JP2009301906A - Photomultiplier tube - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスによる電子増倍を利用した光電子増倍管に関するものである。 The present invention relates to a photomultiplier tube using electron multiplication by gas.
近年、ガス中における電子増倍作用を用いた電子増幅器の開発が進められている。ガスを利用することにより、装置内部が大気圧であり高真空容器を必要としない、電子増倍構造が簡略化される、安価に製造できる等の利点がある。この種の電子増倍器としては、多数の貫通孔が形成された多孔プレート(電子増倍部)を内蔵し、この貫通孔の両端に電圧が印加されることにより、貫通孔に入射する電子が増倍される(下記特許文献1〜3参照)。また、このような電子増倍構造に光電面を組み合わせて光電子増倍管として利用することも検討されている(下記非特許文献1,2参照)。
しかしながら、上述したような電子増倍構造に光電面を組み合わせた場合には、電子増倍部におけるガスの電離に伴うイオンのフィードバックに起因して、光電面の劣化が生じやすい傾向にある。その結果、入射光に対する感度が低下してしまう場合があった。 However, when the photocathode is combined with the electron multiplying structure as described above, the photocathode tends to deteriorate due to the feedback of ions accompanying the ionization of the gas in the electron multiplying portion. As a result, the sensitivity to incident light may be reduced.
そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、光電面に対するイオンのフィードバックを防止して感度を維持す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。 Therefore, the present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a photomultiplier tube capable of maintaining sensitivity by preventing feedback of ions to the photocathode.
上記課題を解決するため、本発明の光電子増倍管は、ガスによる電子増倍作用を利用した光電子増倍管において、入射光が入射する光入射面に対向して設けられており、光入射面に対して傾斜する複数の傾斜部が、光入射面に沿って配列され、該傾斜部の光入射面側に反射型の光電面が形成された光電変換部と、光電変換部を挟んで光入射面に対向して設けられ、光入射面に沿って複数の貫通孔が形成された電子増倍部とを備え、複数の傾斜部は、光入射面側から電子増倍部が見通せないように互いに近接して配置されている。 In order to solve the above problems, the photomultiplier tube of the present invention is provided in a photomultiplier tube using an electron multiplying action by a gas so as to face a light incident surface on which incident light is incident. A plurality of inclined portions that are inclined with respect to the surface are arranged along the light incident surface, and a photoelectric conversion portion in which a reflective photoelectric surface is formed on the light incident surface side of the inclined portion, and the photoelectric conversion portion sandwiched therebetween An electron multiplying portion provided opposite to the light incident surface and having a plurality of through holes formed along the light incident surface, and the plurality of inclined portions cannot be seen from the light incident surface side. Are arranged close to each other.
このような光電子増倍管によれば、光入射面から入射した入射光が、光電変換部の反射型光電面によって光電子に変換され、光電子は電子増倍部の貫通孔に入射することにより増倍され、増倍電子が計測されることにより入射光が検出される。この際、反射型光電面は光入射面に対して傾斜する傾斜部の光入射面側に形成され、複数の傾斜部が光入射面側から電子増倍部を見通せないように配置されている。従って、光電子の増倍時にガス分子に由来して電子増倍部で発生したイオンが光電変換部側に戻ってきても光電面に衝突しにくいので、光電面の劣化が少なくなり入射光の検出感度を維持することができる。 According to such a photomultiplier tube, incident light incident from the light incident surface is converted into photoelectrons by the reflective photocathode of the photoelectric conversion unit, and the photoelectrons are amplified by being incident on the through holes of the electron multiplier unit. The incident light is detected by multiplying and measuring the multiplied electrons. At this time, the reflective photocathode is formed on the light incident surface side of the inclined portion inclined with respect to the light incident surface, and the plurality of inclined portions are arranged so that the electron multiplier portion cannot be seen from the light incident surface side. . Therefore, even when the photoelectron multiplication causes ions generated in the electron multiplication part due to gas molecules to return to the photoelectric conversion part side, it does not easily collide with the photocathode. Sensitivity can be maintained.
複数の傾斜部の光入射面に沿った配列ピッチは、複数の貫通孔の光入射面に沿った配列ピッチよりも大きいことが好適である。この場合、反射型光電面から出射した光電子が複数の貫通孔に導かれるので、ガスによる増倍時に1つの貫通孔で発生する電子及びイオンを少なくすることができ、貫通孔付近における放電によるノイズの発生を抑制することができる。 The arrangement pitch along the light incident surfaces of the plurality of inclined portions is preferably larger than the arrangement pitch along the light incident surfaces of the plurality of through holes. In this case, since photoelectrons emitted from the reflective photocathode are guided to a plurality of through holes, electrons and ions generated in one through hole at the time of multiplication by gas can be reduced, and noise caused by discharge in the vicinity of the through hole. Can be suppressed.
また、光入射面と光電変換部との間には、入射光に応じて光電面から発生した光電子を電子増倍部に導くための制御電極をさらに備える、ことも好適である。かかる構成を採れば、光電変換部で発生した光電子を効率的に電子増倍部に導くことができるので、入射光の感度をより高めることができる。 It is also preferable to further include a control electrode for guiding photoelectrons generated from the photocathode in response to the incident light to the electron multiplier between the light incident surface and the photoelectric conversion unit. By adopting such a configuration, the photoelectrons generated in the photoelectric conversion unit can be efficiently guided to the electron multiplying unit, so that the sensitivity of incident light can be further increased.
本発明によれば、光電面に対するイオンのフィードバックを防止して感度を維持することができる。 According to the present invention, sensitivity can be maintained by preventing feedback of ions to the photocathode.
以下、図面を参照しつつ本発明に係る光電子増倍管の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of a photomultiplier according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明の好適な一実施形態に係る光電子増倍管1の縦断面図、図2は、図1の光電子増倍管1の要部を拡大して示す断面図である。 FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a photomultiplier tube 1 according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of the photomultiplier tube 1 of FIG.
図1及び図2に示す光電子増倍管1は、アルゴン、キセノン等の希ガス、或いは希ガスとクエンチングガスの混合ガスが封入された筐体2の内部に、光電変換部3、電子増倍部4、アノード5、及び制御電極6を収容して構成されている。光電子増倍管1は、筐体2の一方の端面に設けられた入射面板7から入射する入射光を光電子に変換し、この光電子を希ガスによる電子増倍作用により増幅することにより入射光を検出する。
The photomultiplier tube 1 shown in FIGS. 1 and 2 includes a
電子増倍部4は、入射面板7に対向して設けられたガラス製の平板状部材であり、その両面はAl、Niなどの金属膜によって成膜されている。さらに、電子増倍部4には、入射面板7の光入射面7aに平行な方向に沿って配列された複数の貫通孔8が、光入射面7aにほぼ垂直な方向に貫通するように形成されている。この電子増倍部4の厚さは、例えば300μmに設定され、貫通孔8は、レーザ加工、プラズマエッチングやマイクロブラスト加工により、径が数10〜数100μm程度、配列ピッチが25μm〜800μmとなるように形成されている。
The electron multiplier 4 is a flat plate member made of glass provided to face the
光電変換部3は、入射面板7と電子増倍部4とで挟まれた位置に、入射面板7に対向するように配置されており、Ni等の金属板の一部に複数の傾斜部9が近接して設けられた構造を有している。詳細には、複数の傾斜部9は、光入射面7aに沿って一定のピッチで配列されるようにプレス加工等により形成され、光入射面7aに対してその配列方向に沿って傾斜している。また、隣接する2つの傾斜部9はスリット状に分離されることにより、傾斜部9の入射面板7側の面から出射した光電子が電子増倍部4側に通過できるようになっている。この傾斜部9の入射面板7側の面には、入射光を光電子に変換する反射型の光電面10が形成され、この光電面10は、入射面板7側からの入射光の入射角度に対するほぼ反射方向に向けて光電子を放出する。また、入射傾斜部9の光電面10と反対側の面は、2次電子の放出を抑制するZnOやSnO等の酸化物で被覆されている。
The
ここで、光電変換部3における傾斜部9の入射面板7に対する傾斜角θ1、及び傾斜部9の光入射面7aに沿ったピッチP1は、入射面板7から光入射面7aに垂直な方向に沿って見たときに電子増倍部4が光電変換部3によって覆われて見通せないような値に設定されている(図2)。すなわち、傾斜部9のピッチP1に対して傾斜部の傾斜角θ1が所定角以下になるように加工される。さらに、傾斜部9のピッチP1は、電子増倍部4の貫通孔8の光入射面7aに沿ったピッチP2よりも大きくなるようにされている。
Here, the inclination angle θ 1 of the inclined portion 9 with respect to the
この光電変換部3と入射面板7との間には、光入射面7aに沿ってメッシュ状の制御電極6が設けられている。この制御電極6は、光電面10から発生した光電子を電子増倍部4に導くための電界を発生させる。すなわち、制御電極6には、光電面10から出射した光電子を電子増倍部4側に反射させるような光電変換部3よりも低い電位が印加される。このメッシュ状の制御電極6は、光入射面7aに沿ったピッチP3が、傾斜部9のピッチP1よりも十分小さくなるように形成されている。
Between the
このような光電子増倍管1では、光入射面7aから入射した入射光Lが、光電変換部3の反射型光電面10によって光電子E1に変換され、光電子E1は光電面10から電子増倍部4の貫通孔8に向けて入射する。電子増倍部4には貫通孔8の開口部間に電界が印加されており、光電子E1はこの電界からエネルギーが与えられる結果、貫通孔8内部のガス分子に衝突して電離及び衝突を繰り返してなだれ式に増倍される。その後、増倍電子E2がアノード5によって外部に取り出されることにより入射光が検出される。このとき、貫通孔8の内部ではガス分子の電離によってイオンI1が発生し、そのイオンI1が光電変換部3に戻るが、大部分は傾斜部9の光電面10と反対側の面に吸収されるため、光電面10におけるイオンの衝突による劣化が極めて少なくされる。特に、光電面10の材料としてバイアルカリ等のアルカリ金属を用いる場合にイオンのフィードバックによる劣化の影響が大きいが、このような光電面を電子増倍部4と組み合わせた場合もその劣化を防止することができ、光電面10の材料の選択の自由度が高まる。その結果、様々な波長帯域の入射光の検出感度を安定して維持することができる。さらには、傾斜部9の光電面10と反対側の面は2次電子の放出を抑制する材料で覆われているので、イオンの入射によるノイズの発生も防止される。
In such a photomultiplier tube 1, incident light L incident from the
さらに、電子増倍部4では、電子とイオンの再結合による発光も起こりうるが、光電面10から電子増倍部4が見通せないような構造になっているので、フォトンのフィードバックによるノイズの発生も低減されることになる。
Further, although the electron multiplier 4 may emit light due to recombination of electrons and ions, the electron multiplier 4 is structured so that the electron multiplier 4 cannot be seen from the
また、傾斜部9の光入射面7aに沿った配列ピッチP1は、貫通孔8の光入射面7aに沿った配列ピッチP2よりも大きいので、光電面10から出射した光電子E1が複数の貫通孔8に導かれるので、電子増倍時に1つの貫通孔8で発生する電子−イオン対を少なくすることができ、貫通孔8付近における放電によるノイズの発生を抑制することができる。
Further, since the arrangement pitch P 1 along the
また、入射面板7と光電変換部3との間には制御電極6が設けられているので、光電変換部3で発生した光電子を効率的に電子増倍部4に導くことができ、入射光の感度をより高めることができる。さらに、この制御電極6のピッチP3が傾斜部9のピッチP1よりも十分小さくされることで、光電子をより効率的に電子増倍部4に導くことが可能である。
In addition, since the control electrode 6 is provided between the
図3は、制御電極6と光電変換部3との間の電位差[V]に対する入射光の相対検出効率の変化を示すグラフである。なお、この場合の制御電極6と光電面10との間の距離は0.5mmである。同図に示すように、制御電極6と光電変換部3との間の電位差が0より大きく〜約8Vの範囲においては、電位差をかけない場合と比較して検出効率が向上していることが分かる。
FIG. 3 is a graph showing a change in relative detection efficiency of incident light with respect to a potential difference [V] between the control electrode 6 and the
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、電子増倍部4の材料としてはガラス基板以外にも、ポリイミドフィルム等の樹脂シートを用いてもよいし、両面に成膜する金属薄膜としてはCu等を用いてもよい。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above. For example, a resin sheet such as a polyimide film may be used as the material of the electron multiplying unit 4 in addition to a glass substrate, and Cu or the like may be used as a metal thin film formed on both surfaces.
また、制御電極6に関して、図4に示す本発明の変形例である光電子増倍管101のように、入射面板7の内側に沿って配置された透光性を有する導電性膜106で代用してもよい。このような導電性膜106としては、ITO(Indium Tin Oxide)等の透明導電膜、Cr、Au等の金属薄膜等が用いられる。
Further, as for the control electrode 6, as in the
E1…光電子、L…入射光、P1,P2…配列ピッチ、1,101…光電子増倍管、3…光電変換部、4…電子増倍部、6,106…制御電極、7…入射面板、7a…光入射面、8…貫通孔、9…傾斜部、10…光電面。 E 1 ... Photoelectrons, L ... Incident light, P 1, P 2 ... Arrangement pitch, 1, 101 ... Photomultiplier tube, 3 ... Photoelectric converter, 4 ... Electron multiplier, 6, 106 ... Control electrode, 7 ... Incident surface plate, 7a ... light incident surface, 8 ... through hole, 9 ... inclined portion, 10 ... photoelectric surface.
Claims (3)
入射光が入射する光入射面に対向して設けられており、前記光入射面に対して傾斜する複数の傾斜部が、前記光入射面に沿って配列され、該傾斜部の前記光入射面側に反射型の光電面が形成された光電変換部と、
前記光電変換部を挟んで前記光入射面に対向して設けられ、前記光入射面に沿って複数の貫通孔が形成された電子増倍部とを備え、
前記複数の傾斜部は、前記光入射面側から前記電子増倍部が見通せないように互いに近接して配置されている、
ことを特徴とする光電子増倍管。 In photomultiplier tubes using electron multiplication by gas,
A plurality of inclined portions that are provided to face the light incident surface on which incident light is incident and are inclined with respect to the light incident surface are arranged along the light incident surface, and the light incident surface of the inclined portion A photoelectric conversion part having a reflective photoelectric surface formed on the side;
An electron multiplier section provided opposite to the light incident surface across the photoelectric conversion portion, and having a plurality of through holes formed along the light incident surface;
The plurality of inclined portions are arranged close to each other so that the electron multiplying portion cannot be seen from the light incident surface side.
A photomultiplier tube characterized by that.
ことを特徴とする請求項1記載の光電子増倍管。 The arrangement pitch along the light incident surface of the plurality of inclined portions is larger than the arrangement pitch along the light incident surface of the plurality of through holes.
The photomultiplier tube according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1又は2記載の光電子増倍管。 A control electrode for guiding photoelectrons generated from the photoelectric surface in response to the incident light to the electron multiplying unit is further provided between the light incident surface and the photoelectric conversion unit.
The photomultiplier tube according to claim 1 or 2, wherein
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