(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一側端部を構成する受光面板と、他側端部を構成するステムとを有する真空容器内に、前記受光面板を通して入射した入射光を電子に変換する光電面と、前記光電面が放出した電子を増倍させる電子増倍部と、前記電子増倍部が増倍した電子に基づいて出力信号を送出するアノードを有する電子検出部とを備えた光電子増倍管において、
前記電子増倍部は、複数の増倍電極が複数段に積層された電極積層部と、前記各増倍電極にそれぞれ所定の電位を供給する電位供給手段と、前記光電面が放出した電子を前記電極積層部に収束させるフォーカス電極とを有し、
前記増倍電極および前記アノードの縁部には切り欠きが形成され、
前記切り欠きによって形成される平面は前記増倍電極の積層方向において重なっており、前記電位供給手段は前記ステムから前記増倍電極の積層方向に延びて前記切り欠きによって形成される平面を挿通しており、
前記フォーカス電極は、前記電極積層部と前記光電面との間に配置され、前記増倍電極の積層方向において前記切り欠き及び前記増倍電極を覆っていることを特徴とする光電子増倍管。
【請求項２】
前記フォーカス電極にはスリットが形成されており、前記スリットは、前記切り欠きが形成された縁部に対して垂直な方向に延びていることを特徴とする請求項１に記載の光電子増倍管。
【請求項３】
前記電子増倍部は複数のチャンネルを規定し、前記電子検出部は、前記複数のチャンネルに対応して複数の単位アノードが２次元的に配列されたマルチアノードを有しており、前記単位アノードは、隣接する前記単位アノードと対向する対向縁部に凹部を有し、前記凹部にはブリッジ残部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光電子増倍管。
【請求項４】
所定段に配置された前記増倍電極には、前記入射光に応じて放出される電子の通過を妨げるための隔壁が、他の段に配置された前記増倍電極と比べてより多く設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光電子増倍管。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光電子増倍管の前記受光面板の外側に、放射線を光に変換して出力するシンチレータを設置してなることを特徴とする放射線検出装置。
【請求項６】
一側端部を構成する受光面板と、他側端部を構成するステムとを有する真空容器内に、前記受光面板を通して入射した入射光を電子に変換する光電面と、前記光電面が放出した電子を増倍させる電子増倍部と、複数の単位アノードが２次元的に配列され前記電子増倍部が増倍した電子に基づいて出力信号を送出するマルチアノードとを備えた光電子増倍管の製造方法であって、
前記複数の単位アノードが接続されたアノード板を作成する工程と、
前記単位アノードの、隣接する前記単位アノードと対向する対向縁部に設けられた凹部に形成され、隣接する前記単位アノード同士を接続しているブリッジを前記凹部内で切断することにより、前記ブリッジの残部を前記凹部内に収容された状態とする工程と、
を備えたことを特徴とする光電子増倍管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電子増倍管、これを用いた放射線検出装置および光電子増倍管の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、真空容器の一側に設けられた光電面が放出した電子を、光電面に対向して配置され、複数のダイノードを含む電極を積層してなる電極積層体により増幅してアノードで検出する光電子増倍管が知られている。（例えば、特許文献１から特許文献３参照）このような光電子増倍管にあっては、電極積層体を構成する各電極の周縁部に形成された接続片に、真空容器の他端を構成するステムに固定されたステムピンが電気的に接続されているため、結果的に各電極の周辺に配列されたステムピンによって囲まれる領域内に各電極の有効面が納まるような構成となっている。また、ステムピンとの接続部分をダイノードまたはアノードの有効面に突出させた構造としている光電子増倍管もある（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開平９−２８８９９２号公報（第４頁、第２図）
【特許文献２】特開２０００−１４９８６０号公報（第３頁、第１図）
【特許文献３】ＷＯ２００３／０９８６５８号公報（第１４頁、第５（Ａ）図）
【特許文献４】特開昭５９−２２１９５７号公報（第３頁、第５図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１から特許文献３に記載の例では、各電極の周囲に配置されたステムピンで囲まれる領域内に、各電極の有効面が納まるような構成とされているため、その分、電極の有効面積が縮小させられている。
【０００４】
また、特許文献４に記載の例では、ステムピンとの接続部分をダイノードおよびアノードの有効面に突出させた構造としているため、各電極の有効面積は効率よく確保されているが、光電面の周縁部における、各電極の有効面に突出したステムピンとの接続部分に対応した領域から放出された電子はアノードに達しないため検出不可能であり、電子の検出効率が低下するという問題がある。
【０００５】
そこで本発明は、ダイノードおよびアノードの有効面積を効率よく確保することができ、電子の検出効率の高い光電子増倍管、放射線検出装置および光電子増倍管の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明による光電子増倍管は、一側端部を構成する受光面板と、他側端部を構成するステムとを有する真空容器内に、受光面板を通して入射した入射光を電子に変換する光電面と、光電面が放出した電子を増倍させる電子増倍部と、電子増倍部が増倍した電子に基づいて出力信号を送出するアノードを有する電子検出部とを備えた光電子増倍管において、電子増倍部は、複数の増倍電極が複数段に積層された電極積層部と、各増倍電極にそれぞれ所定の電位を供給する電位供給手段と、光電面が放出した電子を電極積層部に収束させるフォーカス電極とを有し、増倍電極およびアノードの縁部には切り欠きが形成され、切り欠きによって形成される平面は増倍電極の積層方向において重なっており、電位供給手段はステムから増倍電極の積層方向に延びて切り欠きによって形成される平面を挿通しており、フォーカス電極は、電極積層部と光電面との間に配置され、増倍電極の積層方向において切り欠き及び増倍電極を覆っていることを特徴とする。
【０００７】
このような構成によれば、各ダイノードおよびアノードに切り欠きを設けたので各ダイノードおよびアノードの有効面積を効率よく確保でき、電子の検出効率を向上させることができる。また、光電面とダイノードとの間に、ダイノードの切り欠き部分をも覆うようにフォーカス電極を設け、光電面の切り欠き部分に対応する領域から放出された電子をダイノード上に到達させるように制御するので、さらに電子の検出効率が向上する。また、ダイノードおよびアノードの切り欠きを最小限に抑え、有効面積を十分確保することができる。更に、電子の走行時間差による信号の揺らぎ等を最小限に低減できる。
【０００８】
フォーカス電極にはスリットが形成されており、スリットは、切り欠きが形成された縁部に対して垂直な方向に延びていることが好ましい。
【０００９】
このような構成によれば、フォーカス電極はスリット方向に電子を制御しやすいので、切り欠き部分に飛来する電子を効率よくダイノードに入射させることができる。
【００１０】
上記いずれかの光電子増倍管において、電子増倍部は複数のチャンネルを規定し、電子検出部は、複数の単位アノードが複数のチャンネルに対応して２次元的に配列されたマルチアノードを有しており、単位アノードは、隣接する単位アノードと対向する対向縁部に凹部を有し、凹部には、ブリッジ残部が設けるようにしてもよい。
【００１１】
このような構成によれば、複数のアノードを一括して製造、配置し、後にブリッジ部を切断することで複数のアノードを製造することができ、製造および組み立てが容易であるとともに、アノードの有効面積を効率よく確保することができる。また、ブリッジ残部が切り欠き内に配置されるので、ブリッジ残部間の放電を防止することができる。
【００１２】
上記いずれかの光電子増倍管において、所定段に配置された増倍電極には、入射光に応じて放出される電子の通過を妨げるための隔壁が、他の段に配置された前記増倍電極と比べてより多く設けられていることが好ましい。
【００１３】
このような構成によれば、複数の各アノードが検出する電子数がアノードの配置されている位置によってばらつきを生ずるのを抑制することが可能になる。
【００１４】
上記いずれかの光電子増倍管の受光面板の外側に、放射線を光に変換して出力するシンチレータを設置して放射線検出装置を構成してもよい。このような構成によれば、放射線を検出して信号として出力することが可能になる。
【００１５】
本発明による光電子増倍管の製造方法は、一側端部を構成する受光面板と、他側端部を構成するステムとを有する真空容器内に、前記受光面板を通して入射した入射光を電子に変換する光電面と、前記光電面が放出した電子を増倍させる電子増倍部と、複数の単位アノードが２次元的に配列され前記電子増倍部が増倍した電子に基づいて出力信号を送出するマルチアノードとを備えた光電子増倍管の製造方法であって、前記複数の単位アノードが接続されたアノード板を作成する工程と、前記単位アノードの、隣接する前記単位アノードと対向する対向縁部に設けられた凹部に形成され、隣接する前記単位アノード同士を接続しているブリッジを前記凹部内で切断することにより、前記ブリッジの残部を前記凹部内に収容された状態とする工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
このような方法によれば、アノードの製造を一括して行うことができ、アノード板を固定してから単位アノードに切断すればよいので、工程が簡略化できるとともに、アノードの有効面積を充分に確保でき、ブリッジ部で放電が生じてノイズの原因となることを防止できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による放射線検出装置、光電子増倍管およびその製造方法によれば、ダイノードおよびアノードの有効面積を効率よく確保することができ、電子の検出効率の高い光電子増倍管、放射線検出装置および光電子増倍管の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００１９】
図１〜図２２は、本発明の一実施の形態による光電子増倍管を含む放射線検出装置を示す図である。各図において実質的に同一の部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。なお、以下の説明において「上」、「下」等の語を、図面に示す状態に基づいて便宜的に用いることとする。
【００２０】
図１は、本実施の形態による放射線検出装置１の概略断面図、図２は、図１のII−II面における光電子増倍管１０の概略断面図である。図１、２に示すように、放射線検出装置１は、入射した放射線を光に変換して出力するシンチレータ３、および入射した光を電子に変換および増倍して検出する光電子増倍管１０を備え、入射した放射線を検出して信号として出力する装置である。光電子増倍管１０は、断面が略矩形の管状形状を有しており、管軸の方向をz軸、図１の紙面に垂直な軸をx軸、ｚ軸及びｘ軸に垂直な軸をy軸とする。
【００２１】
シンチレータ３は、z軸方向一端側に入射面５、他端側に出力面７を備え、断面が略矩形状を有している。シンチレータ３には、入射面５側から放射線が入射し、入射した放射線は、シンチレータ３内部で光に変換されてシンチレータ３内を伝搬し、出力面７側から出力される。光電子増倍管１０は、シンチレータ３の出力面７側に接しており、シンチレータ３の中心軸と光電子増倍管１０の管軸とはほぼ同軸に設けられている。
【００２２】
光電子増倍管１０は、z軸方向一側端部を構成する受光面板１３、他側端部を構成するステム２９、ステム２９の周縁部に設けられた管状部材３１、ステム２９のｘｙ平面のほぼ中央に設けられた排気管４０、および、筒型形状を有する側管１５が、気密に接続および固定されることにより形成された真空容器である。光電子増倍管１０の真空容器内部には、フォーカス電極１７、複数のダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１２を備えた電極積層部、電子を検出し信号として出力する複数のアノード２５を備えた電子検出部、および、電極積層部と電子検出部との間に備えられた引き出し電極１９が配置されている。
【００２３】
受光面板１３は、例えばガラスで形成された略矩形の板状形状を有しており、その内部側、すなわちz軸方向下面側には、入射光を電子に変換する光電面１４が設けられている。光電面１４は、例えば予め蒸着したアンチモンにアルカリ金属蒸気を反応させることにより形成される。光電面１４は、受光面板１３の内部側のほぼ全面に設けられており、シンチレータ３から出力され受光面板３を通して入射した光を、電子に変換し放出する。側管１５は、例えば金属で形成された断面が略矩形の筒型形状を有しており、光電子増倍管１０の側面を構成している。側管１５の一端部には受光面板１３が、他端部には管状部材３１を介してステム２９が、互いに気密に固定されている。ここで、光電面１４は側管１５に電気的に接続され、同電位とされている。
【００２４】
図３は、ステム２９の内側面２９ａ、管状部材３１、および延出部３２を示す平面図である。図１〜図３に示すように、ステム２９は、例えばコバールガラスで形成された略矩形の板状を有しており、光電子増倍管１０内部側の内側面２９ａと、外側面２９ｂと、それらを接続する周縁部２９ｃとを有している。ステム２９には、アノード２５を支持するための導電性のステムピン２７が、アノード２５のチャンネル数に対応した数（ここでは６４本）だけ、気密に挿通されている。
【００２５】
ステム２９の周縁部２９ｃには、周縁部２９ｃを取り囲む管状部材３１が気密に装着されている。管状部材３１は、例えば金属で形成された断面が略矩形の管形状を有しており、側管１５とも気密に接続されている。管状部材３１からは、ステム２９の内側面２９ａに沿って光電子増倍管１０の内部側に延出部３２が延出している。延出部３２は、例えば金属で形成された平面視が略矩形状の環形状を有している。
【００２６】
延出部３２のｘ軸方向両縁部には、複数の貫通穴部２２、４８が形成されており、それぞれ支持ピン２１、リードピン４７が挿通固定されている。また図３のｘ方向左側縁部には、フォーカスピン５１が延出部３２に立設されている。
【００２７】
支持ピン２１は、導電性材料で形成され、本実施の形態では、ｘ軸方向両縁部に３本ずつ合計６本設けられている。なお、図２は、図３のV−V面における断面を示しており、図２に示すように、支持ピン２１は、ステム２９を貫通してｚ軸方向上方に延び、引き出し電極１９を載置するとともに、引き出し電極１９と同電位とされている。
【００２８】
図５に示すように支持ピン２１はステム２５を挿通してｚ軸方向に延びる支持部２１ａ、及び支持部２１ａのｚ軸方向上端に設けられ電極積層部が載置される載置部２１ｂで構成されている。ここで載置部２１ｂは支持部２１ａに比較してｘｙ平面における断面積が大きく形成されており、電極積層部は最下段の電極（本実施形態においては引き出し電極１９）の下面と載置部２１ｂの上面（載置面）が接する形で支持ピン２１上に載置されている。ここで載置部２１ｂは支持部２１ａに比較してｘｙ平面における断面積が大きく形成されているため、ｚ軸方向における電極積層体の位置精度を確実に規定するとともに、電極積層体を載置部２１ｂの載置面上に安定して載置することが可能となる。
【００２９】
リードピン４７は、導電性材料で形成され、本実施の形態では、ｘ軸方向両縁部に合計３５本設けられている。図４は、図３のIV−IV面における断面を示しており、図４に示すように、リードピン４７は、ステム２９を貫通してｚ軸方向上方に延び、夫々所定のダイノードＤｙ1〜Ｄｙ１２、及び引出し電極１９に接続されて所定の電位を供給している。なお、各リードピン４７は、夫々接続するダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１２の位置に応じた長さに形成されている。フォーカスピン５１は、導電性材料で形成され、ステム２９からｚ軸方向上方に延び、フォーカス電極１７に接続されている。フォーカス電極１７は管状部材３１に溶接されたフォーカス電極ピン５１を介して側管１５に電気的に接続され光電面１４と同電位とされている。
【００３０】
図５は、図２、すなわち、図３のV−V面における断面の一部拡大図であり、図６は、図４、すなわち、図３のIV−IV面における断面の一部拡大図である。図５、図６に示すように、貫通穴部２２、４８における支持ピン２１およびリードピン４７のステム２９の内側面２９ａとの接続部分には、ステム２９が盛り上がった這い上がり部３３が形成されている。ここで、這い上がり部３３と支持ピン２１またはリードピン４７との接点を点Ｐ１、這い上がり部３３がないとした場合の内側面２９ａと支持ピン２１またはリードピン４７との仮想接点を点Ｐ２、管状部材３１と延出部３２との接点を点Ｐ３とすると、点Ｐ１−点Ｐ３間の距離は、点Ｐ３−点Ｐ２間の距離と比べて長くなっている。従って、本実施の形態では、這い上がり部３３があることにより、支持ピン２１またはリードピン４７と管状部材３１との沿面距離が長く確保されている。
【００３１】
図１、図２に示すように、フォーカス電極１７は、光電面１４と所定の距離離間して対向するように配置されている。フォーカス電極１７は、ｘ軸方向に延びる複数のフォーカス片１７ａと、複数のフォーカス片１７ａによって形成された複数のスリット状の開口部１７ｂを備えた略矩形薄型電極であり、電子をダイノードＤｙ１の電子増倍孔１８ａ（図７参照）に効率よく収束させためのものである。フォーカス電極１７は、延出部３２に立設されたフォーカスピン５１（図３参照）を介して側管１５に電気的に接続され光電面１４と同電位とされている。
【００３２】
ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１２は、電子を増倍させるための電極であり、フォーカス電極１７のｚ軸方向下方に、略平行に対向するように積層されている。図７は、図１の部分拡大図である。図７に示すように、ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１２は、ｙｚ平面における断面が凹凸を有する電子増倍片１８が互いに離間して平行に並んだ略矩形薄板型電極である。従って、ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１２には、隣接する電子増倍片１８間にｘ軸方向に延びるスリット状の電子増倍孔１８ａが形成されていることとなる。所定数の電子増倍孔１８ａが各アノードに対応しており、アノード２５の各チャネルのｘ軸方向境界部に対応する位置には、ｙ軸方向に延びる隔壁７１（図１５参照）が設けられ、ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１２の複数チャネルのｙ軸方向境界を規定している。また、各ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１２間には、図２および図５に示すように、絶縁部材２３が配置されている。ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１２には、リードピン４７により、光電面１４側からステム２９側に向かって順次高い電位が供給されている。
【００３３】
引き出し電極１９は、ダイノードＤｙ１２のステム２９側に、ダイノードＤｙ１２と絶縁部材２３を介して離間し、略平行に対向するように配置されている。引き出し電極１９は、ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１２と同一の材料から形成された薄板型電極であり、ｘ軸方向に延びる複数の引き出し片１９ａと、複数の引き出し片１９ａによって形成された複数のスリット状の開口部１９ｂを備えているが、この開口部は、ダイノードＤｙ１２から放出された電子をアノード２５へ通過させるためのものであり、ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１２の電子増倍孔１８ａとは異なる。従って、開口部は、ダイノードＤｙ１２から放出された電子がなるべく衝突しないように設計されている。引き出し電極１９には、ダイノードＤｙ１２よりも高くアノード２５より低い所定の電位が与えられており、ダイノードＤｙ１２の２次電子面上の電界強度を均一にする。ここで、２次電子面とは、各ダイノードＤｙの電子増倍孔に形成された電子の増倍に寄与する部分のことを指す。
【００３４】
引き出し電極１９がない場合には、ダイノードＤｙ１２から電子を引き出すための電界は、ダイノードＤｙ１２−アノード２５間の電位差及び距離に依存する。従って、例えば、各アノード２５がｘｙ平面に対して多少傾いて配置された場合には、ダイノードＤｙ１２−アノード２５間の距離が、各位置によって異なってしまうため、ダイノードＤｙ１２に対する電界強度が均一にならず、電子を均一に引き出すことができない。しかしながら、本実施の形態では、ダイノードＤｙ１２−アノード２５間に引き出し電極１９が配置されているため、ダイノードＤｙ１２に対する電界は、ダイノードＤｙ１２−引き出し電極１９間の電位差及び距離の電位差及び距離によって決定される。ダイノードＤｙ１２−引き出し電極１９間の電位差及び距離は一定であるため、ダイノードＤｙ１２の２次電子面上の電界強度は均一になり、ダイノードＤｙ１２から電子を引き出す力も均一となる。従って、各アノード２５がｘｙ平面に対して多少傾いて配置された場合であっても、ダイノードＤｙ１２から電子を均一に引き出すことができる。
【００３５】
引き出し電極１９は、上述のように縁部において導電体で形成された支持ピン２１の載置部２１ｂ上に載置されている。図５に示すように、支持ピン２１と複数の絶縁部材２３とはｚ方向軸３５上に同軸に配置されているため、フォーカス電極１７、ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１２および引き出し電極１９をｚ軸下方向に高い圧力をかけて固定することが可能となる。
【００３６】
アノード２５は、電子を検出し、ステムピン２７を介して検出した電子に応じた信号を光電子増倍管１０の外部に出力する電子検出部であり、引き出し電極１９のステム２９側に、引き出し電極１９と略平行に対向するように設けられている。図１、２に示したように、アノード２５は、ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１２の複数のチャネルに対応して複数設けられている薄板型電極であり、夫々ステムピン２７に溶接接続され、ステムピン２７を介して引き出し電極１９よりも高い所定の電位を供給されている。また、アノード２５には、製造時に排気管４０から導入されるアルカリ金属蒸気を拡散させるため、複数のスリットが設けられている。
【００３７】
以下、フォーカス電極１７、ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１２、引き出し電極１９およびアノード２５の構成についてさらに詳しく説明する。
【００３８】
図８は、電子増倍部をｚ軸上方側から見た概観図であり、図９は、図８の部分拡大図である。図８に示すように、電子増倍部は、複数（本実施の形態では、６４個）のアノード２５を２次元に配列して構成され、各アノード２５は夫々ステムピン２７に支持されているとともにステムピン２７を介して図示しない回路に電気的に接続されている。
【００３９】
ここで、便宜的に単位アノードを図８の左上からアノード２５（１−１）、２５（１‐２）、…、２５（８−８）とする。各アノード２５（１−１）、２５（１−２）、…、２５（８−８）には、隣接する単位アノードとの間に凹部２８が互いに対向して形成されており、凹部２８には、ブリッジ残部２６が残っている。アノード２５は、製造時には隣接する単位アノード同士がブリッジによって接続された一体のアノード板の状態に形成されており、一体の状態で各ステムピン２７に各アノードを溶接して固定する。その後にブリッジを切断し、アノード２５（１−１）、２５（１−２）、…、２５（８−８）を互いに独立させる。ブリッジ残部２６は、ブリッジを切り離した残りの部分である。
【００４０】
また、ｘ軸方向両縁部に相当するアノード２５（１−１）、（２−１）、…、２５（８−１）およびアノード２５（１−８）、２５（２−８）…、２５（８−８）のうち、アノード２５（１−１）、（１−８）、（８−１）、（８‐８）のコーナ部８３を除いて、切り欠き部２４が形成されている。よって、この切り欠き部２４により、アノード２５と支持ピン２１、リードピン４７、およびフォーカスピン５１の接触を避けるとともに、電子検出部の有効面が側管１５の近傍にまで広げられている。
【００４１】
図１０は、ダイノードＤｙ１２をｚ軸上方から見た概観図であり、図１１は、図１０の部分拡大図である。なお、図１０、１１では電子増倍片１８、引き出し電極１９の開口は省略されている。なお、図１０、図１１では、電子増倍片１８、引き出し電極１９の開口は省略されている。図１０、１１に示すように、ダイノードＤｙ１２と引き出し電極１９とはｘｙ平面においてアノード２５とほぼ同一の外形を有している。すなわち、ｘ軸方向両縁部に支持ピン２１、リードピン４７等を避ける切り欠き部４９が形成されている。引き出し電極１９の切り欠き部４９には、突出部５５が形成されており、支持ピン２１は、突出部５５を載置することにより、引き出し電極１９全体を載置している。また、ダイノードＤｙ１２も、同様に突出部５５を有している。ダイノードＤｙ１２の場合、リードピン４７Ａ、４７Ｂと接続されて所定の電位を供給されているため、リードピン４７Ａ、４７Ｂ周辺に突出部５３が形成されている。また、ｙ軸方向両縁部においては側管の内壁面の近傍まで電極が形成され、特に４ヶ所のコーナ部はコーナ部８５が突出している。なお、ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１１もダイノードＤｙ１２と実質的に同様の構成であり、各リードピン４７はｚ軸方向に延びて所定のダイノードと接続されている。
【００４２】
図１２は、フォーカス電極１７をｚ軸上方側から見た概観図であり、図１３は、図１２の部分拡大図である。なお、図１２、１３では、図１及び図２で示したフォーカス片１７ａ及び開口部１７ｂは省略されている。図１２、１３に示すように、フォーカス電極１７は、アノード２５の切り欠き部２４、ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１２および引き出し電極１９の切り欠き部４９を覆うようにｘ軸方向周縁部まで設けられている。なお、フォーカス電極１７の切り欠き部２４または切り欠き部４９を覆う部分は、スリットの形成されていない平板状電極部分１６を形成し、４つのコーナ部はスリットを有するコーナ部８７となっている。
【００４３】
以下、上記のようなフォーカス電極１７、ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１２、引き出し電極１９およびアノード２５のｘｙ平面外形が光電子増倍管１０内部での電子軌道に及ぼす作用について説明する。図１４は、光電面１４からダイノードＤｙ１までの電子軌道をｘｙ平面およびｘｚ平面に投影して示す図である。図１４に示すように、光電面１４のｘ方向周縁部から放出された電子は、フォーカス電極１７の切り欠き部２４、４９を覆うように設けられた平板電極部分１６によりｘ軸方向中央側の電子増倍孔用開口８９に集束され、軌道６１のようにダイノードＤｙ１に入射する。また、光電面１４のコーナ部８７に対向する領域から放出された電子は、フォーカス電極１７のコーナ部８７で集束され軌道６３のようにダイノードＤｙ１のコーナ部８５に入射する。このように、フォーカス電極１７およびダイノードＤｙ１のコーナ部８７、８５が設けられているため、光電面１４周縁部から放出された電子も、効率よくダイノードＤｙ１に入射する。
【００４４】
ところで、光電面１４からダイノードＤｙ１までの電子の走行距離に差が生じると、出力される信号の時間的揺らぎを生じる。例えば、光電面１４のより中央部から放出された電子は、軌道６５のようにダイノードＤｙ１に入射する。軌道６１と軌道６５とはダイノードＤｙ１のほぼ同一部分に入射するが、光電面１４からダイノードＤｙ１までの電子の走行距離に差が生じるため、出力される信号の時間的揺らぎを生じる。また、光電面１４のコーナ部８７に対向する領域から放出される電子は、斜め方向の軌道でダイノードＤｙのｘ軸方向中央側に入射することとなる。従って、各電極にコーナ部８３、８５、８７が設けられていない場合、すなわち、各電極のコーナ部分が有効領域となっていない場合には、光電面１４のコーナ部８７に対向する領域から放出される電子は、ダイノードＤｙ１に入射させるために大きく集束させる必要があるため、軌道６１よりも更に軌道６５との走行距離の差が大きくなる。しかしながら、本実施の形態においては、ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１２、引き出し電極１９およびアノード２５には切り欠き部２４、４９が設けられ、コーナ部８３、８５、８７は電子の増倍および検出に対して有効領域となっているため、光電面１４のコーナ部８３、８５、８７に対向する領域から放出された電子の走行時間差が小さくなるように集束される。従って、各軌道６１、６３、６５によってダイノードＤｙ１に入射する電子の時間的ばらつきを最小限に抑制することができる。
【００４５】
次に、ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１２に設けられる隔壁の構成について説明する。図１５は、通常のダイノードに設けられる隔壁を示す図、図１６は、所定のダイノードに設けられる隔壁を示す図、図１７は、隔壁を多く設けたダイノードの全体図、図１８は図１７の断面図である。なお、図１５、１６では電子増倍片１８が省略されている。
【００４６】
ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１２は、本実施の形態では上述したようにｘ軸方向にスリットを有する構造であり、ｙ軸方向には図１５に示すように、アノード２５の複数のチャネルのｙ軸方向境界部と対応する隔壁７１が設けられている。光電子増倍管では受光面の有効領域を広くとるために、受光面の周縁部付近に入射した光に応じて光電面の周縁部から放出される光電子をｘｙ平面の中心側に集束させる。周縁部からの電子は、集束に伴ってロスが生じるため、この結果、周縁部の電子増倍率の均一性が低下する傾向がある。そこで、図１６、１７に示すようにダイノードのｙ軸方向周縁部を除く領域にｙ軸方向に延びる隔壁７３を設け、電子の増倍率を調整する。このような構成においては、図１７のＡ−Ａ断面では、図７に示すように電極積層部全体に電子増倍片１８が存在するが、Ｂ−Ｂ断面では、図１８に示すようにダイノードＤｙ５のｙ方向周縁部を除く部分が隔壁７３となっている。隔壁７３部分には電子増倍孔１８ａが形成されず、隔壁７３に入射する電子は増倍に寄与しないため、ｘｙ平面中央部の電子増倍が抑制されて電子の増倍率が均一化される。
【００４７】
次に排気管の構成について説明する。図１９は、排気管付近の構成を示す断面図である。排気管４０は、ステム２９の中央部に気密に接続されている。排気管４０は、内側管４３と外側管４１との二重構造である。外側管４１は、ステム２９と密着させるため、ガラスと密着性がよく熱膨張係数の等しい例えばコバール金属で形成し、厚さは例えば０．５ｍｍ、外径は例えば５ｍｍ、長さは例えば５ｍｍである。なお、ステム２９の厚さは例えば４ｍｍとすることができ、この場合、外側管４１はステム２９の外側面２９ｂより１ｍｍ外側に突出する。外側管４１が外側面２９ｂよりも外側に突出していることにより、ステム２９が外側管４１を超えて内側管４３と外側管４１との間に入り込むことを防止している。また、排気管４０は、封止（圧接）を容易にするために、封止後であっても、内側管４３が外側管４１の下端よりも突出するように構成されている。
【００４８】
内側管４３は、例えばコバール金属または銅で形成し、外径は例えば３．８ｍｍ、切断前の長さは例えば３０ｍｍであり、外側管４１と同軸に配置し、ステム２９の内側面２９ａ側の一端部が外側管４１と気密接合している。また、光電子増倍管１０の製造終了時には内側管４３の他端部を気密に封止するため、なるべく厚さが薄いことが好ましく、例えば０．１５ｍｍである。ステム２９との接続部においては、ステム２９の材料が排気管の内側に回りこまないように、接続部４１ａをｚ軸方向上側に例えば０．１ｍｍ突出させるように配置されている。
【００４９】
次に、光電子増倍管１０の製造方法を説明する。図２０〜２２は、排気管およびステムの製造方法を示す図である。図２０に示すように、まず、外側管４１と内側管４３とを用意する。続いて、内側管４３を外側管４１の内部に同軸となるように配置する。このとき、内側管４３と外側管４１との一端同士の位置を合わせ、接合部４１ａをレーザ溶接によって接合する。接合後、外側管４１の外面に、ステム２９と融着しやすくするための酸化膜を形成する。また、管状部材３１および延出部３２を用意し、それらにステム２９と融着しやすくするための酸化膜を形成する。図２１に示すように、ステム２９には、支持ピン２１を装着する貫通孔２８、ステムピン２７を装着する貫通孔３０等を夫々所定数、排気管を装着する貫通孔３４を一箇所形成する。
【００５０】
図２２に示すように、排気管４０、管状部材３１、延出部３２、ステム２９、支持ピン２１、ステムピン２７、リードピン４７等を夫々図示の位置に配置してカーボン治具（図示せず）に組み入れ、治具によりステム２９をステム２９の内側面２９ａ、外側面２９ｂ側を挟むように加圧しながら本焼成することで、ガラスと各金属とが気密融着する。このとき、ステム２９の材料が延出部３２の貫通穴部２２、４８を挿通する支持ピン２１、リードピン４７のステム２９との接続部分に押し出されることで這い上がり３３が生ずる。融着後、治具を取り外し、酸化膜の除去および洗浄を行う。このようにしてステム部分が完成する。
【００５１】
続いて、一体に形成されたアノード２５をステムピン２７上に載置し固定する。固定した後、ブリッジを切断しアノード２５（１−１）、２５（１−２）、…、２５（８−８）として独立させる。支持ピン２１上には、引き出し電極１９をアノード２５と略平行に離間して載置する。さらに引き出し電極１９上に、絶縁部材２３を介してダイノードＤｙ１２〜Ｄｙ１およびフォーカス電極１７を順次離間して対向させた電極積層部を載置する。このとき、ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１２の夫々対応するリードピン４７を突出部５３に、フォーカス電極１７を、フォーカスピン５１と接続し、ｚ軸下方向に圧力をかけて固定する。その後、受光面板１３が固定された側管１５端部を管状部材３１と溶接固定して組み立てる。
【００５２】
続いて、排気管４０から光電子増倍管１０内部を真空ポンプなどにより排気した後、アルカリ蒸気を導入し、光電面と２次電子面を活性化させる。再び、光電子増倍管内部を真空に排気した後、排気管４０を構成する内側管４３を所定の長さに切断し、先端を封止する。このとき、放射線検出装置１を回路基板上に載置する際に障害にならないように、ステム２９との接続部分の密着度が損なわれない程度に内側管４３を短くすることが好ましい。以上の工程により、光電子増倍管１０が得られる。
【００５３】
以上のように構成された本実施の形態による放射線検出装置１では、シンチレータ３の入射面５に放射線が入射すると、出力面７側に入射した放射線に応じた光を出力する。光電子増倍管１０の受光面板１３に、シンチレータ３が出力した光が入射すると、光電面４は、入射した光に応じた電子を放出する。光電面４に対向して備えられたフォーカス電極１７は、光電面４から放出された電子を集束して、ダイノードＤｙ１に入射させる。ダイノードＤｙ１は入射した電子を増倍し、下段ダイノードＤｙ２側に放出する。このようにダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１２によって順次増倍された電子は、引き出し電極１９を介してアノード２５に達する。アノード２５は到達した電子を検出し、ステムピン２７を介して信号として外部に出力する。
【００５４】
光電子増倍管１０においては、電極積層体を載置するための支持ピン２１を備える。支持ピン２１を構成する載置部２１ｂの載置面上に電極積層部を載置する構成とすることで電極積層部をｚ軸方向上側から大きな圧力をかけて固定することが可能となり、電極積層部の固定強度が高まり耐震性が向上するとともに、電極積層部（電極積層部を構成する各電極）のｚ軸方向の位置精度が高められる。また、電極積層部の最下段の電極である引き出し電極１９が支持ピン２１の載置部２１ｂ上に載置されて支持されており、アノード２５との間に絶縁物を介していない。よって、電子が絶縁物に衝突して発光し、アノード２５から出力される信号にノイズを発生させることを防止することができる。さらに、支持ピン２１は導電性材料で形成されているため、電子が衝突しても発光しない。従って、一層、ノイズの発生を防止することができる。
【００５５】
フォーカス電極１７、ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１２および引き出し電極１９は、支持ピン２１と同軸に配置された絶縁部材２３を介して互いに離間した状態で対向し積層されている。よって、ｚ軸方向により高い圧力をかけてフォーカス電極１７、ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１２および引き出し電極１９を固定することができるため更に耐震性が向上する。また、フォーカス電極１７、ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１２および引き出し電極１９を絶縁部材２３を介して積層することにより、各電極のｘｙ平面内の位置を正確に規定することができる。
【００５６】
ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１２の光電面１４側にフォーカス電極１７が設けられているので、光電面１４が放出した電子を効率よくダイノードＤｙ１に入射させることができる。
【００５７】
ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１２、引き出し電極１９およびアノード２５には切り欠き部４９、２４が形成され、切り欠き部分に、支持ピン２１、リードピン４７が配置されている。よって、各電極の有効面積を充分確保することが可能になるとともに、電子の走行時間差による信号の揺らぎなどを最小限に低減できる。また、リードピン４７がｚ軸方向に向かって延びており、ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１２、引き出し電極１９およびアノード２５に形成された切り欠き部４９、２４がｚ軸方向において重なっていることで、さらに有効面積を確保することが可能になっている。
【００５８】
また、フォーカス電極１７は、ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１２の切り欠き部４９を覆うようにｘｙ平面周縁部まで設けられているので、光電面１４におけるダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１２、引き出し電極１９およびアノード２５に形成された切り欠き部に対応する領域から放出された光電子をダイノードＤｙ1の有効領域に集束させることが可能となり、光電子増倍管における光検出の有効面積を大きく確保できるとともに、リードピン４７に電子が衝突して増倍率を低下させるのを防止している。
【００５９】
また、フォーカス電極１７の開口部１７ｂは、ｘ軸方向、すなわち、引き出し電極１９およびアノード２５の切り欠き部４９、２４が形成されている縁部に対して垂直な方向に延びている。開口部１７ｂには、できるだけ多くの電子を入射させることが好ましいが、フォーカス片１７ａに当たった電子は開口部１７ｂには入射しない。従って、フォーカス片１７ａを避けるように電子の軌道を制御することが好ましい。その際、ｘ軸方向の制御、すなわち、電子が本来進んでいる方向の制御は、ｙ軸方向の制御に比べて難しい。本実施の形態では、開口部１７ｂが、ｘ軸方向、すなわち、引き出し電極１９およびアノード２５の切り欠き部４９、２４が形成されている縁部に対して垂直な方向に延びているため、比較的容易なｙ軸方向の制御を行えば、電子を効率良く開口部１７ｂに入射させることができる。
【００６０】
最終段ダイノードＤｙ１２とアノード２５との間に引き出し電極１９が設けられているため、ダイノードＤｙ１２のｚ軸方向下側の電界強度が均一化される。従って、ダイノード１２の電子放出特性が均一化され、例えば各単位アノードがブリッジ切断後に傾き、アノード２５−引き出し電極１９間の距離にばらつきを生じたとしても、ダイノードＤｙ１２から各チャンネル領域毎に均一に電子を引き出すことができる。
【００６１】
所定段のダイノードには隔壁７３が設けられ、開口率を調整してｘｙ平面内における電子増倍率のばらつきを低減している。
【００６２】
アノード２５は、一体に形成され、各アノードが対応するステムピン２７に固定された後にブリッジを切断して単位アノード２５を独立させるので、ステムピン２７に載置する工程が簡略化できるとともに、各アノード２５の設置位置の精度が高まる。また、ブリッジが凹部２８内に設けられているので、アノード２５の有効面を充分確保することができるとともに、ブリッジ残部が切り欠き内に配置されるので、ブリッジ残部間の放電を防止することができる。また、このように２次元に配列されたマルチアノードを用いることで、検出する光のｘｙ平面内の入射位置を検出することができる。
【００６３】
ステム２９はガラスで形成され、周縁部２９ｃに管状部材３１、内側面２９ａ上には延出部３２が設けられ、延出部３２には、支持ピン２１、リードピン４７が貫通し、フォーカスピン５１が立設している。よって、各ピンを側管１５近くに備えることができ、各電極の有効面を充分確保することが可能になっている。
【００６４】
ステム２９と支持ピン２１、リードピン４７との接続部分には這い上がり部３３が形成され、管状部材３１と各ピンとの沿面距離を大きくとることが可能になり、沿面放電の発生および増倍された電子が絶縁物に衝突して発生する発光によるノイズを防止する効果がある。また、延出部３２に貫通穴部２２、２８が設けられているので、ステム２９製造時にガラス材の逃げ部分として機能することになり、ステム２９の厚さ調整を容易にしている。さらに、このようにステム２９の厚さを制御することができるので、受光面板１３に対するステム２９の外側面２９ｂの位置精度が高まり、結果として光電子増倍管全長の寸法精度が向上するため、例えば光電子増倍管を回路基板等に表面実装して使用する際に、光源と光電子増倍管の入射面との距離が一定となり、誤差の少ない光検出が可能となる。
【００６５】
ステム２９に設けられている排気管４０は二重管構造となっており、外側管４１は、ステム２９との密着性が高い材料で厚く形成され、内側管４３は、柔らかい材料で薄く形成されている。このような二重管構造としたことによって、外側管４１の厚さによりレーザ溶接時のピンホールなどを防止できる。また内側管４３は、ステム２９の内側面２９ａ側の端部でのみ外側管４１と接続すればよく、外側管４１でステム２９との密着性を確保しながら、接続部に損傷を与えることなく長さも回路基板上に載置しても邪魔にならない程度に内側管４３を短く切断して封止することが可能になる。また、内側管４３を封止しやすいシール性の優れた材料とすることもできる。さらに、排気管４０の管径を大きくとることもでき、アルカリ金属蒸気を導入する際に、処理時間を短縮できるとともに導入した蒸気の均一性も向上する。
【００６６】
さらに、光電子増倍管１０の受光面板１３側にシンチレータ３を設けたので、放射線を検出して信号として出力することが可能である。
【００６７】
次に、第１の変形例について図２３を参照しながら説明する。図２３は、電子検出部の変形例を示す斜視図である。上記実施の形態においては、電子検出部を構成するアノード２５は２次元に配列されたマルチアノードであったが、第１の変形例においては、一次元に配列されたリニアアノード１２５である。リニアアノード１２５の境界部は、ダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１２の隔壁７１に相当する部分に設けられる。各リニアアノード１２５は、ステム２９に貫通して設けられるステムピン１２７に接続されて支持され、所定の電位を供給されるとともに検出した電子に応じた信号を出力する。リニアアノード１２５にも隣接する単位アノードと対向する部分にブリッジを備えた凹部（図示せず）を設け、アノード１２５全体をステムピン１２７上に固定した後にブリッジを切断することが好ましい。
【００６８】
続いて第２の変形例について、図２４を参照しながら説明する。図２４は、シンチレータの変形例を採用した放射線検出装置１００を示す概略断面図である。上記実施の形態によるシンチレータ３に変えて、光電子増倍管のチャンネル領域に対応したサイズのシンチレータ１０３を一次元に複数個配置した放射線検出装置１００とする。他の構成は、第１の変形例と同一である。このような構成によれば、放射線のｘｙ平面内における入射位置の検出が可能となる。
【００６９】
さらに図２５を参照して、第３の変形例について説明する。図２５は、シンチレータの他の変形例を採用した放射線検出装置２００示す概略断面図である。第２の変形例によるシンチレータ１０３に変えて、アノード１２５の大きさよりも小さい、例えばアノード１２５の２分の１に相当するシンチレータ２０３を一次元に複数個配列した放射線検出装置２００とする。他の構成は、第２の変形例と同一である。このような構成によれば、放射線のｘｙ平面内における入射位置を、より正確に検出することが可能となる。
【００７０】
さらに図２６を参照して、第４の変形例について説明する。図２６は、載置部２１ｂ及び引き出し電極１９の形状の変形例の説明図である。載置部２１ｂの引き出し電極１９を載置する面には凸部２１ｃが形成され、引き出し電極１９の載置部２１ｂに載置される面には凹部１９ｃが形成されており、支持ピン２１が引き出し電極１９を載置した際には、凸部２１ｃと凹部２１ｃとは互いに嵌合される。このような構成によれば、フォーカス電極１７、複数のダイノードＤｙ１〜Ｄｙ１２を備えた電極積層部のｘｙ平面内における位置精度を向上させることができる。なお、引き出し電極１９が配置されていない場合には、最終段のダイノードＤｙ１２に凹部を形成すればよい。また、載置部２１ｂに凹部を形成し、引き出し電極１９に凸部を形成してもよい。
【００７１】
尚、本発明による光電子増倍管および放射線検出装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００７２】
例えば、管状部材３１はステム２９の内側面２９ａ側に延出部３２が延出しているが、外側面２９ｂ側に延出部３２を設けるようにしてもよい。その場合には、延出部３２の周囲や、延出部３２を挿通しているリードピン４７間に光電面１４の電位が露出することとなる。ステム２９の外側には、回路基板を密接して配置することが多いため、アノード２５に対する電位差が最も大きい光電面１４の電位が露出していると、耐電圧の点で問題が生じる可能性がある。従って、延出部３２は、内側にある方が好ましい。
【００７３】
製造方法において、排気管４０は外側管４１と内側管４３とを接続した後にステム２９と接続させたが、まず外側管４１のみを酸化してステム２９と接続し、酸化膜を除去した後に内側管４３を外側管４１と接続する方法もある。
【００７４】
光電子増倍管および各電極の断面は略矩形としたが、断面が円形、またはその他の形状でもよい。この場合、光電子増倍管の形状に応じてシンチレータの形状も変更することが好ましい。
【００７５】
隔壁７３は、上記例では５段目のダイノードＤｙ５に設けたが、他の段に設けてもよく、また、複数段のダイノードに設けるようにしてもよい。
【００７６】
引き出し電極１９の開口部１９ｂは、ライン状に限らず、メッシュ状であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明の放射線検出装置は、医療用機械における画像診断装置などに利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の一実施の形態による放射線検出装置１の概略断面図である。
【図２】図１のII−II面における光電子増倍管１０の概略断面図である。
【図３】ステム２９の内側面２９ａ、管状部材３１、および延出部３２を示す平面図である。
【図４】図３のIV−IV平面における断面図である。
【図５】図２の部分拡大図である。
【図６】図４の部分拡大図である。
【図７】図１の部分拡大図である。
【図８】アノード２５およびそのｚ軸下方側の構成をｚ軸上方側から見た概観図である。
【図９】図８の部分拡大図である。
【図１０】ダイノードＤｙ１２およびそのｚ軸下方側の構成をｘ軸上方から見た概観図である。
【図１１】図１０の部分拡大図である。
【図１２】フォーカス電極１７およびそのｚ軸下方側の構成をｚ軸上方側から見た概観図である。
【図１３】図１２の部分拡大図である。
【図１４】光電面１４からダイノードＤｙ１までの電子軌道をｘｙ平面およびｘｚ平面に投影して示す図である。
【図１５】通常のダイノードに設けられる隔壁を示す図である。
【図１６】所定のダイノードに設けられる隔壁を示す図である。
【図１７】隔壁を多く設けたダイノードの全体図である。
【図１８】図１７の断面図である。
【図１９】排気管付近の構成を示す断面図である。
【図２０】排気管およびステムの製造方法を示す図である。
【図２１】排気管およびステムの製造方法を示す図である。
【図２２】排気管およびステムの製造方法を示す図である。
【図２３】第１の変形例によるアノード１２５を示す斜視図である。
【図２４】第２の変形例による放射線検出装置１００を示す概略断面図である。
【図２５】第３の変形例による放射線検出装置２００を示す概略断面図である。
【図２６】第４の変形例による放射線検出装置１００を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１：放射線検出装置  ３：シンチレータ  ５：入射面  ７：出射面  １０：光電子増倍管  １３：受光面板  １４：光電面  １５：側管  １７：フォーカス電極  １９：引き出し電極  ２１：支持ピン  ２３：絶縁部材  ２５：アノード  ２７：ステムピン  ２９：ステム  ３１：管状部材  ３２：延出部  ３３：這い上がり部  ３５：軸  ４７：リードピン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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