(57)【要約】【課題】良好な感度を有する光検出装置を提供することを課題とする。【手段】光検出装置は、入射する光を受けるためのウィンドウを備えた光電子増倍管を有している。ウィンドウの内側面には光電陰極が公知の態様で貼着されている。この装置は、光ファイバーと、光が結果的に全反射することとなる角度でウィンドウ内に導入されることを可能とするように光ファイバーをウィンドウに接続させるための手段とを更に有している。その接続手段は、光ファイバー端末コネクターとして具体化することができる。これに代えて、接続手段は、ウィンドウの外側面に貼着されたプリズムを含んでいてもよい。【選択図】図３
2008180717.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射する光を受けるためのウィンドウと前記ウィンドウの内側面に貼着された光電陰極とを有する光電子増倍管と、
光ファイバーと、
前記光電子増倍管の前記ウィンドウに前記光ファイバーを接続するための手段を有する、光信号の検出装置。
【請求項２】
前記光電子増倍管の前記ウィンドウが縁部に形成された傾斜面を有し、前記接続手段が前記傾斜面のところで前記ウィンドウに取り付けられた光ファイバー端末コネクターを含んでいる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ウィンドウが、前記光ファイバーが前記ウィンドウに接続されている位置に近接した前記ウィンドウの内側面の部分に沿って貼着された反射面を含んでいる、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記ウィンドウが、前記光ファイバー端末コネクターから離れた位置に第二の反射面を含んでいる、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記光ファイバーが、前記ウィンドウに垂直な軸線に対して約４２度〜約８５度の範囲の角度を持って前記ウィンドウに接続されている、請求項１〜４の何れか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記光電子増倍管の前記ウィンドウが平らな外側面を有し、前記接続手段が前記平らな外側面に貼着されたプリズムを含んでいる、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記ウィンドウが周辺領域を有し、前記プリズムが前記周辺領域に配置されている、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記光ファイバーが、前記光ファイバーを介して送られる光が前記ウィンドウに垂直な軸線に対して約４２度〜約８５度の範囲の角度を持って前記ウィンドウに侵入するように前記プリズムに接続されている、請求項６又は７に記載の装置。
【請求項９】
入射する光を受けるためのウィンドウと前記ウィンドウの内側面に貼着された光電陰極とを有する光電子増倍管と、
前記光電子増倍管を取り囲んで、前記ウィンドウと一直線上に整列位置する開口を有するハウジングと、
光ファイバーと、
前記開口のところで前記ハウジングに取り付けられて、前記光電子増倍管の前記ウィンドウに前記光ファイバーを接続するためのコネクターを有する、光信号の検出装置。
【請求項１０】
前記光電子増倍管の前記ウィンドウが縁部に形成された傾斜面を有し、前記コネクターが前記傾斜面のところで前記ウィンドウに取り付けられた光ファイバー端末コネクターを含んでいる、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記ウィンドウが、前記光ファイバーが前記ウィンドウに接続されている位置に近接した前記ウィンドウの内側面の部分に沿って貼着された反射面を含んでいる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記ウィンドウが、前記光ファイバー端末コネクターから離れた位置に第二の反射面を含んでいる、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記光ファイバーが、前記ウィンドウに垂直な軸線に対して約４２度〜約８５度の範囲の角度を持って前記ウィンドウに接続されている、請求項９〜１２の何れか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記光電子増倍管の前記ウィンドウが平らな外側面を有し、前記装置が前記平らな外側面に貼着されたプリズムを含んでいる、請求項９に記載の装置。
【請求項１５】
前記ウィンドウが周辺領域を有し、前記プリズムが前記周辺領域に配置されている、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記開口が前記プリズムの受光面と整列位置している、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記光ファイバーが、前記光ファイバーを介して送られる光が前記ウィンドウに垂直な軸線に対して約４２度〜約８５度の範囲の角度を持って前記ウィンドウに侵入するように前記プリズムに接続されている、請求項１４〜１６の何れか一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記ハウジングが、入射する光を通さない材料から作られている、請求項９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ファイバーライトガイドを用いて光電子増倍管を基本とする検出器へ送られる弱い光の検出中に、入力ウィンドウにおいて光が反射し、また、光が特に長い波長（即ち、可視スペクトルの赤色部分）において、光電性の光電陰極面を透過するので、光電子増倍管は光を損失することとなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ウィンドウ面の法線に対して或る角度を持って光電子増倍管の入力ウィンドウ方向へ向けられる光の狭い光線（「ペンシル」）に関して、光電子増倍管のウィンドウにおいて起こる全反射の結果、感度が大きく増大することが証明されている。光ビームをウィンドウに適合させて、第一のインターフェイスにおける大きな反射を防止するために、プリズムが用いられている。角度の範囲は限定されている。従来、ファイバーで送られる光は、そのような光が広角な広がりを呈するので、この現象から利点を得ることは期待できなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一側面によれば、光信号を検出するための装置が得られる。本発明の一側面によるこの装置は、入射する光を受けるためのウィンドウを有する光電子増倍管を含んでいる。ウィンドウの内側面には光電陰極が公知の態様で貼着されている。この装置は、光ファイバーと、光が結果的に全反射することとなる角度でウィンドウ内に導入されることを可能にするように光ファイバーをウィンドウに接続させるための手段とを更に有している。その接続手段は、光ファイバー端末コネクターとして具体化することができる。これに代えて、接続手段は、ウィンドウの外側面に貼着されるプリズムを含んでいてもよい。
【０００５】
本発明の別の側面によれば、光信号を検出するための装置が得られる。本発明のこの側面による装置は、入射する光を受けるためのウィンドウを有する光電子増倍管と、ウィンドウの内側面に貼着された光電陰極とを含んでいる。不透明なハウジングが、光電子増倍管を取り囲んでいる。ハウジングは、ウィンドウと一直線上に位置する開口を有している。この装置は、光ファイバーと、開口のところでハウジングに取り付けられて光ファイバーを光電子増倍管のウィンドウに接続させるためのコネクターとを更に有している。
【０００６】
後述の詳細な説明及び上述した本発明の概要は、添付図面を参照することにより明確に理解できるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
発明者は、全反射現象を用いて、ファイバー伝送ライトの場合における光電子増倍管の感度を可也増大させることができることを確認した。この事実は、光信号を光ファイバー手段によって検出器へ送る、レーザー誘起蛍光法又はサイトメトリー（ｃｙｔｏｍｅｔｒｙ）のような分野にとって、光電子増倍管を非常に有効な検出器にさせることとなる。
【０００８】
茲で、添付図面、特に図１及び図２を参照すると、本発明による光検出用の光検出装置１０が示されている。この装置１０は、光電子増倍管１２と、光電子増倍管１２の入力ウィンドウに継ぎ目なく接続された光ファイバー１６を有している。光電子増倍管１２は、それの一端にウィンドウ２０を有している。ウィンドウは、光がウィンドウを横切って通過するにつれて、光が一定の角度の内面反射を維持することを許容するように構造上平面−平面（ｐｌａｎｏ−ｐｌａｎｏ）（即ち、平らな内側面と平らな外側面）であることが好ましい。光電子増倍管１２は、光を通さないエンクロージャー１４によって取り囲まれている。エンクロージャー１４は、ウィンドウ２０の傾斜した縁部２２と整列した開口２１を有している。光ファイバー１６は、コネクター１８によって光電子増倍管１２に接続され、そのコネクター１８は好ましくはＳＭＡコネクターである。コネクター１８は、開口２１の上を覆ってエンクロージャー１４に取り付けられているので、光ファイバー１６の端部は、傾斜縁部２２に極めて近接している。
【０００９】
光電子増倍管のウィンドウにおける光の十分な内面反射を達成させるために、ウィンドウは比較的薄くすべきであるが、邪魔されることのない態様でファイバーからの光が進入することを許容するのに十分な厚みにすべきである。ウィンドウの平面に対するファイバーの角度は、光電陰極の応答を最大限にさせるために選択されている。その角度の好ましい範囲は、図３に示したようにウィンドウ２０の平面に垂直な軸線２３に対して約４２度〜約８５度の範囲である。
【００１０】
また、光ファイバーの端部は、光電陰極に可能な限り近づけて配置することにより、ウィンドウを通って光電陰極２４へ向かう実質的に連続した光路を作ることが好ましい。そのようなアプローチによって、光の束の発散度を最小限にさせ、光の光電陰極との相互作用を最大限にさせることができる。
【００１１】
光電子増倍管ウィンドウの端部は、そこで発生する電子の収集力に乏しいので、光の入口ポイントであるとは通常看做されていない。電子が端部に近づいて応答信号に寄与するようにならないので、その設計の効率は失われる。然しながら、本発明による装置は、光が光電陰極２４によって無用に吸収されることを正に縁部において阻止するためにミラー面２８を用いることによってそのようなロスを防止する方策を採っている。それどころか、光が反射されてウィンドウ２０の縁部より先のポイントで光電陰極２４に達することができるように、光はレフレクター２８によって斜めに反射される。
【００１２】
きらきら光る光線又は光電陰極によって吸収され難いような長い波長の光のために、入口ポイントより離れたウィンドウ２０の端に第二のミラー面２９が設けられている。この第二のレフレクター２９は、そのような光が入口ポイントへ向かって更に内面反射することを許容するようにそのような光を戻させるよう構成及び配置され、それにより光電陰極２４に沿った第二の光路が提供される。
【００１３】
光電陰極自体及び（又は）適応誘電体層の厚さは、装置の性能を最適化させるのに好ましいように選択される。全反射の場合には、光電陰極を透過することによる又はガラス／光電陰極インターフェイスにおける反射による光のロスは殆ど存在しない。光電陰極の厚さは、電子エスケープを高めるのに十分な薄さであることが好ましい。加えて、光電陰極２４は、ブルーの光が最も効果的に検出される、相互作用領域の真っ先の部分において薄く、赤色光が検出される入力ウィンドウを横切って厚くなるようにすることができる。
【００１４】
図５に示した代替例においては、光電子増倍管ウィンドウ５２０の上面にプリズム５３２が貼着されている。プリズム５３２は、ウィンドウ表面の周辺領域に配置され且つ光ファイバー５１６と光電子増倍管ウィンドウ５２０の間の光路中に位置している。この構成は、光電子増倍管の入力ウィンドウの縁部を利用し難い場合の使用にとって好ましい。そのような場合は、入力ウィンドウの周りに金属フランジを有している管がある場合に起こり得る。図５に示した構成においては、光路はシームレスではない。然しながら、ファイバー先端から光電陰極表面までの距離を最小限に維持させることにより光損失を最少にさせることができる。加えて、プリズムの屈折率は、光５２６が光ファイバー５１６から出現するにつれて、光の角度拡がりを最少にさせるように選択することができる。
【００１５】
茲で図６を参照すると、本発明による光検出装置において用いられる光電子増倍管のための好ましい回路４０が示されている。回路４０は、高い電流レベルを必要とする光電子増倍管４２のダイノード・チェーンの区域が非常に低い電流条件を有する区域から区分されているハイブリッド分圧器ネットワークを用いた高電圧供給モジュールを含んでいる。そのような電圧供給ネットワークは、本明細書において全体として引用される米国特許第７，００５，６２５号に開示されている。その電圧供給ネットワークは、光電子増倍管４２において上側ダイノードのダイノード電圧をコントロールするための、抵抗器を基本とする分圧器回路４４を含んでいる。余分な電流要求を招くことなく電圧安定化を発揮させるべく低ステージダイノードのために能動トランジスタ回路４６が設けられている。
【００１６】
光電子増倍管アノードからの信号は、好ましくは、トランスインピーダンス増幅器４８で処理される。光電子増倍管と増幅器の組合せの利得は、単光電子を検出することを可能にするために選択することができる。然しながら、回路４０は、光検出装置が用いられる特定の分野如何によって他の利得セッティングで構成することができる。回路４０は、好ましくは、光電子増倍管の陰極，ダイノード及び陽極に付加される高電圧を設定するのに用いられる内部基準電圧供給手段５２も含んでいる。
【００１７】
本発明による光検出装置によって得られる利点については、従来の光電子増倍管と本発明による三つの光検出装置に関する光電陰極応答のグラフを示した図４を参照することにより明らかになる。そのグラフは、４００〜８５０ｎｍの波長範囲を越えた光に対する光電陰極の応答を示している。図５に示したようにプリズム・ランチ構造（ｐｒｉｓｍ  ｌａｕｎｃｈ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）を持った光検出器の応答は、「Ｉｎｖ．Ａ」、「Ｉｎｖ．Ｂ」で示されている。公知の高性能反射モード光電陰極の応答曲線は、「Ｃｏｍｐ．」で示されている。本発明によるエッジ・ランチ構造（ｅｄｇｅ  ｌａｕｎｃｈ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）を有する光検出器のグラフ(Ｉｎｖ．Ｃ)も同様に示されている。プリズム・ランチ構造を有する本発明に係る検出器の応答（Ｉｎｖ．Ａ及びＩｎｖ．Ｂ）のグラフは、約７５０ｎｍまで、公知の反射モード光電子増倍管の応答よりも明らかに良好であることを示している。エッジ・ランチ構造の応答（Ｉｎｖ．Ｃ）は、長い波長であっても、他の全ての例の応答よりも可也良好であることを示している。
【００１８】
本発明の要旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態に対して何らかの変更又は修正を加えてもよいことは、当業者に理解されるであろう。従って、本発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、上述し且つ特許請求の範囲に記載された発明及び要旨の範囲内で変更及び修正される全ての実施形態を含むものであることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による光検出装置の斜視図である。
【図２】図１に示した光検出装置の概略的部分断面図である。
【図３】図１に示した光検出装置において用いられる光電子増倍管のウィンドウを示した概略図で、ファイバーライトガイドがウィンドウの端部に接続される例を示した図である。
【図４】本発明による三つの光検出器と比較例に係る光検出器に関する陰極分光応答のグラフを示した図である。
【図５】図１に示した光検出装置において用いられる光電子増倍管のウィンドウを示した図で、プリズムを備えたウィンドウにファイバーライトガイドが接続されている例を示した図である。
【図６】本発明による光検出装置において用いられる光電子増倍管の概略的な回路図である。
【図１】
2008180717.tif 000003
【図２】
2008180717.tif 000004
【図３】
2008180717.tif 000005
【図４】
2008180717.tif 000006
【図５】
2008180717.tif 000007
【図６】
2008180717.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成20年2月12日(2008.2.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2008180717.tif 000009
【外国語明細書】
2008180717.tif 000010
2008180717.tif 000011
2008180717.tif 000012
2008180717.tif 000013
2008180717.tif 000014
2008180717.tif 000015
2008180717.tif 000016
2008180717.tif 000017
2008180717.tif 000018
2008180717.tif 000019
2008180717.tif 000020
2008180717.tif 000021
2008180717.tif 000022
2008180717.tif 000023
2008180717.tif 000024