(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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１記載の光電子増倍管。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
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１００が知られている。この従来の光電子増倍管１００は、受光面板１０３の内側に光電面１０３ａを備えている。光電面１０３ａへの光の入射に伴い、電子が光電面１０３ａから放出される。収束電極１１３は複数の収束片１２３を備えており、光電面１０３ａ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１０９は複数段のダイノード１０８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１１２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１００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び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。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ｎ段（ここで、ｎ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ャ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、受光面板のあるチャンネル内の任意の位置に入射した光を、光電面のうち、対応するチャ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、各チャ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。
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３ａが形成されている。光電面３ａ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２ａが形成されている。フランジ部２ａ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。
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３ａ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１０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１０は、複数（この例では１０本）のダイノード用のステムピン１０と、複数（この場合、１６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イプの電子増倍器７が固定されている。電子増倍器７は、１０枚（１０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。電子増倍器７は、ステム４に設けられた複数のステムピン１０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が、対応するダイノード用ステムピン１０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１２が配置されている。このアノード１２は、セラミック製の基板２０上に複数枚（例えば１６枚）のアノード片２１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３ａと電子増倍部９との間に配置された平板状の収束電極１３を有している。なお、収束電極１３も、例えば、ステンレス製である。収束電極１３は、平行に配列した直線状の収束片２３を複数本（この場合、１７本）有している。隣接する収束片２３間にスリット状の開口部１３ａが形成されている。したがって、複数本（この場合、１６本）の開口部１３ａが、一方向（第２図の左右方向）にリニアに配列されている。また、受光面板３と光電面３ａの各々には、収束電極板１３の複数（１６本）の開口部１３ａに対向する複数（１６本）の領域が、複数（１６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（１６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２４を複数本（この場合、１７本）有している。隣接する二次電子放出片２４間にスリット状の電子増倍孔８ａが形成されている。したがって、複数本（開口部１３ａと同数（すなわち、１６本））のスリット状の電子増倍孔８ａが、一方向（第２図の左右方向）にリニアに配列されている。
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８ａ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Ｌと、収束電極板１３の各開口部１３ａと、受光面板３と光電面３ａ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３ａの複数（１６本）のチャンネル領域Ｍと、収束電極板１３の複数（１６本）の開口部１３ａと、電子増倍部９の各段における複数（１６本）の電子増倍孔８ａとにより、複数（１６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１２の各アノード片２１は、各チャンネルＡに一対一で対応するように基板２０上に並べられている。各アノード片２１は、対応するアノード用ステムピン１０に接続されている。かかる構成により、アノード用のステムピン１０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１６個）のチャンネルＡを有している。電子増倍部９及びアノード１２には、ステムピン１０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３ａと収束電極板１３には、同電位の電圧が印加される。また、電子増倍部９の全１０段の各ダイノード８とアノード１２には、光電面３ａに最も近い第１段からアノード１２に最も近い第１０段、さらに、アノード１２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３ａ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１３の開口部１３ａを通過し、その際、収束され、さらに、ダイノード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２１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２１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べく、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図及び第３図に示すように、受光面板３内に、光吸収ガラスからなる仕切り部２６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２６が、収束電極１３の収束片２３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２６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２６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２６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２６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３ａ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２６が当該平行光束をコリメー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３ａに入射させることができる。
なお、仕切り部２６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２６を光反射ガラスで構成すれば、仕切り部２６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。したがって、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２６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３ａ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３ａ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１３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３ａに入射した光が光電面３ａ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１００（第１図）について、実験を行った。なお、収束電極１１３の各収束片１２３の断面形状は、その管軸方向の高さ（光電面１０３ａに対して略垂直に延びる高さ）ｘがその幅（光電面１０３ａに対して略平行に延びる幅）ｙより短い（例えば、高さｘが０．０８３ｍｍで、幅ｙが０．１８ｍｍ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１０３の任意のチャンネル位置に入射した光が光電面１０３ａを抜け出る場合があり、かかる光が収束電極１１３の収束片１２３、または、ダイノード１０８で反射され、この反射光が光電面１０３ａ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ってしまう場合や、光電面１０３ａ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１１３やダイノード１０８で反射して、光電面１０３ａ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１３の各収束片２３の表面に光無反射処理を施し、各収束片２３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２３の表面に酸化膜２７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３ａを抜け出た光が収束片２３に入射しても、収束片２３はこの光を反射しない。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３ａを抜け出て収束片２３に入射しても、反射光が生じないため、反射光が光電面３ａ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２７が形成された複数の収束片２３を備えた収束電極１３は、以下のように作成する。まず、従来の収束電極１３を作成する場合と同様に、所望の電極パター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（８００〜９００℃）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２３を備えた板状の収束電極１３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１３の表面全体に黒色の酸化膜２７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１０段のダイノード８のうちで、光電面３ａ側から第１段目及び第２段目に位置するダイノード８Ａ，８Ｂの各二次電子放出片２４Ａ，２４Ｂは、光電面３ａ側から見た場合に見通せる位置にある。すなわち、第１段目及び第２段目のダイノード８Ａ，８Ｂの各二次電子放出片２４Ａ，２４Ｂは、光電面３ａ側から直線上に延びる経路上に、光電面３ａから直接望める位置に配置されている。一方、第３段目〜第１０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３ａ側から見通すことができない。このため、光電面３ａを抜け出た光は、第１段目〜第１０段目のダイノード８のうち、第１段目、もしくは、第２段目の二次電子放出片２４Ａ，２４Ｂに入射し、その際、光電面３ａ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段目及び第２段目に位置するダイノード８Ａ，８Ｂの各二次電子放出片２４Ａ，２４Ｂ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２４Ａ，２４Ｂ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２４Ａ，２４Ｂの表面に酸化膜２８を形成している。したがって、各二次電子放出片２４Ａ，２４Ｂに、第３図に矢印Ｐ１で示すように光電面３ａ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３ａを抜け出た後、矢印Ｐ１に示すように、第１段目、もしくは、第２段目のダイノード８Ａ、８Ｂにおける同一チャンネルの二次電子放出片２４Ａ，２４Ｂ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３ａ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２８は、酸化膜２７を収束電極１３に形成する方法と同一の方法により、第１段、第２段ダイノード８Ａ，８Ｂに形成すれば良い。第１段、第２段ダイノード８Ａ，８Ｂの各二次電子放出片２４Ａ，２４Ｂには、酸化膜２８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やアルカリ金属が酸化膜２８上に付着しても、二次電子放出片２４Ａ，２４Ｂは、酸化膜２８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２８は完全な絶縁状態ではないため、二次電子放出片２４Ａ，２４Ｂ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３ａ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８Ａ、８Ｂの二次電子放出片２４Ａ、８Ｂに入射しその一部の成分が反射しても、各収束片２３に遮られて、光電面３ａの隣のチャ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１３の各収束片２３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３ａに対して略垂直に延びる高さ）がその幅ｙ（光電面３ａ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２３の管軸方向の高さｘを、各チャンネルＡの第１段及び第２段ダイノード８Ａ，８Ｂの二次電子放出片２４Ａ，２４Ｂの表面からは、光電面３ａ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８Ａ、８Ｂの二次電子放出片２４Ａ，２４Ｂが入射光Ｐ１を多少反射しても、この反射光は収束片２３に遮られて光電面３ａ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２３は、光電面３ａ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Ｐ２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８Ａ、あるいは、８Ｂの二次電子放出片２４Ａ、２４Ｂで反射されて光電面３ａ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３ａへの見通し角を小さくすることにより、開口部１３ａ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２３の管軸方向の高さｘが０．０８３ｍｍ、幅ｙが０．１８ｍｍであったのに対し、本実施の形態では、高さｘを０．５ｍｍ、幅ｙを０．２ｍｍと設定すれば良い。このように各収束片２３の管軸方向の高さｘが高くなるために、各収束片２３の上部が、従来に比べて、光電面３ａに近接している。具体的には、各収束片２３の上部と光電面３ａとの距離が、従来では、０．８ｍｍ以上１ｍｍ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、０ｍｍ以上０．３５ｍｍ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８Ａ、８Ｂの二次電子放出片２４Ａ、２４Ｂからは光電面３ａの隣のチャンネルが見通せないようになっている。ここで、光電面３ａと各収束片２３とには同一の電位が付与されるので、各収束片２３の上部と光電面３ａとが直接接触し、その間の距離が０ｍｍとなっても問題ない。このように各収束片２３の上部と光電面３ａとを直接接触させれば、ダイノード８Ａ、８Ｂ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３ａを抜け出た入射光Ｐ２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２３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２３の上部を光電面３ａに近接させているが、各収束片２３の下部と第１段ダイノード８Ａとの距離は、従来と同一の値としている。具体的には、従来の光電子増倍管（第１図）の場合と同様、各収束片２３の下部と第１段ダイノード８Ａとの距離を０．１５ｍｍとしている。しかしながら、各収束片２３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２３の上部を光電面３ａに近接させるのみならず、各収束片２３の下部をも第１段ダイノード８Ａに近接させても良い。各収束片２３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８Ａ、８Ｂの二次電子放出片２４Ａ、２４Ｂから光電面３ａ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２９に、集光部材３０が接着剤によって固定されている。集光部材３０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３０は、複数個（すなわち、チャンネルＡの数（この場合、１６個））のガラス製の集光レンズ部３２から構成されている。各集光レンズ部３２は、１つの凸レンズ面３１を有している。これら複数個の集光レンズ部３２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３ａの外側表面２９に固定されている。
かかる構造の集光部材３０は、外部からの光を凸レンズ面３１によって仕切り部２６間で集光させながら、光電面３ａ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１３の各２つの隣り合う収束片２３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２３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２３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３ａ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３２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２３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３０としては、集光レンズ部３２の代わりに、光ファイ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１３の各収束片２３の表面に酸化膜２７が形成されているので、各収束片２３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３ａ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８Ａ，８Ｂの各二次電子放出片２４Ａ，２４Ｂの表面に酸化膜２８が形成されているので、各二次電子放出片２４Ａ，２４Ｂ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３ａから放出させないようにしている。
更に、各収束片２３の管軸方向の高さｘを高くすることにより、第１段目及び第２段目のダイノード８Ａ，８Ｂの二次電子増倍片２４Ａ，２４Ｂにより多少光が反射されてもその反射光が光電面３ａ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３ａ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２６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２９上に、集光レンズ部３２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２６間のチャンネルＡ内で光を集光させながら、光を光電面３ａ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３ａから放出される電子は、確実に、対応する収束片２３にて、対応するチャンネルＡの電子増倍経路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３ａを有し、光電面３ａ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３ａ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１３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アノード１２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２６が設けられ、収束電極１３の各チャンネルを形成させる各収束片２３の表面には光無反射処理が施されて酸化膜２７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３ａ側から第１段目及び第２段目に位置するダイノード８Ａ、８Ｂの各チャンネルを形成させる各二次電子放出片２４Ａ、２４Ｂの表面には光無反射処理が施されて酸化膜２８が形成されており、さらに、収束電極１３の各収束片２３が、ダイノード８Ａ、８Ｂの各二次電子放出片２４Ａ、２４Ｂの表面から光電面３ａの隣のチャンネルが見通せないような形状及び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や改良が可能である。
例えば、上記説明では、光無反射処理として、収束片２３に酸化膜２７を形成し、二次電子放出片２４に酸化膜２８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２３と各二次電子放出片２４Ａ、２４Ｂとに他の処理を施してもいい。
例えば、収束片２３と二次電子放出片２４Ａ、２４Ｂ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２３と二次電子放出片２４Ａ、２４Ｂとに、任意の金属（例えば、アルミニウム）をポーラス状に蒸着する。具体的には、低い真空度（例えば、約１０−５〜１０−６ｔｏｒｒ）の真空漕内で、ステンレス製の収束片２３と二次電子放出片２４Ａ、２４Ｂ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つ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２３や二次電子放出片２４Ａ、２４Ｂ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３１を備えた集光部材３０が設けられていた。しかしながら、集光部材３０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２９自体の形状を、複数の凸レンズ面３１が並んだ形状にすれば良い。すなわち、複数の凸レンズ面３１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３１は、仕切り部２６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３１が仕切り部２６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２６の上端部が平坦であり、隣り合う凸レンズ面３１が仕切部２６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２３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２３は、光電面３ａ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８Ａ、８Ｂ）の各二次電子放出片２４Ａ、２４Ｂが隣のチャンネルの光電面３ａを見通せないような形状及び大きさであれば良い。例えば、第１段ダイノード８Ａのみが光電面３ａから見通せる場合には、第１段ダイノード８Ａの各二次電子放出片２４Ａが隣のチャンネルの光電面３ａを見通せないような形状及び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８Ａ、８Ｂが光電面３ａから見通せる場合には、第１段と第２段ダイノード８Ａ、８Ｂの各チャンネルの二次電子放出片２４が隣のチャンネルの光電面３ａ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３ａ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２４が光電面３ａの隣のチャンネルを見通せないような形状及び大きさであれば良い。
上記実施の形態では、各収束片２３及び各二次電子放出片２４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３ａ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１３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１３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３１を備えた集光部材３０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自体に凸レンズ面３１を形成していた。しかしながら、集光部材３０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３１を形成しなくても良い。
受光面板３には仕切り部２６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１３の各収束片２３の他、第１段ダイノード８Ａの各二次電子放出片２４Ａと第２段ダイノード８Ｂの各二次電子放出片２４Ｂにも光無反射処理がされていた。しかも、収束電極１３の各収束片２３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８Ａ、８Ｂの各二次電子放出片２４Ａ、２４Ｂの表面から隣のチャンネルの光電面３ａが見通せないようになっていた。しかしながら、少なくとも、光電面３ａの後段の部材のうち、光電面３ａに最も近い部材である収束電極１３の各収束片２３が光無反射処理されていれば、各収束片２３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２３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２３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８Ａ、８Ｂの各二次電子放出片２４Ａ、２４Ｂの表面から隣のチャンネルの光電面３ａ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８Ａの各二次電子放出片２４Ａ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３ａから見通せる段のダイノード８の各二次電子放出片２４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３ａから見通せる場合には、第１段ダイノード８Ａの各二次電子放出片２４Ａ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８Ａ、８Ｂの各二次電子放出片２４Ａ、２４Ｂ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２４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ャニング顕微鏡やＤＮＡ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。
【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。
【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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