WO2002067287A1

WO2002067287A1 - Photomultiplicateur

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Publication number: WO2002067287A1
Application number: PCT/JP2002/001625
Authority: WO
Inventors: Hisaki Kato; Hideto Kawai
Original assignee: Hamamatsu Photonics K. K.
Priority date: 2001-02-23
Filing date: 2002-02-22
Publication date: 2002-08-29
Also published as: DE60234996D1; EP1369900A4; JPWO2002067288A1; JPWO2002067287A1; US7102284B2; EP1369899A1; US6794629B2; US20040100193A1; EP1369899A4; EP1369900A1; US20040069932A1; JP4008354B2; WO2002067288A1; JP4008353B2; EP1369899B1

Description

明細書光電子増倍管技術分野

本発明は、複数のチャンネル毎に電子を増倍させるマルチチャンネル型の光電子増倍管に関する。背景技術

従来より、マルチチャンネル型の光電子増倍管として、第 1図に示す光電子増倍管 1 0 0が知られている。この従来の光電子増倍管 1 0 0は、受光面板 1 0 3の内側に光電面 1 0 3 aを備えている。光電面 1 0 3 a への光の入射に伴い、電子が光電面 1 0 3 aから放出される。収束電極 1 1 3は複数の収束片 1 2 3を備えており、光電面 1 0 3 aから放出された電子を各チャンネル毎に収束する。電子増倍部 1 ◦ 9は複数段のダィノード 1 0 8を備えており、チャンネル毎に収束された電子を、対応するチャンネル毎に増倍する。アノード 1 1 2が、こうしてチャンネル毎に多段増倍された電子を収集して、チャンネル毎の出力信号を送出する。発明の開示

本発明者らは、上記従来の光電子増倍管 1 0 0では、より精度の高い計測においては光のクロストークによりチャンネル毎の光信号の弁別が不十分であることを、発見した。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、光のクロストークを抑制して、チャンネル毎の光信号の弁別を向上させるようにした光電子増倍管を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明は、受光面板と、該受光面板と共に真空領域を形成するための、例えば、側管とステムとからなる壁部と、該受光面板の内側表面上であって該真空領域内部に形成され、該受光面板に入射した光によって電子を放出する光電面と、該真空領域内部に設けられ、複数の収束片を備え、各収束片が光無反射処理が施された表面を有し、各隣り合う 2つの収束片がその間に 1つのチャンネルを規定することにより複数のチャンネルを規定し該光電面から放出された電子をチャンネル毎に収束する収束電極と、該真空領域内部に設けられ、該収束電極によりチャンネル毎に収束された電子を、対応するチャンネル毎に増倍する電子増倍部と、該真空領域内部に設けられ、該電子増倍部によりチャンネル毎に增倍された電子に基づいてチャンネル毎に出力信号を送出するアノードとを、備えることを特徴とする光電子増倍管を提供している。

かかる構成の本発明の光電子増倍管では、光電面の任意のチャンネルに光が入射すると、当該チャンネルから電子が放出される。この電子は、対応する 2つの隣り合う収束片により、チャンネル毎に収束されて、電子増倍部の対応するチャンネルに導かれ、増倍される。アノードが当該チャンネルに関する出力信号を出力する。ここで、収束電極の各収束片が光無反射処理が施された表面を有しているため、光電面を抜け出た光が収束片に入射しても、収束片がこれを反射することが防止される。このため、収束片からの反射光が光電面に当たることで電子を放出し、その電子が隣のチャンネル等別のチャンネル内に入ってしまうことが防止される。

このように、本発明では、収束電極の各収束片の表面に光無反射処理を施すことによって、各収束片での光の反射を防止して無用な電子を光電面から放出させないようにしたため、光のクロストークを抑制することができ、チャンネル毎の光信号の弁別を向上させることができる。ここで、各収束片は、光無反射処理が施された表面として、酸化膜が形成された表面を有していることが好ましい。酸化膜は光を反射しないため、光無反射処理が施された表面を、簡単、かつ、確実に作成することができる。

もしくは、各収束片は、光無反射処理が施された表面として、金属をポーラス状に蒸着した蒸着膜が形成された表面を有しているのでも良い。金属をポーラス状に蒸着した蒸着膜も'、光を反射しないため、光無反射処理が施された表面を、簡単、かつ、確実に作成することができる。電子増倍部が、複数段のダイノードを備え、各段のダイノードが該複数のチャンネルに対応した複数の二次電子増倍片を有し、この複数段のダイノードが、収束電極からアノードに向かう方向へ順次配列されている場合には、これら複数段のダイノードのうち、光電面を見通す少なくとも 1段のダイノードを構成する複数の二次電子放出片の各々が、光無反射処理が施された表面を有していることが好ましい。

光電面から見通せる位置にある段のダイノード、換言すれば、光電面から直線上に望まれる位置にあるダイノードは、光電面から直線上に延ぴる経路上に光電面を直接望むように配置されているため、光電面を抜け出た光が入射する可能性がある。しかしながら、かかる段のダイノードを構成する複数の二次電子放出片の各々が光無反射処理が施された表面を有しているため、かかる段のダイノードが光電面を抜け出た光を反射することが防止される。したがって、この光が光電面に当たることで電子が放出されその電子が隣のチャンネル内に入ってしまうことが防止される。また、光電面を抜け出て隣のチャンネル内に入ってしまった予定外の光がかかる段のダイノードで反射して光電面から電子を放出させてしまうことも防止できる。

このように、光電面から見通せる位置にある段のダイノードを構成する各二次電子放出片の表面に光無反射処理を施すことにより、各二次電子放出片での光の反射を無くして、反射光による無用な電子を光電面から放出させないようにすることができる。したがって、光のクロストークを抑制することができる。

例えば、第 1段目のダイノードのみが光電面より見通せる位置にある場合には、第 1段目のダイノードの各二次電子放出片で光の反射が起きないよう、第 1段目のダイノ一ドを構成する各二次電子放出片の表面に光無反射処理を施せば良い。また、第 1段目及び第 2段目の両方のダイノードが光電面より見通せる位置にある場合には、これら第 1，第 2段目のダイノードの各二次電子放出片で光の反射が起きないよう、第 1，第 2段目のダイノードを構成する各二次電子放出片の表面に光無反射処理を施せば良い。

例えば、電子増倍部が、複数段のダイノードを備え、各段のダイノードが該複数のチャンネルに対応した複数の二次電子増倍片を有し、当該複数段のダイノードが、収束電極からアノードへ向かって第 1段から第 η段（ここで、 ηは 2以上の整数）までこの順に配列されている場合には、第 1段のダイノードを構成する複数の二次電子放出片の各々が、光無反射処理が施されている表面を有していることが好ましい。

このように、第 1段のダイノ一ドを構成する各二次電子放出片の表面に光無反射処理を施し、各二次電子放出片での光の反射を無くして、反射光による無用な電子を光電面から放出させないことにより、光のクロストークを抑制することができる。

この場合、更に、第 2段のダイノードを構成する複数の二次電子放出片の各々も、光無反射処理が施されている表面を有しているのでも良い。このように、第 1段と第 2段のダイノードを構成する各二次電子放出片の表面に光無反射処理を施し、各二次電子放出片での光の反射を無くして、反射光による無用な電子を光電面から放出させないことにより、光のクロストークを更に抑制することができる。

ここで、各二次電子放出片は、光無反射処理が施された表面として、酸化膜が形成された表面を有していることが好ましい。酸化膜は光を反射しないため、光無反射処理が施された表面を、簡単、かつ、確実に作成することができる。

もしくは、各二次電子放出片は、光無反射処理が施された表面として、金属をポーラス状に蒸着した蒸着膜が形成された表面を有しているのでも良い。金属をポーラス状に蒸着した蒸着膜も、光を反射しないため、光無反射処理が施された表面を、簡単、かつ、確実に作成することができる。

なお、電子増倍部は、複数段のダイノードが積層状に配置された積層タイプであることが好ましい。入射した電子をチャンネル毎に確実に増倍することができる。

また、受光面板は、その内部に、複数のチャンネルに 1対 1に対応して、複数の仕切り部を備え、各仕切り部が、受光面板内の 1つのチャンネルに入射した光が受光面板内の隣のチャンネルに侵入するのを防止することが好ましい。

受光面板の 1つのチャンネルに入射した光が隣のチャンネルに侵入するのが仕切り部により防止されているので、光のクロストークがより一層抑制される。

ここで、仕切り部は、例えば、光吸収ガラスで形成されていることが好ましい。光吸収ガラスによれば、 1つのチャンネルに入射し仕切り部に達した光を吸収するので、当該光が隣のチャンネルに侵入することを防止でき、光のクロストークを確実に抑制できる。

また、各 2つの隣り合う収束片が光電面の対応するチャンネル内の所定の領域から放出される電子を有効に収束して電子増倍部の対応するチヤンネルに導く場合には、受光面板が、各チャンネル内の任意の位置に入射した光を、光電面の対応するチャンネル内の所定の領域に集光する集光手段を備えていることが好ましい。集光手段が、受光面板のあるチヤンネル内の任意の位置に入射した光を、光電面のうち、対応するチヤンネルの所定の領域に集光させる。当該所定の領域で光から変換された電子は対応する 2つの隣り合う収束片によって確実に収束され、電子増倍部の対応するチャンネルに導かれて、増倍される。したがって、各チヤンネルに入射した光が、有効に増倍される。

ここで、集光手段は、前記複数のチャンネルに対応して、受光面板の外側表面上に配置された複数の集光レンズからなることが好ましい。

このように、集光手段が、チャンネル毎に対応して受光面板の外側表面に並べられた集光レンズを有する場合には、集光レンズが、チャンネル毎の光の集光を確実に行うことができる。

もしくは、集光手段は、複数のチャンネルに対応して受光面板の外側表面に形成された複数の集光レンズ形状部からなるのでも良い。

このように、受光面板の外側表面自体に複数の集光レンズ形状部を形成することで、簡単な構成にて、各チャンネル毎の光の集光を確実に行うことができる。図面の簡単な説明

第 1図は、従来の光電子増倍管の全体構成を示す断面図である。第 2図は、本発明の実施の形態に係る光電子増倍管の全体構成を示す断面図である。第 3図は、第 2図に示した本発明の実施の形態に係る光電子増倍管の要部拡大断面図である。

第 4図は、本発明の変更例に係る光電子増倍管の要部拡大断面図である。

第 5図は、本発明の別の変更例に係る光電子増倍管の要部拡大断面図である。発明を実施するための最良の形態

本発明の実施形態に係る光電子増倍管を第 2図乃至第 5図に基づき説明する。

なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

第 2図に示すように、本実施の形態に係る光電子増倍管 1は、略角筒形状の金属製側管 2を有している。側管 2の管軸方向の一側の開口端にはガラス製の受光面板 3が固定されている。受光面板 3の内表面には、光を電子に変換する光電面 3 aが形成されている。光電面 3 aは、受光面板 3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たものである。また、側管 2の管軸方向の他側の開口端には、フランジ部 2 aが形成されている。フランジ部 2 aには、金属製のステム 4の周縁部が、抵抗溶接等で固定されている。このように、側管 2と受光面板 3とステム 4とによって密封容器 5が構成されている _c また、ステム 4の中央には金属製の排気管 6が固定されている。排気管 6は、光電子増倍管 1の組立て作業終了後、密封容器 5の内部を真空ポンプ（図示せず）によって排気して真空状態にするのに利用されると共に、光電面 3 aの形成時にアルカリ金属蒸気を密封容器 5内に導入させる管としても利用される。複数のステムピン 1 0が、ステム 4を貫通するように、設けられている。これら複数のステムピン 1 0は、複数（この例では 1 0本）のダイノード用のステムピン 1 0と、複数（この場合、 1 6本）のアノード用ステムピンとを含んでいる。

密封容器 5内には、ブロック状で積層タィプの電子増倍器 7が固定されている。電子増倍器 7は、 1 0枚（1 0段）のダイノード 8を積層させた電子増倍部 9を有している。なお、ダイノード 8は、例えば、ステンレス製である。電子增倍器 7は、ステム 4に設けられた複数のステムピン 1 0によって密封容器 5内で支持されている。なお、各ダイノード 8力対応するダイノード用ステムピン 1 0と電気的に接続されている。また、電子増倍器 7の最下部には、多極型の平板状アノード 1 2が配置されている。このアノード 1 2は、セラミック製の基板 2 0上に複数枚（例えば 1 6枚）のアノード片 2 1を配列させた構造を有している。更に、電子増倍器 7は、光電面 3 aと電子増倍部 9との間に配置された平板状の収束電極 1 3を有している。なお、収束電極 1 3も、例えば、ステンレス製である。収束電極 1 3は、平行に配列した直線状の収束片 2 3を複数本（この場合、 1 7本）有している。隣接する収束片 2 3間にスリット状の開口部 1 3 aが形成されている。したがって、複数本（この場合、 1 6本）の開口部 1 3 aが、一方向（第 2図の左右方向）にリユアに配列されている。また、受光面板 3と光電面 3 aの各々には、収束電極板 1 3の複数（ 1 6本）の開口部 1 3 aに対向する複数（ 1 6本）の領域が、複数（1 6本）のチャンネル領域 Mとして、規定されている。したがって、これら複数（1 6本）のチャンネル領域 Mも、一方向（第 2図の左右方向）にリニアに配列されている。

同様に、電子増倍部 9の各段のダイノード 8は、平行に配列した直線状の二次電子放出片 2 4を複数本（この場合、 1 7本）有している。隣接する二次電子放出片 2 4間にスリット状の電子増倍孔 8 aが形成されている。したがって、複数本（開口部 1 3 aと同数（すなわち、 1 6本））のスリット状の電子增倍孔 8 aが、一方向（第 2図の左右方向）にリニァに配列されている。

各電子増倍経路 Lが、全段のダイノード 8の各電子増倍孔 8 aが段方向に配列することにより規定されている。各電子増倍経路と、収束電極板 1 3の各開口部 1 3 aと、受光面板 3と光電面 3 aの各チャンネル領域 Mとが、一対一で対応されており、 1つのチャンネル Aが規定されている。したがって、受光面板 3と光電面 3 aの複数（1 6本）のチヤンネル領域 Mと、収束電極板 1 3の複数（1 6本）の開口部 1 3 aと、電子増倍部 9の各段における複数（1 6本）の電子増倍孔 8 aとにより、複数（1 6本）のチャンネル Aが形成されている。これら複数のチャンネル Aは、一方向（第 2図の左右方向）にリニアに配列されている。アノード 1 2の各アノード片 2 1は、各チャンネル Aに一対一で対応するように基板 2 0上に並べられている。各アノード片 2 1は、対応するアノード用ステムピン 1 0に接続されている。かかる構成により、ァノード用のステムピン 1 0を介して個別的な出力を外部に取り出すことができるようになっている。

以上のように、電子増倍器 7は、リニアに配列された複数（例えば 1 6個）のチャンネル Aを有している。電子増倍部 9及ぴアノード 1 2には、ステムピン 1 0を介して、図示しないブリーダ回路より所定の電圧が供給されている。ここで、光電面 3 aと収束電極板 1 3には、同電位の電圧が印加される。また、電子増倍部 9の全 1 0段の各ダイノード 8 とアノード 1 2には、光電面 3 aに最も近い第 1段からァノード 1 2に最も近い第 1 0段、さらに、アノード 1 2に向かって、電位が順次高くなるように、電圧が印加される。

かかる構造において、受光面板 3を透過した光は、光電面 3 aのある位置に入射すると、電子に変換され、その電子は、対応するチャンネル

A内に入射することになる。この電子は、当該チャンネル Aにおいて、収束電極 1 3の開口部 1 3 aを通過し、その際、収束され、さらに、ダィノード 8の電子増倍経路 Lを通りながら、各段のダイノード 8で増倍されて、電子増倍部 9から放出される。こうして多段増倍された電子が対応するアノード片 2 1に入射する。この結果、当該所定のチャンネル Aのアノード片 2 1から、受光面板 3の対応するチャンネル位置に入射した光の量を個別的に示す所定の出力信号が出力される。

本実施の形態では、チャンネル A毎の光信号の弁別を向上させるベく、種々の光のクロストーク対策が施されている。

(受光面板内での光のクロストーク対策）

まず、本実施の形態では、受光面板内での光のクロストーク対策として、第 2図及ぴ第 3図に示すように、受光面板 3内に、光咴収ガラスがらなる仕切り部 2 6が、各チャンネル Aに対応するように、埋設されている。すなわち、各仕切り部 2 6が、収束電極 1 3の収束片 2 3に対応する位置に設けられている。この結果、受光面板 3内が仕切り部 2 6によってチャンネル A毎に仕切られ、受光面板 3内で光のクロストークが適切に防止されている。

ここで、仕切り部 2 6は、例えば、着色（例えば、黒色）が施された薄板ガラスから構成されており、光の吸収を可能ならしめている。

このように、仕切り部 2 6は、光吸収ガラス、特に、黒色ガラスで構成されることが好ましい。光吸収ガラス、特に、黒色ガラスは、光透過性を有していないため、光が隣のチャンネルに侵入することを完全に防止することができる。また、光吸収ガラス、特に、黒色ガラスによれば、受光面板 3に対してわずかに傾斜した角度で入射した光が仕切り部 2 6 に斜めに入射してきた場合でも、これを吸収するため、かかる斜め入射光を光電面 3 aに導かないようにすることができる。したがって、非平行光束が入射してきた場合には、当該非平行光束が受光面板 3を透過する際に、仕切り部 2 6が当該平行光束をコリメ一トして略平行光束とすることができ、したがって、略平行光束を光電面 3 aに入射させることができる。

なお、仕切り部 2 6は、白色ガラス等からなる光反射ガラスで構成しても良い。仕切り部 2 6を光反射ガラスで構成すれば、仕切り部 2 6に入射した光を反射することによって、入射光が隣のチャンネルに侵入するのを防止することができる。ただし、白色ガラスは光透過性をも有しているため、一部の光を隣のチャンネルに侵入させてしまう。したがつて、光を透過しない黒色ガラスの方が、より好ましい。また、白色ガラスは、光を反射するため、仕切り部 2 6に対して傾斜した入射角度で入射してきた光をも、光電面 3 aに導いてしまう。したがって、黒色ガラス等の光吸収ガラスとは異なり、コリメート効果を達成できない。したがって、略平行光のみを光電面 3 aに導きたい場合には、上記光吸収ガラス、例えば、黒色ガラスの方が好ましい。

(収束電極 1 3及び電子増倍部 9での光のクロストーク対策）本発明者らは、更に、光電面 3 aに入射した光が光電面 3 aを抜け出る場合があることに着目し、かかる光が与える影響について考察した。本発明者らは、従来の光電子増倍管 1 0 0 (第 1図）について、実験を行った。なお、収束電極 1 1 3の各収束片 1 2 3の断面形状は、その管軸方向の高さ（光電面 1 0 3 aに対して略垂直に延びる高さ） Xがその幅（光電面 1 0 3 aに対して略平行に延びる幅） yより短い（例えば、高さ Xが 0 . 0 8 3 mmで、幅 yが 0 . 1 8 m mである）横長タイプの略長方形であった。

実験の結果、受光面板 1 0 3の任意のチャンネル位 ¾に入射した光が光電面 1 0 3 aを抜け出る場合があり、かかる光が収束電極 1 1 3の収束片 1 2 3、または、ダイノード 1 0 8で反射され、この反射光が光電面 1 0 3 aに当たることで放出された電子が、隣のチャンネル内に入つてしまう場合や、光電面 1 0 3 aを抜け出た後隣のチャンネル内に直接入ってしまった予定外の光が収束電極 1 1 3やダイノード 1 0 8で反射して、光電面 1 0 3 aから電子を放出させてしまう場合があり、このため、光のクロストークが生じていることを発見した。

そこで、本実施の形態では、収束電極 1 3の各収束片 2 3の表面に光無反射処理を施し、各収束片 2 3で光を反射しないようにしている。具体的には、第 3図に示すように、各収束片 2 3の表面に酸化膜 2 7を形成している。したがって、第 3図に矢印 Sで示すように、光電面 3 aを抜け出た光が収束片 2 3に入射しても、収束片 2 3はこの光を反射しなレ、。すなわち、受光面 3の任意のチャンネル A内に入射した光が、光電面 3 aを抜け出て収束片 2 3に入射しても、反射光が生じないため、反射光が光電面 3 aの隣のチャンネルに入ってしまい無用な電子を放出させてしまうことが防止される。

ここで、酸化膜 2 7が形成された複数の収束片 2 3を備えた収束電極 1 3は、以下のように作成する。まず、従来の収束電極 1 3を作成する場合と同様に、所望の電極パタ一ン形状にエッチングされたステンレス製の電極板を作成し、これを洗浄した後、水素処理を施して電極板中のガスを水素と交換する。次いで、酸化炉内で、この電極板を真空及び高温（8 0 0〜 9 0 0 °C) 下で保持することで、電極板から水素を抜く。こうして、従来の製造工程と同様の工程にて、複数の収束片 2 3を備えた板状の収束電極 1 3を作製する。その後、この酸化炉内に、酸素を、大気圧程度になるまで、急激にリークさせる、すなわち、急激に導入することにより、収束電極 1 3の表面全体に黒色の酸化膜 2 7を成形させる。

本実施の形態では、電子増倍部 9では、第 3図に示すように、多段状に整列させた全 1 0段のダイノード 8のうちで、光電面 3 a側から第 1 段目及び第 2段目に位置するダイノード 8 A , 8 Bの各二次電子放出片 2 4 A , 2 4 Bは、光電面 3 a側から見た場合に見通せる位置にある。すなわち、第 1段目及ぴ第 2段目のダイノード 8 A, 8 Bの各二次電子放出片 2 4 A, 2 4 Bは、光電面 3 a側から直線上に延びる経路上に、光電面 3 aから直接望める位置に配置されている。一方、第 3段目〜第 1 0段目のダイノード 8は、電子増倍経路 Lが蛇行しているために、光電面 3 a側から見通すことができない。このため、光電面 3 aを抜け出た光は、第 1段目〜第 1 0 ^目のダイノード 8のうち、第 1段目、もしくは、第 2段目の二次電子放出片 2 4 A， 2 4 Bに入射し、その際、光電面 3 aの方向に反射される可能性がある。

そこで、本実施の形態では、第 1段目及ぴ第 2段目に位置するダイノード 8 A, 8 Bの各二次電子放出片 2 4 A, 2 4 Bの表面に光無反射処理を施すことにより、各二次電子放出片 2 4 A， 2 4 Bで光を反射しないようにしている。具体的には、第 3図に示すように、各二次電子放出片 2 4 A， 2 4 Bの表面に酸化膜 2 8を形成している。したがって、各二次電子放出片 2 4 A , 2 4 Bに、第 3図に矢印 P 1で示すように光電面 3 aを抜け出た光が入射しても、この光を反射しないようにすることができる。すなわち、受光面 3の任意チャンネルに入射した光が、光電面 3 aを抜け出た後、矢印 P 1に示すように、第 1段目、もしくは、第 2段目のダイノード 8 A、 8 Bにおける同一チャンネルの二次電子放出片 2 4 A， 2 4 Bに入射しても、反射光が生成されないため、反射光が光電面 3 aの隣のチャンネル内に入って無用な電子を放出させてしまうことが防止される。なお、酸化膜 2 8は、酸化膜 2 7を収束電極 1 3に形成する方法と同 —の方法により、第 1段、第 2段ダイノード 8 A , 8 Bに形成すれば良い。第 1段、第 2段ダイノード 8 A， 8 Bの各二次電子放出片 2 4 A , 2 4 Bには、酸化膜 2 8が形成された後、従来と同様、アンチモンが蒸着されアルカリ金属蒸気と反応させられる。なお、このようにアンチモンゃアルカリ金属が酸化膜 2 8上に付着しても、二次電子放出片 2 4 A , 2 4 Bは、酸化膜 2 8が有する黒色を維持するため、光を反射しない性能を維持することができる。また、酸化膜 2 8は完全な絶縁状態ではないため、二次電子放出片 2 4 A , 2 4 Bは所望の二次電子増倍性能を有' している。

本実施の形態では、更なる光のクロストーク対策として、第 3図に示すように、光電面 3 aを抜け出た光が、たとえ、第 1段もしくは第 2段のダイノード 8 A、 8 Bの二次電子放出片 2 4 A、 8 Bに入射しその一部の成分が反射しても、各収束片 2 3に遮られて、光電面 3 aの隣のチヤンネル内に戻らないようにしている。

具体的には、収束電極 1 3の各収束片 2 3の断面形状を、第 3図に示すように管軸方向の高さ X (光電面 3 aに対して略垂直に延びる高さ）がその幅 y (光電面 3 aに対して略平行に延びる幅）より長い縦長タイプの略長方形としている。そして、各収束片 2 3の管軸方向の高さ Xを、各チャンネル Aの第 1段及ぴ第 2段ダイノード 8 A, 8 Bの二次電子放出片 2 4 A , 2 4 Bの表面からは、光電面 3 aのうち、自らのチャンネルしか見通せず、隣のチャンネルが見通せないほどの大きさに設定している。このため、たとえ、第 1段、第 2段のダイノード 8 A、 8 Bの二次電子放出片 2 4 A, 2 4 Bが入射光 P 1を多少反射しても、この反射光は収束片 2 3に遮られて光電面 3 aの隣のチャンネルに戻ることができない。また、かかる収束片 2 3は、光電面 3 aを抜け出て隣のチャンネルに直接侵入しようとする入射光 P 2をも遮り、当該隣のチャンネルへの侵入自体を防止することもできる。このため、かかる予定外の光がダイノード 8 A、あるいは、 8 Bの二次電子放出片 2 4 A、 2 4 Bで反射されて光電面 3 aから電子を放出させてしまうことが防止される。このように、本実施の形態では、電子増倍部 9から光電面 3 aへの見通し角を小さくすることにより、開口部 1 3 aでの光のクロストークを更に防止している。

例えば、従来の光電子増倍管（第 1図）では各収束片 2 3の管軸方向の高さ Xが 0 . 0 8 3 mm、 Φ畐 yが 0 . 1 8 m mであったのに対し、本実施の形態では、高さ Xを 0 . 5 mm、幅 yを 0 . 2 m mと設定すれば良い。このように各収束片 2 3の管軸方向の高さ Xが高くなるために、各収束片 2 3の上部が、従来に比べて、光電面 3 aに近接している。具体的には、各収束片 2 3の上部と光電面 3 aとの距離が、従来では、 0 . 8 mm以上 1 mm以下の範囲内の値となっていたのに対し、本実施の形態では、 0 111 111以上0 . 3 5 m m以下の範囲内の小さな値となっている。このため、第 1段、第 2段ダイノード 8 A、 8 Bの二次電子放出片 2 4 A、 2 4 Bからは光電面 3 aの隣のチャンネルが見通せないようになつている。ここで、光電面 3 aと各収束片 2 3とには同一の電位が付与されるので、各収束片 2 3の上部と光電面 3 aとが直接接触し、その間の距離が O mmとなっても問題ない。このように各収束片 2 3の上部と光電面 3 aとを直接接触させれば、ダイノード 8 A、 8 Bからの反射光が隣のチャンネルに侵入するのをより確実に防止でき、かつ、光電面 3 a を抜け出た入射光 P 2が隣のチャンネルに侵入するのをも、より確実に防止できる。

なお、本実施の形態では、各収束片 2 3の管軸方向の高さ Xを高く構成することにより、各収束片 2 3の上部を光電面 3 aに近接させている力各収束片 2 3の下部と第 1段ダイノード 8 Aとの距離は、従来と同一の値としている。具体的には、従来の光電子增倍管（第 1図）の場合と同様、各収束片 2 3の下部と第 1段ダイノード 8 Aとの距離を 0 . 1 5 mmとしている。しかしながら、各収束片 2 3の管軸方向の高さ Xを高く構成することにより、各収束片 2 3の上部を光電面 3 aに近接させるのみならず、各収束片 2 3の下部をも第 1段ダイノード 8 Aに近接させても良い。各収束片 2 3の管軸方向の高さ Xを高く構成することにより、第 1段、第 2段ダイノード 8 A、 8 Bの二次電子放出片 2 4 A、 2 4 Bから光電面 3 aの隣のチャンネルが見通せないようになっているのであれば、任意の配置構成とすることができる。

更に、本実施の形態では、受光面板 3の外側表面 2 9に、集光部材 3 0が接着剤によって固定されている。集光部材 3 0は、外部からの光を各チャンネル A内に確実に入射させるためのものである。より詳しくは、集光部材 3 0は、複数個（すなわち、チャンネル Aの数（この場合、 1 6個））のガラス製の集光レンズ部 3 2から構成されている。各集光レンズ部 3 2は、 1つの凸レンズ面 3 1を有している。これら複数個の集光レンズ部 3 2が、一方向（第 2図、第 3図の左右方向）に並設された状態で、受光面板 3 aの外側表面 2 9に固定されている。

かかる構造の集光部材 3 0は、外部からの光を凸レンズ面 3 1によつて仕切り部 2 6間で集光させながら、光電面 3 aに確実に入射させることができる。したがって、光の集光性が高められると同時に光のクロストーク対策を確実なものとしている。

ここで、収束電極 1 3の各 2つの隣り合う収束片 2 3は、その形に対応した電子レンズ効果を発生する。より具体的には、各収束片 2 3は、その形状により定まるレンズ形状の電子レンズを発生する。ここで、本実施の形態では、既述のように、収束片 2 3の管軸方向の高さ Xが長くなっているため、発生する電子レンズは、光電面 3 aの各チャンネル（各チャンネル領域 M)の全領域のうち略中心に位置する所定の狭い領域（以下、「有効領域」という）で発生した電子しか十分に収束することができない。このため、本実施の形態では、各集光レンズ部 3 2にて、対応するチャンネル内の任意の位置に入射した光を、当該チャンネル内の中心部の有効領域に集めるようにしている。当該有効領域で光電変換により発生した電子は、対応する 2つの収束片 2 3によって有効に収束されて、電子増倍部 9の対応する電子増倍経路 Lに導かれる。

なお、集光部材 3 0としては、集光レンズ部 3 2の代わりに、光ファィバ等のライトガイドを利用しても良い。

以上のように、本実施の形態の光電子増倍管 1では、収束電極 1 3の各収束片 2 3の表面に酸化膜 2 7が形成されているので、各収束片 2 3 での光の反射を防止して、反射光による無用な電子を光電面 3 aから放出させないようにしている。

また、第 1段目及び第 2段目のダイノード 8 A， 8 Bの各二次電子放出片 2 4 A， 2 4 Bの表面に酸化膜 2 8が形成されているので、务二次電子放出片 2 4 A , 2 4 Bでの光の反射を防止して、反射光による無用な電子を光電面 3 aから放出させないようにしている。

更に、各収束片 2 3の管軸方向の高さ Xを高くすることにより、第 1 段目及ぴ第 2段目のダイノード 8 A， 8 Bの二次電子増倍片 2 4 A， 2 4 Bにより多少光が反射されてもその反射光が光電面 3 aの隣のチャンネルに戻るのを防止し、無用な電子を光電面 3 aから放出させない。更に、受光面板 3内に光吸収ガラスの仕切り部 2 6を設けて、受光面板 3内でのチャンネル A間での光のクロストークを防止している。

しかも、受光面板 3の外側表面 2 9上に、集光レンズ部 3 2をチャンネル A毎に対応して並べることで、各チャンネル A毎の光の集光を確実にしている。したがって、受光面板 3において、仕切り部 2 6間のチヤンネル A内で光を集光させながら、光を光電面 3 a内の各チャンネル A 内の所定の有効領域に確実に入射させることができる。したがって、光電面 3 aから放出される電子は、確実に、対応する収束片 2 3にて、対応するチャンネル Aの電子增倍経路 Lに導かれる。

以上のように、本実施の形態の光電子増倍管 1は、受光面板 3に入射した光によって電子を放出する光電面 3 aを有し、光電面 3 aから放出した電子をチャンネル毎に増倍させる複数段のダイノード 8からなる電子増倍部 9を有し、光電面 3 aと電子増倍部 9との間でチャンネル毎に電子を収束させる収束電極 1 3を有し、電子増倍部 9の各チャンネルで増倍させた電子に基づいてチャンネル毎に出力信号を送出するァノード 1 2を有している。そして、受光面板 3内には、各チャンネルに対応させて光吸収ガラスの仕切り部 2 6が設けられ、収束電極 1 3の各チャンネルを形成させる各収束片 2 3の表面には光無反射処理が施されて酸化膜 2 7が形成されており、複数段のダイノード 8のうちの光電面 3 a側から第 1段目及び第 2段目に位置するダイノード 8 A、 8 Bの各チャンネルを形成させる各二次電子放出片 2 4 A、 2 4 Bの表面には光無反射処理が施されて酸化膜 2 8が形成されており、さらに、収束電極 1 3の各収束片 2 3が、ダイノード 8 A、 8 Bの各二次電子放出片 2 4 A、 2 4 Bの表面から光電面 3 aの隣のチャンネルが見通せないような形状及ぴ大きさとすることにより、光のクロストークを抑制して、チャンネル毎の光信号の弁別を向上させている。

本発明に係る光電子増倍管は、前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ゃ改良が可能である。

例えば、上記説明では、光無反射処理として、収束片 2 3に酸化膜 2

7を形成し、二次電子放出片 2 4に酸化膜 2 8を形成していた。しかしながら、無反射処理は酸化に限定されるものではなく、光無反射処理として、各収束片 2 3と各二次電子放出片 2 4 A、 2 4 Bとに他の処理を施してもいい。

例えば、収束片 2 3と二次電子放出片 2 4 A、 2 4 Bとに、光吸収性の物質を蒸着等により形成しても良い。例えば、収束片 2 3と二次電子放出片 2 4 A、 2 4 Bとに、任意の金属（例えば、アルミニウム）をポ一ラス状に蒸着する。具体的には、低い真空度（例えば、約 1 0一⁵〜 1 0一⁶ t o r r ) の真空漕内で、ステンレス製の収束片 2 3と二次電子放出片 2 4 A、 2 4 Bとに金属（この場合、アルミニウム）蒸着を施す。当該低真空度の真空漕内では、金属分子が気体とぶっかりながら進むため、金属分子が大きな固まりとなった形で収束片 2 3や二次電子放出片 2 4 A、 2 4 Bに蒸着される。その結果、緻密でないために光を吸収して黒色を呈する蒸着膜（この例では、ブラックアルミ）が形成される。また、上記実施の形態では、受光面板 3の上に、複数の凸レンズ面 3 1を備えた集光部材 3 0が設けられていた。しかしながら、集光部材 3 0は設けなくても良い。代わりに、例えば、第 4図や第 5図に示すように、受光面板 3の外側表面 2 9自体の形状を、複数の凸レンズ面 3 1が並んだ形状にすれば良い。すなわち、複数の凸レンズ面 3 1を受光面板 3に一体的に形成すれば良い。

この場合、隣り合う凸レンズ面 3 1は、仕切り部 2 6において連結している。ここで、第 4図に示すように、隣り合う凸レンズ面 3 1が仕切り部 2 6の上端部において直接連結するようにしても良いし、第 5図に示すように、仕切り部 2 6の上端部が平坦であり、隣り合う凸レンズ面 3 1が仕切部 2 6の上端部を介して間接的に連結するようにしても良い。各収束片 2 3の断面形状は、長方形に限らず、管軸方向の高さ Xが幅 yより長ければ、任意の形状とすることができる。すなわち、各収束片 2 3は、光電面 3 aから見通せる段のダイノード（実施の形態では、第 1段と第 2段のダイノード 8 A、 8 B ) の各二次電子放出片 2 4 A、 2 4 Bが隣のチャンネルの光電面 3 aを見通せないような形状及ぴ大きさであれば良い。例えば、第 1段ダイノード 8 Aのみが光電面 3 aから見通せる場合には、第 1段ダイノード 8 Aの各二次電子放出片 2 4 Aが隣のチャンネルの光電面 3 aを見通せないような形状及ぴ大きさとすれば良い。また、上記実施の形態のように第 1段と第 2段ダイノード 8 A、 8 Bが光電面 3 aから見通せる場合には、第 1段と第 2段ダイノード 8 A、 8 Bの各チャンネルの二次電子放出片 2 4が隣のチャンネルの光電面 3 aを見通せないような形状及び大きさであれば良い。一方、第 3段以降も光電面 3 aから見通せる場合には、見通せるダイノード、すなわち、第 1段、第 2段のみならず第 3段目以降の見通せるダイノード 8の各チャンネルの二次電子放出片 2 4が光電面 3 aの隣のチャンネルを見通せないような形状及ぴ大きさであれば良い。

上記実施の形態では、各収束片 2 3及ぴ各二次電子放出片 2 4の全表面に無反射処理をしていたが、全表面の一部、例えば、光電面 3 aを見通している部分のみに無反射処理を施しても良い。

収束電極 1 3やダイノード 8はステンレス製でなくてもよく、任意の材料で構成することができる。

電子増倍部 9は、収束電極 1 3の後段に配置されるのであれば、ブロック状積層タイプのものに限られず、任意のタイプのものを採用することができる。

上記実施の形態では、第 3図のように、受光面板 3上に凸レンズ面 3 1を備えた集光部材 3 0を設けるか、もしくは、第 4図や第 5図のように、受光面板 3自体に ώレンズ面 3 1を形成していた。しかしながら、集光部材 3 0は設けなくてもよく、また、受光面板 3自体にも凸レンズ面 3 1を形成しなくても良い。

受光面板 3には仕切り部 2 6を設けなくてもいい。

また、上述の実施の形態の光電子増倍管は、チャンネル Aを平行に配列したリニアタイプのものであるが、チャンネル Aをマトリックス状に配列したものであっても良い。

上記実施の形態では、収束電極 1 3の各収束片 2 3の他、第 1段ダイノード 8 Aの各二次電子放出片 2 4 Aと第 2段ダイノード 8 Bの各二次電子放出片 2 4 Bにも光無反射処理がされていた。しかも、収束電極 1 3の各収束片 2 3の断面形状が、管軸方向の高さ Xが幅 yより長い縦長の長方形となっており、第 1段、第 2段ダイノード 8 A、 8 Bの各二次電子放出片 2 4 A、 2 4 Bの表面から隣のチャンネルの光電面 3 aが見通せないようになつていた。しかしながら、少なくとも、光電面 3 aの後段の部材のうち、光電面 3 aに最も近い部材である収束電極 1 3の各収束片 2 3が光無反射処理されていれば、各収束片 2 3での反射を防止することができるため、光のクロストークを抑制でき、チャンネル毎の光信号の弁別を向上させることができる。したがって、各収束片 2 3が光無反射処理されていれば、電子増倍部 9のいずれの段のダイノード 8 にも光無反射処理を施さなくても良い。また、各収束片 2 3の断面形状については、従来同様、管軸方向の高さ Xが幅 yより短い横長の長方形か、あるいは、管軸方向の高さ Xが幅 yと等しいような正方形であっても良い。すなわち、第 1段、第 2段ダイノード 8 A、 8 Bの各二次電子放出片 2 4 A、 2 4 Bの表面から隣のチャンネルの光電面 3 aが見通せるようになっていても良い。

また、電子増倍部 9に施す光無反射処理については、第 1段ダイノード 8 Aの各二次電子放出片 2 4 Aのみに光無反射処理をしても、光クロストークを抑制でき、チャンネル毎の光信号の弁別が向上する。もしくは、電子増倍部 9における複数段のダイノード 8の配置状態に応じて、全段のダイノード 8のうち光電面 3 aから見通せる段のダイノード 8の各二次電子放出片 2 4を光無反射処理するようにしてもよい。例えば、全段のダイノード 8のうち第 1段のみが光電面 3 aから見通せる場合には、第 1段ダイノード 8 Aの各二次電子放出片 2 4 Aのみに光無反射処理を施せばよい。また、上記実施の形態のように第 1段と第 2 段のダイノード 8が見通せる場合には、第 1段と第 2段ダイノード 8 A、 8 Bの各二次電子放出片 2 4 A、 2 4 Bに光無反射処理を施せばよい。一方、第 3段以降も見通せる場合には、見通せる段のダイノード、すなわち、第 1段、第 2段のみならず第 3段目以降の見通せるダイノード 8 の各二次電子放出片 2 4にも無反射処理を施せば良い。産業上の利用可能性

本発明に係る光電子増倍管は、検出分野等で使用されるレーザスキヤユング顕微鏡や D N Aシーケンサ等、微弱な光を検出する用途に幅広く用いられる。

Claims

請求の範囲

1 . 受光面板と、

該受光面板と共に真空領域を形成する壁部と、

該受光面板の内側表面上であって該真空領域内部に形成され、該受光面板に入射した光によって電子を放出する光電面と、

該真空領域内部に設けられ、複数の収束片を備え、各収束片が光無反射処理が施された表面を有し、各隣り合う 2つの収束片がその間に 1つのチャンネルを規定することにより複数のチャンネルを規定し該光電面から放出された電子をチャンネル毎に収束する収束電極と、

該真空領域内部に設けられ、該収束電極によりチャンネル毎に収束された電子を、対応すチヤンネル毎に增倍する電子増倍部と、

該真空領域内部に設けられ、該電子増倍部によりチャンネル毎に増倍された電子に基づいてチャンネル毎に出力信号を送出するアノードとを、備えることを特徴とする光電子増倍管。

2 . 前記電子増倍部が、複数段のダイノードを備え、各段のダイノードが前記複数のチャンネルに対応した複数の二次電子増倍片を有し、該複数段のダイノードが、前記収束電極から前記アノードへ向かって第 1段から第 n段（ここで、 nは 2以上の整数）までこの順に配列されており、該第 1段のダイノ一ドを構成する前記複数の二次電子放出片の各々が、光無反射処理が施されている表面を有していることを特徴とする請求項 1記載の光電子増倍管。

3 . 更に、前記第 2段のダイノードを構成する前記複数の二次電子放出片の各々が、光無反射処理が施されている表面を有していることを特徴とする請求項 2記載の光電子増倍管。

4 . 前記受光面板は、その内部に、前記複数のチャンネルに 1対 1に対応して、複数の仕切り部を備え、各仕切り部が、該受光面板内の 1つのチャンネルに入射した光が該受光面板内の隣のチャンネルに侵入するのを防止することを特徴とする請求項 1記載の光電子増倍管。