光電子増倍管
【課題】 応答時間特性の大幅な改善を大量生産可能な構造で実現する。
【解決手段】 ホトカソード(200)から第2段目のダイノードユニット(DY1)は、ホトカソード(200)からの光電子を受ける第1ダイノードを支持しており、第1段目のダイノードユニット(DY2)は、第1ダイノードからの二次電子を受ける第2ダイノードを支持する。また、ダイノードピン(430)は、ホトカソード(200)側から電子増倍部(400)を見たとき、二次電子増倍に寄与する電子増倍部(400)の有効領域(AR1)内において保持される。この構成により、ホトカソード(200)から第１段目のダイノードユニット(DY2)までのフォーカス距離(D)が短縮され、有効領域(AR1)が拡大され、ホトカソード(200)から第１段目のダイノードユニット(DY2)へ向かう光電子の走行時間のバラツキが効果的に低減される。
【解決手段】 ホトカソード(200)から第2段目のダイノードユニット(DY1)は、ホトカソード(200)からの光電子を受ける第1ダイノードを支持しており、第1段目のダイノードユニット(DY2)は、第1ダイノードからの二次電子を受ける第2ダイノードを支持する。また、ダイノードピン(430)は、ホトカソード(200)側から電子増倍部(400)を見たとき、二次電子増倍に寄与する電子増倍部(400)の有効領域(AR1)内において保持される。この構成により、ホトカソード(200)から第１段目のダイノードユニット(DY2)までのフォーカス距離(D)が短縮され、有効領域(AR1)が拡大され、ホトカソード(200)から第１段目のダイノードユニット(DY2)へ向かう光電子の走行時間のバラツキが効果的に低減される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ホトカソードからの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-Emission Tomography）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。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本のガンマ線を同時計測するため、被写体を取り囲むよう配置される測定器として、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】
特に、より安定した高速応答性を実現するため、複数の電子増倍チャネルを用意し、これら複数の電子増倍チャネルで並行して電子増倍を行うマルチチャネル電子増倍管が、上述のような次世代ＰＥＴに適用されるケースも増えてきた。例えば、特許文献１に記載されたマルチチャネル電子増倍管は、複数の光入射領域（それぞれが一つの電子増倍チャネルに割り当てられたホトカソード）に区分された１枚の入射面板を有するとともに、これら複数の光入射領域に割り当てられた電子増倍チャネルとして用意された複数の電子増倍部（複数段のダイノードで構成されたダイノードユニットとアノードにより構成）が１本のガラス管内に封入された構造を有する。このように１本のガラス管内に複数の光電子増倍管が含まれるような構造の光電子増倍管は、一般にマルチチャネル光電子増倍管と呼ばれている。
【０００４】
上述のようにマルチチャネル光電子増倍管は、入射面板に配置されたホトカソードから放出される光電子を一つの電子増倍部で電子増倍することでアノード出力を得るシングルチャネル光電子増倍管の機能を、複数の電子増倍チャネルが分担する構造を備える。例えば、４つの光入射領域（電子増倍チャネル用のホトカソード）が二次元に配置されたマルチチャネル電子増倍管では、一つの電子増倍チャネルに着目すると、入射面板に対して光電子放出領域（ホトカソードの有効領域）が１／４以下になるため、各電子増倍チャネルにおける電子走行時間差も改善し易くなる。その結果、シングルチャネル光電子増倍管全体における電子走行時間差と比較して、マルチチャネル電子増倍管全体における電子走行時間差の大幅な改善が期待できる。
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００５／０９１３３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明者らは上述の従来のマルチチャネル光電子増倍管を検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、従来のマルチチャネル光電子増倍管では、ホトカソードからの光電子の放出位置に応じて、予め割り当てられた電子増倍チャネルで電子増倍が行われるため、電子増倍チャネルごとに電子走行時間差が低減するよう各電極配置が最適設計される。このように、各電子増倍チャネルにおける電子走行時間差の改善により、マルチチャネル光電子増倍管全体の電子走行時間差も改善され、その結果、マルチチャネル光電子増倍管全体の高速応答性を向上させている。
【０００６】
しかしながら、このようなマルチチャネル光電子増倍管は、電子増倍チャネル間の平均電子走行時間差のバラツキについては何ら改善されていない。また、ホトカソードが形成される入射面板における光出射面（密封容器内部に位置する面）は、該密封容器の管軸を含む中心領域を取り囲む周辺領域、特に光出射面と管胴の内壁とが交差する境界部分（光出射面のエッジ部）では光出射面の形状は歪んでしまう。この場合、ホトカソード−ダイノード間あるいはホトカソード−集束電極間の等電位線に乱れが生じてしまうため、１つのチャネル内においても光電子の放出位置によって迷走する光電子が発生する可能性がある。このような迷走する光電子の存在は、更なる高速応答性の改善のためには無視できない。
【０００７】
さらに、ＴＯＦ−ＰＥＴ装置の製造では、大量の光電子増倍管が必要となるため、ＴＯＦ−ＰＥＴ装置などに適用される光電子増倍管には、より大量生産に適した構造が採用されることが望まれる。
【０００８】
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、ホトカソードから放出される光電子の、放出位置に依存する光電子走行時間差の低減を、より大量生産に適した構造で実現することにより、全体としてT.T.S. (Transit Time Spread)やC.T.T.D. (Cathode Transit TimeDifference)などの応答時間特性が大幅に改善され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】
【０００９】
現在、ＰＥＴ装置にＴＯＦ（Time-of-Flight）機能が付加されたＰＥＴ装置の開発が行われている。このＴＯＦ−ＰＥＴ装置で使用される光電子増倍管は、C.R.T.（CoincidenceResolving Time）応答特性も重要となる。従来の光電子増倍管は、ＴＯＦ−ＰＥＴ装置のC.R.T.応答特性に対する要求を満たしていなかった。そのため、この発明では、既存のＰＥＴ装置をベースとするため、バルブ外径は現状を維持し、ＴＯＦ−ＰＥＴ装置の要求を満たすC.R.T.測定が可能になるように軌道設計される。具体的には、C.R.T.応答特性と相関のあるT.T.S.を改善する事とし、入射面板の全面におけるT.T.S.と各入射領域におけるT.T.S.のそれぞれが改善されるように軌道設計される。
【００１０】
この発明に係る光電子増倍管は、内部が所定の真空度まで減圧された密封容器を備えるとともに、それぞれが該密封容器内に配置された、ホトカソードと、複数段のダイノードユニットを含む電子増倍部と、アノードを備える。さらに、当該光電子増倍管は、複数段のダイノードユニットそれぞれを所定電位に設定するための複数のリードピン（以下、ダイノードピンという）を備える。ホトカソードは、所定波長の光に応答して光電子を該密封容器内に放出する。電子増倍部は、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よう、Ｎ（≧２）段のダイノードユニットを含む。これらＮ段のダイノードユニットは、ホトカソードからアノードに向かって絶縁スペーサを介して積層されている。また、これらダイノードユニットそれぞれは、それぞれが同電位に設定される１又はそれ以上のダイノードを有する。アノードは、ホトカソードとともに電子増倍部を挟むように密封容器内に配置され、電子増倍部から放出された二次電子を捕獲する。複数のダイノードピンは、それぞれ一端が対応するダイノードユニットに電気的に接続された状態で固定されている。
【００１１】
特に、この発明に係る光電子増倍管は、ホトカソード側から電子増倍部を見たとき、複数段のダイノードユニットを構成する全ダイノードを包含する最小視野領域で規定される、電子増倍部における有効領域内において、複数のダイノードピンを保持する構造を備える。なお、この明細書において、電子増倍部における有効領域とは、二次電子増倍に寄与する、ホトカソード側から見たときの視野領域であって、電子増倍部の電子入射面として、密封容器における管胴の中心軸に直交する平面上に規定される。より具体的には、電子増倍部に含まれる全ダイノードの輪郭線を電子増倍部の電子入射面上に投影したときに、輪郭線の全投影成分を包含する最小領域である。したがって、電子増倍部の有効領域を規定する境界線は、いずれかのダイノード輪郭線の投影成分の一部に一致している。
【００１２】
従来の光電子増倍管では、ダイノードピンは、ダイノードが配置される電子増倍部の有効領域を避けた該有効領域の周辺、具体的にはダイノードを支持しているフレームの外周に沿って配置される。一方、この発明に係る光電子増倍管では、電子増倍部の有効領域内にダイノードピンが配置されるため、従来の光電子増倍管よりも電子増倍部の有効領域を拡大することが可能になる。また、有効領域が拡大されることにより電子増倍部の電子入射面に対面しているホトカソードのうち特に周辺から放出される光電子の軌道修正の程度が少なくなるため、フォーカス距離（ホトカソードから第1段目のダイノードユニットに到達するまでの光電子の走行距離）が大幅に低減される。
【００１３】
ダイノードユニットそれぞれにおいて、それぞれが同電位に設定される複数のダイノードは、少なくとも２つのダイノードによって対応するダイノードピンの固定された一端を挟むように配置されている。具体的には、ホトカソードからアノードに向かって第ｎ（２≦ｎ≦Ｎ）段目のダイノードユニットは、それぞれ同電位に設定された複数のダイノードと、これら複数のダイノードの間隔を一定に保持するための支持フレームと、複数のダイノードピンのうち対応するダイノードピンを含む。支持フレームは、その一部には複数のダイノードのうち少なくとも２つのダイノードの間に位置する形状を有するとともに、第（ｎ−１）段目のダイノードユニットに対応するダイノードピンを電気的に接触することなく貫通させるための貫通孔が設けられている。
【００１４】
また、第ｎ段目のダイノードユニットと第（ｎ＋１）段目のダイノードユニットとの間に位置する絶縁スペーサの一部は、第（ｎ−１）段目のダイノードユニットに対応するダイノードピンを保持する貫通孔を有し、第ｎ段目のダイノードユニットに固定されることにより、該第ｎ段目のダイノードユニットの一部を構成する。このとき、絶縁体スペーサは、貫通孔の中心が第ｎ段目のダイノードユニットにおける支持フレームの一部に設けられた貫通孔の中心と一致するよう配置される。さらに、第ｎ段目のダイノードユニットと第（ｎ＋１）段目のダイノードユニットとの間に位置する絶縁スペーサは、第ｎ段目のダイノードユニットに対応したダイノードピンの、ホトカソードからアノードへ向かう方向に沿った位置を規定するための構造を有する。
【００１５】
より具体的には、第ｎ段目のダイノードユニットの支持フレームは、複数のダイノード全てを挟むように配置された一対の支持部と、これら一対の支持部に両端が固定されるとともに同電位に設定される複数のダイノードのうち少なくとも２つのダイノードに挟まれるよう配置された連結部とで構成されたＨ形状であるのが好ましい。このとき、連結部には、対応するダイノードピンの一端が固定される構造が設けられる。同様に、第ｎ段目のダイノードユニットと第（ｎ＋１）段目のダイノードユニットの間に位置する絶縁スペーサ（第ｎ段目のダイノードユニットの一部を構成する）も、ダイノードの支持空間及びダイノードピンの支持構造のための空間を確保するため、Ｈ形状を有する。すなわち、この絶縁スペーサも、第ｎ段目のダイノードユニットにおける支持フレームの一対の支持部に対応した一対の支持部と、第ｎ段目のダイノードユニットにおける支持フレームの連結部に対応した連結部を有する。なお、絶縁スペーサをＨ形状とすることで、ダイノードユニットそれぞれを密着した状態で積層してもダイノードユニット間に空間を設けることができるので、製造工程において排気が容易になるとともに、アルカリ金属蒸気をホトカソードから各ダイノードユニットに十分に供給することが可能になる。なお、アルカリ金属蒸気は、ホトカソード、各ダイノードにおける二次電子放出面を形成するための材料ガスである。
【００１６】
したがって、第ｎ段目のダイノードユニットにおける支持フレームの連結部に、第（ｎ−１）段目のダイノードユニットに対応するダイノードピンを電気的に接触することなく貫通させるための貫通孔が設けられる。同様に、第ｎ段目のダイノードユニットの一部を構成する絶縁スペーサの連結部にも、第（ｎ−１）段目のダイノードユニットに対応するダイノードピンを保持する貫通孔が設けられ、該絶縁体スペーサは、その貫通孔の中心が第ｎ段目のダイノードユニットにおける支持フレームの連結部に設けられた貫通孔の中心と一致するよう配置されている。
【００１７】
絶縁スペーサを支持フレームに固定するための構造及びダイノードピンの位置決め構造の一例として、例えば、第ｎ段目のダイノードユニットと第（ｎ＋１）段目のダイノードユニットの間に位置する絶縁スペーサに設けられた貫通孔内には、段差部が形成されている。一方、第ｎ段目のダイノードユニットに対応するダイノードピンには、絶縁スペーサの貫通孔内に形成された段差部に当接されるフランジが設けられている。したがって、この段差部により、第ｎ段目のダイノードユニットに対応したダイノードピンの、ホトカソードからアノードへ向かう方向に沿った位置が規定される。また、このフランジが該絶縁スペーサの段差部に当接された状態で、ダイノードピンの一端が対応するダイノードユニットの支持フレーム（連結部）に固定されると、フランジにより絶縁スペーサ自体が支持フレームに押し当てられることになる。このように絶縁スペーサの貫通孔に形成された段差部とダイノードピンとの協働により、絶縁スペーサを支持フレームに固定するための構造及びダイノードピンの位置決め構造が実現される。
【００１８】
さらに、積層されたダイノードユニット間に位置する絶縁スペーサは、複数のスペーサ要素によって構成されてもよい。具体的には、第ｎ段目のダイノードユニットと第（ｎ＋１）段目のダイノードユニットの間に位置する絶縁スペーサは、それぞれが同一形状を有するとともに、ホトカソードからアノードに向かう方向に沿って直接接触した状態で積層された複数のスペーサ要素を備える。この場合、スペーサ要素の数を調節することにより、各ダイノードユニット間（支持フレームの間隔）を任意に変更できる。
【００１９】
また、第ｎ段目のダイノードユニットと第（ｎ＋１）段目のダイノードユニットの間に位置する絶縁スペーサは、第ｎ段目のダイノードユニットにおけるダイノードそれぞれによって挟まれた空間を塞ぐよう配置された複数の遮光部を有してもよい。ここで、複数の遮光部それぞれには、アルカリ金属蒸気を通過させるための複数のスリットが設けられている。積層されたダイノードユニット間に位置する絶縁スペーサに設けられた遮光部は、アノード側において発生した光がホトカソード側へ到達するのを防止するよう機能する一方、スリットが、アノード側からホトカソード側へ向かってホトカソード形成用のアルカリ金属蒸気の通過を可能にする。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【発明の効果】
【００２２】
この発明に係る光電子増倍管によれば、ホトカソードの周辺領域から放出される光電子の軌道修正を少なくすることができ、その結果、フォーカス距離の短い構造が実現可能になるので、T.T.S.やC.T.T.D.などの応答時間特性が大幅に改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、この発明に係る光電子増倍管の各実施形態を、図１〜図２４を参照して詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一部位、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００２４】
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成を示す一部破断図である。図２は、この発明に係る光電子増倍管における密封容器の構造を説明するための組み立て工程図及び断面図である。また、図３は、図１に示された光電子増倍管の、I-I線に沿った断面構造を示す図である。
【００２５】
この発明に係る光電子増倍管は、図１に示されたように、内部を所定の真空度まで減圧するためのパイプ６００（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１００と備えるとともに、この密閉容器１００内に設けられたホトカソード２００、集束電極ユニット３００、電子増倍部４００、及びアノードユニット５００を備える。
【００２６】
密閉容器１００は、図２（ａ）に示されたように、封筒（envelope）部分と、該封筒部分の一端に溶融接合されるとともにパイプ６００が設けられた当該密封容器１００の底部を構成するステム１３０から構成されている。封筒部分は、そのトップ部分１１０が入射面板として機能する（以下、封筒部分のトップ部分を入射面板という）。また、封筒部分は、この入射面板１１０と所定の管軸ＡＸに沿って伸びた管胴１２０が一体的に形成された中空ガラス部材である。なお、図２（ｂ）は、図２（ａ）中のI−I線に沿った密封容器１００の断面図であって、特に、管胴１２０の一部を含む入射面板１１０近傍の断面を示している。入射面板１１０は、光入射面１１０ａと、該光入射面１１０ａに対向する光出射面１１０ｂを有し、この密封容器１００の内側に位置する光出射面１１０ｂ上にホトカソード２００が形成されている。管胴１２０は、管軸ＡＸを中心とし、該管軸ＡＸに沿って伸びた中空ガラス部材である。この中空部材の一端には入射面板１１０が位置する一方、他端にはステム１３０が溶融接合されている。ステム１３０は、密封容器１００の内部と外部を連絡する貫通孔が管軸ＡＸに沿って設けられている。この貫通孔を取り囲むように密封用容器１００の内部と外部とを電気的に連絡するためのリードピン７００が配置されている。これらリードピン７００は、密封容器１００の外部に位置するブリーダ回路や、アノード信号を増幅する増幅回路に接続される。ステム１３０には、貫通孔が設けられた位置に、密封容器１００内の空気を排気するためのパイプ６００が取り付けられている。なお、パイプ６００は、当該光電子増倍管の製造終了時に一端を封じて密封容器１００内の真空気密状態を保つようにする。
【００２７】
電子増倍部５００は、ステム１３０から当該密閉容器１００内に伸びたリードピン７００によって、該密閉容器１００内の管軸ＡＸ方向の設置位置が規定される。また、電子増倍部４００の電子入射面上には、ホトカソード２００から密封容器１００内に放出された光電子の軌道を修正するための、主に集束電極を含む集束電極ユニット３００が配置されている。
【００２８】
電子増倍部４００は、図３に示されたように、ホトカソード２００から集束電極ユニット３００を介して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よう、Ｎ（≧２）段のダイノードユニットを含む。この実施形態では、８段のダイノードユニットがホトカソード２００からアノードユニット５００に向かって絶縁スペーサを介して積層されている。なお、この実施形態において、第１段目に積層されるダイノードユニットは、複数の第２ダイノードを含み、第２段目に積層されるダイノードユニットは、複数の第１ダイノードを含む。第１ダイノードは、ホトカソード２００からの光電子の入射に応答して二次電子を放出するダイノードであり、第２ダイノードは、第１ダイノードからの二次電子の入射に応答してさらに二次電子を放出するダイノードである。このように第１ダイノードは、ホトカソード２００からの光電子をより効率的に捕獲するため、その二次電子入射面がホトカソード２００に直接対面するよう、第２段目のダイノードユニットに保持されている。なお、この実施形態において、各ダイノードの断面形状は、ラインフォーカス型（インライン型）と呼ばれる形状である。
【００２９】
以下の説明では、この発明に係る光電子増倍管の一実施形態として、管軸ＡＸを挟んで配置された６系統の電極郡（それぞれが２つの電子増倍チャネルを構成するダイノード群）により１２の電子増倍チャネルＣＨ１〜ＣＨ１２が構成されるマルチチャネル光電子増倍管について説明する。
【００３０】
まず、図４は、この発明に係る光電子増倍管の内部ユニット（集束電極ユニット３００、電子増倍部４００、及びアノードユニット５００）の構造を説明するための組み立て工程図である。
【００３１】
集束電極ユニット３００は、光電子を通過させるための複数の開口が設けられた金属フレーム（集束電極）３１０と、絶縁スペーサ３２０ａ、３２０ｂと、リードピン３３０ａ、３３０ｂにより構成されている。リードピン３３０ａ、３３０ｂの一端は絶縁スペーサ３２０ａ、３２０ｂを介して金属フレーム３１０に固定される一方、電子増倍部４００を貫通したリードピン３３０ａ、３３０ｂの他端は、直接又は金属配線を介してステム１３０に固定されたリードピン７００に電気的に接続される。
【００３２】
電子増倍部４００は、絶縁スペーサを介して積層された８段のダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８を含む。なお、この明細書では、第１ダイノードは、ホトカソード２００からの光電子を最初に到達するダイノードであって、以下、二次電子が到達する順に第２〜第８ダイノードという。上述のように、この実施形態では、第１段目のダイノードユニットには第２ダイノードが保持され、第２段目のダイノードユニットには第１ダイノードが保持されている。したがって、以下の説明では、第２ダイノードを保持している第１段目のダイノードユニットをＤＹ２で表すとともに、第１ダイノードを保持する第２段目のダイノードユニットをＤＹ１で表し、以降のダイノードユニットを保持するダイノードが分かるようそれぞれＤＹ３〜ＤＹ８で表す。この実施形態では、ダイノードユニットＤＹ８が最終段ダイノードを一体的に保持している。
【００３３】
ダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８それぞれの基本構造は同じであり、例えば、第４段目のダイノードユニットＤＹ４（第４ダイノードを保持している）は、複数の第４ダイノードを支持する支持フレーム４１０と、絶縁スペーサ４２０と、当該第４段目のダイノードユニットＤＹ４を所定電位に設定するためのダイノード用リードピン（ダイノードピン）４３０によって構成されている。また、ダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８それぞれの支持フレーム４１０には、上段に位置するダイノードユニットのダイノードピン４３０を電気的に接続されることなく貫通させるための貫通孔が設けられている。
【００３４】
アノードユニット５００は、セラミック基板５１０と、このセラミック基板５１０に配置された、アノードとして機能する複数の電極（アノード電極）５２０と、これらアノード電極５２０に一端が接続された複数のリードピン５３０を備える。なお、リードピン５３０の一端は、セラミック基板５１０を介してアノード電極５２０に固定される一方、これらリードピン５６０ａ、５６０ｂの他端は、直接又は金属配線を介してステム１３０に固定されたリードピン７００に電気的に接続される。
【００３５】
上述の集束電極ユニット３００、複数段のダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８、及びアノードユニット５００それぞれは、ホトカソード２００からアノードユニット５００へ向かう方向に沿って積層される。このような積層ユニットの側面に積層したダイノードや各ユニットのズレを防止するための絶縁性の側壁基板部材５１０ａ〜５１０ｄ（図６参照）が取り付けられることにより、積層状態が維持される。以上の組み立て工程を経て完成された内部ユニット（集束電極ユニット、電子増倍部、及びアノードユニットが一体的に積層されたユニット）の概観が図５に示されている。この図５に示されたように、ダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８それぞれに対応したダイノードピン４３０は、後述する電子増倍部４００の有効領域ＡＲ１内において一直線状に配列された状態で、アノードユニット５００のセラミック基板５１０を貫通している。これらダイノードピン４３０の他端は、直接又は金属配線を介してステム１３０から伸びたリードピン７００に電気的に接続される。
【００３６】
なお、第１段目のダイノードユニットＤＹ２、第２段目のダイノードユニットＤＹ１、第３段目のダイノードユニットＤＹ３、…、第８段目のダイノードユニットＤＹ８それぞれの設定電位は、順次二次電子を次段のダイノードへ導くため、第１ダイノードから第８ダイノードの順に高くなっている。すなわち、アノードユニット５００におけるアノード電極５２０の電位は、第８ダイノードの電位よりも高い。一例として、ホトカソード２００は−１０００Ｖ、第２段目のダイノードユニットＤＹ２に保持された第１ダイノードは−８００Ｖ、第１段目のダイノードユニットＤＹ１に保持された第２ダイノードは−７００Ｖ、第３段目のダイノードユニットＤＹ３に保持された第３ダイノードは−６００Ｖ、第４段目のダイノードユニットＤＹ４に保持された第４ダイノードは−５００Ｖ、第５段目のダイノードユニットＤＹ５に保持された第５ダイノードは−４００Ｖ、第６段目のダイノードユニットＤＹ６に保持された第６ダイノードは−３００Ｖ、第７段目のダイノードユニットＤＹ７に保持された第７ダイノードは−２００Ｖ、第８段目のダイノードユニットＤＹ８に保持された第８ダイノードＤＹ８は−１００Ｖ、そして、アノード電極５２０はグランド電位（０Ｖ）に設定される。また、集束電極ユニット３００は第２段目のダイノードユニットＤＹ１に保持された第２ダイノードと同電位に設定される。
【００３７】
ホトカソード２００から放出された光電子は、該第２ダイノードと同電位に設定された集束電極ユニット３００の金属フレーム３１０に設けられた開口を通過した後、第２段目のダイノードユニットＤＹ１に保持された第１ダイノードへ到達する。第１ダイノードの電子到達面には二次電子放出面が形成されており、光電子の入射に応答して該第１ダイノードから二次電子が放出される。第１ダイノードから放出された二次電子は、該第１ダイノードよりも高い電位に設定された、第１段目のダイノードユニットＤＹ２に保持された第２ダイノードに向かって進行する。第２ダイノードの電子到達面にも二次電子放出面が形成されており、この第２ダイノードの二次電子放出面から放出された二次電子は、該第２ダイノードよりも高い電位に設定された、第３段目のダイノードユニットＤＹ３に保持された第３ダイノードに向かって進行する。同様に、第３ダイノードの二次電子放出面から放出された二次電子は、第４〜第８段目のダイノードユニットＤＹ４〜ＤＹ８それぞれに保持された、第４ダイノード、第５ダイノード、第６ダイノード、第７ダイノード、第８ダイノードの順に進行するごとにカスケード増倍される。そして、最終段（第８段目）のダイノードユニットＤＹ８に保持された第８ダイノードから放出された二次電子が、アノードユニット５００のアノード電極５２０に到達し、リードピン５３０に電気的に接続されたリードピン７００を介して密封容器１００の外部に取り出される。
【００３８】
次に、集束電極ユニット３００の具体的な構造を、図６を用いて説明する。なお、図６は、集束電極ユニット３００の構成を説明するための組み立て工程図である。
【００３９】
図６に示されたように、集束電極ユニット３００は、光電子を通過させるための複数の開口が設けられた金属フレーム（集束電極）３１０と、絶縁スペーサ３２０ａ、３２０ｂと、リードピン３３０ａ、３３０ｂにより構成されている。
【００４０】
具体的に、金属フレーム３１０は、電子増倍部４００の有効領域全体を包含する程度の開口面積を有する外枠と、それぞれ２つの電子増倍チャネル分のダイノードを露出させる開口を区切るための分離フレームから構成されている。外枠の下面（アノードユニット５００に対面する面）には、一対の絶縁スペーサ３２０ａ、３２０ｂが固定される。これら絶縁スペーサ３２０ａ、３２０ｂは、電子増倍部４００と当該収束電極ユニット３００とを電気的に分離するとともに、これらユニット４００、３００間の間隔を一定に維持するよう機能する。絶縁スペーサ３２０ａ、３２０ｂには、金属フレーム３１０のリードピン３３０ａ、３３０ｂを通過させる貫通孔が設けられている。また、リードピン３３０ａ、３３０ｂの一端は、金属フレーム３１０の上部で溶接、カシメ等により固定され、リードピン３３０ａ、３３０ｂの他端はステム１３０に固定されたリードピン７００に直接又は間接的に接続される。収束電極ユニット３００の組み立ては、金属フレーム３１０と絶縁スペーサ３２０ａ、３２０ｂを重ねた状態で、それぞれの貫通孔にリードピン（３３０ａ、３３０ｂ）を貫通させ、それらリードピン３３０ａ、３３０ｂの端部を金属フレーム３１０に溶接もしくはカシメで固定する。リードピン３３０ａ、３３０ｂにはフランジ３３１ａ、３３１ｂがそれぞれ設けられており、これらフランジ３３１ａ、３３１ｂは、絶縁スペーサ３２０ａ、３２０ｂに設けられた貫通孔を通過できないので（すなわち、絶縁スペーサ３２０ａ、３２０ｂの貫通孔の内径はフランジ３３１ａ、３３１ｂの外径よりも小さい）、この組み立て作業により収束電極ユニット３００を構成する各部材は一体化される。さらに、外枠の外周には側壁基板部材５１０ａ〜５１０ｄを取り付けるための固定片３１０ａ〜３１０ｄが設けられている。図６には側壁基板部材５１０ａ〜５１０ｄのうち側壁基板部材５１０ａのみが示されている（側壁基板部材５１０ｂ〜５１０ｄは図示を省略）。この側壁基板部材５１０ａの一端には係合部５１１ａが設けられている。図４に示されたように、収束電極ユニット３００、電子増倍部４００及びアノードユニット５００が積層された後、この固定片３１０ａと係合部５１１ａとが結合することにより、側壁基板部材５１０ａが積層構造を維持するよう機能する。なお、図示されていないが、残りの側壁基板部材５１０ｂ〜５１０ｄも側壁基板部材５１０ａと同じ構造を有するとともに同様に機能する。
【００４１】
一方、リードピン３３０ａ、３３０ｂそれぞれには、絶縁スペーサ３２０ａ、３２０ｂに当接されるフランジが設けられている。このようにリードピン３３０ａ、３３０ｂそれぞれにフランジが設けられることにより、リードピン３３０ａ、３３０ｂが金属フレーム３１０に固定されると同時に、フランジが絶縁スペーサ３２０ａ、３２０ｂを金属フレーム３１０に押し当てるよう機能し、これにより、絶縁スペーサ３２０ａ、３２０ｂそれぞれが金属フレーム３１０に固定される。なお、収束電極ユニット３００の組み立ては、金属フレーム３１０にリードピン３３０ａ、３３０ｂを固定した後に、リードピン３３０ａ、３３０ｂを貫通させた状態で絶縁スペーサ３２０ａ、３２０ｂを金属フレーム３１０に固定される順序で行われてもよい。
【００４２】
図７は、電子増倍部４００の一部を構成する第４段目のダイノードユニットＤＹ４の第１の構成例を説明するための組み立て工程図及び断面図である。なお、電子増倍部４００を構成するダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８の基本構造は、図７に示された第４段目のダイノードユニットＤＹ４と同じである。また、図７（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれ支持フレーム４１０における連結部４１０ｂの断面図である。
【００４３】
基本的に、第４、第６及び第８段目のダイノードユニットＤＹ４、ＤＹ６、ＤＹ８それぞれで保持されるダイノードの断面形状は、同じであり、第５及び第７段目のダイノードユニットＤＹ５、ＤＹ７それぞれで保持されるダイノードの断面形状は、同じである。また、各段のダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８は、金属製の支持フレーム４１０と、ダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８間を電気的に分離するとともにこれらダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８間の間隔を規定するためのセラミック製の絶縁スペーサ４２０と、ダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８それぞれを所定の電位に設定するためにこれらダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８それぞれに用意された金属製のダイノードピン４３０から構成されている。
【００４４】
例えば、図７（ａ）に示されたように、第４段目のダイノードユニットＤＹ４の場合、支持フレーム４１０は、複数のダイノード４１４全てを挟むように配置された一対の支持部４１０ａと、これら一対の支持部４１０ａに両端が固定されるとともに同電位に設定される連結部４１０ｂとで構成されている。特に連結部４１０ｂは、複数のダイノード４１４のうち少なくとも２つのダイノードに挟まれるよう配置されており、このように連結部４１０ｂが配置されることにより、支持フレーム４１０はＨ形状を有する。
【００４５】
連結部４１０ｂには、少なくとも上段のダイノードユニット（第４段目のダイノードユニットＤＹ４の場合、第１〜第３段目のダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ３）に対応したダイノードピンを、電気的に接触することなく貫通させるための貫通孔４１１と、対応するダイノードピン４３０の一端を貫通させた状態で溶接、カシメ等により固定する貫通孔が設けられている。このとき、支持フレーム４１０と対応するダイノードピン４３０の一端は電気的に接続される一方、ダイノードピン４３０の他端は、下段に位置するダイノードユニットを貫通した状態で直接又は間接的にステム１３０に固定されたリードピン７００に接続される。連結部４１０ｂには、電子増倍部４００の上方に位置する収束電極ユニット３００に一端が電気的に接続された状態で固定されたリードピン３３０ａ、３３０ｂを、ステム１３０側に貫通させるための貫通孔４１５も設けられている。さらに、連結部４１０ｂには、上段のダイノードユニット（第４段目のダイノードユニットＤＹ４の場合、第３段目のダイノードユニットＤＹ３）の絶縁スペーサと位置合わせするためのエンボス４１２と、支持フレーム４１０自体に直接固定される絶縁スペーサ４２０と位置合わせするためのエンボス４１３が設けられている。特に、図７（ｂ）は、図７（ａ）中のIII-III線に沿った、連結部４１０ｂにおける貫通孔４１１の断面構造を示し、図７（ｃ）は、図７（ａ）中のIV-IV線に沿った、連結部４１０ｂにおけるエンボス４１２の断面構造を示し、そして、図７（ｄ）は、図７（ａ）中のV-V線に沿った、連結部４１０ｂにおけるエンボス４１３の断面構造を示す。
【００４６】
絶縁スペーサ４２０も支持フレーム４１０と同様にＨ形状を有し、支持フレーム４１０を構成する一対の支持部４１０ａ及び連結部４１０ｂに対応した部分を有する。すなわち、絶縁スペーサ４２０も、一対の支持部と、連結部を有する。特に、絶縁スペーサ４２０の連結部にも、支持フレーム４１０の連結部４１０ｂに設けられた貫通孔４１１、４１５に対応した位置に貫通孔４２３が設けられている。これら貫通孔４２３は、支持フレーム４１０の連結部４１０ｂに設けられた貫通孔４１１、４１５の中心と一致するよう配置されている。
【００４７】
さらに、絶縁スペーサ４２０は、各段のダイノードユニット間を電気的に分離するだけでなく、ダイノードユニット間の間隔を規定する。そのため、この実施形態では、絶縁スペーサ４２０が同一形状を有する複数のスペーサ要素４２０ａ、４２０ｂにより構成されている。これらスペーサ要素の数を調節することによりダイノードユニット間（支持フレームの間隔）を任意に変更できる。なお、絶縁スペーサ４２０を構成するスペーサ要素４２０ａ、４２０ｂは、ホトカソード２００からアノードユニット５００に向かう方向に沿って直接接触した状態で積層されている。例えば、この実施形態では、第１段目のダイノードユニットＤＹ２と第２段目のダイノードユニットＤＹ１の間、第２段目のダイノードユニットＤＹ１と第３段目のダイノードユニットＤＹ３の間、及び第３段目のダイノードユニットＤＹ３と第４段目のダイノードユニットＤＹ４の間には、一枚のスペーサ要素が設置される。また、第４段目〜第８段目のダイノードユニットＤＹ４〜ＤＹ８の間にはそれぞれ２枚のスペーサ要素が設置される。なお、第８段目のダイノードユニットＤＹ８とアノードユニット５００との間には、８枚のスペーサ要素は設置されている。
【００４８】
ダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８それぞれの組み立ては、支持フレーム４１０と絶縁スペーサ４２０を重ね、それぞれの貫通孔４１１、４２３にダイノードピン４３０を貫通させた状態で該ダイノードピン４３０を支持フレーム４１０に固定する。すなわち、支持フレーム４１０の上面側において、ダイノードピン４３０と支持フレーム４１０を溶接するかもしくはダイノードピン４３０の端部をカシメを形成することでダイノードピン４３０を支持フレーム４１０に固定する。ここで、収束電極ユニット３００の下側には、第２ダイノードを保持しているダイノードユニットＤＹ２、第１ダイノードを保持しているダイノードユニットＤＹ１の順で各ダイノードユニットが積層されているが、電子の増倍は、第２段目のダイノードユニットＤＹ１に保持された第１ダイノード、第１段目のダイノードユニットＤＹ２に保持された第２ダイノードの順で行われる。このような構造が採用されたのは、コンパクトに効率よくダイノードユニットを積層させる一方、最適な電子軌道を実現するためである。
【００４９】
ここで、１対の支持部４１０ａによって両端が支持された複数のダイノード４１４は、図８に示されたように、該一対の支持部４１０ａと一体的に成型され、支持フレーム４１０の一部を構成している。
【００５０】
すなわち、図８（ａ）に示されたように、一枚の金属プレートから、支持フレーム４１０とダイノードとなるべきプレート部分が一体的に型抜きされる。支持フレーム４１０に両端が連結されているプレート部分は、さらに、プレス加工により、ダイノードとなるべき窪みが形成される。具体的には、図８（ｂ）に示されたように、隣接するように２つの窪みが形成され、これらが互いに隣接する２つの電子増倍チャネルとなる。続いて、矢印Ｓ１で示された方向に２つのダイノードが形成されたプレート部分を折り曲げることにより、支持フレーム４１０に一体的に保持されたダイノード４１４が得られる（図８（ｃ））。
【００５１】
図９は、ダイノードユニット間に配置される絶縁スペーサ４２０の構成を説明するための斜視図及び断面図である。特に、図９では、絶縁スペーサ４２０を構成するスペーサ要素４２０ａ（４２０ｂ）の構造が示されており、このスペーサ要素４２０ａ（４２０ｂ）は、図９（ａ）に示されたように、支持フレーム４１０と同様にＨ形状を有する。すなわち、スペーサ要素４２０ａ（４２０ｂ）は、支持フレーム４１０の一対の支持部４１０ａに対応する一対の支持部４２１と、支持フレーム４１０の連結部４１０ｂに対応する連結部４２２から構成されている。
【００５２】
スペーサ要素４２０ａ（４２０ｂ）の連結部４２２には、支持フレーム４１０の連結部４１０ｂの貫通孔４１１、４１５に対応した位置に貫通孔４２３、４２６が設けられている。また、連結部４２２には、支持フレーム４１０と位置合わせするためのエンボス４２４と、下側に位置するダイノードユニットの支持フレームと位置合わせするためのエンボス４２５が設けられている。ここで、複数のスペーサ要素が積層されることにより絶縁スペーサ４２０が構成されている場合、エンボス４２４、４２５は機能しない。なお、図９（ｂ）は、図９（ａ）中のVI-VI線に沿った、連結部４２２における貫通孔４２３の断面構造を示し、図９（ｃ）は、図９（ａ）中のVII-VII線に沿った、連結部４２２におけるエンボス４２４の断面構造を示し、そして、図９（ｄ）は、図９（ａ）中のVIII-VIII線に沿った、連結部４２２におけるエンボス４２５の断面構造を示す。
【００５３】
図１０は、ダイノードユニットの積層構造を説明するための断面図である。上述のように、各段のダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８は、複数のダイノード４１４を保持する支持フレーム４１０と、絶縁スペーサ４２０と、一端が半田４３２により支持フレーム４１０に溶接接続されたダイノードピン４３０により構成されている。これら要素４１０、４２０、４３０が一体的に組み立てられると、図１０（ａ）に示されたように、上段に位置するダイノードユニットのダイノードピンを、直下に位置するダイノードユニットの貫通孔に差し込んでいく。この工程を順次繰り返していくことにより、図１０（ｂ）に示されたような、ダイノードユニットの積層構造が得られる。なお、図１０には、上段のダイノードユニットとして第３段目のダイノードユニットＤＹ３、直下のダイノードユニットとして第４段目のダイノードユニットＤＹ４が示されている。なお、各ダイノードユニットの組み立て順序は、支持フレーム４１０と対応するダイノードピン４３０の一端が固定された後に、絶縁スペーサ４２０が支持フレーム４１０に固定されてもよい。この場合、ダイノードピン４３０のフランジ４３１は不要である。
【００５４】
ここで、絶縁スペーサ４２０を構成するスペーサ要素４２０ａ、４２０ｂそれぞれの貫通孔４２３内には、段差部が形成されている。一方、各段のダイノードユニットに対応するダイノードピン４３０にはスペーサ４２０ｂ（複数のスペーサ要素が積層されている場合は最下層のスペーサ要素）の貫通孔４２３内に形成された段差部に当接されるフランジ４３１が設けられている。したがって、この段差部により、対応するダイノードピン４３０の、ホトカソード２００からアノードユニット５００へ向かう方向に沿った位置が規定される。また、このフランジ４３１がスペーサ要素４２０ｂの段差部に当接された状態で、ダイノードピン４３０の一端が支持フレーム４１０（連結部）に固定されると、フランジ４３１により絶縁スペーサ４２０全体が支持フレーム４１０に押し当てられることになる。このようにスペーサ要素４２０ｂの貫通孔４２３に形成された段差部とダイノードピン４３０との協働により、絶縁スペーサ全体を支持フレーム４１０に固定するための構造及びダイノードピン４３０の位置決め構造が実現される。
【００５５】
ダイノードユニットの構造は、上述の構造に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、図１１は、電子増倍部の一部を構成する第４段目のダイノードユニットの第２の構成例を説明するための組み立て工程図及び斜視図である。また、図１２は、電子増倍部の一部を構成する第４段目のダイノードユニットの第３の構成例を説明するための組み立て工程図及び断面図である。なお、以下の説明では、第２及び第３の構成例として、第４段目のダイノードユニットＤＹ４について言及する。
【００５６】
図１１（ａ）に示されたように、第２の構成例に係る第４段目のダイノードユニットＤＹ４は、複数のダイノード４１４ａを保持する支持フレーム４１０Ａと、絶縁スペーサ４２０Ａ、ダイノードピン４３０を備える。支持フレーム４１０Ａは、複数のダイノード４１４ａ全てを挟むように配置された一対の支持部４１０ａと、これら一対の支持部４１０ａに両端が固定されるとともにどう電位に設定される連結部４１０ｂとで構成されている。図７（ａ）に示された第１の構成例に係る支持フレーム４１０とは、保持するダイノードの形状が異なる。すなわち、第１の構成例における支持フレーム４１０では、一対の支持部４１０ａによって２つのダイノード４１４双方が支持される。一方、この第２の構成例における支持フレーム４１０Ａでは、一対の支持部４１０ａによって１つのダイノード４１４ａが支持されている。
【００５７】
この第２の構成例における絶縁スペーサ４２０Ａも、第１の構成例における絶縁スペーサ４２０と同様に、支持フレーム４１０Ａを構成する一対の支持部４１０ａ及び連結部４１０ｂに対応した部分４２１Ａ、４２２Ａを有する。ただし、第１の構成例における絶縁スペーサ４２０がスペーサ要素４２０ａ、４２０ｂにより構成されていたのに対し、この第２の構成例における絶縁スペーサ４２０Ａは、単一部材で構成されている。
【００５８】
なお、ダイノードピン４３０の構造は、第１及び第２の構成例のいずれも同じ構造である。すなわち、この第２の構成例においても、ダイノードピン４３０には、位置決め用のフランジ４３１が設けられている。支持フレーム４１０Ａと絶縁スペーサ４２０Ａを重ね合わせた状態で、ダイノードピン４３０の一端が、絶縁スペーサ４２０Ａの連結部４２２Ａに設けられた貫通孔を介して支持フレーム４１０Ａに固定されることにより、図１１（ｂ）に示されたように第４段目のダイノードユニットＤＹ４が得られる。このとき、支持フレーム４１０Ａとダイノードピン４３０とは電気的に接続されている。
【００５９】
次に、第３の構成例に係るダイノードユニット（図１２には、第４段目のダイノードユニットＤＹ４のみが示されている）も、第１及び第２の構成例と同様に、複数のダイノード４１４ａを保持する支持フレーム４１０Ｂと、絶縁スペーサ４２０Ｂ、ダイノードピン４３０を備える。この第３の構成例における支持フレーム４１０Ｂは、第２の構成例における支持フレーム４１０Ａと同じ構造を有する。ただし、この第３の構成例における絶縁スペーサ４２０Ｂは、第２の構成例と同様に、支持フレーム４１０Ｂにおける一対の支持部４１０ａに相当する部分４２１Ｂと、連結部４１０ｂに相当する４２２Ｂを備えるが、ダイノード４１４ａそれぞれの間に位置する空間を覆うように配置された複数の遮光部４２３Ｂをさらに備えている点で第２の構成例と異なっている。また、これら複数の遮光部４２３Ｂそれぞれには、複数のスリット４５０が設けられている。この構成により、遮光部４２３Ｂは、アノード側からホトカソード側へ向かう光を遮断するよう機能する一方、スリット４５０は、アノード側からホトカソード側へ、該ホトカソード形成用のアルカリ金属蒸気を通過させるよう機能する。以上のように、第２の構成例に係るダイノードユニット（図７）と当該第３の構成例に係るダイノードユニット（図１２）とは、絶縁スペーサの構造について異なっている。
【００６０】
この第３の構成例においても、ダイノードピン４３０は、上述の第１及び第２の構成例と同じ構造である。すなわち、当該第３の構成例においても、ダイノードピン４３０には、位置決め用のフランジ４３１が設けられている。支持フレーム４１０Ｂと絶縁スペーサ４２０Ｂを重ね合わせた状態で、ダイノードピン４３０の一端が、絶縁スペーサ４２０Ａの連結部４２２Ａに設けられた貫通孔を介して支持フレーム４１０Ｂに固定されることにより、図１２（ｂ）に示されたように第４段目のダイノードユニットＤＹ４が得られる。このとき、支持フレーム４１０Ａとダイノードピン４３０とは電気的に接続されている。また、絶縁スペーサ４２０Ｂにおける遮光部４２３Ｂにより、ダイノード４１４ａそれぞれの間に位置する空間はふさがれる。
【００６１】
図１３は、アノードユニットの第１の構成を説明するための組み立て工程図である。
【００６２】
アノードユニット５００は、図１３に示されたように、セラミック基板５１０と、該セラミック基板５１０に設置される複数のアノード電極５２０と、各アノード電極５２０に一端が電気的に接続された状態で固定されるリードピン５３０（アノードピン）を備える。なお、セラミック基板５１０にはアノード電極５２０の配置位置に対応して開口５１１が設けられるとともに、アノードピン５３０の一部を通過・支持するための貫通孔５１２が設けられている。また、セラミック基板５１０の裏面には、側壁基板部材５１０ａ〜５１０ｄの他端を当該アノードユニット５００に取り付けるための補助部材５６０ａ〜５６０ｄが設置される。さらに、補助部材５６０ａ、５６０ｂには、カソード２００及びダイノードの二次電子放出面を形成するためのアルカリ源ペレット５４０が取り付けられるとともに、補助部材５６０ｃには、ゲッター５５０が取り付けられている。アノードユニット５００の組み立ては、アノード電極５２０とセラミック基板５１０と補助部材５６０ａ〜５６０ｂを順に重ねた状態で、それぞれの貫通孔にフランジ５３１を有するリードピン５３０を貫通させる。このとき、アノード電極５２０の上面において、アノード電極５２０とアノードピン５３０の一端を溶接するか、もしくはアノードピン５３０の端部をカシメることにより、アノードピン５３０が、セラミック基板５１０及び補助部材５６０ａ〜５６０ｄを介してアノード電極５２０に固定される。アノードピン５３０に設けられたフランジ５３１は、アノードピン５３０の端部がアノード電極５２０に固定されることにより、セラミック基板５１０及び補助部材５６０ａ〜５６０ｄをアノード電極５２０に押し当てるよう機能する。
【００６３】
なお、図１３には側壁基板部材５１０ａ〜５１０ｄのうち側壁基板部材５１０ａのみが示されている（側壁基板部材５１０ｂ〜５１０ｄは図示を省略）。この側壁基板部材５１０ａの他端にはスリット５１１ｂが設けられている。図４に示されたように、収束電極ユニット３００、電子増倍部４００及びアノードユニット５００が積層された後、このスリット５１１ｂと補助部材５６０ａの固定片とが結合することにより、側壁基板部材５１０ａが積層構造を維持するよう機能する。なお、図示されていないが、残りの側壁基板部材５１０ｂ〜５１０ｄも側壁基板部材５１０ａと同じ構造を有するとともに同様に機能する。
【００６４】
上述のアノードユニット５００も種々の構成によって実現可能である。例えば、図１４は、アノードユニットの第２の構成例を説明するための組み立て工程図である。また、図１５は、アノードユニットの第３の構成例を説明するための組み立て工程図である。
【００６５】
図１４（ａ）に示されたように、第２の構成例に係るアノードユニット５００は、セラミック基板５１０Ａと、該セラミック基板５１０Ａに設置される複数のアノード電極５２０と、各アノード電極５２０に一端が電気的に接続された状態で固定されるリードピン５３０（アノードピン）を備える。なお、セラミック基板５１０Ａにはアノード電極５２０の配置位置に対応して開口５１１Ａが設けられるとともに、アノードピン５３０の一部を通過・支持するための貫通孔が設けられている。アノードピン５３０それぞれには、位置決め用のフランジ５３１が設けられている。また、セラミック基板５１０Ａの裏面には、第１の構成例とは異なり、当該アノードユニット５００を含む内部ユニットの、密閉容器１００内における設置位置を維持するためのスプリング部材５７０が固定されている。
【００６６】
アノードユニット５００の組み立ては、アノード電極５２０と、裏面にスプリング部材５７０が取り付けられたセラミック基板５１０Ａとを順に重ねた状態で、それぞれの貫通孔にフランジ５３１を有するアノードピン５３０を貫通させる。このとき、アノード電極５２０の上面において、アノード電極５２０とアノードピン５３０の一端を溶接するか、もしくはアノードピン５３０の端部をカシメることにより、アノードピン５３０が、セラミック基板５１０Ａを介してアノード電極５２０に固定される。アノードピン５３０に設けられたフランジ５３１は、アノードピン５３０の端部がアノード電極５２０に固定されることにより、セラミック基板５１０Ａをアノード電極５２０に押し当てるよう機能する。上述の組み立て工程を経て、図１４（ｂ）に示されたような第２の構成例に係るアノードユニット５００が得られる。
【００６７】
次に、第３の構成例に係るアノードユニット５００は、図１５（ａ）に示されたように、反射型のアノード電極５２０Ｂを備えることにより、リニアリティを改善することが可能になる。
【００６８】
すなわち、第３の構成例に係るアノードユニット５００は、セラミック基板５１０Ｂと、該セラミック基板５１０Ｂに設置される複数の反射型アノード電極５２０Ｂを備える。各反射型アノード電極５２０Ｂの両端には、電子取り出しようの電極片５２１Ｂが設けられている。したがって、各反射型アノード電極５２０Ｂに設けられた電極片５２１Ｂをセラミック基板５１０Ｂに設けられたスリット状の貫通孔に挿入することにより、図１５（ｂ）に示されたような第３の構成例に係るアノードユニット５００が得られる。
【００６９】
密閉容器１００内に収納される内部ユニットを構成する各部は、上述のような種々の構成によって実現可能である。一例として、図１６には、図６の収束電極ユニット、図１２のダイノードユニットを含む電子増倍部、及び図１４のアノードユニットを、図４に示されたように一体的に積層された内部ユニットの概観が示されている。すなわち、図１６（ａ）は、ホトカソード側から見た上記他の構成例に係る内部ユニットの斜視図であり、図１６（ｂ）は、ステム側から見た上記他の構成例に係る内部ユニットの斜視図である。
【００７０】
また、図１７には、図１２のダイノードユニットの機能を説明するため、図１６に示された内部ユニットの、XVIII−XVIII線に沿った断面図が示されている。なお、図１２に示されたダイノードユニットは、それぞれに複数のスリット４５０が設けられた複数の遮光部４２３Ｂを有する絶縁スペーサ４２０Ｂを備える。この図１７中に示された矢印Ｂ１は、ステム側からホトカソード側に向かって、各段のダイノードユニットを通過していくアルカリ金属蒸気の伝搬経路を示す。一方、矢印Ｂ２は、アノード電極５２０近辺で生じた光の伝搬経路を示す。この図１７に示されたように、各段のダイノードユニットを構成する絶縁スペーサ４２０Ｂにおいて、各ダイノード４１４ａの間に位置する空間を覆うように配置された遮光部４２３Ｂが、アノード電極５２０近辺で発生した光のほとんどを遮光する。また、遮光部４２３Ｂに設けられたスリット４５０を通過した光も、上段に位置するダイノード４１４ａにより遮光される。一方、ステム側からホトカソード側へ向かうアルカリ金属蒸気は、各段のダイノードユニットが所定距離だけ離間した状態で積層された構造、また、各遮光部４２３Ｂに複数のスリット４５０が設けられた構造により、スムーズに流れることになる。
【００７１】
なお、上述の実施形態では、各段のダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８で保持されるダイノードは、ラインフォーカス形状を有しているが、ダイノードの形状は上述のラインフォーカス形状には限定されない。例えば、図１８（ａ）に示されたダイノードユニットＤＹは、それぞれ電子増倍孔が設けられた２枚の金属プレートを張り合わせたメタルチャネルプレートである。この場合、メタルチャネルプレートに設けられた電子増倍孔がダイノードユニットＤＹによって保持されたダイノードに相当する。また、図１８（ｂ）に示されたダイノードユニットＤＹは、それぞれ開口を有する２枚の金属フレームで、メッシュ電極を挟み込んだ構造を有する。この図１８（ｂ）に示されたダイノードユニットＤＹでは、金属フレームの開口部分がメッシュダイノードとして機能する。また、図１８（ｃ）に示されたダイノードユニットＤＹは、金属フレームとそれに保持されるダイノードとが一体的にエッチング形成されている。
【００７２】
以上のように、種々のダイノードが保持された複数段のダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８が積層されることにより、電子増倍部４００が得られる。なお、各段のダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８が積層されたとき、各段のダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８に対応したダイノードピンは、図１８（ｄ）に示されたように、ダイノード４３０が配置された空間を貫通するように配置されることになる。ホトカソード２００側から見たときの、このようなリードピン４３０の貫通空間が、電子増増倍部４００の有効領域である。
【００７３】
図１９は、第４段目のダイノードユニットＤＹ４の構造とともに電子増倍部４００の有効領域を説明するための、該第４段目のダイノードユニットＤＹ４の平面図及び断面図である。上述のように、各段のダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８は、いずれも同じ構造を有しており、代表して、図１９には、第４段目のダイノードユニットＤＹ４が示されている。なお、図１９（ａ）は、ホトカソード２００側から見たときの第４段目のダイノードユニットＤＹ４の平面図であり、図１９（ｂ）は、図１９（ａ）中のIX-IX線に沿った第４段目のダイノードユニットＤＹ４の断面図、図１９（ｃ）は、図１９（ａ）中のX-X線に沿った第４段目のダイノードユニットＤＹ４の断面図である。
【００７４】
図１９（ａ）に示されたように、第４段目のダイノードユニットＤＹ４は、それぞれ１つの電子増倍チャネルが形成された複数のダイノード４１４を保持する支持フレーム４１０を備える（他のダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ３、ＤＹ５〜ＤＹ８も同様）。電子増倍部４００における有効領域ＡＲ１は、二次電子増倍に寄与する、ホトカソード２００側から見たときの視野領域であって、電子増倍部４００の光電子入射面として、密封容器１００における管胴１２０の中心軸ＡＸに直交する平面上に規定される。すなわち、電子増倍部４００に含まれる全ダイノード４１４の輪郭線を電子増倍部４００の光電子入射面上に投影したときに、輪郭線の全投影成分を包含する最小領域である。したがって、電子増倍部４００の有効領域ＡＲ１を規定する境界線は、図１９（ａ）に示されたように、いずいれかのダイノード輪郭線の投影成分の一部に一致している。
【００７５】
各段のダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８に対応しているダイノードピン４３０が、図１９（ａ）に示された電子増倍部４００の有効領域ＡＲ１内に配置されることにより、以下のような効果が得られる。なお、図２０は、この発明に係る光電子増倍管の技術的効果を、従来技術と比較しながら説明するための概念図である。
【００７６】
通常、ホトカソード２００が形成される入射面板１１０の光出射面は、図２０（ａ）に示されたように、周辺領域が曲面加工されている。そのため、ホトカソード２００の中央付近から放出される光電子と比較して、周辺領域から放出される光電子の軌道は、フォーカス距離Ｄで規定される空間においてより大きく修正させることになる。この場合、従来の光電子増倍管では、十分なフォーカス距離Ｄが確保できないと、ホトカソード２００の周辺領域から放出される光電子のカスケード増倍ができなくなる（第１ダイノードに到達する前に集束電極等に光電子が衝突してしまう）。
【００７７】
すなわち、従来の光電子増倍管では、図２０（ｂ）に示されたように、ダイノードピンは、ダイノードが配置される電子増倍部の有効領域を避けた該有効領域の周辺、具体的にはダイノードを支持しているフレームＤＹａの外周に沿って設けられた固定片ＤＹｂに固定される。そのため、フレームＤＹａの内側に規定される電子増倍部の有効領域ＡＲ２は、ダイノードピンの配置スペース分だけ制限されることになる。
【００７８】
一方、この発明に係る光電子増倍管では、図２０（ｃ）に示されたように、電子増倍部４００の有効領域ＡＲ３（＝ＡＲ１）内にダイノードピン４３０が配置されるため、従来の光電子増倍管よりも電子増倍部の有効領域を拡大することが可能になる。有効領域ＡＲ３が拡大されることにより電子増倍部４００の光電子入射面に対面しているホトカソード２００のうち特に周辺領域から放出される光電子の軌道修正の程度が少なくなる。そのため、フォーカス距離Ｄが大幅に低減される（光電子増倍管の小型化が可能）。
【００７９】
続いて、上述の構造的特徴の効果について、図２１を用いてより具体的に説明する。なお、図２１は、この発明に係る光電子増倍管における構造的特徴及び効果を説明するため、ホトカソード２００から放出される光電子の軌道を説明するための図である。図２１（ａ）は、光入射面１１０ａ側から見た入射面板１１０の平面図であり、電子増倍部４００の有効領域ＡＲ１は、この入射面板１１０のカソード有効エリア（実質的に入射面板１１０における光出射面１１０ｂに一致している）に略一致する程度まで拡大されている。ここで、電子増倍部４００の有効領域は、図１９（ａ）に示されたように、二次電子増倍に寄与する、ホトカソード２００側から見たときの視野領域であって、電子増倍部４００の光電子入射面として、密封容器１００における管胴１２０の中心軸ＡＸに直交する平面上に規定される。図２１（ｂ）は、図２１（ａ）中に示されたXI−XI線に沿った当該光電子増倍管の断面図であり、図２１（ｃ）は、図２１（ａ）中に示されたXII−XII線に沿った当該光電子増倍管の断面図である。
【００８０】
なお、図２２は、この発明に係る光電子増倍管における構造的特徴及び効果を説明するために用意された第１比較例に係る光電子増倍管の、図２１に相当する断面図であって、該第１比較例に係る光電子増倍管における光電子の軌道Ａ２を説明するための図である。用意された第１比較例に係る光電子増倍管は、管胴の中心軸ＡＸに背を向けるように２つの第１ダイノードＤＹ１（それぞれダイノードには２つのチャネルが隣接している）が配置されたマルチチャネル光電子増倍管（４チャネル）である。
【００８１】
図２２（ａ）は、第１比較例に係る光電子増倍管の光入射面側から見た入射面板の平面図であり、図２１（ａ）に対応した平面図である。図２２（ｂ）は、図２２（ａ）中に示されたXIII−XIII線に沿った当該光電子増倍管の断面図であり、図２２（ｃ）は、図２２（ａ）中に示されたXIV−XIV線に沿った当該光電子増倍管の断面図である。
【００８２】
この第１比較例に係る光電子増倍管では、ホトカソードから第１ダイノードＤＹ１までの光電子走行距離であるフォーカス距離Ｄ２が、この発明に係る光電子増倍管のフォーカス距離Ｄ１（図２１（ｂ）及び（ｃ））と比較して著しく長い。そのため、ホトカソードの放出位置が異なる光電子の軌道Ａ２の距離バラツキも大きい（光電子走行時間の揺らぎが大きい）。また、この第１比較例に係る光電子増倍管では、ダイノードを保持するためのセラミック基板と、各ダイノードへ所定電圧を印加するためのダイノードピン（電子増倍部の有効領域周辺に配置される）を共に避けるため、ホトカソード周辺領域から放出される光電子の軌道Ａ２を大きく曲げる必要がある。ホトカソードと電子増倍部の間に配置された集束電極などの金属部材への入射や第１ダイノードＤＹ１の側壁部分（二次電子放出面が形成されていない部分）への光電子の入射を避けるためである。このように大幅な軌道修正が行われる、第１比較例に係る光電子増倍管では、ホトカソードの中央付近から放出された光電子と、周辺領域から放出された光電子との間で走行時間差が拡大してしまう。
【００８３】
一方、図２３は、この発明に係る光電子増倍管における構造的特徴及び効果を説明するために用意された第２比較例に係る光電子増倍管の、図２１に相当する断面図であって、該第２比較例に係る光電子増倍管における光電子の軌道を説明するための図である。この第２比較例に係る光電子増倍管も、第１比較例と同様に、４つの電子増倍チャネルを有するマルチチャネル光電子増倍管である。また、図２３（ａ）は、第２比較例に係る光電子増倍管の光入射面側から見た入射面板の平面図であり、図２１（ａ）に対応した平面図である。図２３（ｂ）は、図2２３（ａ）中に示されたXV−XV線に沿った当該光電子増倍管の断面図であり、図２３（ｃ）は、図２３（ａ）中に示されたXVI−XVI線に沿った当該光電子増倍管の断面図である。
【００８４】
第２比較例に係る光電子増倍管の基本的な構造は第１比較例と同じであるが、ホトカソードから第１ダイノードＤＹ１までのフォーカス距離Ｄ３が、第１比較例に係る光電子増倍管のフォーカス距離Ｄ２よりも強制的に短くなるよう設計されている。このように第２比較例では、ホトカソード周辺から放出された光電子の軌道Ａ３を曲げるのに十分なフォーカス距離が確保できないため、ホトカソードと電子増倍部との間に配置された集束電極に衝突してしまう。
【００８５】
一方、この発明に係る光電子増倍管によれば（図２１）、電子増倍部４００の有効領域ＡＲ１内にダイノードピンが配置されるため、第１及び第２比較例に係る、従来の光電子増倍管（図２２及び２３）よりも有効領域ＡＲ１が拡大されている。このように有効領域ＡＲ１が拡大されることにより電子増倍部４００の光電子入射面に対面しているホトカソード２００のうち特に周辺から放出される光電子の軌道修正の程度が少なくなる。そのため、フォーカス距離Ｄ１が大幅に低減され、ホトカソード２００の中央領域から放出された光電子と周辺領域から放出された光電子との間で走行距離の差が小さくなる（走行時間の揺らぎが小さい）。また、電子増倍部４００の有効領域ＡＲ１の周辺領域が拡大されたことにより、ホトカソード２００の周辺領域から放出される光電子の軌道Ａ１を大きく修正することなく第１ダイノード（第１ダイノードユニットＤＹ１）へ光電子を入射させることが可能になる。
【００８６】
なお、上述の実施形態では、この発明に係る光電子増倍管における密封容器１００は、入射面板と管胴が一体的に形成された封筒部分（管胴１２０により支持された封筒部分のトップ１１０が入射面板として機能する）と、排気用パイプ６００及びリードピン７００を保持するステム１３０により構成されていた。しかしながら、当該光電子増倍管に適用される密封容器は、上述の構造には限定されない。例えば、図２４（ａ）に示されたように、それぞれが独立したガラス部材である、入射面板９１０、管胴９２０、及びステム９３０により密封容器９００が構成されてもよい。入射面板９１０は、互いに対向する光入射面９１０ａと、光出射面９１０ｂを有し、当該密封容器９００の内側に位置する入射面板９１０の光出射面９１０ｂ上にホトカソード２００が形成される。管胴９２０（バルブ）は、所定の管軸ＡＸに沿って伸びた形状を有し、その一端に入射面板９１０が溶融接合されている。また、管胴９２０の他端には、当該密封容器９００の底部を構成するステム９３０が溶融接合され、このステム９３０にも排気用パイプ９４０が設けられるとともに、当該密封容器９００の内部と外部を電気的に連絡するリードピン９５０がそれぞれ貫通した状態で設置されている。図２４（ｂ）は、図２４（ａ）中に示されたXVII−XVII線に沿った他の密封容器の構造、特に内側にホトカソード２００が形成される入射面板９１０近傍の構造を示す断面図である。このような密封容器９００においても、ホトカソード２００が入射面板９１０の光出射面９１０ｂ上に形成されることにより、上述のような当該光電子増倍管の効果が得られる。
【００８７】
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】
【００８８】
【図１】この発明に係る光電子増倍管の一実施形態の概略構成を示す一部破断図である。
【図２】この発明に係る光電子増倍管における密封容器の構造を説明するための組み立て工程図及び断面図である。
【図３】図１に示された光電子増倍管の、I-I線に沿った断面構造を示す図である。
【図４】この発明に係る光電子増倍管における、集束電極ユニット、電子増倍部、及びアノードユニットの各構造を説明するための組み立て工程図である。
【図５】図４に示された組み立て工程を経て完成された内部ユニット（集束電極ユニット、電子増倍部、及びアノードユニットが一体的に積層されたユニット）の概観を示す斜視図である。
【図６】集束電極ユニットの構成を説明するための組み立て工程図である。
【図７】電子増倍部の一部を構成する第４段目のダイノードユニットの第１の構成例を説明するための組み立て工程図及び断面図である。
【図８】各ダイノードユニット（図７（ａ））におけるダイノードの製造方法を説明するための工程図である。
【図９】ダイノードユニット間に配置される絶縁スペーサの構成を説明するための斜視図及び断面図である。
【図１０】ダイノードユニットの積層構造を説明するための断面図である。
【図１１】電子増倍部の一部を構成する第４段目のダイノードユニットの第２の構成例を説明するための組み立て工程図及び斜視図である。
【図１２】電子増倍部の一部を構成する第４段目のダイノードユニットの第３の構成例を説明するための組み立て工程図及び断面図である。
【図１３】アノードユニットの第１の構成例を説明するための組み立て工程図である。
【図１４】アノードユニットの第２の構成例を説明するための組み立て工程図である。
【図１５】アノードユニットの第３の構成例を説明するための組み立て工程図である。
【図１６】内部ユニットの他の構成例として、図６の収束電極ユニット、図１２のダイノードユニットを含む電子増倍部、及び図１４のアノードユニットが一体的に積層された内部ユニットの概観を示す斜視図である。
【図１７】図１６に示された内部ユニットの、XVIII−XVIII線に沿った断面図である。
【図１８】ダイノードユニットに適用可能な各種ダイノードの構造を説明するための一部破断図であり、図１８（ｄ）はこの発明の構造的特長を説明するための概念図である。
【図１９】ダイノードユニットの構造とともに電子増倍部の有効領域を説明するための、ダイノードユニットの平面図及び断面図である。
【図２０】この発明に係る光電子増倍管の技術的効果を、従来技術と比較しながら説明するための概念図である。
【図２１】この発明に係る光電子増倍管における構造的特徴及び効果を説明するため、ホトカソードから放出される光電子の軌道を説明するための図である。
【図２２】この発明に係る光電子増倍管における構造的特徴及び効果を説明するために用意された第１比較例に係る光電子増倍管の、図２１に相当する断面図であって、該第１比較例に係る光電子増倍管における光電子の軌道を説明するための図である。
【図２３】この発明に係る光電子増倍管における構造的特徴及び効果を説明するために用意された第２比較例に係る光電子増倍管の、図２１に相当する断面図であって、該第２比較例に係る光電子増倍管における光電子の軌道を説明するための図である。
【図２４】この発明に係る光電子増倍管における密閉容器の他の構造を説明するための組み立て工程図及び断面図である。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ホトカソードからの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-Emission Tomography）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。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本のガンマ線を同時計測するため、被写体を取り囲むよう配置される測定器として、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】
特に、より安定した高速応答性を実現するため、複数の電子増倍チャネルを用意し、これら複数の電子増倍チャネルで並行して電子増倍を行うマルチチャネル電子増倍管が、上述のような次世代ＰＥＴに適用されるケースも増えてきた。例えば、特許文献１に記載されたマルチチャネル電子増倍管は、複数の光入射領域（それぞれが一つの電子増倍チャネルに割り当てられたホトカソード）に区分された１枚の入射面板を有するとともに、これら複数の光入射領域に割り当てられた電子増倍チャネルとして用意された複数の電子増倍部（複数段のダイノードで構成されたダイノードユニットとアノードにより構成）が１本のガラス管内に封入された構造を有する。このように１本のガラス管内に複数の光電子増倍管が含まれるような構造の光電子増倍管は、一般にマルチチャネル光電子増倍管と呼ばれている。
【０００４】
上述のようにマルチチャネル光電子増倍管は、入射面板に配置されたホトカソードから放出される光電子を一つの電子増倍部で電子増倍することでアノード出力を得るシングルチャネル光電子増倍管の機能を、複数の電子増倍チャネルが分担する構造を備える。例えば、４つの光入射領域（電子増倍チャネル用のホトカソード）が二次元に配置されたマルチチャネル電子増倍管では、一つの電子増倍チャネルに着目すると、入射面板に対して光電子放出領域（ホトカソードの有効領域）が１／４以下になるため、各電子増倍チャネルにおける電子走行時間差も改善し易くなる。その結果、シングルチャネル光電子増倍管全体における電子走行時間差と比較して、マルチチャネル電子増倍管全体における電子走行時間差の大幅な改善が期待できる。
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００５／０９１３３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明者らは上述の従来のマルチチャネル光電子増倍管を検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、従来のマルチチャネル光電子増倍管では、ホトカソードからの光電子の放出位置に応じて、予め割り当てられた電子増倍チャネルで電子増倍が行われるため、電子増倍チャネルごとに電子走行時間差が低減するよう各電極配置が最適設計される。このように、各電子増倍チャネルにおける電子走行時間差の改善により、マルチチャネル光電子増倍管全体の電子走行時間差も改善され、その結果、マルチチャネル光電子増倍管全体の高速応答性を向上させている。
【０００６】
しかしながら、このようなマルチチャネル光電子増倍管は、電子増倍チャネル間の平均電子走行時間差のバラツキについては何ら改善されていない。また、ホトカソードが形成される入射面板における光出射面（密封容器内部に位置する面）は、該密封容器の管軸を含む中心領域を取り囲む周辺領域、特に光出射面と管胴の内壁とが交差する境界部分（光出射面のエッジ部）では光出射面の形状は歪んでしまう。この場合、ホトカソード−ダイノード間あるいはホトカソード−集束電極間の等電位線に乱れが生じてしまうため、１つのチャネル内においても光電子の放出位置によって迷走する光電子が発生する可能性がある。このような迷走する光電子の存在は、更なる高速応答性の改善のためには無視できない。
【０００７】
さらに、ＴＯＦ−ＰＥＴ装置の製造では、大量の光電子増倍管が必要となるため、ＴＯＦ−ＰＥＴ装置などに適用される光電子増倍管には、より大量生産に適した構造が採用されることが望まれる。
【０００８】
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、ホトカソードから放出される光電子の、放出位置に依存する光電子走行時間差の低減を、より大量生産に適した構造で実現することにより、全体としてT.T.S. (Transit Time Spread)やC.T.T.D. (Cathode Transit TimeDifference)などの応答時間特性が大幅に改善され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】
【０００９】
現在、ＰＥＴ装置にＴＯＦ（Time-of-Flight）機能が付加されたＰＥＴ装置の開発が行われている。このＴＯＦ−ＰＥＴ装置で使用される光電子増倍管は、C.R.T.（CoincidenceResolving Time）応答特性も重要となる。従来の光電子増倍管は、ＴＯＦ−ＰＥＴ装置のC.R.T.応答特性に対する要求を満たしていなかった。そのため、この発明では、既存のＰＥＴ装置をベースとするため、バルブ外径は現状を維持し、ＴＯＦ−ＰＥＴ装置の要求を満たすC.R.T.測定が可能になるように軌道設計される。具体的には、C.R.T.応答特性と相関のあるT.T.S.を改善する事とし、入射面板の全面におけるT.T.S.と各入射領域におけるT.T.S.のそれぞれが改善されるように軌道設計される。
【００１０】
この発明に係る光電子増倍管は、内部が所定の真空度まで減圧された密封容器を備えるとともに、それぞれが該密封容器内に配置された、ホトカソードと、複数段のダイノードユニットを含む電子増倍部と、アノードを備える。さらに、当該光電子増倍管は、複数段のダイノードユニットそれぞれを所定電位に設定するための複数のリードピン（以下、ダイノードピンという）を備える。ホトカソードは、所定波長の光に応答して光電子を該密封容器内に放出する。電子増倍部は、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よう、Ｎ（≧２）段のダイノードユニットを含む。これらＮ段のダイノードユニットは、ホトカソードからアノードに向かって絶縁スペーサを介して積層されている。また、これらダイノードユニットそれぞれは、それぞれが同電位に設定される１又はそれ以上のダイノードを有する。アノードは、ホトカソードとともに電子増倍部を挟むように密封容器内に配置され、電子増倍部から放出された二次電子を捕獲する。複数のダイノードピンは、それぞれ一端が対応するダイノードユニットに電気的に接続された状態で固定されている。
【００１１】
特に、この発明に係る光電子増倍管は、ホトカソード側から電子増倍部を見たとき、複数段のダイノードユニットを構成する全ダイノードを包含する最小視野領域で規定される、電子増倍部における有効領域内において、複数のダイノードピンを保持する構造を備える。なお、この明細書において、電子増倍部における有効領域とは、二次電子増倍に寄与する、ホトカソード側から見たときの視野領域であって、電子増倍部の電子入射面として、密封容器における管胴の中心軸に直交する平面上に規定される。より具体的には、電子増倍部に含まれる全ダイノードの輪郭線を電子増倍部の電子入射面上に投影したときに、輪郭線の全投影成分を包含する最小領域である。したがって、電子増倍部の有効領域を規定する境界線は、いずれかのダイノード輪郭線の投影成分の一部に一致している。
【００１２】
従来の光電子増倍管では、ダイノードピンは、ダイノードが配置される電子増倍部の有効領域を避けた該有効領域の周辺、具体的にはダイノードを支持しているフレームの外周に沿って配置される。一方、この発明に係る光電子増倍管では、電子増倍部の有効領域内にダイノードピンが配置されるため、従来の光電子増倍管よりも電子増倍部の有効領域を拡大することが可能になる。また、有効領域が拡大されることにより電子増倍部の電子入射面に対面しているホトカソードのうち特に周辺から放出される光電子の軌道修正の程度が少なくなるため、フォーカス距離（ホトカソードから第1段目のダイノードユニットに到達するまでの光電子の走行距離）が大幅に低減される。
【００１３】
ダイノードユニットそれぞれにおいて、それぞれが同電位に設定される複数のダイノードは、少なくとも２つのダイノードによって対応するダイノードピンの固定された一端を挟むように配置されている。具体的には、ホトカソードからアノードに向かって第ｎ（２≦ｎ≦Ｎ）段目のダイノードユニットは、それぞれ同電位に設定された複数のダイノードと、これら複数のダイノードの間隔を一定に保持するための支持フレームと、複数のダイノードピンのうち対応するダイノードピンを含む。支持フレームは、その一部には複数のダイノードのうち少なくとも２つのダイノードの間に位置する形状を有するとともに、第（ｎ−１）段目のダイノードユニットに対応するダイノードピンを電気的に接触することなく貫通させるための貫通孔が設けられている。
【００１４】
また、第ｎ段目のダイノードユニットと第（ｎ＋１）段目のダイノードユニットとの間に位置する絶縁スペーサの一部は、第（ｎ−１）段目のダイノードユニットに対応するダイノードピンを保持する貫通孔を有し、第ｎ段目のダイノードユニットに固定されることにより、該第ｎ段目のダイノードユニットの一部を構成する。このとき、絶縁体スペーサは、貫通孔の中心が第ｎ段目のダイノードユニットにおける支持フレームの一部に設けられた貫通孔の中心と一致するよう配置される。さらに、第ｎ段目のダイノードユニットと第（ｎ＋１）段目のダイノードユニットとの間に位置する絶縁スペーサは、第ｎ段目のダイノードユニットに対応したダイノードピンの、ホトカソードからアノードへ向かう方向に沿った位置を規定するための構造を有する。
【００１５】
より具体的には、第ｎ段目のダイノードユニットの支持フレームは、複数のダイノード全てを挟むように配置された一対の支持部と、これら一対の支持部に両端が固定されるとともに同電位に設定される複数のダイノードのうち少なくとも２つのダイノードに挟まれるよう配置された連結部とで構成されたＨ形状であるのが好ましい。このとき、連結部には、対応するダイノードピンの一端が固定される構造が設けられる。同様に、第ｎ段目のダイノードユニットと第（ｎ＋１）段目のダイノードユニットの間に位置する絶縁スペーサ（第ｎ段目のダイノードユニットの一部を構成する）も、ダイノードの支持空間及びダイノードピンの支持構造のための空間を確保するため、Ｈ形状を有する。すなわち、この絶縁スペーサも、第ｎ段目のダイノードユニットにおける支持フレームの一対の支持部に対応した一対の支持部と、第ｎ段目のダイノードユニットにおける支持フレームの連結部に対応した連結部を有する。なお、絶縁スペーサをＨ形状とすることで、ダイノードユニットそれぞれを密着した状態で積層してもダイノードユニット間に空間を設けることができるので、製造工程において排気が容易になるとともに、アルカリ金属蒸気をホトカソードから各ダイノードユニットに十分に供給することが可能になる。なお、アルカリ金属蒸気は、ホトカソード、各ダイノードにおける二次電子放出面を形成するための材料ガスである。
【００１６】
したがって、第ｎ段目のダイノードユニットにおける支持フレームの連結部に、第（ｎ−１）段目のダイノードユニットに対応するダイノードピンを電気的に接触することなく貫通させるための貫通孔が設けられる。同様に、第ｎ段目のダイノードユニットの一部を構成する絶縁スペーサの連結部にも、第（ｎ−１）段目のダイノードユニットに対応するダイノードピンを保持する貫通孔が設けられ、該絶縁体スペーサは、その貫通孔の中心が第ｎ段目のダイノードユニットにおける支持フレームの連結部に設けられた貫通孔の中心と一致するよう配置されている。
【００１７】
絶縁スペーサを支持フレームに固定するための構造及びダイノードピンの位置決め構造の一例として、例えば、第ｎ段目のダイノードユニットと第（ｎ＋１）段目のダイノードユニットの間に位置する絶縁スペーサに設けられた貫通孔内には、段差部が形成されている。一方、第ｎ段目のダイノードユニットに対応するダイノードピンには、絶縁スペーサの貫通孔内に形成された段差部に当接されるフランジが設けられている。したがって、この段差部により、第ｎ段目のダイノードユニットに対応したダイノードピンの、ホトカソードからアノードへ向かう方向に沿った位置が規定される。また、このフランジが該絶縁スペーサの段差部に当接された状態で、ダイノードピンの一端が対応するダイノードユニットの支持フレーム（連結部）に固定されると、フランジにより絶縁スペーサ自体が支持フレームに押し当てられることになる。このように絶縁スペーサの貫通孔に形成された段差部とダイノードピンとの協働により、絶縁スペーサを支持フレームに固定するための構造及びダイノードピンの位置決め構造が実現される。
【００１８】
さらに、積層されたダイノードユニット間に位置する絶縁スペーサは、複数のスペーサ要素によって構成されてもよい。具体的には、第ｎ段目のダイノードユニットと第（ｎ＋１）段目のダイノードユニットの間に位置する絶縁スペーサは、それぞれが同一形状を有するとともに、ホトカソードからアノードに向かう方向に沿って直接接触した状態で積層された複数のスペーサ要素を備える。この場合、スペーサ要素の数を調節することにより、各ダイノードユニット間（支持フレームの間隔）を任意に変更できる。
【００１９】
また、第ｎ段目のダイノードユニットと第（ｎ＋１）段目のダイノードユニットの間に位置する絶縁スペーサは、第ｎ段目のダイノードユニットにおけるダイノードそれぞれによって挟まれた空間を塞ぐよう配置された複数の遮光部を有してもよい。ここで、複数の遮光部それぞれには、アルカリ金属蒸気を通過させるための複数のスリットが設けられている。積層されたダイノードユニット間に位置する絶縁スペーサに設けられた遮光部は、アノード側において発生した光がホトカソード側へ到達するのを防止するよう機能する一方、スリットが、アノード側からホトカソード側へ向かってホトカソード形成用のアルカリ金属蒸気の通過を可能にする。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【発明の効果】
【００２２】
この発明に係る光電子増倍管によれば、ホトカソードの周辺領域から放出される光電子の軌道修正を少なくすることができ、その結果、フォーカス距離の短い構造が実現可能になるので、T.T.S.やC.T.T.D.などの応答時間特性が大幅に改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、この発明に係る光電子増倍管の各実施形態を、図１〜図２４を参照して詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一部位、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００２４】
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成を示す一部破断図である。図２は、この発明に係る光電子増倍管における密封容器の構造を説明するための組み立て工程図及び断面図である。また、図３は、図１に示された光電子増倍管の、I-I線に沿った断面構造を示す図である。
【００２５】
この発明に係る光電子増倍管は、図１に示されたように、内部を所定の真空度まで減圧するためのパイプ６００（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１００と備えるとともに、この密閉容器１００内に設けられたホトカソード２００、集束電極ユニット３００、電子増倍部４００、及びアノードユニット５００を備える。
【００２６】
密閉容器１００は、図２（ａ）に示されたように、封筒（envelope）部分と、該封筒部分の一端に溶融接合されるとともにパイプ６００が設けられた当該密封容器１００の底部を構成するステム１３０から構成されている。封筒部分は、そのトップ部分１１０が入射面板として機能する（以下、封筒部分のトップ部分を入射面板という）。また、封筒部分は、この入射面板１１０と所定の管軸ＡＸに沿って伸びた管胴１２０が一体的に形成された中空ガラス部材である。なお、図２（ｂ）は、図２（ａ）中のI−I線に沿った密封容器１００の断面図であって、特に、管胴１２０の一部を含む入射面板１１０近傍の断面を示している。入射面板１１０は、光入射面１１０ａと、該光入射面１１０ａに対向する光出射面１１０ｂを有し、この密封容器１００の内側に位置する光出射面１１０ｂ上にホトカソード２００が形成されている。管胴１２０は、管軸ＡＸを中心とし、該管軸ＡＸに沿って伸びた中空ガラス部材である。この中空部材の一端には入射面板１１０が位置する一方、他端にはステム１３０が溶融接合されている。ステム１３０は、密封容器１００の内部と外部を連絡する貫通孔が管軸ＡＸに沿って設けられている。この貫通孔を取り囲むように密封用容器１００の内部と外部とを電気的に連絡するためのリードピン７００が配置されている。これらリードピン７００は、密封容器１００の外部に位置するブリーダ回路や、アノード信号を増幅する増幅回路に接続される。ステム１３０には、貫通孔が設けられた位置に、密封容器１００内の空気を排気するためのパイプ６００が取り付けられている。なお、パイプ６００は、当該光電子増倍管の製造終了時に一端を封じて密封容器１００内の真空気密状態を保つようにする。
【００２７】
電子増倍部５００は、ステム１３０から当該密閉容器１００内に伸びたリードピン７００によって、該密閉容器１００内の管軸ＡＸ方向の設置位置が規定される。また、電子増倍部４００の電子入射面上には、ホトカソード２００から密封容器１００内に放出された光電子の軌道を修正するための、主に集束電極を含む集束電極ユニット３００が配置されている。
【００２８】
電子増倍部４００は、図３に示されたように、ホトカソード２００から集束電極ユニット３００を介して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よう、Ｎ（≧２）段のダイノードユニットを含む。この実施形態では、８段のダイノードユニットがホトカソード２００からアノードユニット５００に向かって絶縁スペーサを介して積層されている。なお、この実施形態において、第１段目に積層されるダイノードユニットは、複数の第２ダイノードを含み、第２段目に積層されるダイノードユニットは、複数の第１ダイノードを含む。第１ダイノードは、ホトカソード２００からの光電子の入射に応答して二次電子を放出するダイノードであり、第２ダイノードは、第１ダイノードからの二次電子の入射に応答してさらに二次電子を放出するダイノードである。このように第１ダイノードは、ホトカソード２００からの光電子をより効率的に捕獲するため、その二次電子入射面がホトカソード２００に直接対面するよう、第２段目のダイノードユニットに保持されている。なお、この実施形態において、各ダイノードの断面形状は、ラインフォーカス型（インライン型）と呼ばれる形状である。
【００２９】
以下の説明では、この発明に係る光電子増倍管の一実施形態として、管軸ＡＸを挟んで配置された６系統の電極郡（それぞれが２つの電子増倍チャネルを構成するダイノード群）により１２の電子増倍チャネルＣＨ１〜ＣＨ１２が構成されるマルチチャネル光電子増倍管について説明する。
【００３０】
まず、図４は、この発明に係る光電子増倍管の内部ユニット（集束電極ユニット３００、電子増倍部４００、及びアノードユニット５００）の構造を説明するための組み立て工程図である。
【００３１】
集束電極ユニット３００は、光電子を通過させるための複数の開口が設けられた金属フレーム（集束電極）３１０と、絶縁スペーサ３２０ａ、３２０ｂと、リードピン３３０ａ、３３０ｂにより構成されている。リードピン３３０ａ、３３０ｂの一端は絶縁スペーサ３２０ａ、３２０ｂを介して金属フレーム３１０に固定される一方、電子増倍部４００を貫通したリードピン３３０ａ、３３０ｂの他端は、直接又は金属配線を介してステム１３０に固定されたリードピン７００に電気的に接続される。
【００３２】
電子増倍部４００は、絶縁スペーサを介して積層された８段のダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８を含む。なお、この明細書では、第１ダイノードは、ホトカソード２００からの光電子を最初に到達するダイノードであって、以下、二次電子が到達する順に第２〜第８ダイノードという。上述のように、この実施形態では、第１段目のダイノードユニットには第２ダイノードが保持され、第２段目のダイノードユニットには第１ダイノードが保持されている。したがって、以下の説明では、第２ダイノードを保持している第１段目のダイノードユニットをＤＹ２で表すとともに、第１ダイノードを保持する第２段目のダイノードユニットをＤＹ１で表し、以降のダイノードユニットを保持するダイノードが分かるようそれぞれＤＹ３〜ＤＹ８で表す。この実施形態では、ダイノードユニットＤＹ８が最終段ダイノードを一体的に保持している。
【００３３】
ダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８それぞれの基本構造は同じであり、例えば、第４段目のダイノードユニットＤＹ４（第４ダイノードを保持している）は、複数の第４ダイノードを支持する支持フレーム４１０と、絶縁スペーサ４２０と、当該第４段目のダイノードユニットＤＹ４を所定電位に設定するためのダイノード用リードピン（ダイノードピン）４３０によって構成されている。また、ダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８それぞれの支持フレーム４１０には、上段に位置するダイノードユニットのダイノードピン４３０を電気的に接続されることなく貫通させるための貫通孔が設けられている。
【００３４】
アノードユニット５００は、セラミック基板５１０と、このセラミック基板５１０に配置された、アノードとして機能する複数の電極（アノード電極）５２０と、これらアノード電極５２０に一端が接続された複数のリードピン５３０を備える。なお、リードピン５３０の一端は、セラミック基板５１０を介してアノード電極５２０に固定される一方、これらリードピン５６０ａ、５６０ｂの他端は、直接又は金属配線を介してステム１３０に固定されたリードピン７００に電気的に接続される。
【００３５】
上述の集束電極ユニット３００、複数段のダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８、及びアノードユニット５００それぞれは、ホトカソード２００からアノードユニット５００へ向かう方向に沿って積層される。このような積層ユニットの側面に積層したダイノードや各ユニットのズレを防止するための絶縁性の側壁基板部材５１０ａ〜５１０ｄ（図６参照）が取り付けられることにより、積層状態が維持される。以上の組み立て工程を経て完成された内部ユニット（集束電極ユニット、電子増倍部、及びアノードユニットが一体的に積層されたユニット）の概観が図５に示されている。この図５に示されたように、ダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８それぞれに対応したダイノードピン４３０は、後述する電子増倍部４００の有効領域ＡＲ１内において一直線状に配列された状態で、アノードユニット５００のセラミック基板５１０を貫通している。これらダイノードピン４３０の他端は、直接又は金属配線を介してステム１３０から伸びたリードピン７００に電気的に接続される。
【００３６】
なお、第１段目のダイノードユニットＤＹ２、第２段目のダイノードユニットＤＹ１、第３段目のダイノードユニットＤＹ３、…、第８段目のダイノードユニットＤＹ８それぞれの設定電位は、順次二次電子を次段のダイノードへ導くため、第１ダイノードから第８ダイノードの順に高くなっている。すなわち、アノードユニット５００におけるアノード電極５２０の電位は、第８ダイノードの電位よりも高い。一例として、ホトカソード２００は−１０００Ｖ、第２段目のダイノードユニットＤＹ２に保持された第１ダイノードは−８００Ｖ、第１段目のダイノードユニットＤＹ１に保持された第２ダイノードは−７００Ｖ、第３段目のダイノードユニットＤＹ３に保持された第３ダイノードは−６００Ｖ、第４段目のダイノードユニットＤＹ４に保持された第４ダイノードは−５００Ｖ、第５段目のダイノードユニットＤＹ５に保持された第５ダイノードは−４００Ｖ、第６段目のダイノードユニットＤＹ６に保持された第６ダイノードは−３００Ｖ、第７段目のダイノードユニットＤＹ７に保持された第７ダイノードは−２００Ｖ、第８段目のダイノードユニットＤＹ８に保持された第８ダイノードＤＹ８は−１００Ｖ、そして、アノード電極５２０はグランド電位（０Ｖ）に設定される。また、集束電極ユニット３００は第２段目のダイノードユニットＤＹ１に保持された第２ダイノードと同電位に設定される。
【００３７】
ホトカソード２００から放出された光電子は、該第２ダイノードと同電位に設定された集束電極ユニット３００の金属フレーム３１０に設けられた開口を通過した後、第２段目のダイノードユニットＤＹ１に保持された第１ダイノードへ到達する。第１ダイノードの電子到達面には二次電子放出面が形成されており、光電子の入射に応答して該第１ダイノードから二次電子が放出される。第１ダイノードから放出された二次電子は、該第１ダイノードよりも高い電位に設定された、第１段目のダイノードユニットＤＹ２に保持された第２ダイノードに向かって進行する。第２ダイノードの電子到達面にも二次電子放出面が形成されており、この第２ダイノードの二次電子放出面から放出された二次電子は、該第２ダイノードよりも高い電位に設定された、第３段目のダイノードユニットＤＹ３に保持された第３ダイノードに向かって進行する。同様に、第３ダイノードの二次電子放出面から放出された二次電子は、第４〜第８段目のダイノードユニットＤＹ４〜ＤＹ８それぞれに保持された、第４ダイノード、第５ダイノード、第６ダイノード、第７ダイノード、第８ダイノードの順に進行するごとにカスケード増倍される。そして、最終段（第８段目）のダイノードユニットＤＹ８に保持された第８ダイノードから放出された二次電子が、アノードユニット５００のアノード電極５２０に到達し、リードピン５３０に電気的に接続されたリードピン７００を介して密封容器１００の外部に取り出される。
【００３８】
次に、集束電極ユニット３００の具体的な構造を、図６を用いて説明する。なお、図６は、集束電極ユニット３００の構成を説明するための組み立て工程図である。
【００３９】
図６に示されたように、集束電極ユニット３００は、光電子を通過させるための複数の開口が設けられた金属フレーム（集束電極）３１０と、絶縁スペーサ３２０ａ、３２０ｂと、リードピン３３０ａ、３３０ｂにより構成されている。
【００４０】
具体的に、金属フレーム３１０は、電子増倍部４００の有効領域全体を包含する程度の開口面積を有する外枠と、それぞれ２つの電子増倍チャネル分のダイノードを露出させる開口を区切るための分離フレームから構成されている。外枠の下面（アノードユニット５００に対面する面）には、一対の絶縁スペーサ３２０ａ、３２０ｂが固定される。これら絶縁スペーサ３２０ａ、３２０ｂは、電子増倍部４００と当該収束電極ユニット３００とを電気的に分離するとともに、これらユニット４００、３００間の間隔を一定に維持するよう機能する。絶縁スペーサ３２０ａ、３２０ｂには、金属フレーム３１０のリードピン３３０ａ、３３０ｂを通過させる貫通孔が設けられている。また、リードピン３３０ａ、３３０ｂの一端は、金属フレーム３１０の上部で溶接、カシメ等により固定され、リードピン３３０ａ、３３０ｂの他端はステム１３０に固定されたリードピン７００に直接又は間接的に接続される。収束電極ユニット３００の組み立ては、金属フレーム３１０と絶縁スペーサ３２０ａ、３２０ｂを重ねた状態で、それぞれの貫通孔にリードピン（３３０ａ、３３０ｂ）を貫通させ、それらリードピン３３０ａ、３３０ｂの端部を金属フレーム３１０に溶接もしくはカシメで固定する。リードピン３３０ａ、３３０ｂにはフランジ３３１ａ、３３１ｂがそれぞれ設けられており、これらフランジ３３１ａ、３３１ｂは、絶縁スペーサ３２０ａ、３２０ｂに設けられた貫通孔を通過できないので（すなわち、絶縁スペーサ３２０ａ、３２０ｂの貫通孔の内径はフランジ３３１ａ、３３１ｂの外径よりも小さい）、この組み立て作業により収束電極ユニット３００を構成する各部材は一体化される。さらに、外枠の外周には側壁基板部材５１０ａ〜５１０ｄを取り付けるための固定片３１０ａ〜３１０ｄが設けられている。図６には側壁基板部材５１０ａ〜５１０ｄのうち側壁基板部材５１０ａのみが示されている（側壁基板部材５１０ｂ〜５１０ｄは図示を省略）。この側壁基板部材５１０ａの一端には係合部５１１ａが設けられている。図４に示されたように、収束電極ユニット３００、電子増倍部４００及びアノードユニット５００が積層された後、この固定片３１０ａと係合部５１１ａとが結合することにより、側壁基板部材５１０ａが積層構造を維持するよう機能する。なお、図示されていないが、残りの側壁基板部材５１０ｂ〜５１０ｄも側壁基板部材５１０ａと同じ構造を有するとともに同様に機能する。
【００４１】
一方、リードピン３３０ａ、３３０ｂそれぞれには、絶縁スペーサ３２０ａ、３２０ｂに当接されるフランジが設けられている。このようにリードピン３３０ａ、３３０ｂそれぞれにフランジが設けられることにより、リードピン３３０ａ、３３０ｂが金属フレーム３１０に固定されると同時に、フランジが絶縁スペーサ３２０ａ、３２０ｂを金属フレーム３１０に押し当てるよう機能し、これにより、絶縁スペーサ３２０ａ、３２０ｂそれぞれが金属フレーム３１０に固定される。なお、収束電極ユニット３００の組み立ては、金属フレーム３１０にリードピン３３０ａ、３３０ｂを固定した後に、リードピン３３０ａ、３３０ｂを貫通させた状態で絶縁スペーサ３２０ａ、３２０ｂを金属フレーム３１０に固定される順序で行われてもよい。
【００４２】
図７は、電子増倍部４００の一部を構成する第４段目のダイノードユニットＤＹ４の第１の構成例を説明するための組み立て工程図及び断面図である。なお、電子増倍部４００を構成するダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８の基本構造は、図７に示された第４段目のダイノードユニットＤＹ４と同じである。また、図７（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれ支持フレーム４１０における連結部４１０ｂの断面図である。
【００４３】
基本的に、第４、第６及び第８段目のダイノードユニットＤＹ４、ＤＹ６、ＤＹ８それぞれで保持されるダイノードの断面形状は、同じであり、第５及び第７段目のダイノードユニットＤＹ５、ＤＹ７それぞれで保持されるダイノードの断面形状は、同じである。また、各段のダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８は、金属製の支持フレーム４１０と、ダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８間を電気的に分離するとともにこれらダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８間の間隔を規定するためのセラミック製の絶縁スペーサ４２０と、ダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８それぞれを所定の電位に設定するためにこれらダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８それぞれに用意された金属製のダイノードピン４３０から構成されている。
【００４４】
例えば、図７（ａ）に示されたように、第４段目のダイノードユニットＤＹ４の場合、支持フレーム４１０は、複数のダイノード４１４全てを挟むように配置された一対の支持部４１０ａと、これら一対の支持部４１０ａに両端が固定されるとともに同電位に設定される連結部４１０ｂとで構成されている。特に連結部４１０ｂは、複数のダイノード４１４のうち少なくとも２つのダイノードに挟まれるよう配置されており、このように連結部４１０ｂが配置されることにより、支持フレーム４１０はＨ形状を有する。
【００４５】
連結部４１０ｂには、少なくとも上段のダイノードユニット（第４段目のダイノードユニットＤＹ４の場合、第１〜第３段目のダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ３）に対応したダイノードピンを、電気的に接触することなく貫通させるための貫通孔４１１と、対応するダイノードピン４３０の一端を貫通させた状態で溶接、カシメ等により固定する貫通孔が設けられている。このとき、支持フレーム４１０と対応するダイノードピン４３０の一端は電気的に接続される一方、ダイノードピン４３０の他端は、下段に位置するダイノードユニットを貫通した状態で直接又は間接的にステム１３０に固定されたリードピン７００に接続される。連結部４１０ｂには、電子増倍部４００の上方に位置する収束電極ユニット３００に一端が電気的に接続された状態で固定されたリードピン３３０ａ、３３０ｂを、ステム１３０側に貫通させるための貫通孔４１５も設けられている。さらに、連結部４１０ｂには、上段のダイノードユニット（第４段目のダイノードユニットＤＹ４の場合、第３段目のダイノードユニットＤＹ３）の絶縁スペーサと位置合わせするためのエンボス４１２と、支持フレーム４１０自体に直接固定される絶縁スペーサ４２０と位置合わせするためのエンボス４１３が設けられている。特に、図７（ｂ）は、図７（ａ）中のIII-III線に沿った、連結部４１０ｂにおける貫通孔４１１の断面構造を示し、図７（ｃ）は、図７（ａ）中のIV-IV線に沿った、連結部４１０ｂにおけるエンボス４１２の断面構造を示し、そして、図７（ｄ）は、図７（ａ）中のV-V線に沿った、連結部４１０ｂにおけるエンボス４１３の断面構造を示す。
【００４６】
絶縁スペーサ４２０も支持フレーム４１０と同様にＨ形状を有し、支持フレーム４１０を構成する一対の支持部４１０ａ及び連結部４１０ｂに対応した部分を有する。すなわち、絶縁スペーサ４２０も、一対の支持部と、連結部を有する。特に、絶縁スペーサ４２０の連結部にも、支持フレーム４１０の連結部４１０ｂに設けられた貫通孔４１１、４１５に対応した位置に貫通孔４２３が設けられている。これら貫通孔４２３は、支持フレーム４１０の連結部４１０ｂに設けられた貫通孔４１１、４１５の中心と一致するよう配置されている。
【００４７】
さらに、絶縁スペーサ４２０は、各段のダイノードユニット間を電気的に分離するだけでなく、ダイノードユニット間の間隔を規定する。そのため、この実施形態では、絶縁スペーサ４２０が同一形状を有する複数のスペーサ要素４２０ａ、４２０ｂにより構成されている。これらスペーサ要素の数を調節することによりダイノードユニット間（支持フレームの間隔）を任意に変更できる。なお、絶縁スペーサ４２０を構成するスペーサ要素４２０ａ、４２０ｂは、ホトカソード２００からアノードユニット５００に向かう方向に沿って直接接触した状態で積層されている。例えば、この実施形態では、第１段目のダイノードユニットＤＹ２と第２段目のダイノードユニットＤＹ１の間、第２段目のダイノードユニットＤＹ１と第３段目のダイノードユニットＤＹ３の間、及び第３段目のダイノードユニットＤＹ３と第４段目のダイノードユニットＤＹ４の間には、一枚のスペーサ要素が設置される。また、第４段目〜第８段目のダイノードユニットＤＹ４〜ＤＹ８の間にはそれぞれ２枚のスペーサ要素が設置される。なお、第８段目のダイノードユニットＤＹ８とアノードユニット５００との間には、８枚のスペーサ要素は設置されている。
【００４８】
ダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８それぞれの組み立ては、支持フレーム４１０と絶縁スペーサ４２０を重ね、それぞれの貫通孔４１１、４２３にダイノードピン４３０を貫通させた状態で該ダイノードピン４３０を支持フレーム４１０に固定する。すなわち、支持フレーム４１０の上面側において、ダイノードピン４３０と支持フレーム４１０を溶接するかもしくはダイノードピン４３０の端部をカシメを形成することでダイノードピン４３０を支持フレーム４１０に固定する。ここで、収束電極ユニット３００の下側には、第２ダイノードを保持しているダイノードユニットＤＹ２、第１ダイノードを保持しているダイノードユニットＤＹ１の順で各ダイノードユニットが積層されているが、電子の増倍は、第２段目のダイノードユニットＤＹ１に保持された第１ダイノード、第１段目のダイノードユニットＤＹ２に保持された第２ダイノードの順で行われる。このような構造が採用されたのは、コンパクトに効率よくダイノードユニットを積層させる一方、最適な電子軌道を実現するためである。
【００４９】
ここで、１対の支持部４１０ａによって両端が支持された複数のダイノード４１４は、図８に示されたように、該一対の支持部４１０ａと一体的に成型され、支持フレーム４１０の一部を構成している。
【００５０】
すなわち、図８（ａ）に示されたように、一枚の金属プレートから、支持フレーム４１０とダイノードとなるべきプレート部分が一体的に型抜きされる。支持フレーム４１０に両端が連結されているプレート部分は、さらに、プレス加工により、ダイノードとなるべき窪みが形成される。具体的には、図８（ｂ）に示されたように、隣接するように２つの窪みが形成され、これらが互いに隣接する２つの電子増倍チャネルとなる。続いて、矢印Ｓ１で示された方向に２つのダイノードが形成されたプレート部分を折り曲げることにより、支持フレーム４１０に一体的に保持されたダイノード４１４が得られる（図８（ｃ））。
【００５１】
図９は、ダイノードユニット間に配置される絶縁スペーサ４２０の構成を説明するための斜視図及び断面図である。特に、図９では、絶縁スペーサ４２０を構成するスペーサ要素４２０ａ（４２０ｂ）の構造が示されており、このスペーサ要素４２０ａ（４２０ｂ）は、図９（ａ）に示されたように、支持フレーム４１０と同様にＨ形状を有する。すなわち、スペーサ要素４２０ａ（４２０ｂ）は、支持フレーム４１０の一対の支持部４１０ａに対応する一対の支持部４２１と、支持フレーム４１０の連結部４１０ｂに対応する連結部４２２から構成されている。
【００５２】
スペーサ要素４２０ａ（４２０ｂ）の連結部４２２には、支持フレーム４１０の連結部４１０ｂの貫通孔４１１、４１５に対応した位置に貫通孔４２３、４２６が設けられている。また、連結部４２２には、支持フレーム４１０と位置合わせするためのエンボス４２４と、下側に位置するダイノードユニットの支持フレームと位置合わせするためのエンボス４２５が設けられている。ここで、複数のスペーサ要素が積層されることにより絶縁スペーサ４２０が構成されている場合、エンボス４２４、４２５は機能しない。なお、図９（ｂ）は、図９（ａ）中のVI-VI線に沿った、連結部４２２における貫通孔４２３の断面構造を示し、図９（ｃ）は、図９（ａ）中のVII-VII線に沿った、連結部４２２におけるエンボス４２４の断面構造を示し、そして、図９（ｄ）は、図９（ａ）中のVIII-VIII線に沿った、連結部４２２におけるエンボス４２５の断面構造を示す。
【００５３】
図１０は、ダイノードユニットの積層構造を説明するための断面図である。上述のように、各段のダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８は、複数のダイノード４１４を保持する支持フレーム４１０と、絶縁スペーサ４２０と、一端が半田４３２により支持フレーム４１０に溶接接続されたダイノードピン４３０により構成されている。これら要素４１０、４２０、４３０が一体的に組み立てられると、図１０（ａ）に示されたように、上段に位置するダイノードユニットのダイノードピンを、直下に位置するダイノードユニットの貫通孔に差し込んでいく。この工程を順次繰り返していくことにより、図１０（ｂ）に示されたような、ダイノードユニットの積層構造が得られる。なお、図１０には、上段のダイノードユニットとして第３段目のダイノードユニットＤＹ３、直下のダイノードユニットとして第４段目のダイノードユニットＤＹ４が示されている。なお、各ダイノードユニットの組み立て順序は、支持フレーム４１０と対応するダイノードピン４３０の一端が固定された後に、絶縁スペーサ４２０が支持フレーム４１０に固定されてもよい。この場合、ダイノードピン４３０のフランジ４３１は不要である。
【００５４】
ここで、絶縁スペーサ４２０を構成するスペーサ要素４２０ａ、４２０ｂそれぞれの貫通孔４２３内には、段差部が形成されている。一方、各段のダイノードユニットに対応するダイノードピン４３０にはスペーサ４２０ｂ（複数のスペーサ要素が積層されている場合は最下層のスペーサ要素）の貫通孔４２３内に形成された段差部に当接されるフランジ４３１が設けられている。したがって、この段差部により、対応するダイノードピン４３０の、ホトカソード２００からアノードユニット５００へ向かう方向に沿った位置が規定される。また、このフランジ４３１がスペーサ要素４２０ｂの段差部に当接された状態で、ダイノードピン４３０の一端が支持フレーム４１０（連結部）に固定されると、フランジ４３１により絶縁スペーサ４２０全体が支持フレーム４１０に押し当てられることになる。このようにスペーサ要素４２０ｂの貫通孔４２３に形成された段差部とダイノードピン４３０との協働により、絶縁スペーサ全体を支持フレーム４１０に固定するための構造及びダイノードピン４３０の位置決め構造が実現される。
【００５５】
ダイノードユニットの構造は、上述の構造に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、図１１は、電子増倍部の一部を構成する第４段目のダイノードユニットの第２の構成例を説明するための組み立て工程図及び斜視図である。また、図１２は、電子増倍部の一部を構成する第４段目のダイノードユニットの第３の構成例を説明するための組み立て工程図及び断面図である。なお、以下の説明では、第２及び第３の構成例として、第４段目のダイノードユニットＤＹ４について言及する。
【００５６】
図１１（ａ）に示されたように、第２の構成例に係る第４段目のダイノードユニットＤＹ４は、複数のダイノード４１４ａを保持する支持フレーム４１０Ａと、絶縁スペーサ４２０Ａ、ダイノードピン４３０を備える。支持フレーム４１０Ａは、複数のダイノード４１４ａ全てを挟むように配置された一対の支持部４１０ａと、これら一対の支持部４１０ａに両端が固定されるとともにどう電位に設定される連結部４１０ｂとで構成されている。図７（ａ）に示された第１の構成例に係る支持フレーム４１０とは、保持するダイノードの形状が異なる。すなわち、第１の構成例における支持フレーム４１０では、一対の支持部４１０ａによって２つのダイノード４１４双方が支持される。一方、この第２の構成例における支持フレーム４１０Ａでは、一対の支持部４１０ａによって１つのダイノード４１４ａが支持されている。
【００５７】
この第２の構成例における絶縁スペーサ４２０Ａも、第１の構成例における絶縁スペーサ４２０と同様に、支持フレーム４１０Ａを構成する一対の支持部４１０ａ及び連結部４１０ｂに対応した部分４２１Ａ、４２２Ａを有する。ただし、第１の構成例における絶縁スペーサ４２０がスペーサ要素４２０ａ、４２０ｂにより構成されていたのに対し、この第２の構成例における絶縁スペーサ４２０Ａは、単一部材で構成されている。
【００５８】
なお、ダイノードピン４３０の構造は、第１及び第２の構成例のいずれも同じ構造である。すなわち、この第２の構成例においても、ダイノードピン４３０には、位置決め用のフランジ４３１が設けられている。支持フレーム４１０Ａと絶縁スペーサ４２０Ａを重ね合わせた状態で、ダイノードピン４３０の一端が、絶縁スペーサ４２０Ａの連結部４２２Ａに設けられた貫通孔を介して支持フレーム４１０Ａに固定されることにより、図１１（ｂ）に示されたように第４段目のダイノードユニットＤＹ４が得られる。このとき、支持フレーム４１０Ａとダイノードピン４３０とは電気的に接続されている。
【００５９】
次に、第３の構成例に係るダイノードユニット（図１２には、第４段目のダイノードユニットＤＹ４のみが示されている）も、第１及び第２の構成例と同様に、複数のダイノード４１４ａを保持する支持フレーム４１０Ｂと、絶縁スペーサ４２０Ｂ、ダイノードピン４３０を備える。この第３の構成例における支持フレーム４１０Ｂは、第２の構成例における支持フレーム４１０Ａと同じ構造を有する。ただし、この第３の構成例における絶縁スペーサ４２０Ｂは、第２の構成例と同様に、支持フレーム４１０Ｂにおける一対の支持部４１０ａに相当する部分４２１Ｂと、連結部４１０ｂに相当する４２２Ｂを備えるが、ダイノード４１４ａそれぞれの間に位置する空間を覆うように配置された複数の遮光部４２３Ｂをさらに備えている点で第２の構成例と異なっている。また、これら複数の遮光部４２３Ｂそれぞれには、複数のスリット４５０が設けられている。この構成により、遮光部４２３Ｂは、アノード側からホトカソード側へ向かう光を遮断するよう機能する一方、スリット４５０は、アノード側からホトカソード側へ、該ホトカソード形成用のアルカリ金属蒸気を通過させるよう機能する。以上のように、第２の構成例に係るダイノードユニット（図７）と当該第３の構成例に係るダイノードユニット（図１２）とは、絶縁スペーサの構造について異なっている。
【００６０】
この第３の構成例においても、ダイノードピン４３０は、上述の第１及び第２の構成例と同じ構造である。すなわち、当該第３の構成例においても、ダイノードピン４３０には、位置決め用のフランジ４３１が設けられている。支持フレーム４１０Ｂと絶縁スペーサ４２０Ｂを重ね合わせた状態で、ダイノードピン４３０の一端が、絶縁スペーサ４２０Ａの連結部４２２Ａに設けられた貫通孔を介して支持フレーム４１０Ｂに固定されることにより、図１２（ｂ）に示されたように第４段目のダイノードユニットＤＹ４が得られる。このとき、支持フレーム４１０Ａとダイノードピン４３０とは電気的に接続されている。また、絶縁スペーサ４２０Ｂにおける遮光部４２３Ｂにより、ダイノード４１４ａそれぞれの間に位置する空間はふさがれる。
【００６１】
図１３は、アノードユニットの第１の構成を説明するための組み立て工程図である。
【００６２】
アノードユニット５００は、図１３に示されたように、セラミック基板５１０と、該セラミック基板５１０に設置される複数のアノード電極５２０と、各アノード電極５２０に一端が電気的に接続された状態で固定されるリードピン５３０（アノードピン）を備える。なお、セラミック基板５１０にはアノード電極５２０の配置位置に対応して開口５１１が設けられるとともに、アノードピン５３０の一部を通過・支持するための貫通孔５１２が設けられている。また、セラミック基板５１０の裏面には、側壁基板部材５１０ａ〜５１０ｄの他端を当該アノードユニット５００に取り付けるための補助部材５６０ａ〜５６０ｄが設置される。さらに、補助部材５６０ａ、５６０ｂには、カソード２００及びダイノードの二次電子放出面を形成するためのアルカリ源ペレット５４０が取り付けられるとともに、補助部材５６０ｃには、ゲッター５５０が取り付けられている。アノードユニット５００の組み立ては、アノード電極５２０とセラミック基板５１０と補助部材５６０ａ〜５６０ｂを順に重ねた状態で、それぞれの貫通孔にフランジ５３１を有するリードピン５３０を貫通させる。このとき、アノード電極５２０の上面において、アノード電極５２０とアノードピン５３０の一端を溶接するか、もしくはアノードピン５３０の端部をカシメることにより、アノードピン５３０が、セラミック基板５１０及び補助部材５６０ａ〜５６０ｄを介してアノード電極５２０に固定される。アノードピン５３０に設けられたフランジ５３１は、アノードピン５３０の端部がアノード電極５２０に固定されることにより、セラミック基板５１０及び補助部材５６０ａ〜５６０ｄをアノード電極５２０に押し当てるよう機能する。
【００６３】
なお、図１３には側壁基板部材５１０ａ〜５１０ｄのうち側壁基板部材５１０ａのみが示されている（側壁基板部材５１０ｂ〜５１０ｄは図示を省略）。この側壁基板部材５１０ａの他端にはスリット５１１ｂが設けられている。図４に示されたように、収束電極ユニット３００、電子増倍部４００及びアノードユニット５００が積層された後、このスリット５１１ｂと補助部材５６０ａの固定片とが結合することにより、側壁基板部材５１０ａが積層構造を維持するよう機能する。なお、図示されていないが、残りの側壁基板部材５１０ｂ〜５１０ｄも側壁基板部材５１０ａと同じ構造を有するとともに同様に機能する。
【００６４】
上述のアノードユニット５００も種々の構成によって実現可能である。例えば、図１４は、アノードユニットの第２の構成例を説明するための組み立て工程図である。また、図１５は、アノードユニットの第３の構成例を説明するための組み立て工程図である。
【００６５】
図１４（ａ）に示されたように、第２の構成例に係るアノードユニット５００は、セラミック基板５１０Ａと、該セラミック基板５１０Ａに設置される複数のアノード電極５２０と、各アノード電極５２０に一端が電気的に接続された状態で固定されるリードピン５３０（アノードピン）を備える。なお、セラミック基板５１０Ａにはアノード電極５２０の配置位置に対応して開口５１１Ａが設けられるとともに、アノードピン５３０の一部を通過・支持するための貫通孔が設けられている。アノードピン５３０それぞれには、位置決め用のフランジ５３１が設けられている。また、セラミック基板５１０Ａの裏面には、第１の構成例とは異なり、当該アノードユニット５００を含む内部ユニットの、密閉容器１００内における設置位置を維持するためのスプリング部材５７０が固定されている。
【００６６】
アノードユニット５００の組み立ては、アノード電極５２０と、裏面にスプリング部材５７０が取り付けられたセラミック基板５１０Ａとを順に重ねた状態で、それぞれの貫通孔にフランジ５３１を有するアノードピン５３０を貫通させる。このとき、アノード電極５２０の上面において、アノード電極５２０とアノードピン５３０の一端を溶接するか、もしくはアノードピン５３０の端部をカシメることにより、アノードピン５３０が、セラミック基板５１０Ａを介してアノード電極５２０に固定される。アノードピン５３０に設けられたフランジ５３１は、アノードピン５３０の端部がアノード電極５２０に固定されることにより、セラミック基板５１０Ａをアノード電極５２０に押し当てるよう機能する。上述の組み立て工程を経て、図１４（ｂ）に示されたような第２の構成例に係るアノードユニット５００が得られる。
【００６７】
次に、第３の構成例に係るアノードユニット５００は、図１５（ａ）に示されたように、反射型のアノード電極５２０Ｂを備えることにより、リニアリティを改善することが可能になる。
【００６８】
すなわち、第３の構成例に係るアノードユニット５００は、セラミック基板５１０Ｂと、該セラミック基板５１０Ｂに設置される複数の反射型アノード電極５２０Ｂを備える。各反射型アノード電極５２０Ｂの両端には、電子取り出しようの電極片５２１Ｂが設けられている。したがって、各反射型アノード電極５２０Ｂに設けられた電極片５２１Ｂをセラミック基板５１０Ｂに設けられたスリット状の貫通孔に挿入することにより、図１５（ｂ）に示されたような第３の構成例に係るアノードユニット５００が得られる。
【００６９】
密閉容器１００内に収納される内部ユニットを構成する各部は、上述のような種々の構成によって実現可能である。一例として、図１６には、図６の収束電極ユニット、図１２のダイノードユニットを含む電子増倍部、及び図１４のアノードユニットを、図４に示されたように一体的に積層された内部ユニットの概観が示されている。すなわち、図１６（ａ）は、ホトカソード側から見た上記他の構成例に係る内部ユニットの斜視図であり、図１６（ｂ）は、ステム側から見た上記他の構成例に係る内部ユニットの斜視図である。
【００７０】
また、図１７には、図１２のダイノードユニットの機能を説明するため、図１６に示された内部ユニットの、XVIII−XVIII線に沿った断面図が示されている。なお、図１２に示されたダイノードユニットは、それぞれに複数のスリット４５０が設けられた複数の遮光部４２３Ｂを有する絶縁スペーサ４２０Ｂを備える。この図１７中に示された矢印Ｂ１は、ステム側からホトカソード側に向かって、各段のダイノードユニットを通過していくアルカリ金属蒸気の伝搬経路を示す。一方、矢印Ｂ２は、アノード電極５２０近辺で生じた光の伝搬経路を示す。この図１７に示されたように、各段のダイノードユニットを構成する絶縁スペーサ４２０Ｂにおいて、各ダイノード４１４ａの間に位置する空間を覆うように配置された遮光部４２３Ｂが、アノード電極５２０近辺で発生した光のほとんどを遮光する。また、遮光部４２３Ｂに設けられたスリット４５０を通過した光も、上段に位置するダイノード４１４ａにより遮光される。一方、ステム側からホトカソード側へ向かうアルカリ金属蒸気は、各段のダイノードユニットが所定距離だけ離間した状態で積層された構造、また、各遮光部４２３Ｂに複数のスリット４５０が設けられた構造により、スムーズに流れることになる。
【００７１】
なお、上述の実施形態では、各段のダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８で保持されるダイノードは、ラインフォーカス形状を有しているが、ダイノードの形状は上述のラインフォーカス形状には限定されない。例えば、図１８（ａ）に示されたダイノードユニットＤＹは、それぞれ電子増倍孔が設けられた２枚の金属プレートを張り合わせたメタルチャネルプレートである。この場合、メタルチャネルプレートに設けられた電子増倍孔がダイノードユニットＤＹによって保持されたダイノードに相当する。また、図１８（ｂ）に示されたダイノードユニットＤＹは、それぞれ開口を有する２枚の金属フレームで、メッシュ電極を挟み込んだ構造を有する。この図１８（ｂ）に示されたダイノードユニットＤＹでは、金属フレームの開口部分がメッシュダイノードとして機能する。また、図１８（ｃ）に示されたダイノードユニットＤＹは、金属フレームとそれに保持されるダイノードとが一体的にエッチング形成されている。
【００７２】
以上のように、種々のダイノードが保持された複数段のダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８が積層されることにより、電子増倍部４００が得られる。なお、各段のダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８が積層されたとき、各段のダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８に対応したダイノードピンは、図１８（ｄ）に示されたように、ダイノード４３０が配置された空間を貫通するように配置されることになる。ホトカソード２００側から見たときの、このようなリードピン４３０の貫通空間が、電子増増倍部４００の有効領域である。
【００７３】
図１９は、第４段目のダイノードユニットＤＹ４の構造とともに電子増倍部４００の有効領域を説明するための、該第４段目のダイノードユニットＤＹ４の平面図及び断面図である。上述のように、各段のダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８は、いずれも同じ構造を有しており、代表して、図１９には、第４段目のダイノードユニットＤＹ４が示されている。なお、図１９（ａ）は、ホトカソード２００側から見たときの第４段目のダイノードユニットＤＹ４の平面図であり、図１９（ｂ）は、図１９（ａ）中のIX-IX線に沿った第４段目のダイノードユニットＤＹ４の断面図、図１９（ｃ）は、図１９（ａ）中のX-X線に沿った第４段目のダイノードユニットＤＹ４の断面図である。
【００７４】
図１９（ａ）に示されたように、第４段目のダイノードユニットＤＹ４は、それぞれ１つの電子増倍チャネルが形成された複数のダイノード４１４を保持する支持フレーム４１０を備える（他のダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ３、ＤＹ５〜ＤＹ８も同様）。電子増倍部４００における有効領域ＡＲ１は、二次電子増倍に寄与する、ホトカソード２００側から見たときの視野領域であって、電子増倍部４００の光電子入射面として、密封容器１００における管胴１２０の中心軸ＡＸに直交する平面上に規定される。すなわち、電子増倍部４００に含まれる全ダイノード４１４の輪郭線を電子増倍部４００の光電子入射面上に投影したときに、輪郭線の全投影成分を包含する最小領域である。したがって、電子増倍部４００の有効領域ＡＲ１を規定する境界線は、図１９（ａ）に示されたように、いずいれかのダイノード輪郭線の投影成分の一部に一致している。
【００７５】
各段のダイノードユニットＤＹ１〜ＤＹ８に対応しているダイノードピン４３０が、図１９（ａ）に示された電子増倍部４００の有効領域ＡＲ１内に配置されることにより、以下のような効果が得られる。なお、図２０は、この発明に係る光電子増倍管の技術的効果を、従来技術と比較しながら説明するための概念図である。
【００７６】
通常、ホトカソード２００が形成される入射面板１１０の光出射面は、図２０（ａ）に示されたように、周辺領域が曲面加工されている。そのため、ホトカソード２００の中央付近から放出される光電子と比較して、周辺領域から放出される光電子の軌道は、フォーカス距離Ｄで規定される空間においてより大きく修正させることになる。この場合、従来の光電子増倍管では、十分なフォーカス距離Ｄが確保できないと、ホトカソード２００の周辺領域から放出される光電子のカスケード増倍ができなくなる（第１ダイノードに到達する前に集束電極等に光電子が衝突してしまう）。
【００７７】
すなわち、従来の光電子増倍管では、図２０（ｂ）に示されたように、ダイノードピンは、ダイノードが配置される電子増倍部の有効領域を避けた該有効領域の周辺、具体的にはダイノードを支持しているフレームＤＹａの外周に沿って設けられた固定片ＤＹｂに固定される。そのため、フレームＤＹａの内側に規定される電子増倍部の有効領域ＡＲ２は、ダイノードピンの配置スペース分だけ制限されることになる。
【００７８】
一方、この発明に係る光電子増倍管では、図２０（ｃ）に示されたように、電子増倍部４００の有効領域ＡＲ３（＝ＡＲ１）内にダイノードピン４３０が配置されるため、従来の光電子増倍管よりも電子増倍部の有効領域を拡大することが可能になる。有効領域ＡＲ３が拡大されることにより電子増倍部４００の光電子入射面に対面しているホトカソード２００のうち特に周辺領域から放出される光電子の軌道修正の程度が少なくなる。そのため、フォーカス距離Ｄが大幅に低減される（光電子増倍管の小型化が可能）。
【００７９】
続いて、上述の構造的特徴の効果について、図２１を用いてより具体的に説明する。なお、図２１は、この発明に係る光電子増倍管における構造的特徴及び効果を説明するため、ホトカソード２００から放出される光電子の軌道を説明するための図である。図２１（ａ）は、光入射面１１０ａ側から見た入射面板１１０の平面図であり、電子増倍部４００の有効領域ＡＲ１は、この入射面板１１０のカソード有効エリア（実質的に入射面板１１０における光出射面１１０ｂに一致している）に略一致する程度まで拡大されている。ここで、電子増倍部４００の有効領域は、図１９（ａ）に示されたように、二次電子増倍に寄与する、ホトカソード２００側から見たときの視野領域であって、電子増倍部４００の光電子入射面として、密封容器１００における管胴１２０の中心軸ＡＸに直交する平面上に規定される。図２１（ｂ）は、図２１（ａ）中に示されたXI−XI線に沿った当該光電子増倍管の断面図であり、図２１（ｃ）は、図２１（ａ）中に示されたXII−XII線に沿った当該光電子増倍管の断面図である。
【００８０】
なお、図２２は、この発明に係る光電子増倍管における構造的特徴及び効果を説明するために用意された第１比較例に係る光電子増倍管の、図２１に相当する断面図であって、該第１比較例に係る光電子増倍管における光電子の軌道Ａ２を説明するための図である。用意された第１比較例に係る光電子増倍管は、管胴の中心軸ＡＸに背を向けるように２つの第１ダイノードＤＹ１（それぞれダイノードには２つのチャネルが隣接している）が配置されたマルチチャネル光電子増倍管（４チャネル）である。
【００８１】
図２２（ａ）は、第１比較例に係る光電子増倍管の光入射面側から見た入射面板の平面図であり、図２１（ａ）に対応した平面図である。図２２（ｂ）は、図２２（ａ）中に示されたXIII−XIII線に沿った当該光電子増倍管の断面図であり、図２２（ｃ）は、図２２（ａ）中に示されたXIV−XIV線に沿った当該光電子増倍管の断面図である。
【００８２】
この第１比較例に係る光電子増倍管では、ホトカソードから第１ダイノードＤＹ１までの光電子走行距離であるフォーカス距離Ｄ２が、この発明に係る光電子増倍管のフォーカス距離Ｄ１（図２１（ｂ）及び（ｃ））と比較して著しく長い。そのため、ホトカソードの放出位置が異なる光電子の軌道Ａ２の距離バラツキも大きい（光電子走行時間の揺らぎが大きい）。また、この第１比較例に係る光電子増倍管では、ダイノードを保持するためのセラミック基板と、各ダイノードへ所定電圧を印加するためのダイノードピン（電子増倍部の有効領域周辺に配置される）を共に避けるため、ホトカソード周辺領域から放出される光電子の軌道Ａ２を大きく曲げる必要がある。ホトカソードと電子増倍部の間に配置された集束電極などの金属部材への入射や第１ダイノードＤＹ１の側壁部分（二次電子放出面が形成されていない部分）への光電子の入射を避けるためである。このように大幅な軌道修正が行われる、第１比較例に係る光電子増倍管では、ホトカソードの中央付近から放出された光電子と、周辺領域から放出された光電子との間で走行時間差が拡大してしまう。
【００８３】
一方、図２３は、この発明に係る光電子増倍管における構造的特徴及び効果を説明するために用意された第２比較例に係る光電子増倍管の、図２１に相当する断面図であって、該第２比較例に係る光電子増倍管における光電子の軌道を説明するための図である。この第２比較例に係る光電子増倍管も、第１比較例と同様に、４つの電子増倍チャネルを有するマルチチャネル光電子増倍管である。また、図２３（ａ）は、第２比較例に係る光電子増倍管の光入射面側から見た入射面板の平面図であり、図２１（ａ）に対応した平面図である。図２３（ｂ）は、図2２３（ａ）中に示されたXV−XV線に沿った当該光電子増倍管の断面図であり、図２３（ｃ）は、図２３（ａ）中に示されたXVI−XVI線に沿った当該光電子増倍管の断面図である。
【００８４】
第２比較例に係る光電子増倍管の基本的な構造は第１比較例と同じであるが、ホトカソードから第１ダイノードＤＹ１までのフォーカス距離Ｄ３が、第１比較例に係る光電子増倍管のフォーカス距離Ｄ２よりも強制的に短くなるよう設計されている。このように第２比較例では、ホトカソード周辺から放出された光電子の軌道Ａ３を曲げるのに十分なフォーカス距離が確保できないため、ホトカソードと電子増倍部との間に配置された集束電極に衝突してしまう。
【００８５】
一方、この発明に係る光電子増倍管によれば（図２１）、電子増倍部４００の有効領域ＡＲ１内にダイノードピンが配置されるため、第１及び第２比較例に係る、従来の光電子増倍管（図２２及び２３）よりも有効領域ＡＲ１が拡大されている。このように有効領域ＡＲ１が拡大されることにより電子増倍部４００の光電子入射面に対面しているホトカソード２００のうち特に周辺から放出される光電子の軌道修正の程度が少なくなる。そのため、フォーカス距離Ｄ１が大幅に低減され、ホトカソード２００の中央領域から放出された光電子と周辺領域から放出された光電子との間で走行距離の差が小さくなる（走行時間の揺らぎが小さい）。また、電子増倍部４００の有効領域ＡＲ１の周辺領域が拡大されたことにより、ホトカソード２００の周辺領域から放出される光電子の軌道Ａ１を大きく修正することなく第１ダイノード（第１ダイノードユニットＤＹ１）へ光電子を入射させることが可能になる。
【００８６】
なお、上述の実施形態では、この発明に係る光電子増倍管における密封容器１００は、入射面板と管胴が一体的に形成された封筒部分（管胴１２０により支持された封筒部分のトップ１１０が入射面板として機能する）と、排気用パイプ６００及びリードピン７００を保持するステム１３０により構成されていた。しかしながら、当該光電子増倍管に適用される密封容器は、上述の構造には限定されない。例えば、図２４（ａ）に示されたように、それぞれが独立したガラス部材である、入射面板９１０、管胴９２０、及びステム９３０により密封容器９００が構成されてもよい。入射面板９１０は、互いに対向する光入射面９１０ａと、光出射面９１０ｂを有し、当該密封容器９００の内側に位置する入射面板９１０の光出射面９１０ｂ上にホトカソード２００が形成される。管胴９２０（バルブ）は、所定の管軸ＡＸに沿って伸びた形状を有し、その一端に入射面板９１０が溶融接合されている。また、管胴９２０の他端には、当該密封容器９００の底部を構成するステム９３０が溶融接合され、このステム９３０にも排気用パイプ９４０が設けられるとともに、当該密封容器９００の内部と外部を電気的に連絡するリードピン９５０がそれぞれ貫通した状態で設置されている。図２４（ｂ）は、図２４（ａ）中に示されたXVII−XVII線に沿った他の密封容器の構造、特に内側にホトカソード２００が形成される入射面板９１０近傍の構造を示す断面図である。このような密封容器９００においても、ホトカソード２００が入射面板９１０の光出射面９１０ｂ上に形成されることにより、上述のような当該光電子増倍管の効果が得られる。
【００８７】
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】
【００８８】
【図１】この発明に係る光電子増倍管の一実施形態の概略構成を示す一部破断図である。
【図２】この発明に係る光電子増倍管における密封容器の構造を説明するための組み立て工程図及び断面図である。
【図３】図１に示された光電子増倍管の、I-I線に沿った断面構造を示す図である。
【図４】この発明に係る光電子増倍管における、集束電極ユニット、電子増倍部、及びアノードユニットの各構造を説明するための組み立て工程図である。
【図５】図４に示された組み立て工程を経て完成された内部ユニット（集束電極ユニット、電子増倍部、及びアノードユニットが一体的に積層されたユニット）の概観を示す斜視図である。
【図６】集束電極ユニットの構成を説明するための組み立て工程図である。
【図７】電子増倍部の一部を構成する第４段目のダイノードユニットの第１の構成例を説明するための組み立て工程図及び断面図である。
【図８】各ダイノードユニット（図７（ａ））におけるダイノードの製造方法を説明するための工程図である。
【図９】ダイノードユニット間に配置される絶縁スペーサの構成を説明するための斜視図及び断面図である。
【図１０】ダイノードユニットの積層構造を説明するための断面図である。
【図１１】電子増倍部の一部を構成する第４段目のダイノードユニットの第２の構成例を説明するための組み立て工程図及び斜視図である。
【図１２】電子増倍部の一部を構成する第４段目のダイノードユニットの第３の構成例を説明するための組み立て工程図及び断面図である。
【図１３】アノードユニットの第１の構成例を説明するための組み立て工程図である。
【図１４】アノードユニットの第２の構成例を説明するための組み立て工程図である。
【図１５】アノードユニットの第３の構成例を説明するための組み立て工程図である。
【図１６】内部ユニットの他の構成例として、図６の収束電極ユニット、図１２のダイノードユニットを含む電子増倍部、及び図１４のアノードユニットが一体的に積層された内部ユニットの概観を示す斜視図である。
【図１７】図１６に示された内部ユニットの、XVIII−XVIII線に沿った断面図である。
【図１８】ダイノードユニットに適用可能な各種ダイノードの構造を説明するための一部破断図であり、図１８（ｄ）はこの発明の構造的特長を説明するための概念図である。
【図１９】ダイノードユニットの構造とともに電子増倍部の有効領域を説明するための、ダイノードユニットの平面図及び断面図である。
【図２０】この発明に係る光電子増倍管の技術的効果を、従来技術と比較しながら説明するための概念図である。
【図２１】この発明に係る光電子増倍管における構造的特徴及び効果を説明するため、ホトカソードから放出される光電子の軌道を説明するための図である。
【図２２】この発明に係る光電子増倍管における構造的特徴及び効果を説明するために用意された第１比較例に係る光電子増倍管の、図２１に相当する断面図であって、該第１比較例に係る光電子増倍管における光電子の軌道を説明するための図である。
【図２３】この発明に係る光電子増倍管における構造的特徴及び効果を説明するために用意された第２比較例に係る光電子増倍管の、図２１に相当する断面図であって、該第２比較例に係る光電子増倍管における光電子の軌道を説明するための図である。
【図２４】この発明に係る光電子増倍管における密閉容器の他の構造を説明するための組み立て工程図及び断面図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が所定の真空度まで減圧された密封容器と、
前記密封容器内に収納され、所定波長の光に応答して光電子を該密封容器内に放出するホトカソードと、
前記密封容器内に収納され、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電子増倍部であって、それぞれが同電位に設定される１又はそれ以上のダイノードを有する複数段のダイノードユニットを含む電子増倍部と、
前記ホトカソードとともに前記電子増倍部を挟むように前記密封容器内に配置され、前記電子増倍部から放出された二次電子を捕獲するアノードと、そして、
前記複数段のダイノードユニットそれぞれを所定電位に設定するための複数のダイノードピンであって、それぞれ一端が対応するダイノードユニットに電気的に接続された状態で固定された複数のダイノードピンとを備えた光電子増倍部であって、
前記電子増倍管は、少なくとも、前記ホトカソードから放出された光電子の入射に応答して二次電子を放出する第１ダイノードを有する第１ダイノードユニットと、前記第１ダイノードから放出された二次電子の入射に応答して二次電子を放出する第２ダイノードを有する第２ダイノードユニットを含み、そして、
前記第１及び第２ダイノードユニットは、前記第２ダイノードが前記ホトカソードと前記アノードとの間に位置するとともに前記第１ダイノードが前記第２ダイノードと前記アノードとの間に位置するよう、前記ホトカソードから前記アノードに向かって順に積層されている光電子増倍管。
【請求項２】
内部が所定の真空度まで減圧された密封容器と、
前記密封容器内に収納され、所定波長の光に応答して光電子を該密封容器内に放出するホトカソードと、
前記密封容器内に収納され、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電子増倍部であって、それぞれが同電位に設定される１又はそれ以上のダイノードを有する複数段のダイノードユニットを含む電子増倍部と、
前記ホトカソードとともに前記電子増倍部を挟むように前記密封容器内に配置され、前記電子増倍部から放出された二次電子を捕獲するアノードと、
前記複数段のダイノードユニットそれぞれを所定電位に設定するための複数のダイノードピンであって、それぞれ一端が対応するダイノードユニットに電気的に接続された状態で固定された複数のダイノードピンと、そして、
前記ホトカソード側から前記電子増倍部を見たとき、前記複数段のダイノードユニットを構成する全ダイノードを包含する最小視野領域で規定される、前記電子増倍部における有効領域内において、前記複数のダイノードピンを保持する構造とを備えた光電子増倍管。
【請求項３】
内部が所定の真空度まで減圧された密封容器と、
前記密封容器内に収納され、所定波長の光に応答して光電子を該密封容器内に放出するホトカソードと、
前記密封容器内に収納され、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電子増倍部であって、前記ホトカソードに直交する方向に沿って該ホトカソード側から順に絶縁スペーサを介して積層されたＮ（≧２）段のダイノードユニットを含む電子増倍部と、
前記ホトカソードとともに前記電子増倍部を挟むように前記密封容器内に配置され、前記電子増倍部から放出された二次電子を捕獲するアノードと、そして、
前記複数段のダイノードユニットそれぞれを所定電位に設定するための複数のダイノードピンであって、それぞれ一端が対応するダイノードユニットに電気的に接続された状態で固定された複数のダイノードピンとを備えた光電子増倍管であって、
少なくとも、前記ホトカソードから前記アノードに向かって第ｎ（２≦ｎ≦Ｎ）段目のダイノードユニットは、それぞれ同電位に設定された複数のダイノードと、これら複数のダイノードの間隔を一定に保持するための支持フレームと、前記複数のダイノードピンのうち対応するダイノードピンを含み、
前記第ｎ段目のダイノードユニットにおける前記支持フレームは、前記複数のダイノード全てを挟むように配置された一対の支持部と、これら一対の支持部に両端が固定されるとともに同電位に設定される前記複数のダイノードのうち少なくとも２つのダイノードに挟まれるよう配置された連結部であって、対応するダイノードピンの一端が固定される構造が設けられた連結部を備えている光電子増倍管。
【請求項４】
前記複数段のダイノードユニットそれぞれは、それぞれが同電位に設定される複数のダイノードを含み、これら同電位に設定される複数のダイノードは、少なくとも２つのダイノードによって対応するダイノードピンの固定された一端を挟むように配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の光電子増倍管。
【請求項５】
前記電子増倍部は、前記ホトカソードから前記アノードに向かって絶縁スペーサを介して積層されたＮ（≧２）段のダイノードユニットを含み、
前記ホトカソードから前記アノードに向かって第ｎ（２≦ｎ≦Ｎ）段目のダイノードユニットは、それぞれ同電位に設定された複数のダイノードと、これら複数のダイノードの間隔を一定に保持するための支持フレームであって、その一部が前記複数のダイノードのうち少なくとも２つのダイノードの間に位置するとともに第（ｎ−１）段目のダイノードユニットに対応するダイノードピンを電気的に接触することなく貫通させるための貫通孔を有する支持フレームを有することを特徴とする請求項１又は２記載の光電子増倍管。
【請求項６】
前記第ｎ段目のダイノードユニットと第（ｎ＋１）段目のダイノードユニットとの間に位置する前記絶縁スペーサの一部は、前記第（ｎ−１）段目のダイノードユニットに対応するダイノードピンを保持する貫通孔を有し、該絶縁体スペーサの貫通孔は、その中心が前記第ｎ段目のダイノードユニットにおける前記支持フレームの一部に設けられた貫通孔の中心と一致するよう配置されていることを特徴とする請求項３又は５記載の光電子増倍管。
【請求項７】
前記第ｎ段目のダイノードユニットと第（ｎ＋１）段目のダイノードユニットとの間に位置する前記絶縁スペーサは、前記第ｎ段目のダイノードユニットに対応したダイノードピンの、前記ホトカソードから前記アノードへ向かう方向に沿った位置を規定するための構造を有することを特徴とする請求項３又は５記載の光電子増倍管。
【請求項８】
前記第ｎ段目のダイノードユニットにおける前記支持フレームの連結部は、第（ｎ−１）段目のダイノードユニットに対応するダイノードピンを電気的に接触することなく貫通させるための貫通孔を有す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９】
前記第ｎ段目のダイノードユニットに対応するダイノードピンは、前記第ｎ段目のダイノードユニットと第（ｎ＋１）段目のダイノードユニットの間に位置する前記絶縁スペーサを、該第ｎ段目のダイノードユニットの一部として、該第ｎ段目のダイノードユニットの支持フレームに固定するための構造を有することを特徴とする請求項３又は５記載の光電子増倍管。
【請求項１０】
前記第ｎ段目のダイノードユニットにおける前記支持フレームは、前記複数のダイノード全てを挟むように配置された一対の支持部と、これら一対の支持部に両端が固定されるとともに同電位に設定される前記複数のダイノードのうち少なくとも２つのダイノードに挟まれるよう配置された連結部であって、対応するダイノードピンの一端が固定される構造が設けられた連結部を備えたことを特徴とする請求項５記載の光電子増倍管。
【請求項１１】
前記第ｎ段目のダイノードユニットと前記第（ｎ＋１）段目のダイノードユニットの間に位置する前記絶縁スペーサは、前記第ｎ段目のダイノードユニットにおける前記支持フレームの前記一対の支持部に対応した一対の支持部と、前記第ｎ段目のダイノードユニットにおける前記支持フレームの前記連結部に対応した連結部を有し、そして、
前記絶縁スペーサの連結部は、前記第（ｎ−１）段目のダイノードユニットに対応するダイノードピンを保持する貫通孔を有し、該絶縁体スペーサの貫通孔は、その中心が前記第ｎ段目のダイノードユニットにおける前記支持フレームの前記連結部に設けられた貫通孔の中心と一致するよう配置されていることを特徴とする請求項３又は１０記載の光電子増倍管。
【請求項１２】
前記第ｎ段目のダイノードユニットと前記第（ｎ＋１）段目のダイノードユニットの間に位置する前記絶縁スペーサは、それぞれが同一形状を有するとともに、前記ホトカソードから前記アノードに向かう方向に沿って直接接触した状態で積層された複数のスペーサ要素を備えたことを特徴とする請求項１１記載の光電子増倍管。
【請求項１３】
前記第ｎ段目のダイノードユニットと第（ｎ＋１）段目のダイノードユニットの間に位置する前記絶縁スペーサは、前記第ｎ段目のダイノードユニットにおけるダイノードそれぞれによって挟まれた空間を塞ぐよう配置された複数の遮光部を有し、
前記複数の遮光部それぞれには、アルカリ金属蒸気を通過させるための複数のスリットが設けられていることを特徴とする請求項３又は５記載の光電子増倍管。
【請求項１】
内部が所定の真空度まで減圧された密封容器と、
前記密封容器内に収納され、所定波長の光に応答して光電子を該密封容器内に放出するホトカソードと、
前記密封容器内に収納され、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電子増倍部であって、それぞれが同電位に設定される１又はそれ以上のダイノードを有する複数段のダイノードユニットを含む電子増倍部と、
前記ホトカソードとともに前記電子増倍部を挟むように前記密封容器内に配置され、前記電子増倍部から放出された二次電子を捕獲するアノードと、そして、
前記複数段のダイノードユニットそれぞれを所定電位に設定するための複数のダイノードピンであって、それぞれ一端が対応するダイノードユニットに電気的に接続された状態で固定された複数のダイノードピンとを備えた光電子増倍部であって、
前記電子増倍管は、少なくとも、前記ホトカソードから放出された光電子の入射に応答して二次電子を放出する第１ダイノードを有する第１ダイノードユニットと、前記第１ダイノードから放出された二次電子の入射に応答して二次電子を放出する第２ダイノードを有する第２ダイノードユニットを含み、そして、
前記第１及び第２ダイノードユニットは、前記第２ダイノードが前記ホトカソードと前記アノードとの間に位置するとともに前記第１ダイノードが前記第２ダイノードと前記アノードとの間に位置するよう、前記ホトカソードから前記アノードに向かって順に積層されている光電子増倍管。
【請求項２】
内部が所定の真空度まで減圧された密封容器と、
前記密封容器内に収納され、所定波長の光に応答して光電子を該密封容器内に放出するホトカソードと、
前記密封容器内に収納され、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電子増倍部であって、それぞれが同電位に設定される１又はそれ以上のダイノードを有する複数段のダイノードユニットを含む電子増倍部と、
前記ホトカソードとともに前記電子増倍部を挟むように前記密封容器内に配置され、前記電子増倍部から放出された二次電子を捕獲するアノードと、
前記複数段のダイノードユニットそれぞれを所定電位に設定するための複数のダイノードピンであって、それぞれ一端が対応するダイノードユニットに電気的に接続された状態で固定された複数のダイノードピンと、そして、
前記ホトカソード側から前記電子増倍部を見たとき、前記複数段のダイノードユニットを構成する全ダイノードを包含する最小視野領域で規定される、前記電子増倍部における有効領域内において、前記複数のダイノードピンを保持する構造とを備えた光電子増倍管。
【請求項３】
内部が所定の真空度まで減圧された密封容器と、
前記密封容器内に収納され、所定波長の光に応答して光電子を該密封容器内に放出するホトカソードと、
前記密封容器内に収納され、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電子増倍部であって、前記ホトカソードに直交する方向に沿って該ホトカソード側から順に絶縁スペーサを介して積層されたＮ（≧２）段のダイノードユニットを含む電子増倍部と、
前記ホトカソードとともに前記電子増倍部を挟むように前記密封容器内に配置され、前記電子増倍部から放出された二次電子を捕獲するアノードと、そして、
前記複数段のダイノードユニットそれぞれを所定電位に設定するための複数のダイノードピンであって、それぞれ一端が対応するダイノードユニットに電気的に接続された状態で固定された複数のダイノードピンとを備えた光電子増倍管であって、
少なくとも、前記ホトカソードから前記アノードに向かって第ｎ（２≦ｎ≦Ｎ）段目のダイノードユニットは、それぞれ同電位に設定された複数のダイノードと、これら複数のダイノードの間隔を一定に保持するための支持フレームと、前記複数のダイノードピンのうち対応するダイノードピンを含み、
前記第ｎ段目のダイノードユニットにおける前記支持フレームは、前記複数のダイノード全てを挟むように配置された一対の支持部と、これら一対の支持部に両端が固定されるとともに同電位に設定される前記複数のダイノードのうち少なくとも２つのダイノードに挟まれるよう配置された連結部であって、対応するダイノードピンの一端が固定される構造が設けられた連結部を備えている光電子増倍管。
【請求項４】
前記複数段のダイノードユニットそれぞれは、それぞれが同電位に設定される複数のダイノードを含み、これら同電位に設定される複数のダイノードは、少なくとも２つのダイノードによって対応するダイノードピンの固定された一端を挟むように配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の光電子増倍管。
【請求項５】
前記電子増倍部は、前記ホトカソードから前記アノードに向かって絶縁スペーサを介して積層されたＮ（≧２）段のダイノードユニットを含み、
前記ホトカソードから前記アノードに向かって第ｎ（２≦ｎ≦Ｎ）段目のダイノードユニットは、それぞれ同電位に設定された複数のダイノードと、これら複数のダイノードの間隔を一定に保持するための支持フレームであって、その一部が前記複数のダイノードのうち少なくとも２つのダイノードの間に位置するとともに第（ｎ−１）段目のダイノードユニットに対応するダイノードピンを電気的に接触することなく貫通させるための貫通孔を有する支持フレームを有することを特徴とする請求項１又は２記載の光電子増倍管。
【請求項６】
前記第ｎ段目のダイノードユニットと第（ｎ＋１）段目のダイノードユニットとの間に位置する前記絶縁スペーサの一部は、前記第（ｎ−１）段目のダイノードユニットに対応するダイノードピンを保持する貫通孔を有し、該絶縁体スペーサの貫通孔は、その中心が前記第ｎ段目のダイノードユニットにおける前記支持フレームの一部に設けられた貫通孔の中心と一致するよう配置されていることを特徴とする請求項３又は５記載の光電子増倍管。
【請求項７】
前記第ｎ段目のダイノードユニットと第（ｎ＋１）段目のダイノードユニットとの間に位置する前記絶縁スペーサは、前記第ｎ段目のダイノードユニットに対応したダイノードピンの、前記ホトカソードから前記アノードへ向かう方向に沿った位置を規定するための構造を有することを特徴とする請求項３又は５記載の光電子増倍管。
【請求項８】
前記第ｎ段目のダイノードユニットにおける前記支持フレームの連結部は、第（ｎ−１）段目のダイノードユニットに対応するダイノードピンを電気的に接触することなく貫通させるための貫通孔を有す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９】
前記第ｎ段目のダイノードユニットに対応するダイノードピンは、前記第ｎ段目のダイノードユニットと第（ｎ＋１）段目のダイノードユニットの間に位置する前記絶縁スペーサを、該第ｎ段目のダイノードユニットの一部として、該第ｎ段目のダイノードユニットの支持フレームに固定するための構造を有することを特徴とする請求項３又は５記載の光電子増倍管。
【請求項１０】
前記第ｎ段目のダイノードユニットにおける前記支持フレームは、前記複数のダイノード全てを挟むように配置された一対の支持部と、これら一対の支持部に両端が固定されるとともに同電位に設定される前記複数のダイノードのうち少なくとも２つのダイノードに挟まれるよう配置された連結部であって、対応するダイノードピンの一端が固定される構造が設けられた連結部を備えたことを特徴とする請求項５記載の光電子増倍管。
【請求項１１】
前記第ｎ段目のダイノードユニットと前記第（ｎ＋１）段目のダイノードユニットの間に位置する前記絶縁スペーサは、前記第ｎ段目のダイノードユニットにおける前記支持フレームの前記一対の支持部に対応した一対の支持部と、前記第ｎ段目のダイノードユニットにおける前記支持フレームの前記連結部に対応した連結部を有し、そして、
前記絶縁スペーサの連結部は、前記第（ｎ−１）段目のダイノードユニットに対応するダイノードピンを保持する貫通孔を有し、該絶縁体スペーサの貫通孔は、その中心が前記第ｎ段目のダイノードユニットにおける前記支持フレームの前記連結部に設けられた貫通孔の中心と一致するよう配置されていることを特徴とする請求項３又は１０記載の光電子増倍管。
【請求項１２】
前記第ｎ段目のダイノードユニットと前記第（ｎ＋１）段目のダイノードユニットの間に位置する前記絶縁スペーサは、それぞれが同一形状を有するとともに、前記ホトカソードから前記アノードに向かう方向に沿って直接接触した状態で積層された複数のスペーサ要素を備えたことを特徴とする請求項１１記載の光電子増倍管。
【請求項１３】
前記第ｎ段目のダイノードユニットと第（ｎ＋１）段目のダイノードユニットの間に位置する前記絶縁スペーサは、前記第ｎ段目のダイノードユニットにおけるダイノードそれぞれによって挟まれた空間を塞ぐよう配置された複数の遮光部を有し、
前記複数の遮光部それぞれには、アルカリ金属蒸気を通過させるための複数のスリットが設けられていることを特徴とする請求項３又は５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１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【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１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２００９−２０００４４（Ｐ２００９−２０００４４Ａ）
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９７９１（Ｐ２００９−２９７９１）
【出願日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
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