电子倍增器单元和包括其的光电倍增器的制作方法

专利名称：电子倍增器单元和包括其的光电倍增器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电子倍增器单元和包括该电子倍增器单元的光电 倍增器，该电子倍增器单元通过响应一次电子的入射而多级连续发射 二次电子来实现电子的级联倍增。
背景技术：
已知下列常规技术是在根据本发明的电子倍增器单元和包括其的 光电倍增器之前的现有技术。
日本专利申请公开第7-245078号 曰本专利申请公开第4-315758号 WO98/33202 美国专利第5，914，561号

发明内容
本发明者研究了上述引用的常规技术并发现了以下问题。 艮P，迄今为止光电倍增器作为光电传感器应用于多种技术领域。 特别是，在X-射线和辐射射线的检测的应用中，有必要将包括光电倍 增器的检测器部分用重金属，例如Pb来屏蔽，并且设备的总重量取决 于重金属屏蔽的重量。
例如，用作医疗检查系统的，摄相机设备至少配置有一对上下摄
像头，每个摄像头具有这样的结构除了用于暴露以二维形式排列的
光电倍增器的面板的检测窗之外，多个光电倍增器完全被Pb屏蔽遮盖。
必须增加使用的光电倍增器的数量用于改进检测清晰度，并且，自然 地，包括重金属屏蔽在内的检测器部分的重量的增加将会对设备的重 量和大小的减少造成障碍。
于是，前述文献介绍了用于减少所使用的光电倍增器的轴的长度 (圆筒长度)的结构，从而在不降低检测清晰度的情况下，减少重金 属屏蔽的毛重量。
但是，为了同时满足提高检测清晰度的需要和减少设备总重量和 大小的需要，需要一种能够进一步减少圆筒长度的新结构。
为了解决上述讨论的问题而完成了本发明，本发明的目标在于提 供一种具有能够进一步减少圆筒长度，同时实现高增益和保持或进---步提高优异的快速响应的结构的电子倍增器单元，以及包括其的光电 倍增器。
根据本发明的电子倍增器单元是一种用于实现将响应一次电子的 入射而发射的二次电子级联倍增的电子元件，并应用于电子管的级联
倍增结构、具有在接收预定波长的弱光以及x-射线和辐射射线等时发
射光电子作为一次电子的阴极的光电倍增器的级联倍增结构等。
根据本发明的电子倍增器单元包括配置有使得一次电子进入的 入口孔的第一支撑构件；定位成面向第一支撑构件的第二支撑构件；
和设置在第一和第二支撑构件之间的空间内的第一倍增器电极、第二 倍增器电极和阳极。第一倍增器电极是用于接收穿过第一支撑构件的 入口孔的一次电子并发射二次电子的倍增器电极，并且其具有在覆盖 第一支撑构件的入口孔的状态下的反射型二次电子发射表面，该反射 型二次电子发射表面定位成使得将二次电子发射至该第一和第二支撑 构件之间的空间内。用于捕获发射至该空间的二次电子的阳极位于第 一和第二支撑构件之间的空间内。但是，该阳极设置在从第一倍增器 电极发射的二次电子不直接到达的位置。这样的目的在于确保在从第 一倍增器电极到阳极的二次电子行进路径上的二次电子的级联倍增结 构的充足的安装面积。
特别是，在根据本发明的电子倍增器单元内，第二倍增器电极是 配置为用于在第一和第二支撑构件之间的空间内的二次电子的级联倍 增的倍增器电极，并用作改变二次电子的行进路径的电极。即，第二 倍增器电极具有反射型二次电子发射表面，该反射型二次电子发射表 面定位成面向第一倍增器电极，并且设置为响应来自第一倍增器电极 的二次电子而向第一倍增器电极所在的一侧发射新的二次电子。该第 二倍增器电极改变了从第一倍增器电极向第二倍增器电极行进的二次 电子(从单元的中心至外部周围行进的二次电子)的行进路径，以使 其变得与第一和第二支撑构件平行。换言之，在电子倍增器单元中，
从阴极向阳极的二次电子的行进路径从沿着自中心轴起的径向的路径 被修正成为围绕中心轴旋转的路径。
在根据本发明的电子倍增器单元内，二次电子的行进路径的总长 度TL，即，从第一倍增器电极至阳极的电子行进距离可以保持为不少 于第一支撑构件和第二支撑构件之间的距离D (倍增器电极等所在的
空间的宽度)的2倍，优选不小于4倍。通过按照这样的宽度D来设
定用于获得足够的增益的级联倍增结构，使进一步减少应用该电子倍 增器单元的光电倍增器的圆筒长度变得切实可行。
优选第一支撑构件包括包围至少部分入口孔的聚焦电极。该聚焦 电极用于改变光电子的轨迹，从而将一次电子(在光电倍增器的情况 下，光电子来自阴极)引导至配置在第一支撑构件内的入口孔。聚焦 电极是固定于第一支撑构件以使得其下基底沿第一支撑构件的外部周 围延伸的金属板。作为第一结构，金属板可以是两端切割成渐尖形的 梯形。作为第二结构，金属板可以是三角形，使得其一部分沿垂直于 下部基底的方向突出。
第一支撑构件可以包括一端固定于入口孔边缘部分的电极片。在 电子倍增器单元的安装状态下，该电极片延伸使得另一端位于第一倍 增器电极和第二倍增器电极之间的二次电子行进空间内(位于第一和 第二支撑构件之间的空间内)，电极片用作控制电极(减速电极)用于 指导从第一倍增器电极发射的二次电子的轨迹朝向第二倍增器电极。
在根据本发明的电子倍增器单元内，优选配置在第一支撑构件的 入口孔定位成使得入口孔的中心偏离第一支撑构件的中心。在应用该 电子倍增器单元的光电倍增器中，入口孔的中心定位成偏离管轴线
AX。这样的目的在于在不增加第一支撑构件或管状圆筒的直径的情况
下，有效地收纳级联倍增结构。
而且，在电子倍增器单元内用于级联倍增的结构可以仅仅由两个 盒型倍增器电极构建而成，或由多种类型的倍增器电极组合构建而成。 例如，从第二倍增器电极至阳极的级联倍增结构，或从第三倍增器电 极至阳极的级联倍增结构可以用栅格型或网眼型倍增器电极代替。通
常，在使用网眼型倍增器电极的情况下，电子经过网眼(r|=40%)，因 此有必要使用十级以上的倍增器电极来实现足够的增益。相反，本发
明的电子倍增器单元包括通过第二倍增器电极或通过第二和第三倍增 器电极对从第一倍增器电极发射的二次电子进行初次倍增，因此，即 使通过级较少的倍增器电极单元也能实现充分的增益。
应用具有如上所述的结构的电子倍增器单元的光电倍增器(根据 本发明的光电倍增器)包括密封外壳，其内部保持真空；配置在密封 外壳之内的阴极；和放置在密封外壳内的电子倍增器单元。阴极响应 预定波长光的入射，释放光电子作为一次电子进入密封外壳。电子倍 增器单元具有如上所述的结构，并通过响应从阴极释放的光电子的入 射而多步连续发射二次电子，从而实现电子的级联倍增。
在具有如上所述的结构的光电倍增器中，电子倍增器单元是这样 的元件，其中从第一倍增器电极至阳极的电子行进距离保持在不少于
从阴极至第一倍增器电极的电子行进距离的1.5倍。从阴极至阳极的电
子行进距离保持在不少于从阴极至第一倍增器电极的电子行进距离的2倍。
通过下面的详细描述和附图可以进一步充分理解本发明的各个实 施方式。应当注意这些实施方式仅仅是为了说明的目的，不能被认为 是对本发明的限制。
从下面的详细描述可以明白本发明的进一步的应用范围。但是， 应当注意这些详细描述和具体例子，尽管说明了本发明的优选的实施 方式，但仅仅是用于说明的目的，显然鉴于这些详细描述，在本发明 的实质精神和范围之内的多种变化和改进对于本领域的普通技术人员 而言是显而易见的。


图1A是显示根据本发明的光电倍增器的第一实施方式的示意性 结构的部分断裂图，图1B是显示沿图1A的I-I线的光电倍增器的截 面结构的图2是用于说明图1A所示的电子倍增器单元的结构的装配流程
图3A是显示形成部分电子倍增器单元的金属盘的第一结构的透 视图，图3B是显示金属盘的第一结构的俯视图和侧视图4A是显示形成部分电子倍增器单元的金属盘的第二结构的透 视图，图4B是显示金属盘的第二结构的俯视图和侧视图5是电子倍增器单元的俯视图，用于说明配置在形成部分电子 倍增器单元的第一支撑构件内的入口孔的位置；
图6是沿图1A的II-II线的根据第一实施方式的光电倍增器的截 面图7A是用于说明电子倍增器单元中的倍增器电极的安装结构的 透视图，图7B是沿图7A所示in-III线的电子倍增器单元的截面图8A至8C是用于说明电子倍增器单元中倍增器电极的具体位置 关系的图9A是显示准备用于计算电子行进距离的光电增倍管的外部尺 寸的截面图，图9B是显示具有图9A所示的外部尺寸的光电倍增器的 各部分之间的电子行进距离的表；
图IO是用于比较光电倍增器和其中所包括的电子倍增器单元之间 的轴向尺寸的图。
图11A是显示根据本发明的电子倍增器单元(第一实施方式)的 示意性结构的透视图，图11B是显示根据本发明的光电倍增器的第二 实施方式的示意性结构的部分断裂图，该光电倍增器应用了图UA所 示的电子倍增器单元；
图12A是显示用作根据本发明的电子倍增器单元的一部分的栅格 型倍增器电极单元的透视图，图12B是沿图12A的IV-IV线的栅格型 倍增器电极单元的截面图13是用于说明应用了图12A所示的栅格型倍增器电极单元的电 子倍增器单元(第二实施方式)的结构的装配流程图14A和图14B是显示根据本发明的光电倍增器的第三和第四实 施方式的结构的截面图(对应于沿着图1A的I-I线的截面)；
图15A至图15C是用于说明根据本发明的光电倍增器的使用的实 施例的图。
符号说明
100A、 100B、 100C、 IOOD...光电倍增器，110...光电阴极，200A、
200B.，.电子倍增器单元，210...第一支撑构件，220...第二支撑构件， 211c、 211d…聚焦电极，300...入口孔，410...阳极，500...倍增器电极 单元，DYl...第一倍增器电极，DY2…第二倍增器电极。
具体实施例方式
下面将参考图1A、 1B、 2、 3A-4B、 5-6、 7A-9B、 10、 11A-12B、 13和14A-15C，对根据本发明的电子倍增器单元和包括其的光电倍增 器的各个实施方式进行详细描述。在

中，相同的部分和相同 的元件用相同的参考标记来表示，而不进行赘述。
图1A是显示根据本发明的光电倍增器的第一实施方式的示意性 结构的部分断裂图。图1B是显示沿图1A的I-I线的根据第一实施方 式的光电倍增器的截面结构的图。
第一实施方式的光电倍增器100A具有密封的外壳或容器，该密封 的外壳或容器的底部配置有用于内部排气的管子132 (排气后为非空 心)，并且具有被封入密封外壳内的阴极110和电子倍增器单元200A (根据本发明的电子倍增器单元的第一实施方式)。
密封外壳是由具有内部形成有阴极110的面板的圆柱形的管状圆 筒IOO和支撑多个处于穿透状态的引线管脚131的芯柱(stem) 130所 构成。电子倍增器单元200A通过引线管脚131从密封外壳内的芯柱 130延伸出来，而以预定的位置固定在密封外壳内。
如图1B所示，电子倍增器单元200A由以下构件构成第一倍增 器电极DY1，用于接收从阴极110释放并穿过入口孔300的光电子， 并且用于发射二次电子；第二至第七倍增器电极DY2-DY7，准备用于 从第一倍增器电极DY1发射的二次电子的连续级联倍增；网眼型阳极 410;和反射型倍增器电极DY8，用于引导通过了阳极410的二次电子 的轨迹再回到阳极410。具体地说，根据本发明的电子倍增器单元和包 括其的光电倍增器通过采用第二倍增器电极的特殊配置来实现圆筒长 度的进一步减少。即，第二倍增器电极DY2是这样的电极其具有定 位成面对第一倍增器电极DY1的反射型二次电子发射表面，该反射型 二次电子发射表面接收来自第一倍增器电极DY1的二次电子；定位成 向位于靠近第一倍增器电极DY1的第三倍增器电极DY3发射二次电
子；并且，作为路径改变电极起作用，用于将二次电子的行进路径改 变成不同于密封外壳的轴向的方向。
图2是用于说明图1A所示的电子倍增器单元200A的结构的装配
流程图(根据本发明的电子倍增器单元的第一实施方式)。
如图2所示，电子倍增器单元200A是由以下构件组成第一支撑 构件210，配置有用于使得来自阴极110的光电子穿过的入口孔300; 第二支撑构件220，沿着管轴线AX与第一支撑构件210平行设置；第 一至第七倍增器电极DY1-DY7，阳极410和反射型倍增器电极DY8， 设置在第一和第二支撑构件210、 220之间的空间内，并且各自均通过 第一和第二支撑构件210、 220固定。第一和第二支撑构件210、 220 之间的距离由中空陶瓷管230a至230c限定。第一倍增器电极DY1配 置有上部固定片DYla和下部固定片DYlb，以便于被第一和第二支撑 构件210、220固定。同样，第二倍增器电极DY2具有上部固定片DY2a 和下部固定片DY2b;第三倍增器电极DY3具有上部固定片DY3a和 下部固定片DY3b;第四倍增器电极DY4具有上部固定片DY4a和下 部固定片DY4b;第五倍增器电极DY5具有上部固定片DY5a和下部 固定片DY5b;第六倍增器电极DY6具有上部固定片DY6a和下部固 定片DY6b;第七倍增器电极DY7具有上部固定片DY7a和下部固定 片DY7b;阳极410具有上部固定片410a和下部固定片410b;反射型 倍增器电极DY8具有上部固定片DY8a和下部固定片DY8b。
第一支撑构件210具有三层结构，由设定在预定电势的金属盘211 和分别由绝缘材料制成的陶瓷盘212、 213构成。
金属盘211除了具有入口孔300之外，还具有小孔211a、弹片211b 和聚焦电极211c。引线管脚131以其末端穿透小孔211a的状态与金属 盘211连接。将弹片211b与管状圆筒100的内壁相接触，从而稳定整 个电子倍增器单元200A相对于管状圆筒100的位置，特别是相对于管 轴线AX的垂直位置。聚焦电极211c的作用在于改变光电子的轨迹， 从而将来自阴极110的光电子引导至配置在第一支撑构件210内的入 口孔300。
各个陶瓷盘212、 213除了设置有入口孔300外，还设置有用于让 引线管脚131穿过的小孔212a或213a，并且陶瓷盘213还设置有啮合
孔213b，用于将在第一和第二支撑构件210、 220之间的各个构件的上 部固定片DYla-DY7a、 410a和DY8a保持在陶瓷盘212、 213之间。
第二支撑构件220是由绝缘材料制成的陶瓷盘，配置有用于让引 线管脚131穿过的小孔220a，和用于收纳设置在第一和第二支撑构件 210、 220之间的各个构件的下部固定片DYlb-DY7b、 410b禾B DY8b 的啮合孔220b。这些下部固定片DYlb-DY7b、 410b和DY8b与各个 从芯柱BO延伸的引线管脚131电连接，由此将位于第一和第二支撑 构件210、 220之间的各个构件DY1-DY7、 410和DY8设定在预定的 电势。
从芯柱130延伸的一些引线管脚131经由金属盘211的小孔211a， 以各自穿过第二支撑构件220的小孔220a、陶瓷管230a-230c和陶瓷 盘212、 213的小孔212a、 213a的状态，与金属盘211电连接。
图3A是显示形成部分第一支撑构件210的金属盘211的第一结构 的透视图。图3B是显示图3A所示的金属盘211的第一结构的俯视图 和侧视图。
如上所述，金属盘211具有小孔211a，用于将从芯柱130延伸 的引线管脚131，以管脚穿透小孔的状态，与金属盘211电连接；弹片 211b，用于稳定金属盘211自身的安装位置；和聚焦电极211c，用于 改变从阴极110释放的光电子的轨迹。具体地说，如图3A所示，聚焦 电极211c是两端切割成渐尖形式(tapered form)的梯形的金属板，并 且按照箭头Sl所示的方向弯曲而固定至盘体的外部周围。
金属盘211可以具有如图4A和4B所示的另一种结构。图4A是 显示形成部分第一支撑构件210的金属盘211的第二结构的透视图， 图4B是显示图4A所示的金属盘211的第二结构的俯视图和侧视图。 在图4A和4B中，金属盘211具有小孔211a，用于将从芯柱130延 伸的引线管脚131，以管脚穿透小孔的状态，与金属盘211电连接；弹 片211b，用于稳定金属盘211自身的安装位置；和聚焦电极211d，用 于改变从阴极110释放的光电子的轨迹。这里，聚焦电极211d是三角 形的金属板，其一部分沿垂直方向向下基底突出，如图3A所示，并按 照箭头Sl所示方向弯曲而固定至盘体的外部周围。金属盘211进一步具有向入口孔300的内部延伸的电极片310。在 电子倍增器单元200A的装配状态下，该电极片310具有位于第一倍增 器电极DY1和第二倍增器电极DY2之间的二次电子行进空间内的一 部分，并且，作为将从第一倍增器电极DY1发射的二次电子的轨迹引 导至第二倍增器电极DY2的控制电极(减速电极)起作用。
图5是电子倍增器单元200A的俯视图，用于说明形成部分电子倍 增器单元200A的第一支撑构件210的入口孔300的位置。
正如也从图5中所看到的，配置在第一支撑构件210中的入口孔 300定位成使得其中心Ox偏离管轴线AX。原因在于如果入口孔300 定位在第一支撑构件210的中心以使得中心Ox和管轴线AX重合，则 必须增大管状圆筒的直径以确保有足够的空间来安置位于第一和第二 支撑构件210、 220之间的构件DY1-DY7、 410和DY8。
图6是沿图ia的n-n线的根据第一实施方式的光电倍增器iooa
的截面图，是用于说明在第一支撑构件210内的入口孔300的边缘处 电极310的作用。正如从该图6中也可见的，电极310配置成为其一 部分位于二次电子从第一倍增器电极DY1至第二倍增器电极DY2的 行进空间内，并设定为与形成部分第一支撑构件210的金属盘211的 聚焦电极211c相同的电势。该电极310使从第一倍增器电极DY1向入 口孔300发射的二次电子减速，并改变其轨迹以将其引导至第二倍增 器电极DY2。
图7A是用于说明电子倍增器单元200A中的倍增器电极的安装结 构的图，图7B是沿图7A所示III-III线的电子倍增器单元200A的截 面图。
如图7A所示，第一至第七倍增器电极DY1-DY7的上部固定片 DYla-DY7a各自均按照箭头S2所示的方向弯曲并以穿透状态通过配 置在陶瓷盘213上的小孔213b。阳极410的上部固定片410a和反射型 倍增器电极DY8的上部固定片DY8a同样以穿透状态通过陶瓷盘213 的相应小孔213b而弯曲。之后，将陶瓷盘213与陶瓷盘212结合，以 将各个构件DY1-DY7、 410和DY8的上部固定于由金属盘211和陶瓷 盘212、 213构成的第一支撑构件210。即，构件DY1-DY7、 410和 DY8的上部固定于第一支撑构件210使得上部固定片DYlb-DY7b、410b和DY8b的弯曲部分夹在陶瓷盘212、 213之间，如图7B所示。 通过将陶瓷盘212设置在金属盘211和其中放置倍增器电极DY1-DY8 和阳极410的空间之间，能够很好地维持电势与聚焦电极211c显著不 同的阳极410和靠近阳极410的倍增器电极的较后级的电绝缘。因此， 能够有效抑制两者间的异常放电。
另一方面，第一至第七倍增器电极DY1-DY7、阳极410和反射型 倍增器电极DY8的下部固定片DYlb-DY7b、 410b、和DY8b各自以通 过配置在第二支撑构件220的小孔210b的穿透状态，与从芯柱130延 伸的引线管脚131电连接。这样，电子倍增器单元200A被引线管脚 131支撑，该引线管脚131与夹在第一和第二支撑构件210、 220之间 的构件DY1-DY7 、 410和DY8的下部固定片DY1 b-DY7b 、 410b和DY8b 相连接。
下面描述电子倍增器单元200A内倍增器电极的具体的位置关系。 图8A至8C是用于通过利用在电子倍增器单元200A中倍增的二次电 子的轨迹等来说明倍增器电极等的具体位置关系的图。
艮P，第一至第七倍增器电极DY1-DY7、阳极410和反射型倍增器 电极DY8被设置在第一和第二支撑构件210、 220之间宽度为D的空 间内。第一倍增器电极DY1，在其覆盖第一支撑构件210的入口孔300 的状态下，被第一和第二支撑构件210、 220固定。第一倍增器电极 DY1的二次电子发射表面被设定为接收穿过入口孔300的光电子并将 二次电子发射至第一和第二支撑构件210、220之间的空间内。阳极410 位于从第一倍增器电极DY1发射的二次电子不会直接到达的位置。这 样的目的在于确保使得二次电子能够在第一倍增器电极DY1至阳极 410的路径内级联倍增的结构的充足的安装面积。在电子倍增器单元 200A中，第二倍增器电极DY2对二次电子的主要行进路径进行修正， 目的是为了实现二次电子在第一和第二支撑构件210、 220之间的空间 内的级联倍增。具体地说，第二倍增器电极DY2是具有配置成为面对 第一倍增器电极DY1的反射型二次电子发射表面的电极，并用作路径 改变电极，该路径改变电极用于接收来自第一倍增器电极DY1的二次 电子和用于将二次电子的行进路径改变成不同于密封外壳的轴向的方 向从而将二次电子向配置在靠近第一倍增器电极DY1的第三倍增器电
极DY3发射。该第二倍增器电极DY2将从第一倍增器电极DY1至第 二倍增器电极DY2的二次电子(自管轴线AX起的径向行进的二次电 子)的主要行进路径，改变为围绕管轴线AX旋转的方向(参考图8A)。
二次电子的主要行进路径指二次电子从第一倍增器电极DY1至阳 极410的最短轨迹，并通过用多个线段将第一倍增器电极DY1内的二 次电子发射表面的中心经由各个倍增器电极DY2-DY7内的二次电子 发射表面的中心而与阳极410的中心相连接来进行定义。
艮P，由于应用于电子倍增器单元200A的倍增器电极是盒形倍增器 电极DY，其二次电子发射表面具有高Dh和竟Dw的矩形形状，如图 8B所示。为此，倍增器电极DY (盒形倍增器电极)内的二次电子发 射表面的中心能够被容易地确定(通过高D^2和宽Dw/2)。在这些情 况下，二次电子的主要行进路径被限定在垂直于管轴线AX的平面上。
因此，如上所定义的二次电子的主要行进路径的总长度TL是从第 一倍增器电极DY1至第二倍增器电极DY2的行进距离Ll、从第二倍 增器电极DY2至第三倍增器电极DY3的行进距离L2、从第三倍增器 电极DY3至第四倍增器电极DY4的行进距离L3、从第四倍增器电极 DY4至第五倍增器电极DY5的行进距离L4、从第五倍增器电极DY5 至第六倍增器电极DY6的行进距离L5、从第六倍增器电极DY6至第 七倍增器电极DY7的行进距离L6、从第七倍增器电极DY7至第八倍 增器电极(反相型倍增器电极)DY8的行进距离L7、和从反相型倍增 器电极DY8至阳极410的行进距离L8的总和，如图8C所示。具体地 说，在本发明的电子倍增器单元中，二次电子的主要行进路径的总长 度TL保持在不小于第一支撑构件210和第二支撑构件220之间的距离 D (倍增器电极等所在之处的空间的宽度)的2倍、优选为不小于4倍。
接下来，对根据本发明的光电倍增器的具体的外部尺寸比例进行 描述。图9A是显示准备用于计算电子行进距离的光电增倍管的外部尺 寸的截面图，图9B是显示具有图9A所示的外部尺寸的光电倍增器的 各部分之间的电子行进距离的表。
被制作为根据本发明的光电倍增器的样品是这样的光电倍增器， 其密封外壳100的直径为51.6mm，圆筒长度为64.0mm，如图9A所示。 在置于密封外壳100内的电子倍增器单元中，第一支撑构件210和第
二支撑构件220之间的宽度D设定在13.5mm，并且在第一和第二支撑 构件210、 220之间的空间内设置有8级倍增器电极，如图8C所示的 结构。
对于该样品的光电倍增器中的几种类型的轨迹，本发明者计算了 电子行进距离。具体地说，在图9A中的A表示标准的电子轨迹，B 表示最短的轨迹，C表示最长的轨迹。图9B显示了这样的表，其包括 从阴极至第一倍增器电极DY1 (阴极-DYl)的电子行进路径、从第一 倍增器电极DY1至阳极(DYl-阳极)的电子行进路径、以及从阴极至 阳极(阴极-阳极)的电子行进路径中的电子行进距离的列表。
如图9B的表所示，标准电子轨迹A显示路径(阴极-DYl)中的 电子行进距离为44.2mm，路径(DYl-阳极)中的电子行进距离为 92.1mm，路径(阴极-阳极)的电子行进距离为136.3mm。最短的电子 轨迹B表明路径(阴极-DYl)的电子行进距离为45.0mm，路径(DY1-阳极)的电子行进距离为88.3mm，路径(阴极-阳极)的电子行进距 离为133.3mm。最长的电子轨迹C表明路径(阴极-DYl)的电子行进 距离为46.0mm，路径(DYl-阳极)的电子行进距离为94.9mm，路径 (阴极-阳极)的电子行进距离为140.9mm。
从上述计算结果可见，本发明的光电倍增器中从第一倍增器电极 DY1至阳极410的电子行进距离维持在不低于第一支撑构件210和第 二支撑构件220之间的距离D (=13.5mm)的6倍。此外，从第一倍增 器电极DY1至阳极410的电子行进距离维持在不低于从阴极110至第 一倍增器电极DY1的电子行进距离的1.5倍。而且，从阴极110至阳 极410的电子行进距离维持在不低于从阴极110至第一倍增器电极 DY1的电子行进距离的2倍。
如上述结构所构造，和一般的光电倍增器(参考图10)相比，应 用有电子倍增器单元200A的光电倍增器100A具有能够进一步减少管 长度H的结构。图10是用于比较第一实施方式的光电倍增器100A和 包括在其中的电子倍增器单元200A(第一实施方式)的轴向尺寸的图。
上述第一实施方式的光电倍增器IOOA具有这样的结构，其中在管 状圆筒100内收纳有电子倍增器单元200A (根据本发明的电子倍增器 单元的第一实施方式)，但对于其中收纳电子倍增器单元200A的容器
的形状没有特殊的限制。例如，图IIA是显示根据第一实施方式的电 子倍增器单元200A的示意性结构的透视图，图11B是显示根据本发明
的光电倍增器的第二实施方式的示意性结构的部分断裂图，该光电倍
增器应用了图11A所示的电子倍增器单元200A。
如图IIB所示，具有下述形状的管状圆筒100a可以用作部分收纳 电子倍增器单元200A的密封外壳，该形状为在内部具有阴极110的其 面板的面积得到扩张。
而且，用于在电子倍增器单元中的级联倍增的结构也可以不仅仅 如上所述使用盒形倍增器电极而实现。即，从第二倍增器电极DY2至 阳极410的级联倍增结构，或从第二倍增器电极DY2之后的第三倍增 器电极DY3至阳极410的级联倍增结构可以用栅格型倍增器电极或网 眼型倍增器电极来代替。通常，在使用网眼型倍增器电极的情况中， 电子穿过网眼(71=40%),因此有必要使用十级以上的级联倍增器电极 来实现足够的增益。但是，由于本发明包括从第一倍增器电极DY1发 射的二次电子通过第二倍增器电极DY2或通过第二和第三倍增器电极 DY2、 DY3的初步倍增，即使通过级数较少的倍增器电极单元，也能 实现充分的增益。
图12A是显示可用作部分根据本发明的电子倍增器单元的栅格型 倍增器电极单元500的透视图(根据本发明的电子倍增器单元的第二 实施方式)。图12B是沿图12A的IV-IV线的栅格型倍增器电极单元 500的截面图。图12A和12B所示的倍增器电极单元500具有栅格型 倍增器电极的多级构造，但也可以具有网眼型倍增器电极的多级构造。
如图12A和12B所示，栅格型倍增器电极单元500由聚焦电极板 430、利用各自由绝缘材料制成的陶瓷隔离物520以预定的间隔设置而 成的倍增器电极板510、和阳极板410构成。
各个聚焦电极板430和阳极板410均配置有上部固定片500a。各 个聚焦电极板430、倍增器电极板510、和阳极板均配置有将与从芯柱 延伸的引线管脚131电连接的下部固定片500b。各个倍增器电极板510 通过下部固定片500b设置在预定的电势。
图13是用于说明应用了图12A和12B所示的栅格式倍增器电极 单元500的电子倍增器单元200B (第二实施方式)的结构的装配流程 图。
如图13所示，电子倍增器单元200B由以下构件构成第一支撑 构件210，配置有用于使得来自阴极110的光电子通过的入口孔300; 第二支撑构件220，沿着管轴线AX与第一支撑构件210平行配置；第 一倍增器电极DY1、第二倍增器电极DY2、以及图12A和12B所示的 倍增器电极单元500 (包括阳极410)，这些构件均放置在这些第一和 第二支撑构件210、 220之间的空间内，并且各自由第一和第二支撑构 件210、 220来支撑。第一和第二支撑构件210、 220之间的距离通过 中空陶瓷管230a-230c来限定。第一倍增器电极DY1配置有上部固定 片DYla和下部固定片DYlb，从而由第一和第二支撑构件210、 220 所固定。同样，第二倍增器电极DY2具有上部固定片DY2a和下部固 定片DY2b，倍增器电极单元500具有上部固定片500a和下部固定片 500b。
第一支撑构件210具有由设定在预定电势的金属盘211和各自由 绝缘材料制成的陶瓷盘212、 213所构成的三层结构。
金属盘211除了具有入口孔300之外，还具有小孔211a、弹片211b 和聚焦电极211c。引线管脚131以其末端穿透小孔211a的状态与金属 盘211连接。将弹片211b与管状圆筒100的内壁相接触，从而稳定整 个电子倍增器单元200B相对于管状圆筒100的位置，特别是相对于管 轴线AX的垂直位置。聚焦电极211c的作用在于改变光电子的轨迹， 从而将来自阴极110的光电子引导至配置在第一支撑构件210内的入 口孔300。
每个陶瓷盘212、 213除了设置有入口孔300外，还设置有用于让 引线管脚131通过的小孔212a或213a，并且陶瓷盘213还设置有啮合 孔213b，用于将设置在第一和第二支撑构件210、 220之间的上部固定 片DYla、 DY2a、和500a保持于陶瓷盘212、 213之间。
第二支撑构件220是由绝缘材料制成的陶瓷盘，配置有用于让引 线管脚131通过的小孔220a，和用于收纳设置在第一和第二支撑构件 210、 220之间的各构件的下部固定片DY1、 DY2b和500b的啮合孔
220b。这些下部固定片DY1、 DY2b和500b与从芯柱130延伸的各个 引线管脚131电连接，由此将位于第一和第二支撑构件210、 220之间 的各个构件DY1、 DY2和500设定在预定的电势。
从芯柱130延伸的一些引线管脚131经由金属盘211的小孔211a， 以各个管脚穿过第二支撑构件220的小孔220a、陶瓷管230a-230c和 陶瓷盘212、 213的小孔212a、 213a的状态，与金属盘211电连接。
图14A和图14B是显示根据本发明的光电倍增器的第三和第四实 施方式的结构的截面图(对应于沿图1A的线I-I的横截面)。
艮P，将前述电子倍增器单元200B (第二实施方式的电子倍增器单 元)应用于第三实施方式的光电倍增器IOOC，如图14A所示，电子倍 增器单元200B具有这样的结构，其中包括阳极板410的倍增器电极单 元500、和第一倍增器电极DY1和第二倍增器电极DY2 —起位于第一 和第二支撑构件210、 220之间的空间内。
如图14B所示，第四实施方式的光电倍增器100D具有这样的结 构，其中包括阳极板410的倍增器电极单元500与第一倍增器电极 DY1、第二倍增器电极DY2和第三倍增器电极DY3 —起位于第一和第 二支撑构件210、 220之间的空间内，作为电子倍增器单元(第三实施 方式的电子倍增器单元)。由于该第四实施方式涉及的二次电子的级联 倍增取决于在级数上比第二实施方式多了一级的倍增器电极单元500， 因此能够实现更大的增益。
图15A至图15C是用于说明根据本发明的光电倍增器的用途的实 施例的图。
通常，在光电倍增器用于检测X-射线或辐射射线之处，光电倍增 器除检测窗之外完全被重金属屏蔽(例如Pb)所遮盖。例如，用作医 疗检验系统的Y-摄相机设备至少配置有一对上下摄像头，每个摄像头 除了用于暴露二维设置的光电倍增器100A至100D的面板的检测窗之 外，完全被Pb屏蔽600遮盖，如图15A所示。而且，准直仪620、闪 烁体630、和光波导640设置在该Pb屏蔽600的窗610内。到达检测 窗610的射线通过准直仪620进行准直。由此准直的Y-射线通过闪 烁体630直接转化成为预定波长的光，并且来自闪烁体630的光被引 导通过光波导640弓I导至以二维方式排列在Pb屏蔽600内的各个光电
倍增器100A-100D。图15B显示通过Pb屏蔽600的检测窗610观看时 的光电倍增器的排列状态。关于该结构内的摄像头，为了提高常规技 术的检测清晰度，使用的光电倍增器的数量也增加了，并且不可避免 地，包括重金属屏蔽在内的检测器部分的重量的增加将会对设备的重 量和体积的减少造成障碍。与此相反，根据本发明的光电倍增器 100A-100D具有这样的结构，其中管长度比传统的光电倍增器短得多， 因此在不降低清晰度(即，不减少使用的光电倍增器的数量)的情况 下，能够减少Pb屏蔽的总重量。另一方面，通过应用光电倍增器 100A-100D，在不增加Pb屏蔽的总重量的情况下，使清晰度增加(或 增加使用的光电倍增器的数量)也变得切实可行。
根据前述各个实施方式的光电倍增器100A-100D的面板均为圆 形，但是，面板也可以是，例如，如图15C所示的六角形，这样能够 极大地增加与Pb屏蔽600的检测窗有关的有效面积。图15B和15C 所示的构造釆用了面板均为相同形状的光电倍增器，但是也可以采用 结合不同面板形状的多种类型的光电倍增器这样的构造，或采用结合 不同面板面积的多种类型的光电倍增器这样的构造。面板的形状可以 是三角形、矩形、五角形等，来代替圆形或六角形。
显然鉴于上述本发明的描述，本发明可以以多种方式进行变化。 这种变化不应该被看作偏离本发明的实质精神和范围，而所有对于本 领域的普通技术人员而言是显而易见的改进将被包括在随后的权利要 求的范围之内。
产业上的可利用性
根据本发明的电子倍增器单元和包括该电子倍增器单元的光电倍 增器可以应用于检测器，例如X-射线检测器等。
权利要求
1.一种电子倍增器单元，其特征在于，包括第一支撑构件，具有让一次电子进入的入口孔；第二支撑构件，定位成面向所述第一支撑构件；第一倍增器电极，由所述第一和第二支撑构件固定并具有反射型二次电子发射表面，该反射型二次电子发射表面配置成响应于穿过所述入口孔的一次电子的入射而发射二次电子进入所述第一和第二支撑构件之间的空间内；第二倍增器电极，由所述第一和第二支撑构件固定并具有反射型二次电子发射表面，该反射型二次电子发射表面定位成面向所述第一倍增器电极，并且配置成响应来自所述第一倍增器电极的二次电子而发射新的二次电子至所述第一倍增器电极所在的一侧；阳极，用于提取在所述第一和第二支撑构件之间的空间内连续倍增而得到的二次电子作为信号，所述阳极由所述第一和第二支撑构件固定在从所述第一倍增器电极发射的二次电子不会直接到达的位置。
2. 根据权利要求l所述的电子倍增器单元，其特征在于， 从所述第一倍增器电极至所述阳极的电子行进距离保持在不小于所述第一支撑构件和所述第二支撑构件之间的距离的2倍。
3. 根据权利要求2所述的电子倍增器单元，其特征在于， 从所述第一倍增器电极至所述阳极的电子行进距离保持在不小于所述第一支撑构件和所述第二支撑构件之间的距离的4倍。
4. 根据权利要求l所述的电子倍增器单元，其特征在于， 进一步包括固定于所述第一支撑构件以使得其下部基底沿着所述第一支撑构件的外部周围延伸的聚焦电极。
5. 根据权利要求4所述的电子倍增器单元，其特征在于， 所述聚焦电极由两端被切割成渐尖形式的梯形金属板构成。
6. 根据权利要求4所述的电子倍增器单元，其特征在于， 所述聚焦电极由一部分沿垂直于所述聚焦电极的下部基底的方向突出的金属板构成。
7. 根据权利要求l所述的电子倍增器单元，其特征在于， 所述入口孔配置成其中心距离所述第一支撑构件的中心隔开预定距离的状态。
8. 根据权利要求1所述的电子倍增器单元，其特征在于，进一步包括倍增器电极单元，配置在从所述第二倍增器电极朝向所述阳极的 电子行进路径上，并由多级栅格型倍增器电极构成，其中所述倍增器 电极单元由所述第一和第二支撑构件固定。
9. 根据权利要求8所述的电子倍增器单元，其特征在于，进一步包括一个或多个盒型倍增器电极，配置在从所述第二倍增器电极朝向 所述倍增器电极单元的电子行进路径上，其中所述盒型倍增器电极由 所述第一和第二支撑构件固定。
10. 根据权利要求l所述的电子倍增器单元，其特征在于，进一步 包括倍增器电极单元，配置在从所述第二倍增器电极朝向所述阳极的 电子行进路径上，并由多级网眼型倍增器电极构成，其中所述倍增器 电极单元由所述第一和第二支撑构件固定。
11. 根据权利要求IO所述的电子倍增器单元，其特征在于，进一 步包括一个或多个盒型倍增器电极，配置在从所述第二倍增器电极朝向 所述倍增器电极单元的电子行进路径上，其中所述盒型倍增器电极由 所述第一和第二支撑构件固定。
12. 根据权利要求l所述的电子倍增器单元，其特征在于，进一步 包括控制电极，其一端固定在所述入口孔的边缘部分，另一端配置成 位于从所述第一倍增器电极朝向第二倍增器电极的二次电子行进空间 内。
13. —种光电倍增器，其特征在于，包括 密封外壳；阴极，位于所述密封外壳内并配置成响应预定波长的光的入射而发射光电子进入所述密封外壳；和根据权利要求1的电子倍增器单元，收纳于所述密封外壳内，所 述电子倍增器单元配置成响应来自所述阴极的作为一次电子被发射的 光电子的入射而连续多级发射二次电子，从而实现电子的级联倍增。
14. 根据权利要求13所述的光电倍增器，其特征在于，在所述电子倍增器单元内，从所述第一倍增器电极至所述阳极的 电子行进距离保持在不小于所述第一支撑构件和所述第二支撑构件之 间的距离的2倍。
15. 根据权利要求13所述的光电倍增器，其特征在于， 在所述电子倍增器单元内，从所述第一倍增器电极至所述阳极的电子行进距离保持在不小于所述第一支撑构件和所述第二支撑构件之 间的距离的4倍。
16. 根据权利要求13所述的光电倍增器，其特征在于， 在所述电子倍增器单元内，从所述第一倍增器电极至所述阳极的电子行进距离保持在不小于从所述阴极至所述第一倍增器电极的电子 行进距离的1.5倍。
17. 根据权利要求13所述的光电倍增器，其特征在于， 从所述阴极至所述阳极的电子行进距离保持在不小于从所述阴极至所述第一倍增器电极的电子行进距离的2倍。
18. 根据权利要求13所述的光电倍增器，其特征在于， 所述电子倍增器单元进一步包括固定于所述第一支撑构件以使其下部基底沿所述第一支撑构件的外部周围延伸的聚焦电极。
19. 根据权利要求18所述的光电倍增器，其特征在于，所述聚焦电极由两端被切割成渐尖形式的梯形金属板构成。
20. 根据权利要求18所述的光电倍增器，其特征在于， 所述聚焦电极由一部分沿垂直于所述聚焦电极的下部基底的方向突出的金属板构成。
21. 根据权利要求13所述的光电倍增器，其特征在于， 所述电子倍增器单元内的所述入口孔配置成其中心距离所述第一支撑构件的中心隔开预定距离的状态。
22. 根据权利要求13所述的光电倍增器，其特征在于， 所述电子倍增器单元进一步包括倍增器电极单元，该倍增器电极单元配置在从所述第二倍增器电极朝向所述阳极的电子行进路径上， 并由多级栅格型倍增器电极构成，所述倍增器电极单元由所述第一和 第二支撑构件固定。
23. 根据权利要求22所述的光电倍增器，其特征在于， 所述电子倍增器单元进一步包括一个或多个盒型倍增器电极，配置在从所述第二倍增器电极朝向所述倍增器电极单元的电子行进路径 上，所述盒型倍增器电极由所述第一和第二支撑构件固定。
24. 根据权利要求13所述的光电倍增器，其特征在于， 所述电子倍增器单元进一步包括倍增器电极单元，该倍增器电极单元配置在从所述第二倍增器电极朝向所述阳极的电子行进路径上， 并由多级网眼型倍增器电极构成，所述倍增器电极单元由所述第一和 第二支撑构件固定。
25. 根据权利要求24所述的光电倍增器，其特征在于， 所述电子倍增器单元进一步包括一个或多个盒型倍增器电极，配置在从所述第二倍增器电极朝向所述倍增器电极单元的电子行进路径 上，所述盒型倍增器电极由所述第一和第二支撑构件固定。
26. 根据权利要求13所述的光电倍增器，其特征在于， 所述电子倍增器单元进一步包括控制电极，其一端固定在所述入口孔的边缘部分，另一端配置成位于从所述第一倍增器电极朝向所述 第二倍增器电极的二次电子行进空间内。
全文摘要
本发明涉及一种电子倍增器单元等，其通过响应一次电子的入射而多级连续发射二次电子来实现电子的级联倍增。电子倍增器单元具有配置有让一次电子进入的入口孔的第一支撑构件和定位成面向第一支撑构件的第二支撑构件。该第一和第二支撑构件固定用于级联倍增的电子倍增部分和阳极。电子倍增部分包括至少一个盒型的第一倍增器电极，和具有定位成面向第一倍增器电极并且配置成接收来自第一倍增器电极的二次电子并发射二次电子至第一倍增器电极所在一侧的反射型二次电子发射表面的第二倍增器电极。阳极位于从第一倍增器电极发射的二次电子不能直接到达的位置，且第二倍增器电极改变二次电子的行进路径，使其被保持在第一和第二支撑构件之间的空间内。
文档编号H01J43/26GK101111923SQ20058004724
公开日2008年1月23日 申请日期2005年7月27日 优先权日2005年1月25日
发明者中村公嗣, 伊藤益保, 大桥洋祐, 大石启一 申请人:浜松光子学株式会社