(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入射窓を有する管状の真空容器と、前記光入射窓の内面に形成された光電面と、前記真空容器に収容されて前記真空容器の管軸方向に延びる電子増倍部とを備えた光電子増倍管において、
前記電子増倍部は、前記光電面から放出された電子を増倍させる複数段のダイノードと、最終段のダイノードの近傍に配置されて、この最終段のダイノードで増倍された電子を収集するアノードとを備え、
前記アノードの本体は、管軸に沿って２つに折り曲げられた断面Ｖ字状を有し、前記アノードの折曲部が前記最終段のダイノードの２次電子放出面に近接して配置されていることを特徴とした光電子増倍管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長尺形状の電子増倍部を備えた光電子増倍管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術としては、特開昭６３−２００４５７号公報（図１０参照）および実公昭５４−３６６１７号公報（図１１参照）のものが知られている。
【０００３】
図１０に示すように、従来の光電子増倍管２００は、管状の真空容器２０１と、この真空容器２０１に収容されて管軸方向に延びる長尺形状の電子増倍部２０２とを備えている。そして、この電子増倍部２０２には、電子を増倍させる複数段のダイノード２０３，２０４と、最終段のダイノード２０４の前段に設けられて増倍された電子を収集するアノード２０５とが設けられている。このように、長尺形状の電子増倍部２０２を備えることによって、管軸方向に広い範囲で光を入射させることができる。
【０００４】
また、図１１に示すように、従来の光電子増倍管２１０は、電子を増倍させる複数段のダイノード２１１，２１２，２１３と、最終段のダイノード２１３の前方に配置されて増倍された電子を収集するメッシュ状のアノード２１４とを備えている。そして、このアノード２１４には、最終段の前段であるダイノード２１２の２次電子放出面に沿って延びるメッシュ状の突出片２１４ａが設けられている。このように、アノード２１４に突出片２１４ａが設けられることによって、ダイノード２１２とアノード２１３との段間における電子の受け渡し効率が向上する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１０に示した長尺形状の光電子増倍管２００においては、図１１に示した光電子増倍管２１０のようにメッシュ状の突出片２１４ａを設けて電子の受け渡し効率を向上させたいといった要請がある。
【０００６】
しかしながら、光電子増倍管２００のアノード２０５は、管軸方向に長く延びているので、このアノード２０５にメッシュ状の突出片を取り付けると、アノード２０５の真空処理時に発生する熱（７００〜８００度）と、光電子増倍管の製造時にアノード２０５にかかる熱（１５０〜３００度）によって、突出片は変形してしまう。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決し、耐熱性に優れると共に最終段ダイノードとアノードとの段間における電子の受け渡し効率の高い長尺形状の光電子増倍管を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の光電子増倍管は、光入射窓を有する管状の真空容器と、光入射窓の内面に形成された光電面と、真空容器に収容されて、真空容器の管軸方向に延びる電子増倍部とを備えた光電子増倍管において、電子増倍部は、光電面から放出された電子を増倍させる複数段のダイノードと、最終段のダイノードの近傍に配置されて、この最終段のダイノードで増倍された電子を収集するアノードとを備え、アノードの本体は、管軸に沿って２つに折り曲げられた断面Ｖ字状を有し、アノードの折曲部が最終段のダイノードの２次電子放出面に近接して配置されていることを特徴とする。
【０００９】
このように、最終段のダイノードの２次電子放出面にアノードの折曲部が近接して配置されているので、最終段のダイノードの２次電子放出面から放出された電子の多くは、アノードの折曲部及びその近傍の部分で捕捉される。このため、最終段のダイノードとアノードとの段間における電子の受け渡し効率が向上する。さらに、アノードには突出片が設けられていないので、アノードの真空処理時に発生する熱と、光電子増倍管の製造時にアノードにかかる熱によっても突出片が変形することはない。このように請求項１に記載の光電子増倍管は耐熱性に優れる。
【００１０】
なお、請求項１に記載の光電子増倍管ではないが、アノードは、真空容器の管軸方向に延びる電子捕捉部本体と、この電子捕捉部本体から最終段のダイノードの２次電子放出面に向けて突出する板状の電子捕捉用突出片とを有し、電子捕捉部本体と電子捕捉用突出片とで断面Ｔ字状をなすこともでき、電子捕捉用突出片は、前記最終段のダイノードの第２電子放出面に向けて直線的に突出することもできる。
【００１１】
このように、最終段のダイノードの２次電子放出面に向けて電子捕捉用突出片が突出しているので、最終段のダイノードの２次電子放出面から放出された電子の多くは、アノードの電子捕捉用突出片で捕捉される。このため、最終段のダイノードとアノードとの段間における電子の受け渡し効率が向上する。また、板状の電子捕捉用突出片が用いられているので、アノードの真空処理時に発生する熱と、光電子増倍管の製造時にアノードにかかる熱によっても電子捕捉用突出片が変形することはない。このような光電子増倍管は耐熱性に優れる。
【００１２】
上述のように、電子捕捉部本体と電子捕捉用突出片とで、アノードは断面Ｔ字状または断面Ｌ字状をなし、電子捕捉用突出片は最終段のダイノードの第２電子放出面に向けて直線的に突出することもできる。
【００１３】
このように、電子捕捉用突出片を最終段のダイノードの第２電子放出面に向けて直線的に突出させることによって、電子捕捉用突出片を第２電子放出面に沿って並行に延ばす場合に比べて、電子捕捉用突出片と最終段のダイノードとの間での静電容量の増加を抑制することができる。従って、電子捕捉用突出片を突出させることによる周波数特性への悪影響は少ない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る光電子増倍管１を示す正面図であり、図２は図１のII−II線に沿った断面図である。図１に示すように、光電子増倍管１は管状の真空容器１０を備えており、真空容器１０の上面には管軸Ａの方向に延びる光入射窓１１が設けられている。この光入射窓１１の内面には、外部からの光の入射を受けて電子を放出させる光電面２０が形成されている。さらに、真空容器１０の内部には、光電面２０から放出された電子を増倍させる電子増倍部３０が管軸Ａの方向に延ばして配置されている。そして、電子増倍部３０の上部には、電子を収束させるフォーカスディスク３１が設けられている。
【００１６】
図２に示すように、フォーカスディスク３１の上方には、電子を収束させる一対の収束電極３２と、光電面形成用の一対の蒸着源３３とが配設されている。また、フォーカスディスク３１の中央部には、長方形形状の入射開口３１ｂが設けられている。そして、フォーカスディスク３１は収束電極３２で収束された電子をさらに入射開口３１ｂに収束させるように機能する。さらに、フォーカスディスク３１の下方には、入射開口３１ｂを通過した電子を増倍させる１０段のダイノード４１〜５０と、ダイノード４１〜５０で増倍された電子を捕捉するアノード３４とが設けられている。さらに、ダイノード４１〜４４の前面には、入射した電子を加速させるメッシュ電極３５がそれぞれ取り付けられている。
【００１７】
図３に示すように、アノード３４は、延在方向（図２に示す管軸Ａに沿った方向）に２つに折り曲げられた断面Ｖ字状の本体３４ａを備えており、本体３４ａの両端には延在方向に延びる爪片３４ｂが設けられている。ここで、アノード３４は、厚さ約０．３ｍｍ、幅約４．０ｍｍ、長さ約４００．０ｍｍのステンレス板から成形されている。
【００１８】
アノード３４の折曲部３４ｃは、最終段のダイノード５０の２次電子放出面５０ｂに近接して配置されており（図２参照）、最終段のダイノード５０の２次電子放出面５０ｂから放出された電子の多くは、折曲部３４ｃ及びその近傍の部分で捕捉される。このため、最終段のダイノード５０とアノード３４との段間における電子の受け渡し効率は大幅に向上する。また、アノード３４はＶ字状に加工されているので、平板状のアノードに比べて曲げ強度が増す。さらに、アノード３４には突出片が設けられていないので、アノード３４の真空処理時に発生する熱と、光電子増倍管の製造時にアノード３４にかかる熱によっても突出片が変形することはない。このように、光電子増倍管１は耐熱性に優れている。
【００１９】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る光電子増倍管について、図４及び図５を用いて説明する。図４は本発明の第２の実施形態に係る光電子増倍管２を示す断面図であり、図５は光電子増倍管２に設けられたアノード６０を示す斜視図である。この第２の実施形態が図２に示した第１の実施形態と異なるのは、断面Ｖ字状のアノード３４の代わりに断面Ｔ字状のアノード６０が用いられている点であり、その他の構成については第１の実施形態と同じである。なお、第１の実施形態と同一又は同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
【００２０】
図４及び図５に示すように、アノード６０は、真空容器１０の管軸Ａ方向（紙面と直交する方向）に延びる板状の電子捕捉部本体６０ａを備えている。そして、電子捕捉部本体６０ａの一方の面の中央部には、電子捕捉部本体６０ａから最終段のダイノード５０の第２電子放出面５０ｂに向けて突出する板状の電子捕捉用突出片６０ｂが溶接によって固定されている。さらに、電子捕捉部本体６０ａの両端には延在方向に延びる爪片６０ｃが設けられている。ここで、電子捕捉部本体６０ａには、厚さ約０．３ｍｍ、幅約４．０ｍｍ、長さ約４００．０ｍｍのステンレス板が用いられている。また、この電子捕捉部本体６０ａから突出された電子捕捉用突出片６０ｂの長さは約１．５ｍｍである。
【００２１】
そして、アノード６０の電子捕捉用突出片６０ｂは、最終段のダイノード５０の２次電子放出面５０ｂに向けて突出しており（図４参照）、最終段のダイノード５０の２次電子放出面５０ｂから放出された電子の多くは、電子捕捉用突出片６０ｂで捕捉される。このため、最終段のダイノード５０とアノード３４との段間における電子の受け渡し効率は大幅に向上する。また、アノード３４はＴ字状に製造されているので、平板状のアノードに比べて曲げ強度が増す。さらに、電子捕捉用突出片６０ｂは板形状を有しているので、アノード３４の真空処理時に発生する熱と、光電子増倍管の製造時にアノード３４にかかる熱によっても電子捕捉用突出片６０ｂが変形することはない。このように、光電子増倍管２は耐熱性に優れている。
【００２２】
さらにまた、電子捕捉用突出片６０ｂは、最終段のダイノード５０の第２電子放出面５０ｂに向けて直線的に突出させているので、電子捕捉用突出片６０ｂを第２電子放出面５０ｂに沿って並行に延ばした場合に比べて、電子捕捉用突出片６０ｂと最終段のダイノード５０との間での静電容量の増加を抑制することができる。従って、電子捕捉用突出片を突出させることによる周波数特性への悪影響は少ない。
【００２３】
次に、第１及び第２の実施形態に係る光電子増倍管１，２と従来例との性能比較について述べる。ここでは、最終段のダイノードとアノードとの電子受け渡し効率および周波数特性を比較項目として、アノード形状の異なる４種類の光電子増倍管（従来の光電子増倍管…２種類、本実施形態の光電子増倍管…２種類）について、コンピュータシミュレーションにより比較した。
【００２４】
従来の光電子増倍管としては、図６（ａ）に示すような最終段のダイノード７０の前段にメッシュ状のアノード７１を配置した長尺形状の光電子増倍管と、図６（ｂ）に示すような最終段のダイノード８０の後段に平板状アノード８１を配置した長尺形状の光電子増倍管とを用いている。なお、長尺形状の光電子増倍管にメッシュ状のアノードを用いると、アノードの真空処理時に発生する熱と、光電子増倍管の製造時にアノードにかかる熱でアノードは変形してしまい著しく特性が低下するが、ここでは熱によるアノードへの影響がないものとしてシミュレーションした。
【００２５】
このようにアノード形状の異なる４種類の光電子増倍管についての性能評価結果を図７に示す。まず、従来例であるメッシュ状のアノード７１を有する光電子増倍管は、最終段のダイノード７０とアノード７１との電子受け渡し効率が約７０％、アノード７１の端子間容量が約１５０ｐＦ（ピコファラド）、遮断周波数が約１．１ＭＨｚ（メガヘルツ）あった。同じく従来例である平板状のアノード８１を有する光電子増倍管は、最終段のダイノード８０とアノード８１との電子受け渡し効率が約５５％、アノード８１の端子間容量が約２８ｐＦ、遮断周波数が約５．７ＭＨｚであった。
【００２６】
これに対して、第１の実施形態である断面Ｖ字状のアノード３４を有する光電子増倍管１は、最終段のダイノード５０とアノード３４との電子受け渡し効率が約９５％、アノード３４の端子間容量が約３２ｐＦ、遮断周波数が約５．０ＭＨｚであった。また、第２の実施形態である断面Ｔ字状のアノード６０を有する光電子増倍管２は、最終段のダイノード５０とアノード６０との電子受け渡し効率が約９０％、アノード６０の端子間容量が約３１ｐＦ、遮断周波数が約５．１ＭＨｚであった。
【００２７】
なお、アノードの端子間容量は、アノードと各ダイノードとの静電容量の合計である。ここで、静電容量Ｃは次式から導き出される。
Ｃ＝ε×Ｓ／Ｄ［Ｆ］  （εは誘電率、Ｓは面積、Ｄは距離）
ε＝ε0 ・εr         （ε0 ＝８．８５×１０-12 ［Ｆ／ｍ］、真空中ではεr＝１）
また、遮断周波数ｆは次式から導き出される。
ｆ＝１／（２πＣＲL ）  （Ｃは静電容量、ＲL は負荷抵抗）
以上より、第１及び第２の実施形態に係る光電子増倍管１，２の電子受け渡し効率は、メッシュ状のアノード７１及び平板状のアノード８１を有する従来の光電子増倍管に比べて非常に高いことが判かった。また、図８のグラフからも明らかなように、第１及び第２の実施形態に係る光電子増倍管１，２の周波数特性は、平板状のアノード８１を有する従来の光電子増倍管とほぼ同等で、メッシュ状のアノード７１を有する従来の光電子増倍管に対して非常に良いことが判った。
【００２８】
このように、第１及び第２の実施形態に係る光電子増倍管１，２は従来例に比べて極めて優れた性能を有していることが判った。
【００２９】
次に、電子増倍部３０の支持構造について説明する。図１に示すように電子増倍部３０は、電子増倍部３０の両端部を支持する一対の端部支持基板１００，１０１と、電子増倍部３０の中央部を３か所で支持する３個の中央部支持基板１０２とによって固定支持されている。
【００３０】
図９に示すように、端部支持基板１００，１０１は略矩形のセラミックス製の基板であり、これらの端部支持基板１００，１０１の表面には、ダイノード４１〜５０及びアノード３４の両端に形成された爪片４１ａ〜５０ａ，３４ｂをそれぞれ嵌入させる複数の嵌通孔１００ａ，１０１ａが設けられている。そして、これらの嵌通孔１００ａ，１０１ａに爪片４１ａ〜５０ａ，３４ｂが嵌入されることによって、電子増倍部３０であるダイノード４１〜５０及びアノード３４の両端は固定支持される。なお、ダイノード４１〜４４は、本来は図２に示したメッシュ電極３５が取り付けられているが、図が煩雑になるのを避けるために図９においては省略している。
【００３１】
中央部支持基板１０２は、ダイノード４５，４７，４９及びアノード３４を下方から支持する下方支持枠１０２ａと、ダイノード４２，４３を左側方から支持する側方支持枠１０２ｂと、アノード３４を右側方から支持する側方支持枠１０２ｃと、ダイノード４４，４６，４８，５０を上方から支持する上方支持枠１０２ｄとを備えている。下方支持枠１０２ａの両端には凸形状の爪片が設けられており、これらの爪片は側方支持枠１０２ｂ，１０２ｃの下端に形成された嵌通孔にそれぞれ嵌入されている。
【００３２】
また、上方支持枠１０２ｄの側部にも凸形状の爪片が設けられており、この爪片は側方支持枠１０２ｃの中央部に形成された嵌通孔に嵌入されている。その結果、各支持枠１０２ａ〜１０２ｄは矩形状の枠組みとなり、この枠組みにダイノード４１〜５０及びアノード３４は囲まれて固定される。
【００３３】
以上のように、電子増倍部３０を固定支持するための部材としては、一対の端部支持基板１００，１０１と、３個の中央部支持基板１０２と、７個の固定ピン１０３だけでよく、部品点数を大幅に削減することができる。
【００３４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、アノード６０は、電子捕捉部本体６０ａの端部に電子捕捉用突出片６０ｂを固定させて、断面Ｌ字状に加工してもよい。このような形状であっても、電子捕捉用突出片６０ｂを最終段のダイノード５０の２次電子放出面５０ｂに向けて突出させることによって、所期の目的を達成することができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の第１の光電子増倍管は、真空容器の管軸方向に延びる電子増倍部を備え、この電子増倍部は、電子を増倍させる複数段のダイノードと、増倍された電子を収集するアノードとを備えている。そして、アノードの本体は、管軸に沿って２つに折り曲げられた断面Ｖ字状を有し、アノードの折曲部が最終段のダイノードの２次電子放出面に近接して配置されている。
【００３６】
このように、最終段のダイノードの２次電子放出面にアノードの折曲部が近接して配置されているので、最終段のダイノードの２次電子放出面から放出された電子の多くは、アノードの折曲部及びその近傍の部分で捕捉される。このため、最終段のダイノードとアノードとの段間における電子の受け渡し効率が大幅に向上する。また、アノードはＶ字状に加工されているので、平板状のアノードに比べて曲げ強度が増す。さらに、アノードには突出片が設けられていないので、アノードの真空処理時に発生する熱と、光電子増倍管の製造時にアノードにかかる熱によっても突出片が変形することはない。このように本発明の第１の光電子増倍管は耐熱性に優れる。
【００３７】
また、本発明の第２の光電子増倍管は、真空容器の管軸方向に延びる電子増倍部を備え、この電子増倍部は、電子を増倍させる複数段のダイノードと、増倍された電子を収集するアノードとを備えている。そして、アノードは、真空容器の管軸方向に延びる電子捕捉部本体と、この電子捕捉部本体から最終段のダイノードの第２電子放出面に向けて突出する板状の電子捕捉用突出片とを有している。
【００３８】
このように、最終段のダイノードの２次電子放出面に向けて電子捕捉用突出片が突出しているので、最終段のダイノードの２次電子放出面から放出された電子の多くは、アノードの電子捕捉用突出片で捕捉される。このため、最終段のダイノードとアノードとの段間における電子の受け渡し効率が大幅に向上する。また、アノードはＴ字状に製造されているので、平板状のアノードに比べて曲げ強度が増す。さらに、板状の電子捕捉用突出片が用いられているので、アノードの真空処理時に発生する熱と、光電子増倍管の製造時にアノードにかかる熱によっても電子捕捉用突出片が変形することはない。このように本発明の第２の光電子増倍管は耐熱性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光電子増倍管を示す正面図である。
【図２】図１のII−II線に沿った断面図である。
【図３】断面Ｖ字状のアノードを示す斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る光電子増倍管を示す断面図である。
【図５】断面Ｔ字状のアノードを示す斜視図である。
【図６】（ａ）（ｂ）は、従来の光電子増倍管のアノード形状を示す断面図である。
【図７】４種類の光電子増倍管の性能評価結果を示す図である。
【図８】４種類の光電子増倍管の周波数特性を示す図である。
【図９】ダイノード及びアノードの支持構造を示す分解図である。
【図１０】従来の光電子増倍管を示す斜視図である。
【図１１】従来の光電子増倍管を示す断面図である。
【符号の説明】
１，２…光電子増倍管、１０…真空容器、１１…光入射窓、２０…光電面、３０…電子増倍部、３４，６０…アノード、３４ａ…本体、３４ｃ…折曲部、４１〜５０…ダイノード（５０…最終段のダイノード）、５０ｂ…２次電子放出面、６０ａ…電子捕捉部本体、６０ｂ…電子捕捉用突出片、Ａ…管軸。
【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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