JPH02288145A - 光電子増倍管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、一般的に言って電子放電管に、更に具体的
には光電子増倍管の集束電極構体に関するものである。

〔発明の背景〕

光電子増倍管は、低い光レベルを検出するための装置に
広く使用されている。その代表的なものは、外囲器の一
部をなすフェースプレートの内面に電子を放出する光電
陰極を形成配設したガラ・ス外囲器で構成されている。

光が光電陰極を衝撃すると、そこから放出された電子が
電子増倍器に向って進行し捕捉される。電子増倍器は数
個の２次電子放出ダイノードから成り、その第１番目の
ものが光電陰極からの電子を受入れる。電子増倍器の出
力は、この第１ダイノードに収集された電子の量に直接
関連したものとなる。

光電子増倍管の収集効率を高くするために、すなわち光
電陰極から放出された電子数に対する第１ダイノードが
収集する電子数の比を増大させるために、光電陰極と第
１ダイノードの間には集束電極が設けられている。これ
らの集束電極は、光電陰極と第１ダイノード間に電界を
作り出すように種々の電位で動作するようになっている
。理想的な電界は、放出されたすべての電子を第１ダイ
ンードに指向させ送り込むような電界である。

しかし、この電界は１丁度光学系が集光作用を行なうの
と同じように電子を集束するので、増倍管の電子光学系
と言われ、上記以外の条件も考慮せねばならない、光電
子増倍管を評価する場合のその様な条件の一つは電子の
移動（トランジット）時間である。光電陰極からの電子
は、そのすべてが陰極面に対する法線経路に沿って放出
されるとは限らず、実際にその幾分かのものは法線経路
から横方向に成る偏角を有する経路に沿って放出される
。事実、この光電陰極は、それぞれが電子をすべての方
向に噴き出しているスプリンクラ−・ヘッドを地面−杯
に設けた芝生と同じ様に考えることができる。この様な
状態であれば、仮に電子集束作用が完全なものであった
としても、光電陰極からの任意１個の電子が第１グイメ
ートに到達するには成る有限の時間を要するのみならず
、成る偏角をもって放出された電子がそのダイメートに
到達するには陰極面に垂直に放出された電子に比べてよ
り長い時間を必要とする。事実、偏角方向に放出された
電子はより長い経路を進行せねばならない。

従って、光電子増倍管の電子光学系におけるまた別の条
件は、移行時間の伸長である。この移行時間の伸長が大
きいと、伸長された移行時間よりも短い時間内に光電陰
極を衝撃する複数個の個々の光パルスを弁別する能力が
損なわれる。それは、ダイノードは、第１光パルスによ
り最後に放出された電子をまだ受取りつ−ある間に第２
の光パルスにより放出された最初の電子を受取ることに
なるからである。

電子光学系としてのまた別の条件は、第１ダイノードに
送り込まれる電子の軌道の安定性、要するに、実際に得
られる電子集束能力である。もし、電子がそのダイノー
ド上に狭いビーム状に集束されないと、収集効率を高め
るためにより大きなダイノード面積を要することになる
。しかし具合の悪いことに、寸法的な制限のため大きな
ダイノード面積を得ようとすると増倍器部の長さも長く
なり、この増倍器部を通過するために電子はある移行時
間を要することから、上記移行時間の伸長がより長くな
るという不利を招く。

光電陰極の面積を増大させると、移行時間の伸長を小さ
くしながら収集効率を大きくしようとする問題が更に困
難になる。この発明の以前には、大面積の光電陰極を採
用すると、標準的な電子光学系では容易にその大面積陰
極に適合し得ないので、上記移行時間の伸長量が増しま
た収集効率が低下することは避けられない事実である、
と永年考えられていた。

この様な情況に鑑み、−層強く電子を集束できる電子集
束構体を提供することは極めて有効である。その様な構
体ができれば、管の収集効率は上がり、総移行時間が減
少するのみならず、倍増器部の大きさが減少するので管
全体の寸法も更に小さくなるということになる。

〔発明の概要〕

この発明は、上記の様な要望を充分に満たし得るもので
ある。

この発明における集束電極の形状は、同軸的な円筒体で
構成されていた在来の光電子増倍管における標準的な集
束構体とは異なり、それぞれ実質的に楕円ドームのセク
ションである複数の同軸的な集束電極で構成されている
。

この発明の好ましい実施形態においては、主セグメント
すなわち表面が少くとも１０度の傾角を有する楕円体ま
たは回転長円体のセグメントが、順番にその径が大きく
なる形でかつ電圧が低くなるような具合に、増倍器部か
ら光電陰極へと配列されている。これらの集束電極は、
従来使用されているどの形のものよりも正確な電界を作
り出すものである。フェースプレートの直径が２２．８
６ｃｍ（９インチ）であるこの発明の好ましい実施例で
は、［径１２．７ｃ■（５インチ）の管で従来使用して
いたのと同じ増倍器構体を使用できるだけでなく、移行
時間の伸長はこの小径管のそれよりも少なかった。

〔詳細な説明と実施例〕

図は、この発明の好ましい一実施例である光電子増倍管
１０の構造を示すための、その中心軸線における簡略縦
断面図であり、図中１２は排気されたガラス外囲器であ
って一端にフェースプレート１４を有し、フェースプレ
ー）１４の内面には光電陰極１６が形成されている。

なおこの図では、この発明の要点を明確に示すために光
電子増倍管の構造が簡略化されており、この発明の説明
に必要な部分のみ詳細に示されていることに留意された
い、光電子増倍管１０は、発明要部以外の点は従来周知
のものと同様な形に作られている。

管１０の内部には、電子増倍器構体１８があり、この構
体内には、破線で示す第１ダインード２０、およびその
他のダイノード（図示省略）が設けられており、これら
は通常の動作を行って、第１ダイノード２０に衝突した
電子を電気信号に変換する。

この信号はリード線５１で代表される入力または出力リ
ード線によって外部回路（図示省略）に導かれる。

外囲器１２に取着けられた中央支持リング２２は電子増
倍器構体１８と支持板２４とを、ブラケット２６と絶縁
体３０で支持している。

この発明の好ましい実施態様は、その集束電極構体３２
に示されており、この構体３２はそれぞれ導電性の第１
グリツド電極３４、第２グリツド電極３６およびアノー
ド電極３８から成っている。

図から明らかなように、各電極３４．３６および３８は
は（球形の、楕円体または回転長円体のセクション（輪
切り状の切片）であって、すべて管１０の中心線と同軸
的に配置され、そのうちの２個の小径電極はそれぞれ隣
接する大きな電極の大径開口中へ延びている。各電極は
、その光電陰極１６から遠い方の端縁部に折返し片３３
を持っている。

集束電極構体３２は、階段状のブラケット４０により支
持されており、それぞれ、外囲器のステム５４を貫通す
る入力接続体５０および５２のような手段を介して外部
電圧源（図示省略）に接続されている。またブラケット
４０自身は支持板２４に絶縁体３９によって支持されて
いる。アノード電極３８は支持板２４に取着は支持され
、階段状ブラケット４０は絶縁体３５と３７を支持し、
これら絶縁体３５．３７が電極３４と３６をそれぞれ支
持している。

電極３４．３６．３８は、管１０の光電陰極領域から増
倍器領域へ向って配列され、順番に寸法が小さくなって
おり、それぞれ楕円体または回転長円体のセクシ目ンの
径が順番に小となりまたその両端の開口は前位の電極の
両開口よりも小さくなっている。しかし、各電極は隣接
する大きな電極の平面内へ延びて、両者で完全な遮蔽体
を形成している。

上記の様な各電極の位置付けは、管の製造時にビード４
２からアンチモンを蒸発させて光電陰極を形成する際に
外囲器１２を蒸発したアンチモンから遮蔽するという、
この集束電極構体の機能から見て特に重要なことである
。アンチモンの軌跡線４４から判るように、電極３４と
３６の光電陰極１６側の端縁部は、内側の筒体４６と共
に遮蔽体として働いて、蒸発したアンチモンが外囲器１
２のフェースプレート１４を除く他の部分に被着するこ
とを防止する作用を行なう。

集束電極のこの楕円体形と回転長円体形とは、光電陰極
１６からダイノード２０へ運動移行する電子を一層良好
に集束する電界を形成することが判った。この独特の曲
面形状は、同様な寸法の円筒状電極に比べて、ダイノー
ド上により長い焦点深度をもってより小径のビームを生
成し、また総移行時間と移行時間伸長量を減少させる。

更に、光電陰極に近い側の小さな開口は、円筒状電極の
場合に比べて、長さの短い、良好な対アンチモン蒸着遮
蔽体を作る。

フェースプレート１６の直径が２２．８６ｃ＋ｓ　（９
インチ）の図示した好ましい実施例は、はぐ法衣で示す
パラメータを有する。なお比較の便のため表中の半径お
よび直径はインチで示した。

表中の動作電位は、確立された電界設計技法に基いて定
めた値である。上掲以外の種々の電極寸法形状に対する
この様な電位と電極間間隔も上記の技法によって求める
ことができ、それらはこの技術分野ではよく知られたこ
とである。

上記の表に示された諸パラメータを用いいることの実施
例の管１０における総移行時間伸長は１．８ナノ秒とな
る。この値は、フェースプレート径が僅か１２．７ｃｍ
　（５インチ）の従来の円筒遮蔽型管における２、４ナ
ノ秒という値と比較すれば、その有利さが判る。

他の利点はドーム状の電極形状により得られるもので、
この形状により構造的強度が向上して使用材料の重量が
軽減され、集束電極の自立性が増し外部衝撃や振動によ
る歪みや損傷に対する抵抗力が高くなる。

なお、上述したこの発明の形態は単に好ましい一つの実
施例を示すだけに過ぎない、各部品の機能や構成、配列
に種々の変形を施すことも、図示説明した部品をそれと
等価の別の形のもので置換することも可能であり、更に
成る種の特徴は特許請求の範囲に記載されたこの発明の
精神と範囲を逸脱することなしに他の部品および機能と
は独立に利用することができる。

たとえば、上述の管と寸法の異なる管においては、より
少数のまたは多数の楕円体形集束電極を使用することが
できるし、またそれらを図示の方式とは別のやり方で支
持することもできる。

【図面の簡単な説明】

図は、この発明の一実施例である光電子増倍管の中心軸
線に沿った簡略化した断面図である。 １０・・・・光電子増倍管、１２・・・・外囲器、１４
・・・・フェースプレート、１６・・・・光電放出陰極
（光電陰極）、１８・・・・電子増倍器構体、２０・・
・・第１ダイン−Ｆ、 ３２・・・・集束電極構体、 ．３６．３８ ・・・・集束 電極、 ４２・・・・蒸発器 （ビー ド）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）筒状部と、この筒状部の一端を横切ってこの端部
   を閉塞するように延長しその内面に放射にさらされたと
   き光電子を放出する光電子放出陰極が設けられたフェー
   スプレートと、上記筒状部の他端を封止するステムとよ
   り成る排気された外囲器と；管の中心軸線と同軸的に上
   記外囲器内に支持配置された集束電極構体と；光電子放
   出陰極を形成するように上記フェースプレートに向けて
   材料を蒸発させるために上記外囲器内に支持された少く
   とも１個の蒸発器と；上記外囲器内に支持された電子増
   倍器構体と；を具備し、 上記集束電極構体が、楕円体のセクション状に形成され
   、その小さい方の開口を上記光電子放出陰極に近い側に
   、大きい方の開口を上記電子増倍器構体に近い側に向け
   た少くとも１個の導電性電極より成り、集束電圧が印加
   されて電界を生成することを特徴とする光電子増倍管。
2. （２）上記集束電極構体が、相異なる半径を有する３個
   の電極より成り、その最も大きな電極を光電子放出陰極
   に近い位置に、それよりも小さな電極を電子増倍器構体
   に近い位置に配設して成る請求項（１）に記載の光電子
   増倍管。
3. （３）相対的に小さな電極が、その小さい径の開口が隣
   接する大きな電極の平面内に位置するように配設されて
   成る請求項（２）に記載の光電子増倍管。
4. （４）上記導電性電極は、その表面傾角が少くとも１０
   度であるような形状寸法のものである請求項（１）に記
   載の光電子増倍管。
5. （５）筒状部と、この筒状部の一端を横切ってこの端部
   を閉塞するように延長しその内面に放射にさらされたと
   き光電子を放出する光電子放出陰極が設けられたフェー
   スプレートと、上記筒状部の他端を封止するステムとよ
   り成る排気された外囲器と；管の中心軸線と同軸的に上
   記外囲器内に支持配置された集束電極構体と；光電子放
   出陰極を形成するように上記フェースプレートに向けて
   材料を蒸発させるために上記外囲器内に支持された少く
   とも１個の蒸発器と；上記外囲器内に支持された電子増
   倍器構体と；を具備し、 上記集束電極構体が、回転長円体のセクション状に形成
   され、その小さい方の開口を上記光電子放出陰極に近い
   側に、大きい方の開口を上記電子増倍器構体に近い側に
   向けた少くとも１個の導電性電極より成り、集束電圧が
   印加されて電界を生成することを特徴とする光電子増倍
   管。
6. （６）上記集束電極構体が、相異なる半径を有する３個
   の電極より成り、その最も大きな電極を光電子放出陰極
   に近い位置に、それよりも小さな電極を電子増倍器構体
   に近い位置に配設して成る請求項（５）に記載の光電子
   増倍管。
7. （７）相対的に小さな電極が、その小さい径の開口が隣
   接する大きな電極の平面内に位置するように配設されて
   成る請求項（６）に記載の光電子増倍管。
8. （８）上記導電性の電極は、その表面傾角が少くとも１
   ０度であるような形状寸法のものである請求項（５）に
   記載の光電子増倍管。