JPWO2007129492A1 - 光電子増倍管 - Google Patents

Abstract

この発明は、応答時間特性を改善するための構造を備えた光電子増倍管に関する。当該光電子増倍管の電子増倍部は、上段ユニット（２００）と下段ユニットを有する。上段ユニットは、収束電極（２３０）と、メッシュ電極（２２０）と、複数段のダイノードのうちホトカソードからの光電子が到達する第１ダイノード（ＤＹ１）を含む。上段ユニットは、隣接する電子増倍チャネル間のクロストークを防止するため、第１ダイノード（ＤＹ１）の長手方向に沿って割り当てられた複数の電子増倍チャネル用の有効領域を仕切るための仕切り板（２１０）をさらに含む。

Description

この発明は、光電子の入射に応答して複数段階に分けて順次二次電子を放出していくことにより二次電子のカスケード増倍を可能にする光電子増倍管に関するものである。

近年、核医学の分野では次世代ＰＥＴ（Positron-Emission Tomography）装置としてＴＯＦ−ＰＥＴ（Time-of-Flight-PET）の開発が盛んに進められている。特に、ＴＯＦ−ＰＥＴ装置は、体内に投与された放射性同位元素から放出される２本のガンマ線を同時計測するため、被写体を取り囲むよう配置される測定器として、優れた高速応答性を有する大量の光電子増倍管が使用される。

特に、より安定した高速応答性を実現するため、複数の電子増倍チャネルを用意し、これら複数の電子増倍チャネルで並行して電子増倍を行うマルチチャネル電子増倍管が、上述のような次世代ＰＥＴに適用されるケースも増えてきた。例えば特許文献１に記載されたマルチチャネル電子増倍管は、複数の光入射領域（それぞれが一つの電子増倍チャネルに割り当てられたホトカソード）に区分された１枚の入射面板を有するとともに、これら複数の光入射領域に割り当てられた電子増倍チャネルとして用意された複数の電子増倍部（複数段のダイノードで構成されたダイノードユニットとアノードにより構成）が１本のガラス管内に封入された構造を有する。このように１本のガラス管内に複数の光電子増倍管が含まれるような構造の光電子増倍管は、一般にマルチチャネル光電子増倍管と呼ばれている。

上述のようにマルチチャネル光電子増倍管は、入射面板に配置されたホトカソードから放出される光電子を一つの電子増倍部で電子増倍することでアノード出力を得るシングルチャネル光電子増倍管の機能を、複数の電子増倍チャネルが分担する構造を備える。例えば、４つの光入射領域（電子増倍チャネル用のホトカソード）が二次元に配置されたマルチチャネル電子増倍管では、一つの電子増倍チャネルに着目すると、入射面板に対して光電子放出領域（ホトカソードの有効領域）が１／４以下になるため、各電子増倍チャネルにおける電子走行時間差も改善し易くなる。その結果、シングルチャネル光電子増倍管全体における電子走行時間差と比較して、マルチチャネル電子増倍管全体における電子走行時間差の大幅な改善が期待できる。
国際公開ＷＯ２００５／０９１３３２号公報パンフレット

発明者は上述の従来のマルチチャネル光電子増倍管を検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、従来のマルチチャネル光電子増倍管では、ホトカソードからの光電子の放出位置に応じて、予め割り当てられた電子増倍チャネルで電子増倍が行われるため、電子増倍チャネルごとに電子走行時間差が低減するよう各電極配置が最適設計される。このように、各電子増倍チャネルにおける電子走行時間差の改善により、マルチチャネル光電子増倍管全体の電子走行時間差も改善され、その結果、マルチチャネル光電子増倍管全体の高速応答性を向上させている。

しかしながら、このようなマルチチャネル光電子増倍管は、電子増倍チャネル間の平均電子走行時間差のバラツキについては何ら改善されておらず、更なる高速応答性の改善が必要である。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、ホトカソードから放出される光電子の、放出位置に依存する光電子走行時間差を低減するための構造を実現することにより、全体としてT.T.S. (Transit Time Spread)やC.T.T.D. (Cathode Transit Time Difference)などの応答時間特性が大幅に改善された光電子増倍管を提供することを目的としている。

現在、ＴＯＦ（Time-of-Flight）機能が付加されたＰＥＴ装置の開発が行われている。このＴＯＦ機能付きＰＥＴ装置で使用される光電子増倍管は、C.R.T.（Coincident Resolving Time）応答特性も重要となる。従来の光電子増倍管は、ＴＯＦ機能付きＰＥＴ装置のC.R.T.応答特性に対する要求を満たしていなかった。そのため、この発明では、既存のＰＥＴ装置をベースとするため、バルブ外径は現状を維持し、ＴＯＦ機能付きＰＥＴ装置の要求を満たすC.R.T.測定が可能になるように軌道設計される。具体的には、C.R.T.応答特性と相関のあるT.T.S.を改善することとし、入射面板の全面におけるT.T.S.と各入射領域におけるT.T.S.のそれぞれが改善されるように軌道設計される。

この発明に係る光電子増倍管は、密封容器と、ホトカソードと、電子増倍部を少なくとも備える。密封容器は、所定の管軸に沿って伸びた中空胴体を有する。ホトカソードは、密封容器内に設けられており、所定波長の光の入射に応答して光電子を該密封容器内に放出する。電子増倍部は、密封容器内に設けられており、ホトカソードから放出された光電子をカスケード増倍していく複数段のダイノードを含む。

なお、電子増倍部は、上段ユニットと、下段ユニットを有する。これら上段ユニット及び下段ユニットは、ホトカソードから見て上段ユニット、下段ユニットの順に管軸に沿って配置されている。

上段ユニットは、収束電極と、メッシュ電極と、複数段のダイノードのうちホトカソードからの光電子が到達する第1ダイノードを含む。収束電極は、第１ダイノードとホトカソードとの間に配置されるとともに該第1ダイノードと同電位に設定される。メッシュ電極は、第１ダイノードとホトカソードとの間に配置されるとともに該第１ダイノードと同電位に設定される。

一方、下段ユニットは、複数段のダイノードのうち第1ダイノードを除く後段ダイノードと、該後段ダイノードを把持した状態で保持する一対の絶縁支持部材とを含む。

この発明に係る光電子増倍管において、上段ユニットは、第１ダイノードの長手方向に沿って並んだ２以上の電子増倍チャネル用の有効領域を仕切るための仕切り板を有する。通常、隣接する電子増倍チャネル間でクロストークが発生してしまう。隣接する電子増倍チャネル間で生じるクロストークは、各チャネルにおける電子走行時間差を著しく増加させる。これに対し、この構造によれば、仕切り板の存在により、一方の電子増倍チャネルにおいて増倍される電子は、隣接する他の電子増倍チャネルの有効領域に到達することはない。

この仕切り板は、収束電極の一部（フィン）を含んでもよい。この場合、仕切りは、ホトカソードから下段ユニットに向かって伸びたフィンだけでもよく、また、下段ユニットからホトカソードへ向かって伸びた別のフィンをさらに含んでもよい。上段ユニットが、電子増倍部全体を密封容器内の所定位置に設置するため、中空胴体の内壁にそれぞれ当接される２以上のバネ片を有するスプリング電極を含む場合、ホトカソードから下段ユニットに向かって伸びた該スプリング電極の一部（フィン）が、仕切り板として機能してもよい。

なお、この発明に係る各実施例は、以下の詳細な説明及び添付図面によりさらに十分に理解可能となる。これら実施例は単に例示のために示されるものであって、この発明を限定するものと考えるべきではない。

また、この発明のさらなる応用範囲は、以下の詳細な説明から明らかになる。しかしながら、詳細な説明及び特定の事例はこの発明の好適な実施例を示すものではあるが、例示のためにのみ示されているものであって、この発明の思想及び範囲における様々な変形および改良はこの詳細な説明から当業者には自明であることは明らかである。

以上のように、この発明によれば、仕切り板の存在により、一方の電子増倍チャネルにおいて増倍される電子は、隣接する他の電子増倍チャネルの有効領域に到達することはない。したがって、T.T.S.やC.T.T.D.などの応答時間特性が大幅に改善される。

は、この発明に係る光電子増倍管の一実施例の概略構成を示す一部破断図である。 は、図１に示された光電子増倍管の内部構造を、図1中の矢印Ａ及び矢印Ｂそれぞれに沿った方向から見た図である。 は、図１に示された光電子増倍管の入射面板を示す平面図である。 は、図１に示された光電子増倍管の、図３中に示されたI-I線、II-II線、III-III線それぞれに沿った断面構造を示す図である。 は、図１に示された光電子増倍管の、図３中に示されたIV-IV線、V-V線、VI-VI線それぞれに沿った断面構造を示す図である。 は、この発明に係る光電子増倍管における電子増倍部の下段ユニットの構造を説明するための組み立て工程図である。 は、図６に示された下段ユニットの一部を構成する一対の絶縁支持部材の構造を説明するための図である。 ８は、この発明に係る光電子増倍管における電子増倍部の上段ユニットの構造を説明するための組み立て工程図である。 は、この発明に係る光電子増倍管における電子増倍部の最終組み立て工程を説明するための斜視図である。 は、上段ユニットと下段ユニットとの結合構造を説明するための平面図である。 は、この発明に係る光電子増倍管における構造的特徴を説明するための斜視図である。 は、この発明に係る光電子増倍管であって、４つの電子増倍チャネルを有するマルチチャネル光電子増倍管の入射面板を示す平面図である。 は、この発明に係る光電子増倍管における構造的特徴及び効果を説明するため、ホトカソードからの光電子の軌道を説明するための図である。 は、比較例に係る光電子増倍管における光電子の軌道を説明するための図である。

符号の説明

１００…密封容器、１１０…ホトカソード、２００…上段ユニット、２１０…仕切り電極、２２０…メッシュ電極、２３０…収束電極、２３４、２４３ａ、２４３ｂ…仕切り板、２４０…スプリング電極、３００…下段ユニット、３１０ａ、３１０ｂ…絶縁支持部材、４００…電子増倍部。

以下、この発明に係る光電子増倍管の各実施例を、図１〜図１４を用いて詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一部位、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

図１は、この発明に係る光電子増倍管の一実施例の概略構成を示す一部破断図である。

この発明に係る光電子増倍管は、図１に示されたように、内部を所定の真空度まで減圧するためのパイプ６００（真空引き後に中実化される）が底部に設けられた密封容器１００と備えるとともに、この密封容器１００内に設けられたホトカソード１１０及び電子増倍部４００を備える。

上記密封容器１００は、内側にホトカソード１１０が形成された入射面板を有する円筒形の管胴と、複数のリードピン５００を貫通させた状態で支持しているステム（密封容器１００の底部）により構成されている。電子増倍部４００は、ステムから当該密封容器１００内に伸びたリードピン５００によって、該密封容器１００内の管軸ＡＸ方向の設置位置が規定される。また、電子増倍部４００は、上段ユニット２００と下段ユニット３００からなる二重構造を有する。

なお、図２において、領域（ａ）は、図１に示された光電子増倍管の内部構造を図1中の矢印Ａに沿った方向から見た図であり、領域（ｂ）は、図１に示された光電子増倍管の内部構造を図1中の矢印Ｂに沿った方向から見た図である。また、図３は、図１に示された光電子増倍管の入射面板を示す平面図である。図３からも分るように、以下の説明では、この発明に係る光電子増倍管の一実施例として、４つの電子増倍チャネル（以下、単にチャネルという）ＣＨ１〜ＣＨ４を有するマルチチャネル光電子増倍管について説明する。

特に、図４において、領域（ａ）は、図１に示された光電子増倍管の、図３中に示されたI-I線に沿った断面構造を示す図であり、領域（ｂ）は、図１に示された光電子増倍管の、図３中に示されたII-II線に沿った断面構造を示す図であり、領域（ｃ）は、図１に示された光電子増倍管の、図３中に示されたIII-III線に沿った断面構造を示す図である。また、図５において、領域（ａ）は、図１に示された光電子増倍管の、図３中に示されたIV-IV線に沿った断面構造を示す図であり、領域（ｂ）は、図１に示された光電子増倍管の、図３中に示されたV-V線に沿った断面構造を示す図であり、領域（ｃ）は、図１に示された光電子増倍管の、図３中に示されたVI-VI線に沿った断面構造を示す図である。

これら図２〜図５に示されたように、この発明に係る光電子増倍管では、密封容器１００内に、入射面板を介して到達した光に応じて光電子を該密封容器１００内に放出するホトカソード１１０と、ホトカソード１１０から放出された光電子をカスケード増倍する電子増倍部４００が配置されている。また、密封容器１００の内壁には、ホトカソード１１０へ所定の電位を供給するためのアルミ電極１２０が形成されている。

電子増倍部４００は、上段ユニット２００と下段ユニット３００から構成されている。上段ユニット２００は、管軸ＡＸを挟むように配置された一対の第１ダイノードＤＹ１（以下、単に第１ダイノードＤＹ１という）と、スプリング電極２４０と、収束電極２３０と、メッシュ電極２２０と、仕切り電極２１０から構成されている。一方、下段ユニット３００は、入射面板からステムに向かって順に配置された後段ダイノードＤＹ２、ＤＹ３−１、ＤＹ４〜ＤＹ８と、メッシュ型のアノード３３０が一対の絶縁支持部材３１０ａ、３１０ｂによって一体的に把持されている。後段ダイノードは、一対の第１ダイノードにそれぞれ対応して管軸を挟むよう配置された一対の第２ダイノードＤＹ２（以下、単に第２ダイノードＤＹ２という）と、それぞれプレート形状を有する第３〜第８ダイノードＤＹ３−１、ＤＹ４〜ＤＹ８を含む。第３〜第７ダイノードＤＹ３−１、ＤＹ４〜ＤＹ７それぞれは、４つの電子増倍チャネル用の電子増倍孔が同一面上に設けられている。また第８ダイノードＤＹ８は、プレート形状の反転型ダイオードである。メッシュ型のアノード３３０は、第７ダイノードＤＹ７と反転型ダイオードＤＹ８との間に配置されている。ここで、一対の第１ダイノードＤＹ１が、下段ユニット３００ではなく上段ユニット２００に含まれるよう構成されているのは、下段ユニット３００の一部を構成する一対の絶縁支持部材３１０ａ、３１０ｂの間隔によって制限されることなく、該第１ダイノードの長手方向の長さ、すなわち、割り当てられたチャネルの有効領域のサイズを任意に設定できるようにするためである。

なお、第２ダイノードＤＹ２と第３ダイノードＤＹ３−１との間には、第１ダイノードＤＹ１から第２ダイノードＤＹ２へ向かう二次電子の軌道を修正するための制御用ダイノードＤＹ３−２が配置されている。また、第１〜第７ダイノードＤＹ１、ＤＹ２、ＤＹ３−１、ＤＹ３−２、ＤＹ４〜ＤＹ７及び反射型ダイノードＤＹ８には、光電子あるいは二次電子を受け、新たに二次電子を放出する反転型の二次電子放出面が形成されている。

上段ユニット２００において、一対の第１ダイノードＤＹ１の一方は、第１チャネルＣＨ１と第２チャネルＣＨ２が割り当てられており、他方には、第３チャネルＣＨ３と第４チャネルＣＨ４が割り当てられている。第１ダイノードＤＹ１は、ホトカソード１１０へ向かって伸びた側壁２３０ａを有する収束電極２３０に溶接されており、該第１ダイノードＤＹ１と収束電極２３０との間には、密封容器１００に対する電子増倍部４００の設置位置を安定させるため、それぞれが該密封容器１００の内壁に当接される複数のバネ片２４２を有するスプリング電極２４０が配置されている。また、収束電極２３０には、ホトカソード１１０に対面する位置にメッシュ電極２２０が配置されている。このメッシュ電極２２０には、チャネルそれぞれに割り当てられた複数のチャネル用メッシュが設けられており、これらチャネル用メッシュは、密封容器１００の管軸ＡＸに対して傾いた状態で配置されている。また、メッシュ電極２２０は、該収束電極２３０と同電位に設定される。メッシュ電極２２０の上方には、チャネルＣＨ１〜ＣＨ４の電子走行空間を仕切るための仕切り電極２１０が配置されている。この仕切り電極２１０は、ホトカソード１００から離れた状態で一対の絶縁支持部材３１０ａ、３１０ｂに直接支持されており、ホトカソード１００の電位と収束電極２３０の電位の間の電位に設定される。

一方、下段ユニット３００において、一対の第２ダイノードＤＹ２は、上述の第１ダイノードＤＹ１と同様に、一方には、第１チャネルＣＨ１と第２チャネルＣＨ２が割り当てられており、他方には、第３チャネルＣＨ３と第４チャネルＣＨ４が割り当てられている。第３ダイノードＤＹ３−１〜第７ダイノードＤＹ７は、同一面上に第１〜第４チャネルＣＨ１〜ＣＨ４用の電子増倍孔が設けられた金属プレートである。なお、反転型ダイノードＤＹ８は、アノード３３０を通過した二次電子の軌道を再度メッシュ型のアノード３３０へ導くために用意されている。

次に、この発明に係る光電子増倍管における電子増倍部４００の構造を、図６〜図１０を用いて詳細に説明する。

まず、図６は、この発明に係る光電子増倍管における電子増倍部４００の下段ユニット３００の構造を説明するための組み立て工程図である。この図６において、下段ユニット３００は、各電極部材を把持した状態で保持する一対の絶縁支持部材（第１絶縁支持部材３１０ａ、第２絶縁支持部材３１０ｂ）を備える。具体的に、これら第１及び第２絶縁支持部材３１０ａ、３１０ｂは、それぞれ隣接するチャネルが割り当てられている一対の第２ダイノードＤＹ２、同一面上にチャネルそれぞれに割り当てられた電子増倍孔が設けられたプレート形状の第３ダイノードＤＹ３−１〜第７ダイノードＤＹ７、メッシュ型のアノード３３０、及びプレート形状の反転型ダイノードＤＹ８を一体的に把持している。また、第２ダイノードＤＹ２と第３ダイノードＤＹ３−１との間には、二次電子の軌道を修正するための制御用ダイノードＤＹ３−２が配置されている。第１及び第２絶縁支持部材３１０ａ、３１０ｂの上部には、上段ユニット２００の一部を構成する第１ダイノードＤＹ１を該第１及び第２絶縁支持部材３１０ａ、３１０ｂ上に安定的に搭載させるための保持電極３２０ａ、３２０ｂが固定される。一方、第１及び第２絶縁支持部材３１０ａ、３１０ｂの下部には、該第１及び第２絶縁支持部材３１０ａ、３１０ｂの間隔を維持させるとともに、各電極部材の把持状態を維持するための金属クリップ３４０ａ、３４０ｂが取り付けられる。

第２ダイノードＤＹ２には、隣接するチャネル（チャネルＣＨ１とＣＨ２、又は、チャネルＣＨ３とＣＨ４）を仕切る位置に切り欠き部ＤＹ２ｃが設けられるとともに、その両端には、第１及び第２絶縁支持部材３１０ａ、３１０ｂによって把持されるよう、固定片ＤＹ２ａ、ＤＹ２ｂが設けられている。同様に、第３ダイノードＤＹ３−１を構成するプレートには、第１〜第４チャネルＣＨ１〜ＣＨ４用の電子増倍孔が設けられており、この第３ダイノードＤＹ３−１を構成するプレートにもその両端に固定片ＤＹ３ａ、ＤＹ３ｂが設けられている。第４ダイノードＤＹ４もプレートにより構成されており、該プレートの両端に固定片ＤＹ４ａ、ＤＹ４ｂが設けられている。さらに、第５ダイノードＤＹ５は、該第５ダイノードＤＹ５を構成するプレートの両端に固定片ＤＹ５ａ、ＤＹ５ｂを有し、第６ダイノードＤＹ６は、該第６ダイノードＤＹ６を構成するプレートの両端に固定片ＤＹ６ａ、ＤＹ６ｂを有し、第７ダイノードＤＹ７は、該第７ダイノードＤＹ７を構成するプレートの両端に固定片ＤＹ７ａ、ＤＹ７ｂを有する。アノード３３０は、メッシュ型のプレートであり、このアノードプレートの両端にも固定片３３０ａ、３３０ｂが設けられている。また、反転型ダイノードＤＹ８は、該反転型ダイノードＤＹ８を構成するプレートの両端に固定片ＤＹ８ａ、ＤＹ８ｂを有する。

なお、制御用ダイノードＤＹ３−２は、チャネルＣＨ１、ＣＨ２と、チャネルＣＨ３、ＣＨ４とを仕切るように配置された状態で、第３ダイノードＤＹ３−１に溶接されている。また、第５ダイノードＤＹ５は、チャネルＣＨ１〜ＣＨ４に割り当てられたチャネル開口３５１が設けられたセラミックプレート３５０を備え、これらチャネル開口３５１それぞれに、電子増倍孔を有する制御電極３５２が配置されている。制御電極３５２それぞれは、互いに絶縁されており、個別に電位が設定可能であるため、これら制御電極３５２の電位をチャネルごとに調節することにより、電子増倍チャネルそれぞれにおける増倍率が個別に調節される。

図７は、図６に示された下段ユニット３００の一部を構成する一対の絶縁支持部材３１０ａ、３１０ｂの構造を説明するための図である。なお、第１絶縁支持部材３１０ａと第２絶縁支持部材３１０ｂは、同一形状であるため、以下、第１絶縁支持部材３１０ａについてのみ説明し、第２絶縁支持部材３１０ｂの説明は省略する。第２絶縁支持部材３１０ｂの各部は、第１絶縁支持部材３１０ａの各部を示す番号の添え字“ａ”が、添え字“ｂ”に変えられた番号で表されている。

第１絶縁支持部材３１０ａは、下段ユニット３００を構成するダイノード等の電極部材を支持する本体と、該本体からホトカソード１１０に向かって伸びた突起部３６０ａ（第２絶縁支持部材３１０ｂの対応部分は３６０ｂで表されている）から構成されている。

この第１絶縁支持部材３１０ａの本体には、第３ダイノードＤＹ３−１の固定片ＤＹ３ａ、第４ダイノードＤＹ４の固定片ＤＹ４ａ、第５ダイノードＤＹ５の固定片ＤＹ５ａ、第６ダイノードＤＹ６の固定片ＤＹ６ａ、第７ダイノードＤＹ７の固定片ＤＹ７ａ、アノード３３０の固定片３３０ａ、及び反転型ダイノードＤＹ８の固定片ＤＹ８ａが、差し込まれることにより、これら電極部材を第２絶縁支持部材３１０ｂとともに一体的に保持するための固定用スリットＤＹ３−３１１、ＤＹ４−３１１、ＤＹ５−３１１、ＤＹ６−３１１、ＤＹ７−３１１、３３０−３３１、ＤＹ８−３１１が設けられている（第２絶縁支持部材３１０ｂにおける本体も同様の固定用スリットが設けられている）。

第１絶縁支持部材３１０ａの上端部には、第１ダイノードＤＹ１を搭載するための構造が設けられている。具体的に、第１絶縁支持部材３１０ａの上端部には、第１ダイノードＤＹ１が直接載置される台座部３１４ａと、第１ダイノードＤＹ１の長手方向に直交する方向へ沿った該第１ダイノードＤＹ１のずれを防止するためのストッパー部３１５ａと、該第１ダイノードＤＹ１の長手方向に沿った該第１ダイノードＤＹ１のずれを防止する保持電極３２０ａ、３２０ｂが取り付けられる固定用スリット３１２ａが設けられている（第２絶縁支持部材３１０ｂの上端部も同様の構造を備える）。

第１絶縁支持部材３１０ａの突起部３６０ａには、第２ダイノードＤＹ２を保持するため、該第２ダイノードの固定片ＤＹ２ａが取り付けられる固定構造３１３ａが設けられている。また、突起部３６０ａには、収束電極２３０が直接載置される台座部３６１ａと、仕切り電極２１０が直接載置される台座部３６２ａも設けられている（第２絶縁支持部材３１０ｂの突起部３６０ｂに同様の構造を備える）。

図８は、この発明に係る光電子増倍管における電子増倍部４００の上段ユニット２００の構造を説明するための組み立て工程図である。

この上段ユニット２００は、チャネルＣＨ１〜ＣＨ４の電子走行空間を仕切るための仕切り電極２１０と、メッシュ電極２２０と、収束電極２３０と、スプリング電極２４０と、第１ダイノードＤＹ１により構成される。

仕切り電極２１０は、チャネルＣＨ１、ＣＨ２と、チャネルＣＨ３、ＣＨ４を区切る一対の第１電極２１２ａ、２１２ｂと、チャネルＣＨ１、ＣＨ３と、チャネルＣＨ２、ＣＨ４とを区切る第２電極２１１により構成されている。なお、これら第１電極２１２ａ、２１２ｂの両端には、下段ユニット３００の一部を構成する一対の絶縁支持部材３１０ａ、３１０ｂに対する当該仕切り電極２１０の設置位置を規定するとともに、当該仕切り電極２１０に所定電圧を印加するための接続片２１３ａ、２１３ｂが設けられたいる。

メッシュ電極２２０は、収束電極２３０に溶接される本体２２１と、それぞれが本体２２１に一体的に形成されるとともに管軸ＡＸに対して傾いた状態で配置されたチャネル用メッシュ２２２ａ〜２２２ｄを備える。

収束電極２３０は、電子増倍チャネルそれぞれに対応して設けられたチャネル開口２３１ａ〜２３１ｄが設けられた基板２３１と、この基板２３１を取り囲むように設けられた側壁２３２を備える。また、この収束電極２３０におけるチャネル開口２３１ａ〜２３１ｄには、第１ダイノードＤＹ１の固定片ＤＹ１ａ、ＤＹ１ｂが設置される切り欠き部２３３が設けられている。これら切り欠き部２３３において第１ダイノードＤＹ１の固定片ＤＹ１ａ、ＤＹ１ｂが溶接されることにより、スプリング電極２４０を介して第１ダイノードＤＹ１が収束電極２３０に固定される。したがって、この収束電極２３０と第１ダイノードＤＹ１は、同電位に設定される。さらに、この収束電極２３０の基板２３１には、ホトカソード１１０に向かって伸びた仕切り板２３４が設けられており、これら仕切り板２３４は、チャネルＣＨ１とチャネルＣＨ２を区分する一方、チャネルＣＨ３とチャネルＣＨ４を区分している。

スプリング電極２４０の基板２４１にも、電子増倍チャネルそれぞれに対応して設けられたチャネル開口２４１ａ〜２４１ｄが設けられており、このスプリング電極２４０は、収束電極２３０の下面に溶接される。また、スプリング電極２４０の基板外周には複数のバネ片２４２が設けられており、これら複数のバネ片２４２が密封容器１００の内壁に当接されることにより、電子増倍部４００全体の、密封容器１００内における設置位置（管軸ＡＸに直行する方向の位置）が規定される。また、スプリング電極２４０の基板２４１に設けられたチャネル開口２４１ａ〜２４１ｄそれぞれにも、収束電極２３０と同様に、第１ダイノードＤＹ１の固定片ＤＹ１ａ、ＤＹ１ｂを保持するための切り欠き部２４４が設けられている。また、このスプリング電極２４０には、下部に配置される第１ダイノードＤＹ１に向かって伸びた仕切り板２４３ａ、２４３ｂが設けられており、これら仕切り板２４３ａ、２４３ｂは、第１ダイノードＤＹ１に割り付けられた互いに隣接するチャネルの有効領域を区分する。

一対の第１ダイノードＤＹ１の一方は、チャネルＣＨ１、ＣＨ２が割り当てられた二次電子放出面を有し、その両端には固定片ＤＹ１ａ、ＤＹ１ｂが設けられている。また、他方の第１ダイノードＤＹ１は、チャネルＣＨ３、ＣＨ４が割り当てられた二次電子放出面を有し、その両端には固定片ＤＹ１ａ、ＤＹ１ｂが設けられている。これら固定片ＤＹ１ａ、ＤＹ１ｂは、スプリング電極２４０の各チャネル開口２４１ａ〜２４１ｄに設けられた切り欠き部２４４を介して、収束電極２３０の各チャネル開口２３１ａ〜２３１ｄに設けられた切り欠き部２３３に溶接される。これにより、一対の第１ダイノードＤＹ１が収束電極２３０の下部に固定される。

以上のように構成された下段ユニット３００上に、上段ユニット２００が搭載されることにより、電子増倍部４００が構成される。図９は、この発明に係る光電子増倍管における電子増倍部４００の最終組み立て工程を説明するための斜視図である。図９に示されたように、下段ユニット３００上に上段ユニット２００が搭載される際、収束電極２３０が一対の絶縁支持部材３１０ａ、３１０ｂの突起部３６０ａ、３６０ｂに支持された状態で、第１ダイノードＤＹ１が一対の絶縁支持部材３１０ａ、３１０ｂそれぞれに設けられた台座部３１４ａ、３１４ｂに載置される。このように、上段ユニット２００が下段ユニット３００上に搭載された状態で、第１ダイノードＤＹ１が一対の絶縁支持部材３１０ａ、３１０ｂに取り付けられた保持電極３２０ａ、３２０ｂにそれぞれ溶接される。また、収束電極２３０から離れた状態で一対の絶縁支持部材３１０ａ、３１０ｂの突起部３６０ａ、３６０ｂに載置された仕切り電極２１０の一部を構成する垂直電極２１２ａ、２１２ｂに設けられた接続片２１３ａ、２１３ｂには、密封容器１００のステムから伸びたリードピン５００と電気的に接続するための金属リード３５５が溶接される。

なお、図１０は、上段ユニット２００と下段ユニット３００との結合構造を説明するための平面図である。この図１０では、第１絶縁支持部材３１０ａ側の構造のみが示されており、同一構造である第２絶縁支持部材３１０ｂ側の構造は省略されている。

図１０に示されたように、下段ユニット３００の一部を構成する第１絶縁支持部材３１０ａの台座部３１４ａには、ストッパー部３１５ａによって位置決めされた第１ダイノードＤＹ１が載置される。このとき、第１ダイノードＤＹ１の側面は、固定用スリット３１２ａに一部挟まれた保持電極３２０ａが溶接される。

一方、第１絶縁支持部材３１０ａの突起部３６０ａは、第２ダイノードＤＹ２がその固定構造３１３ａに保持されている。また、この突起部３６０ａの台座部３６１ａには、下面にスプリング電極２４０の基板２４１が溶接される一方、上面にメッシュ電極２２０の本体２２１が溶接された収束電極２３０が搭載される。さらに、突起部３６０ａの台座部３６２ａには、仕切り電極２１０の一部を構成する垂直電極２１２ａ、２１２ｂが搭載される。このとき、垂直電極２１２ａ、２１２ｂの両端に設けられた接続片２１３ａ、２１３ｂにより、第１絶縁支持部材３１０ａに対する仕切り電極２１０の位置ずれが防止される。

以下、この発明に係る光電子増倍管における構造的特徴及びその効果について詳細に説明する。なお、当該構造的特長を説明するに当たり、他の構造は上述の第１〜図１０に示された構造と一致しており、重複する説明は省略する。

この発明に係る光電子増倍管の構造的特徴は、第１ダイノードＤＹ１の長手方向に沿って２以上のチャネルが配置された構造において、該第１ダイノードＤＹ１におけるチャネルそれぞれに対応する有効領域を仕切るための仕切り板２４３ａ、２４３ｂが設けられた点である。なお、この仕切り板２４３ａ、２４３ｂは、スプリング電極２４０に設けられてもよく、また、収束電極２３０に設けられてもよい。なお、図１１は、この発明に係る光電子増倍管における構造的特徴を説明するための斜視図である。また、図１２は、この発明に係る光電子増倍管であって、４つのチャネルを有するマルチチャネル光電子増倍管の入射面板を示す平面図（メッシュ電極は省略）である。

このように、チャネルそれぞれに対し、ホトカソード１１０から第１ダイノードＤＹ１へ光電子が向かう空間が割り当てられるよう、仕切り板２４３ａ、２４３ｂが設けられることにより、チャネル間のクロストークが効果的に低減される。すなわち、各チャネルにおける電子走行時間差が低減される（各チャネル間の電子走行時間差に影響する誤差要因の１つ）。なお、この発明に係る光電子増倍管では、管軸ＡＸに対して傾いた状態で収束電極２３０の側壁内２３０ａにメッシュ電極２２０が設置されているので、このメッシュ電極２２０と収束電極２３０との隙間を埋めるよう該収束電極２３０の基板２３１からホトカソード１１０に向かって伸びた仕切り板２３４が、さらに設けられてもよい（図１１参照）。

図１３は、この発明に係る光電子増倍管における構造的特徴及び効果を説明するため、ホトカソードからの光電子の軌道を説明するための図である。この図１３において、領域（ａ）及び（ｂ）それぞれは、この発明に係る光電子増倍管の断面構造を示す図であり、領域（ａ）は、領域（ｂ）におけるVIII-VIII線に沿った当該光電子増倍管の断面構造を示し、領域（ｂ）は、領域（ａ）におけるVII-VII線に沿った当該光電子増倍管の断面構造を示す。また、領域（ｃ）は、領域（ａ）におけるIX-IX線に沿った断面構造（管軸ＡＸに直交する面）を示す図である。なお、図１３において、領域（ａ）〜（ｃ）中に示されたａは、ホトカソード１１０から第１ダイノードＤＹ１へ向かう光電子の軌道を示し、ｂは、第１ダイノードＤＹ１から第２ダイノードＤＹ２へ向かう二次電子の軌道を示し、ｃは、第１ダイノードＤＹ１近傍の等電位線を示す。

この発明に係る光電子増倍管では、密封容器１００内の所定位置に電子増倍部４００を保持させるためのスプリング電極２４０が収束電極２３０と第１ダイノードＤＹ１との間に配置されており、このスプリング電極２４０に、第１ダイノードＤＹ１におけるチャネルそれぞれに対応する有効領域を仕切るための仕切り板２４３ａ、２４３ｂが設けられている。この場合、第１ダイノードＤＹ１から放出された二次電子は、第１ダイノードＤＹ１内に配置された仕切り板２４３ａ、２４３ｂにより形成される静電レンズ（等電位線ｃ）に従って、予めチャネルそれぞれに割り当てられている第２ダイノードＤＹ２における有効領域に確実に到達する。換言すれば、例えば、第１チャネルＣＨ１の電子増倍動作において、第１ダイノードＤＹ１から放出された二次電子は、第２ダイノードＤＹ２における隣接する第２チャネルＣＨ２に割り当てられた有効領域に到達することはない。

一方、図１４は、比較例に係る光電子増倍管における光電子の軌道を説明するための図である。この図１４において、領域（ａ）及び（ｂ）それぞれは、比較例に係る光電子増倍管の断面構造を示す図であり、領域（ａ）は、領域（ｂ）におけるXI-XI線に沿った比較例に係る光電子増倍管の断面構造を示し、領域（ｂ）は、領域（ａ）におけるX-X線に沿った比較例に係る光電子増倍管の断面構造を示す。また、領域（ｃ）は、領域（ａ）におけるXII-XII線に沿った断面構造（管軸ＡＸに直交する面）を示す図である。なお、図１４において、領域（ａ）〜（ｃ）中に示されたａ’は、ホトカソード１１０から第１ダイノードＤＹ１へ向かう光電子の軌道を示し、ｂ’は、第１ダイノードＤＹ１から第２ダイノードＤＹ２へ向かう二次電子の軌道を示し、ｃ’は、第１ダイノードＤＹ１近傍の等電位線を示す。

この比較例に係る光電子増倍管において、第１ダイノードＤＹ１内には、隣接するチャネルを仕切るための仕切り板は設けられていない。したがって、この比較例に係る光電子増倍管では、ホトカソード１１０から軌道ａ’を辿って第１ダイノードＤＹ１へ到達した後に該第１ダイノードＤＹ１から放出される二次電子は、所定の放出角度分布を有している。その結果、第１ダイノードＤＹ１から放出された二次電子は、第２ダイノードＤＹ２において隣接する別のチャネルに割り当てられた有効領域に到達してしまう可能性が発生する。この場合、隣接するチャネル間でクロストークが発生してしまう。隣接するチャネル間で生じるクロストークは、各チャネルにおける電子走行時間差を著しく増加させる。

以上の比較結果からも分かるように、この発明に係る光電子増倍管によれば、T.T.S.やC.T.T.D.などの応答時間特性が大幅に改善される。

以上の本発明の説明から、本発明を様々に変形しうることは明らかである。そのような変形は、本発明の思想および範囲から逸脱するものとは認めることはできず、すべての当業者にとって自明である改良は、以下の請求の範囲に含まれるものである。

この発明に係る光電子増倍管は、ポジトロンＣＴなどのセンサ部品として医療機器分野への適用が可能である他、放射線検出、光検出等の種々のセンサ技術への適用が可能である。

Claims (5)

1. 所定の管軸に沿って伸びた中空胴体を有する密封容器と、
   前記密封容器内に設けられた、所定波長の光の入射に応答して光電子を該密封容器内に放出するホトカソードと、そして、
   前記密封容器内に設けられた電子増倍部であって、前記ホトカソードから放出された光電子をカスケード増倍していく複数段のダイノードを含む電子増倍部とを備えた電子増倍管であって、
   電子増倍部は、前記複数段のダイノードのうち前記ホトカソードからの光電子が到達する第1ダイノード、該第１ダイノードと該ホトカソードとの間に配置されるとともに該第1ダイノードと同電位に設定された収束電極、及び、該第１ダイノードと該ホトカソードとの間に配置されるとともに該第１ダイノードと同電位に設定されたメッシュ電極とを含む上段ユニットと、そして、前記複数段のダイノードのうち前記第1ダイノードを除く後段ダイノード、該後段ダイノードを把持した状態で保持する一対の絶縁支持部材とを含む下段ユニットを有し、
   前記上段ユニットは、前記第１ダイノードの長手方向に沿って並んだ２以上の電子増倍チャネル用の有効領域を仕切るための仕切り板を有する光電子増倍管。
2. 請求項１記載の光電子増倍管において、
   前記仕切り板は、前記ホトカソードから前記下段ユニットに向かって伸びた、前記収束電極の一部を構成する１又はそれ以上のフィンを有する。
3. 請求項２記載の光電子増倍管において、
   前記仕切り板は、前記収束電極から前記ホトカソードに向かって伸びた、前記収束電極の一部を構成する１又はそれ以上の別のフィンをさらに含む。
4. 請求項１記載の光電子増倍管において、
   前記上段ユニットは、前記電子増倍部全体を前記密封容器内の所定位置に設置するため、前記中空胴体の内壁にそれぞれ当接される２以上のバネ片を有するスプリング電極を含み、そして、
   前記仕切り板は、前記ホトカソードから前記下段ユニットに向かって伸びた前記スプリング電極の一部を構成する１又はそれ以上のフィンを含む。
5. 請求項４記載の光電子増倍管において、
   前記仕切り板は、前記スプリング電極から前記ホトカソードに向かって伸びた、前記スプリング電極の一部を構成する１又はそれ以上の別のフィンをさらに含む。

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