(57)【要約】本発明は、電子放出面との粒子の衝突で生じる電子信号を増幅する為の装置を提供する。この装置は、入力粒子を受け取るように構成され、それにより１つ以上の二次電子を放出するように構成された第１電子放出面と、第１電子放出面によって放出された１つ以上の二次電子から、増幅された電子信号を形成するように構成された、一連の第２電子放出面及びこれに続く電子放出面と、増幅される電子信号を形成するに十分なバイアス電圧を１つ以上の放出面に印加するように構成された１つ以上の電源と、を含む。この装置は、一連の第２電子放出面及びこれに続く電子放出面の末端部の電子放出面が、残りの電子放出面の電流よりも高い電流を引き込むように構成される。本装置は、例えば、大規模な分光計における検知器の一部として使用され得る。
2019517727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子が電子放出面と衝突することによって生じる電子信号を増幅する為の装置にして、
入力粒子を受け入れるように構成され、それによって１つ以上の二次電子を放出するように構成された、第１の電子放出面と、
第１の電子放出面によって放出された１つ以上の二次電子から、増幅された電子信号を形成するように構成された、一連の第２の電子放出面及びこれに続く電子放出面と、そして、
１つ以上の電子放出面に、上記増幅された電子信号を形成するに十分なバイアス電圧を印加するように構成された、１つ以上の電源と、を備え、
上記一連の第２の電子放出面及びこれに続く電子放出面に関して、その末端部の電子放出面が、その残りの電子放出面の電流よりも高い電流を引き込む、ように構成された装置。
【請求項２】
第１の電源と、少なくとも第２の電源とを備え、これらの電源の各々は、独立して、
(i)     
異なる電子放出面に、及び／又は、
(ii)   
異なるグループの電子放出面に、バイアス電圧を印加するように構成さ
れている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
上記放出面の少なくとも２つは、個別の放出面である、請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
上記放出面の各々は、個別の放出面である、請求項１又は２記載の装置。
【請求項５】
上記個別の放出面は、個別のダイノードである、請求項３又は４記載の装置。
【請求項６】
上記放出面の少なくとも１つは、連続的な放出面である、請求項１又は２記載の装置。
【請求項７】
上記連続的な放出面は、連続的なダイノードである、請求項６記載の装置。
【請求項８】
上記第２の電源は、バイアス電圧を上記末端部の１２，１１，１０，９，８，７，６，５，４，３，２又は１つの個別の放出面のみに印加するように構成され、
上記第１の電源は、バイアス電圧を上記残りの個別の放出面のみに印加するように構成された、請求項３〜５の何れか１つに記載の装置。
【請求項９】
上記第２の電源は、バイアス電圧を上記末端部の上記放出面の約５０%、４５%、４０%、３５%、３０%、２５%、２０%、１５%、１０%又は５%に印加するように構成され、
上記第１の電源は、バイアス電圧を上記放出面の残りの部分に印加するように構成された、請求項６又は７記載の装置。
【請求項１０】
更に、第３の電源、第４の電源又は第５の電源を備え、
上記第１の電源、上記第２の電源、上記第３の電源、上記第４の電源又は上記第５の電源の各々は、バイアス電圧を、異なる電子放出面に、又は異なるグループの異なる電子放出面に、印加するように構成された、請求項２〜９の何れか１つに記載の装置。
【請求項１１】
上記バイアス電圧が下記に従って印加される装置にして、
最小のマイナスのバイアス電圧が、最も末端の放出面に、又は最も末端のグループの放出面に、印加され、
２番目に小さいマイナスのバイアス電圧が、末端から２番目の放出面に、又は末端から２番目のグループの放出面に、印加され、
３番目に小さいマイナスのバイアス電圧（存在する場合）が、末端から３番目の放出面（存在する場合）に、又は末端から３番目のグループの放出面（存在する場合）に、印加され、
４番目に小さいマイナスのバイアス電圧（存在する場合）が、末端から４番目の放出面（存在する場合）に、又は末端から４番目のグループの放出面（存在する場合）に、印加され、そして、
５番目に小さいマイナスのバイアス電圧（存在する場合）が、末端から５番目の放出面（存在する場合）に、又は末端から５番目のグループの放出面（存在する場合）に、印加される、請求項２〜１０の何れか１つに記載の装置。
【請求項１２】
上記電源の各々により電力供給される各回路は、ブリード電流を有し、
上記第２の電源により電力供給される電気回路のブリード電流は、上記第１の電源により電力供給される電気回路のブリード電流よりも大きい、請求項２〜１１の何れか１つに記載の装置。
【請求項１３】
上記ブリード電流が下記に従う装置にして、
最も大きい第１番目のブリード電流は、上記最も末端の放出面、又は上記最も末端のグループの放出面、を備えた上記回路内にあり、
次に大きい第２番目のブリード電流は、上記末端から２番目の放出面、又は上記末端から２番目のグループの放出面、を備えた上記回路内にあり、
次に大きい第３番目のブリード電流（存在する場合）は、上記末端から３番目の放出面（存在する場合）、又は上記末端から３番目のグループの放出面（存在する場合）、を備えた上記回路内にあり、
次に大きい第４番目のブリード電流（存在する場合）は、上記末端から４番目の放出面（存在する場合）、又は上記末端から４番目のグループの放出面（存在する場合）、を備えた上記回路内にあり、そして、
次に大きい第５番目のブリード電流（存在する場合）は、上記末端から５番目の放出面（存在する場合）、又は上記末端から５番目のグループの放出面（存在する場合）、を備えた上記回路内にある、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
上記第２の電源、或いは第３の電源、第４の電源又は第５の電源の何れか１つ若しくは２つ以上の電源（存在する場合）、は、少なくとも１つ少ない電源を有する同一の装置と比較した時に、装置のゲインが、より線形になるように、又はより大きい動作範囲に渡って線形になるように、上記一連の電子放出面に電気接続されている、請求項２〜１０の何れか１つに記載の装置。
【請求項１５】
粒子が電子放出面と衝突することによって生じる電子信号を増幅する為の方法にして、
請求項１〜１４の何れか１つに記載の装置を提供するステップと、
粒子を上記第１の電子放出面に衝突させる、又は粒子が上記第１の電子放出面に衝突することを許容する、ステップと、そして、
上記増幅された電子信号を形成するに十分なバイアス電圧を１つ以上の上記電子放出面に印加するステップと、を有する方法。
【請求項１６】
粒子が電子放出面と衝突することによって生じる電子信号を増幅する為の方法にして、
請求項１〜１４の何れか１つに記載の装置を提供するステップと、
粒子を上記第１の電子放出面に衝突させる、又は粒子が上記第１の電子放出面に衝突することを許容する、ステップと、そして、
上記電源の各々のバイアス電圧であって、該バイアス電圧の差異は、上記一連の第２の電子放出面及びこれに続く電子放出面に関して、上記末端部の電子放出面が、
（a）上記残りの電子放出面の電流よりも、及び／又は、
（b）上記第１の電子放出面よりも、高い電流を引き込むように、十分である、バイアス電圧、を独立して、
（i）  異なる電子放出面に、及び／又は、
（ii）異なるグループの電子放出面に、印加するステップと、を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、科学的分析装置（科学的分析機器）のコンポーネント（構成要素）に関する。本発明は、より詳しくは、電子増倍管から高い線形出力電流を達成する為の装置と方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの科学的な適用（応用、利用、活用）において、電子信号（エレクトロンシグナル、electron  signal）を増幅することが必要である。例えば、大規模な分光計（mass  spectrometer）においては、被検物質（検体、検査対象）がイオン化され、様々な荷電粒子（イオン）を形成する。結果として生じるイオンは、次いで、それらの質量電荷比に従い、典型的には、電界（電場）又は磁界（地場）に対する露出と加速とによって、分離される。その分離された信号イオン（シグナルイオン）は、イオン検知器（イオン検出器）の表面に衝突して、１つ以上の二次電子を発生する。その結果は、上記質量電荷比の関数としての、検知された比較的多数のイオンのスペクトル（分光）として、表示される。
【０００３】
他の適用において、検知されるべき粒子は、イオンではなく、中性原子、中性分子、又は電子であるかも知れない。何れにしても、粒子が衝突する検知器の表面は、これまで通りに備えられている。
【０００４】
検知器の衝突面に対する入力粒子の衝突から生じる二次電子は、典型的には、電子増倍管によって増幅される。電子増倍管は、一般に、二次電子の放出を手段として機能（作動）し、これにより、その増倍管の衝突面に対する単一の粒子又は多数の粒子の衝突によって、その衝突面の原子に関連する単一の電子又は（好ましくは）多数の電子が、放出せしめられる。
【０００５】
１つのタイプの電子増倍管は、ディスクリート・ダイノード型電子増倍管として知られている。そのような増倍管は、ダイノードと呼ばれる一連（一続き、１列）の表面を含んでおり、その一連の各ダイノードには、徐々に大きくなる正の電圧が設定されている。各ダイノードは、前の（先の、以前の）ダイノードから放出された二次電子からの衝突時に、１つ以上の電子を放出することができる。典型的な従来技術のディスクリート・ダイノード型電子増倍管の構成は、図１Aに示されている。１つの粒子が最初のダイノードD１に当たる時、それは、１つの二次電子を放出することができる。この二次電子は、次いで、より大きい正の電圧をもっている次のダイノードD２に向けられ、ここで、それは、十分なエネルギーをもってその表面に当たり、１つ以上の二次電子（信号電子）又は信号電流を放出させる。入射する電子よりも多くの電子が放出される場合、このダイノードは、その電子流を増幅する、と言われる。このプロセス（過程）は、増倍管において連続する各ダイノードにおいて繰り返され、全体的に、大変大きい増幅、つまりゲイン（利得）、を生み出す。
【０００６】
ディスクリート・ダイノード型電子増倍管において、そのダイノードの表面は、一連の別個の（個別の、別々の、分離した、discrete）金属電極の形態を取り得る。ここで、各ダイノードにおける電圧は、高電圧電源からダイノードに電圧を分配するのに用いられる、一連の分圧器（電圧分割器）によって、設定される。（これは、冗長であるように思われる。）この一連の分圧器は、通常、図１AにおいてR1からRNで示される、一連の抵抗器として構成される。
【０００７】
別のタイプの電子増倍管は、多数の別個のダイノードからは区別されるような、単一の連続的なダイノードを用いて機能する。これらの変形（変形形態）において、その連続的なダイノードそれ自体の抵抗材料は、図１Bに示されるように、放出面の長さ（長手方向、長さ方向、length）沿いに電圧を分配する為の分圧器として、用いられる。
【０００８】
その一連の分圧器に電圧を供給する高電圧電源は、図２Aに示される如く、それが、回路の陽極側における基準電圧又はグラウンドに接続されるように、或いは、選択的に、図２Bに示される如く、それが、回路の入力側における基準電圧又はグラウンドに接続されるように、構成され得る。
【０００９】
上記技術における１つの問題は、ダイノードが高い出力電流に晒される時、そのダイノードに印加される電圧が、その最適の動作値から摂動し得ることである。その電子増倍管が、非常に高い出力信号電流において、線形に（直線状に）動作することを許容する為に、その一連の分圧器に用いられる抵抗器の抵抗は、典型的に、低い値に減じられる。これにより、各ダイノードに印加される電圧は、高い出力電流のダイノードから引き込まる電流により生じせしめられる摂動に影響されにくくなる。高い出力電流におけるゲインとダイノードの電圧とを安定させる為に一般に用いられている他の方法は、ダイノード間にツェナーダイオードを用いることである。
【００１０】
これらの方法は、何れをもってしても、電子増倍管から高い線形出力電流を達成するには、有意な制約が存在する。ツェナーダイオードを用いる場合には、ツェナー電圧の温度依存が、その検知器の性能に有害である可能性があり、又、そのツェナーダイオードによって発生せしめられる電気雑音が、低レベルの信号測定に干渉する可能性があり、該電気雑音は、抑制される必要があるかも知れない。又、そのツェナーダイオードを通して、関連するダイノードに向けて流れる電流は、ツェナーダイオードと直列になっている抵抗器によって制限され、その検知器の出力信号電流には、上限が設けられている。そのブリード電流（流出電流、bleed  current）（その一連の分圧器内における電流）を増加させる為に低抵抗の分圧器を用いる場合には、その抵抗性分圧器の抵抗器にわたり消散する電力によって電子増倍管内で発生する熱は、有意なものとなる可能性があり、そして、この熱は、大きな背景雑音を生じさせる可能性がある。又、この方法は、高価で比較的高い電力の高電圧電源の使用を必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記技術には、電子増倍管から高い線形出力電流を達成する為の、改良された手段又は少なくとも選択的な手段、に対する明らかな必要性が存在している。本発明の１つのアスペクト（面、側面）は、改良された装置と方法とを提供することであり、或いは、少なくとも、従来技術の手段に対するオルターナティブ（代替物、代替方法）を提供することである。
【００１２】
文書、行為（acts）、資料、装置、論文等の議論は、もっぱら、本発明の文脈（背景）の提供を目的として、この明細書に含まれている。これらの事項の何れもが、又は全てが、本発明に関連する分野において、それが本出願の各クレームの優先日前に存在していたとの理由で、通常の一般的な知識であったこと、又は従来技術の基礎（根拠）となる部分を形成したことは、示唆されていないし、或いは示されていない。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第１のアスペクトにおいて、しかし、必ずしも最も広くはないアスペクトにおいて、本発明は、粒子が電子放出面と衝突することによって生じる電子信号を増幅する為の装置にして、入力粒子を受け入れるように構成され、それによって１つ以上の二次電子を放出するように構成された、第１の電子放出面と、第１の電子放出面によって放出された１つ以上の二次電子から、増幅された電子信号を形成するように構成された、一連の第２の電子放出面及びこれに続く電子放出面と、１つ以上の電子放出面に、上記増幅された電子信号を形成するに十分なバイアス電圧を印加するように構成された、１つ以上の電源と、を備え、上記一連の第２の電子放出面及びこれに続く電子放出面に関して、その末端（部）の電子放出面が、その残りの電子放出面の電流よりも高い電流を引き込む、ように構成された装置、を提供する。
【００１４】
１実施形態において、本装置は、第１の電源と、少なくとも第２の電源とを備え、これらの電源の各々は、独立して、（i）異なる電子放出面に、及び／又は、(ii)異なるグループの電子放出面に、バイアス電圧を印加するように構成されている。
【００１５】
本装置の１実施形態において、上記放出面の少なくとも２つは、個別の放出面である。
【００１６】
本装置の１実施形態において、上記放出面の各々は、個別の放出面である。
【００１７】
本装置の１実施形態において、上記個別の放出面は、個別のダイノードである。
【００１８】
本装置の１実施形態において、上記放出面の少なくとも１つは、連続的な放出面である。
【００１９】
本装置の１実施形態において、上記連続的な放出面は、連続的なダイノードである。
【００２０】
本装置の１実施形態において、上記第２の電源は、バイアス電圧を上記末端部の１２，１１，１０，９，８，７，６，５，４，３，２又は１つの個別の放出面のみに印加するように構成されており、上記第１の電源は、バイアス電圧を上記残りの個別の放出面のみに印加するように構成されている。
【００２１】
本装置の１実施形態において、上記第２の電源は、バイアス電圧を上記末端部の上記放出面の約５０%、４５%、４０%、３５%、３０%、２５%、２０%、１５%、１０%又は５%に印加するように構成され、上記第１の電源は、バイアス電圧を上記放出面の残りの部分に印加するように構成されている。
【００２２】
１実施形態において、本装置は、更に、第３の電源、第４の電源又は第５の電源を備え、上記第１の電源、上記第２の電源、上記第３の電源、上記第４の電源又は上記第５の電源の各々は、バイアス電圧を、異なる電子放出面に、又は異なるグループの異なる電子放出面に、印加するように構成されている。
【００２３】
本装置の１実施形態において、上記バイアス電圧は、下記に従って印加される。すなわち、１番目の最大のプラス（１番目の最小のマイナス）のバイアス電圧は、最も末端の放出面に、又は、最も末端のグループの放出面に、印加され、２番目に大きいプラス（２番目に小さいマイナス）のバイアス電圧は、末端から２番目の放出面に、又は、末端から２番目のグループの放出面に、印加され、３番目に大きいプラス（３番目に小さいマイナス）のバイアス電圧（存在する場合）は、末端から３番目の放出面（存在する場合）に、又は、末端から３番目のグループの放出面（存在する場合）に、印加され、４番目に大きいプラス（４番目に小さいマイナス）のバイアス電圧（存在する場合）は、末端から４番目の放出面（存在する場合）に、又は、末端から４番目のグループの放出面（存在する場合）に、印加され、そして、５番目に大きいプラス（５番目に小さいマイナス）のバイアス電圧（存在する場合）は、末端から５番目の放出面（存在する場合）に、又は、末端から５番目のグループの放出面（存在する場合）に、印加される。
【００２４】
本装置の１実施形態において、上記電源の各々によって電力供給される各グループのダイノードは、（一連の分圧器における電流である）ブリード電流を有し、上記第２の電源により電力供給される電気回路のブリード電流は、上記第１の電源により電力供給される電気回路のブリード電流よりも大きい。
【００２５】
本装置の１実施形態において、上記ブリード電流は、下記に従う。すなわち、最も大きい（高い）第１番目のブリード電流は、上記最も末端の放出面、又は上記最も末端のグループの放出面、を備えた上記回路内にあり、次に大きい（高い）第２番目のブリード電流は、上記末端から２番目の放出面、又は上記末端から２番目のグループの放出面、を備えた上記回路内にあり、次に大きい（高い）第３番目のブリード電流（存在する場合）は、上記末端から３番目の放出面（存在する場合）、又は上記末端から３番目のグループの放出面（存在する場合）、を備えた上記回路内にあり、次に大きい（高い）第４番目のブリード電流（存在する場合）は、上記末端から４番目の放出面（存在する場合）、又は上記末端から４番目のグループの放出面（存在する場合）、を備えた上記回路内にあり、そして、次に大きい（高い）第５番目のブリード電流（存在する場合）は、上記末端から５番目の放出面（存在する場合）、又は上記末端から５番目のグループの放出面（存在する場合）、を備えた上記回路内にある。
【００２６】
本装置の１実施形態において、上記第２の電源、或いは第３の電源、第４の電源又は第５の電源の何れか１つ若しくは２つ以上の電源（存在する場合）、は、少なくとも１つ少ない電源を有する同一の装置と比較した時に、装置のゲインが、より線形になるように、又はより大きい動作範囲に渡って線形になるように、上記一連の電子放出面に電気接続されている。
【００２７】
第２のアスペクトにおいて、本発明は、粒子が電子放出面と衝突することによって生じる電子信号を増幅する為の方法にして、この中で記載されているような装置を提供するステップと、粒子を上記第１の電子放出面に衝突させる、又は粒子が上記第１の電子放出面に衝突することを許容する、ステップと、そして、  上記増幅された電子信号を形成するに十分なバイアス電圧を１つ以上の上記電子放出面に印加するステップと、を有する方法、を提供する。
【００２８】
第３のアスペクトにおいて、本発明は、粒子が電子放出面と衝突することによって生じる電子信号を増幅する為の方法にして、この中で記載されているような装置を提供するステップと、粒子を上記第１の電子放出面に衝突させる、又は粒子が上記第１の電子放出面に衝突することを許容する、ステップと、そして、  上記電源の各々のバイアス電圧であって、該バイアス電圧の差異は、上記一連の第２の電子放出面及びこれに続く電子放出面に関して、上記末端部の電子放出面が、（a）上記残りの電子放出面の電流よりも、及び／又は、（b）上記第１の電子放出面よりも、高い（大きい）電流を引き込むように、十分である、バイアス電圧、を独立して、（i）異なる電子放出面に、及び／又は、（ii）異なるグループの電子放出面に、印加するステップと、を有する方法、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１Ａ】従来技術のディスクリート・ダイノード型電子増倍管の概略図である。D1,D2...は、個々のダイノードを参照しており、Rは、抵抗器を参照しており、PSは、電源を参照しており、湾曲した矢印は、最初の幾つかのダイノードに対する二次電子の経路を示している。
【図１Ｂ】従来技術の連続ダイノード型電子増倍管の概略図である。Rは、抵抗器を参照しており、PSは、電源を参照している。
【図２Ａ】従来技術のディスクリート・ダイノード型電子増倍管の概略図である。D1,D2...は、個々のダイノードを参照しており、Rは、抵抗器を参照しており、PSは、電源を参照しており、湾曲した矢印は、最初の幾つかのダイノードに対する二次電子の経路を示している。この従来技術の装置は、負荷抵抗器と、アイソレーティング・キャパシタ（分離したコンデンサ、孤立的なコンデンサ、isolating  capacitor）とを用いる信号抽出の代替方法を提供している。
【図２Ｂ】従来技術のディスクリート・ダイノード型電子増倍管の概略図である。D1,D2...は、個々のダイノードを参照しており、Rは、抵抗器を参照しており、PSは、電源を参照しており、湾曲した矢印は、最初の幾つかのダイノードに対する二次電子の経路を示している。この従来技術の装置は、グラウンド又は基準電圧にある入力側で高電圧を参照する代替方法を提供している。
【図３Ａ】本発明のディスクリート・ダイノード型電子増倍管の概略図である。D1,D2...は、個々のダイノードを参照しており、R１，R2等は、個々の抵抗器を参照しており、PSは、電源を参照しており、湾曲した矢印は、最初の幾つかのダイノードに対する二次電子の経路を示している。この実施形態は、２つの電源（PS1とPS2）を備えている。PS2は、３つのターミナル・ダイノード（末端（末端部）のダイノード）のみに電圧を印加し、PS1は、他の全てのダイノードに電圧を印加する。PS1は、PS2により印加されるバイアス電圧よりも、よりマイナス（負）のバイアス電圧を印加する。PS1とPS2とにより電力供給される回路は、各回路内において、矢印付きループで示されているようなブリード電流（それぞれ、IPS1及びIPS2）であって、IPS2はIPS1よりも大きいブリード電流を有する。
【図３Ｂ】本発明のディスクリート・ダイノード型電子増倍管の、図３Aに類似する概略図であって、（又、主たる高電圧源と見做され得る）第１の（最初の）高電圧電源PS1に対して、第２の電源PS2を参照する代替方法を有する、ディスクリート・ダイノード型電子増倍管の概略図である。
【図４Ａ】３つの電源PS1,PS2及びPS3が設けられている点を除き、本発明のディスクリート・ダイノード型電子増倍管の、図３Aに類似する概略図である。PS1,PS2及びPS3によって放出面に印加される各マイナスのバイアス電圧の大きさは、PS1>PS2>PS3のように分類（ランク付け）される。第２の電源の回路におけるブリード電流IPS2は、第１の高電圧電源を通して流れるブリード電流IPS1よりも大きく、そして、第３の電源の回路におけるブリード電流IPS3は、IPS2よりも大きい。
【図４Ｂ】本発明のディスクリート・ダイノード型電子増倍管の、図４Aに類似する概略図であって、主たる高電圧電源PS1に対して、電源PS2及びPS3を参照する代替方法を有する、ディスクリート・ダイノード型電子増倍管の概略図である。
【図５Ａ】本発明の連続ダイノード型電子増倍管の概略図である。その連続的なダイノードは、末端部分（ターミナル部分）と、残りの部分とに分けられており、各部分は、別々の電源PS2とPS1とにより、それぞれ電力供給されている。PS2により上記末端部分に印加されるマイナスのバイアス電圧は、PS1により上記残りの部分に印加されるバイアス電圧よりも、よりプラス（正）である（つまり、よりマイナスではない）。
【図５Ｂ】本発明の連続ダイノード型電子増倍管の、図５Aに類似する概略図であって、第１の（最初の）高電圧電源PS1に対して、第２の電源PS2を参照する代替方法を有する、連続ダイノード型電子増倍管の概略図である。
【図６Ａ】末端部分と、残りの部分とに分けられている連続的なダイノードであって、当該２つの部分は電気的には不連続になっている、連続的なダイノードの概略図である。当該各部分は、別々の電源PS2とPS1とにより、それぞれ電力供給されている。PS2により上記末端部分に印加されるマイナスのバイアス電圧は、PS1によって上記残りの部分に印加されるバイアス電圧よりも、よりプラスである（つまり、よりマイナスではない）。
【図６Ｂ】本発明の連続ダイノード型電子増倍管の、図６Aに類似する概略図であって、第１の（最初の）高電圧電源PS1に対して、第２の電源PS2を参照する代替方法を有する、連続ダイノード型電子増倍管の概略図である。
【図７】本発明の非常に好ましい、２１のダイノードを有する、ディスクリート・ダイノード型電子増倍管の概略図である。この実施形態（及び、その２つの変形形態）は、線形性（直線性）を目的とするテスト（試験）が行われ、その結果は、図８にグラフを用いて示している。
【図８】図７及びその２つの変形形態の電子増倍管の線形性のテスト結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
この明細書本文（記載）の検討後には、この技術に熟練した人にとって、本発明が、如何にして、種々の選択的な実施形態や選択的な適用（応用）において、実施されるかは、明らかであろう。しかしながら、本発明の種々の実施形態は、この中に記載されるけれども、これらの実施形態は、例としてのみ挙げられており、非限定的であることが理解される。このようなものとして、種々の選択的な実施形態に関するこの明細書本文は、本発明のスコープ（範囲）又は幅を制限するものとして解釈されるべきではない。更に、利点又は他のアスペクトに関する記述は、特定の例示的な実施形態に当てはまるものであって、必ずしも、クレームによって網羅されている全ての実施形態に当てはまるものではない。
【００３１】
明細書本文、及びこの明細書のクレーム、を通して、「備える（comprise）」という言葉、及び、例えば「備えている（comprising）」及び「備える（comprises）」等の上記言葉を変形したものは、他の付加物、コンポーネント、整数（integers）又はステップ（工程、過程、steps）を除外することを意図していない。
【００３２】
この明細書を通して、「１実施形態」又は「実施形態」への参照は、その実施形態に関連して記載されている、特別な特徴、構造、又は特質が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれていることを意味している。従って、この明細書を通して様々な箇所における「１実施形態において」或いは「実施形態において」という文言の出現は、同一の実施形態に言及しているかも知れないが、必ずしも、同一の実施形態に言及しているとは限らない。
【００３３】
本発明は、比較的高い電流が、一連のダイノードにおけるターミナル・ダイノード間に流れ、そして、比較的低い電流が、残りのダイノードを通して流れる    という、電子信号の増幅における改良が提供されることを見い出した出願人に、少なくとも部分的に基づいている。この構成により、ダイノードに電力供給する  高電圧電源の電力（電源、出力、power）の必要条件は、比較的低いままになり、そして、装置により散逸せしめられる全体的な電力は、減じられる。本装置の少なくとも幾つかの実施形態において、これにより、電圧の摂動は、より小さくなり、そして、入力信号に対する装置のレスポンス（反応、応答）の線形性は、改善され得る。従って、第１のアスペクトにおいて、本発明は、電子放出面との粒子の衝突によって生じせしめられる電子信号を増幅する為の装置を提供する。当該装置は、入力粒子を受け入れるように構成され、それによって１つ以上の二次電子を放出するように構成された、第１の電子放出面と、該第１の電子放出面によって放出された上記１つ以上の二次電子から、増幅された電子信号を形成するように構成された、一連の第２の電子放出面及びこれに続く電子放出面と、１つ以上の放出面に上記増幅される（増幅された）電子信号を形成するに十分なバイアス電圧を印加するように構成された、１つ以上の電源と、を備える。ここで、この装置は、上記一連の第２の電子放出面及びこれに続く電子放出面の末端（末端部）の電子放出面が、残りの電子放出面の電流よりも高い電流を引き込むように、構成される。
【００３４】
ここで用いられている如く、「放出面」という用語は、粒子（電荷を帯びた原子又は電荷を帯びない原子、電荷を帯びた分子又は電荷を帯びない分子、或いは、電子又は陽子のような電荷を帯びた亜原子粒子、又は、中性子のような電荷を帯びない亜原子粒子）の衝突時に、二次電子を放出出来るあらゆる材料の面を含むことを意図している。熟練した人は、この文脈において、完全に、放出面の物質、物理的及び機能的コンフィギュレーションに精通しており、例示的なタイプは、ダイノードによって提供されるそれである。
【００３５】
電子増倍管においては従来的（常套的、月並み）なものではあるが、入力粒子を受け入れるように構成されており、且つ、該入力粒子の衝突に反応（応答）して、１つ又は複数の電子を放出するように構成された、第１の電子放出面が設けられている。複数の電子が放出されるところでは、入力信号の増幅が生じる。
【００３６】
又、従来的なものではあるが、一連の第２の電子放出面と該電子放出面に続く電子放出面とが設けられている。これらの放出面の機能は、第１の放出面から放出された電子を増幅することである。理解されるであろうように、増幅は、典型的には、その一連の放出面の各直後（各後続）の放出面で生じる。典型的には、最終的な（最後の）放出面により放出された二次電子は、陽極で形成される電流であって、信号増幅器に流入して後に出力装置に流入する電流をもって、陽極面上に向けられる。
【００３７】
以下に記載される好ましい実施形態を参照することで明らかになるであろうように、本発明は、ディスクリート・ダイノード型電子増倍管に関して、又、連続ダイノード型電子増倍管に関して、実施可能（使用可能）である。その点において、「放出面」という用語は、物理的に形成（画定）された表面のみならず、物理的に形成されない表面の領域、を意味するものと解釈され得る。後者に関しては、１つの連続的なダイノードは、多数の放出面を有するものと見做すことができ、そして、殆ど、無数の放出面を有するものと見做すことができる。
【００３８】
しかしながら、定義される、本装置の上記放出面は、少なくとも、末端（末端部）の電子放出面と、残りの電子放出面とに分離（分割）される。ディスクリート・ダイノード型電子増倍管においては、末端（末端部）の電子放出面は、一連のダイノードにおける、最終的な（最後の）ダイノード（例えば、陽極に最も近いダイノード）であることができ、或いは、最終的な（最後の）ダイノードを含む、１群（１グループ）のダイノードであることができる。その装置が合計１２の放出面（第１の放出面と、更に、第２の放出面とこれに続く放出面の１１の放出面）を有する、後者のケースの１例として、その末端（末端部）の放出面は、その列における最後の３つのダイノード（つまり、ダイノード10,11及び12）の表面からなり得る。
【００３９】
上記残りの電子放出面は、末端（末端部）の電子放出面ではない（そして、第１の（最初の）放出面を含む）面である。直前の例を考慮すれば、ダイノード1〜9の表面が、その残りの放出面であり、ダイノード10〜12の表面が、末端（末端部）の放出面である。
【００４０】
連続ダイノード型電子増倍管において、上記末端（末端部）の電子放出面は、ダイノードの長手方向の末端（末端部）の表面だと見做され得る。例えば、その連続的なダイノードは、或る一定の長さを有しており、その末端（末端部）の電子放出面は、陽極に最も接近している、その長さ（長手方向、長さ方向、length）の最後の１０％の部分であることができる。その情況において、その連続的なダイノードの隣接する９０％は、残りの放出面である。この一連のダイノードは、平行板（parallel  plate）、又はチャネル・タイプであることができる。
【００４１】
典型的に、装置の全ての電子放出面は、機能的に、末端（末端部）か、残りの部分か、の何れかであると見做され、何れでもないものとして定義（画定、形成）される表面はない。更に、典型的に、与えられた表面が、末端（末端部）の電子放出面と残りの電子放出面との両方であるとは、機能的に、見做されない。
【００４２】
本装置は、如何なる数の放出面にも限定されないが、一方で、典型的な実施形態では、約１２と約２６の間の放出面を有するであろう。
【００４３】
本装置は、その一連（一続き、１列）の第２の電子放出面と該電子放出面に続く電子放出面に関して、その末端（末端部）の電子放出面が、
(i)      残りの電子放出面の電流よりも高い電流を引き込むように、及び/又は、
(ii)    上記第１の（最初の）電子放出面よりも高い電流を引き込むように、構成される。そのより高い電流は、少なくとも、凡そ、101,102,103,104,105,106,107,108又は109の倍数だけ、より高いものであり得る。多くの情況において、約105と107の間の倍数が実施される。上記一連の第２の電子放出面と該電子放出面に続く電子放出面に関して、その末端（末端部）の電子放出面が上記残りの電子放出面の電流よりも高い電流を引き込むように、上記装置を構成する為の手段は、熟練した人によって適切だと判断される、本明細書の利点を有する、あらゆる手段であることができる。
【００４４】
出願人は、従来技術の電子増倍管において、典型的に用いられる単一の高電圧電源は、高い出力電流の条件下において不十分であることを提言する。これらの条件下において、幾つかのターミナル・ダイノードによって引き込まれる電流は、ダイノードに印加される電圧に変動（変化）を生じさせるように、十分に大きい可能性がある。これは、次いで、その装置を、レスポンスにおける線形性からの逸脱に導く。このように、ある条件下において、出力信号に対する入力信号の比率（比例性、比例関係、proportionality）は、線形性から逸脱して、正確ではない出力に導く。出願人は、ターミナル・ダイノードに別個の電源をもって独立的に電力供給することにより、高電流の引き込み時における電圧のこれらの変動が、改善される事を、或いは、克服されさえもして、より線形の出力に至る事を、又は線形の出力に至る事を、又はより大きい動作範囲（作動範囲）に渡ってより線形の出力に至る事を、又はより大きい動作範囲に渡って線形の出力に至る事を、発見した。
【００４５】
少なくとも幾つかの実施形態に関する更なる利点は、主たる高電圧電源（つまり、非末端（非末端部）の電子放出面に電圧を印加する電源）が、全ての放出面に電力供給を行う必要がない場合には、より低い構造品質の見地から、又は能力の見地から、より低い仕様（スペック、規格、諸元）であっても良いことである。従来技術の電子増倍管に用いられている、単一の高電圧電源は、典型的に、高い電力を出力できる高価なコンポーネントであり、そして、本装置における、そのようなコンポーネントの回避は、明らかな経済上の利点を提供する。
【００４６】
主たる高電圧電源に加えて、１つ以上の電源の使用は、電子放出面の幾つかに、又はグループ（群）の幾つかに、又は面の幾つかに、適切なバイアス電圧を供給する。好ましくは、付加される上記１つ以上の電源は、電子増倍管の陽極側近傍に電気的に位置決めされる。これは、高い信号電流の領域だからである。陽極に近いその領域は、（1.0よりも大きい二次電子発生量の為）電子が縦続して１つの放出面から次の放出面へと増幅されるにつれ、蓄積されて増大するゲインの為、高い信号電流の領域になっている。選択的に、この発明は、１つの連続ダイノード型電子増倍管のセグメントに渡って、又は、列（組、series）にして用いられる２つ（又は、２つより多く）の連続ダイノード型電子増倍管のセグメントに渡って、適切なバイアス電圧を提供するのに用いられ得る。
【００４７】
本装置は、高電流が、同様の高電流が更に一連の分圧器沿いの分圧器要素を通って流れることを要することなしに、幾つかのターミナル・ダイノード（又は、１つの連続的なダイノードの長手方向の末端部）の間を流れることを許容する。従って、その主たる高電圧電源の電力の必要条件は、低いままであり、装置によって消散される全体的な電力は、実質的に減じられる。
【００４８】
１実施形態において、末端（末端部）の電子放出面と、その残りの電子放出面とに、バイアス電圧を差別的に印加する為に、分離した電源が用いられる。そのような実施形態において、末端（末端部）の電子放出面にバイアス電圧を印加する電源は、マイナスのバイアス電圧を上記残りの電子放出面に印加する電源と比較して、より低い大きさ（lower  magnitude）のマイナスのバイアス電圧を印加するように、設定される。そのより低い大きさのマイナスのバイアス電圧は、少なくとも約2,3,4,5,6,7,8,9又は10の倍率だけ、より低いものであり得る。
【００４９】
１実施形態において、又、図３Aを参照して、上記装置は、約-1800Vのバイアス電圧を３つのターミナル・ダイノードを除く全てのダイノードに印加するように構成された第１の電源（第１電源）（PS1）として、標準的な高電圧電源（HVPS）を有する。より低い電圧の低電圧電源（PS2）は、約-400Vのバイアス電圧を上記３つのターミナル・ダイノードに印加するように、構成される。このようにして、PS1によって残りのダイノードに印加されるバイアス電圧は、PS2によって上記ターミナル・ダイノードに印加される電圧よりも、よりマイナス（負）になる。
【００５０】
（この実施形態において、又は他の何れの実施例においても）上記電源は、固定電圧のタイプであっても、調整可能電圧のタイプであっても良い。第２の電源（第２電源）が上記一連のダイノードに接続される位置は、その装置の線形性の必要条件に従って、選択されることができる。
【００５１】
別個のダイノードを有する実施形態において、電源は、単一のダイノードのみに、又は１群のダイノードに、電圧を印加するように構成され得る。例えば、末端（末端部）の電子放出面は、１群の１,２,３,４,５又は６つのダイノードによって形成され得る。
【００５２】
（１つの電源よりも多くの電源を使用することにより影響されるような）ダイノードを通して流れる差別化される電流が、本発明の利点を達成する上での重要な要因（ファクター）であることは、注目されるべきである。異なる大きさのマイナスのバイアス電圧を選択されたダイノードに印加するように構成された分離した電源の使用は、差別化される電流を実現する１つの手段である。有利にして、幾つかの実施形態においては、複数の電源の使用は、従来技術の電子増倍管において典型的に使用されているような厳格な仕様の電源に対する必要性を否定する。
【００５３】
１つの連続的なダイノードを有する実施形態において、電源は、ダイノードの１つの長さ（length）に電圧を印加するように構成され得る。そのような実施形態においては、その電源のプラス側は、ダイノードの上記長さの一端（境界、border）に接続され、そして、その電源のマイナス側は、その反対の（その向き合う）端に接続される。
【００５４】
２つの電源が用いられるところでは、全てのコンポーネント（電源と、全ての電子放出面）は、典型的に、電気接続状態にあり、用いられる１つのコンポーネント又は一群のコンポーネントを電気的に絶縁（分離）する為の手段を有していない。しかしながら、疑い回避の為に、本発明は、電気接続されていないコンポーネントを有するパーツのキットで具体化され得る。
【００５５】
電源は、電圧を電子放出面に直接印加するように構成され得るが、より典型的には、その電圧は、幾つかの電子放出面を跨いで（横切って）印加される。例えば、３つのダイノードが１つの電源によって電力供給されるところでは、その電源のプラス端子は、第１のダイノードに接続され、マイナス端子は、第３のダイノードに接続され、そして第２のダイノードは、第１のダイノードと第３のダイノードとの中間に接続される。この配置（配列）よって、３つのダイノードは、一続きに（列に）なって接続される。
【００５６】
一連の分圧器は、一般に、電圧を電源からダイノードに分配するように用いられる。その一連の分圧器は、ダイノード間に配置される一連の抵抗器を有し得る。その一連の分圧器は、純粋に、抵抗性の素子のみからなる受動的なものであり得る。或いは、それは、ツェナーダイオードやトランジスター等の電圧調整において能動的なコンポーネント（能動素子）を含み得る。例えば、図４A及び図４Bにおける最後の抵抗器RNの箇所において、又は図５A及び図５Bにおける抵抗器Rの箇所において、又は図６A及び図６BにおけるR1の箇所において。
【００５７】
ターミナル・ダイノードが関連するところでは、抵抗器は、典型的に、そのターミナル・ダイノードと、グラウンド又は基準電圧と、の間に配置される。選択的に、ツェナーダイオードが、抵抗器の箇所に用いられ得る。
【００５８】
幾つかの実施形態においては、３つ以上の電源が使用される。例えば、第１の電源（第１電源）は、６つのターミナル・ダイノードを除いて、全てのダイノードに電圧を印加し得る。第２の電源（第２電源）は、その６つのターミナル・ダイノードの中の最初の３つのダイノードに電圧を印加し得る。そして、第３の電源（第３電源）は、その６つのターミナル・ダイノードの中の最後の３つのダイノードに電圧を印加し得る。本発明のこれらの形態の実施形態は、図４Aと図４Bに示されている。それらの図に示されているように、電源PS3は、電源PS2よりも、より小さい（少ない、less）マイナス電圧を印加し、電源PS1は、電源PS2よりも、より大きい（多い、more）マイナス電圧を印加する。
【００５９】
３つの電源を有する増倍管の１実施形態において、-1800Vのバイアス電圧が、電源PS1に印加され、-1100Vのバイアス電圧が、電源PS2に印加され、そして、-400Vのバイアス電圧が、電源PS3に印加され得る。この実施形態において、電源PS2の電圧は、電源PS1と電源PS3の中間に設定されており、本明細書の利益を享受する熟練した人は、電源PS2の電圧をその中間点から離して設定することの効果をルーチン的に吟味（研究）することができる。
【００６０】
一般的な案内として、約100V/ダイノード（１つのダイノードにつき100V）のステージのバイアスは、バイアス電圧の設定における出発点として用いられるかも知れない。
【００６１】
さて、連続的なダイノード（一続きのダイノード）の形態における本発明の好ましい実施形態について、２つの電源（PS1とPS2）を有する型（バージョン）を示す図５A及び図５Bが参照される。PS2は、ダイノードの末端（末端部）の電子放出部100を跨いで、より小さい（少ない、less）マイナスのバイアス電圧を印加し、一方、PS1は、残りの電子放出部110を跨いで、より大きい（多い、more）マイナスのバイアス電圧を印加する。その全体的なダイノードは、その長さに沿って導電性であり、上記部分100と110との間には、電気的な分離は存在しない。
【００６２】
選択的な、連続的なダイノードの実施形態の実施は、図６Aと図６Bに示されている。ここでは、連続的なダイノードの２つの部分が、別々の電源（PS1とPS2）にそれぞれ接続されている。その２つの部分間には、抵抗器Rの存在により、電圧の相違が存在する。上記部分100は、末端（末端部）の電子放出面と見做され、上記部分110は、その残りの部分と見做される。
【００６３】
本発明は、更に、ここに記載する装置の使用により、電子を増幅する為の方法を提供する。本明細書の利点が与えられれば、熟練した人は、入力信号の増幅を生じるように、要求されるバイアス電圧を種々の電子放出面に印加することができる。更に、ルーチン的な実験により、そのバイアス電圧は、入力粒子に反応する装置の線形性を改善するように、調整可能である。複数の電源が設けられるところでは、出力信号の要求される特性を提供するように、多数のパラメーターの研究がルーチン的に行われ得る。
【００６４】
ここで、本発明の非常に好ましい実施形態を示す図７が参照される。図７の実施形態は、-1700Vのバイアスを印加する主たる（第１の）電源と、５つのターミナル・ダイノード（D17からD21）を跨いで-450Vのバイアスを印加する第２の電源と、を有するダイノードが２１ある増倍管である。各抵抗器R1〜R16の値は、600キロオームであり、R17〜R20は、それぞれ280キロオームであり、そして、R21は、140キロオームである。
【００６５】
図７の電子増倍管の反応の線形性が、テストされた（すなわち、D17が第２の電源に接続された状態で）。線形性は、又、第２の電源が、D19（第２の電源は、-250Vのバイアスを印加するように設定された）と、D21（該第２の電源は、-50Vのバイアスを印加するように設定された）と、に接続された状態で、テストされた。これらの３つの全てのケースにおいて、この増倍管は、約１e６のゲインで動作した。
【００６６】
下記テーブル１は、３つの増倍管の構成の各々に関するテスト結果を示している。
【表１】
2019517727.tif 000003
【００６７】
第２の電源（第２電源）が、選択的に、D17,D19又はD21に接続された状態で、２１あるダイノードの電子増倍管の線形性をグラフで示す図８が参照される。
【００６８】
最後のダイノードに接続された電源を有する検知器は、「ベースライン」（基線、基準線、baseline）検知器である。そのテストで示された線形性の傾向は、第２の電源が接続された一連のダイノードにおいて高ければ高い程、その線形性がより高くなることを確証している。
【００６９】
本発明の例示的な実施形態の記載において、本発明の種々の特徴は、その開示を流す（streaming）目的で、そして種々の進歩性のアスペクトの中の１つ以上の理解を助ける目的で、時に、共に、単一の実施形態に、又は単一の図に、又はその単一の記載に、まとめられる（グループ化される）ことが理解されるであろう。この開示方法は、しかしながら、クレームされた発明が各クレームにおいて明確に表現されているよりも以上に多くの特徴を必要とする、という意図を反映するものとして、解釈されるべきではない。むしろ、後に続くクレームが反映しているように、進歩性のアスペクトは、上記単一の開示された実施形態の全ての特徴よりも少ない。
【００７０】
更に、この技術における人達によって理解されるであろうように、この中で記載されている幾つかの実施形態は、幾つかの特徴であって、他の実施形態に含まれている他の特徴ではない特徴、を含む一方、異なる実施形態の特徴の組み合わせは、本発明のスコープ内にあり、そして異なる実施形態を形成することを意味している。例えば、次に記載のクレームにおいて、クレームされている実施形態の何れもは、あらゆる組み合わせにおいて用いられることができる。
【００７１】
この中に提供されている明細書本文において、多数の特定の詳細が述べられている。しかしながら、本発明の実施形態は、これらの特定の詳細なしに、実施され得ることが理解される。他の例において、良く知られた方法、構造や技術は、この明細書本文の理解を不明確にしない為に、詳細には示されていない。
【００７２】
要するに、本発明の好ましい実施形態であると信じられるものが記載されているけれども、一方で、この技術に熟練した人達は、本発明の精神から離れることなく、他の更なる変更（変形）がそれに対してなされ得ることを、そして、本発明のスコープ内に収まるように、全てのそのような変更と変形とをクレームすることが意図されていることを、認識するであろう。機能性は、ダイアグラム（図）から削除又は追加されても良く、そして、オペレーション（作用、動作、作動、運転、operations）は、機能ブロック間で交換されても良い。ステップは、本発明のスコープ内で記載されている方法に追加又は削除されても良い。
【００７３】
本発明は、特定の例を参照して記載されたが、本発明が他の多数の形態で具体化され得ることは、この技術に熟練した人達によって理解されるであろう。
【図１Ａ】
2019517727.tif 000004
【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
2019517727.tif 000012
【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
2019517727.tif 000014
【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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