(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行に積層した複数の導電性のシートを具えているマルチ・チャネル電子増倍器であって、一対の隣接するシートが、使用時に、互いに同じ電圧にバイアスされて、共通の異なるチャンネルを有するダイノードを共同で構成し、前記一対の隣接するシートが、電子の移動方向に、収束用ハーフ・ダイノードと増倍用ハーフ・ダイノードとをそれぞれ形成し、ダイノードを構成する各シートがチャンネル数に等しい数の能動領域を有し、これらの能動領域には規則的な配列の開口による孔があけられており、各対の各シートが開口のない分離領域も有しているマルチ・チャネル電子増倍器において、
所定チャンネルの利得を制御するために、前記増倍器が、ダイノードを形成する一対のシート間に位置付けられるシート状の制御電極を含み、該制御電極が、前記所定チャンネルの能動領域に対向する箇所に、電子に対して透過性の格子が設けられた窓を有すると共に、前記制御電極が他のチャンネルの能動領域に対向する開口を有し、且つ前記制御電極には可調整電圧を印加するための接続手段が設けられていることを特徴とするマルチ・チャネル電子増倍器。
【請求項２】
請求項１記載の電子増倍器において、Ｎを電子増倍器のチャンネル数とし、前記増倍器の連続するＮ個のダイノードの各シート対間にそれぞれ制御電極が配置され、且つ格子が設けられる前記各制御電極の窓が、前記Ｎ個のチャンネルのうちの、それぞれ１つのチャンネルの能動領域に対向して位置付けられることを特徴とするマルチ・チャンネル電子増倍器。
【請求項３】
請求項２記載の電子増倍器において、電子の移動方向にて、前記連続するＮ個のダイノードが増倍器のほぼ中央位置を占めることを特徴とするマルチ・チャンネル電子増倍器。
【請求項４】
請求項１記載の電子増倍器において、前記制御電極における電子に対して透過性の格子を、該制御電極に隣接する収束用ハーフ・ダイノードの能動領域における開口に対向して位置付けられる開口を有する制御電極の箇所により構成し、前記対向して位置付けられる制御電極の開口が前記収束用ハーフ・ダイノードの開口より大きな直径を有することを特徴とするマルチ・チャンネル電子増倍器。
【請求項５】
内面に光電陰極を設けた入力窓を有する外囲器と、光電子を数個のビームに分割する電子・光学系と、複数のアノードとを有している光電子増倍管において、当該光電子増倍管が、請求項１〜４のいずれか一項に記載した利得可調整の電子増倍器を具えていることを特徴とする光電子増倍管。
【請求項６】
外囲器が多角形断面を有する頭部からなり、該頭部の一端部に入力窓を設け、前記頭部の他端部を、頭部よりも小さな断面を有する基体部に接続し、該基体部が頭部と反対側の端部に接続ピンを有する請求項５に記載の光電子増倍管において、光電陰極により放射された電子を異なる増倍チャンネルに収束させる電子・光学系を、表面が基体部と頭部との間の接続部に隣接する前記管の断面のほぼ全体に延在するプレートにより構成し、該プレートには、このプレートを光電陰極の電圧に等しい電圧に接続する手段を設け、且つ前記プレートが、分割区画室を有するタイプの管における第１のダイノードの入力格子と同一平面にある中央開口を有し、前記頭部の残余の部分が光電陰極の電圧に等しい電圧に維持されることを特徴とする光電子増倍管。
【請求項７】
請求項６記載の光電子増倍管において、調整可能な利得を有する電子増倍器の入力ダイノードが管の第１ダイノードに設けた中央通路内に位置付けられることを特徴とする光電子増倍管。
【請求項８】
請求項７記載の光電子増倍管において、２‐チャンネル管の場合に、前記第１ダイノードが中央内部仕切りを具え、さらに１つのストリップが前記プレートに電気的に接続されて固定され、且つ前記中央内部仕切りから前記中央開口を越えて真直ぐに延在することを特徴とする光電子増倍管。
【請求項９】
請求項７記載の光電子増倍管において、４‐チャンネル管の場合に、前記第１ダイノードが十字状に配置した２つの中央内部仕切りを具え、十字状に配置した２個のストリップが前記プレートに固定され、且つ前記中央内部仕切りから前記中央開口を越えて延在することを特徴とする光電子増倍管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、互いに平行に積層した複数の導電性のシートを具えているマルチ・チャネル電子増倍器であって、一対の隣接するシートが、使用時に、互いに同じ電圧にバイアスされて、共通の異なるチャンネルを有するダイノードを共同で構成し、前記一対の隣接するシートが、電子の移動方向に、収束用ハーフ・ダイノードと増倍用ハーフ・ダイノードとをそれぞれ形成し、ダイノードを構成する各シートがチャンネル数に等しい数の能動領域を有し、これらの能動領域には規則的な配列の開口による孔があけられており、各対の各シートが開口のない分離領域も有しているマルチ・チャネル電子増倍器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の電子増倍器は米国特許第５，１２６，６２９号から既知である。この文献は、増倍器を構成する部分が簡単なので経済的であるマルチ・チャンネル光電子増倍管を提供している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
入力における一様な電子束に対する異なる増倍チャンネルの出力電流応答を良好に均一にすることは多くの用途にとって望まれることである。γ線医療撮像に関する場合、単一チャネルの光電子増倍管をマルチ・チャンネル電子増倍管と取り替えることは、チャンネル同士の斯かる応答性の均一化及び１つの管と他の管との均質性を実現できる場合にのみ構想し得ることである。従って、極めて所望される解決策は、前述したタイプのマルチ・チャンネル電子増倍器を、かなり簡単で経済的に、そして各チャンネルの利得を調整可能に実現できるようにすることである。
【０００４】
本発明の目的は特に、利得が可調整の電子増倍器、並びに斯様な電子増倍器を備えたマルチ・チャンネル光電子増倍管を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、異なったチャンネルを共通に有するそれぞれのダイノードを構成する開口部付きの複数のシートを具えているマルチ・チャンネル電子増倍器において、所定チャンネルの利得を制御するために、前記増倍器が、ダイノードを形成する一対のシート間に位置付けられるシート状の制御電極を含み、該制御電極が、前記所定チャンネルの能動領域に対向する箇所に、電子に対して透過性の格子が設けられた窓を有すると共に、前記制御電極が他のチャンネルの能動領域に対向する開口を有し、且つ前記制御電極には可調整電圧を印加するための接続手段が設けられていることを特徴とするものである。
【０００６】
ダイノードを構成する２つのシート間の電界は比較的弱いから（これらシートは同じ電圧に分極（polarize）されるからである）、制御電極は、たとえその制御電極とダイノードとの間の電位差が少しであっても、当該ダイノードの段の利得に極めて有効に作用する。実際上、制御電極に印加する電圧を、この制御電極を挿入するダイノードの両側に位置する２つのダイノードの電圧範囲の値とする場合に、制御電極に印加される電圧の制御範囲が極めて十分なものとなることを確かめた。事実、その利得を制御するダイノードの電圧と、そのダイノードに隣接する低めの電圧を有するダイノードの電圧との間の電圧範囲のみを用いることができる。この範囲の電圧で、ダイノードの段の利得をその公称値から公称値の１０％以下にまで低減させることができる。
【０００７】
本発明の好適例では、Ｎを電子増倍器のチャンネル数とし、前記増倍器の連続するＮ個のダイノードの各シート対間にそれぞれ制御電極が配置され、且つ格子が設けられる前記各制御電極の窓が、前記Ｎ個のチャンネルのうちの、それぞれ１つのチャンネルの能動領域に対向して位置付けられるようにする。
【０００８】
Ｎ個の連続するダイノードは増倍器のほぼ中央の位置を占めるように、即ち、例えば４つのチャンネルと１０個のダイノードを有する増倍器の場合には、利得を制御可能なダイノードが４番目から７番目の位置を占めるようにするのが好適である。
【０００９】
制御電極の窓には、ピッチが比較的大きな針金格子を設けることができる。しかしながら、ダイノード用に使用される同じ技法内に留めるには、制御電極が、それに隣接する収束用ハーフ・ダイノードの能動領域における開口に対向して位置する開口を有し、制御電極におけるこれら開口の直径を前記ハーフ・ダイノードの開口よりも大きくするのが有利である。
【００１０】
本発明はさらに、内面に光電陰極を設けた入力窓を有する外囲器と、光電子を数個のビームに分割する電子・光学系と、複数のアノードとを有している光電子増倍管において、当該光電子増倍管がこれまでに規定したような利得可調整の電子増倍器を具えることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の好適例によれば、外囲器が多角形断面を有する頭部からなり、該頭部の一端部に入力窓を設け、前記頭部の他端部を、頭部よりも小さな断面を有する基体部に接続し、該基体部が頭部と反対側の端部に接続ピンを有する光電子増倍管において、光電陰極により放射された電子を異なる増倍チャンネルに収束させる電子・光学系を、表面が基体部と頭部との間の接続部に隣接する前記管の断面のほぼ全体に延在するプレートにより構成し、該プレートには、このプレートを光電陰極の電圧に等しい電圧に接続する手段を設け、且つ前記プレートが、分割区画室を有するタイプの管における第１のダイノードの入力格子と同一平面にある中央開口を有し、前記頭部の残余の部分が光電陰極の電圧に等しい電圧に維持されるようにする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照し、実施例により本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明による電子増倍器１１の一部分で、４つのダイノードＤn-1〜Ｄn+2 に限定される部分を線図的に示している。この増倍器は互いに平行に配置した複数の導電性シートにより構成される。ダイノードＤn-1 は２つの隣り合ったシートにより構成され、これらのシートは、矢印１０にて示した電子の移動方向に、収束用ハーフ・ダイノード１２と増倍用ハーフ・ダイノード１３をそれぞれ構成し、これらのハーフ・ダイノードは共に同じ電圧Ｖn-1 にバイアスされる。次のダイノードＤn も同様に、即ち、前のダイノードの電圧Ｖn-1 よりも高い、共に同じ電圧Ｖn にバイアスされる収束用ハーフ・ダイノード１４と増倍用ハーフ・ダイノード１５とで構成される。同じことが、電圧Ｖn+1 にバイアスされるハーフ・ダイノード１６，１７により構成されるダイノードＤn+1 及び２つのハーフ・ダイノード１８と１９により形成されるダイノードＤn+2 についても云える。
【００１３】
ハーフ・ダイノードの各シートは、規則的な配列の開口２０を有している能動領域２２，２３と、完全な、即ち、開口のない分離領域２５とを具えている。異なるダイノードの能動領域２２は電子増倍器１１の軸方向に整列され、これらの能動領域２２は、それぞれのダイノードの他の部分における軸方向に整列された能動領域２３により形成されるチャンネルＢとは異なる増倍器のチャンネルＡを形成する。図１はダイノードの中心部での２‐チャンネル電子増倍器の断面を示している。
分離領域２５は、すべてのダイノードの能動領域２２及び２３を整列させることにより構成される２つのチャンネル間のクロストークを最小にするための領域である。
図示したように、各ダイノードを構成するシートは共通の２つの増倍チャンネルを有している。
【００１４】
一方のチャンネルの利得を他方のチャンネルに対して制御できるようにするために、増倍器１１は、ダイノードＤn を構成する２つのシート１４と１５との間に位置付けられるシート状の制御電極３０を具えている。この制御電極は、電子に対して高度に透過性の格子が設けられる窓３３を有し、この窓の表面は、チャンネルＡに対する他のダイノードの能動領域２２に対向して位置し、また、制御電極３０は、チャンネルＢに対する他のダイノードの能動領域２３に対向する開口３４も有している。制御電極３０は、ダイノードＤn に対して絶縁して固定され、且つ線図的に示したＶn+1とＶn-1 と間の電圧とし得る可調整電圧Ｖa にこの制御電極を分極するための手段（図示せず）を具えている。制御電極３０は、２つのシート１４と１５が同じ電圧に分極されるために弱い電界であるこれらのシート間の電界に影響を及ぼす。制御電極３０が及ぼすその効果は、ハーフ・ダイノード１５により増倍されて次のダイノードＤn+1 へ進むことができる電子の数を電圧Ｖa の値に応じて増加させたり、または減少させたりすることにある。チャンネルＢに関しては、制御電極３０は不活性で、開口３４がダイノードＤn の能動領域２３の電界を全く変えないので、このチャンネルの利得には何ら影響を及ぼさない。
【００１５】
チャンネルＢは他の制御電極３１により制御される。この制御電極３１は、制御電極３０に似ているが、ダイノードＤn+1 の２つのシート１６と１７との間に位置付けられる。制御電極３１の窓３２は、それぞれのダイノードの能動領域２３に対向し、電子に対して高度に透過性で、従って、この制御電極に印加される制御電圧Ｖb によりチャンネルＢについて云えばダイノードＤn+1 の増倍率を変更することのできる格子を有している。
また、制御電極３１はそれぞれのダイノードの能動領域２２に対向する開口３６を有しているため、チャンネルＡはこの制御電極３１によっては影響されない。
【００１６】
図１に示した例においては、電子に対し高度に透過性の格子として、制御電極３０及び３１に、これらの電極に隣接し、シート１４及び１６によってそれぞれ構成される収束用ハーフ・ダイノードの能動領域の開口２０に対向して位置付けられる開口４０を設ける。これらの開口４０の直径はこれらハーフ・ダイノードの開口２０の直径よりも大きくする。一方、２７と２８で示した電子の軌道を観ると明らかなように、制御電極の開口４０は、増倍用ハーフ・ダイノードの方へ向かう電子の軌道には影響を及ぼさない。その理由は、これらの電子は比較的高い運動エネルギーを得ているからである。
【００１７】
電子増倍後には、電子の運動エネルギーが極めて低くなり、それら電子の軌道は、制御電極とこの電極が挿入されるダイノードと間の電圧差によって大いに影響される。
【００１８】
図１は２‐チャンネル電子増倍器の一部分を示しているが、もっと多くのチャンネル、例えば４つのチャンネルを有する増倍器に同じ技術を適用することも可能である。この場合には、増倍器の４つの連続するダイノード内に挿入する４つの制御電極を用い、これらの各制御電極によってチャンネルの１つの利得を変更することができる。好ましくは、制御電極を設けるダイノードは増倍器のほぼ中央部に配置されるダイノードとし、即ち、この例におけるダイノードＤnの階位は、ダイノードの総数のほぼ１/２の位置に対応するようにする。
【００１９】
図２は、ダイノードＤn の段の利得を、２つの構成シート間におけるこのダイノード内に位置させた制御電極に印加される電圧Ｖa −Ｖn の関数として実際にプロットした例を示している。制御電極がダイノードと同じ電圧に分極されている時には、この段の利得は公称値にあり、図では１００％として示している。制御電極がダイノードに対して−１００Ｖに分極されている時には、利得は公称値の６％以下になる。段の利得の１/２の減少は、制御電極の−１５Ｖの分極で得られる。正方向の分極では、得られる実験的特性曲線があまり良好なものでなくなる。それは、その特性曲線がダイノードに対する＋１０Ｖの電圧に対して極めて急速に減衰し、また、＋２０Ｖと＋１００Ｖとの間では左程変化せず、あまり好ましくない制御ダイナミックレンジを呈するようになるからである。
【００２０】
図３は制御電極の数例の平面図である。図３Ａは２‐チャンネル電子増倍器用の制御電極４５を示しており、この電極は、これを挿入する増倍器の左側チャンネルを制御する針金格子を設けた窓４６と、右側チャンネルをフリーのままとし、この右側チャンネルを何ら補正しない開口４７とを有している。
【００２１】
図３Ｂは、格子窓５０によって右側チャンネルを制御し、また、開口５１により左側チャンネルをフリーのままとする、同じ電子増倍器用の他の制御電極４９を示している。図３Ａ及び３Ｂには、制御電極固定用の開口部を参照番号４８にて示してある。
【００２２】
図３Ｃは４‐チャンネル電子増倍器用の制御電極５５の例を示している。この制御電極は、高度に透過性で、この場合には図１の例と同様に複数開口の配列で形成した格子５６を有している。３つの開口５７は、この電極により制御されない３つの他のチャンネル用に設ける。
【００２３】
図４は２‐チャンネル光電子増倍管の概略断面図である。これは、断面が多角形、例えば長方形で、入力窓６０ｂが設けられ、その内面に光電陰極６２を設けた頭部６０ａと、断面が頭部６０ａより小さい基体部６０ｃとを有しているガラス外囲器６０を具えている。一般に断面が円形の基体部６０ｃは、その一方の端部が頭部６０ａに接続され、他方の端部が接続ピン６４を有している。
【００２４】
この管には、光電陰極６２により放射された電子を２つのビームに分けて、これらのビームを左側チャンネルＡ及び右側チャンネルＢを形成する管の２つの部分に向けるための電子・光学系が必要である。
【００２５】
この光学系はプレート６６を具え、その表面は基体部６０ｃと頭部６０ａとの間の接続部に隣接している管の部分のほぼ全体に延在し、そのプレートの直径は基体部６０ｃの直径よりわずかに小さくして、外囲器の頭部６０ａと基体部６０ｃとの間をすでに接続していてもそれを導入し得るようにする。プレート６６の中央開口６７は、入力格子及び分割区画室を有するタイプの第１ダイノード６９の格子６８と同一平面とする。ダイノード６９については後に詳細に説明する。
【００２６】
図４の図面の垂直平面内に延在する中央ストリップ７０はプレート６６に固定され、そのストリップはプレート６６の中央開口６７を越えて延在する。プレート６６には、それを光電陰極の電圧に等しい電圧に接続するのに必要な手段を設け、その同じ電圧はストリップ７０にも印加する。これは、頭部６０ａ内に出現する電界を変更し、また、管の２つのチャンネルＡとＢに従って電子を２つのビームに分割するのに有利である。
【００２７】
管の第１ダイノード６９の通路７２は電子増倍器７４の入力ダイノードと同一平面にあり、その増倍器は前述したような制御電極を具えている。管の２つの各チャンネルからの電子を収集する２つのアノード７５及び７６は電子増倍器７４の出力に配置されている。
【００２８】
図５は、図４の管のプレート６６に似ているが、４‐チャンネル管用とするプレート８０の斜視図である。このために、プレート８０はその上に２つのストリップ８４と８６が十字状に配置される中央開口８２を有している。ストリップ８４は図４のストリップ７０と同種のものであるが、ストリップ８６は、図４におけるような２つの通路の代わりに４つの通路に電子ビームを分ける、電子ビームの補足の分割を行う。
【００２９】
図６は入力格子及び仕切られた区画室を有するタイプのダイノード９０の斜視図である。この図に示したダイノード９０は図４のダイノード６９に対応するが、４‐チャンネル光電子増倍管に適合させるように変更してある。ダイノードの区画室は図の明確化のために開放してあるが、その取り除いた前方の仕切りは破線９２に沿ってダイノードの残りの部分に接続される。針金格子９３は、ダイノード９０の２つのチャンネルＡとＢ用の入力部を構成し、別の格子９４はチャンネルＣとＤ用の入力部を構成する。ダイノード９０は、十字状に配置した仕切りによって画成される４つの区画室を有し、これらの仕切りの１つ９６は図の面に対して平行な中央平面内に配置され、他の仕切り９８は仕切り９６に対して中央に垂直に配置される。ダイノード９０内の電子の軌道を９９で示してある。増倍された電子は、中央通路１００経てダイノード９０を離れ、増倍器の入力ダイノードの方へと向けられ、この入力ダイノードは通路１００の平面と同一平面にある。
【００３０】
仕切り９８の両側に光電子を首尾よく分割するために、ダイノード９０は光電子増倍管内の電界の分布に影響を及ぼす傾斜縁部１１０を有している。図４に示すように、ダイノードの傾斜縁部はプレート６６の開口６７を越えて延在している。これら縁部は、ダイノードをプレート６６と一緒にアセンブルした後に４５°の角度に折り曲げて作るか、アセンブル後に、半田付けする部分により形成することができる。
【００３１】
以上実施例により説明した本発明の実施態様は、特許請求の範囲の記載を逸脱することなく幾多の変更を加え得ることは当業者に明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る電子増倍器の概略部分断面図である。
【図２】  制御電極に印加される電圧の関数としてのダイノード段の利得特性曲線を示した図である。
【図３】  本発明に係る増倍器における制御電極の数例を示した図である。
【図４】  本発明に係る光電子増倍管の概略断面図である。
【図５】  図４の管構成における一部の斜視図である。
【図６】  図４の管構成における他の部分の斜視図である。
【符号の説明】
１０  電子の移動方向
１１  電子増倍器
１２，１４，１６，１８  収束用ハーフ・ダイノード
１３，１５，１７，１９  増倍用ハーフ・ダイノード
２０  ハーフ・ダイノードの能動領域の開口
２２，２３  能動領域
２５  分離領域
２７，２８  電子の軌道
３０，３１，４５，４９，５５  制御電極
３２，３３，４６，５０  格子を備えた窓
３４，３６，４７，５１，５７  制御電極の開口
４０  開口２０に対向する制御電極の開口
５６  格子
６０  ガラス外囲器
６０ａ  頭部
６０ｂ  入力窓
６０ｃ  基体部
６２  光電陰極
６４  接続ピン
６６  プレート
６７  中央開口
６８  格子
６９  第１のダイノード
７０  中央ストリップ
７２  通路
７４  電子増倍器
７５，７６  アノード
８０  プレート
８２  中央開口
８４，８６  ストリップ
９０  ダイノード
９３，９４  針金格子
９６，９８  仕切り
１００  中央通路
１１０  傾斜縁部
【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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