光電子増倍管
【課題】 この発明は、高利得を実現するとともにより高い要求特性を満たすことが可能な構造を備えた光電子増倍管に関する。
【解決手段】 当該光電子増倍管において、密閉容器内に収納される電子増倍ユニットは、集束電極、加速電極、ダイノードユニット及びアノードから構成されている。特に、少なくとも加速電極及びダイノードユニットは、ダイノードユニットに含まれる少なくとも第１段ダイノード及び第２段ダイノードが導電性部材を介することなく加速電極に直接対向した状態で一体的に保持される。従来のような第１段ダイノードと同電位に設定された、第１ダンダイノードを直接支持する金属ディスクが、加速電極とダイノードユニットとの間に介在しないので、カソードから第１段ダイノードを経て第２段ダイノードへ到達する間での電子走行時間のバラツキが飛躍的に低減される。
【解決手段】 当該光電子増倍管において、密閉容器内に収納される電子増倍ユニットは、集束電極、加速電極、ダイノードユニット及びアノードから構成されている。特に、少なくとも加速電極及びダイノードユニットは、ダイノードユニットに含まれる少なくとも第１段ダイノード及び第２段ダイノードが導電性部材を介することなく加速電極に直接対向した状態で一体的に保持される。従来のような第１段ダイノードと同電位に設定された、第１ダンダイノードを直接支持する金属ディスクが、加速電極とダイノードユニットとの間に介在しないので、カソードから第１段ダイノードを経て第２段ダイノードへ到達する間での電子走行時間のバラツキが飛躍的に低減される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光電子の入射に応答して複数段階に分けて順次二次電子を放出していくことにより二次電子のカスケード増倍を可能にする光電子増倍管に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、核医学の分野では次世代ＰＥＴ（Positron-EmissionTomography）装置としてＴＯＦ−ＰＥＴ（Time-of-Flight-PET）の開発が盛んに進められている。特に、ＴＯＦ−ＰＥＴ装置は、体内に投与された放射性同位元素から放出される２本のガンマ線を正反対方向の２つの検出器で同時計測した際に、２つの検出器から出力される信号の時間差を求め飛行時間差として陽電子が消滅した位置を求めることができるため、ＰＥＴの鮮明な画像を得られることが可能となる。この検出器には優れた高速応答性を有する大量の光電子増倍管が使用される。
【０００３】
このような光電子増倍管としては、例えば特許文献１に示された光電子増倍管が知られている。この従来の光電子増倍管は、カソードから第１段ダイノードに向かって順に集束電極、加速電極が配置された構造を有する。ここで、集束電極は、カソードから放出された光電子が第１段ダイノードに集束していくように該光電子の軌道を修正するための電極である。また、加速電極は、カソードから放出された光電子を第１段ダイノードへと加速する電極であって、カソードの光電子放出部位に起因した該カソードから第１段ダイノードに至る光電子の走行時間のバラツキを減少させるよう機能する。
【０００４】
上述のようにカソードと第１ダイノードとの間に収束電極及び加速電極を配置する構造により、高速応答性を向上させることができる。
【特許文献１】特開平５−１１４３８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明者は上述の従来技術を検討した結果、以下のような課題を発見した。
【０００６】
すなわち、従来の光電子増倍管において、密閉容器内に収納され、優れた高速応答性を実現する電子増倍ユニットは、アノードとともに複数段のダイノードが一対の絶縁性固定板で挟み込まれたダイノードユニット、集束電極、及び加速電極により構成されている。その組み立て作業において、加速電極は、ダイノードユニットに対して特殊な金属部材によって固定され、また、集束電極は、ガラス部材を介して加速電極に固定される。このような組立工程を経て得られた従来の光電子増倍管は、加速電極と第１段ダイノードとの間に、第１段ダイノードを直接支持した、該第１段ダイノードと同電位の金属ディスクが配置される構造となる。この場合、加速電極と第１段ダイノードとの間に配置された金属ディスクの影響により、カソードから第１段ダイノードを経て第２段ダイノードへ到達するまでの電子走行時間が、カソードの光電子放出部位に依存して著しいバラツキが生じるため、ＣＴＴＤ（Cathode Transit Time Difference）が大きくなるとともに、ＴＴＳ（Transit Time Spread）が悪化するなどの課題があった。
【０００７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、高利得を実現するとともに、Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ、ＣＴＴＤ、ＴＴＳなどに関するより高い要求特性を満たすことが可能な構造を備えた光電子増倍管を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る光電子増倍管は、内部が真空状態に維持された密閉容器とともに、該密閉容器内にそれぞれ収納されたカソード、集束電極、加速電極、ダイノードユニット、及びアノードを備える。また、ダイノードユニット及びアノードは、一対の絶縁支持部材によって挟まれた状態で一体的に保持されている。カソードは、所定波長の光の入射に応答し、一次電子として光電子を該密閉容器内に放出する。ダイノードユニットは、ホトカソードから到達した光電子に応答して二次電子を放出し、該二次電子を順次カスケード増倍していく複数段のダイノードを含む。アノードは、ダイノードユニットによりカスケード増倍された二次電子を信号として取り出す。集束電極は、ホトカソードから放出された光電子の軌道を修正するよう機能し、該ホトカソードとダイノードユニットとの間に配置されている。また、集束電極は、ホトカソードからの光電子が通過するための貫通孔を有する。加速電極は、ホトカソードから集束電極を介して到達した光電子を加速するよう機能し、集束電極とダイノードユニットの間に配置されている。また、加速電極も、ホトカソードから集束電極を介して到達した光電子が通過するための貫通孔を有する。
【０００９】
具体的に、この発明に係る光電子増倍管に要求される特性としては、Uniformity、ＣＴＴＤ（Cathode Transit Time Difference）、ＴＴＳ（Transit Time Spread）等があり、当該光電子増倍管は、Uniformityとしてカソード全面を有効領域とするとともに、５００ｐｓｅｃ以下のＣＴＴＤ、３００ｐｓｅｃ以下のＴＴＳを実現する。そのため、この発明に係る光電子増倍管は、ダイノードユニットに含まれる少なくとも第１段ダイノード及び第２段ダイノードが導電性部材を介することなく加速電極に直接対向した状態で、少なくとも加速電極及びダイノードユニットを一体的に保持する構造を備える。
【００１０】
このように、当該光電子増倍管は、少なくとも加速電極及びダイノードユニットが、ダイノードユニットに含まれる少なくとも第１段ダイノード及び第２段ダイノードが導電性部材を介することなく加速電極に直接対向した状態で、一体的に保持された構造を有する。その結果、従来のような第１段ダイノードと同電位に設定された、該第１段ダイノードを直接支持する金属ディスクが、加速電極とダイノードユニットとの間に介在しないので、カソードから第１段ダイノードを経て第２段ダイノードへ到達する間での電子走行時間のバラツキが飛躍的に低減される。
【００１１】
なお、上述のようにダイノードユニットに含まれる第１段ダイノードと加速電極との間に、該第１段ダイノードを直接支持する金属ディスク（第１段ダイノードと同電位に設定される）を排除するためには、少なくともこれら加速電極及びダイノードユニットを一体的に保持することにより、簡単に（組立工程を複雑にすることなく）構成されるのが好ましい。
【００１２】
上述のような一体構成は、例えば、ダイノードユニットに含まれる複数のダイノードを一体的に保持する一対の絶縁支持部材のそれぞれに、ホトカソードへ向かって伸びた、集束電極及び加速電極の配置位置の基準となる１又はそれ以上の突起部を設けることによって実現可能である。すなわち、突起部のそれぞれには、加速電極を直接支持した状態で該加速電極を固定するための第１固定構造が設けられるとともに、集束電極を直接支持した状態で該集束電極を固定するための第２固定構造が設けられている。この場合、当該光電子増倍管では、ダイノードユニット及びアノードを把持する一対の絶縁支持部材のそれぞれに、加速電極及び集束電極の配置位置の基準となる突起部（第1及び第２固定構造が設けられている）が設けられることにより、密閉容器内に収納された電子増倍ユニットを構成する、集束電極、加速電極、ダイノードユニット、及びアノードが一対の絶縁支持部材に対して一体的に固定されることになる。すなわち、ダイノードユニット及びアノードを一体的に把持する一対の絶縁支持部材の一部に設けられた、集束電極及び加速電極を固定する構造により、電子増倍ユニットを構成する部材それぞれが一対の絶縁支持部材を基準部材として簡単に位置決めされる。この結果、電子増倍ユニット組み立ての際に、各部材間の高精度の位置決め作業や特殊な固定部材、固定治具が不要となり、密閉容器内に収納される電子増倍ユニットの生産性を飛躍的に向上させることが可能になる。また、電子増倍ユニットを組み立てる作業者自身の熟練度とは無関係に、製造された光電子増倍管間の性能バラツキが低減される。
【００１３】
なお、この発明に係る光電子増倍管において、一対の絶縁支持部材それぞれの一部を構成している突起部は、ダイノード及びアノードを把持した状態で少なくとも加速電極を取り囲むよう該一対の絶縁支持部材それぞれの所定位置に配置されている。また、当該光電子増倍管において、電子増倍ユニットの生産性を向上させるため、第１固定構造は、加速電極の一部を挟むスリット溝を含むのが好ましい。同様の理由により、第２固定構造も、集束電極の一部を挟むスリット溝を含むのが好ましい。このように、収束電極の一部及び加速電極の一部がそれぞれ対応するスリット溝に挟まれることにより、これら収束電極及び加速電極の位置決め作業及び固定作業が同時に行える。
【００１４】
さらに、この発明に係る光電子増倍管は、上述の構成には限定されない。すなわち、当該光電子増倍管がダイノードユニットに含まれる第１段ダイノードを直接支持する金属ディスクを有する場合であっても、加速電極及びダイノードユニットのいずれとも絶縁された状態で配置されれば、上述の要求特性を満たすことは可能である。加速電極とダイノードユニットとの間に配置される金属ディスクは、加速電極の電位よりも低く、かつ、ダイノードユニットに含まれる第１段ダイノードの電位よりも高い電位に設定される。
【００１５】
また、加速電極とダイノードユニットとの間に、該ダイノードユニットに含まれる第１段ダイノードを直接支持するとともに該第１段ダイノードと同電位に設定された金属ディスクが配置されている場合であっても、当該光電子増倍管によれば、上述の要求特性を満たすことは可能である。すなわち、加速電極とダイノードユニットとの間に配置される金属ディスクは、カソードからの光電子を通過させるための貫通孔を有し、密閉容器の管軸からこの貫通孔のエッジまでの最短距離が、該密閉容器の管軸からダイノードユニットに含まれる第２段ダイノードの端部までの最短距離の１．３倍以上に設定されることによっても、上述の要求特性を満たすことができる。ただし、密閉容器の管軸から金属ディスクの貫通孔のエッジまでの最短距離は、該密閉容器の管軸からダイノードユニットに含まれる第２段ダイノードの端部までの最短距離の２．０倍以上であるのがより好ましい。
【００１６】
なお、この発明に係る各実施形態は、以下の詳細な説明及び添付図面によりさらに十分に理解可能となる。これら実施形態は単に例示のために示されるものであって、この発明を限定するものと考えるべきではない。
【００１７】
また、この発明のさらなる応用範囲は、以下の詳細な説明から明らかになる。しかしながら、詳細な説明及び特定の事例はこの発明の好適な実施形態を示すものではあるが、例示のためにのみ示されているものであって、この発明の思想及び範囲における様々な変形および改良はこの詳細な説明から当業者には自明であることは明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、この発明に係る光電子増倍管の一実施形態を、図１〜図１２、図１３（ａ）〜図１４（ｂ）、及び図１５を用いて詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一部位、同一部材には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００１９】
図１は、この発明に係る光電子増倍管の一実施形態の概略構造を示す一部破断図である。
【００２０】
この図１に示されたように、光電子増倍管１００は、内部を真空引きするためのパイプ１３０（真空引き後に中実化される）が底部に設けられた密閉容器１１０を備えるとともに、この密閉容器１１０内に設けられたカソード１２０及び電子増倍ユニットを備える。
【００２１】
密閉容器１１０は、内側にカソード１２０が形成された面板を有する円筒形の管胴と、複数のリードピン１４０を貫通した状態で支持しているステムにより構成されている。電子増倍ユニットは、ステムから密閉容器１１０内に延びたリードピン１４０によって該密閉容器１１０内の所定位置に保持されている。
【００２２】
電子増倍ユニットは、集束電極２００、加速電極３００、及びアノードが内部に配置されたダイノードユニット４００から構成されている。集束電極２００は、カソード１２０から放出された光電子がダイノードユニット４００に集束していくように該光電子の軌道を修正するための電極であって、カソード１２０とダイノードユニット４００との間に配置されるとともに、カソード１２０からの光電子を通過させるための貫通孔を有する。また、加速電極３００は、カソード１２０から放出された光電子をダイノードユニット４００へと加速する電極であって、集束電極２００とダイノードユニット４００との間に配置されるとともに、集束電極の貫通孔を通過した光電子をさらにダイノードユニット４００に向けて通通過させる貫通孔を有する。この加速電極３００により、カソード１２０の光電子放出部位に起因した該カソード１２０からダイノードユニット４００に至る光電子の走行時間のバラツキが減少される。また、ダイノードユニット４００は、カソード１２０から集束電極２００、加速電極３００を介して到達した光電子に応答して放出される二次電子を順次カスケード増倍していくための複数段のダイノードと、これら複数段のダイノードによりカスケード増倍された二次電子を信号として取り出すためのアノードと、これら複数段のダイノード及びアノードを一体的に把持する一対の絶縁支持部材とを備える。
【００２３】
図２は、図１中に示されたＩ−Ｉ線に沿った、第１実施形態に係る光電子増倍管の断面構造を示す図である。
【００２４】
第１実施形態に係る光電子増倍管１００において、密閉容器１１０内に収納された電子増倍ユニット４００は、図２に示されたように、集束電極２００、加速電極３００とともにダイノードユニット４００が一対の絶縁支持部材によって一体的に保持されている。特に、この一対の絶縁支持部材は、加速電極３００ととともに、第１ダイノード（第１段ダイノード）ＤＹ１〜第７ダイノードＤＹ７、アノード４２０、及びアノード４２０を通過した電子を再び該アノード４２０へ反転させる反射型ダイノードＤＹ８を一体的に保持している。
【００２５】
このように、当該光電子増倍管１００は、ダイノードユニット４００に含まれる少なくとも第１ダイノードＤＹ１及び第２ダイノードＤＹ２が導電性部材を介することなく加速電極３００に直接対向した状態で、少なくとも加速電極３００及びダイノードユニット４００を一体的に保持する構造を備える。その結果、従来の光電子増倍管ような第１ダイノードＤＹ１と同電位に設定された、該第１ダイノードＤＹ１を直接支持する金属ディスクが、加速電極３００とダイノードユニット４００との間に介在しないので、カソード１２０から第１ダイノードＤＹ１を経て第２ダイノードＤＹ２へ到達する間での電子走行時間のバラツキが飛躍的に低減される。
【００２６】
上述のような構成により、当該光電子増倍管１００は、Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙとしてカソード全面を有効領域とするとともに、５００ｐｓｅｃ以下のＣＴＴＤ、３００ｐｓｅｃ以下のＴＴＳを実現する。
【００２７】
以下、上述のように加速電極３００とダイノードユニット４００との一体的に構成する具体例を、図３〜図１２を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明される構成では、ダイノードユニット４００に含まれる複数のダイノードＤＹ１〜ＤＹ８を一体的に保持する一対の絶縁支持部材のそれぞれに、ホトカソード１２０へ向かって伸びた、集束電極２００及び加速電極３００の配置位置の基準となる１又はそれ以上の突起部を設けることによって実現可能である。
【００２８】
図３は、この発明に係る光電子増倍管に適用される電子増倍ユニットの構造を説明するための組立工程図である。
【００２９】
図３に示されたように、電子増倍ユニットは、集束電極２００、加速電極３００、及びアノードを含むダイノードユニット４００により構成されている。集束電極２００は、カソード１２０からの光電子を通過させるための貫通孔が設けられている。加速電極３００は、当該電子増倍ユニットの組立効率を向上させるべく、上側電極３１０と下側電極３２０により構成されている。これら上側電極３１０と下側電極３２０は、当該電子増倍ユニットの組立作業中、数カ所溶接されることにより一体化される。ダイノードユニット４００は、それぞれが該第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂによって把持された、第１〜第７ダイノードＤＹ１〜ＤＹ７、アノード４２０、反射型ダイノードＤＹ８によって構成されている。なお、第１〜第７ダイノードＤＹ１〜ＤＹ７及び反射型ダイノードＤＹ８には、光電子あるいは二次電子を受け、該電子の入射方向に向かって新たに二次電子を放出する反射型の二次電子放出面が形成されている。また、第１ダイノードＤＹ１の両端には、第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂによって把持されるよう、固定片ＤＹ１ａ、ＤＹ１ｂが設けられている。同様に、第２ダイノードＤＹ２は、その両端に固定片ＤＹ２ａ、ＤＹ２ｂを有し、第３ダイノードＤＹ３は、その両端に固定片ＤＹ３ａ、ＤＹ３ｂを有し、第４ダイノードＤＹ４は、その両端に固定片ＤＹ４ａ、ＤＹ４ｂを有し、第５ダイノードＤＹ５は、その両端に固定片ＤＹ５ａ、ＤＹ５ｂを有し、第６ダイノードＤＹ６は、その両端に固定片ＤＹ６ａ、ＤＹ６ｂを有し、第７ダイノードＤＹ７は、その両端に固定片ＤＹ７ａ、ＤＹ７ｂを有し、アノード４２０は、その両端に固定片４２０ａ〜４２０ｄを有し、そして、反射型ダイノードＤＹ８は、その両端に固定片ＤＹ８ａ、ＤＹ８ｂを有する。
【００３０】
加速電極３００のうち下側電極３２０は、第１〜第７ダイノードＤＹ１〜ＤＹ７、アノード４２０、反射型ダイノードＤＹ８とともに、第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂによって把持される。上側電極３１０は、このように第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂによって把持された状態の下側電極３２０に溶接固定される。一方、集束電極２００は、第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂの上部（カソード１２０側）に設けられた突起部に設置され、補強部材２５０ａ、２５０ｂが溶接されることにより、該第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂに固定される。
【００３１】
また、上述のように第１〜第７ダイノードＤＹ１〜ＤＹ７、アノード４２０、反射型ダイノードＤＹ８を一体的に把持した状態で、第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂが金属クリップ４５０ａ〜４５０ｃによりさらに把持されており、これにより、上述の各部材が第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂによって各部材が安定的に保持される。
【００３２】
図４は、電子増倍ユニットの一部を構成する第１及び第２の絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂの構造を説明するための図である。ここで、第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂは同一構造を有するため、共通の構造説明として第２絶縁支持部材４１０ｂについてのみ説明する。
【００３３】
絶縁支持部材４１０ｂには、第１〜第７ダイノードＤＹ１〜ＤＹ７、アノード４２０、及び反射型ダイノードＤＹ８のそれぞれに設けられた固定片ＤＹ１ｂ〜ＤＹ８ｂ、４２０ｂが挿入される位置決め孔Ｄ１〜Ｄ８、４２が設けられている。また、絶縁支持部材４１０ｂには、これら部材ＤＹ１〜ＤＹ８、４２０をともに把持する絶縁支持部材４１０ａに対して容易に固定するため、金属クリップ４５０ａ〜４５０ｃを留める切り欠き部４１１ａ〜４１１ｃが設けられている。
【００３４】
特に、絶縁支持部材４１０ｂには、上方に向かって伸びた突起部４３０ａ、４３０ｂを備える。すなわち、これら突起部４３０ａ、４３０ｂは、密閉容器１１０内に当該電子増倍ユニットが設置されたときにカソード側に向かって伸びている。そして、突起部４３０ａには、加速電極３００を位置決めするとともに固定するための、第１固定構造としてのスリット溝４３１ａと、集束電極２００を位置決めするとともに固定するための固定構造としてのスリット溝４３２ａが設けられている。同様に、突起部４３０ｂには、加速電極３００を位置決めするとともに固定するための、第１固定構造としてのスリット溝４３１ｂと、集束電極２００を位置決めするとともに固定するための固定構造としてのスリット溝４３２ｂが設けられている。
【００３５】
次に、加速電極３００の構造について、図５及び図６を用いて説明する。図５は、加速電極３００の一部を構成する下側電極３２０の構造を説明するための平面図及び側面図である。また、図６は、加速電極３００の一部を構成する上側電極３１０の構造を説明するための平面図及び側面図である。
【００３６】
加速電極３００は、図５及び図６に示されたような構造を有する下側電極３２０及び上側電極３１０が数カ所溶接固定されることにより得られ、下側電極３２０は、第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂそれぞれの突起部４３０ａ、４３０ｂに設けられたスリット溝４３１ａ、４３１ｂに直接挿入、固定される。
【００３７】
具体的に下側電極３２０は、図５に示されたように、第１〜第７ダイノードＤＹ１〜ＤＹ７、アノード４２０、及び反射型ダイノードＤＹ８とともに第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂに把持されるよう、切り欠き部３２０ａ〜３２０ｄが設けられている。なお、これら切り欠き部３２０ａ〜３２０ｄは、加速電極３２０に設けられた貫通孔３２１の外周に位置するフランジ部に、該貫通孔３２１を取り囲むように配置されている。一方、上側電極３１０は、図６に示されたように、貫通孔３１１を規定する胴体部３１２と、該胴体部３１１の一方の開口端部に設けられたフランジ部とで構成されている。このフランジ部の外周には、第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂのそれぞれに設けられた突起部４３０ａ、４３０ｂを挟むスリット溝３１０ａ〜３１０ｄが設けられるとともに、下側電極３２０と溶接固定するための固定用部位３１３ａ、３１３ｂが設けられている。
【００３８】
上述のような構造を有する下側電極３２０及び上側電極３１０は、図７に示されたように、互いに対向するように配置された第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂに、溶接された状態で固定される。
【００３９】
まず、下側電極３２０は、第１〜第７ダイノードＤＹ１〜ＤＹ７、アノード４２０、及び反射型ダイノードＤＹ８とともに第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂに把持される。このとき、下側電極３２０は、そのフランジ部のうち切り欠き部３２０ａ〜３２０ｄが設けられた部分（図５中に示された領域３２１ａ〜３２１ｄに相当する部分）が突起部４３０ａ、４３０ｂのそれぞれに設けられたスリット溝４３１ａ、４３１ｂにはめ込まれた状態で、第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂに把持される。その結果、下側電極３２０は、そのフランジ部を突起部４３０ａ、４３０ｂによって取り囲まれた状態で、第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂに固定される。なお、図８は、特に、下側電極３２０の切り欠き部３２０ａの設置状況を示す拡大図である。ただし、下側電極３２０が第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂに把持されることにより、位置決めされるのは、図８中の矢印Ｓ１で示された方向に対してのみであって、矢印Ｓ２で示された方向に対しては、依然若干の回転が可能である。
【００４０】
続いて、上側電極３１０は、図７に示されたように、スリット溝３１０ａ〜３１０ｄが突起部４３０ａ、４３０ｂを挟み込んだ状態で、下側電極３２０上に配置される。このとき、上側電極３１０は、下側電極３２０とは異なり、図８中の矢印Ｓ１で示された方向には移動可能であるが、矢印Ｓ２で示された方向への回転はできない。そこで、上側電極３１０におけるフランジ部外周に設けられた固定用部位３１３ａ、３１３ｂが下側電極３２０に溶接されることにより、上側電極３１０と下側電極３２０とが第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂに対して一体的に固定される（位置決めされる）。
【００４１】
さらに、図９は、収束電極２００の構造を説明するための平面図及び側面図である。
【００４２】
具体的に集束電極２００は、図９に示された胴体部２１０（実質的には集束電極本体であり、この明細書では胴体部２１０を指して単に集束電極という場合もある）と該胴体部２１０の回転を抑制するための補強部材２５０ａ、２５０ｂから構成されている。胴体部２１０は、図９に示されたように、円筒形状を有し、該胴体部の一方の開口端から内側に向かって伸び、貫通孔２１１を規定するフランジ部を備える。このフランジ部には、第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂの突起部４３０ａ、４３０ｂに設けられたスリット溝４３２ａ、４３２ｂに把持されるよう、切り欠き部２２０ａ〜２２０ｄが設けられている。なお、これら切り欠き部２２０ａ〜２２０ｄは、突起部４３０ａ、４３０ｂを集束電極２００における貫通孔２１１を介して収納させるための導入部２２１ａ〜２２１ｄと、密閉容器１１０の管軸を中心とした胴体部２１０の回転を制限するための固定部２２２ａ〜２２２ｄとから構成されている。
【００４３】
上述のような構造を有する胴体部２１０は、当該胴体部２１０自体が密閉容器１１０の管軸を中心に回転することにより、第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂそれぞれの突起部４３０ａ、４３０ｂに設けられたスリット溝４３２ａ、４３２ｂに固定される。
【００４４】
具体的には、図１０に示されたように、第１〜第７ダイノードＤＹ１〜ＤＹ７、アノード４２０、反射型ダイノードＤＹ８、及び加速電極３００を把持している第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂの突起部４３０ａ、４３０ｂが胴体部２１０の貫通孔２１１内に挿入される。このときの状態が、図１１の拡大図に示されている。
【００４５】
すなわち、突起部４３０ａ、４３０ｂは、図１１中の矢印Ｓ４で示された方向に沿って切り欠き部２２０ａ〜２２０ｄにおける導入部２２１ａ〜２２１ｄから挿入される。その後、胴体部２１０は、図１１中の矢印Ｓ３で示された方向に回転し、突起部４３０ａ、４３０ｂのスリット溝４３２ａ、４３２ｂが固定部２２２ａ〜２２２ｄに当接するまで回転する。このとき、突起部４３０ａ、４３０ｂのスリット溝４３２ａ、４３２ｂは、胴体部２１０のフランジ部のうち２２３ａ〜２２３ｄで示された部分を把持することになる。これにより、胴体部２１０自体は、図１１中の矢印Ｓ４で示された方向に対して固定される。しかしながら、胴体部２１０は、矢印Ｓ３で示された方向には固定されていないため、胴体部２１０の矢印Ｓ３で示された方向に沿った回転を制限すべく、該胴体部に補強部材２５０ａ、２５０ｂが溶接固定される。
【００４６】
補強部材２５０ａは、胴体部２１０のフランジ部に当接される本体板２５１ａと胴体部２１０の側面に当接されるバネ部２５２ａから構成されている。また、本端板２５１ａには、互いに対向するよう配置された第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂの突起部４３０ａを挟むスリット溝２５３ａが設けられている。同様に、補強部材２５０ｂは、胴体部２１０のフランジ部に当接される本体板２５１ｂと胴体部２１０の側面に当接されるバネ部２５２ｂから構成されている。また、本体板２５１ｂには、互いに対向するよう配置された第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂの突起部４３０ｂを挟むスリット溝２５３ｂが設けられている。
【００４７】
これら補強部材２５０ａ、２５０ｂは、図１２中の矢印Ｓ５で示された方向から差し込まれる（スリット溝２５３ａ、２５３ｂが突起部４３０ａ、４３０ｂを挟み込む）。上述のように、胴体部２１０は、図１１中の矢印Ｓ４で示された方向には固定されるが矢印Ｓ３で示された方向には固定されていない。一方、補強部材２５０ａ、２５０ｂは、突起部４３０ａ、４３０ｂをスリット溝２５３ａ、２５３ｂで挟み込むため、矢印Ｓ３で示された方向には固定されるが、矢印Ｓ４で示された方向には固定されています。このような胴体部２１０と補強部材２５０ａ、２５０ｂとをそれぞれ溶接固定することにより、当該集束電極２００が、第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂに対して一体的に固定される（位置決めされる）。
【００４８】
以上の組立工程を経て、密閉容器１１０内に収納される電子増倍ユニットが得られる。
【００４９】
次に、この発明に係る光電子増倍管の効果について、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）を用いて説明する。なお、図１３（ａ）は、上述の組立工程を経て得られた第１実施形態に係る光電子増倍管の動作を説明するための図であり、図１３（ｂ）は、比較例として用意された従来の光電子増倍管の動作を説明するための図である。
【００５０】
第１実施形態に係る光電子増倍管では、図１３（ａ）に示されたように、カソード１２０の位置ａ、ｄ、ｇからそれぞれ放出された光電子は、ａ−ｂ−ｃの軌道、ｄ−ｅ−ｆの軌道、及びｇ−ｈ−ｉの軌道のいずれかを辿って第２ダイノードＤＹ２に入射する。このとき、カソード１２０と第１ダイノードＤＹ１との間には集束電極２００及び加速電極３００が配置されているため、ａ−ｂの軌道、ｄ−ｅの軌道、ｇ−ｈの軌道それぞれを辿る光電子の走行時間はほぼ同じである。
【００５１】
また、この第１実施形態に係る光電子増倍管には、加速電極３００と第１ダイノードＤＹ１との間に導電性部材は配置されていないので、第１ダイノードＤＹ１における位置ｂ側に高い電界（加速電極３００の高電位に起因）が入り込む。そのため、第１ダイノードＤＹ１と第２ダイノードＤＹ２との間に形成される静電レンズは、加速電極３００、第２ダイノードＤＹ２、及び第３ダイノードＤＹ３の電位により形成される。したがって、第１ダイノードＤＹ１における二次電子放出面上の位置ｂから放出される二次電子も、高い電位で引っ張られて第２ダイノードＤＹ２に入射するため、ｂ−ｃの軌道を辿る二次電子の走行時間は、ｈ−ｉの軌道を辿る二次電子の走行時間とほぼ同じになる。すなわち、この発明に係る光電子増倍管の場合、カソード１２０から第１ダイノードＤＹ１を経て第２ダイノードＤＹ２に至る電子走行時間は、ａ−ｂ−ｃの軌道、ｄ−ｅ−ｆの軌道、ｇ−ｈ−ｉの軌道のいずれもほぼ同じになり、ＣＴＴＤを小さくすることができるとともに、良好なＴＴＳが得られる。
【００５２】
一方、比較例に係る光電子増倍管においても、カソード１２０と第１ダイノードＤＹ１との間に集束電極２００及び加速電極３００が配置されているため、ａ’−ｂ’の軌道、ｄ’−ｅ’の軌道、ｇ’−ｈ’の軌道それぞれにおける光電子の走行時間はほぼ同じである。しかしながら、この比較例に係る光電子増倍管では、図１３（ｂ）に示されたように、Ｄｉｓｋ（第１ダイノードＤＹ１と同電位であって、集束電極２００の電位よりも高く、かつ加速電極３００の電位よりも低い電位を有する）が、加速電極３００に起因した電界をブロックしているため、第１ダイノードＤＹ１と第２ダイノードＤＹ２との間に形成される静電レンズは、第２ダイノードＤＹ２の電位及び第３ダイノードＤＹ３の電位のみで形成される。第１ダイノードＤＹ１における二次電子放出面上においてより第３ダイノードＤＹ３に近い位置ｈ’から放出される二次電子は、より強い電界の影響を受けながら（高い電位に引っ張られながら）第２ダイノードＤＹ２へ入射する。一方、位置ｂ’から放出される二次電子は、より弱い電界の影響を受けながら（低い電界に引っ張られながら）第２ダイノードＤＹ２へ入射する。その結果、ｂ’−ｃ’の軌道を辿る二次電子の走行時間は、ｈ’−ｉ’の軌道を辿る二次電子の走行時間よりも長くなる。すなわち、比較例に係る光電子増倍管の場合、カソード１２０から第１ダイノードＤＹ１を経て第２ダイノードＤＹ２に至る電子走行時間は、ｇ’−ｈ’−ｉ’の軌道、ｄ’−ｅ’−ｆ’の軌道、ａ’−ｂ’−ｃ’の軌道の順で長くなり、ＣＴＴＤを大きくなるとともに、ＴＴＳが悪化する。
【００５３】
この発明に係る光電子増倍管は、上述のような第１実施形態の構成に限定されるものでなく、種々の変形が可能である。
【００５４】
例えば、図１４（ａ）は、この発明に係る光電子増倍管の第２実施形態の断面構造を示す図であり、図１４（ｂ）は、その応用例の断面構造を示す図である。
【００５５】
図１４（ａ）に示された第２実施形態に係る光電子増倍管は、従来の光電子増倍管と同様に、加速電極３００とダイノードユニットとの間に、該ダイノードユニットに含まれる第１ダイノードＤＹ１を直接支持するとともに該第１ダイノードＤＹ１と同電位に設定された金属ディスクＤ２が配置されている。しかしながら、この第２実施形態に係る光電子増倍管では、金属ディスクＤ２は、カソード１２０からの光電子を通過させるための貫通孔Ｄ２ａを有しており、密閉容器１１０の管軸からこの貫通孔Ｄ２ａのエッジまでの最短距離が、該密閉容器１１０の管軸からダイノードユニットに含まれる第２ダイノードＤＹ２の端部までの最短距離の１．３倍以上に設定されている。この構成によっても上述の要求特性を満たすことが可能である。
【００５６】
また、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に示された第２実施形態に係る光電子増倍管の応用例が示されているが、この応用例において、密閉容器１１０の管軸から金属ディスクＤ３の貫通孔Ｄ３ａのエッジまでの最短距離は、該密閉容器１１０の管軸からダイノードユニットに含まれる第２ダイノードＤＹ２の端部までの最短距離の２．０倍以上であってもよい。この場合も上述の要求特性を満たすことは可能である。
【００５７】
さらに、図１５は、この発明に係る光電子増倍管の第３実施形態の断面構造を示す図である。この第３実施形態に係る発明に係る光電子増倍管も、加速電極３００と第１ダイノードＤＹ１との間に配置され、該第１ダイノードを直接支持する金属ディスクＤ４を有する。しかしながら、この金属ディスクＤ４は、加速電極３００及び第１ダイノードＤＹ１のいずれとも絶縁された状態で配置されるとともに、加速電極３００の電位よりも低く、かつ、第１ダイノードＤＹ１の電位よりも高い電位に設定されている。この構成によっても、上述の要求特性を満たすことは可能である。
【００５８】
なお、上述の第２及び第３実施形態のように、加速電極３００と第１ダイノードＤＹ１との間に、別途金属ディスクＤ２〜Ｄ４が配置される構成の場合、従来のような加速電極の固定構造が採用されてもよい。
【００５９】
以上の本発明の説明から、本発明を様々に変形しうることは明らかである。そのような変形は、本発明の思想および範囲から逸脱するものとは認めることはできず、すべての当業者にとって自明である改良は、以下の請求の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】この発明に係る光電子増倍管の第１実施形態の概略構造を示す一部破断図である。
【図２】図１中に示されたＩ−Ｉ線に沿った、第１実施形態に係る光電子増倍管の断面構造を示す図である。
【図３】第１実施形態に係る光電子増倍管に適用される電子増倍ユニットの構造を説明するための組立工程図である。
【図４】電子増倍ユニットの一部を構成する一対の絶縁支持部材の構造を説明するための図である。
【図５】図５は、加速電極における下側電極の構造を説明するための平面図及び側面図である。
【図６】加速電極における上側電極の構造を説明するための平面図及び側面図である。
【図７】一対の絶縁支持部材への加速電極の取り付け工程を説明するための図である。
【図８】図７の取り付け工程をさらに詳細の説明するための拡大図である。
【図９】収束電極の構造を説明するための平面図及び側面図である。
【図１０】一対の絶縁支持部材への集束電極の取り付け工程を説明するための図である。
【図１１】図１０の取り付け工程をさらに詳細の説明するための拡大図である。
【図１２】第１実施形態に係る光電子増倍管に適用される電子増倍ユニットの構成を示す側面図である。
【図１３】（ａ）は、第１実施形態に係る光電子増倍管の動作を説明するための図であり、（ｂ）は、比較例として用意された光電子増倍管の動作を説明するための図である。
【図１４】（ａ）は、この発明に係る光電子増倍管の第２実施形態の断面構造を示す図であり、（ｂ）は、その応用例の断面構造を示す図である。
【図１５】この発明に係る光電子増倍管の第３実施形態の断面構造を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光電子の入射に応答して複数段階に分けて順次二次電子を放出していくことにより二次電子のカスケード増倍を可能にする光電子増倍管に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、核医学の分野では次世代ＰＥＴ（Positron-EmissionTomography）装置としてＴＯＦ−ＰＥＴ（Time-of-Flight-PET）の開発が盛んに進められている。特に、ＴＯＦ−ＰＥＴ装置は、体内に投与された放射性同位元素から放出される２本のガンマ線を正反対方向の２つの検出器で同時計測した際に、２つの検出器から出力される信号の時間差を求め飛行時間差として陽電子が消滅した位置を求めることができるため、ＰＥＴの鮮明な画像を得られることが可能となる。この検出器には優れた高速応答性を有する大量の光電子増倍管が使用される。
【０００３】
このような光電子増倍管としては、例えば特許文献１に示された光電子増倍管が知られている。この従来の光電子増倍管は、カソードから第１段ダイノードに向かって順に集束電極、加速電極が配置された構造を有する。ここで、集束電極は、カソードから放出された光電子が第１段ダイノードに集束していくように該光電子の軌道を修正するための電極である。また、加速電極は、カソードから放出された光電子を第１段ダイノードへと加速する電極であって、カソードの光電子放出部位に起因した該カソードから第１段ダイノードに至る光電子の走行時間のバラツキを減少させるよう機能する。
【０００４】
上述のようにカソードと第１ダイノードとの間に収束電極及び加速電極を配置する構造により、高速応答性を向上させることができる。
【特許文献１】特開平５−１１４３８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明者は上述の従来技術を検討した結果、以下のような課題を発見した。
【０００６】
すなわち、従来の光電子増倍管において、密閉容器内に収納され、優れた高速応答性を実現する電子増倍ユニットは、アノードとともに複数段のダイノードが一対の絶縁性固定板で挟み込まれたダイノードユニット、集束電極、及び加速電極により構成されている。その組み立て作業において、加速電極は、ダイノードユニットに対して特殊な金属部材によって固定され、また、集束電極は、ガラス部材を介して加速電極に固定される。このような組立工程を経て得られた従来の光電子増倍管は、加速電極と第１段ダイノードとの間に、第１段ダイノードを直接支持した、該第１段ダイノードと同電位の金属ディスクが配置される構造となる。この場合、加速電極と第１段ダイノードとの間に配置された金属ディスクの影響により、カソードから第１段ダイノードを経て第２段ダイノードへ到達するまでの電子走行時間が、カソードの光電子放出部位に依存して著しいバラツキが生じるため、ＣＴＴＤ（Cathode Transit Time Difference）が大きくなるとともに、ＴＴＳ（Transit Time Spread）が悪化するなどの課題があった。
【０００７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、高利得を実現するとともに、Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ、ＣＴＴＤ、ＴＴＳなどに関するより高い要求特性を満たすことが可能な構造を備えた光電子増倍管を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る光電子増倍管は、内部が真空状態に維持された密閉容器とともに、該密閉容器内にそれぞれ収納されたカソード、集束電極、加速電極、ダイノードユニット、及びアノードを備える。また、ダイノードユニット及びアノードは、一対の絶縁支持部材によって挟まれた状態で一体的に保持されている。カソードは、所定波長の光の入射に応答し、一次電子として光電子を該密閉容器内に放出する。ダイノードユニットは、ホトカソードから到達した光電子に応答して二次電子を放出し、該二次電子を順次カスケード増倍していく複数段のダイノードを含む。アノードは、ダイノードユニットによりカスケード増倍された二次電子を信号として取り出す。集束電極は、ホトカソードから放出された光電子の軌道を修正するよう機能し、該ホトカソードとダイノードユニットとの間に配置されている。また、集束電極は、ホトカソードからの光電子が通過するための貫通孔を有する。加速電極は、ホトカソードから集束電極を介して到達した光電子を加速するよう機能し、集束電極とダイノードユニットの間に配置されている。また、加速電極も、ホトカソードから集束電極を介して到達した光電子が通過するための貫通孔を有する。
【０００９】
具体的に、この発明に係る光電子増倍管に要求される特性としては、Uniformity、ＣＴＴＤ（Cathode Transit Time Difference）、ＴＴＳ（Transit Time Spread）等があり、当該光電子増倍管は、Uniformityとしてカソード全面を有効領域とするとともに、５００ｐｓｅｃ以下のＣＴＴＤ、３００ｐｓｅｃ以下のＴＴＳを実現する。そのため、この発明に係る光電子増倍管は、ダイノードユニットに含まれる少なくとも第１段ダイノード及び第２段ダイノードが導電性部材を介することなく加速電極に直接対向した状態で、少なくとも加速電極及びダイノードユニットを一体的に保持する構造を備える。
【００１０】
このように、当該光電子増倍管は、少なくとも加速電極及びダイノードユニットが、ダイノードユニットに含まれる少なくとも第１段ダイノード及び第２段ダイノードが導電性部材を介することなく加速電極に直接対向した状態で、一体的に保持された構造を有する。その結果、従来のような第１段ダイノードと同電位に設定された、該第１段ダイノードを直接支持する金属ディスクが、加速電極とダイノードユニットとの間に介在しないので、カソードから第１段ダイノードを経て第２段ダイノードへ到達する間での電子走行時間のバラツキが飛躍的に低減される。
【００１１】
なお、上述のようにダイノードユニットに含まれる第１段ダイノードと加速電極との間に、該第１段ダイノードを直接支持する金属ディスク（第１段ダイノードと同電位に設定される）を排除するためには、少なくともこれら加速電極及びダイノードユニットを一体的に保持することにより、簡単に（組立工程を複雑にすることなく）構成されるのが好ましい。
【００１２】
上述のような一体構成は、例えば、ダイノードユニットに含まれる複数のダイノードを一体的に保持する一対の絶縁支持部材のそれぞれに、ホトカソードへ向かって伸びた、集束電極及び加速電極の配置位置の基準となる１又はそれ以上の突起部を設けることによって実現可能である。すなわち、突起部のそれぞれには、加速電極を直接支持した状態で該加速電極を固定するための第１固定構造が設けられるとともに、集束電極を直接支持した状態で該集束電極を固定するための第２固定構造が設けられている。この場合、当該光電子増倍管では、ダイノードユニット及びアノードを把持する一対の絶縁支持部材のそれぞれに、加速電極及び集束電極の配置位置の基準となる突起部（第1及び第２固定構造が設けられている）が設けられることにより、密閉容器内に収納された電子増倍ユニットを構成する、集束電極、加速電極、ダイノードユニット、及びアノードが一対の絶縁支持部材に対して一体的に固定されることになる。すなわち、ダイノードユニット及びアノードを一体的に把持する一対の絶縁支持部材の一部に設けられた、集束電極及び加速電極を固定する構造により、電子増倍ユニットを構成する部材それぞれが一対の絶縁支持部材を基準部材として簡単に位置決めされる。この結果、電子増倍ユニット組み立ての際に、各部材間の高精度の位置決め作業や特殊な固定部材、固定治具が不要となり、密閉容器内に収納される電子増倍ユニットの生産性を飛躍的に向上させることが可能になる。また、電子増倍ユニットを組み立てる作業者自身の熟練度とは無関係に、製造された光電子増倍管間の性能バラツキが低減される。
【００１３】
なお、この発明に係る光電子増倍管において、一対の絶縁支持部材それぞれの一部を構成している突起部は、ダイノード及びアノードを把持した状態で少なくとも加速電極を取り囲むよう該一対の絶縁支持部材それぞれの所定位置に配置されている。また、当該光電子増倍管において、電子増倍ユニットの生産性を向上させるため、第１固定構造は、加速電極の一部を挟むスリット溝を含むのが好ましい。同様の理由により、第２固定構造も、集束電極の一部を挟むスリット溝を含むのが好ましい。このように、収束電極の一部及び加速電極の一部がそれぞれ対応するスリット溝に挟まれることにより、これら収束電極及び加速電極の位置決め作業及び固定作業が同時に行える。
【００１４】
さらに、この発明に係る光電子増倍管は、上述の構成には限定されない。すなわち、当該光電子増倍管がダイノードユニットに含まれる第１段ダイノードを直接支持する金属ディスクを有する場合であっても、加速電極及びダイノードユニットのいずれとも絶縁された状態で配置されれば、上述の要求特性を満たすことは可能である。加速電極とダイノードユニットとの間に配置される金属ディスクは、加速電極の電位よりも低く、かつ、ダイノードユニットに含まれる第１段ダイノードの電位よりも高い電位に設定される。
【００１５】
また、加速電極とダイノードユニットとの間に、該ダイノードユニットに含まれる第１段ダイノードを直接支持するとともに該第１段ダイノードと同電位に設定された金属ディスクが配置されている場合であっても、当該光電子増倍管によれば、上述の要求特性を満たすことは可能である。すなわち、加速電極とダイノードユニットとの間に配置される金属ディスクは、カソードからの光電子を通過させるための貫通孔を有し、密閉容器の管軸からこの貫通孔のエッジまでの最短距離が、該密閉容器の管軸からダイノードユニットに含まれる第２段ダイノードの端部までの最短距離の１．３倍以上に設定されることによっても、上述の要求特性を満たすことができる。ただし、密閉容器の管軸から金属ディスクの貫通孔のエッジまでの最短距離は、該密閉容器の管軸からダイノードユニットに含まれる第２段ダイノードの端部までの最短距離の２．０倍以上であるのがより好ましい。
【００１６】
なお、この発明に係る各実施形態は、以下の詳細な説明及び添付図面によりさらに十分に理解可能となる。これら実施形態は単に例示のために示されるものであって、この発明を限定するものと考えるべきではない。
【００１７】
また、この発明のさらなる応用範囲は、以下の詳細な説明から明らかになる。しかしながら、詳細な説明及び特定の事例はこの発明の好適な実施形態を示すものではあるが、例示のためにのみ示されているものであって、この発明の思想及び範囲における様々な変形および改良はこの詳細な説明から当業者には自明であることは明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、この発明に係る光電子増倍管の一実施形態を、図１〜図１２、図１３（ａ）〜図１４（ｂ）、及び図１５を用いて詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一部位、同一部材には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００１９】
図１は、この発明に係る光電子増倍管の一実施形態の概略構造を示す一部破断図である。
【００２０】
この図１に示されたように、光電子増倍管１００は、内部を真空引きするためのパイプ１３０（真空引き後に中実化される）が底部に設けられた密閉容器１１０を備えるとともに、この密閉容器１１０内に設けられたカソード１２０及び電子増倍ユニットを備える。
【００２１】
密閉容器１１０は、内側にカソード１２０が形成された面板を有する円筒形の管胴と、複数のリードピン１４０を貫通した状態で支持しているステムにより構成されている。電子増倍ユニットは、ステムから密閉容器１１０内に延びたリードピン１４０によって該密閉容器１１０内の所定位置に保持されている。
【００２２】
電子増倍ユニットは、集束電極２００、加速電極３００、及びアノードが内部に配置されたダイノードユニット４００から構成されている。集束電極２００は、カソード１２０から放出された光電子がダイノードユニット４００に集束していくように該光電子の軌道を修正するための電極であって、カソード１２０とダイノードユニット４００との間に配置されるとともに、カソード１２０からの光電子を通過させるための貫通孔を有する。また、加速電極３００は、カソード１２０から放出された光電子をダイノードユニット４００へと加速する電極であって、集束電極２００とダイノードユニット４００との間に配置されるとともに、集束電極の貫通孔を通過した光電子をさらにダイノードユニット４００に向けて通通過させる貫通孔を有する。この加速電極３００により、カソード１２０の光電子放出部位に起因した該カソード１２０からダイノードユニット４００に至る光電子の走行時間のバラツキが減少される。また、ダイノードユニット４００は、カソード１２０から集束電極２００、加速電極３００を介して到達した光電子に応答して放出される二次電子を順次カスケード増倍していくための複数段のダイノードと、これら複数段のダイノードによりカスケード増倍された二次電子を信号として取り出すためのアノードと、これら複数段のダイノード及びアノードを一体的に把持する一対の絶縁支持部材とを備える。
【００２３】
図２は、図１中に示されたＩ−Ｉ線に沿った、第１実施形態に係る光電子増倍管の断面構造を示す図である。
【００２４】
第１実施形態に係る光電子増倍管１００において、密閉容器１１０内に収納された電子増倍ユニット４００は、図２に示されたように、集束電極２００、加速電極３００とともにダイノードユニット４００が一対の絶縁支持部材によって一体的に保持されている。特に、この一対の絶縁支持部材は、加速電極３００ととともに、第１ダイノード（第１段ダイノード）ＤＹ１〜第７ダイノードＤＹ７、アノード４２０、及びアノード４２０を通過した電子を再び該アノード４２０へ反転させる反射型ダイノードＤＹ８を一体的に保持している。
【００２５】
このように、当該光電子増倍管１００は、ダイノードユニット４００に含まれる少なくとも第１ダイノードＤＹ１及び第２ダイノードＤＹ２が導電性部材を介することなく加速電極３００に直接対向した状態で、少なくとも加速電極３００及びダイノードユニット４００を一体的に保持する構造を備える。その結果、従来の光電子増倍管ような第１ダイノードＤＹ１と同電位に設定された、該第１ダイノードＤＹ１を直接支持する金属ディスクが、加速電極３００とダイノードユニット４００との間に介在しないので、カソード１２０から第１ダイノードＤＹ１を経て第２ダイノードＤＹ２へ到達する間での電子走行時間のバラツキが飛躍的に低減される。
【００２６】
上述のような構成により、当該光電子増倍管１００は、Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙとしてカソード全面を有効領域とするとともに、５００ｐｓｅｃ以下のＣＴＴＤ、３００ｐｓｅｃ以下のＴＴＳを実現する。
【００２７】
以下、上述のように加速電極３００とダイノードユニット４００との一体的に構成する具体例を、図３〜図１２を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明される構成では、ダイノードユニット４００に含まれる複数のダイノードＤＹ１〜ＤＹ８を一体的に保持する一対の絶縁支持部材のそれぞれに、ホトカソード１２０へ向かって伸びた、集束電極２００及び加速電極３００の配置位置の基準となる１又はそれ以上の突起部を設けることによって実現可能である。
【００２８】
図３は、この発明に係る光電子増倍管に適用される電子増倍ユニットの構造を説明するための組立工程図である。
【００２９】
図３に示されたように、電子増倍ユニットは、集束電極２００、加速電極３００、及びアノードを含むダイノードユニット４００により構成されている。集束電極２００は、カソード１２０からの光電子を通過させるための貫通孔が設けられている。加速電極３００は、当該電子増倍ユニットの組立効率を向上させるべく、上側電極３１０と下側電極３２０により構成されている。これら上側電極３１０と下側電極３２０は、当該電子増倍ユニットの組立作業中、数カ所溶接されることにより一体化される。ダイノードユニット４００は、それぞれが該第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂによって把持された、第１〜第７ダイノードＤＹ１〜ＤＹ７、アノード４２０、反射型ダイノードＤＹ８によって構成されている。なお、第１〜第７ダイノードＤＹ１〜ＤＹ７及び反射型ダイノードＤＹ８には、光電子あるいは二次電子を受け、該電子の入射方向に向かって新たに二次電子を放出する反射型の二次電子放出面が形成されている。また、第１ダイノードＤＹ１の両端には、第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂによって把持されるよう、固定片ＤＹ１ａ、ＤＹ１ｂが設けられている。同様に、第２ダイノードＤＹ２は、その両端に固定片ＤＹ２ａ、ＤＹ２ｂを有し、第３ダイノードＤＹ３は、その両端に固定片ＤＹ３ａ、ＤＹ３ｂを有し、第４ダイノードＤＹ４は、その両端に固定片ＤＹ４ａ、ＤＹ４ｂを有し、第５ダイノードＤＹ５は、その両端に固定片ＤＹ５ａ、ＤＹ５ｂを有し、第６ダイノードＤＹ６は、その両端に固定片ＤＹ６ａ、ＤＹ６ｂを有し、第７ダイノードＤＹ７は、その両端に固定片ＤＹ７ａ、ＤＹ７ｂを有し、アノード４２０は、その両端に固定片４２０ａ〜４２０ｄを有し、そして、反射型ダイノードＤＹ８は、その両端に固定片ＤＹ８ａ、ＤＹ８ｂを有する。
【００３０】
加速電極３００のうち下側電極３２０は、第１〜第７ダイノードＤＹ１〜ＤＹ７、アノード４２０、反射型ダイノードＤＹ８とともに、第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂによって把持される。上側電極３１０は、このように第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂによって把持された状態の下側電極３２０に溶接固定される。一方、集束電極２００は、第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂの上部（カソード１２０側）に設けられた突起部に設置され、補強部材２５０ａ、２５０ｂが溶接されることにより、該第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂに固定される。
【００３１】
また、上述のように第１〜第７ダイノードＤＹ１〜ＤＹ７、アノード４２０、反射型ダイノードＤＹ８を一体的に把持した状態で、第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂが金属クリップ４５０ａ〜４５０ｃによりさらに把持されており、これにより、上述の各部材が第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂによって各部材が安定的に保持される。
【００３２】
図４は、電子増倍ユニットの一部を構成する第１及び第２の絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂの構造を説明するための図である。ここで、第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂは同一構造を有するため、共通の構造説明として第２絶縁支持部材４１０ｂについてのみ説明する。
【００３３】
絶縁支持部材４１０ｂには、第１〜第７ダイノードＤＹ１〜ＤＹ７、アノード４２０、及び反射型ダイノードＤＹ８のそれぞれに設けられた固定片ＤＹ１ｂ〜ＤＹ８ｂ、４２０ｂが挿入される位置決め孔Ｄ１〜Ｄ８、４２が設けられている。また、絶縁支持部材４１０ｂには、これら部材ＤＹ１〜ＤＹ８、４２０をともに把持する絶縁支持部材４１０ａに対して容易に固定するため、金属クリップ４５０ａ〜４５０ｃを留める切り欠き部４１１ａ〜４１１ｃが設けられている。
【００３４】
特に、絶縁支持部材４１０ｂには、上方に向かって伸びた突起部４３０ａ、４３０ｂを備える。すなわち、これら突起部４３０ａ、４３０ｂは、密閉容器１１０内に当該電子増倍ユニットが設置されたときにカソード側に向かって伸びている。そして、突起部４３０ａには、加速電極３００を位置決めするとともに固定するための、第１固定構造としてのスリット溝４３１ａと、集束電極２００を位置決めするとともに固定するための固定構造としてのスリット溝４３２ａが設けられている。同様に、突起部４３０ｂには、加速電極３００を位置決めするとともに固定するための、第１固定構造としてのスリット溝４３１ｂと、集束電極２００を位置決めするとともに固定するための固定構造としてのスリット溝４３２ｂが設けられている。
【００３５】
次に、加速電極３００の構造について、図５及び図６を用いて説明する。図５は、加速電極３００の一部を構成する下側電極３２０の構造を説明するための平面図及び側面図である。また、図６は、加速電極３００の一部を構成する上側電極３１０の構造を説明するための平面図及び側面図である。
【００３６】
加速電極３００は、図５及び図６に示されたような構造を有する下側電極３２０及び上側電極３１０が数カ所溶接固定されることにより得られ、下側電極３２０は、第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂそれぞれの突起部４３０ａ、４３０ｂに設けられたスリット溝４３１ａ、４３１ｂに直接挿入、固定される。
【００３７】
具体的に下側電極３２０は、図５に示されたように、第１〜第７ダイノードＤＹ１〜ＤＹ７、アノード４２０、及び反射型ダイノードＤＹ８とともに第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂに把持されるよう、切り欠き部３２０ａ〜３２０ｄが設けられている。なお、これら切り欠き部３２０ａ〜３２０ｄは、加速電極３２０に設けられた貫通孔３２１の外周に位置するフランジ部に、該貫通孔３２１を取り囲むように配置されている。一方、上側電極３１０は、図６に示されたように、貫通孔３１１を規定する胴体部３１２と、該胴体部３１１の一方の開口端部に設けられたフランジ部とで構成されている。このフランジ部の外周には、第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂのそれぞれに設けられた突起部４３０ａ、４３０ｂを挟むスリット溝３１０ａ〜３１０ｄが設けられるとともに、下側電極３２０と溶接固定するための固定用部位３１３ａ、３１３ｂが設けられている。
【００３８】
上述のような構造を有する下側電極３２０及び上側電極３１０は、図７に示されたように、互いに対向するように配置された第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂに、溶接された状態で固定される。
【００３９】
まず、下側電極３２０は、第１〜第７ダイノードＤＹ１〜ＤＹ７、アノード４２０、及び反射型ダイノードＤＹ８とともに第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂに把持される。このとき、下側電極３２０は、そのフランジ部のうち切り欠き部３２０ａ〜３２０ｄが設けられた部分（図５中に示された領域３２１ａ〜３２１ｄに相当する部分）が突起部４３０ａ、４３０ｂのそれぞれに設けられたスリット溝４３１ａ、４３１ｂにはめ込まれた状態で、第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂに把持される。その結果、下側電極３２０は、そのフランジ部を突起部４３０ａ、４３０ｂによって取り囲まれた状態で、第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂに固定される。なお、図８は、特に、下側電極３２０の切り欠き部３２０ａの設置状況を示す拡大図である。ただし、下側電極３２０が第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂに把持されることにより、位置決めされるのは、図８中の矢印Ｓ１で示された方向に対してのみであって、矢印Ｓ２で示された方向に対しては、依然若干の回転が可能である。
【００４０】
続いて、上側電極３１０は、図７に示されたように、スリット溝３１０ａ〜３１０ｄが突起部４３０ａ、４３０ｂを挟み込んだ状態で、下側電極３２０上に配置される。このとき、上側電極３１０は、下側電極３２０とは異なり、図８中の矢印Ｓ１で示された方向には移動可能であるが、矢印Ｓ２で示された方向への回転はできない。そこで、上側電極３１０におけるフランジ部外周に設けられた固定用部位３１３ａ、３１３ｂが下側電極３２０に溶接されることにより、上側電極３１０と下側電極３２０とが第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂに対して一体的に固定される（位置決めされる）。
【００４１】
さらに、図９は、収束電極２００の構造を説明するための平面図及び側面図である。
【００４２】
具体的に集束電極２００は、図９に示された胴体部２１０（実質的には集束電極本体であり、この明細書では胴体部２１０を指して単に集束電極という場合もある）と該胴体部２１０の回転を抑制するための補強部材２５０ａ、２５０ｂから構成されている。胴体部２１０は、図９に示されたように、円筒形状を有し、該胴体部の一方の開口端から内側に向かって伸び、貫通孔２１１を規定するフランジ部を備える。このフランジ部には、第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂの突起部４３０ａ、４３０ｂに設けられたスリット溝４３２ａ、４３２ｂに把持されるよう、切り欠き部２２０ａ〜２２０ｄが設けられている。なお、これら切り欠き部２２０ａ〜２２０ｄは、突起部４３０ａ、４３０ｂを集束電極２００における貫通孔２１１を介して収納させるための導入部２２１ａ〜２２１ｄと、密閉容器１１０の管軸を中心とした胴体部２１０の回転を制限するための固定部２２２ａ〜２２２ｄとから構成されている。
【００４３】
上述のような構造を有する胴体部２１０は、当該胴体部２１０自体が密閉容器１１０の管軸を中心に回転することにより、第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂそれぞれの突起部４３０ａ、４３０ｂに設けられたスリット溝４３２ａ、４３２ｂに固定される。
【００４４】
具体的には、図１０に示されたように、第１〜第７ダイノードＤＹ１〜ＤＹ７、アノード４２０、反射型ダイノードＤＹ８、及び加速電極３００を把持している第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂの突起部４３０ａ、４３０ｂが胴体部２１０の貫通孔２１１内に挿入される。このときの状態が、図１１の拡大図に示されている。
【００４５】
すなわち、突起部４３０ａ、４３０ｂは、図１１中の矢印Ｓ４で示された方向に沿って切り欠き部２２０ａ〜２２０ｄにおける導入部２２１ａ〜２２１ｄから挿入される。その後、胴体部２１０は、図１１中の矢印Ｓ３で示された方向に回転し、突起部４３０ａ、４３０ｂのスリット溝４３２ａ、４３２ｂが固定部２２２ａ〜２２２ｄに当接するまで回転する。このとき、突起部４３０ａ、４３０ｂのスリット溝４３２ａ、４３２ｂは、胴体部２１０のフランジ部のうち２２３ａ〜２２３ｄで示された部分を把持することになる。これにより、胴体部２１０自体は、図１１中の矢印Ｓ４で示された方向に対して固定される。しかしながら、胴体部２１０は、矢印Ｓ３で示された方向には固定されていないため、胴体部２１０の矢印Ｓ３で示された方向に沿った回転を制限すべく、該胴体部に補強部材２５０ａ、２５０ｂが溶接固定される。
【００４６】
補強部材２５０ａは、胴体部２１０のフランジ部に当接される本体板２５１ａと胴体部２１０の側面に当接されるバネ部２５２ａから構成されている。また、本端板２５１ａには、互いに対向するよう配置された第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂの突起部４３０ａを挟むスリット溝２５３ａが設けられている。同様に、補強部材２５０ｂは、胴体部２１０のフランジ部に当接される本体板２５１ｂと胴体部２１０の側面に当接されるバネ部２５２ｂから構成されている。また、本体板２５１ｂには、互いに対向するよう配置された第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂの突起部４３０ｂを挟むスリット溝２５３ｂが設けられている。
【００４７】
これら補強部材２５０ａ、２５０ｂは、図１２中の矢印Ｓ５で示された方向から差し込まれる（スリット溝２５３ａ、２５３ｂが突起部４３０ａ、４３０ｂを挟み込む）。上述のように、胴体部２１０は、図１１中の矢印Ｓ４で示された方向には固定されるが矢印Ｓ３で示された方向には固定されていない。一方、補強部材２５０ａ、２５０ｂは、突起部４３０ａ、４３０ｂをスリット溝２５３ａ、２５３ｂで挟み込むため、矢印Ｓ３で示された方向には固定されるが、矢印Ｓ４で示された方向には固定されています。このような胴体部２１０と補強部材２５０ａ、２５０ｂとをそれぞれ溶接固定することにより、当該集束電極２００が、第１及び第２絶縁支持部材４１０ａ、４１０ｂに対して一体的に固定される（位置決めされる）。
【００４８】
以上の組立工程を経て、密閉容器１１０内に収納される電子増倍ユニットが得られる。
【００４９】
次に、この発明に係る光電子増倍管の効果について、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）を用いて説明する。なお、図１３（ａ）は、上述の組立工程を経て得られた第１実施形態に係る光電子増倍管の動作を説明するための図であり、図１３（ｂ）は、比較例として用意された従来の光電子増倍管の動作を説明するための図である。
【００５０】
第１実施形態に係る光電子増倍管では、図１３（ａ）に示されたように、カソード１２０の位置ａ、ｄ、ｇからそれぞれ放出された光電子は、ａ−ｂ−ｃの軌道、ｄ−ｅ−ｆの軌道、及びｇ−ｈ−ｉの軌道のいずれかを辿って第２ダイノードＤＹ２に入射する。このとき、カソード１２０と第１ダイノードＤＹ１との間には集束電極２００及び加速電極３００が配置されているため、ａ−ｂの軌道、ｄ−ｅの軌道、ｇ−ｈの軌道それぞれを辿る光電子の走行時間はほぼ同じである。
【００５１】
また、この第１実施形態に係る光電子増倍管には、加速電極３００と第１ダイノードＤＹ１との間に導電性部材は配置されていないので、第１ダイノードＤＹ１における位置ｂ側に高い電界（加速電極３００の高電位に起因）が入り込む。そのため、第１ダイノードＤＹ１と第２ダイノードＤＹ２との間に形成される静電レンズは、加速電極３００、第２ダイノードＤＹ２、及び第３ダイノードＤＹ３の電位により形成される。したがって、第１ダイノードＤＹ１における二次電子放出面上の位置ｂから放出される二次電子も、高い電位で引っ張られて第２ダイノードＤＹ２に入射するため、ｂ−ｃの軌道を辿る二次電子の走行時間は、ｈ−ｉの軌道を辿る二次電子の走行時間とほぼ同じになる。すなわち、この発明に係る光電子増倍管の場合、カソード１２０から第１ダイノードＤＹ１を経て第２ダイノードＤＹ２に至る電子走行時間は、ａ−ｂ−ｃの軌道、ｄ−ｅ−ｆの軌道、ｇ−ｈ−ｉの軌道のいずれもほぼ同じになり、ＣＴＴＤを小さくすることができるとともに、良好なＴＴＳが得られる。
【００５２】
一方、比較例に係る光電子増倍管においても、カソード１２０と第１ダイノードＤＹ１との間に集束電極２００及び加速電極３００が配置されているため、ａ’−ｂ’の軌道、ｄ’−ｅ’の軌道、ｇ’−ｈ’の軌道それぞれにおける光電子の走行時間はほぼ同じである。しかしながら、この比較例に係る光電子増倍管では、図１３（ｂ）に示されたように、Ｄｉｓｋ（第１ダイノードＤＹ１と同電位であって、集束電極２００の電位よりも高く、かつ加速電極３００の電位よりも低い電位を有する）が、加速電極３００に起因した電界をブロックしているため、第１ダイノードＤＹ１と第２ダイノードＤＹ２との間に形成される静電レンズは、第２ダイノードＤＹ２の電位及び第３ダイノードＤＹ３の電位のみで形成される。第１ダイノードＤＹ１における二次電子放出面上においてより第３ダイノードＤＹ３に近い位置ｈ’から放出される二次電子は、より強い電界の影響を受けながら（高い電位に引っ張られながら）第２ダイノードＤＹ２へ入射する。一方、位置ｂ’から放出される二次電子は、より弱い電界の影響を受けながら（低い電界に引っ張られながら）第２ダイノードＤＹ２へ入射する。その結果、ｂ’−ｃ’の軌道を辿る二次電子の走行時間は、ｈ’−ｉ’の軌道を辿る二次電子の走行時間よりも長くなる。すなわち、比較例に係る光電子増倍管の場合、カソード１２０から第１ダイノードＤＹ１を経て第２ダイノードＤＹ２に至る電子走行時間は、ｇ’−ｈ’−ｉ’の軌道、ｄ’−ｅ’−ｆ’の軌道、ａ’−ｂ’−ｃ’の軌道の順で長くなり、ＣＴＴＤを大きくなるとともに、ＴＴＳが悪化する。
【００５３】
この発明に係る光電子増倍管は、上述のような第１実施形態の構成に限定されるものでなく、種々の変形が可能である。
【００５４】
例えば、図１４（ａ）は、この発明に係る光電子増倍管の第２実施形態の断面構造を示す図であり、図１４（ｂ）は、その応用例の断面構造を示す図である。
【００５５】
図１４（ａ）に示された第２実施形態に係る光電子増倍管は、従来の光電子増倍管と同様に、加速電極３００とダイノードユニットとの間に、該ダイノードユニットに含まれる第１ダイノードＤＹ１を直接支持するとともに該第１ダイノードＤＹ１と同電位に設定された金属ディスクＤ２が配置されている。しかしながら、この第２実施形態に係る光電子増倍管では、金属ディスクＤ２は、カソード１２０からの光電子を通過させるための貫通孔Ｄ２ａを有しており、密閉容器１１０の管軸からこの貫通孔Ｄ２ａのエッジまでの最短距離が、該密閉容器１１０の管軸からダイノードユニットに含まれる第２ダイノードＤＹ２の端部までの最短距離の１．３倍以上に設定されている。この構成によっても上述の要求特性を満たすことが可能である。
【００５６】
また、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に示された第２実施形態に係る光電子増倍管の応用例が示されているが、この応用例において、密閉容器１１０の管軸から金属ディスクＤ３の貫通孔Ｄ３ａのエッジまでの最短距離は、該密閉容器１１０の管軸からダイノードユニットに含まれる第２ダイノードＤＹ２の端部までの最短距離の２．０倍以上であってもよい。この場合も上述の要求特性を満たすことは可能である。
【００５７】
さらに、図１５は、この発明に係る光電子増倍管の第３実施形態の断面構造を示す図である。この第３実施形態に係る発明に係る光電子増倍管も、加速電極３００と第１ダイノードＤＹ１との間に配置され、該第１ダイノードを直接支持する金属ディスクＤ４を有する。しかしながら、この金属ディスクＤ４は、加速電極３００及び第１ダイノードＤＹ１のいずれとも絶縁された状態で配置されるとともに、加速電極３００の電位よりも低く、かつ、第１ダイノードＤＹ１の電位よりも高い電位に設定されている。この構成によっても、上述の要求特性を満たすことは可能である。
【００５８】
なお、上述の第２及び第３実施形態のように、加速電極３００と第１ダイノードＤＹ１との間に、別途金属ディスクＤ２〜Ｄ４が配置される構成の場合、従来のような加速電極の固定構造が採用されてもよい。
【００５９】
以上の本発明の説明から、本発明を様々に変形しうることは明らかである。そのような変形は、本発明の思想および範囲から逸脱するものとは認めることはできず、すべての当業者にとって自明である改良は、以下の請求の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】この発明に係る光電子増倍管の第１実施形態の概略構造を示す一部破断図である。
【図２】図１中に示されたＩ−Ｉ線に沿った、第１実施形態に係る光電子増倍管の断面構造を示す図である。
【図３】第１実施形態に係る光電子増倍管に適用される電子増倍ユニットの構造を説明するための組立工程図である。
【図４】電子増倍ユニットの一部を構成する一対の絶縁支持部材の構造を説明するための図である。
【図５】図５は、加速電極における下側電極の構造を説明するための平面図及び側面図である。
【図６】加速電極における上側電極の構造を説明するための平面図及び側面図である。
【図７】一対の絶縁支持部材への加速電極の取り付け工程を説明するための図である。
【図８】図７の取り付け工程をさらに詳細の説明するための拡大図である。
【図９】収束電極の構造を説明するための平面図及び側面図である。
【図１０】一対の絶縁支持部材への集束電極の取り付け工程を説明するための図である。
【図１１】図１０の取り付け工程をさらに詳細の説明するための拡大図である。
【図１２】第１実施形態に係る光電子増倍管に適用される電子増倍ユニットの構成を示す側面図である。
【図１３】（ａ）は、第１実施形態に係る光電子増倍管の動作を説明するための図であり、（ｂ）は、比較例として用意された光電子増倍管の動作を説明するための図である。
【図１４】（ａ）は、この発明に係る光電子増倍管の第２実施形態の断面構造を示す図であり、（ｂ）は、その応用例の断面構造を示す図である。
【図１５】この発明に係る光電子増倍管の第３実施形態の断面構造を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が真空状態に維持された密閉容器と、
前記密閉容器内に収納され、所定波長の光に応答して光電子を該密閉容器内に放出するホトカソードと、
前記密閉容器内に収納され、前記ホトカソードから到達した光電子に応答して二次電子を放出し、該二次電子を順次カスケード増倍していく複数段のダイノードを含むダイノードユニットと、
前記密閉容器内に収納され、前記ダイノードユニットによりカスケード増倍された二次電子を信号として取り出すアノードと、
前記ダイノードユニット及び前記アノードを把持した状態で、該ダイノードユニット及び該アノードを一体的に保持する一対の絶縁支持部材と、
前記ホトカソードと前記ダイノードユニットとの間に配置され、前記ホトカソードからの光電子が通過するための貫通孔を有する集束電極であって、前記ホトカソードから放出された光電子の軌道を修正するための集束電極と、
前記集束電極と前記ダイノードユニットの間に配置され、前記ホトカソードから前記集束電極を介して到達した光電子が通過するための貫通孔を有する加速電極であって、前記ホトカソードから前記集束電極を介して到達した光電子を加速するための加速電極と、そして、
前記ダイノードユニットに含まれる少なくとも第１段ダイノード及び第２段ダイノードが導電性部材を介することなく前記加速電極に直接対向した状態で、少なくとも前記加速電極及び前記ダイノードユニットを一体的に保持する構造と、を備えた光電子増倍管。
【請求項２】
内部が真空状態に維持された密閉容器と、
前記密閉容器内に収納され、所定波長の光に応答して光電子を該密閉容器内に放出するホトカソードと、
前記密閉容器内に収納され、前記ホトカソードから到達した光電子に応答して二次電子を放出し、該二次電子を順次カスケード増倍していく複数段のダイノードを含むダイノードユニットと、
前記密閉容器内に収納され、前記ダイノードユニットによりカスケード増倍された二次電子を信号として取り出すアノードと、
前記ダイノードユニット及び前記アノードを把持した状態で、該ダイノードユニット及び該アノードを一体的に保持する一対の絶縁支持部材と、
前記ホトカソードと前記ダイノードユニットとの間に配置され、前記ホトカソードからの光電子が通過するための貫通孔を有する集束電極であって、前記ホトカソードから放出された光電子の軌道を修正するための集束電極と、
前記集束電極と前記ダイノードユニットの間に配置され、前記ホトカソードから前記集束電極を介して到達した光電子が通過するための貫通孔を有する加速電極であって、前記ホトカソードから前記集束電極を介して到達した光電子を加速するための加速電極と、そして、
前記加速電極と前記ダイノードユニットとの間に該加速電極及び該ダイノードユニットのいずれとも絶縁された状態で配置された金属ディスクであって、前記カソードからの光電子を通過させるための貫通孔を有する金属ディスクとを備え、
前記金属ディスクは、前記加速電極の電位よりも低く、かつ、前記ダイノードユニットに含まれる第１段ダイノードの電位よりも高い電位に設定されていることを特徴とする光電子増倍管。
【請求項３】
内部が真空状態に維持された密閉容器と、
前記密閉容器内に収納され、所定波長の光に応答して光電子を該密閉容器内に放出するホトカソードと、
前記密閉容器内に収納され、前記ホトカソードから到達した光電子に応答して二次電子を放出し、該二次電子を順次カスケード増倍していく複数段のダイノードを含むダイノードユニットと、
前記密閉容器内に収納され、前記ダイノードユニットによりカスケード増倍された二次電子を信号として取り出すアノードと、
前記ダイノードユニット及び前記アノードを把持した状態で、該ダイノードユニット及び該アノードを一体的に保持する一対の絶縁支持部材と、
前記ホトカソードと前記ダイノードユニットとの間に配置され、前記ホトカソードからの光電子が通過するための貫通孔を有する集束電極であって、前記ホトカソードから放出された光電子の軌道を修正するための集束電極と、
前記集束電極と前記ダイノードユニットの間に配置され、前記ホトカソードから前記集束電極を介して到達した光電子が通過するための貫通孔を有する加速電極であって、前記ホトカソードから前記集束電極を介して到達した光電子を加速するための加速電極と、そして、
前記加速電極と前記ダイノードユニットとの間に配置され、前記ダイノードユニットに含まれる第１段ダイノードを直接支持する金属ディスクであって、該第１段ダイノードと同電位に設定された金属ディスクとを備え、
前記金属ディスクは、前記カソードからの光電子を通過させるための貫通孔を有し、前記密閉容器の管軸から該金属ディスクの貫通孔のエッジまでの最短距離は、該密閉容器の管軸から前記ダイノードユニットに含まれる第２段ダイノードの端部までの最短距離の１．３倍以上であることを特徴とする光電子増倍管。
【請求項４】
前記密閉容器の管軸から前記金属ディスクの貫通孔のエッジまでの最短距離は、該密閉容器の管軸から前記ダイノードユニットに含まれる第２段ダイノードの端部までの最短距離の２．０倍以上であることを特徴とする請求項３記載の光電子増倍管。
【請求項１】
内部が真空状態に維持された密閉容器と、
前記密閉容器内に収納され、所定波長の光に応答して光電子を該密閉容器内に放出するホトカソードと、
前記密閉容器内に収納され、前記ホトカソードから到達した光電子に応答して二次電子を放出し、該二次電子を順次カスケード増倍していく複数段のダイノードを含むダイノードユニットと、
前記密閉容器内に収納され、前記ダイノードユニットによりカスケード増倍された二次電子を信号として取り出すアノードと、
前記ダイノードユニット及び前記アノードを把持した状態で、該ダイノードユニット及び該アノードを一体的に保持する一対の絶縁支持部材と、
前記ホトカソードと前記ダイノードユニットとの間に配置され、前記ホトカソードからの光電子が通過するための貫通孔を有する集束電極であって、前記ホトカソードから放出された光電子の軌道を修正するための集束電極と、
前記集束電極と前記ダイノードユニットの間に配置され、前記ホトカソードから前記集束電極を介して到達した光電子が通過するための貫通孔を有する加速電極であって、前記ホトカソードから前記集束電極を介して到達した光電子を加速するための加速電極と、そして、
前記ダイノードユニットに含まれる少なくとも第１段ダイノード及び第２段ダイノードが導電性部材を介することなく前記加速電極に直接対向した状態で、少なくとも前記加速電極及び前記ダイノードユニットを一体的に保持する構造と、を備えた光電子増倍管。
【請求項２】
内部が真空状態に維持された密閉容器と、
前記密閉容器内に収納され、所定波長の光に応答して光電子を該密閉容器内に放出するホトカソードと、
前記密閉容器内に収納され、前記ホトカソードから到達した光電子に応答して二次電子を放出し、該二次電子を順次カスケード増倍していく複数段のダイノードを含むダイノードユニットと、
前記密閉容器内に収納され、前記ダイノードユニットによりカスケード増倍された二次電子を信号として取り出すアノードと、
前記ダイノードユニット及び前記アノードを把持した状態で、該ダイノードユニット及び該アノードを一体的に保持する一対の絶縁支持部材と、
前記ホトカソードと前記ダイノードユニットとの間に配置され、前記ホトカソードからの光電子が通過するための貫通孔を有する集束電極であって、前記ホトカソードから放出された光電子の軌道を修正するための集束電極と、
前記集束電極と前記ダイノードユニットの間に配置され、前記ホトカソードから前記集束電極を介して到達した光電子が通過するための貫通孔を有する加速電極であって、前記ホトカソードから前記集束電極を介して到達した光電子を加速するための加速電極と、そして、
前記加速電極と前記ダイノードユニットとの間に該加速電極及び該ダイノードユニットのいずれとも絶縁された状態で配置された金属ディスクであって、前記カソードからの光電子を通過させるための貫通孔を有する金属ディスクとを備え、
前記金属ディスクは、前記加速電極の電位よりも低く、かつ、前記ダイノードユニットに含まれる第１段ダイノードの電位よりも高い電位に設定されていることを特徴とする光電子増倍管。
【請求項３】
内部が真空状態に維持された密閉容器と、
前記密閉容器内に収納され、所定波長の光に応答して光電子を該密閉容器内に放出するホトカソードと、
前記密閉容器内に収納され、前記ホトカソードから到達した光電子に応答して二次電子を放出し、該二次電子を順次カスケード増倍していく複数段のダイノードを含むダイノードユニットと、
前記密閉容器内に収納され、前記ダイノードユニットによりカスケード増倍された二次電子を信号として取り出すアノードと、
前記ダイノードユニット及び前記アノードを把持した状態で、該ダイノードユニット及び該アノードを一体的に保持する一対の絶縁支持部材と、
前記ホトカソードと前記ダイノードユニットとの間に配置され、前記ホトカソードからの光電子が通過するための貫通孔を有する集束電極であって、前記ホトカソードから放出された光電子の軌道を修正するための集束電極と、
前記集束電極と前記ダイノードユニットの間に配置され、前記ホトカソードから前記集束電極を介して到達した光電子が通過するための貫通孔を有する加速電極であって、前記ホトカソードから前記集束電極を介して到達した光電子を加速するための加速電極と、そして、
前記加速電極と前記ダイノードユニットとの間に配置され、前記ダイノードユニットに含まれる第１段ダイノードを直接支持する金属ディスクであって、該第１段ダイノードと同電位に設定された金属ディスクとを備え、
前記金属ディスクは、前記カソードからの光電子を通過させるための貫通孔を有し、前記密閉容器の管軸から該金属ディスクの貫通孔のエッジまでの最短距離は、該密閉容器の管軸から前記ダイノードユニットに含まれる第２段ダイノードの端部までの最短距離の１．３倍以上であることを特徴とする光電子増倍管。
【請求項４】
前記密閉容器の管軸から前記金属ディスクの貫通孔のエッジまでの最短距離は、該密閉容器の管軸から前記ダイノードユニットに含まれる第２段ダイノードの端部までの最短距離の２．０倍以上であることを特徴とする請求項３記載の光電子増倍管。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公表番号】特表２００８−５３５１４７（Ｐ２００８−５３５１４７Ａ）
【公表日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５３８７９１（Ｐ２００７−５３８７９１）
【出願日】平成１８年２月１７日（２００６．２．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００６／３０３３３８
【国際公開番号】ＷＯ２００６／１１２１４３
【国際公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【公表日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月１７日（２００６．２．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００６／３０３３３８
【国際公開番号】ＷＯ２００６／１１２１４３
【国際公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
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