の事例において、周知の方法、手続き、及び構成要素は、本発明を不明瞭にしないために詳しくは説明していない。

広範囲の入力光強度及び利得を有する高精度光検出器に使用される光電子増倍管（ＰＭＴ）に電力供給するように配置された、バイアス回路が提供される。

本発明の実施形態により、バイアス回路は以下の設計基本基準、即ち、
・広範囲の入射光強度にわたり、又はそれに対応して広範囲のＰＭＴ電極電流にわたって電極電圧を一定に保つこと、
・速い負荷変動において一般に起きる高電圧（ＨＶ）電源の出力における電圧過渡事象を最小にすること、又はそれに対応して高電圧電源の電流変動を最小にすること、
・広いＰＭＴ利得範囲において、上記の特性を維持すること、
・ＰＭＴの寿命を長くするために、ＰＭＴを通して流れる最大電流を可能な最低レベルに制限すること、ＰＭＴ電流制限値は、ＰＭＴ利得、即ち印加される高電圧に依存してはならないこと、
・高電圧電源から引き出される電流を最小にすること、
のうちの少なくとも１つに適合させることができる。

本発明の実施形態により、ＰＭＴの通常の使用法とは反対に、ＰＭＴを低利得で動作させることができる。
ＰＭＴを低利得で動作させる場合には、各々のダイノードによって放出される電流を考慮する必要がある。フォトカソード及びフォトカソードの次のダイノードを通して流れる電流は、アノード及びその前のダイノードを通して流れる電流に対して、無視できない。

低利得用途の場合に、幾つかのダイノードにバイアスをかけるのに抵抗器を使用し、他のダイノードにバイアスをかけるのにトランジスタを使用することは、フォトカソードに当たる光子の量及び／又はエネルギーの変化に起因するＰＭＴの電極によって放出される電流の変化から生じる、電極電圧の変化に起因する許容できない利得の変化を生じる可能性がある。

これらの望ましくない利得変化は、ＰＭＴの全てのダイノードに、能動素子である電圧フォロワ素子によりバイアスをかけることによって防止することができる。電圧フォロワ素子は、トランジスタを含むことができる。

全てのダイノードにバイアスをかけるために電圧フォロワ素子のような能動素子を用いることは、バイアス回路のコストを増す可能性があり、受動素子のみを用いたときに得られる耐用年数に比べて、バイアス回路の耐用年数をさらに短くする可能性があるが、ＰＭＴを低利得及び高電流モードで動作させたときにも、利得の直線性（ダイノードによって誘起される電流にかかわらない一定利得）を保つことを可能にする。

検査システムは、構造が互いに同じであるが異なる利得モードで動作する複数の光電子増倍管を含むことができる。同じ光電子増倍管を用いることにより、検査ツールの保守が容易になり、そのような検査ツールの設計が簡単になる。明視野（反射）光を検出することが期待される光電子増倍管は低利得で動作することができ、他方、暗視野又は中間視野（反射ではなく散乱）光を検出することが期待される光電子増倍管は高利得で動作することができる。

検査システムは、異なる利得で動作する光電子増倍管を含む（又は、異なる時点で異なる利得で動作する同じ光電子増倍管を有する）ことが可能であり、それにより検出のダイナミックレンジを広くすることができることにも留意されたい。

提案される光検出装置は、線形アノード電流を、電流源により設定される限界までいっぱいに拡大し、且つ、高電圧電源により供給される高電圧値に殆ど依存しないようにする。

本光検出装置の所要電力は、殆どの既知のトポロジと比較して最小となり、電力損及び光検出装置管の加熱を減らすことが可能になる。

本光検出装置は、光電子増倍管が過負荷となる場合にアノード電流を制限する固有の特徴を与える。アノード電流は、電流源により供給される電流によって制限される。
本光検出装置は、電流源によって設定される定負荷電流を高電圧電源に供給する。

図１は、本発明の一実施形態による光検出装置１０を示す。
光検出装置１０は、フォトカソードＣ２０１、アノードＡ２０３、第１のダイノードＤｙ１ ２０２（１）、中間ダイノード２０２（２）−２０２（Ｋ−１）及び最終ダイノード２０２（Ｋ）といった複数の電極を含む、光電子増倍管２００を含む。

光検出装置１０はまた、電圧フォロワ素子列ＶＦ１−ＶＦＫ２２８と、抵抗器Ｒ１−Ｒ（Ｋ＋１）２２４を含む電圧分割器と、電流源２９０とを含む、バイアス回路３０１を含む。
電圧フォロワ素子２２８は、制御入力、出力及び付加的入力を有することができる。電圧フォロワ素子によって与えられる電圧は、電圧フォロワ素子の制御入力に与えられる電圧に従う。

電圧フォロワ素子２２８は能動素子であり、トランジスタ、又はトランジスタ及びダイオードの組合せを有することができる。図３は、本発明の一実施形態による、電圧フォロワ素子の２つの非限定的な例、２２８（１）及び２２８（２）を示す。電圧フォロワ素子２２８（１）は、ＭＯＳＦＥＴトランジスタ３１２、並びに、ＭＯＳＦＥＴトランジスタ３１２のゲートとＭＯＳＦＥＴトランジスタ３１２のソースとの間に結合されたツェナーダイオード３１４を含む。ゲート電極は、電圧フォロワ素子２２８（１）の制御入力として機能する。ソース電極は、電圧フォロワ素子２２８（１）の出力として機能する。

電圧フォロワ素子２２８（２）は、バイポーラトランジスタ３１６、並びに、バイポーラトランジスタ３１６のベースとバイポーラトランジスタ３１６のエミッタとの間に結合されたツェナーダイオード３１８を含む。ベースは、電圧フォロワ素子２２８（２）の制御入力として機能し、エミッタは、電圧フォロワ素子２２８（２）の出力として機能する。

再び図１を参照すると、電圧分割器は、高電圧電源２３０に並列に接続される。図１には高電圧電源２３０が光検出装置１０に含まれるように描かれているが、高電圧電源２３０は光検出装置１０に属する必要はなく、それに接続されるだけでよい。

出力負荷２７０は、光検出装置１０に含まれるように描かれているが、光検出装置１０に属する必要はなく、それに接続されるだけでよい。出力負荷２７０は、バイアス回路３０１及びアノードに接続され、バイアス回路３０１から負荷電流２７２を受取り、負荷電流２７２をアノード２０３に供給するように描かれている。負荷素子２７０は、アノードの出力信号を受け取り、これを光検出装置１０の出力信号に変換するように配置される。

中間ダイノード２０２（２）−２０２（Ｋ−１）及び最終ダイノード２０２（Ｋ）の異なるダイノードは、電圧フォロワ素子列のうちの異なる対応する電圧フォロワ素子ＶＦ１−ＶＦＫに接続される。特に、ｊが２とＫとの間の範囲のｊ番目の電圧フォロワ素子ＶＦｊの出力ノードは、ｊ番目のダイノード２０２（ｊ）に接続される。

異なる電圧フォロワ素子ＶＦ１−ＶＦＫの制御入力は、電圧分割器の異なる対応する分岐点に結合され、これらの分岐点は、Ｒ（Ｋ＋１）からＲ２までの連続した抵抗器の間に定められる。

電流源２９０の第１の端部は、ＶＦ１及び第１のダイノード２０２（１）に接続され、電流源２９０の第２の端部は、カソード２０１、Ｒ１ ２２４の第１の端部、及び高電圧電源２３０の負極に接続される。

高電圧電源２３０の正極は、負荷素子２７０の基準ポート（負荷電流２７２を供給するための）、電圧分割器のＲ（Ｋ＋１）、及び電圧フォロワ素子ＶＦＫに接続される。

図１は、高電圧電源２３０の正極が接地されているように示しているが、高電圧電源２３０の正極は、接地レベルの電圧とは異なる電圧を供給するように配置することができる。

高電圧電源２３０は、電圧フォロワ素子２２８の制御入力に定電圧が供給されるように電圧分割器２２４の両端の電圧を一定に保ち、電圧フォロワ素子２２８は、複数のダイノードに対して、これらダイノードにより放出される電流にかかわりなく定電圧を出力するように配置され、これがＰＭＴの利得を実質的に不変に保つ。

光検出装置１０において、電圧フォロワ素子を通して流れる電流は、定電流を供給する電流源２９０によって設定することができる。電流レベルは、最大必要アノード電流を１０〜２０％だけ超えるレベルに設定することができる。

完全な暗闇において、アノード電流及びダイノード電流は無視できる（暗電流）。この場合、電流源から生成された全ての電流は、電圧フォロワを通して、高電圧電源２３０の正極から負極まで流れることができる。

図２は、本発明の一実施形態による光検出装置２０を示す。
光検出装置２０は、バイアス回路３０２を有する。

図２の光検出装置２０は、（ａ）第１のダイノード２０２（１）とカソード２０１との間に接続された付加的な電圧フォロワＶＦＣを有し、（ｂ）第１のダイノードとカソード２０１との間ではなく、高電圧電源２３０の負極とカソード２０１との間に接続された電流源２９０を有し、（ｃ）電流源と、電圧分割器の第１の抵抗器Ｒ１ ２２４との間に接続された付加的な抵抗器ＲＣ２２４を有する点で、図１の光検出装置１０と異なる。

図２に示す実施形態においては、カソード２０１における電圧もまた、カソード電流とは独立に一定に保たれる。さらにカソード電流内の過渡事象は、高電圧電源２３０の出力には加わらない。従って、高電圧電源２３０は過渡事象のない出力電圧を供給する。従って、ＰＭＴ利得変調は実質的に回避される。

図４は、本発明の種々の実施形態による電流源２９０（１）−２９０（３）を示す。
これらの電流源で、図１又は図２の電流源２９０を置き換えることができ、又は、これらを図５及び図６の電流源として用いることができる。

電流源２９０（１）は、空乏型ＭＯＳＦＥＴトランジスタ２９１及び抵抗器Ｒ’１ ２９２を含む。抵抗器Ｒ’１ ２９２は、空乏型ＭＯＳＦＥＴトランジスタ２９１のゲートとソースとの間に接続される。

電流源２９０（２）は、エンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴトランジスタ２９１、抵抗器Ｒ’１ ２９２及びＲ’２ ２９３、並びにツェナーダイオードＤ’２９４を含む。抵抗器Ｒ’１ ２９２は、エンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴトランジスタ２９１のゲートとドレインとの間に接続される。ツェナーダイオード２９４は、エンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴトランジスタ２９１のゲートと電流源２９０（２）の出力ノードとの間に接続される。抵抗器Ｒ’２ ２９３は、エンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴトランジスタ２９１のソースと電流源２９０（２）の出力ノードとの間に接続される。

電流源２９０（３）は、バイポーラトランジスタ２９１、抵抗器Ｒ’１ ２９２及びＲ’２ ２９３、並びにツェナーダイオードＤ’２９４を含む。抵抗器Ｒ’１ ２９２は、バイポーラトランジスタ２９１のベースとコレクタとの間に接続される。ツェナーダイオード２９４は、バイポーラトランジスタ２９１のベースと電流源２９０（３）の出力ノードとの間に接続される。抵抗器Ｒ’２ ２９３は、バイポーラトランジスタ２９１のエミッタと電流源２９０（３）の出力ノードとの間に接続される。

図５は、本発明の一実施形態による光検出装置５０を示す。
光検出装置５０は、バイアス回路３０５を有する。

図５の光検出装置５０は、以下の点で図１の光検出装置１０と異なる。
ａ．図１の電圧フォロワ素子ＶＦ１−ＶＦＫ２２８は、（図５においては）ＭＯＳＦＥＴトランジスタＱ１−ＱＫ２１１及びツェナーダイオードＤ１−ＤＫ２２６を含むように示されている。図５の各々の電圧フォロワ素子は、図３の電圧フォロワ素子２２８（１）の構成を有する。
ｂ．図１の電流源２９０は、空乏型ＭＯＳＦＥＴトランジスタＱＣＳ２１０及び抵抗器Ｒｅｓ２２５を含むように示されている。抵抗器Ｒｅｓ２２５は、空乏型ＭＯＳＦＥＴトランジスタＱＣＳ２１０のゲートとソースとの間に接続される。
ｃ．光検出装置５０は、ＣＲ１−ＣＲ（Ｋ＋１）で示されるＫ＋１個のコンデンサを含む、コンデンサの第１の列を含む。第１の列は、電圧分割器に並列に結合され、ここで、ｊ番目（ｊは１とＫ＋１との間の範囲）のコンデンサＣＲ（ｊ）が電圧分割器のｊ番目の抵抗器Ｒ（ｊ）に並列に接続される。Ｒ（Ｋ＋１）及びＣＲ（Ｋ＋１）は、ＱＫのゲート電極と負荷２７０との間に接続される。
ｄ．光検出装置５０は、Ｃｄｙ１−ＣｄｙＫ２２２で示されるＫ個のコンデンサを含む、コンデンサの第２の列を含む。ＣｄｙＫは、負荷と最終ダイノードＤｙＫとの間に接続され、第２の列のうちの他の各々のコンデンサは、一対の連続するダイノード間に接続される。

図６は、本発明の一実施形態による光検出装置６０を示す。
光検出装置６０は、バイアス回路３０６を有する。

図６の光検出装置６０は、以下の点で図２の光検出装置２０と異なる。
ａ．図２の電圧フォロワ素子ＶＦ１−ＶＦＫ２２８及びＶＦＣは、（図６においては）ＭＯＳＦＥＴトランジスタＱ１−ＱＫ及びＱＣ２１１、ツェナーダイオードＤ１−ＤＫ及びＤＣ２２６を含むように示されている。図６の各々の電圧フォロワ素子は、図３の電圧フォロワ素子２２８（１）の構成を有する。
ｂ．図２の電流源２９０は、空乏型ＭＯＳＦＥＴトランジスタＱｃｓ２９１及び抵抗器Ｒｃｓ２９２を含むように示されている。抵抗器Ｒｃｓ２９２は、空乏型ＭＯＳＦＥＴトランジスタＱｃｓ２９１のゲートとソースとの間に接続される。
ｃ．光検出装置６０は、ＣＲ１−ＣＲ（Ｋ＋１）で示されるＫ＋１個のコンデンサを含む、コンデンサの第１の列を含む。第１の列は、電圧分割器に並列に結合され、ここで、ｊ番目（ｊは１とＫ＋１との間の範囲）のコンデンサＣＲ（ｊ）が電圧分割器のｊ番目の抵抗器Ｒ（ｊ）に並列に接続される。Ｒ（Ｋ＋１）及びＣＲ（Ｋ＋１）は、ＱＫと負荷２７０との間に接続される。
ｄ．光検出装置６０は、Ｃｄｙ１−ＣｄｙＫ２２２で示されるＫ個のコンデンサを含む、コンデンサの第２の列を含む。ＣｄｙＫは、負荷と最終ダイノードＤｙＫとの間に接続され、第２の列のうちの他の各々のコンデンサは、一対の連続するダイノードの間に接続される。

図５及び図６に示す実施形態において、コンデンサ２２３の第１の列は、電圧分割器の抵抗器２２４が発生する熱ノイズを減少させる。この利点はまた、電圧分割器の両端間又はその１つ若しくは複数の部分の両端間にコンデンサを結合することによっても実現することができる。コンデンサ２２２の第２の列は、ダイノード２０２にかかる電圧を、対応するダイノード内の電流変動に対する電圧フォロワ（素子２２６及び２１１）の有限応答時間を補償することによって、一定に保つ。

図５及び図６の光検出装置から、コンデンサの第１の列及びコンデンサの第２の列のいずれかを省略することができること、並びに、光検出装置１０及び２０のいずれも、コンデンサの第１及び第２の列のうちの少なくとも一方を含むことができることに留意されたい。図５及び図６に示す実施形態において、コンデンサの第１及び第２の列の各々は、複数のコンデンサ素子を含むことができる。コンデンサの数は、電圧フォロワの数に依存する。本発明は、図示された実施形態に限定されず、コンデンサ列は、より少数のコンデンサを用いて実装することができる。

図５及び図６に示すバイアス回路は、電圧フォロワ素子の特定の実施形態２２８（１）に限定されない。図３に示す実施形態２２８（２）も同様に使用することができる。さらに、異なる電圧フォロワの実施形態を一緒に使用することができ、全ての電圧フォロワ素子が共通の構造を有する必要はない。

図５及び図６に示すバイアス回路は、電流源の特定の実施形態２９０（１）に限定されない。図４に示す他の実施形態のいずれか、及び図示されていない付加的な電流源構造を使用することができる。

図７は、本発明の一実施形態による方法９００を示す。
方法９００は、互いに並列に実行することができる段階９１０及び９２０を含む。

段階９１０は、光検出装置の光電子増倍管のカソードに当たる光を、光検出装置の出力信号に変換することを含むことができる。

段階９２０は、光検出装置のバイアス回路によって、光電子増倍管の複数のダイノードの各々のダイノードの電圧をそのダイノードによって放出される電流の変化にかかわらずに実質的に一定に保つことを含むことができ、ここで複数のダイノードは、第１のダイノード、中間ダイノード及び最終ダイノードを含み、光電子増倍管は、アノード及びカソードをさらに含み、バイアス回路は、電圧フォロワ素子列、電圧分割器及び電流源を含み、電圧分割器は、高電圧電源に結合され、中間ダイノード及び最終ダイノードの異なるダイノードは、電圧フォロワ素子列のうちの異なる電圧フォロワ素子に結合され、異なる電圧フォロワ素子の制御入力は、電圧分割器の異なる分岐点に結合され、電流源は、電圧分割器、電圧フォロワ素子列、及びカソードに結合され、アノードは、アノードの出力信号を受け取って光検出装置の出力信号に変換するように配置された負荷素子に結合される。

方法９００は、１０、２０、５０及び６０のうちのいずれの光検出装置によって実施することもできる。
段階９１０は、低い（例えば、１０，０００未満）、非常に低い、中間の、高い（例えば、百万を超える）又は非常に高いものとすることができる利得で光検出装置を動作させながら実施することができる。

本発明の一実施形態により、光電子増倍管の電極の電圧を一定に保つ方法であって、全てのダイノードに、直列に接続された対応する電圧フォロワ素子を通して電圧を供給するステップと、直列に接続された全ての電圧フォロワ素子に共通電流源から定電流を供給するステップとを含む方法が提供される。各々の電圧フォロワには、対応する抵抗電圧分割器によって供給することができ、ここで全ての抵抗電圧分割器は直列に接続される。本発明の一実施形態により、本方法は、付加的な電圧フォロワを通してカソード電圧を供給するステップをさらに含み、ここで電流源は、高電圧電源の負極とカソードとの間に接続される。本発明の別の実施形態により、本方法は、カソードを高電圧電源の負極に接続するステップと、電流源を、高電圧電源の負極と、複数のダイノードのうちの第１のダイノードとの間に接続するステップとをさらに含む。本発明の他の実施形態により、以下のステップ、即ち、１つ又はそれ以上の隣り合うダイノードの間にコンデンサを設けるステップ、カソードと隣接するダイノードとの間にコンデンサを備えるステップ、高電圧電源の正極と隣接するダイノードとの間にコンデンサを設けるステップ、複数のコンデンサを複数の抵抗素子の一部又は全部に並列に接続するステップ、及び、これらの任意の組合せステップのうちの１つ又はそれ以上のステップを実施することができる。

説明を簡単にするために、本発明の種々の実施形態を、個数Ｋのダイノードによって説明した。ダイノードの個数は、特定の用途の要件に従って変えることができることを理解されたい。通常、市販のＰＭＴは６乃至１４個のダイノードを含むが、これは本発明を制限するものではない。本発明は、１から始まる任意の数のダイノードを有するＰＭＴを用いて実施することができる。

本発明の特定の特徴を本明細書で示し、説明したが、今や、当業者には、多くの修正、置換、変更、及び等価物が思い浮かぶであろう。従って、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨の範囲に入るそれら全ての修正及び変更を含むことが意図されていることを理解されたい。

１０、２０、５０、６０：光検出装置
２００：光電子増倍管
２０１：フォトカソード
２０２（１）：第１のダイノード
２０２（２）−２０２（Ｋ−１）：中間ダイノード
２０２（Ｋ）：最終ダイノード
２０３：アノード
２１１、２９１、３１２：ＭＯＳＦＥＴトランジスタ
２２２、２２３：コンデンサ
２２４、２２５、２９２、２９３：抵抗器
２２６、２９４、３１４、３１８：ツェナーダイオード
２２８：電圧フォロワ素子
２３０：高電圧電源
２７０：出力負荷（負荷素子）
２７２：負荷電流
２９０：電流源
３０１、３０２、３０５、３０６：バイアス回路
３１６：バイポーラトランジスタ

Claims (15)

1. 光検出装置であって、
   フォトカソード、アノード、第１のダイノード、中間ダイノード及び最終ダイノードを含む複数の電極を備えた光電子増倍管と、
   電圧フォロワ素子列、電圧分割器及び電流源を備えたバイアス回路と
   を備え、
   前記電圧分割器は、高電圧電源の両端に結合され、
   異なるダイノードは、前記電圧フォロワ素子列の異なる電圧フォロワ素子に結合され、
   異なる電圧フォロワ素子の制御入力は、前記電圧分割器の異なる分岐点に結合され、
   前記電流源は、前記電圧分割器と、前記電圧フォロワ素子列と、前記カソードと、前記高電圧電源の負極とに結合され、前記電流源は、前記電圧フォロワ素子列の電流を設定し、
   前記アノードは、前記高電圧電源の正極に結合され且つ前記アノードの出力信号を受け取って前記光検出装置の出力信号に変換するように配置された、負荷素子に結合される、ことを特徴とする光検出装置。
2. 前記電流源は、前記第１のダイノードと前記カソードとの間に結合されることを特徴とする、請求項１に記載の光検出装置。
3. 前記電圧フォロワ素子列の１つの電圧フォロワ素子が、前記カソードと前記第１のダイノードとの間に結合され、前記電流源は、前記高電圧電源の負極と前記カソードとの間に結合されることを特徴とする、請求項１に記載の光検出装置。
4. 前記電圧フォロワ素子は、トランジスタを含むことを特徴とする、請求項１に記載の光検出装置。
5. 前記電圧フォロワ素子は、トランジスタ及びツェナーダイオードを含むことを特徴とする、請求項１に記載の光検出装置。
6. 前記バイアス回路は、前記電圧分割器の抵抗器列の１つの抵抗器に並列に各々が結合された、コンデンサの第１の列をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の光検出装置。
7. コンデンサの第２の列を備え、前記コンデンサの第２の列の各々のコンデンサは一対のダイノード間に結合されることを特徴とする、請求項６に記載の光検出装置。
8. 前記バイアス回路は、前記電圧分割器に並列に結合された第１のコンデンサをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の光検出装置。
9. コンデンサの列を備え、前記コンデンサの列の各々のコンデンサは一対のダイノード間に結合されることを特徴とする、請求項１に記載の光検出装置。
10. 前記電流源は、前記電圧分割器に定電流を供給するように配置され、前記電圧フォロワ素子は、前記ダイノードによって放出される電流の変化にかかわらずに実質的に一定の電圧を出力するように配置されることを特徴とする、請求項１に記載の光検出装置。
11. １０，０００を超えない利得で動作するように配置されることを特徴とする、請求項１に記載の光検出装置。
12. 光検出装置を動作させる方法であって、
    前記光検出装置の光電子増倍管のカソードに当たった光を、前記光検出装置の出力信号に変換するステップと、
    前記光検出装置のバイアス回路によって、前記光電子増倍管の複数のダイノードの各々のダイノードの電圧を前記ダイノードによって放出される電流の変化にかかわらずに実質的に一定に保つステップと
    を含み、
    前記複数のダイノードは、第１のダイノード、中間ダイノード及び最終ダイノードを含み、前記光電子増倍管は、アノード及びカソードをさらに備え、
    前記バイアス回路は、電圧フォロワ素子列、電圧分割器及び電流源を備え、前記電圧分割器は、高電圧電源の両端に結合され、異なるダイノードは、前記電圧フォロワ素子列の異なる電圧フォロワ素子に結合され、異なる電圧フォロワ素子の制御入力は、前記電圧分割器の異なる分岐点に結合され、前記電流源は、前記電圧分割器と、前記電圧フォロワ素子列と、前記高電圧電源の負極と、前記カソードとに結合され、前記電流源は、前記電圧フォロワ素子列の電流を設定し、
    前記アノードは、前記高電圧電源の正極に結合され且つ前記アノードの出力信号を受け取って前記光検出装置の出力信号に変換するように配置された、負荷素子に結合される、
    ことを特徴とする方法。
13. 前記電流源は、前記第１のダイノードと前記カソードとの間に結合されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
14. 前記電圧フォロワ素子列の１つの電圧フォロワ素子が、前記カソードと前記第１のダイノードとの間に結合され、前記電流源は、前記高電圧電源の負極と前記カソードとの間に結合されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
15. １０，０００を超えない利得で前記光検出装置を動作させるステップを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の方法。

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