JPH0945275A

JPH0945275A - 光電子増倍管

Info

Publication number: JPH0945275A
Application number: JP14817996A
Authority: JP
Inventors: Suenori Kimura; 末則木村; Masuyasu Ito; 益保伊藤; Atsuhide Suzuki; 厚英鈴木
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1995-05-19
Filing date: 1996-05-17
Publication date: 1997-02-14

Abstract

(57)【要約】【課題】増倍率のバラツキや、製造中にファインメッ
シュダイノードが破れる可能性を著しく低減する。【解決手段】この発明に係る光電子増倍管は、Ｔ字形
状のエッジ部２０２を有し、ファインメッシュダイノー
ド５０を含むダイノード部５００を貫通した中空パイプ
２の所定位置にカシメ部２０５を形成することにより、
該エッジ部２０２とカシメ部２０５によって電子増倍部
の積層構造を規定する。これにより、各ファインメッシ
ュダイノード間の間隔を正確に制御し製造誤差が抑制さ
れた光電子増倍管が得られる。また、この中空パイプ２
は導電性材料からなる内側パイプ２００と絶縁性材料か
らなる外側パイプ２０１との２重構造を成しており、該
内側パイプ２００がホトカソード１１とステムピン９と
を電気的に接続する配線構造の一部を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、高磁界中におい
ても光子検出が可能な光電子増倍管に関し、特に、ファ
インメッシュダイノードを有するダイノード部それぞれ
を所定間隔ごとに積層するための組立構造、及びホトカ
ソードを所定電位に設定するための電圧供給構造に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、高磁界中において光子検出が可能
な光電子増倍管としては、例えば、特開昭５１−４３０
６８号公報、特開昭５９−２２１９６０号公報に開示さ
れたものが知られている。これら公報には、複数のメッ
シュダイノードが絶縁体を介して積層された電子増倍部
を有する構造が開示されている。

【０００３】また、上記各公報に開示された光電子増倍
管に適用可能なファインメッシュダイノードの構造は、
例えば、G.Barbiellini, A.Martinis, F.Scuri,"A simu
lation study of the behaviour of fime mesh photomu
ltipliers", Nuclear Instruments and Methods in Phy
sics Research A362 (15 August, 1995), p.245-252に
開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に、磁界中でも動
作可能な光電子増倍管は、その線幅が微細なファインメ
ッシュダイノードが利用され、かつ該ファインメッシュ
ダイノードの設置間隔を狭めることにより、該ファイン
メッシュダイノードから放出された２次電子の電子軌道
が外部の磁界の影響を受けにくい構造を備えている。具
体的には、ホトカソードと第１段のファインメッシュダ
イノードとの間隔は、２．０ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲に
制限され、そして、隣接する該ファインメッシュダイノ
ード間の間隔は０．４ｍｍ〜１．６ｍｍに制限されてい
る。さらに、上記ファインメッシュダイノードは、その
線の数が１インチ当たり少なくとも１０００以上である
メッシュダイノードをいい、現在、実際に製造されてい
るファインメッシュダイノードとしては、１インチ当た
り１５００〜２０００の線を有するものが主流となって
いる。なお、この明細書では、これらファインメッシュ
ダイノードを＃１５００、＃２０００の表記で区別す
る。

【０００５】しかしながら、例えば＃１５００、＃２０
００のファインメッシュダイノードは、その線幅が５μ
ｍ程度と微細であるためにたわんでしまい、該ファイン
メッシュダイノードだけで積層構造を構成することは困
難である。そこで、この発明に係る実施例では、例え
ば、図２２に示されたように、中央に該ファインメッシ
ュダイノードを露出させるための開口部を有するディス
ク形状の上側電極と下側電極とで該ファインメッシュダ
イノードのエッジ部分を所定の張力を加えた状態で把持
することにより、該ファインメッシュダイノード５０の
たわみを防止する構造を採用している。なお、得られた
ダイノード部の構造上の特徴として、上記上側及び下側
電極はそれぞれ円周方向から加わる力に対しては充分な
強度を有する一方、該ダイノード部の積層方向（光の入
射方向に一致）から加わる力（ファインメッシュダイノ
ードのホトカソード側の面及び／又はアノード側の面か
ら加わる力）に対して、容易に変形してしまうことが容
易に理解できる。例えば、電子増倍管の組立工程におい
て、係る力（積層方向からの力）が不均一に各ダイノー
ド部に加わると、上記電極に生じたねじれ等に起因し
て、隣接する各ファインメッシュダイノード間の間隔を
正確に制御することが困難になる。特に、このような場
合、増倍率（アノードに到達する二次電子の数／光電面
で発生する光電子の数）にバラツキが生じたり、またフ
ァインメッシュダイノード自体が破れてしまうなどの課
題がある。

【０００６】また、当該光電子増倍管を製造する場合、
従来は、ビジコン用のメッシュ電極を転用していたの
で、実際には当該光電子増倍管として最適なファインメ
ッシュダイノードの製造条件（例えば、空間率、線幅
等）は知られていなかった。

【０００７】この発明は、以上のような課題を解決する
ためになされたものであり、増倍率の観点、及び製造上
の観点から当該光電子増倍管に最適なファインメッシュ
ダイノードの製造条件を示唆するとともに、電子増倍部
の組立工程において、ファインメッシュダイノードを有
するダイノード部ぞれぞれを変形させることなく積層す
ることにより、隣接するファインメッシュダイノードの
間隔を正確に制御できる組立構造、及び該組立構造を利
用した、ホトカソードを所定電位に設定するための電圧
供給構造を備えた、高磁界中でも光子検出が可能な光電
子増倍管を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る光電子増
倍管は、上述されたように高磁界中でも光子検出が可能
な光電子増倍管であって、少なくとも、入射された光に
対応した光電子を放出するためのホトカソードと、この
ホトカソードから放出された光電子をカスケード増倍す
るための電子増倍部と、絶縁体を介して該電子増倍部と
所定距離離間した位置に設置された、該電子増倍部から
出射された２次電子を収集するためのアノードとを備え
る。これらホトカソード、電子増倍部、及びアノード
は、その内壁にアルミ膜が形成されたハウジングと、各
ダイノード部のそれぞれを所定電位に設定するための導
電性リードピン（ステムピン）を支持するステムにより
構成された密閉容器内に収納されている。

【０００９】上記電子増倍部は、光の入射方向に沿って
延びた貫通孔を有するリング形状の絶縁体を介して互い
に所定間隔離間された複数のダイノード部を積層して構
成されている。特に、各ダイノード部は、上記ファイン
メッシュダイノードと、該ファインメッシュダイノード
のホトカソード側の面を露出させるための開口部、及び
光の入射方向に沿って延びた貫通孔を有する上側電極
と、該ファインメッシュダイノードの、アノード側の面
を露出させるための開口部、及び光の入射方向に沿って
延びた貫通孔を有するとともに、該上側電極とともに該
ファインメッシュダイノードのエッジ部分を挟み込んで
保持する下側電極とを備える。なお、上記上側電極は、
ダイノード部と上記ステムに支持されているリードピン
のうちの対応する１つとを中継リードピンを介して電気
的に接続するための突起部を備えている。

【００１０】この発明に係る光電子増倍管において、少
なくとも上記アノード、上記ダイノード部は絶縁体を介
して、それぞれの貫通孔が光の入射方向に沿って一致さ
せるように積層されている。

【００１１】さらに、この発明に係る光電子増倍管は、
上述のように積層された各部材の貫通孔によって定義さ
れる空間を、光の入射方向に沿って貫通したパイプを備
える。特に、このパイプは、絶縁性材料（例えば、アル
ミナ）からなる外側パイプと、該外側パイプを貫通した
導電性材料（例えば、ステンレス）からなる内側パイプ
を含む。そして、内側パイプは、その第１の端部に、外
側パイプの開口直径よりも大きい直径のエッジ部を有す
る。また、この内側パイプの長さは、外側パイプの長さ
よりも長くなるよう設計されている。

【００１２】上記各部材の貫通孔を貫通した状態で上述
した内側パイプの所定位置にカシメ部を形成することに
より、上記内側パイプのＴ字形状のエッジ部と該カシメ
部とが、上記電子増倍部の積層構造を規定する。上記カ
シメ部は上記内側パイプに、各ダイノード部の積層方向
に対して垂直方向に力を加えることにより形成される。
また、該内側パイプは中空である。したがって、該内側
パイプに加える力は少なくてすみ、上記電子増倍部の組
立工程において、各ダイノード部を変形させるような力
は加わらない組立構造が実現できる。

【００１３】さらに、この発明に係る光電子増倍管は、
ホトカソードと電子増倍部との間に設けられ、該ホトカ
ソードから放出された光電子を通過させるための開口部
を有する導電性リングを備える。この導電性リングは、
光の入射方向に沿って延びた貫通孔と、該導電性リング
とホトカソードとを同電位に設定させるためのコンタク
ト電極とを備える。そして、上記内側パイプのエッジ部
は貫通孔を貫通した状態で該導電性リングと直接接触し
ている。これは、該内側パイプの端部とステムの所定の
リードピンとを中継リードピンを介して電気的に接続す
ることにより、ホトカソードを所定電位に設定するため
である。したがって、この内側パイプは、電子増倍部の
積層構造を規定するよう機能するとともに、ホトカソー
ドを所定電位に設定するための電圧供給用リードピンと
しても機能している。そして、上述したコンタクト電極
を有する導電性リング、内側パイプ、中継リードピン、
及びステムに支持されたリードピン（ステムピン）によ
って、ホトカソードを所定電位に設定するための電圧供
給構造が実現されている。

【００１４】上記導電性リングは、さらに、電子増倍部
を、密閉容器の内壁から所定距離離間した状態で、該密
閉容器の所定位置に設置させるためのスプリング電極を
備える。したがって、当該電子増倍部の密閉容器内にお
ける位置は、光の入射方向に対して水平方向が該導電性
リングのスプリング電極によって規定され、垂直方向が
中継リードピンによって規定される。

【００１５】上記導電性リングは、絶縁体を介して電子
増倍部から所定距離離間した状態で、該導電性リングの
貫通孔を貫通した上記パイプにより、該電子増倍管に固
定されている。この絶縁体は光の入射方向に沿って延び
た貫通孔を有し、該貫通孔にはパイプが貫通している。
また、上記アノードも、貫通孔を有する絶縁体を介して
電子増倍部から所定距離離間した状態で、該パイプによ
り該電子増倍部に固定されている。

【００１６】この発明に係る光電子増倍管は、アノード
のステム側の面に当接された絶縁体であって、上記パイ
プ（内側パイプ）の、第１の端部（エッジ部が設けられ
た端部）と反対側に位置する第２の端部と、該アノード
とを所定距離だけ離間させるための絶縁体をさらに備え
る。なお、この絶縁体は、上記外側パイプの外径よりも
大きい径の貫通孔を有する第１の絶縁体と、該外側パイ
プの内径よりも小さく、かつ内側パイプの外径よりも大
きい径の貫通孔を有する第２の絶縁体から構成されてい
る。

【００１７】さらに、上記外側パイプは上記内側パイプ
よりも短くなっている。これは、外側パイプ全体を、少
なくとも導電性リングの貫通孔、ダイノード部の貫通
孔、アノードの貫通孔、及びこれら各部材間に設けられ
た各絶縁体の貫通孔によって定義された空間に収納する
ためである。そして、内側パイプは、上記空間を貫通
し、該空間からその両端が露出するのに充分な長さを有
する。この構成により、外側パイプ（絶縁性材料）は、
各ダイノード部と内側パイプ（導電性材料）との絶縁状
態を維持するよう機能し、該内側パイプは、当該光電子
増倍管の内部配線の一部としても機能する。

【００１８】次に、発明者らは、この発明に係る光電子
増倍管の増倍率（アノードに到達する二次電子の数／光
電面で発生する光電子の数）を最適に制御するため、該
光電子増倍管に適応されるファインメッシュダイノード
の空間率を検討した。その結果、その線幅を２．４μｍ
〜６μｍとして４５％〜６５％が最適であることを発見
した。

【００１９】ここで、線幅を６μｍ以下に設定するの
は、磁界中の電子の振舞（最大回転半径）に起因して、
当該光電子増倍管の増倍率が低下するのを避ける必要が
あるからである。また、線幅を４μｍ以上に設定するの
は、ファインメッシュダイノード自体が、製造中に加え
られる張力に充分耐え得る強度を有する必要があるから
である。

【００２０】なお、製造上の観点から、上記ファインメ
ッシュダイノードの空間率は４５％〜５０％が好まし
い。例えば、線幅が２．４μｍ以上であっても空間率が
５０％を超えると、該ファインメッシュダイノードが製
造中に破れる危険性が増大するからである。なお、この
明細書において、ファインメッシュダイノードの空間率
Ｓ（％）は、線幅をａ、線ピッチをｂとしたとき、Ｓ（％）＝｛（ｂ−ａ）²／ｂ²｝×１００で定義される（図１２及び図１３参照）。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る光電子増倍
管の一実施例を図１〜図２９を用いて説明する。なお、
図中同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

【００２２】図１は、この発明に係る光電子増倍管全体
の組立工程を示す図である。この図において、当該光電
子増倍管は、その内壁にホトカソードへの電圧供給用電
極であるアルミ膜１ａが形成された円筒形のハウジング
１と、外部のブリーダ回路（図９参照）から供給された
電圧を所望のダイノード等に供給するためのリードピン
（ステムピン）９を貫通させた状態で支持しているステ
ム８により構成される密閉容器を備えている。なお、上
記ステム８の底部には組立後にホトカソード形成用の金
属蒸気を注入するための中空の注入管１０が設けられて
いる。

【００２３】上述した密閉容器内に収納される電子増倍
部１００は、第１段ダイノード部側に貫通孔を有する絶
縁体（セラミックスペーサ）４０を介して、収束電極と
して機能する導電性リング３が固定され、そして、最終
段ダイノード部側にも貫通孔を有する絶縁体（セラミッ
クスペーサ）４２を介して、アノード６が固定される。
この電子増倍部１００は所定電圧をそれぞれ供給する中
継リードピン７により支えられた状態で、光の入射方向
Ｌに対して密閉容器内の所定位置に設定される。すなわ
ち、中継リードピン７は、所定電圧を供給するための配
線として機能するとともに、ホトカソードと該電子増倍
部の第１段ダイノード部５００（特に、ファインメッシ
ュダイノード５０）との間隔を規定するよう機能する。
なお、上記導電性リング３及びアノード６とも、光の入
射方向Ｌに沿って延びた貫通孔を有する。

【００２４】さらに、上記電子増倍部１００は、複数の
ダイノード部５００がリング状絶縁体（セラミックリン
グスペーサ）４１を介して順次積層されることにより構
成される。なお、この明細書では、例えば、ダイノード
部５００を１６段積層する場合、第１段のダイノード部
から最終段（１６段）のダイノード部までを、順にＤＹ
１、ＤＹ２、．．．ＤＹ１５、ＤＹ１６と表記する（図
９参照）。

【００２５】特に、上記ダイノード部５００は、例えば
＃１５００、線幅５．５μｍ〜５．６μｍのファインメ
ッシュダイノード５０と、該ファインメッシュダイノー
ド５０に所定の張力を加えた状態で該ファインメッシュ
ダイノード５０のエッジ部分を把持するリング状の上側
電極５１及び下側電極５２から構成される。なお、これ
ら各リング状電極５１、５２は、それぞれ、ホトカソー
ドからの光電子あるいは前段のファインメッシュダイノ
ード５０からの２次電子を通過させるための開口部と、
光の入射方向Ｌに沿って延びた貫通孔を有する。

【００２６】これら導電性リング３、絶縁体４０、４
１、４２、各ダイノード部５００、及びアノード６は、
それぞれの貫通孔をファインメッシュダイノード５０の
積層方向（光の入射方向Ｌと一致）に一致させた状態で
パイプ２により一体化され、電子増倍部１００の積層構
造を構成する。このとき、アノード６のステム８側には
該パイプ２が貫通した絶縁体４３が設けられており、該
アノード６とパイプ２との接触を防止している。

【００２７】以上の組立工程により図２に示された光電
子増倍管の主要部分が得られる。

【００２８】続いて、ハウジング１とステム８により構
成される密閉容器内を真空にした状態で、注入管１０を
介してホトカソード形成用の金属蒸気を注入し、ハウジ
ング１の光入射部１ｂの内壁にホトカソード１１を形成
する。このとき、密閉容器全体を加熱しながら、該光入
射部１ｂの温度を低く抑えることにより（他の部分との
温度差を生じさせる）、上記金属を光入射部１ｂの内壁
に選択的に蒸着させることができる。その後、図３に示
されたように、該注入管１０の貫通孔１０ａを加熱して
塞ぐことにより、密閉容器内を真空状態に保持する。な
お、図中１０ｂは加熱密閉されたパイプ１０の一部を示
す。

【００２９】次に、電子増倍部１００の組立構造、及び
各ダイノード部５００の積層構造を実現するためのパイ
プ２の構造を図４〜図８を用いて説明する。

【００３０】電子増倍部１００は、ダイノード部５００
をリング状絶縁体４１を介して積層されている。さら
に、この電子増倍部１００の前方（ホトカソード１１か
らの光電子が入射する側）には絶縁体４０を介して導電
性リング３が固定され、また、その後方（最終段ダイノ
ード部ＤＹ１６からの２次電子が放出される側）には絶
縁体４２を介してアノード６が固定されている。さら
に、該アノード６を介して絶縁体４２の反対側には絶縁
体（セラミックスペーサ）４３も設けられている。

【００３１】これら各部材は、上述したようにそれぞれ
光の入射方向Ｌに沿って延びた貫通孔を有しており、該
貫通孔がファインメッシュダイノードの積層方向に一致
するよう積層される。一端がＴ字状に加工されたパイプ
２はこれら貫通孔によって定義された空間を、積層方向
に沿って貫通し、図５に示されたように、上記絶縁体４
３から露出した部分にカシメ部２０５が形成されること
により、当該電子増倍部１００の積層構造を実現する。
換言すれば、該パイプ２により、上述の各部材の積層方
向の位置が規定される。なお、図５は、図４中、記号Ａ
で示された部分の拡大図である。

【００３２】図５に示されたように、カシメ部２０５
は、ファインメッシュダイノード５０の積層方向に対し
て垂直方向から力を加え、該パイプ２をつぶすことによ
り形成されるので、該電子増倍部１００を組立る際、積
層方向に不要な力は加わらない組立構造が実現できる。
また、絶縁体４３は２つの絶縁体４３０（第１の絶縁
体：セラミックスペーサ）、４３１（第２の絶縁体：セ
ラミックスペーサ）から構成されており、該絶縁体４３
１の貫通孔の直径は該絶縁体４３０の貫通孔の直径より
も小さい。

【００３３】上述のパイプ２は、図６に示されたよう
に、一端がＴ字状に加工されたエッジ部２０２を有する
導電性材料からなる内側パイプ２００と、該内側パイプ
２００が貫通する貫通孔２０４を有する外側パイプ２０
１から構成されている。当然のことながら、内側パイプ
２００の貫通孔２０３の直径は外側パイプ２０１の貫通
孔２０４の直径よりも小さい。また、該外側パイプ２０
１は内側パイプ２００よりも短い（図７参照）。

【００３４】図８は、図４中、記号Ｂで示された部分の
拡大図である。この図からも分るように、外側パイプ２
０１は上述の各部材（導電性リング３、電子増倍部１０
０、アノード６、絶縁体４０、４１、４２、４３）の貫
通孔によって定義された空間内に収納されている。一
方、内側パイプ２００は外側パイプ２０１の貫通孔２０
４を貫通した状態で、該空間内を貫通し、その両端は露
出している。したがって、上記各部材の積層方向の位置
は、該内側パイプ２００のＴ字形のエッジ部分２０２及
びカシメ部２０５によって規定される。ここで、上述し
た絶縁体４３１は外側パイプ２０１を上述の空間内に収
納させるよう機能している。このため、該絶縁体４３１
の貫通孔の直径は、内側パイプ２００の外径よりも大き
く、かつ外側パイプ２０１の内径よりも小さくなるよう
設計されている。また、上記外側パイプ２０１も上述の
空間にその全体が収納可能になるよう内側パイプ２００
よりも短く設計されている。そして、この外側パイプ２
０１は、内側パイプ２００と、各ダイノード部５００と
が接触しないよう機能する。

【００３５】当該光電子増倍管の動作時には、図９に示
されたブリーダ回路から、導電性リング３及び各ダイノ
ード部ＤＹ１〜ＤＹ１６の各ファインメッシュダイノー
ド５０、及びアノード６に所定の電圧が印加され、それ
ぞれ所望の電位に設定される。すなわち、導電性リング
３と第１段ダイノード部ＤＹ１との間、及びダイノード
部ＤＹ_kとダイノード部ＤＹ_k+1 （ｋ＝１、２、．．．
ｎ−１、ｎはダイノード部の段数）との間には、ステム
８に保持されたステムピン９から中継リードピン７を介
して数十Ｖ〜数百Ｖの電圧が印加される。そのとき、第
１段ダイノード部ＤＹ１の電位は導電性リング３の電位
よりも高く、ダイノード部ＤＹ_k+1の電位はダイノード
部ＤＹ_kの電位よりも高く、そして、アノード６の電位
は最終段ダイノード部ＤＹ₁₆の電位よりも高く設定され
ている。

【００３６】ホトカソード１１は、当該光電子増倍管の
光入射部１ｂに入射した光を光電子に変換する。ホトカ
ソード１１で発生した光電子は、導電性リング３の開口
部３０４（図．１０参照）を通過する際集束され、該導
電性リング３と第１段ダイノード部ＤＹ１との間に形成
される電界により該第１段ダイノード部ＤＹ１側へ加速
される。そして、この加速された光電子の一部が該第１
段ダイノード部ＤＹ１に含まれるファインメッシュダイ
ノード５０に衝突すると該ファインメッシュダイノード
から二次電子が放出される。続けて、該第１段のファイ
ンメッシュダイノード５０の孔部を通り抜けた光電子、
および放出された二次電子は、加えられている電界に従
い次段のダイノード部ＤＹ２の方向に加速され、該第２
段のダイノード部に含まれるファインメッシュダイノー
ド５０により、さらに二次電子が放出される。このよう
にして、光電子及び二次電子が順次第１段ダイノード部
ＤＹ１から第ｎ段ダイノード部ＤＹ_nへ導かれるにした
がい、二次電子が増倍されて放出される。最終段のダイ
ノード部ＤＹ１６の孔部を通り抜けた二次電子は、該最
終段ダイノード部ＤＹ１６とアノード６間の電界によっ
て加速され、該アノード６に到達する。このアノード６
に到達した二次電子の個数、すなわち、アノード６に流
れる電流量により、当該光電子増倍管の光入射部１ｂに
到達した光の光量測定が可能になる。

【００３７】次に、上述した導電性リング３の詳細構造
を図１０を用いて説明する。この導電性リング３は、上
述したように、ホトカソード１１と電子増倍部１００と
の間に設けられ、該ホトカソード１１から放出された光
電子を貫通させるための開口部３０４を有する。この導
電性リング３は、光の入射方向Ｌに沿って延びた貫通孔
３０２と、該導電性リング３とホトカソード１１とを同
電位にするためのコンタクト電極３０１とを備える。そ
して、内側パイプ２００のエッジ部２０２は貫通孔３０
２を貫通した状態で該導電性リング３と直接接触する。
これは、図１１に示されたように、該内側パイプ２００
の端部と所定のステムピン９とを中継リードピン７を介
して電気的に接続することにより、ホトカソード１１に
所定の電位を与えるためである。したがって、この内側
パイプ２００は、電子増倍部１００の積層構造を規定す
るよう機能するとともに、ホトカソード１１に所定電位
を与えるためのリードピンとしても機能している。な
お、図１０中、番号３０３ａはコンタクト電極３０１と
リング本体とを接続するための溶接部分を示し、番号３
０３ｃは貫通孔３０２を補強するための溶接部分を示
す。また、図１１中、番号２５０は内側パイプ２００と
中継リードピン７との溶接部分を示し、番号２５１は中
継リードピン７とステムピン９との溶接部分を示す。

【００３８】上記導電性リング３は、さらに、電子増倍
部１００を、密閉容器の内壁から所定距離離間した状態
で、該密閉容器の所定位置に設置させるためのスプリン
グ電極３００を備える。したがって、スプリング電極３
００によって、光の入射方向Ｌに対して水平方向の密閉
容器内における位置が規定される。なお、図１０中、番
号３０３ｂは上記スプリング電極３００とリング本体と
の溶接部分を示す。

【００３９】次に、この発明に係る光電子増倍管に適用
されるファインメッシュダイノードの構造について図１
２〜図１６を用いて説明する。

【００４０】通常、ファインメッシュダイノードは、図
１２及び図１３中の矢印Ｃで示された基準線上に存在す
る線５０−１、５０−２、５０−３、５０−４の数が、
該基準線１インチ（＝２５．４（ｍｍ））当たり１００
０本以上あるメッシュダイノードをいう。そして、ファ
インメッシュダイノードの孔部の形状は図１２に示され
たように矩形でも、図１３に示されたように６角形であ
ってもよい。

【００４１】なお、この明細書では、ファインメッシュ
ダイノードを空間率Ｓ（％）で区別する。この空間率Ｓ
は、線幅をａ、線ピッチをｂとしたとき、Ｓ（％）＝｛（ｂ−ａ）²／ｂ²｝×１００で定義する。

【００４２】具体的には、＃１５００のファインメッシ
ュダイノードの場合、その線ピッチｂは１６．９μｍ
（＝２５．４（ｍｍ）／１５００（本））であり、例え
ば線幅を５．５６μｍとすると、その空間率は約４５％
となる。

【００４３】次に、ファインメッシュダイノードの線幅
は、磁界中の電子の振舞によって決定される。すなわ
ち、高磁界中でファイメッシュダイノードから放出され
た２次電子は、図１４に示すように、回転しながら軌道
７００を辿って次段のファインメッシュダイノードに到
達する。しかしながら、該ファインメッシュダイノード
の線幅が太すぎると、図１５に示すように放出された２
次電子は軌道７０１を辿り次段のファインメッシュダイ
ノードに到達できない。換言すれば、線幅が太すぎると
当該光電子増倍管の増倍率（アノードに到達する二次電
子の数／光電面で発生する光電子の数）が低下してしま
う。

【００４４】したがって、ファインメッシュダイノード
の線幅の決定には、磁界中の電子の最大回転半径を考慮
する必要がある。具体的に、この実施例では、以下のよ
うな計算により、最適な線幅を決定した。

【００４５】すなわち、２次電子のエネルギー分布のピ
ーク値はおよそ２（ｅＶ）〜３（ｅＶ）と推定される
（この実施例では、平均値２．５（ｅＶ）を２次電子の
初速度Ｖφとして示す）。また、電子の放出角度が磁界
に対して垂直方向である場合に該電子の回転半径Ｒは最
大になる。そこで、磁界の磁束密度（Ｂ）：２（Ｔ）電子の放出角度（θ）：９０゜電子の初速（Ｖφ）：２．５（ｅＶ）電子の速度（Ｖ）：（２ｅＶφ／ｍ）^(1/2) 電子の質量（ｍ）：９．１０９５×１０^-31 電子の電荷（ｅ）：１．６０２２×１０^-19 としたとき、電子の最大回転半径Ｒは以下のように決定
できる。

【００４６】Ｒ＝（（ｍＶ）／（ｅＢ））×ｓｉｎθ ＝２．６６５９×１０^-6（ｍ） ≒２．７（μｍ）なお、このときの電子の回転運動の最大直径は、約５．
４（μｍ）である。また、参考のため、初速の異なる各
電子について、各磁束密度（Ｔ）ごとの最大回転半径の
変化を計算した結果を図１６に示す。

【００４７】以上のことからも分るように、当該ファイ
ンメッシュダイノード５０の線幅は、少なくとも６（μ
ｍ）以下に設定するのが好ましい。一方、該ファインメ
ッシュダイノードに、製造中に加えられる張力に充分耐
え得る強度を与えるため、その線幅は２．４μｍ以上に
設定する必要がある。

【００４８】次に、上述のファインメッシュダイノード
の製造方法について、図１７〜図２６を用いて、順次各
工程を説明する。

【００４９】まず、第１の製造工程では、製造しようと
するファインメッシュダイノードの格子形状と同様の形
状の溝１２１、１２２をガラス板１２０の表面に刻み、
これをマスターガラスとする。そして、該マスターガラ
ス板１２０を王水洗浄した後、乾燥させる（図１７参
照）。

【００５０】続いて、第２の製造工程において、このマ
スターガラス板１２０表面に芯線になる金属（例えば、
パラジウム、銀、白金等）を陰極線スパッタ法により付
着させる。その後、マスターガラス板１２０表面の溝１
２１、１２２に入った芯線となる金属１２３を残し、そ
れ以外の余分な金属を削り取る（図１８参照）。さら
に、第３の製造工程で、その溝１２１、１２２に上記芯
線１２３を残した該マスターガラス板１２０と銅板電極
とを対向させて銅メッキ浴中に漬け、両者の間に電圧を
加え通電する。これにより、マスターガラス板１２０表
面の溝１２１、１２２に入った芯線１２３に銅膜１２４
をメッキする。

【００５１】続いて、以上の第１〜第３の製造工程を経
たマスターガラス板１２０を水洗いし、該マスターガラ
ス板１２０表面から銅膜１２４がメッキされた芯線１２
３を剥離し乾燥させる（第４の製造工程）。これによ
り、図１９に示されたようなメッシュシート５０Ａが得
られる。なお、図２０及び図２１は、第４の製造工程後
（銅メッキ後）のメッシュシート５０Ａのエッジ部分を
示す写真である。このメッシュ表面には、メッキされた
銅により全体にシワが見られるが、このシワは後述する
加熱処理により消える。

【００５２】発明者らは、以上の工程を順次実施するこ
とにより、その孔部の形状が略正方形であり、格子を形
成する線の断面形状が略楕円形状であるファインメッシ
ュシート５０Ａを得た。なお、このファインメッシュシ
ート５０Ａの線幅は５．５μｍ、線ピッチは１７μｍで
あり、空間率は約４５％であった。また、発明者らは、
空間率４５％及び５０％のそれぞれについて、＃１５０
０、＃２０００、＃２５００、＃３０００のファインメ
ッシュを得ることができた。以下に各ファインメッシュ
の線幅を示す。

【００５３】＃１５００：５．６ μｍ（空間率４５
％）、４．９８μｍ（空間率５０％）＃２０００：４．１８μｍ（空間率４５％）、３．７２
μｍ（空間率５０％）＃２５００：３．３４μｍ（空間率４５％）、２．９７
μｍ（空間率５０％）＃３０００：２．７９μｍ（空間率４５％）、２．４８
μｍ（空間率５０％）次に、第５の製造工程において、以上の工程により製造
されたファインメッシュシート５０Ａから円形のパター
ンを切り取りファインメッシュダイノード５０を得る
（図１９参照）。このファインメッシュダイノード５０
はそれ自身十分な強度がないので、図２２の第６の製造
工程に示されたように、該ファインメッシュダイノード
５０の第１面５０ａ及び第２面５０ｂ側から上側電極５
１及び下側電極５２で挟み込む。なお、この工程におい
て、上記上側電極５１及び下側電極５２はそれぞれが有
する貫通孔５１ａ、５２ａが一致するよう重ねられてい
る。また、上側電極５１には、ファインメッシュニダイ
ノード５０に所定電圧を印加するためにステムピン９と
電気的に接続された中継リードピン７が溶接固定される
突起部５１ｂを備える。

【００５４】そして、挟み込まれたファインメッシュダ
イノード５０に均等に張力が掛かるよう、第７の製造工
程において、該ファインメッシュダイノード５０を挟み
込んだ状態で上側電極５１及び下側電極５２を所定箇所
で溶接固定することにより、ダイノード部５００を製造
する（図２３参照）。なお、図２３中、番号５１０は上
側電極５１と下側電極５２との溶接箇所を示す。また、
上記上側電極５１及び下側電極５２の材料としては、ニ
クロム、ＮＭ、ステンレスＳＵＳ３１０Ｓなどがある。

【００５５】しかしながら、以上の工程を経ただけで
は、ファインメッシュダイノード５０のたわみは除去で
きない。そこで、得られたダイノード部５００を真空状
態の電気炉中に設置し、一旦６００℃〜７００℃まで加
熱した後、除熱することで、該ファインメッシュダイノ
ード５０のたわみを取り除く。たわみが除去される理由
としては、加熱することにより、芯線の金属材料（Ｐ
ｔ）とメッキ材料（Ｃｕ）との界面付近でこれら金属材
料の合金が形成されるため、該合金化による体積変化に
起因していると推定される。

【００５６】さらに、この実施例では、２次電子放出面
としてメッキされた銅（Ｃｕ）の上にアルミニウム（Ａ
ｌ）を蒸着するか、該Ｃｕの上にアンチモン（Ｓｂ）を
蒸着するか、あるいは、Ｃｕ上に蒸着されたＡｌ上にさ
らにＳｂを蒸着している。Ｃｕの上に上述の金属を蒸着
する理由としては、安定性（ドリフト）の問題を解決す
るためである。また、Ａｌ及び／又はＳｂの蒸着は、フ
ァインメッシュダイノード５０のホトカソード側に行わ
れる。

【００５７】以上のように、加熱処理され、さらに２次
電子放出面としてＡｌが蒸着されたファインメッシュダ
イノード５０の写真を図２４に示す。また、図２５は得
られたファインメッシュダイノード５０全体を示す写真
であり、図２６は、図２５の写真に示されたファインメ
ッシュダイノード５０を４５°傾けた角度から撮影した
写真である。

【００５８】次に、以上のように製造されたファインメ
ッシュダイノード５０の段数、段間距離及び磁界強度の
それぞれについて、当該ファインメッシュダイノード５
０の空間率に対する光電子増倍管の増倍率を、実験及び
シミュレーション計算により求めた結果を以下に示す。

【００５９】図２７は、ファインメッシュダイノード５
０の空間率に対する、この発明に係る光電子増倍管の増
倍率の関係を示すグラフである。なお、このグラフは、
線幅一定、線ピッチ可変として異なる空間率を有する各
サンプル（線幅は４μｍ、５μｍ及び６μｍ）につい
て、各線幅ごとの増倍率の理論値及び実測値を示す。

【００６０】磁界がない場合（Ｂ＝０（Ｔ））には、空
間率５３％〜６０％の範囲において増倍率が１×１０⁷
以上になり、空間率４０％付近における増倍率１×１０
⁵と比べて１００倍以上であった。

【００６１】また、磁界の磁束密度が２Ｔの場合には、
線幅が４μｍのファインメッシュダイノードは、空間率
５５〜６２％の範囲における増倍率が、空間率４０％付
近における増倍率の１００倍以上であった。５μｍのフ
ァインメッシュダイノードは、空間率６０％付近におけ
る増倍率が、空間率４０％付近における増倍率の約１０
０倍であった。６μｍのファインメッシュダイノード
は、空間率６２〜７０％の範囲における増倍率が、空間
率４０％付近における増倍率の１００倍以上であった。

【００６２】図２８は、ファインメッシュダイノードの
空間率に対する、この発明に係る光電子増倍管の増倍率
の関係を示すグラフである。なお、このグラフは、線ピ
ッチ一定、線幅可変として異なる空間率を有する各サン
プルについて、磁界中の磁束密度を変えた場合（Ｂ＝０
（Ｔ）と２（Ｔ））の増倍率の理論値及び実測値を示
す。

【００６３】シミュレーション計算によれば、磁界がな
い場合（Ｂ＝０（Ｔ））には、空間率５５％付近におけ
る増倍率は、空間率３５％付近における増倍率の約１０
０倍であり、又、実験結果とシミュレーション計算結果
とは、空間率４５％において同じ増倍率が得られ同様の
傾向を示した。磁界の磁束密度が２Ｔの場合には、空間
率６０％付近における増倍率は、空間率４０％付近にお
ける増倍率の約１０倍である。

【００６４】図２９は、ファインメッシュダイノードの
空間率に対する、この発明に係る光電子増倍管の増倍率
の関係を示すグラフである。なお、このグラフは、線ピ
ッチ一定、線幅可変として異なる空間率を有する各サン
プルについて、電子増倍部の段数（ダイノードの段数）
を変えた場合（１６段、１９段及び２４段の場合）の増
倍率の理論値及び実測値を示す。

【００６５】シミュレーション計算によれば、何れの場
合にも、空間率５５％付近において増倍率は最大値を示
し、空間率３５％付近における増倍率の約１００倍であ
ることが認められる。又、実験結果とシミュレーション
計算結果とは、空間率４５％において同じ増倍率が得ら
れ同様の傾向を示した。

【００６６】以上の実験結果から発明者らは、当該光電
子増倍管の好ましい増倍率を得るため、ファインメッシ
ュダイノードの空間率を、４５％〜６５％の範囲に設定
するのが妥当であるとする結論を得た。しかしながら、
上述したようにファインメッシュダイノード５０は製造
されるため、該ファインメッシュダイノード５０には相
当の強度が要求される。この観点がら、該ファインメッ
シュダイノード５０の空間率は４５％〜５０％の範囲に
設定するのが最も好ましい。

【００６７】さらに、発明者らは、線ピッチを一定とし
線幅を可変として空間率を変えたファインメッシュダイ
ノードについて得た、当該光電子増倍管の増倍率のシミ
ュレーション結果（理論値）及び実測値を、隣接するフ
ァインメッシュダイノードの間隔が０．４ｍｍ、０．８
ｍｍ及び１．６ｍｍそれぞれの場合につき求めた。この
場合も同様に空間率４５〜６５％で増倍率が最大となっ
た。

【００６８】また、ファインメッシュダイノードの各段
で孔部位置を揃えて配置した場合も、でたらめに配置し
た場合も同様の効果が得られた。

【００６９】以上の各種実験及びシミュレーション計算
結果を総合すると、ファインメッシュダイノードの段
数、ダイノード間の間隔及び磁界強度のそれぞれの場合
において、光電子増倍管の増倍率はファインメッシュダ
イノードの空間率が４５％〜６５％において最大とな
る。また、製造上の観点から特に、ファインメッシュダ
イノードの空間率は４５％〜５０％の範囲に設定するの
が好ましいことが分った。

【００７０】なお、この発明は、上述された実施例に限
定されるものではなく、種々の変形が可能である。例え
ば、ファインメッシュダイノードの孔部形状は、その孔
部の形状が長方形、六角形、或いはその他の多角形であ
ってもよい。具体的には、例えば、図１３に示されたよ
うに、六角形の孔部形状を有するファインメッシュダイ
ノードでもよい。このファインメッシュダイノードは、
六角形の孔部が蜂の巣状に並んだ形状になっている。ま
た、該ファインメッシュダイノードの孔部形状は、非周
期的な形状であってもよいし、異なる形状の孔部が配置
されていてもよい。

【００７１】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、ファ
インメッシュダイノードを支持する各電極を貫通した中
空パイプによって、電子増倍部の積層構造を規定する。
これにより、各ファインメッシュダイノード間の間隔を
正確に制御し製造誤差が抑制された光電子増倍管が得ら
れる。これにより、増倍率にバラツキが生じたり、製造
中にファインメッシュダイノードが破れる可能性は著し
く低減される。また、この中空パイプの一部は導電性材
料から構成されているので、ホトカソードを所定電位に
設定するために印加される電圧の供給構造の一部として
も機能できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る光電子増倍管全体の組立工程を
示す図である。

【図２】図１に示された光電子増倍管の、組立後の構造
を示す斜視図である。

【図３】図２示された光電子増倍管におけるステム部分
であって、ホトカソード形成後の該ステム部分の構造を
示す断面図である。

【図４】図２に示された光電子増倍管の、電子増倍部の
構造を示す図である。

【図５】図４においてＡで示された部分の構造を拡大し
て示す図である。

【図６】各ファインメッシュダイノードを所定間隔ごと
に積層して、電子増倍部を構成するためのパイプの構造
を示す図である（その１）。

【図７】各ファインメッシュダイノードを所定間隔ごと
に積層して、電子増倍部を構成するためのパイプの構造
を示す図である（その２）。

【図８】図４においてＢで示された部分の内部構造を拡
大して示す図である。

【図９】ホトカソード、各ダイノード、及びアノードの
それぞれを、所定電位に設定するためのブリーダ回路の
構成を示す図である。

【図１０】電子増倍部を密閉容器内の所定位置に設置す
るためのリングの詳細構造を示す平面図である。

【図１１】ホトカソードを所定電位に設定するための配
線構造を説明するための、光電子増倍管の断面図であ
る。

【図１２】ファインメッシュダイノードの第１実施例の
構成を示す斜視図である。

【図１３】ファインメッシュダイノードの第２実施例の
構成を示す斜視図である。

【図１４】高磁界中の電子の振舞と、図１２及び図１３
に示されたファインメッシュダイノードの線幅との関係
を説明するための図である（その１）。

【図１５】高磁界中の電子の振舞と、図１２及び図１３
に示されたファインメッシュダイノードの線幅との関係
を説明するための図である（その２）。

【図１６】磁界強度に対する電子の最大回転半径との関
係（理論値）を示すグラフである。

【図１７】ファインメッシュダイノードの製造方法を説
明するための、第１製造工程を示す図である。

【図１８】ファインメッシュダイノードの製造方法を説
明するための、第２製造工程を示す図である。

【図１９】ファインメッシュダイノードの製造方法を説
明するための、第５製造工程を示す図である。

【図２０】ファインメッシュダイノードを構成する芯線
に銅メッキした後の、該ファインメッシュの外観を撮影
したＳＥＭ写真である（その１）。

【図２１】ファインメッシュダイノードを構成する芯線
に銅メッキした後の、該ファインメッシュの外観を撮影
したＳＥＭ写真である（その２）。

【図２２】ファインメッシュダイノードの製造方法を説
明するための、第６製造工程を示す図である。

【図２３】ファインメッシュダイノードの製造方法を説
明するための、第７製造工程を示す図である。

【図２４】第７の製造工程を経た後（加熱処理後、かつ
Ａｌ蒸着後）のファインメッシュダイノードの外観を示
すＳＥＭ写真である。

【図２５】得られた＃２０００のファインメッシュダイ
ノード全体を示すＳＥＭ写真である。

【図２６】図２５のファインメッシュダイノードを４５
°の角度から撮影したＳＥＭ写真である。

【図２７】ファインメッシュダイノードの空間率に対す
る、この発明に係る光電子増倍管の増倍率の関係を示す
グラフである。なお、このグラフは、線幅一定、線ピッ
チ可変として異なる空間率を有する各サンプルについ
て、各線幅ごとの増倍率の理論値及び実測値を示す。

【図２８】ファインメッシュダイノードの空間率に対す
る、この発明に係る光電子増倍管の増倍率の関係を示す
グラフである。なお、このグラフは、線ピッチ一定、線
幅可変として異なる空間率を有する各サンプルについ
て、磁界中の磁束密度を変えた場合の増倍率の理論値及
び実測値を示す。

【図２９】ファインメッシュダイノードの空間率に対す
る、この発明に係る光電子増倍管の増倍率の関係を示す
グラフである。なお、このグラフは、線ピッチ一定、線
幅可変として異なる空間率を有する各サンプルについ
て、電子増倍部の段数（ダイノードの段数）を変えた場
合の増倍率の理論値及び実測値を示す。

【符号の説明】

１…ハウジング、２…パイプ、３…導電性リング、６…
アノード、７…中継リードピン、８…ステム、９…リー
ドピン（ステムピン）、１１…ホトカソード、４０、４
１、４２、４３、４３０、４３１…絶縁体（セラミック
スペーサ、セラミックリングスペーサ）、５０…ファイ
ンメッシュダイノード、５１…上側電極、５２…下側電
極、１００…電子増倍部、２００…内側パイプ、２０１
…外側パイプ、２０２…Ｔ字状エッジ部、２０５…カシ
メ部、３００…スピリング電極、３０１…コンタクト電
極、５００…ダイノード部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射された光に対応した光電子を放出す
るためのホトカソードと、絶縁体を介して互いに所定間隔離間された状態で積層さ
れ、かつ１インチ当たり少なくとも１０００以上の線を
有するファインメッシュダイノードと、該ファインメッ
シュダイノードを所定の張力を加えた状態で把持する上
側及び下側電極とをそれぞれ備えた複数段のダイノード
部を有し、前記ホトカソードから放出された光電子をカ
スケード増倍するための電子増倍部と、前記電子増倍部から放出された２次電子を収集するため
のアノードと、絶縁材料からなる外側パイプと、該外側パイプを貫通す
る、導電性材料からなる内側パイプとで構成され、かつ
少なくとも前記ダイノード部のそれぞれを貫通した状態
で、該各ダイノード部の積層方向の位置を規定するため
のパイプと、を備えた光電子増倍管。
【請求項２】前記外側パイプは、前記内側パイプより
も短い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】前記内側パイプは、その第１の端部に、
前記外側パイプの開口直径よりも大きい直径のエッジ部
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４】所定電圧を印加するための複数のリード
ピンがその底部を貫通した状態で保持され、かつ少なく
とも、前記ホトカソード、前記電子増倍部、及び前記ア
ノードを収納する密閉容器を備えた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】前記ホトカソードと電子増倍部との間に
設けられ、該ホトカソードから放出された光電子を貫通
させるための開口部を有するとともに、該ホトカソード
と同電位に設定される導電性リングを備えたことを特徴
とする請求項４記載の光電子増倍管。
【請求項６】前記導電性リングは、前記パイプにより
絶縁体を介して前記電子増倍部に固定されており、そし
て、前記電子増倍部を前記密閉容器の内壁から所定距離離間
させた状態で該密閉容器の所定位置に設置させための、
該密閉容器の内壁に当接するスプリング電極を備えるこ
とを特徴とする請求項５記載の光電子増倍管。
【請求項７】前記導電性リングは、前記ホトカソード
と電気的に接続するためのコンタクト電極を備え、そし
て、前記内側パイプの前記第１の端部は、前記導電性リング
と電気的に接続されており、かつ前記内側パイプの第２
の端部は、前記密閉容器によって保持されているリード
ピンのうち、いずれかのリードピンと電気的に接続され
ていることを特徴とする請求項４又は５記載の光電子増
倍管。
【請求項８】前記電子増倍部の各ダイノード部と、対
応する前記密閉容器の底部で支持されたリードピントを
電気的に接続するとともに、該電子増倍部の第１段のフ
ァインメッシュダイノードと前記ホトカソードとの間隔
を規定するための複数の中継リードピンを備えることを
特徴とする請求項４〜７のいずれか一項記載の光電子増
倍管。
【請求項９】前記アノードの、前記電子増倍部と向い
合った面側とは反対の面側から該アノードに当接した絶
縁体を備え、この絶縁体は、前記外側パイプの外径より
も大きい径の貫通孔を有する第１の絶縁体と、前記内側
パイプの外径よりも大きく、かつ該外側パイプの内径よ
りも小さい径の貫通孔を有する第２の絶縁体とから構成
されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一
項記載の光電子増倍管。
【請求項１０】前記ファインメッシュダイノードを構
成する線の数は、１インチ当たり１５００以上であり、
その線幅は２．４μｍ〜６μｍであることを特徴とする
請求項１〜９のいずれか一項記載の光電子増倍管。
【請求項１１】前記ファインメッシュダイノードは、
その線幅が２．４μｍ〜６μｍであって４５％〜６５％
の空間率を有することを特徴とする請求項１〜１０のい
ずれか一項記載の光電子増倍管。
【請求項１２】前記ファインメッシュダイノードは、
その線幅が２．４μｍ〜６μｍであって４５％〜５０％
の空間率を有する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】前記ホトカソードから、前記ダイノー
ド部のうち該ホトカソードと直接対向しているダイノー
ド部までの間隔が、２．０ｍｍ〜５．０ｍｍであり、か
つ隣接する前記ダイノード部のファインメッシュダイノ
ード間の間隔が、０．４ｍｍ〜１．６ｍｍであることを
特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項記載の光電子
増倍管。