光電子増倍管
【課題】小型化された場合でも前段のダイノードから後段のダイノードへの電子の導入効率を向上させること。
【解決手段】光電子増倍管１は、筐体５の内面４０ａ上の電子増倍方向に沿って配列された複数段のダイノード３３ａ〜３３ｌを有する電子増倍部３３と、筐体５内に電子増倍部３３から離間して設けられた光電面４１及び陽極部３４とを備え、ダイノード３３ｃ〜３３ｅは、それぞれ、二次電子放出面５３ｃ〜５３ｅが形成された複数の柱状部５１ｃ〜５１ｅを有し、隣接する柱状部間に電子増倍チャネルＣを形成し、後段側の柱状部５１ｅにおける前段側の柱状部５１ｄに対する対向面５４ｅは、柱状部５１ｄの二次電子放出面５３ｄの他端側の端部に対して対向する部位５５ｅを基準にして、対向面５４ｅの内面４０ａに沿った方向の両端部５６ｅ，５７ｅが一端側に突出するように形成されている。
【解決手段】光電子増倍管１は、筐体５の内面４０ａ上の電子増倍方向に沿って配列された複数段のダイノード３３ａ〜３３ｌを有する電子増倍部３３と、筐体５内に電子増倍部３３から離間して設けられた光電面４１及び陽極部３４とを備え、ダイノード３３ｃ〜３３ｅは、それぞれ、二次電子放出面５３ｃ〜５３ｅが形成された複数の柱状部５１ｃ〜５１ｅを有し、隣接する柱状部間に電子増倍チャネルＣを形成し、後段側の柱状部５１ｅにおける前段側の柱状部５１ｄに対する対向面５４ｅは、柱状部５１ｄの二次電子放出面５３ｄの他端側の端部に対して対向する部位５５ｅを基準にして、対向面５４ｅの内面４０ａに沿った方向の両端部５６ｅ，５７ｅが一端側に突出するように形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部からの入射光を検出する光電子増倍管に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、微細加工技術を利用した小型の光電子増倍管の開発が進められている。例えば、透光性の絶縁基板上に光電面、ダイノード、及びアノードが配置された平面型の光電子増倍管が知られている（下記特許文献１参照）。このような構造によって、微弱光の検出が高い信頼度で実現されるとともに、装置の小型化も図られている。また、光電子増倍管において、複数段に積層されて構成されたダイノード間で電子の収集効率を向上させるために、各ダイノードに上段側のダイノードの貫通孔に向けて突出した加速電極部が設けられた構造が知られている（下記特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５，２６４，６９３号明細書
【特許文献２】特開平８−１７３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述したような従来の光電子増倍管では、小型化された場合に光電面や電子増倍部も小さくなることから、検出される信号量が小さくなってしまう傾向にある。そのため、電子増倍部においてより高い電子増倍効率を得ることが求められている。
【０００５】
そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、小型化された場合でも前段のダイノードから後段のダイノードへの電子の導入効率を向上させることでより高い電子増倍効率を得ることが可能な光電子増倍管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の光電子増倍管は、少なくとも内面が絶縁材料によって形成されている基板を有する外囲器と、外囲器の内面上の一端側から他端側に向けた一方向に沿って、順に離間して配列されたＮ段（Ｎは２以上の整数）のダイノードを有する電子増倍部と、外囲器内の一端側に電子増倍部から離間して設けられ、外部からの入射光を光電子に変換して、光電子を放出する光電面と、外囲器内の他端側に電子増倍部から離間して設けられ、電子増倍部によって増倍された電子を信号として取り出す陽極部とを備え、Ｎ段のダイノードは、それぞれ、内面上に配置され、二次電子放出面が形成された複数の柱状部を有し、複数の柱状部のうちの隣接する柱状部間に二次電子放出面を備えた電子増倍路を形成し、第Ｍ＋１段目（Ｍは１以上Ｎ未満の整数）のダイノードの柱状部における第Ｍ段目のダイノードの柱状部に対する対向面は、Ｍ段目のダイノードの柱状部の二次電子放出面の他端側の端部に対して対向する部位を基準にして、対向面の内面に沿った方向の両方の端部が一端側に突出するように形成されていることを特徴とする。
【０００７】
このような光電子増倍管によれば、入射光が光電面に入射することによって光電子に変換され、この光電子が、外囲器内の内面上の複数段のダイノードによって形成された電子増倍路に入射することによって増倍され、増倍された電子が電気信号として陽極部から取り出される。ここで、各ダイノードは、電子増倍路に接する二次電子放出面が形成された複数の柱状部を有し、後段側のダイノードの柱状部の前段側の対向面は、前段側のダイノードの二次電子放出面の後段側端部に対して対向する部位を中心にして、基板の内面に沿った両方の端部が突出しているので、前段側のダイノードの電子増倍路内の二次電子放出面近傍の電位を高くすることができ、前段側のダイノードから後段側のダイノードへ増倍電子を効率よく導くことができる。その結果、高い電子増倍効率を得ることができる。
【０００８】
第Ｍ段目のダイノードの柱状部における第Ｍ＋１段目のダイノードの柱状部に対する対向面は、第Ｍ＋１段目のダイノードの端部に対向する部位が、一端側に窪むように形成されている、ことが好適である。この場合、後段側のダイノードの前段側の対向面によって押し出された電界が前段側のダイノードに引き込まれやすくなり、電子増倍路内の電位が上昇して電子増倍効率をより高くすることができる。
【０００９】
また、Ｎ段のダイノードは、それぞれ、複数の柱状部の内面側の端部に形成され、複数の柱状部を電気的に接続する基台部を有し、第Ｍ段目のダイノードの基台部は、第Ｍ＋１段目のダイノードの柱状部の端部に対応した部位において一端側に窪むように形成されている、ことも好適である。かかる構成を採れば、隣接する段のダイノード間の耐電圧特性を向上することができるので、ダイノード同士をより近接させることができる。その結果、前段側のダイノードから後段側のダイノードへ増倍電子を効率よく導くことができるため、電子増倍効率をより一層高くすることができる。
【００１０】
また、前記陽極部は、前記Ｎ段目のダイノードの前記電子増倍路と対向するように、他端側に向かって窪むように形成されている電子捕集部を有する、ことも好適である。かかる電子捕集部を有することで、Ｎ段目のダイノードからの増倍電子を効率よく捕集することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、小型化された場合でも前段のダイノードから後段のダイノードへの電子の導入効率を向上させることでより高い電子増倍効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の好適な一実施形態に係る光電子増倍管の斜視図である。
【図２】図１の光電子増倍管の分解斜視図である。
【図３】図１の側壁フレームの平面図である。
【図４】図１の側壁フレーム及び下側フレームの要部を示す一部破断斜視図である。
【図５】図３の電子増倍部の一部を拡大して示す平面図である。
【図６】（ａ）は、図１の上側フレームを裏面側から見た底面図、（ｂ）は、図１の側壁フレームの平面図である。
【図７】図６の上側フレームと側壁フレームとの接続状態を示す斜視図である。
【図８】図５の電子増倍部によって生成される電位分布を示す図である。
【図９】本発明の変形例に係る光電子増倍管の分解斜視図である。
【図１０】本発明の変形例に係る光電子増倍管の分解斜視図である。
【図１１】本発明の比較例の電子増倍部における電位分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る光電子増倍管の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
図１は、本発明の好適な一実施形態に係る光電子増倍管１の斜視図、図２は、図１の光電子増倍管１の分解斜視図である。
【００１５】
図１に示す光電子増倍管１は、透過型の光電面を有する光電子増倍管であって、上側フレーム２と、側壁フレーム３と、上側フレーム２に対して側壁フレーム３を挟んで対向する下側フレーム（基板）４により構成された外囲器である筐体５を備える。この光電子増倍管１は、光電面への光の入射方向と、電子増倍部での電子の増倍方向が交差する、つまり図１の矢印Ａで示された方向から光が入射されると、光電面から放出された光電子が電子増倍部に入射し、矢印Ｂで示された方向に二次電子をカスケード増幅し、陽極部から信号を取り出す電子管である。
【００１６】
なお、以下の説明においては、電子増倍方向に沿って、電子増倍路（電子増倍チャネル）の上流側（光電面側）を“一端側”とし、下流側（陽極部側）を“他端側”とする。引き続いて、光電子増倍管１の各構成要素について詳細に説明する。
【００１７】
図２に示すように、上側フレーム２は、矩形平板状の絶縁性のセラミックスを主材料とする配線基板２０を基材として構成されている。このような配線基板としては、微細な配線設計が可能で、かつ表裏の配線パターンを自由に設計できるＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics：低温同時焼成セラミックス）等の多層配線基板が用いられる。配線基板２０には、その主面２０ｂ上に、側壁フレーム３、後述する光電面４１、集束電極３１、壁状電極３２、電子増倍部３３、及び陽極部３４と電気的に接続されて外部からの給電や信号の取り出しを行う複数の導電性端子２０１Ａ〜Ｄが設けられている。導電性端子２０１Ａは側壁フレーム３の給電用として、導電性端子２０１Ｂは、光電面４１、集束電極３１、及び壁状電極３２の給電用として、導電性端子２０１Ｃは、電子増倍部３３の給電用として、導電性端子２０１Ｄは、陽極部３４の給電及び信号取り出し用として、それぞれ設けられている。これらの導電性端子２０１Ａ〜Ｄは、配線基板２０の内部で主面２０ｂに対して対向する絶縁性の対向面２０ａ上の導電膜や導電性端子（詳細は後述する。）と相互に接続され、これらの導電膜、導電性端子と側壁フレーム３、光電面４１、集束電極３１、壁状電極３２、電子増倍部３３、及び陽極部３４とが接続される。また、上側フレーム２は、導電性端子２０１を設けた多層配線基板に限らず、外部からの給電や信号の取り出しを行う導電性端子が貫通して設けられた、ガラス基板等の絶縁材料からなる板状部材でもよい。
【００１８】
側壁フレーム３は、矩形平板状のシリコン基板３０を基材として構成されている。シリコン基板３０の主面３０ａからそれに対向する面３０ｂに向かって、枠状の側壁部３０２に囲まれた貫通部３０１が形成されている。この貫通部３０１はその開口が矩形であって、その外周はシリコン基板３０の外周に沿うように形成されている。
【００１９】
この貫通部３０１内には、一端側から他端側に向かって、壁状電極３２、集束電極３１、電子増倍部３３、及び陽極部３４が配置されている。これらの壁状電極３２、集束電極３１、電子増倍部３３、及び陽極部３４は、シリコン基板３０をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）加工等によって加工することにより形成され、シリコンを主要材料としている。
【００２０】
壁状電極３２は、後述するガラス基板４０の対向面４０ａと正対する方向（対向面４０ａに対する略垂直方向、図１の矢印Ａで示す方向に対して反対向きの方向）から見て、後述する光電面４１を取り囲むように形成された枠状の電極である。また、集束電極３１は、光電面４１から放出された光電子を集束して電子増倍部３３へと導くための電極であり、光電面４１と電子増倍部３３との間に設けられている。
【００２１】
電子増倍部３３は、光電面４１から陽極部３４に向う電子増倍方向（図１の矢印Ｂで示された方向、以下同じ。）に沿って異なる電位に設定されるＮ段（Ｎは２以上の整数）のダイノード（電子増倍部）から構成されており、各段を跨って複数の電子増倍路（電子増倍チャネル）を有している。また、陽極部３４は光電面４１とともに電子増倍部３３を挟む位置に配置される。
【００２２】
これら壁状電極３２、集束電極３１、電子増倍部３３、及び陽極部３４は、それぞれ、下側フレーム４に陽極接合、拡散接合、さらには低融点金属（例えばインジウム）等の封止材を用いた接合等によって固定されており、これにより該下側フレーム４上に二次元的に配置される。
【００２３】
下側フレーム４は、矩形平板状のガラス基板４０を基材として構成されている。このガラス基板４０は、絶縁材料であるガラスによって配線基板２０の対向面２０ａに対向し、筐体５の内面である対向面４０ａを形成する。対向面４０ａ上における、側壁フレーム３の貫通部３０１に対向する部位（側壁部３０２との接合領域以外の部位）であって、陽極部３４側と反対側の端部には、透過型光電面である光電面４１が形成されている。また、対向面４０ａ上の電子増倍部３３及び陽極部３４が搭載される部位には、増倍電子の対向面４０ａへの入射を防止するための矩形状の窪み部４２が形成されている。
【００２４】
図３〜図５を参照して、光電子増倍管１の内部構造について詳細に説明する。図３は、図１の側壁フレーム３の平面図、図４は、図１の側壁フレーム３及び下側フレーム４の要部を示す一部破断斜視図、図５は、図３の電子増倍部３３を拡大して示す平面図である。
【００２５】
図３に示すように、貫通部３０１内の電子増倍部３３は、対向面４０ａ上の一端側から他端側に向けて（電子増倍方向である矢印Ｂの示す方向に向けて）、順に離間して配列された複数段のダイノード３３ａ〜３３ｌから構成されている。これらの複数段のダイノード３３ａ〜３３ｌは、矢印Ｂの示す方向に沿って、一端側の第１段目のダイノード３３ａから他端側の最終段（第Ｎ段目）のダイノード３３ｌにかけて連続するように設けられたＮ個の電子増倍孔から構成された電子増倍チャネルＣを複数並列に形成している。
【００２６】
また、光電面４１は、一端側の第１段目のダイノード３３ａから、集束電極３１を挟んだ対向面４０ａ上の一端側に離間して設けられている。この光電面４１は、ガラス基板４０の対向面４０ａ上に矩形状の透過型光電面として形成されている。外部から下側フレーム４であるガラス基板４０を透過した入射光が光電面４１に到達すると、この入射光に応じた光電子が放出され、その光電子は壁状電極３２及び集束電極３１によって第１段目のダイノード３３ａへと導かれる。
【００２７】
また、陽極部３４は、他端側の最終段のダイノード３３ｌから、対向面４０ａ上の他端側に離間して設けられている。この陽極部３４は、電子増倍部３３の電子増倍チャネルＣ内を矢印Ｂの示す方向に増倍してきた電子を、電気信号として外部に取り出すための電極である。さらに、陽極部３４には、最終段のダイノード３３ｌの電子増倍チャネルＣと対向するように、ダイノード３３ｌとの対向面から対向面４０ａの他端側に向かって窪むように形成されている電子捕集部７０を有している。電子捕集部７０は、ダイノード３３ｌの二次電子放出面と同じ側に、電子入射開口７１を狭めるような突起部７２を有している。
【００２８】
図４及び図５を参照して、電子増倍部３３の構造についてより詳細に説明すると、複数段のダイノード３３ａ〜３３ｄは、下側フレーム４の対向面４０ａ上に形成された窪み部４２の底部上に窪み部４２の底部から離間するように配置されている。ダイノード３３ａは、対向面４０ａに沿って電子増倍方向に対してほぼ垂直な方向に配列され、上側フレーム２の対向面２０ａに向かってほぼ垂直に延びる複数の柱状部５１ａと、その複数の柱状部５１ａの窪み部４２側の端部に連続的に形成され、窪み部４２の底部に沿って電子増倍方向に対してほぼ垂直な方向に延びる基台部５２ａから成る。この基台部５２ａは、複数の柱状部５１ａを互いに電気的に接続するとともに、複数の柱状部５１ａを窪み部４２の底部から離間して保持する役目を有する。ダイノード３３ｂ〜３３ｄに関しても、それぞれ複数の柱状部５１ｂ〜５１ｄ、及び基台部５２ｂ〜５２ｄに関して、ダイノード３３ａと同様の構造を有する。なお、本実施形態においては、ダイノード３３ａ〜３３ｄにおいて、複数の柱状部５１ａ〜５１ｄ、及び基台部５２ａ〜５２ｄはそれぞれ一体に形成されているが、柱状部と基台部を別体にしても良い。また、図示していないが、ダイノード３３ｅ〜３３ｌも同様の構造を有する。
【００２９】
これらの複数段のダイノード３３ａ〜３３ｄの複数の柱状部５１ａ〜５１ｄによって、光電子の入射に伴って二次電子をカスケード増幅する電子増倍チャネルが形成される。便宜上、ダイノード３３ｃ〜３３ｅにおける１つの電子増倍チャネルＣを抜き出してより詳しく説明する。すなわち、図５に示すように、それぞれのダイノード３３ｃ〜３３ｅの複数の柱状部５１ｃ〜５１ｅのうちの電子増倍方向に対して垂直な方向に隣接する柱状部間には、電子増倍チャネルＣが形成されており、この電子増倍チャネルＣは、複数段のダイノード３３ｃ〜３３ｅによって電子増倍方向に向けて蛇行するように形成される。また、それぞれの柱状部５１ｃ，５１ｄ，５１ｅの電子増倍チャネルＣに接する壁面のうち、電子入射開口６３ｃ，６３ｄ，６３ｅと対面するような略円弧形状からなる一方には、二次電子放出面５３ｃ，５３ｄ，５３ｅが形成されている。なお、この電子増倍チャネルＣは、全てのダイノード３３ａ〜３３ｌ間に電子増倍方向に垂直な方向に並んで複数設けられている。
【００３０】
ここで、後段側のダイノード３３ｅの柱状部５１ｅにおける前段側のダイノード３３ｄの柱状部５１ｄに対する対向面５４ｅは、以下のような形状を有している。具体的には、対向面５４ｅは、前段側のダイノード３３ｄの二次電子放出面５３ｄの電子増倍方向（他端）側の端部６４ｄに対して対向する部位５５ｅを基準にして、対向面４０ａに沿った方向の端部５６ｅ，５７ｅの両方が電子増倍方向に対して逆方向（一端側、矢印Ｂの方向と逆方向）に突出するような形状を成している。言い換えれば、この対向面５４ｅは、電子増倍方向に対して垂直な端部５６ｅ，５７ｅを通る平面Ｐ１を基準にして、対向面４０ａに沿った部位５５ｅを含む断面形状が電子増倍方向に窪んだ形状を有している。さらに、対向面５４ｅは、下側フレーム４の対向面４０ａに正対する方向から見た場合、端部５６ｅから部位５５ｅにかけて、および端部５７ｅから部位５５ｅにかけて、いずれも他端側に向かって窪むようななだらかな略円弧形状を有することで、全体として他端側に窪むようななだらかな略円弧形状を有している。また、前段側のダイノード３３ｄの柱状部５１ｄにおける後段側のダイノード３３ｅの柱状部５１ｅに対する対向面５４ｄは、柱状部５１ｅに対応した形状となっている。すなわち、対向面５４ｄは、対向面５４ｅの端部５７ｅに対して対向する部位５８ｄが電子増倍方向に対して逆方向（一端側）に窪むように形成されており、柱状部５１ｄの対向面５４ｄと柱状部５１ｅの対向面５４ｅとが対面する領域において、電子増倍方向における両面間の間隔がほぼ均一になっている。
【００３１】
また、基台部５２ｄ，５２ｅは、上記のような柱状部５１ｄ，５１ｅの形状に対応した形状を有している。具体的には、基台部５２ｅにおいて、柱状部５１ｅの両端部５６ｅ，５７ｅと対応する部位５９ｅ，６０ｅは、電子増倍方向に対して逆方向に突出するような形状を成している。また、基台部５２ｄにおいて、柱状部５１ｄの部位５８ｄと対応する部位６１ｄは、電子増倍方向に対して逆方向に窪むような形状を有している。また、基台部５２ｄにいて、基台部５２ｅの部位５９ｅに対向する部位６２ｄは、電子増倍方向に対して逆方向に窪むような形状を有している。つまり、基台部５２ｄ，５２ｅにおいても、電子増倍方向における両者間の間隔がほぼ均一になっている。
【００３２】
なお、複数段のダイノード３３ａ〜３３ｌは、隣接する第Ｍ段目及び第Ｍ＋１段目（１≦Ｍ＜１２）のダイノード間の対向面の形状が上述した形状と同様な形状を有している。また、最終段のダイノード３３ｌと陽極部３４との間のそれぞれの対向面においても上述した形状と同様な形状を有している。
【００３３】
次に、図６及び図７を参照して、光電子増倍管１の配線構造について説明する。図６において、（ａ）は、上側フレーム２を裏面２０ａ側から見た底面図、（ｂ）は、側壁フレーム３の平面図であり、図７は、上側フレーム２と側壁フレーム３との接続状態を示す斜視図である。
【００３４】
図６（ａ）に示すように、上側フレーム２の裏面２０ａには、導電性端子２０１Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄのそれぞれに上側フレーム２の内部で電気的に接続された複数の導電膜２０２と、導電性端子２０１Ａに上側フレーム２の内部で電気的に接続された導電性端子２０３が設けられている。また、図６（ｂ）に示すように、電子増倍部３３及び陽極部３４の端部には、導電膜２０２との接続用の給電部３６，３７がそれぞれ立設されており、壁状電極３２の隅部には、導電膜２０２との接続用の給電部３８が立設されている。また、集束電極３１は、壁状電極３２と下側フレーム４側で一体形成されることで壁状電極３２に対して電気的に接続されている。さらに、壁状電極３２には、下側フレーム４の対向面４０ａ側に矩形平板状の接続部３９が一体的に形成されており、この接続部３９と、対向面４０ａ上に光電面４１に電気的に接触して形成された導電膜（図示せず）とが接合されることで、壁状電極３２と光電面４１とが電気的に接続されている。
【００３５】
上記構成の上側フレーム２と側壁フレーム３とを接合すると、導電性端子２０３が側壁フレーム３の側壁部３０２に電気的に接続される。併せて、電子増倍部３３の給電部３６、陽極部３４の給電部３７，及び壁状電極３２の給電部３８が、それぞれ、金（Ａｕ）などからなる導電部材を介して対応する導電膜２０２に独立に接続される。このような接続構成により、側壁部３０２、電子増倍部３３、陽極部３４が、それぞれ、導電性端子２０１Ａ、２０１Ｃ，２０１Ｄに電気的に接続可能にされるとともに、壁状電極３２が、集束電極３１及び光電面４１とともに、導電性端子２０１Ｂに電気的に接続される（図７）。
【００３６】
以上説明した光電子増倍管１によれば、入射光が光電面４１に入射することによって光電子に変換され、この光電子が、筐体５内の内面４０ａ上の複数段のダイノード３３ａ〜３３ｌによって形成された電子増倍チャネルＣに入射することによって増倍され、増倍された電子が電気信号として陽極部３４から取り出される。ここで、各ダイノード３３ａ〜３３ｅは、電子増倍チャネルＣを構成する二次電子放出面が形成された複数の柱状部５１ａ〜５１ｅを有し、後段側のダイノード３３ｅの柱状部５１ｅの前段側の対向面５４ｅは、前段側の柱状部５１ｄの二次電子放出面５３ｄの後段側端部に対して対向する部位５５ｅを中心にして、下側フレーム４の内面４０ａに沿った両方の端部５６ｅ，５７ｅが突出しているので、前段側のダイノード３３ｄの電子増倍チャネルＣ内に後段側のダイノード３３ｅの電位を染みこませることにより二次電子放出面５３ｄ近傍の電位を高くすることができ、前段側のダイノード３３ｄから後段側のダイノード３３ｅへ増倍電子を効率よく導くことができる。また、前段側のダイノード３３ｄの後段側のダイノード３３ｅに対向する部分は、ダイノード３３ｅの端部５７ｅに対向する部位６１ｄが窪むように形成されているので、後段側のダイノード３３ｅの前段側の対向面５４ｅによって押し出された電界が、前段側のダイノード３３ｄに印加された電位によって妨げられることなくダイノード３３ｄ側に引き込まれやすくなり、電子増倍チャネルＣ内の電位が上昇して電子増倍効率をより高くすることができる。その結果、電子増倍部３３が小型化されても高い電子増倍効率を得ることができる。
【００３７】
さらに、前段側のダイノード３３ｄの基台部５２ｄは、後段側のダイノード３３ｅの柱状部５１ｅの端部５６ｅに対応した部位６２ｄにおいて一端側に窪むように形成されているので、隣接するダイノード３３ｄ，３３ｅの間の耐電圧特性を向上することができる。よって、ダイノード３３ｄ，３３ｅをより近接させることができ、その結果、前段側のダイノード３３ｄから後段側のダイノード３３ｅへ増倍電子を効率よく導くことができるため、電子増倍効率をより一層高くすることができる。また、隣接するダイノード３３ｄ，３３ｅにおいて、電子増倍方向における両者間の間隔がほぼ均一にすることができるので、耐電圧特性をより向上することができるとともに、ＲＩＥ加工等による加工時の形状のばらつきを無くして形状の再現性を向上させることができる。
【００３８】
さらに、陽極部３４には、最終段のダイノード３３ｌの電子増倍チャネルと対向するように、ダイノード３３ｌとの対向面から対向面４０ａの他端側に向かって窪むように形成されている電子捕集部７０を有しているので、最終段のダイノード３３ｌからの増倍電子を、窪むように形成された電子捕集部７０によって効率よく捕集することができる。さらに、電子捕集部７０は、ダイノード３３ｌの二次電子放出面と同じ側に、電子入射開口７１を狭めるような突起部７２を有しているので、電子捕集部７０内に導入された増倍電子を閉じ込めるような状態とすることで、より確実に増倍電子を検出信号として利用することができる。さらに、最終段のダイノード３３ｌと陽極部３４との間のそれぞれの対向面においても、上述した隣接するダイノード間の対向面と同様な形状を有しているので、最終段のダイノード３３ｌからの電子を効率よく陽極３４の電子捕集部７０に導くような電界を形成することができる。
【００３９】
図８は、本実施形態の電子増倍部３３における対向面４０ａに沿った方向から見た電位分布を示す図であり、図１１は、本発明の比較例である電子増倍部９３３における対向面４０ａに沿った方向から見た電位分布を示す図である。ここで、電子増倍部９３３は、ダイノード９３３ｃ〜９３３ｅの対向面のそれぞれが、電子増倍方向に対して垂直な平面に沿った平面形状を有していると仮定した。このように、電子増倍部３３によって生成される電位Ｅ１は、電子増倍部９３３による電位Ｅ２に比して、電子増倍チャネルＣ内に一端側に深くしみこんでおり、二次電子放出面近傍の電位が、電子が放出される電極の電位（ダイノード自体の電位）よりも高くなっていることがわかる。また、この場合の光電子増倍管１によって得られる出力ゲインは、比較例に対して４．４７倍であり、二次電子増倍率は平均で１３％程度高いという結果が得られた。
【００４０】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態の配線構造に関しても様々な変形態様を採ることができる。例えば、図９に示すように、導電性端子４０１を下側フレーム４Ｃに貫通して形成し、この導電性端子４０１を介して、光電面４１、壁状電極３２、集束電極３１、電子増倍部３３、及び陽極部３４に対して給電するような構成としてもよい。このような構成よって、上側フレーム２に形成された導電膜２０２（図６（ａ））と、各電極とを独立に給電することが可能になる。
【００４１】
また、図１０に示すように、導電性端子４０１を設けた下側フレーム４Ｃと、導電性端子２０１Ａ〜２０１Ｄを除いた上側フレーム２Ｃとを組み合わせてもよい。この場合、上側フレーム２Ｃとして、裏面側に複数の導電膜２０２が形成された絶縁性基板を用いる。このような組み合わせにおいて図６を参照して説明した配線構造を用いることで、下側フレーム４Ｃの導電性端子４０１から、壁状電極３２、電子増倍部３３、及び陽極部３４を介して、上側フレーム２Ｃの導電膜２０２に給電することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１…光電子増倍管、４，４Ｃ…下側フレーム（基板）、５…筐体、３３…電子増倍部、３３ａ〜３３ｌ…ダイノード、３４…陽極部、４０ａ…対向面（内面）、４１…光電面、５１ａ〜５１ｅ…柱状部、５２ａ〜５２ｄ…基台部、５３ｃ〜５３ｅ…二次電子放出面、７０…電子捕集部、Ｃ…電子増倍チャネル（電子増倍路）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部からの入射光を検出する光電子増倍管に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、微細加工技術を利用した小型の光電子増倍管の開発が進められている。例えば、透光性の絶縁基板上に光電面、ダイノード、及びアノードが配置された平面型の光電子増倍管が知られている（下記特許文献１参照）。このような構造によって、微弱光の検出が高い信頼度で実現されるとともに、装置の小型化も図られている。また、光電子増倍管において、複数段に積層されて構成されたダイノード間で電子の収集効率を向上させるために、各ダイノードに上段側のダイノードの貫通孔に向けて突出した加速電極部が設けられた構造が知られている（下記特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５，２６４，６９３号明細書
【特許文献２】特開平８−１７３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述したような従来の光電子増倍管では、小型化された場合に光電面や電子増倍部も小さくなることから、検出される信号量が小さくなってしまう傾向にある。そのため、電子増倍部においてより高い電子増倍効率を得ることが求められている。
【０００５】
そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、小型化された場合でも前段のダイノードから後段のダイノードへの電子の導入効率を向上させることでより高い電子増倍効率を得ることが可能な光電子増倍管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の光電子増倍管は、少なくとも内面が絶縁材料によって形成されている基板を有する外囲器と、外囲器の内面上の一端側から他端側に向けた一方向に沿って、順に離間して配列されたＮ段（Ｎは２以上の整数）のダイノードを有する電子増倍部と、外囲器内の一端側に電子増倍部から離間して設けられ、外部からの入射光を光電子に変換して、光電子を放出する光電面と、外囲器内の他端側に電子増倍部から離間して設けられ、電子増倍部によって増倍された電子を信号として取り出す陽極部とを備え、Ｎ段のダイノードは、それぞれ、内面上に配置され、二次電子放出面が形成された複数の柱状部を有し、複数の柱状部のうちの隣接する柱状部間に二次電子放出面を備えた電子増倍路を形成し、第Ｍ＋１段目（Ｍは１以上Ｎ未満の整数）のダイノードの柱状部における第Ｍ段目のダイノードの柱状部に対する対向面は、Ｍ段目のダイノードの柱状部の二次電子放出面の他端側の端部に対して対向する部位を基準にして、対向面の内面に沿った方向の両方の端部が一端側に突出するように形成されていることを特徴とする。
【０００７】
このような光電子増倍管によれば、入射光が光電面に入射することによって光電子に変換され、この光電子が、外囲器内の内面上の複数段のダイノードによって形成された電子増倍路に入射することによって増倍され、増倍された電子が電気信号として陽極部から取り出される。ここで、各ダイノードは、電子増倍路に接する二次電子放出面が形成された複数の柱状部を有し、後段側のダイノードの柱状部の前段側の対向面は、前段側のダイノードの二次電子放出面の後段側端部に対して対向する部位を中心にして、基板の内面に沿った両方の端部が突出しているので、前段側のダイノードの電子増倍路内の二次電子放出面近傍の電位を高くすることができ、前段側のダイノードから後段側のダイノードへ増倍電子を効率よく導くことができる。その結果、高い電子増倍効率を得ることができる。
【０００８】
第Ｍ段目のダイノードの柱状部における第Ｍ＋１段目のダイノードの柱状部に対する対向面は、第Ｍ＋１段目のダイノードの端部に対向する部位が、一端側に窪むように形成されている、ことが好適である。この場合、後段側のダイノードの前段側の対向面によって押し出された電界が前段側のダイノードに引き込まれやすくなり、電子増倍路内の電位が上昇して電子増倍効率をより高くすることができる。
【０００９】
また、Ｎ段のダイノードは、それぞれ、複数の柱状部の内面側の端部に形成され、複数の柱状部を電気的に接続する基台部を有し、第Ｍ段目のダイノードの基台部は、第Ｍ＋１段目のダイノードの柱状部の端部に対応した部位において一端側に窪むように形成されている、ことも好適である。かかる構成を採れば、隣接する段のダイノード間の耐電圧特性を向上することができるので、ダイノード同士をより近接させることができる。その結果、前段側のダイノードから後段側のダイノードへ増倍電子を効率よく導くことができるため、電子増倍効率をより一層高くすることができる。
【００１０】
また、前記陽極部は、前記Ｎ段目のダイノードの前記電子増倍路と対向するように、他端側に向かって窪むように形成されている電子捕集部を有する、ことも好適である。かかる電子捕集部を有することで、Ｎ段目のダイノードからの増倍電子を効率よく捕集することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、小型化された場合でも前段のダイノードから後段のダイノードへの電子の導入効率を向上させることでより高い電子増倍効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の好適な一実施形態に係る光電子増倍管の斜視図である。
【図２】図１の光電子増倍管の分解斜視図である。
【図３】図１の側壁フレームの平面図である。
【図４】図１の側壁フレーム及び下側フレームの要部を示す一部破断斜視図である。
【図５】図３の電子増倍部の一部を拡大して示す平面図である。
【図６】（ａ）は、図１の上側フレームを裏面側から見た底面図、（ｂ）は、図１の側壁フレームの平面図である。
【図７】図６の上側フレームと側壁フレームとの接続状態を示す斜視図である。
【図８】図５の電子増倍部によって生成される電位分布を示す図である。
【図９】本発明の変形例に係る光電子増倍管の分解斜視図である。
【図１０】本発明の変形例に係る光電子増倍管の分解斜視図である。
【図１１】本発明の比較例の電子増倍部における電位分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る光電子増倍管の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
図１は、本発明の好適な一実施形態に係る光電子増倍管１の斜視図、図２は、図１の光電子増倍管１の分解斜視図である。
【００１５】
図１に示す光電子増倍管１は、透過型の光電面を有する光電子増倍管であって、上側フレーム２と、側壁フレーム３と、上側フレーム２に対して側壁フレーム３を挟んで対向する下側フレーム（基板）４により構成された外囲器である筐体５を備える。この光電子増倍管１は、光電面への光の入射方向と、電子増倍部での電子の増倍方向が交差する、つまり図１の矢印Ａで示された方向から光が入射されると、光電面から放出された光電子が電子増倍部に入射し、矢印Ｂで示された方向に二次電子をカスケード増幅し、陽極部から信号を取り出す電子管である。
【００１６】
なお、以下の説明においては、電子増倍方向に沿って、電子増倍路（電子増倍チャネル）の上流側（光電面側）を“一端側”とし、下流側（陽極部側）を“他端側”とする。引き続いて、光電子増倍管１の各構成要素について詳細に説明する。
【００１７】
図２に示すように、上側フレーム２は、矩形平板状の絶縁性のセラミックスを主材料とする配線基板２０を基材として構成されている。このような配線基板としては、微細な配線設計が可能で、かつ表裏の配線パターンを自由に設計できるＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics：低温同時焼成セラミックス）等の多層配線基板が用いられる。配線基板２０には、その主面２０ｂ上に、側壁フレーム３、後述する光電面４１、集束電極３１、壁状電極３２、電子増倍部３３、及び陽極部３４と電気的に接続されて外部からの給電や信号の取り出しを行う複数の導電性端子２０１Ａ〜Ｄが設けられている。導電性端子２０１Ａは側壁フレーム３の給電用として、導電性端子２０１Ｂは、光電面４１、集束電極３１、及び壁状電極３２の給電用として、導電性端子２０１Ｃは、電子増倍部３３の給電用として、導電性端子２０１Ｄは、陽極部３４の給電及び信号取り出し用として、それぞれ設けられている。これらの導電性端子２０１Ａ〜Ｄは、配線基板２０の内部で主面２０ｂに対して対向する絶縁性の対向面２０ａ上の導電膜や導電性端子（詳細は後述する。）と相互に接続され、これらの導電膜、導電性端子と側壁フレーム３、光電面４１、集束電極３１、壁状電極３２、電子増倍部３３、及び陽極部３４とが接続される。また、上側フレーム２は、導電性端子２０１を設けた多層配線基板に限らず、外部からの給電や信号の取り出しを行う導電性端子が貫通して設けられた、ガラス基板等の絶縁材料からなる板状部材でもよい。
【００１８】
側壁フレーム３は、矩形平板状のシリコン基板３０を基材として構成されている。シリコン基板３０の主面３０ａからそれに対向する面３０ｂに向かって、枠状の側壁部３０２に囲まれた貫通部３０１が形成されている。この貫通部３０１はその開口が矩形であって、その外周はシリコン基板３０の外周に沿うように形成されている。
【００１９】
この貫通部３０１内には、一端側から他端側に向かって、壁状電極３２、集束電極３１、電子増倍部３３、及び陽極部３４が配置されている。これらの壁状電極３２、集束電極３１、電子増倍部３３、及び陽極部３４は、シリコン基板３０をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）加工等によって加工することにより形成され、シリコンを主要材料としている。
【００２０】
壁状電極３２は、後述するガラス基板４０の対向面４０ａと正対する方向（対向面４０ａに対する略垂直方向、図１の矢印Ａで示す方向に対して反対向きの方向）から見て、後述する光電面４１を取り囲むように形成された枠状の電極である。また、集束電極３１は、光電面４１から放出された光電子を集束して電子増倍部３３へと導くための電極であり、光電面４１と電子増倍部３３との間に設けられている。
【００２１】
電子増倍部３３は、光電面４１から陽極部３４に向う電子増倍方向（図１の矢印Ｂで示された方向、以下同じ。）に沿って異なる電位に設定されるＮ段（Ｎは２以上の整数）のダイノード（電子増倍部）から構成されており、各段を跨って複数の電子増倍路（電子増倍チャネル）を有している。また、陽極部３４は光電面４１とともに電子増倍部３３を挟む位置に配置される。
【００２２】
これら壁状電極３２、集束電極３１、電子増倍部３３、及び陽極部３４は、それぞれ、下側フレーム４に陽極接合、拡散接合、さらには低融点金属（例えばインジウム）等の封止材を用いた接合等によって固定されており、これにより該下側フレーム４上に二次元的に配置される。
【００２３】
下側フレーム４は、矩形平板状のガラス基板４０を基材として構成されている。このガラス基板４０は、絶縁材料であるガラスによって配線基板２０の対向面２０ａに対向し、筐体５の内面である対向面４０ａを形成する。対向面４０ａ上における、側壁フレーム３の貫通部３０１に対向する部位（側壁部３０２との接合領域以外の部位）であって、陽極部３４側と反対側の端部には、透過型光電面である光電面４１が形成されている。また、対向面４０ａ上の電子増倍部３３及び陽極部３４が搭載される部位には、増倍電子の対向面４０ａへの入射を防止するための矩形状の窪み部４２が形成されている。
【００２４】
図３〜図５を参照して、光電子増倍管１の内部構造について詳細に説明する。図３は、図１の側壁フレーム３の平面図、図４は、図１の側壁フレーム３及び下側フレーム４の要部を示す一部破断斜視図、図５は、図３の電子増倍部３３を拡大して示す平面図である。
【００２５】
図３に示すように、貫通部３０１内の電子増倍部３３は、対向面４０ａ上の一端側から他端側に向けて（電子増倍方向である矢印Ｂの示す方向に向けて）、順に離間して配列された複数段のダイノード３３ａ〜３３ｌから構成されている。これらの複数段のダイノード３３ａ〜３３ｌは、矢印Ｂの示す方向に沿って、一端側の第１段目のダイノード３３ａから他端側の最終段（第Ｎ段目）のダイノード３３ｌにかけて連続するように設けられたＮ個の電子増倍孔から構成された電子増倍チャネルＣを複数並列に形成している。
【００２６】
また、光電面４１は、一端側の第１段目のダイノード３３ａから、集束電極３１を挟んだ対向面４０ａ上の一端側に離間して設けられている。この光電面４１は、ガラス基板４０の対向面４０ａ上に矩形状の透過型光電面として形成されている。外部から下側フレーム４であるガラス基板４０を透過した入射光が光電面４１に到達すると、この入射光に応じた光電子が放出され、その光電子は壁状電極３２及び集束電極３１によって第１段目のダイノード３３ａへと導かれる。
【００２７】
また、陽極部３４は、他端側の最終段のダイノード３３ｌから、対向面４０ａ上の他端側に離間して設けられている。この陽極部３４は、電子増倍部３３の電子増倍チャネルＣ内を矢印Ｂの示す方向に増倍してきた電子を、電気信号として外部に取り出すための電極である。さらに、陽極部３４には、最終段のダイノード３３ｌの電子増倍チャネルＣと対向するように、ダイノード３３ｌとの対向面から対向面４０ａの他端側に向かって窪むように形成されている電子捕集部７０を有している。電子捕集部７０は、ダイノード３３ｌの二次電子放出面と同じ側に、電子入射開口７１を狭めるような突起部７２を有している。
【００２８】
図４及び図５を参照して、電子増倍部３３の構造についてより詳細に説明すると、複数段のダイノード３３ａ〜３３ｄは、下側フレーム４の対向面４０ａ上に形成された窪み部４２の底部上に窪み部４２の底部から離間するように配置されている。ダイノード３３ａは、対向面４０ａに沿って電子増倍方向に対してほぼ垂直な方向に配列され、上側フレーム２の対向面２０ａに向かってほぼ垂直に延びる複数の柱状部５１ａと、その複数の柱状部５１ａの窪み部４２側の端部に連続的に形成され、窪み部４２の底部に沿って電子増倍方向に対してほぼ垂直な方向に延びる基台部５２ａから成る。この基台部５２ａは、複数の柱状部５１ａを互いに電気的に接続するとともに、複数の柱状部５１ａを窪み部４２の底部から離間して保持する役目を有する。ダイノード３３ｂ〜３３ｄに関しても、それぞれ複数の柱状部５１ｂ〜５１ｄ、及び基台部５２ｂ〜５２ｄに関して、ダイノード３３ａと同様の構造を有する。なお、本実施形態においては、ダイノード３３ａ〜３３ｄにおいて、複数の柱状部５１ａ〜５１ｄ、及び基台部５２ａ〜５２ｄはそれぞれ一体に形成されているが、柱状部と基台部を別体にしても良い。また、図示していないが、ダイノード３３ｅ〜３３ｌも同様の構造を有する。
【００２９】
これらの複数段のダイノード３３ａ〜３３ｄの複数の柱状部５１ａ〜５１ｄによって、光電子の入射に伴って二次電子をカスケード増幅する電子増倍チャネルが形成される。便宜上、ダイノード３３ｃ〜３３ｅにおける１つの電子増倍チャネルＣを抜き出してより詳しく説明する。すなわち、図５に示すように、それぞれのダイノード３３ｃ〜３３ｅの複数の柱状部５１ｃ〜５１ｅのうちの電子増倍方向に対して垂直な方向に隣接する柱状部間には、電子増倍チャネルＣが形成されており、この電子増倍チャネルＣは、複数段のダイノード３３ｃ〜３３ｅによって電子増倍方向に向けて蛇行するように形成される。また、それぞれの柱状部５１ｃ，５１ｄ，５１ｅの電子増倍チャネルＣに接する壁面のうち、電子入射開口６３ｃ，６３ｄ，６３ｅと対面するような略円弧形状からなる一方には、二次電子放出面５３ｃ，５３ｄ，５３ｅが形成されている。なお、この電子増倍チャネルＣは、全てのダイノード３３ａ〜３３ｌ間に電子増倍方向に垂直な方向に並んで複数設けられている。
【００３０】
ここで、後段側のダイノード３３ｅの柱状部５１ｅにおける前段側のダイノード３３ｄの柱状部５１ｄに対する対向面５４ｅは、以下のような形状を有している。具体的には、対向面５４ｅは、前段側のダイノード３３ｄの二次電子放出面５３ｄの電子増倍方向（他端）側の端部６４ｄに対して対向する部位５５ｅを基準にして、対向面４０ａに沿った方向の端部５６ｅ，５７ｅの両方が電子増倍方向に対して逆方向（一端側、矢印Ｂの方向と逆方向）に突出するような形状を成している。言い換えれば、この対向面５４ｅは、電子増倍方向に対して垂直な端部５６ｅ，５７ｅを通る平面Ｐ１を基準にして、対向面４０ａに沿った部位５５ｅを含む断面形状が電子増倍方向に窪んだ形状を有している。さらに、対向面５４ｅは、下側フレーム４の対向面４０ａに正対する方向から見た場合、端部５６ｅから部位５５ｅにかけて、および端部５７ｅから部位５５ｅにかけて、いずれも他端側に向かって窪むようななだらかな略円弧形状を有することで、全体として他端側に窪むようななだらかな略円弧形状を有している。また、前段側のダイノード３３ｄの柱状部５１ｄにおける後段側のダイノード３３ｅの柱状部５１ｅに対する対向面５４ｄは、柱状部５１ｅに対応した形状となっている。すなわち、対向面５４ｄは、対向面５４ｅの端部５７ｅに対して対向する部位５８ｄが電子増倍方向に対して逆方向（一端側）に窪むように形成されており、柱状部５１ｄの対向面５４ｄと柱状部５１ｅの対向面５４ｅとが対面する領域において、電子増倍方向における両面間の間隔がほぼ均一になっている。
【００３１】
また、基台部５２ｄ，５２ｅは、上記のような柱状部５１ｄ，５１ｅの形状に対応した形状を有している。具体的には、基台部５２ｅにおいて、柱状部５１ｅの両端部５６ｅ，５７ｅと対応する部位５９ｅ，６０ｅは、電子増倍方向に対して逆方向に突出するような形状を成している。また、基台部５２ｄにおいて、柱状部５１ｄの部位５８ｄと対応する部位６１ｄは、電子増倍方向に対して逆方向に窪むような形状を有している。また、基台部５２ｄにいて、基台部５２ｅの部位５９ｅに対向する部位６２ｄは、電子増倍方向に対して逆方向に窪むような形状を有している。つまり、基台部５２ｄ，５２ｅにおいても、電子増倍方向における両者間の間隔がほぼ均一になっている。
【００３２】
なお、複数段のダイノード３３ａ〜３３ｌは、隣接する第Ｍ段目及び第Ｍ＋１段目（１≦Ｍ＜１２）のダイノード間の対向面の形状が上述した形状と同様な形状を有している。また、最終段のダイノード３３ｌと陽極部３４との間のそれぞれの対向面においても上述した形状と同様な形状を有している。
【００３３】
次に、図６及び図７を参照して、光電子増倍管１の配線構造について説明する。図６において、（ａ）は、上側フレーム２を裏面２０ａ側から見た底面図、（ｂ）は、側壁フレーム３の平面図であり、図７は、上側フレーム２と側壁フレーム３との接続状態を示す斜視図である。
【００３４】
図６（ａ）に示すように、上側フレーム２の裏面２０ａには、導電性端子２０１Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄのそれぞれに上側フレーム２の内部で電気的に接続された複数の導電膜２０２と、導電性端子２０１Ａに上側フレーム２の内部で電気的に接続された導電性端子２０３が設けられている。また、図６（ｂ）に示すように、電子増倍部３３及び陽極部３４の端部には、導電膜２０２との接続用の給電部３６，３７がそれぞれ立設されており、壁状電極３２の隅部には、導電膜２０２との接続用の給電部３８が立設されている。また、集束電極３１は、壁状電極３２と下側フレーム４側で一体形成されることで壁状電極３２に対して電気的に接続されている。さらに、壁状電極３２には、下側フレーム４の対向面４０ａ側に矩形平板状の接続部３９が一体的に形成されており、この接続部３９と、対向面４０ａ上に光電面４１に電気的に接触して形成された導電膜（図示せず）とが接合されることで、壁状電極３２と光電面４１とが電気的に接続されている。
【００３５】
上記構成の上側フレーム２と側壁フレーム３とを接合すると、導電性端子２０３が側壁フレーム３の側壁部３０２に電気的に接続される。併せて、電子増倍部３３の給電部３６、陽極部３４の給電部３７，及び壁状電極３２の給電部３８が、それぞれ、金（Ａｕ）などからなる導電部材を介して対応する導電膜２０２に独立に接続される。このような接続構成により、側壁部３０２、電子増倍部３３、陽極部３４が、それぞれ、導電性端子２０１Ａ、２０１Ｃ，２０１Ｄに電気的に接続可能にされるとともに、壁状電極３２が、集束電極３１及び光電面４１とともに、導電性端子２０１Ｂに電気的に接続される（図７）。
【００３６】
以上説明した光電子増倍管１によれば、入射光が光電面４１に入射することによって光電子に変換され、この光電子が、筐体５内の内面４０ａ上の複数段のダイノード３３ａ〜３３ｌによって形成された電子増倍チャネルＣに入射することによって増倍され、増倍された電子が電気信号として陽極部３４から取り出される。ここで、各ダイノード３３ａ〜３３ｅは、電子増倍チャネルＣを構成する二次電子放出面が形成された複数の柱状部５１ａ〜５１ｅを有し、後段側のダイノード３３ｅの柱状部５１ｅの前段側の対向面５４ｅは、前段側の柱状部５１ｄの二次電子放出面５３ｄの後段側端部に対して対向する部位５５ｅを中心にして、下側フレーム４の内面４０ａに沿った両方の端部５６ｅ，５７ｅが突出しているので、前段側のダイノード３３ｄの電子増倍チャネルＣ内に後段側のダイノード３３ｅの電位を染みこませることにより二次電子放出面５３ｄ近傍の電位を高くすることができ、前段側のダイノード３３ｄから後段側のダイノード３３ｅへ増倍電子を効率よく導くことができる。また、前段側のダイノード３３ｄの後段側のダイノード３３ｅに対向する部分は、ダイノード３３ｅの端部５７ｅに対向する部位６１ｄが窪むように形成されているので、後段側のダイノード３３ｅの前段側の対向面５４ｅによって押し出された電界が、前段側のダイノード３３ｄに印加された電位によって妨げられることなくダイノード３３ｄ側に引き込まれやすくなり、電子増倍チャネルＣ内の電位が上昇して電子増倍効率をより高くすることができる。その結果、電子増倍部３３が小型化されても高い電子増倍効率を得ることができる。
【００３７】
さらに、前段側のダイノード３３ｄの基台部５２ｄは、後段側のダイノード３３ｅの柱状部５１ｅの端部５６ｅに対応した部位６２ｄにおいて一端側に窪むように形成されているので、隣接するダイノード３３ｄ，３３ｅの間の耐電圧特性を向上することができる。よって、ダイノード３３ｄ，３３ｅをより近接させることができ、その結果、前段側のダイノード３３ｄから後段側のダイノード３３ｅへ増倍電子を効率よく導くことができるため、電子増倍効率をより一層高くすることができる。また、隣接するダイノード３３ｄ，３３ｅにおいて、電子増倍方向における両者間の間隔がほぼ均一にすることができるので、耐電圧特性をより向上することができるとともに、ＲＩＥ加工等による加工時の形状のばらつきを無くして形状の再現性を向上させることができる。
【００３８】
さらに、陽極部３４には、最終段のダイノード３３ｌの電子増倍チャネルと対向するように、ダイノード３３ｌとの対向面から対向面４０ａの他端側に向かって窪むように形成されている電子捕集部７０を有しているので、最終段のダイノード３３ｌからの増倍電子を、窪むように形成された電子捕集部７０によって効率よく捕集することができる。さらに、電子捕集部７０は、ダイノード３３ｌの二次電子放出面と同じ側に、電子入射開口７１を狭めるような突起部７２を有しているので、電子捕集部７０内に導入された増倍電子を閉じ込めるような状態とすることで、より確実に増倍電子を検出信号として利用することができる。さらに、最終段のダイノード３３ｌと陽極部３４との間のそれぞれの対向面においても、上述した隣接するダイノード間の対向面と同様な形状を有しているので、最終段のダイノード３３ｌからの電子を効率よく陽極３４の電子捕集部７０に導くような電界を形成することができる。
【００３９】
図８は、本実施形態の電子増倍部３３における対向面４０ａに沿った方向から見た電位分布を示す図であり、図１１は、本発明の比較例である電子増倍部９３３における対向面４０ａに沿った方向から見た電位分布を示す図である。ここで、電子増倍部９３３は、ダイノード９３３ｃ〜９３３ｅの対向面のそれぞれが、電子増倍方向に対して垂直な平面に沿った平面形状を有していると仮定した。このように、電子増倍部３３によって生成される電位Ｅ１は、電子増倍部９３３による電位Ｅ２に比して、電子増倍チャネルＣ内に一端側に深くしみこんでおり、二次電子放出面近傍の電位が、電子が放出される電極の電位（ダイノード自体の電位）よりも高くなっていることがわかる。また、この場合の光電子増倍管１によって得られる出力ゲインは、比較例に対して４．４７倍であり、二次電子増倍率は平均で１３％程度高いという結果が得られた。
【００４０】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態の配線構造に関しても様々な変形態様を採ることができる。例えば、図９に示すように、導電性端子４０１を下側フレーム４Ｃに貫通して形成し、この導電性端子４０１を介して、光電面４１、壁状電極３２、集束電極３１、電子増倍部３３、及び陽極部３４に対して給電するような構成としてもよい。このような構成よって、上側フレーム２に形成された導電膜２０２（図６（ａ））と、各電極とを独立に給電することが可能になる。
【００４１】
また、図１０に示すように、導電性端子４０１を設けた下側フレーム４Ｃと、導電性端子２０１Ａ〜２０１Ｄを除いた上側フレーム２Ｃとを組み合わせてもよい。この場合、上側フレーム２Ｃとして、裏面側に複数の導電膜２０２が形成された絶縁性基板を用いる。このような組み合わせにおいて図６を参照して説明した配線構造を用いることで、下側フレーム４Ｃの導電性端子４０１から、壁状電極３２、電子増倍部３３、及び陽極部３４を介して、上側フレーム２Ｃの導電膜２０２に給電することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１…光電子増倍管、４，４Ｃ…下側フレーム（基板）、５…筐体、３３…電子増倍部、３３ａ〜３３ｌ…ダイノード、３４…陽極部、４０ａ…対向面（内面）、４１…光電面、５１ａ〜５１ｅ…柱状部、５２ａ〜５２ｄ…基台部、５３ｃ〜５３ｅ…二次電子放出面、７０…電子捕集部、Ｃ…電子増倍チャネル（電子増倍路）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも内面が絶縁材料によって形成されている基板を有する外囲器と、
前記外囲器の前記内面上の一端側から他端側に向けた一方向に沿って、順に離間して配列されたＮ段（Ｎは２以上の整数）のダイノードを有する電子増倍部と、
前記外囲器内の前記一端側に前記電子増倍部から離間して設けられ、外部からの入射光を光電子に変換して、前記光電子を放出する光電面と、
前記外囲器内の前記他端側に前記電子増倍部から離間して設けられ、前記電子増倍部によって増倍された電子を信号として取り出す陽極部とを備え、
前記Ｎ段のダイノードは、それぞれ、前記内面上に配置され、二次電子放出面が形成された複数の柱状部を有し、前記複数の柱状部のうちの隣接する柱状部間に前記二次電子放出面を備えた電子増倍路を形成し、
第Ｍ＋１段目（Ｍは１以上Ｎ未満の整数）のダイノードの前記柱状部における第Ｍ段目のダイノードの前記柱状部に対する対向面は、前記Ｍ段目のダイノードの前記柱状部の前記二次電子放出面の前記他端側の端部に対して対向する部位を基準にして、前記対向面の前記内面に沿った方向の両方の端部が前記一端側に突出するように形成されている、
を備えることを特徴とする光電子増倍管。
【請求項２】
前記第Ｍ段目のダイノードの前記柱状部における前記第Ｍ＋１段目のダイノードの前記柱状部に対する対向面は、前記第Ｍ＋１段目のダイノードの前記端部に対向する部位が、前記一端側に窪むように形成されている、
ことを特徴とする請求項１記載の光電子増倍管。
【請求項３】
前記Ｎ段のダイノードは、それぞれ、前記複数の柱状部の前記内面側の端部に形成され、前記複数の柱状部を電気的に接続する基台部を有し、
前記第Ｍ段目のダイノードの前記基台部は、前記第Ｍ＋１段目のダイノードの前記柱状部の前記端部に対応した部位において前記一端側に窪むように形成されている、
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４】
前記陽極部は、前記Ｎ段目のダイノードの前記電子増倍路と対向するように、他端側に向かって窪むように形成されている電子捕集部を有する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光電子増倍管。
【請求項１】
少なくとも内面が絶縁材料によって形成されている基板を有する外囲器と、
前記外囲器の前記内面上の一端側から他端側に向けた一方向に沿って、順に離間して配列されたＮ段（Ｎは２以上の整数）のダイノードを有する電子増倍部と、
前記外囲器内の前記一端側に前記電子増倍部から離間して設けられ、外部からの入射光を光電子に変換して、前記光電子を放出する光電面と、
前記外囲器内の前記他端側に前記電子増倍部から離間して設けられ、前記電子増倍部によって増倍された電子を信号として取り出す陽極部とを備え、
前記Ｎ段のダイノードは、それぞれ、前記内面上に配置され、二次電子放出面が形成された複数の柱状部を有し、前記複数の柱状部のうちの隣接する柱状部間に前記二次電子放出面を備えた電子増倍路を形成し、
第Ｍ＋１段目（Ｍは１以上Ｎ未満の整数）のダイノードの前記柱状部における第Ｍ段目のダイノードの前記柱状部に対する対向面は、前記Ｍ段目のダイノードの前記柱状部の前記二次電子放出面の前記他端側の端部に対して対向する部位を基準にして、前記対向面の前記内面に沿った方向の両方の端部が前記一端側に突出するように形成されている、
を備えることを特徴とする光電子増倍管。
【請求項２】
前記第Ｍ段目のダイノードの前記柱状部における前記第Ｍ＋１段目のダイノードの前記柱状部に対する対向面は、前記第Ｍ＋１段目のダイノードの前記端部に対向する部位が、前記一端側に窪むように形成されている、
ことを特徴とする請求項１記載の光電子増倍管。
【請求項３】
前記Ｎ段のダイノードは、それぞれ、前記複数の柱状部の前記内面側の端部に形成され、前記複数の柱状部を電気的に接続する基台部を有し、
前記第Ｍ段目のダイノードの前記基台部は、前記第Ｍ＋１段目のダイノードの前記柱状部の前記端部に対応した部位において前記一端側に窪むように形成されている、
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４】
前記陽極部は、前記Ｎ段目のダイノードの前記電子増倍路と対向するように、他端側に向かって窪むように形成されている電子捕集部を有する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２６２８１１（Ｐ２０１０−２６２８１１Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１２２０８（Ｐ２００９−１１２２０８）
【出願日】平成２１年５月１日（２００９．５．１）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１日（２００９．５．１）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
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