专利名称：光电倍增管的制作方法
技术领域：
本发明涉及使对应入射光所生成的光电子倍增的光电倍增管。
背景技术：
光电倍增管作为利用光电效应的光传感器，被广泛使用在众多领域。光从外部入射到该光电倍增管中时，光透过玻璃管射到光电面上，从光电面释放光电子。释放的光电子通过依次入射到多级倍增电极而倍增，倍增后的光电子作为输出信号由阳极收集。通过测定该输出信号，检测入射到光电倍增管中的外部光(例如，参照专利文献1～3)。
专利文献1日本特公昭43-443号公报专利文献2日本特开平5-114384号公报专利文献3日本特开平8-148114号公报作为这样的光电倍增管的结构，例如，考虑有如图8、图9所示的结构。同图所示的光电倍增管被称为所谓端窗(Head-on)型，在作为圆筒状玻璃管的密闭容器1内，具有阴极3、多级倍增电极7以及阳极9。
在这样的结构中，向密闭容器1的阴极3侧的端面入射的光，透过密闭容器1射到阴极3的光电面上，从该阴极3释放光电子，所释放的光电子通过聚集电极5会聚在第1倍增电极7a上。所会聚的光电子通过依次入射到多级倍增电极7a、7b和7c中而倍增，该倍增后的光电子作为输出信号被阳极9收集。这里，为了使光电子有效地倍增，倍增电极7a、7b和7c朝向后级倍增电极形成有凹部，并且在其端部设有侧壁。
在所述的光电倍增管中，由于第1倍增电极7a的形状，使得第1倍增电极7a附近的长度方向的电位分布(等电位线L0的分布)处于产生分布不匀的状态，第1倍增电极7a的侧壁11侧的端部的电场强度与第1倍增电极7a的中心部相比较小(参照图9(a))。另一方面，从阴极3的周边部所出射的光电子入射到第1倍增电极7a的端部附近(光电子轨道f0)。通过该入射而倍增的光电子由于第1倍增电极7a附近的不均匀电场，以其轨道从侧壁11侧向密闭容器1的轴线方向弯曲的状态向第2倍增电极7b入射。
与此相对，从阴极3的中心部所出射的光电子入射到第1倍增电极7a的中心部附近后，通过第1倍增电极7a倍增，几乎呈直线地入射到第2倍增电极7b中(光电子轨道g0)。因此，由于阴极3中光的入射位置而产生光电子的移动时间差(CTTDCathode Transit Time Difference，阴极移动时间差)，致使针对入射光的输出信号的响应时间产生起伏，同时输出信号中难以得到足够的时间分辨率。
发明内容
本发明就是鉴于以上课题而提出的，其目的在于提高光电倍增管中的针对入射光的时间分辨率。
本发明的光电倍增管具有阴极，其通过入射的光而释放电子；多级倍增电极，其使从阴极释放的电子倍增；以及电位调整单元，其配置在相对于第1倍增电极的边缘部和第2倍增电极的边缘部的预定位置上，其中，第1倍增电极位于从阴极开始的第1级，第2倍增电极位于从阴极开始的第2级，在第1倍增电极的长度方向上，使第1倍增电极与第2倍增电极之间的空间中的等电位面平坦化。
在这样的光电倍增管中，通过使第1倍增电极前方的第1倍增电极的长度方向的电位分布平坦化，从阴极的周边部释放的光电子在第1倍增电极的边缘部倍增之后，从第1倍增电极几乎直线前进，入射至第2倍增电极中。由此，减少了阴极中由于光的照射位置而引起的光电子移动距离的偏差。
并且，优选的是，电位调整单元是与第1倍增电极的侧壁大致平行地配置在第1倍增电极的边缘部和第2倍增电极的边缘部之间，而且，与第1倍增电极隔开配置的平板状的电子透镜形成电极，向电子透镜形成电极施加电压，使得成为比第1倍增电极的电位高的电位。
根据这样的结构，由于电子透镜形成电极，从第1倍增电极的边缘部到第2倍增电极的边缘部的电位被有效地提高，容易实现电位分布的平坦化。
并且，优选的是，电子透镜形成电极与位于从阴极开始的第3级的第3倍增电极的边缘部电连接。
在该情况下，能够与第3倍增电极共享向电子透镜形成电极提供的电压，能够简单地进行电位分布的调整。
更进一步，优选的是，电子透镜形成电极与多级倍增电极隔开配置。
这样，通过使电子透镜形成电极与倍增电极电绝缘，能够独立供电，因此关于电位分布能够进行所期望的调整。
并且，还具有第2电子透镜形成电极，其沿着电子透镜形成电极配置在第2倍增电极的边缘部和第3倍增电极的边缘部之间，而且，与第2倍增电极隔开配置，向第2电子透镜形成电极施加电压，使得成为比第2倍增电极的电位高的电位。
如果具有该第2电子透镜形成电极，则通过使第2倍增电极前面的第2倍增电极的长度方向的电位分布也一并平坦化，能够更加减少阴极中关于光的照射位置的光电子的移动距离的偏差。
并且，优选的是，第2电子透镜形成电极与电子透镜形成电极形成为一体。
该情况下，使电子透镜形成电极一体化的同时，能够共享向电极提供的电压，因此能够以简单的结构发挥作为电子透镜的功能。
并且，优选的是，阴极、多级倍增电极以及透镜形成电极配置在呈圆筒状且两端封闭的密闭容器内，光从密闭容器的一端入射至密闭容器内，多级倍增电极分别形成为呈大致圆弧状的凹形，第1倍增电极朝向密闭容器的大致一端的方向开口，第2倍增电极朝向密闭容器的大致另一端的方向开口，第3倍增电极朝向密闭容器的大致一端的方向开口，电子在凹形的多级倍增电极的内周面入射和出射，在从与第1倍增电极的内周面、第2倍增电极的内周面以及第3倍增电极的内周面垂直的方向切开的平面看时，透镜形成电极呈效仿第1倍增电极的凹形的扇形形状。
根据本发明的光电倍增管，能够充分提高针对入射光的时间分辨率。
图1是本发明的第1实施方式的光电倍增管的沿与倍增电极长度方向垂直的方向的纵剖面图。
图2(a)是图1的光电倍增管的沿倍增电极长度方向的端面图，(b)是从图中的左侧观察图1的光电倍增管的端面图。
图3是表示图1的倍增电极的侧视图。
图4是本发明的第2实施方式的光电倍增管的沿与倍增电极长度方向垂直的方向的纵剖面图。
图5是本发明的第3实施方式的光电倍增管的沿与倍增电极长度方向垂直的方向的纵剖面图。
图6是本发明的另一实施方式的光电倍增管的沿与倍增电极长度方向垂直的方向的纵剖面图。
图7是本发明的另一实施方式的光电倍增管的沿与倍增电极长度方向垂直的方向的纵剖面图。
图8是表示光电倍增管的一例的纵剖面图。
图9(a)是从上方观察图8的光电倍增管的剖面图，(b)是从左侧观察图8的光电倍增管的剖面图。
符号说明1密闭容器；3阴极；5聚集电极；7、7a、7b、7c、107、107a、107b、107c倍增电极；9阳极；11、111a、111b、113a、113b侧壁；115、117、215、315、319、323电子透镜形成电极；319电子透镜形成电极(第2电子透镜形成电极)具体实施方式
以下，参照附图对本发明的光电倍增管的最佳实施方式进行详细说明。并且，图中，对与先前示出的与现有结构相同或相当的部分采用相同的符号，设说明中的“上下左右”，基于图中的上下左右。
图1是本发明的第1实施方式的光电倍增管的沿与倍增电极长度方向垂直的方向的纵剖面图，在图2中，(a)是图1的光电倍增管的沿倍增电极长度方向的端面图，(b)是从图中的左侧观察图1的光电倍增管的端面图。该光电倍增管是被称为端窗型的光电倍增管，是用于检测从端面所入射的光的装置。以下，设“上游侧”指光入射的端面侧，“下游侧”指其相对侧。
在图1中，密闭容器1是透光性的密闭容器，具体地说，是上游侧以及下游侧的两端被封闭的透明圆筒状的玻璃管。该密闭容器1的内侧的上游侧端面附近，设有作为通过入射的光而释放光电子的透过型的光电阴极的阴极3。与此相对，在密闭容器1内的下游侧，设有用于将在下游方向倍增的同时移动的光电子作为输出信号取出的阳极9。阴极3与阳极9之间设有用于将从阴极3所释放的光电子在轴线方向会聚的聚集电极5，在该聚集电极的下游侧，支撑着用于使所会聚的光电子倍增的多级倍增电极107。并且，向阴极3、聚集电极5、倍增电极7以及阳极9供给电压，以便分别维持规定的电位。该电压的供给，例如，从电源经分压电路这样的电源电路(未图示)来进行。该情况下，电源电路可以是与光电倍增管一体形成的电路，也可以是分开形成的电路。
图3是从与图1相同的方向观察倍增电极107的侧视图。参照图3，倍增电极107a、倍增电极107b以及倍增电极107c分别位于从阴极3开始的第1级、第2级和第3级，是将与纸面垂直的方向作为长度方向而设的倍增电极。倍增电极107a、倍增电极107b以及倍增电极107c朝向后级的倍增电极形成为规定的凹形，且以规定的倾斜角度设置，以便使从阴极3以及前一级的倍增电极释放的光电子有效地倍增。并且，返回到图2(a)，在第1倍增电极107a的长度方向(图2(a)的上下方向)的两边缘部，侧壁111a、侧壁113a形成为与长度方向垂直，且向第2倍增电极107b侧延伸。同样，在第2倍增电极107b的两边缘部，形成有侧壁111b、侧壁113b。这里，图2(a)以及图2(b)中，各截面的第2倍增电极107b的位置由双点划线表示。以下，4级或4级以后的倍增电极的结构与倍增电极107b的结构相同，所以省略记载。
另外，倍增电极107a、倍增电极107b以及倍增电极107c上连接有上述电源电路，被供给电压以分别维持规定的电位VA、VB和VC(VA＜VB＜VC)。同样，其它的倍增电极也被供给电压，以便朝向阳极9使电位依次变高。
作为平板电极的电子透镜形成电极(电位调整单元)115、117分别与侧壁111a、113a大致平行地设置在第1倍增电极107a的侧壁111a、113a和第2倍增电极107b的侧壁111b、113b之间。如图3所示，电子透镜形成电极115、117的形状分别形成为大致扇形，以便几乎覆盖由侧壁111a、113a与侧壁111b、113b夹着的部分。作为该电子透镜形成电极115、117的形状，虽然另外可以采用椭圆形、矩形、三角形等其它形状，但为了在倍增电极107之间有效地发挥电子透镜功能，因此最好采用扇形的电极。
在本实施方式中，电子透镜形成电极115通过与第3倍增电极107c的边缘部接合，而与第3倍增电极107c电连接。另一方面，该电子透镜形成电极115通过远离到与侧壁111a隔开一定的距离的规定位置来配置，而成为与第1倍增电极107a电绝缘的状态。同时，电子透镜形成电极115与第3倍增电极107c以外的各个倍增电极也电绝缘。这样的结构在电子透镜形成电极117中也相同。
并且，在本实施方式中，电子透镜形成电极115、117与第3倍增电极107c接合，但也可以通过导线、金属等其它的导电方法与第3倍增电极107c电连接。
利用该结构向第3倍增电极107c施加的电压同时施加给电子透镜形成电极115、117。换言之，向电子透镜形成电极115、117施加电压，使得成为比第1倍增电极107a的电位VA高的电位VC。图2(a)中示出从阴极3到第1倍增电极107a的等电位线L1的分布，图2(b)中示出第1倍增电极107a与第2倍增电极107b之间的径方向的等电位线ml的分布。如这些图所示，可以明白由于电子透镜形成电极115、117，从第1倍增电极107a的侧壁111a、113a附近开始直至第2倍增电极107b的侧壁111b、113b附近的电位相对上升。由此，第1倍增电极107a和第2倍增电极107b之间的等电位线L1、ml沿第1倍增电极107a的长度方向(图2(a)的上下方向，图2(b)的左右方向)被平坦化，同时第1倍增电极107a和第2倍增电极107b之间的电场沿第1倍增电极107a的长度方向是相同的。该相同化的倾向在第1倍增电极107a的附近表现得特别显著。
如图2(a)所示，由于上述这样的空间电位结构，从阴极3的上侧端部释放的光电子通过入射到第1倍增电极107a的长度方向的端部而倍增，向与第1倍增电极的侧壁111a、113a平行的方向出射。这样出射的光电子几乎直线前进，入射到第2倍增电极的端部(光电子轨道f1)。与此相对，从阴极3的中心部释放的光电子通过入射到第1倍增电极107a的长度方向的中心部而倍增，向与第1倍增电极的侧壁111a、113a平行的方向出射。这样从第1倍增电极107a出射的光电子几乎直线前进，入射到第2倍增电极的中心部(光电子轨道g1)。
这样，通过采用电子透镜形成电极115、117，第1倍增电极107a的前面，即第1倍增电极107a与第2倍增电极107b之间的第1倍增电极107a的长度方向的电位分布被平坦化。其结果，从阴极3的周边部释放的光电子与从阴极3的中心部释放的光电子一同通过第1倍增电极107a倍增后，从第1倍增电极107a几乎直线前进，入射至第2倍增电极107c。因此，阴极3中由于光照射位置而引起的光电子的移动距离的偏差变得更小，所以能够减少由于光的照射位置而引起的光电子的移动时间差(CTTDCathode Transit Time Difference)，以及光全面照射时的移动时间的起伏(TTSTransit Time Spread)。特别是，第1倍增电极107a与第2倍增电极107b之间的光电子移动距离比其它的倍增电极之间的移动距离大，所以由于具备了电子透镜形成电极115和117，从而有效地减少了CTTD和TTS。
并且，由于电子透镜形成电极115、117与第3倍增电极107c电连接，所以通过共享第3倍增电极107c用的电源电路以及布线等的电压供给单元，能够简单地向电子透镜形成电极115、117供给电压。
以下对第2实施方式的光电倍增管进行说明。并且，对于与第1实施方式相同或同等的结构部分赋予相同的符号，并省略该说明。
图4是第2实施方式的光电倍增管的沿与倍增电极长度方向垂直的方向的纵剖面图。如图4所示，第2倍增电极107b以两边缘部的侧壁被去除的状态设置。
电子透镜形成电极215与侧壁111a大致平行地设置在第1倍增电极的侧壁111a和第2倍增电极107b的边缘部之间。此外，在另一方的边缘部侧中也具有电子透镜形成电极，但由于与电子透镜形成电极215结构相同，所以省略说明。电子透镜形成电极215与电子透镜形成电极115同样，在由侧壁111a与第2倍增电极107b的边缘部夹着的部分形成有大致扇形的平板电极，但在延续至第2倍增电极107b的边缘部附近这一点不同。另外，电子透镜形成电极215与第3倍增电极107c的边缘部接合，通过远离第3倍增电极107c以外的倍增电极进行配置，而成为电绝缘状态。通过采用上述这样的结构，第2倍增电极107b的边缘部和第3倍增电极107c的边缘部之间也具有作为电位调整单元的平板电极。
通过上述结构，第2倍增电极107b的前面，即第2倍增电极107b与第3倍增电极107c之间的第2倍增电极107b的长度方向的电位分布也一并被平坦化。由此，第2倍增电极107b与第3倍增电极107c之间的光电子移动时间差被缩短，其结果阴极3中的关于光照射位置的光电子的整体移动距离的偏差变得更小，所以能够进一步减少CTTD和TTS。
以下对第3实施方式的光电倍增管进行说明。并且，对于与第1实施方式相同或同等的结构部分赋予相同的符号，并省略该说明。
图5是第3实施方式的光电倍增管的沿与倍增电极长度方向垂直的方向的纵剖面图。如图5所示，第2倍增电极107b以及第3倍增电极107c以两边缘部的侧壁被去除的状态设置。
电子透镜形成电极315与侧壁111a大致平行地设置在第1倍增电极的侧壁111a和第3倍增电极107c的边缘部之间。电子透镜形成电极315的位置以及形状与电子透镜形成电极115几乎相同，但电子透镜形成电极315形成为在扇形的前端有缺口的形状，与第3倍增电极107c的边缘部间隔一定距离配置。此外，电子透镜形成电极315通过与任一倍增电极均隔开一定的距离来配置，而电绝缘。
并且，电子透镜形成电极(第2电子透镜形成电极)319与电子透镜形成电极315平行地配置在第2倍增电极107b的边缘部和第3倍增电极107c的边缘部之间。该电子透镜形成电极319形成为几乎覆盖由第2倍增电极107b的边缘部与第3倍增电极107c的边缘部夹着的部分的大致扇形，并且与第2倍增电极107b的边缘部和第3倍增电极107c的边缘部隔开来配置，其结果与所有的倍增电极107电绝缘。
此外，虽然在另一方的边缘部上也具有电子透镜形成电极，但因为与电子透镜形成电极315、319结构相同，所以省略说明。
而且，电子透镜形成电极315、319分别连接有包含分压电路的电源电路，通过该电源电路向各电极供给电压。这时，电子透镜形成电极315被施加电压，使得成为比VA高的电位，同时电子透镜形成电极319被施加电压，使得成为比VB高的电位。
通过这样的光电倍增管，第1倍增电极107a与第2倍增电极107b之间、以及第2倍增电极107b与第3倍增电极107c之间的倍增电极长度方向的电位分布同时被平坦化，关于光照射位置的光电子的移动距离的偏差变小。并且，电子透镜形成电极315、319的电位能够适当调整，因此空间电位的调整的自由度变高。
并且，本发明并不限于上述的实施方式。
例如，在第3实施方式的光电倍增管中，具有电子透镜形成电极315和电子透镜形成电极319，但如图6所示，也可以仅由电子透镜形成电极315构成。
并且，在第3实施方式的光电倍增管中，电子透镜形成电极315和电子透镜形成电极319为空间上独立，但也可以如图7所示，电子透镜形成电极具有以如下的形状一体形成的电子透镜形成电极323，该形状为具有能够与第3倍增电极107c隔开一定距离的凹部。由此，实现电压供给单元的共享化，并且装置整体的结构变得简单。
产业上的可利用性本发明的光电倍增管在要求输出信号得到足够的时间分辨率的光电倍增管的领域尤其有用。
权利要求
1.一种光电倍增管，其特征在于，具有阴极(3)，其通过入射的光而释放电子；多级倍增电极(107)，其使从所述阴极释放的电子倍增；以及电位调整单元(115、215、315、319、323)，其配置在相对于第1倍增电极(107a)的边缘部和第2倍增电极(107b)的边缘部的预定位置上，其中，第1倍增电极(107a)位于从所述阴极开始的第1级，第2倍增电极(107b)位于从所述阴极开始的第2级，在所述第1倍增电极(107a)的长度方向上，使所述第1倍增电极(107a)与所述第2倍增电极之间的空间中的等电位面平坦化。
2.根据权利要求1所述的光电倍增管，其特征在于，所述电位调整单元是与所述第1倍增电极(107a)的侧壁大致平行地配置在所述第1倍增电极(107a)的边缘部和所述第2倍增电极(107b)的边缘部之间，而且，与所述第1倍增电极(107a)隔开配置的平板状的电子透镜形成电极(115、215、315、323)，向所述电子透镜形成电极(115、215、315、323)施加电压，使得成为比所述第1倍增电极(107a)的电位高的电位。
3.根据权利要求2所述的光电倍增管，其特征在于，所述电子透镜形成电极(115、215)与位于从所述阴极开始的第3级的第3倍增电极(107c)的边缘部电连接。
4.根据权利要求2所述的光电倍增管，其特征在于，所述电子透镜形成电极(315、323)与所述多级倍增电极(107)隔开配置。
5.根据权利要求2～4中的任一项所述的光电倍增管，其特征在于，还具有第2电子透镜形成电极(115、215、319)，其与所述电子透镜形成电极(115、215、315)大致平行地配置在所述第2倍增电极(107b)的边缘部和所述第3倍增电极(107c)的边缘部之间，而且，与所述第2倍增电极隔开配置；向所述第2电子透镜形成电极(115、215、319)施加电压，使得变成比所述第2倍增电极(107b)的电位高的电位。
6.根据权利要求5所述的光电倍增管，其特征在于，所述第2电子透镜形成电极(115、215)与所述电子透镜形成电极(115、215)形成为一体。
7.根据权利要求2～6中的任一项所述的光电倍增管，其特征在于，所述阴极(3)、所述多级倍增电极(107)以及所述透镜形成电极(115、215、315、319、323)配置在呈圆筒状且两端封闭的密闭容器(1)内，所述光从所述密闭容器(1)的一端入射到所述密闭容器(1)内，所述多级倍增电极(107)分别形成为呈大致圆弧状的凹形，所述第1倍增电极(107a)朝向所述密闭容器(1)的大致一端的方向开口，所述第2倍增电极(107b)朝向所述密闭容器(1)的大致另一端的方向开口，所述第3倍增电极(107c)朝向所述密闭容器(1)的大致一端的方向开口，所述电子在所述凹形的所述多级倍增电极(107)的内周面入射和出射，在从与所述第1倍增电极(107a)的内周面、所述第2倍增电极(107b)的内周面以及所述第3倍增电极(107c)的内周面垂直的方向切开的平面看时，所述透镜形成电极(115、215、315、323)呈效仿所述第1倍增电极(107a)的凹形的扇形形状。
全文摘要
该光电倍增管具有通过入射的光而释放电子的阴极(3)；使从所述阴极(3)释放的电子倍增的多级倍增电极(107)；以及电子透镜形成电极(115)，其配置在相对于第1倍增电极(107a)的边缘部和第2倍增电极(107b)的边缘部的预定位置上，其中，第1倍增电极(107a)位于从阴极(3)开始的第1级，第2倍增电极(107b)位于从阴极(3)开始的第2级，在第1倍增电极(107a)的长度方向上，使第1倍增电极(107a)与第2倍增电极(107b)之间的空间中的等电位面平坦化。通过该结构，能够提高针对入射光的时间分辨率。
文档编号H01J43/20GK1902729SQ200480040110
公开日2007年1月24日 申请日期2004年12月24日 优先权日2004年1月8日
发明者大村孝幸, 木村末则, 伊藤益保 申请人:滨松光子学株式会社