JPH04315758A - 光電子増倍管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光電子増倍管に関するも
のであり，特に，管長を短くする光電子増倍管の電極構
造に関する。

【０００２】

【従来の技術】光電子増倍管は，微弱な入射光を光電面
で受け，光電面において光電変換によって発生した光電
子を２次電子増倍系で増倍して電気信号として取り出す
。光電子増倍管は，シンチレーション・カウンタなどの
種々の放射線検出器，分光器などに組み込まれて使用さ
れるが，これら光電子増倍管を用いる装置の小型化の要
望にともなって，光電子増倍管も小型化，特に，管長の
短縮が望まれている。

【０００３】「ボックス・アンド・グリッド」形光電子
増倍管は，通常，管頭部の光電面から射出される光電子
を直接受ける第１のダイノードと，この第１のダイノー
ドに光電子を収束させるフォーカス電極と，管底部近傍
に設けられたアノードと，第１のダイノードとアノード
との間に管長方向にほぼ直線状に配設される複数のダイ
ノードを有している。また，フォーカス電極の内部には
管軸方向中心にその中心をもつ光電子通過孔が穿孔され
ている。しかしながら，このボックス・グリッド形光電
子増倍管は，光電子増倍系，特に，複数のライン状に配
設された複数のダイノード群の長さが長いから，光電子
増倍管の管軸長が長くなるという問題がある。

【０００４】そのため，光電子増倍管の管長，特に，光
電子増倍系の管軸方向の長さを短縮する方法が種々提案
されている。その１例としては，ボックス・アンド・グ
リッド形光電子増倍管の第１のボックス形ダイノードの
管軸方向下部に格子状ダイノード群を管軸方向と直交す
る方向に配設し，第１のダイノードからの２次電子を格
子状ダイノード群に指向（偏向）させ増幅する第２，第
３のボックス形ダイノードをそれぞれ，第１のボックス
形ダイノードおよび格子状ダイノード群と同じ管軸方向
位置に配設した光電子増倍管が知られている（たとえば
，特開昭５９−１０８２５４号公報，参照）。この例に
おいても，光電子通過孔は管軸方向中心にその中心が一
致し，その下部に位置する第１のダイノードの中心も管
軸方向中心に一致している。この光電子増倍管において
は，ダイノードの管軸方向の全体の長さが第１のダイノ
ードの長さと第３ダイノード又は格子状ダイノード群の
長さを加えた長さだけになり，管軸長を非常に短縮でき
るという利点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，上記光
電子増倍管は，格子状ダイノードが第１のダイノードの
下に位置しているだけ分だけ依然として光電子増倍管の
管長が長いという問題がある。したがって，本発明はよ
り一層，管軸長を短縮した光電子増倍管を提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
，本発明は，第１段目のダイノードの管軸方向と直交す
る方向の位置に格子状ダイノードを配設する。かかる構
成を可能とするため，第１段のダイノードを管径の中心
からやや偏心した位置に配設し，これに対応して光電子
通過孔を管軸方向中心からずらし，フォーカス電極を光
電面から射出される光電子を光電子通過孔を通過して第
１段目のダイノードに均一に入射させるように構成する
。すなわち，本発明の光電子増倍管は，中心が管軸方向
中心からずれた位置に位置する光電子通過孔を有し，光
電面から射出された光電子が上記通過穴を通過するよう
に偏向させるフォーカス電極と，上記通過孔に対向し，
該通過孔を通って入射し上記フォーカス電極によって収
束される光電子を受け入れるように配設された第１段目
のダイノードと，このダイノードから放射される２次電
子を受け入れるように第１段目のダイノードとほぼ同じ
管軸位置に配設された格子状ダイノードとを備える。好
適には，上記フォーカス電極は，一端が光電面に向かっ
て開口し他端が上記光電子通過孔を有し，開口端側が傾
斜した円筒である円筒傾斜形電極と，この円筒傾斜形電
極の他端部の傾斜が低い部分の近傍に配設された部分円
形状電極とを有する。

【０００７】

【作用】管軸中心から偏心した位置に光電子通過孔が配
設され，この光電子通過孔に対向して第１段目のダイノ
ードが配設されている。フォーカス電極は光電面から射
出された光電子を光電子通過孔を通過させ第１段目のダ
イノードに収束させる。この第１段目のダイノードから
射出される２次電子は同じ管軸方向位置に位置する格子
状ダイノードに入射する。格子状ダイノードにおいて，
所望の増倍率になるまで２次電子が増倍されていく。コ
レクタ電極およびアノード電極は格子状ダイノードと同
じ管軸方向に位置しコレクタ電極を介して，増倍された
２次電子に対応する電気信号を検出信号として外部に出
力する。この電極配列によれば，ダイノード群の管軸方
向の長さは，上記ダイノードの管軸方向の長さだけにな
る。上記光電子通過孔およびダイノードの中心が管軸方
向中心から偏心している分を補正して，光電面からの光
電子を良好なユニフォーミティで上記ダイノードに収束
させるため，上記フォーカス電極は，上記円筒傾斜形電
極と上記部分円状電極を有することが好ましい。

【０００８】

【実施例】以下，本発明の光電子増倍管の実施例を添付
図面を参照して述べる。図１は本実施例の光電子増倍管
の管径中心，すなわち，図２の線Ｃ−Ｃから見た断面図
を示し，図２は図１の線Ｈ−Ｈから見た平面図を示す。 図１および図２において，光電子増倍管は，ガラス製外
管１，このガラス製外管１の頭部の内側に設けられたカ
ソード（光電面）３を有している。ガラス製外管１の内
側には，円筒傾斜形フォーカス電極６，半円形フォーカ
ス電極７，ボックス形ダイノード（電極）１０，格子状
電極群１１，アノード電極１４，および，板状ダイノー
ド１５が配設されている。ガラス製外管１の頭部は入射
光面２で閉鎖され，底部も真空引き後閉鎖されている。

【０００９】円筒傾斜形フォーカス電極６は，図１に図
示のごとく，半円形フォーカス電極７が配設される側が
低く，線Ｃ−Ｃ軸上の対向する側が高くなっている円筒
の電極である。すなわち，円筒傾斜形フォーカス電極６
は低壁部６１と高壁部６２を結んだ傾斜した円筒状のフ
ォーカス電極である。円筒傾斜形フォーカス電極６のカ
ソード３に対向する一端はカソード３からの光電子を受
け入れるように開口しているが，底部６３は光電子入射
孔８のみが開口している。すなわち，円筒傾斜形フォー
カス電極６は一端全面開口，他端部分開口した管軸方向
に傾斜した円筒状フォーカス電極構造をしている。光電
子通過孔８の中心８Ｃは管軸方向中心Ｙ−Ｙから距離Ｄ
１だけ偏心している。円筒傾斜形フォーカス電極６の低
壁部６１の側底部６３の上部に半円形フォーカス電極７
が配設されている。円筒傾斜形フォーカス電極６は半円
形フォーカス電極７とは協働してフォーカス電極として
機能する。その詳細については後述する。

【００１０】図３に第１段目のダイノードとしてのボッ
クス形ダイノード１０の斜視図を示す。ボックス形ダイ
ノード１０の光電子受容面１０Ａが光電子通過孔８と対
向し，かつ，光電子通過孔８の孔の大きさにほぼ一致す
る。したがって，ボックス形ダイノード１０の光電子受
容面１０Ａの中心も管軸中心Ｙ−Ｙから距離Ｄ１だけ偏
心している。ボックス形ダイノード１０の光電子通過孔
８に対向する面には，光電子の入射方向に直交する等電
位面を形成させるように網線１０Ｂが設けられている。 光電子受容面１０Ａには，たとえば，アンチモンとアル
カリ金属による２次電子放出面が形成されている。光電
子通過孔８を通過して方向Ａから光電子が入射して光電
子受容面１０Ａに射突すると，方向Ｂに２次電子が射出
される。方向Ｂには，格子状電極群１１，アノード電極
１４および板状ダイノード１５が配設されている。

【００１１】図４に格子状電極群１１，アノード電極１
４および板状ダイノード１５の斜視図を示す。図４の例
示においては，格子状電極群１１は２枚の第１の格子状
電極１１Ａおよび第２の格子状電極１１Ｂを示している
が，実際には必要な増倍率になるまで必要な段数だけこ
れらの格子状電極が設けられる。第２の格子状電極１１
Ｂの後段にアノード電極１４，さらに後段に板状ダイノ
ード１５が配設されている。第１の格子状電極１１Ａは
断面が山形の電極が複数個並列に配設され，これら山形
電極の頂部に山形電極と直交する方向に複数の第１の編
み目電極線１２Ａが平行して接続されている。これら山
形電極と第１の編み目電極線１２Ａとで格子を規定して
いる。第１の編み目電極線１２Ａは山形電極に入射する
２次電子の入射方向に直交する等電位面を形成するよう
に設けられている。第２の格子状電極１１Ｂの形状は第
１の格子状電極１１Ａの形状と同じである。第１の格子
状電極１１Ａは第２の格子状電極１１Ｂとは格子穴が，
この例では一致するように配設されている。第１の格子
状電極１１Ａの２次電子が射突する（入射される）山形
面には，たとえば，アンチモンとアルカリ金属で形成し
た２次電子放出面が形成されている。そして，山形形状
の２次電子放出面はそこから放射される２次電子を次段
の第２の格子状電極１１Ｂの対向する２次電子放出面に
射突させる。それにより，複数の格子状電極をタンデム
に配設することにより，従来のボックス・アンド・グリ
ッド形光電子増倍管の第２段以降のダイノードと同様の
機能を発揮させることができる。その結果，短い間隔で
，複数のダイノード段と同じ２次電増倍性能を有する光
電子増倍系を構成できる。コレクタ電極１４は編み目状
の電極である。また，板状ダイノード１５は板状の電極
である。

【００１２】上述した電極の電位印加条件について述べ
る。印加電位は，最低位の電位が印加されるカソード３
から，半円形フォーカス電極７，傾斜形フォーカス電極
６，ボックス形ダイノード１０，格子状電極群１１，板
状ダイノード１５，アノード電極１４の順に高い電位が
印加される。半円形フォーカス電極７の電圧は，カソー
ド３に印加される電圧と同じである。ただし，より好適
には，半円形フォーカス電極７に印加させる電位Ｖ７を
，カソード３の印加電位Ｖ３より高く，半円形フォーカ
ス電極７の印加電位Ｖ７より低くすること，すなわち，
半円形フォーカス電極７の印加電位Ｖ７を，カソード３
の印加電位Ｖ３と傾斜形フォーカス電極６の印加電位Ｖ
６との間に設定する。このように印加電圧を設定すると
，カソード３から放出される光電子を光電子通過孔８を
通過させ，ボックス形ダイノード１０の光電子受容面１
０Ａに光電子を収束させるユニフォーミティを良好にす
ることができる。この場合，半円形フォーカス電極７用
に電圧線（図示せず）を別途配設する。

【００１３】上記電圧印加条件とともに，円筒傾斜形フ
ォーカス電極６および半円形フォーカス電極７を図示の
如く構成することにより，管軸中心から偏心した位置に
穿孔されている光電子通過孔８，および，この光電子通
過孔８に対向してやはり管軸中心から偏心して配設され
ているボックス形ダイノード１０の光電子受容面１０Ａ
に，光電面３から射出された光電子を，光電子通過孔８
を通過させてボックス形ダイノード１０の光電子受容面
１０Ａに収束させることができる。すなわち，円筒傾斜
形フォーカス電極６を，低壁部６１と高壁部６２とを有
する傾斜した円筒形にし，低壁部６１近傍における電位
の不足を補い，良好なユニフォーミティが確立されるよ
うに，半円形フォーカス電極７が設けられている。

【００１４】上記のごとく，円筒傾斜形フォーカス電極
６および半円形フォーカス電極７を構成することにより
，光電子通過孔８およびボックス形ダイノード１０を管
軸中心から距離Ｄ１だけ偏心して配設することができる
。その結果として，従来と同じ管径であっても，ボック
ス形ダイノード１０の管径方向に空間的な余裕が生ずる
。この空間的余裕に，図４に図示した，格子状電極群１
１，アノード電極１４および板状ダイノード１５を，図
１に示すように，ボックス形ダイノード１０の配設市と
同じ管軸方向位置に配設できる。管軸方向の長さは，ボ
ックス形ダイノード１０が一番長いから，これらの電極
は全て，管軸方向にボックス形ダイノード１０の高さ（
管軸方向長さ）に収まる。カソード３と光電子通過孔８
までの距離は従来と同様である。したがって，上記本実
施例の光電子増倍管は，光電子通過孔８からガラス製外
管１の底部までの距離が短縮されるだけ，全体としての
管長も短縮される。

【００１５】同じ仕様の上述した光電子増倍管の寸法と
上記本実施例の光電子増倍管の寸法の比較例を下記に示
す。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　従来例（ｍｍ）　　　　本実施例（ｍｍ）　　　
　管径：Ｄ　　　　　　　　　　　　　　　　　　５０
．８　　　　　　　　　　同左　　　　光電子収束距離
：Ｌ１　　　　　　３２．０　　　　　　　　　　同左
　　　　電極構成距離：Ｌ２　　　　　　　　４５．０
　　　　　　　　　　約２９．０　　　　管長：Ｌ　　
　　　　　　　　　　　　　　　　７７．０　　　　　
　　　　　約６１．０この例においては，電極構成距離
Ｌ２が１６．０（ｍｍ）短くなり，管長Ｌも同じだけ短
くなっている。なお，この例においては，管軸中心から
光電子通過孔８およびボックス形ダイノード１０の光電
子受容面１０Ａの中心８Ｃの偏心距離Ｄ１は５（ｍｍ）
，ボックス形ダイノード１０の管径方向距離Ｌ１０は２
０（ｍｍ），格子状電極群１１〜板状ダイノード１５の
長さＬ１１はほぼ１５（ｍｍ）である。

【００１６】本実施例のユニフォーミティの測定結果を
以下に示す。図５は図２に示したものと同様のフォーカ
ス電極６の底面部６３，光電子通過孔８，および半円形
フォーカス電極７の面の断面図である。図６（ａ），（
ｂ）はそれぞれ，図５の管軸中心Ｃと直交する面におけ
る直交軸ＸとＹにおけるカソード５のユニフォーミティ
（実線）およびダイノード１０のユニフォーミティ（破
線）を示す。横軸はそれぞれ管軸中心Ｃを０．０（ｍｍ
）として正負の距離（ｍｍ）をとっている。縦軸は相対
出力電流（％）を示す。この測定においては，管径が５
５（ｍｍ）の光電子増倍管を用い，供給電圧が１０００
（Ｖ），光電面に入射する光の波長は４２０ｎｍであっ
た。図６（ａ），（ｂ）の波形から明らかなように，均
一なユニフォーミティが得られている。換言されば，上
述のようにフォーカス電極を構成することにより，光電
子等化孔８を軸中心から偏心させても，良好なユニフォ
ーミティが得られた。

【００１７】以上，本発明の光電子増倍管について１実
施例を述べたが，本発明の実施に際しては，上述したも
のの他，種々の変形形態をとることできる。たとえば，
フォーカス電極して協働する１対の円筒傾斜形フォーカ
ス電極６および半円形フォーカス電極７を上記構成の他
にも構成することができる。上記例においては，半円形
フォーカス電極７を円筒傾斜形フォーカス電極６の底部
６３に平行し低壁部６１の近傍に平面が部分円（半月）
の平板の電極とした場合を例示したが，平板に代えて編
み目状の電極にしてもよく，また，円筒傾斜形フォーカ
ス電極６と形状との関係で，底部６３に対して傾斜する
ように配設してもよい。上記とは逆に，円筒傾斜形フォ
ーカス電極６の形状を，半円形フォーカス電極７との挙
動関係をもって，種々変形させることができる。要する
に，円筒傾斜形フォーカス電極６と半円形フォーカス電
極７とは，管軸方向中心から偏心した位置にある光電子
通過孔８を通過させ，同じく偏心した位置にあるボック
ス形ダイノード１０に，均一な光電子を収束させるよう
に構成されていればよく，かかる観点から，種々の構造
をとることができる。

【００１８】同様に，上述したボックス形ダイノード１
０と格子状電極（ダイノード）群１１とも種々の変形形
態をとることができる。これらのダイノードも協働して
光増倍機能を示すもであるから，上述した２次電子指向
（偏向）関係を保ち，所定の増率を達成可能な構成であ
れば，例示した形状に限定されない。

【００１９】図１に図示の光電子増倍管は，光電面３の
面積と円筒傾斜形フォーカス電極６の底部６３の面積と
がほぼ等しい大きさの光電子増倍管であるが，光電面３
の面積を大きくとり，より入射光を受光可能にした光電
子増倍管についても本発明が適用可能なことは言うまで
もない。勿論，この場合，光電子軌跡が異なるから，円
筒傾斜形フォーカス電極６および半円形フォーカス電極
７の形状なども，上述した原理に基づいて変更する。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたように，本発明によれば，ダ
イノードと光電子入射孔とを管軸方向中心から偏心させ
ることにより，管径方向のダイノード設置空間を生み出
し，その空間に格子状電極群を配設することにより，性
能を維持したまま，光電子増倍管の管長を短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光電子増倍管の断面図である。

【図２】図１の線Ｈ−Ｈにおける平面図である。

【図３】図１におけるボックス形ダイノードの斜視図で
ある。

【図４】図１に示した格子状電極群，アノード電極およ
び板状ダイノードの斜視図である。

【図５】図２と同様，図１の線Ｈ−Ｈにおける平面図で
ある。

【図６】本実施例のユニフォーミティを示す図である。

【符号の説明】

１・・ガラス製外管，　　　　　　　　　　２・・入射
光面，３・・カソード，　　　　　　　　　　６・・円
筒傾斜形フォーカス電極，７・・半円形フォーカス電極
，　　８・・光電子通過孔，１０・・ボックス形ダイノ
ード，１１・・格子状電極群，１４・・アノード電極，
　　　　　　　　１５・・板状ダイノード，１０Ａ・・
光電子受容面，　　　　１０Ｂ・・網線，１１Ａ，１１
Ｂ・・第１，第２の格子状電極，１２Ａ，１２Ｂ・・第
１，第２の編み目電極線，６１・・低壁部，　　　　　
　　　　　　　　　６２・・高壁部，６３・・底部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　中心が管軸方向中心から偏心した位置
   に位置する光電子通過孔を有し，光電面から射出された
   光電子が該通過穴を通過するように偏向させるフォーカ
   ス電極と，該通過孔に対向し，該通過孔を通って入射し
   該フォーカス電極によって収束される光電子を受け入れ
   るように配設された第１段目のダイノードと，該第１段
   目のダイノードから放射される２次電子を受け入れるよ
   うに該第１段目のダイノードとほぼ同じ管軸方向と直交
   する方向の位置に配設された格子状ダイノードとを備え
   たことを特徴とする光電子増倍管。
2. 【請求項２】　　該フォーカス電極は，一端が光電面に
   向かって開口し他端が前記光電子通過孔を有し，該開口
   端側が傾斜した円筒である円筒傾斜形電極と，該円筒傾
   斜形電極の他端部の傾斜が低い部分の近傍に配設された
   部分円形状電極とを有する請求項１記載の光電子増倍管
   。