特開 2023-162823 光電子増倍管

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023162823

(43)【公開日】2023-11-09

(54)【発明の名称】光電子増倍管

(51)【国際特許分類】

   H01J 43/06 20060101AFI20231101BHJP

【ＦＩ】

H01J43/06

【審査請求】有

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022073485

(22)【出願日】2022-04-27

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2023-06-01

(71)【出願人】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(72)【発明者】

【氏名】西村 侑記

(72)【発明者】

【氏名】松田 成未

(72)【発明者】

【氏名】彦坂 尚

(72)【発明者】

【氏名】勝山 広太

(57)【要約】

【課題】高電圧化を抑制しつつ高速化を図ることが可能な光電子増倍管を提供する。
【解決手段】光電子増倍管１は、光電面２０と、光電子の入射に応じて二次電子を放出すると共に、当該二次電子を増倍する電子増倍部３０と、光電面２０と電子増倍部３０との間に配置され、光電子を加速して電子増倍部３０に入射させるための加速電極４０と、を備える。管径方向Ｄ２からみたとき、光電面２０と加速電極４０と電子増倍部３０とは、加速電極４０の管軸方向Ｄ１の光電面２０側の第１端部４０ａと光電面２０との間、及び、加速電極４０の管軸方向Ｄ１の電子増倍部３０側の第２端部４０ｂと電子増倍部３０との間に、他の部材が介在しないように配置されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

入射光に応じて光電子を放出する光電面と、
前記光電面から放出された前記光電子の入射に応じて二次電子を放出すると共に、当該二次電子を増倍する複数のダイノードを含む電子増倍部と、
前記光電面と前記電子増倍部との間に配置され、前記光電子を加速して前記電子増倍部に入射させるための加速電極と、
前記光電面、前記加速電極、及び、前記電子増倍部を収容する管状の収容容器と、
を備え、
前記収容容器の管軸方向に交差する管径方向からみたとき、前記光電面と前記加速電極と前記電子増倍部とは、前記加速電極の前記管軸方向の前記光電面側の第１端部と前記光電面との間、及び、前記加速電極の前記管軸方向の前記電子増倍部側の第２端部と前記電子増倍部との間に他の部材が介在しないように配置されている、
光電子増倍管。

【請求項2】

前記加速電極は、前記第２端部から前記管径方向に延在するフランジ部を有する、
請求項１に記載の光電子増倍管。

【請求項3】

前記フランジ部は、前記管軸方向からみて前記電子増倍部の外側まで延在している、
請求項２に記載の光電子増倍管。

【請求項4】

前記加速電極は、前記第１端部及び前記第２端部を含むと共に、前記光電子を通過させる貫通孔が形成された筒状部を有し、
前記筒状部の前記管軸方向における長さは、前記貫通孔の半径以上である、
請求項１に記載の光電子増倍管。

【請求項5】

前記光電面から放出された前記光電子を前記電子増倍部に向けて集束させるための集束電極をさらに備え、
前記集束電極は、前記管径方向からみて前記加速電極に重なる範囲に設けられている、
請求項１に記載の光電子増倍管。

【請求項6】

前記集束電極は、前記管軸方向からみて前記電子増倍部の外側まで延在している、
請求項５に記載の光電子増倍管。

【請求項7】

前記光電面から放出された前記光電子を前記電子増倍部に向けて集束させるための集束電極をさらに備え、
前記集束電極は、前記管径方向からみて前記加速電極に重なる範囲に設けられると共に、前記管軸方向からみて前記フランジ部の外側まで延在している、
請求項３に記載の光電子増倍管。

【請求項8】

前記光電面における前記加速電極に入射する前記光電子を放出する有効領域の外側の非有効領域を遮光するための遮光部をさらに備える、
請求項１～７のいずれか一項に記載の光電子増倍管。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光電子増倍管に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、光電子増倍管が記載されている。この光電子増倍管は、光電子を放出するホトカソードと、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、該二次電子を増倍する複数段のダイノードを含むダイノードユニットと、ホトカソードとダイノードユニットとの間に配置され、ホトカソードからの光電子が通過するための貫通孔を有する集束電極と、集束電極とダイノードユニットの間に配置され、ホトカソードから集束電極を介して到達した光電子を加速するための加速電極と、を備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２００８－５３５１４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の光電子増倍管では、第１段ダイノード及び第２段ダイノードが、導電性部材が介在することなく加速電極に直接対向した状態とすることにより、電子走行時間のバラつきの低減を図っている。

【0005】

ところで、上記技術分野にあっては、時間分解能の向上のため、さらなる高速化が望まれている。高速化の指標の１つとしては、ＴＴＳ（Transit Time Spread）を小さくすることがある。ＴＴＳは、光電面を単一光子により全面照射した際の単一光電子パルスの走行時間揺らぎである。本発明者の知見によれば、特許文献１に記載された光電子増倍管によって、ＴＴＳを一定程度小さくすることが可能である。一方で、本発明者の知見によれば、特許文献１に記載の光電子増倍管においてＴＴＳをより小さくするためには、非常に高い電圧を印加する必要がある。これは、ホトカソードと加速電極と間に集束電極が介在する分だけ長焦点化され、加速電極の電界強度の低下が生じる結果、この電界強度の低下を補うべく加速電極により高い電圧を印加する必要があるためである。そして、そのような高電圧化が進むと、耐圧不良の問題が顕在化し得る。

【0006】

そこで、本開示は、高電圧化を抑制しつつ高速化を図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】

【0007】

本開示に係る光電子増倍管は、［１］「入射光に応じて光電子を放出する光電面と、前記光電面から放出された前記光電子の入射に応じて二次電子を放出すると共に、当該二次電子を増倍する複数のダイノードを含む電子増倍部と、前記光電面と前記電子増倍部との間に配置され、前記光電子を加速して前記電子増倍部に入射させるための加速電極と、前記光電面、前記加速電極、及び、前記電子増倍部を収容する管状の収容容器と、を備え、前記収容容器の管軸方向に交差する管径方向からみたとき、前記光電面と前記加速電極と前記電子増倍部とは、前記加速電極の前記管軸方向の前記光電面側の第１端部と前記光電面との間、及び、前記加速電極の前記管軸方向の前記電子増倍部側の第２端部と前記電子増倍部との間に他の部材が介在しないように配置されている、光電子増倍管」である。

【0008】

上記［１］の光電子増倍管では、入射光に応じて光電子を放出する光電面と、当該光電子に応じた二次電子を増倍する電子増倍部との間に、光電子を加速して電子増倍部に入射させるための加速電極が設けられている。そして、収容容器の管径方向からみたとき、光電面と加速電極と電子増倍部とは、加速電極の管軸方向の光電面側の第１端部と光電面との間、及び、加速電極の管軸方向の電子増倍部側の第２端部と電子増倍部との間に、例えば集束電極といった他の電極等の他の部材が介在されていない。このため、光電面、加速電極、及び電子増倍部を比較的に近接して配置することによって長焦点化を避け、加速電極の電界強度の低下を抑制可能である。よって、高電圧化を抑制しつつ高速化を図ることが可能である。

【0009】

本開示に係る光電子増倍管は、［２］「前記加速電極は、前記第２端部から前記管径方向に延在するフランジ部を有する、上記［１］に記載の光電子増倍管」であってもよい。当該［２］に係る光電子増倍管によれば、フランジ部によって、光電面の有効領域でない非有効領域から放出された光電子といったＴＴＳを悪化させるような余分な光電子が電子増倍部に入射することが抑制される。

【0010】

本開示に係る光電子増倍管は、［３］「前記フランジ部は、前記管軸方向からみて前記電子増倍部の外側まで延在している、上記［２］に記載の光電子増倍管」であってもよい。当該［３］に係る光電子増倍管によれば、余分な光電子が電子増倍部に入射することが確実に抑制される。

【0011】

本開示に係る光電子増倍管は、［４］「前記加速電極は、前記第１端部及び前記第２端部を含むと共に、前記光電子を通過させる貫通孔が形成された筒状部を有し、前記筒状部の前記管軸方向における長さは、前記貫通孔の半径以上である、上記［１］～［３］のいずれかに記載の光電子増倍管」であってもよい。当該［４］に係る光電子増倍管によれば、光電面の有効領域から放出された所望の光電子を筒状部に集めつつ、余分な光電子を遮ることが可能となる。

【0012】

本開示に係る光電子増倍管は、［５］「前記光電面から放出された前記光電子を前記電子増倍部に向けて集束させるための集束電極をさらに備え、前記集束電極は、前記管径方向からみて前記加速電極に重なる範囲に設けられている、上記［１］～［４］のいずれかに記載の光電子増倍管」であってもよい。当該［５］に係る光電子増倍管によれば、加速電極が形成する光電子の加速場を微調整して光電子の集束性を向上させることができる。

【0013】

本開示に係る光電子増倍管は、［６］「前記集束電極は、前記管軸方向からみて前記電子増倍部の外側まで延在している、上記［５］に記載の光電子増倍管」であってもよい。当該［６］に記載の光電子増倍管によれば、光電子の集束性を向上させつつ、余分な光電子が電子増倍部に入射することが抑制される。

【0014】

本開示に係る光電子増倍管は、［７］「前記光電面から放出された前記光電子を前記電子増倍部に向けて集束させるための集束電極をさらに備え、前記集束電極は、前記管径方向からみて前記加速電極に重なる範囲に設けられると共に、前記管軸方向からみて前記フランジ部の外側まで延在している、上記［３］に記載の光電子増倍管」であってもよい。当該［７］に係る光電子増倍管によれば、光電子の集束性を向上させつつ、余分な光電子が電子増倍部に入射することが確実に抑制される。

【0015】

本開示に係る光電子増倍管は、［８］「前記光電面における前記加速電極に入射する前記光電子を放出する有効領域の外側の非有効領域を遮光するための遮光部をさらに備える、上記［１］～［７］のいずれかに記載の光電子増倍管」であってもよい。当該［８］に係る光電子増倍管によれば、光電面の非有効領域に光が入射することが抑制されるため、余分な光電子が電子増倍部に入射することがより確実に抑制される。

【発明の効果】

【0016】

本開示によれば、高電圧化を抑制しつつ高速化を図ることが可能な光電子増倍管を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、一実施形態に係る光電子増倍管を示す概略断面図である。

【図2】図２は、光電子増倍管の一方向におけるＣＴＴＤを示すグラフである。

【図3】図３は、光電子増倍管の別の一方向におけるＣＴＴＤを示すグラフである。

【図4】図４は、本実施形態に係る光電子増倍管のＴＴＳを示している。

【図5】図５は、第１変形例に係る光電子増倍管の概略断面図である。

【図6】図６は、第１変形例に係る光電子増倍管の特性を示すグラフである。

【図7】図７は、第２変形例に係る光電子増倍管の概略断面図である。

【図8】図８は、第２変形例に係る光電子増倍管の特性を示すグラフである。

【図9】図９は、第３変形例に係る光電子増倍管の概略断面図である。

【図10】図１０は、第３変形例に係る光電子増倍管の特性を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、一実施形態について図面を参照して説明する。なお、図面の説明において、同一または相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。

【0019】

図１は、一実施形態に係る光電子増倍管を示す概略断面図である。図１に示されるように、光電子増倍管１は、内部が真空引きされた密閉容器である収容容器１０を備えている。収容容器１０は、両端が封止された円筒管状に形成されている。以下では、収容容器１０の管軸ＡＸに沿った方向を管軸方向Ｄ１とし、収容容器１０の径方向であって管軸方向Ｄ１に交差（直交）する方向を管径方向Ｄ２とする。

【0020】

光電子増倍管１は、収容容器１０に収容された光電面２０、電子増倍部３０、加速電極４０、及び、集束電極５０を備えている。さらに、光電子増倍管１は、収容容器１０の外部に設けられた遮光部６０を備えている。光電面２０は、収容容器１０の管軸方向Ｄ１の一端部の内側に形成されている。光電面２０は、入射光に応じて光電子を放出する。光電面２０は、加速電極４０に対向しており、加速電極４０と反対側に凸となる部分的な球面状の曲面形状を有する。光電面２０には、収容容器１０の内壁面上において光電面２０の周縁部を包囲するように周方向に連続的に設けられた導電膜（給電部材）２１を介して電圧が印加される。導電膜２１は、光電面２０の全面にわたって均一に電位を印加することを可能とする。導電膜２１は、光電面２０に安定した電位を供給することによってＴＴＳの安定性の向上に寄与する。

【0021】

光電面２０は、加速電極４０に入射する光電子を放出する有効領域２０ａと、有効領域２０ａの外側の非有効領域２０ｂと、を含む。有効領域２０ａは、管軸方向Ｄ１からみて、管軸ＡＸを中心とする円形状の領域である。非有効領域２０ｂは、有効領域２０ａから連続する領域であり、管軸方向Ｄ１からみて管軸ＡＸを中心とする円環状の領域である。

【0022】

電子増倍部３０は、加速電極４０を介して光電面（カソード）２０に対向して配置されている。電子増倍部３０は、光電面２０から放出された光電子の入射に応じて二次電子を放出すると共に、当該二次電子を増倍する複数のダイノードを含む。より具体的には、電子増倍部３０は、第１ダイノードＤＹ１、第２ダイノードＤＹ２、第３ダイノードＤＹ３、第４ダイノードＤＹ４、第５ダイノードＤＹ５、第６ダイノードＤＹ６、第７ダイノードＤＹ７、反射型ダイノードＤＹ８、及び、アノード３１を含む。

【0023】

第１ダイノードＤＹ１～第７ダイノードＤＹ７は、第１ダイノードＤＹ１に到達した光電子に応答して放出される二次電子を、順次にカスケード増倍する。第１ダイノードＤＹ１～第７ダイノードＤＹ７、及び反射型ダイノードＤＹ８には、光電子或いは二次電子を受け、該電子の入射方向に向かって新たに二次電子を放出する反射型の二次電子放出面が形成されている。アノード３１は、第１ダイノードＤＹ１～第７ダイノードＤＹ７により増倍された二次電子を信号として取り出すためのものである。反射型ダイノードＤＹ８は、アノード３１を通過した電子を再びアノード３１へ反転させる。

【0024】

加速電極４０は、光電面２０と電子増倍部３０との間に配置され、光電面２０より放出された光電子を加速して電子増倍部３０に入射させる。加速電極４０により、光電面２０の光電子の放出部位に起因した光電面２０から電子増倍部３０に至る光電子の走行時間のバラツキが減少される。また、加速電極４０は、光電面２０及び収容容器１０の内壁面（さらには導電膜２１）から離間して配置されている。

【0025】

加速電極４０は、管軸方向Ｄ１における第１端部４０ａと、第１端部４０ａの反対側の第２端部４０ｂと、を含む。第１端部４０ａは光電面２０側の端部（光電面２０に対する端部）であり、第２端部４０ｂは電子増倍部３０側の端部（電子増倍部３０に対向する端部）である。光電面２０、加速電極４０、及び電子増倍部３０は、管径方向Ｄ２からみたとき、第１端部４０ａと光電面２０との間、及び、第２端部４０ｂと電子増倍部３０との間に他の部材が介在しないように配置されている。

【0026】

なお、ここでいう他の部材とは、例えば、集束電極といった他の電極等の導電部材を含む任意の部材である。ただし、ここでいう他の部材は、収容容器１０の側壁部や、加速電極４０や電子増倍部３０等の各種電極を収容容器１０内に支持するための支持部材や、各種電極と支持部材とを固定するための固定部材（導電性／絶縁性問わず）や、光電面２０や各種電極への給電部材（例えば導電膜２１）や、収容容器１０の内壁面に設けられる部材（例えば導電膜２１）といったように、管軸方向Ｄ１からみて光電面２０、加速電極４０、及び電子増倍部３０に重ならない部材を除く。すなわち、ここでの第１端部４０ａと光電面２０の間、及び、第２端部４０ｂと電子増倍部３０との間に他の部材が介在しないとは、光電面２０、加速電極４０、及び、電子増倍部３０を管軸方向Ｄ１に沿って位置調整する際に（移動させたときに）、干渉する他の部材が存在しないことを意味する。

【0027】

一方、ここでいう他の部材は、光電面２０と加速電極４０との間、及び、加速電極４０と電子増倍部３０との間のそれぞれに形成される電界に影響を与え得る部材を含む。換言すれば、他の部材は、光電面２０と加速電極４０との間においては、光電面２０及び加速電極４０のいずれとも異なる電位が印加された部材、加速電極４０と電子増倍部３０との間においては、加速電極４０及び第１ダイノードＤＹ１のいずれとも異なる電位が印加された部材を含む。すなわち、一例として、加速電極４０を組み付ける際に、金属製の板部材であって加速電極４０と同電位となる部材が加速電極４０と電子増倍部３０との間に配置される場合があるが、この部材は、加速電極４０と同電位であるため、加速電極４０及び第１ダイノードＤＹ１のいずれとも異なる電位が印加された部材に該当せず、上記の他の部材に含まれない（すなわち介在し得る）。

【0028】

ここで、加速電極４０は、筒状部４１とフランジ部４２とを含む。筒状部４１は、管軸方向Ｄ１に沿って延びる円筒状を呈しており、第１端部４０ａと第２端部４０ｂとを含む。筒状部４１には、光電子を通過させる貫通孔４１ｈが形成されている。筒状部４１及び貫通孔４１ｈは、管軸方向Ｄ１からみて、光電面２０の有効領域２０ａよりも小径であり、且つ、管軸ＡＸを中心とする円形状を呈している。この例では、筒状部４１の第２端部４０ｂ側の端面は管軸ＡＸに直交する面と略平行であるが、筒状部４１の第１端部４０ａ側の端面は、第１ダイノードＤＹ１の傾斜に対応するように（同方向に傾斜するように）管軸ＡＸに直交する面に対して傾斜している。この傾斜によって、第１ダイノードＤＹ１までの走行距離が長い電子の加速度を、走行距離が短い電子の加速度よりも上昇させ、走行時間差を小さくさせることができる。

【0029】

フランジ部４２は、円環板状を呈しており、筒状部４１の第２端部４０ｂから管径方向Ｄ２に沿って筒状部４１の外側に向けて延在している。フランジ部４２は、管軸方向Ｄ１からみて電子増倍部３０の外側に至るように延在している。すなわち、フランジ部４２の管径方向Ｄ２の端部は、電子増倍部３０の外側に位置している。これにより、加速電極４０は、全体として、管軸方向Ｄ１からみて電子増倍部３０の全体を覆っている。

【0030】

集束電極５０は、光電面２０から放出された光電子を電子増倍部３０に向けて集束させる。すなわち、集束電極５０は、光電面２０から放出された光電子が電子増倍部３０に集束していくように光電子の軌道を調整する機能を有する。集束電極５０は、貫通孔５０ｈを有する円環板状に形成されており、当該貫通孔５０ｈの内部に加速電極４０（筒状部４１）が挿通するように配置されている。集束電極５０及び貫通孔５０ｈは、管軸方向Ｄ１からみて、管軸ＡＸを中心とする円環状を呈している。

【0031】

集束電極５０は、管径方向Ｄ２からみて加速電極４０に重なる範囲に設けられている。換言すれば、集束電極５０は、管径方向Ｄ２からみて第１端部４０ａと第２端部４０ｂとの間に位置しており、加速電極４０から突出していない。一方、集束電極５０は、管軸方向Ｄ１からみて、電子増倍部３０の外側に至るように延在している。すなわち、管軸方向Ｄ１からみて、集束電極５０の外縁が、電子増倍部３０の外側に位置している。

【0032】

また、ここでは、管軸方向Ｄ１からみて、集束電極５０がフランジ部４２のさらに外側に至るように延在している。すなわち、ここでは、管軸方向Ｄ１からみて、集束電極５０の外縁が、フランジ部４２の外縁よりもさらに外側に位置している。なお、図示の例では、集束電極５０と加速電極４０のフランジ部４２とは、略平行である。

【0033】

加速電極４０及び集束電極５０のそれぞれに印加される電圧の大きさは、互いに異なっている。すなわち、加速電極４０には、集束電極５０よりも大きな電圧が付与されている。一例として、加速電極４０には、第１ダイノードＤＹ１に印加される電圧よりも大きな電圧（例えば、第６ダイノードＤＹ６に印加される電圧と同等の電圧）が印加される。一方、集束電極５０には、一例として、第１ダイノードＤＹ１に印加される電圧と同等以下の電圧が印加される。

【0034】

遮光部６０は、管軸方向Ｄ１における収容容器１０の一端部の外側に設けられている。遮光部６０は、管軸方向Ｄ１からみて、管軸ＡＸを中心とする円環状に形成されており、光電面２０の非有効領域２０ｂを覆うように収容容器１０の外面に設けられている。遮光部６０は、非有効領域２０ｂにおいて光電子が放出されないように非有効領域２０ｂを遮光している。

【0035】

ここで、光電面２０及び加速電極４０のサイズ及び位置関係について説明する。光電面２０の有効領域２０ａは、管軸方向Ｄ１からみたときの直径φを有する。光電面２０では、遮光部６０によって非有効領域２０ｂが遮光されることにより、有効領域２０ａの直径φが絞られており（全体の直径よりも小さくされており）、この結果、光電子の短焦点化が図られている。

【0036】

一方、加速電極４０の筒状部４１（貫通孔４１ｈ）は、半径ｒを有する。また、筒状部４１は、管軸方向Ｄ１における長さｄを有する。長さｄは、筒状部４１における第１端部４０ａと第２端部４０ｂとの距離でもある。上述したように、筒状部４１では、第１端部４０ａ側の端面が管軸ＡＸに直交する面に対して傾斜し、且つ、第２端部４０ｂ側の端面が管軸ＡＸに直交する面に対して略平行である。

【0037】

したがって、長さｄは、筒状部４１の周方向の位置に応じて変化する（図示の断面内では管径方向Ｄ２に応じて変化する）。ここでは、長さｄは、管軸ＡＸ上での値とする。長さｄは、半径ｒ以上である。また、光電子増倍管１は、管軸ＡＸにおける筒状部４１の第１端部４０ａと光電面２０（有効領域２０ａ）との距離ｈを有している。長さｄを一定程度（半径ｒ）よりも大きくすることは、筒状部４１の第１端部４０ａを距離ｈ程度まで光電面２０に近接させることに寄与している。

【0038】

これにより、光電子増倍管１では、加速電極４０の筒状部４１の第１端部４０ａを、直径φが絞られて短焦点化された有効領域２０ａから距離ｈ程度の近傍まで至らせることによって、例えば２０００Ｖといった高電圧を用いることなく（比較的低電圧で）光電子の十分な加速場を形成しつつ、有効領域２０ａからの光電子を半径ｒの貫通孔５０ｈに導きながら加速することを可能としている。このように、光電子増倍管１では、距離ｈ、直径φ、及び、半径ｒは、互いに関連付けられて設定され得る。一例として、距離ｈは、直径φの０．６倍以上０．８倍以下程度の範囲に設定され得る。また、半径ｒは、直径φ０．２倍以上０．３倍以下程度の範囲に設定され得る。距離ｈ、直径φ、及び半径ｒの設定の際に、長さｄをさらに考慮することも可能である。この場合、例えば、長さｄは、直径φの０．３倍以上０．５倍以下程度の範囲に設定され得る。また、長さｄと半径ｒとの比率（長さｄ／半径ｒ）は、１．０以上１．６以下程度の範囲に設定され得る。

【0039】

引き続いて、光電子増倍管１の作用・効果について説明する。図２の（ａ）及び図３の（ａ）は、比較例に係る光電子増倍管における光電子の走行時間差であるＣＴＴＤ（Cathode Transit Time Difference）を示し、図２の（ｂ）及び図３の（ｂ）は、本実施形態に係る光電子増倍管１のＣＴＴＤを示している。図２では、管径方向Ｄの一方向であるＸ方向についてのＣＴＴＤが示され、図３では、管径方向の別の方向であるＹ方向（Ｘ方向に直交する方向）についてのＣＴＴＤが示されている。図４は、本実施形態に係る光電子増倍管１のＴＴＳを示している。

【0040】

比較例では、遮光部６０が設けられておらず、光電面の有効領域が絞られていない（短焦点化されていない）。なお、φａは、比較例の光電面の直径である。また、比較例では、有効領域が短焦点化されていないことに起因して、光電面と加速電極との距離が大きくとられ、それらの間に集束電極が介在されている。比較例のその他の構成については、本実施形態に係る光電子増倍管１と同等である。

【0041】

図２及び図３に示されるように、本実施形態に係る光電子増倍管１では、比較例に係る光電子増倍管と比較して、Ｘ方向及びＹ方向の両方について、ＣＴＴＤがフラット化されている（走行時間差が低減されている）ことが理解される。また、図４に示されるように、本実施形態に係る光電子増倍管１によれば、１５００Ｖの電圧下において６０ｐｓのＴＴＳが達成されている。なお、本発明者の知見によれば、比較例に係る光電子増倍管にあっても、１００ｐｓを下回る９０ｐｓのＴＴＳを実現し得るものの、その際には２０００Ｖの高電圧が必要となる。

【0042】

以上説明したように、光電子増倍管１では、入射光に応じて光電子を放出する光電面２０と、当該光電子に応じた二次電子を増倍する電子増倍部３０との間に、光電子を加速して電子増倍部３０に入射させるための加速電極４０が設けられている。そして、収容容器１０の管径方向Ｄ２からみたとき、光電面２０と加速電極４０と電子増倍部３０とは、加速電極４０の管軸方向Ｄ１の光電面２０側の第１端部４０ａと光電面２０との間、及び、加速電極４０の管軸方向Ｄ１の電子増倍部３０側の第２端部４０ｂと電子増倍部３０との間に、例えば集束電極５０といった他の電極等の他の部材が介在されていない。このため、光電面２０、加速電極４０、及び電子増倍部３０を比較的に近接して配置することによって長焦点化を避け、加速電極４０の電界強度の低下を抑制可能である。また、光電面２０から電子増倍部３０に至るまでの光電子の走行距離を短くすることが可能である。よって、高電圧化を抑制しつつ高速化を図ることが可能である。

【0043】

また、光電子増倍管１では、加速電極４０は、第２端部４０ｂから管径方向Ｄ２に延在するフランジ部４２を有する。このため、フランジ部４２によって、光電面２０の有効領域２０ａでない非有効領域２０ｂから放出された光電子といったＴＴＳを悪化させるような余分な光電子が電子増倍部３０に入射することが抑制される。

【0044】

また、光電子増倍管１では、フランジ部４２は、管軸方向Ｄ１からみて電子増倍部３０の外側まで延在している。このため、余分な光電子が電子増倍部３０に入射することが確実に抑制される。

【0045】

また、光電子増倍管１では、加速電極４０は、第１端部４０ａ及び第２端部４０ｂを含むと共に、光電子を通過させる貫通孔４１ｈが形成された筒状部４１を有し、筒状部４１の管軸方向Ｄ１における長さｄは、貫通孔４１ｈの半径ｒ以上である。このため、筒状部４１が、光電面２０の有効領域２０ａから放出された所望の光電子を集めつつ、非有効領域２０ｂから放出された光電子に対して電子増倍部３０に入射しないように遮蔽することによって、余分な光電子を遮ることが可能となる。

【0046】

また、光電子増倍管１は、光電面２０から放出された光電子を電子増倍部３０に向けて集束させるための集束電極５０をさらに備える。そして、集束電極５０は、管径方向Ｄ２からみて加速電極４０に重なる範囲に設けられている。このため、加速電極４０が形成する光電子の加速場を微調整して光電子の集束性を向上させることができる。

【0047】

この点についてより具体的に説明する。光電子増倍管１では、加速電極４０は、筒状部４１とフランジ部４２とを有する。このように、筒状部４１に対して、余分な光電子が電子増倍部３０に入射するのを抑制するフランジ部４２を追加すると、フランジ部４２によって等電位面の形状が変化し、光電面２０と加速電極４０の間に形成される電子レンズが広がってしまい、光電子の集束性が低下する（有効領域２０ａが狭くなる）おそれがある。電子レンズの広がりに応じて光電子の集束性が低下するのは、電子が電界の中を等電位面に対して垂直な方向に等加速度運動するためである。これに対して、集束電極５０が、例えば加速電極４０のフランジ部４２を覆うように設けられることで、電子レンズの形状が調整される（広がりが抑えられる）ように、加速場を微調整することが可能である。

【0048】

また、集束電極５０は加速電極４０のつくる電界（加速場）を阻害しないことが重要であるため、加速電極４０よりも光電面２０側に突出する（すなわち、光電面２０と加速電極４０の間に介在する）ように配置されることは望ましくない。つまり、加速電極４０の働きを阻害することなく電子の集束性を向上させるためには、集束電極５０の位置は管径方向Ｄ２からみて加速電極４０と重なる位置に配置されることが望ましい。さらに、集束電極５０として平板形状を採用すると、上記の加速場の微調整は、集束電極５０の開口径や外径、管軸方向Ｄ１における位置によって、調整が容易となるメリットが得られる。

【0049】

また、光電子増倍管１では、集束電極５０は、管軸方向Ｄ１からみて電子増倍部３０の外側まで延在している。このため、光電子の集束性を向上させつつ、余分な光電子が電子増倍部３０に入射することが抑制される。

【0050】

また、光電子増倍管１では、集束電極５０は、管径方向Ｄ２からみて加速電極４０に重なる範囲に設けられると共に、管軸方向Ｄ１からみてフランジ部４２の外側まで延在している。このため、上記のように光電子の集束性を向上させつつ、余分な光電子が電子増倍部に入射することが確実に抑制される。

【0051】

また、光電子増倍管１では、加速電極４０と集束電極５０は互いに異なる電位が印加されるため、互いに所定の隙間をもって離間して配置されている。このため、光電面２０からの余分な光電子が上述の隙間を通過して電子増倍部３０に入射してしまうおそれがある。しかしながら、加速電極４０のフランジ部４２が管軸方向Ｄ１からみて上述の隙間と重なるように配置されていれば、余分な光電子が電子増倍部３０に入射することが抑制される。これによれば、光電子の集束性を向上させつつ、余分な光電子が電子増倍部３０に入射することがより確実に抑制される。

【0052】

さらに、光電子増倍管１は、光電面２０における加速電極４０に入射する光電子を放出する有効領域２０ａの外側の非有効領域２０ｂを遮光するための遮光部６０をさらに備えている。このため、光電面２０の非有効領域２０ｂに光が入射することが抑制されるため、余分な光電子が電子増倍部３０に入射することがより確実に抑制される。

【0053】

以上の実施形態は、本開示の一側面を説明したものである。したがって、上記実施形態に係る光電子増倍管１は、任意に変形され得る。引き続いて、光電子増倍管の変形例について説明する。
［第１変形例］

【0054】

図５は、第１変形例に係る光電子増倍管の概略断面図である。図５に示されるように、第１変形例に係る光電子増倍管１Ａは、集束電極５０を有していない点、及び、加速電極４０に代えて加速電極４０Ａを備える点で実施形態に係る光電子増倍管１と相違し、他の点で一致している。加速電極４０Ａは、筒状部４１に代えて筒状部４１Ａを有している。筒状部４１Ａは、筒状部４１と比較して長さｄが小さくされている。この場合、管軸方向Ｄ１における加速電極４０Ａの第２端部４０ｂの位置を、加速電極４０の場合に合わせると、筒状部４１Ａの長さｄの減少分だけ距離ｈが大きくなる。

【0055】

図６は、第１変形例に係る光電子増倍管の特性を示すグラフである。図６の（ａ）～（ｃ）は、順に、Ｘ方向におけるＣＴＴＤ、Ｙ方向におけるＣＴＴＤ、及び、ＴＴＳを示している。図６に示されるように、光電子増倍管１Ａによれば、光電子増倍管１と比較して、ＣＴＴＤのフラットさではやや劣るものの１５００Ｖの電圧下において７９ｐｓのＴＴＳが達成され、十分に高速化が図られる。すなわち、光電子増倍管１Ａによれば、実施形態に係る光電子増倍管１と同様の効果が奏される。
［第２変形例］

【0056】

図７は、第２変形例に係る光電子増倍管の概略断面図である。図７に示されるように、第２変形例に係る光電子増倍管１Ｂは、集束電極５０を有していない点、及び、加速電極４０に代えて加速電極４０Ｂを備える点で実施形態に係る光電子増倍管１と相違し、他の点で一致している。加速電極４０Ｂは、筒状部４１に代えて筒状部４１Ｂを有している。筒状部４１Ｂは、筒状部４１と比較して第１端部４０ａ側の端面、及び、第２端部４０ｂ側の端面の両方が、管軸ＡＸに直交する面に対して略平行である点で相違している。したがって、筒状部４１Ｂでは、筒状部４１Ｂの周方向の位置によらずに（図示の断面内では管径方向Ｄ２の位置によらずに）、長さｄ（ひいては距離ｈ）が一定とされている。

【0057】

図８は、第２変形例に係る光電子増倍管の特性を示すグラフである。図８の（ａ）～（ｃ）は、順に、Ｘ方向におけるＣＴＴＤ、Ｙ方向におけるＣＴＴＤ、及び、ＴＴＳを示している。図８に示されるように、光電子増倍管１Ｂによれば、光電子増倍管１と比較して、ＣＴＴＤのフラットさではやや劣るものの１５００Ｖの電圧下において６６ｐｓのＴＴＳが達成され、十分に高速化が図られる。すなわち、光電子増倍管１Ｂによっても、実施形態に係る光電子増倍管１と同様の効果が奏される。
［第３変形例］

【0058】

図９は、第３変形例に係る光電子増倍管の概略断面図である。図９に示されるように、第３変形例に係る光電子増倍管１Ｃは、集束電極５０を有していない点、及び、加速電極４０に代えて加速電極４０Ｃを備える点で実施形態に係る光電子増倍管１と相違し、他の点で一致している。加速電極４０Ｃは、筒状部４１に代えて筒状部４１Ｃを有している。筒状部４１Ｃでは、筒状部４１と比較して第１端部４０ａに切欠き部４３が形成されている点で相違している。より具体的には、筒状部４１Ｃでは、切欠き部４３を有することによって、管径方向Ｄ２からみたときに長さｄで一定である短尺部分と、長さｄよりも長い長尺部分とが形成されている。

【0059】

筒状部４１Ｂでは、短尺部分及び長尺部分の両方において、第１端部４０ａ側の端面、及び、第２端部４０ｂ側の端面の両方が、管軸ＡＸに直交する面に対して略平行とされている。管径方向Ｄ２における長尺部分の位置は、第１ダイノードＤＹ１の傾斜に対応した位置とされている。すなわち、長尺部分は、第１ダイノードＤＹ１のより光電面２０側に位置する部分上おいて、筒状部４１Ｃが光電面２０側に突出するように配置されている。このように突出部（切欠き部４３）を設けることにより、（第１端部４０ａに傾斜を設ける場合と比較してよりピンポイントで）第１ダイノードＤＹ１までの走行距離が長い電子の加速度を、走行距離が短い電子の加速度よりも上昇させ、走行時間差を小さくさせることができる。

【0060】

図１０は、第３変形例に係る光電子増倍管の特性を示すグラフである。図１０の（ａ）～（ｃ）は、順に、Ｘ方向におけるＣＴＴＤ、Ｙ方向におけるＣＴＴＤ、及び、ＴＴＳを示している。図１０に示されるように、光電子増倍管１Ｃによれば、光電子増倍管１と比較して、ＣＴＴＤのフラットさではやや劣るものの１５００Ｖの電圧下において６６ｐｓのＴＴＳが達成され、十分に高速化が図られる。すなわち、光電子増倍管１Ｃによっても、実施形態に係る光電子増倍管１と同様の効果が奏される。
［その他の変形例］

【0061】

以上の光電子増倍管１～１Ｃは、さらに任意に変形され得る。例えば、光電子増倍管１において集束電極５０を省略してもよいし、光電子増倍管１Ａ～１Ｃにおいて集束電極５０を追加してもよい。ただし、後者の場合、集束電極５０は、管径方向Ｄ２からみて加速電極４０に重なる範囲に設けられる。また、集束電極５０を設ける場合であっても、集束電極５０がフランジ部４２や電子増倍部３０の外側まで延在する場合に限らず、フランジ部４２や電子増倍部３０の内側で終端されていてもよい。

【0062】

また、集束電極５０の形状は、平板状に限定されず、筒状に形成されたり、平板状の部分の外縁部に傾斜部を設けて、全体として円錐台板状に形成されたり、平板状の部分の外縁部に管軸方向Ｄ１に沿って延びる突出部が設けられたりしてもよい。この場合、傾斜部及び突出部は、平板状の部分に対して電子増倍部３０側に突出するように設けられてもよいし、光電面２０側に突出するようにもうけられてもよい。

【0063】

その他、光電子増倍管１Ｃにおける切欠き部４３を、他の光電子増倍管１～１Ｂに対して設けてもよい。或いは、光電子増倍管１～１Ｃにおいて、フランジ部４２を省略したり、フランジ部４２が電子増倍部３０の内側で終端するように短くされたりしてもよい。さらに、遮光部６０が省略されてもよい。この場合であっても、距離ｈや半径ｒを調整することにより、非有効領域２０ｂからの光電子が加速電極４０（貫通孔４０ｈ）に入射しないように構成することが可能である。なお、遮光部６０を省略する場合には、有効領域２０ａのみに（有効領域２０ａのみとなるように）光電面２０を形成してもよい。

【符号の説明】

【0064】

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…光電子増倍管、１０…収容容器、２０…光電面、２０ａ…有効領域、２０ｂ…非有効領域、３０…電子増倍部、４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ…加速電極、４０ａ…第１端部、４０ｂ…第２端部、４１，４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ…筒状部、４１ｈ…貫通孔、４２…フランジ部、５０…集束電極、６０…遮光部、ｄ…長さ、ｒ…半径、Ｄ１…管軸方向、Ｄ２…管径方向。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【手続補正書】

【提出日】2023-03-24

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

入射光に応じて光電子を放出する光電面と、
前記光電面から放出された前記光電子の入射に応じて二次電子を放出すると共に、当該二次電子を増倍する複数のダイノードを含む電子増倍部と、
前記光電面と前記電子増倍部との間に配置され、前記光電子を加速して前記電子増倍部に入射させるための加速電極と、
前記光電面、前記加速電極、及び、前記電子増倍部を収容する管状の収容容器と、
前記光電面から放出された前記光電子を前記電子増倍部に向けて集束させるための集束電極と、
を備え、
前記収容容器の管軸方向に交差する管径方向からみたとき、前記光電面と前記加速電極と前記電子増倍部とは、前記加速電極の前記管軸方向の前記光電面側の第１端部と前記光電面との間、及び、前記加速電極の前記管軸方向の前記電子増倍部側の第２端部と前記電子増倍部との間に他の部材が介在しないように配置されており、
前記集束電極は、前記管径方向からみて前記加速電極に重なる範囲に設けられている、
光電子増倍管。

【請求項2】

前記加速電極は、前記第２端部から前記管径方向に延在するフランジ部を有する、
請求項１に記載の光電子増倍管。

【請求項3】

前記フランジ部は、前記管軸方向からみて前記電子増倍部の外側まで延在している、
請求項２に記載の光電子増倍管。

【請求項4】

前記加速電極は、前記第１端部及び前記第２端部を含むと共に、前記光電子を通過させる貫通孔が形成された筒状部を有し、
前記筒状部の前記管軸方向における長さは、前記貫通孔の半径以上である、
請求項１に記載の光電子増倍管。

【請求項5】

前記集束電極は、前記管軸方向からみて前記電子増倍部の外側まで延在している、
請求項１に記載の光電子増倍管。

【請求項6】

前記集束電極は、前記管軸方向からみて前記フランジ部の外側まで延在している、
請求項３に記載の光電子増倍管。

【請求項7】

前記光電面における前記加速電極に入射する前記光電子を放出する有効領域の外側の非有効領域を遮光するための遮光部をさらに備える、
請求項１～６のいずれか一項に記載の光電子増倍管。