專利名稱：光電倍增管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光電倍增管，所述光電倍增管響應(yīng)光電子的入射， 通過二次電子的多級(jí)連續(xù)發(fā)射來實(shí)現(xiàn)二次電子的級(jí)聯(lián)倍增。
背景技術(shù)：
近年來，在核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，正積極尋求作為下一代PET (正電子 發(fā)射斷層照相)設(shè)備的TOF-PET (飛行時(shí)間PET)的發(fā)展。在TOF-PET 設(shè)備中，因?yàn)橥瑫r(shí)測量從給予身體的放射性同位素發(fā)出的兩條Y射線， 將大量具有良好、高速響應(yīng)特性的光電倍增管用作被設(shè)置成為保衛(wèi)目 標(biāo)物的測量設(shè)備。特別地，為了實(shí)現(xiàn)較高穩(wěn)定性的高速響應(yīng)特性，多通道光電倍增 管正變得適用于下一代PET，例如上述數(shù)量日益增加的情況，其中， 在所述多通道光電倍增管中裝備有多個(gè)電子倍增器通道，并且在多個(gè) 電子倍增器通道中平行地進(jìn)行電子倍增。例如，在國際專利公開號(hào) WO2005/091332中所述的多通道光電倍增管具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中， 單面板被劃分成多個(gè)光入射區(qū)(各自為分配有單電子倍增器通道的光 電陰極)，并且多個(gè)被處理成為被分配到多個(gè)光入射區(qū)的電子倍增器通 道的電子倍增器部(各自從倍增電極單元排列，由多級(jí)倍增電極和陽 極組成)被密封在單玻璃管內(nèi)。具有該結(jié)構(gòu)的光電倍增管，使得在單 玻璃管內(nèi)包含多個(gè)光電倍增管，通常被稱作多通道光電倍增管。如上所述，多通道光電倍增管由此具有的結(jié)構(gòu)使得單通道光電倍 增管的功能由多個(gè)電子倍增器通道分享，通過該單通道光電倍增管， 從設(shè)置于面板上的光電陰極發(fā)出的光電子通過單電子倍增器部電子倍 增以獲得陽極輸出。例如，在多通道光電倍增管中，由于對(duì)于一個(gè)電 子倍增器通道二維排列有四個(gè)光入射區(qū)(用于電子倍增器通道的光電 陰極)，光電子發(fā)射區(qū)(相應(yīng)光電陰極的有效區(qū))由1/4或更少面板組 成，從而易于提高各個(gè)電子倍增器通道間的電子渡越時(shí)間差。因此，
與整個(gè)單通道光電倍增管內(nèi)的電子渡越時(shí)間差相比，預(yù)期整個(gè)多通道 光電倍增管在電子渡越時(shí)間差方面有顯著提高。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明人已經(jīng)檢驗(yàn)過上述現(xiàn)有技術(shù)，因此，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)下述問題。 即，在傳統(tǒng)的多通道光電倍增管中，因?yàn)橥ㄟ^根據(jù)來自光電陰極的光 電子的釋放位置分配的電子倍增器通道來進(jìn)行電子倍增，最優(yōu)化地設(shè) 計(jì)各個(gè)電極的位置，以便根據(jù)各個(gè)電子倍增器通道，減小電子渡越時(shí) 間差。用這種方式，通過各個(gè)電子倍增器通道中的電子渡越時(shí)間差的 這種提高，實(shí)現(xiàn)整個(gè)多通道光電倍增管的電子渡越時(shí)間差的提高，因 此，提高整個(gè)多通道光電倍增管的高速響應(yīng)特性。然而，在這種多通道光電倍增管中，在電子倍增器通道間的平均 電子渡越時(shí)間差的漲落方面沒有做出改進(jìn)。而且，至于形成光電陰極 的面板的光發(fā)射面(位于密封容器內(nèi)部的面)，在環(huán)繞中央?yún)^(qū)的包括密 封容器的管軸的外圍區(qū)中，特別是在光發(fā)射面和管體的內(nèi)壁交叉的邊 界部分(光發(fā)射面的邊緣)處，使光發(fā)射面的形狀變形。由此使得光 電陰極和倍增電極間或光電陰極和聚焦電極間的等勢線變形，即使在 單通道內(nèi)，根據(jù)光電發(fā)射位置可以生成偏離正道的光電子。為進(jìn)一步 改進(jìn)高響應(yīng)特性，不能忽略這種偏離正道的光電子的存在。另外，這 種偏離正道的光電子的存在也是電子倍增器通道中出現(xiàn)串?dāng)_的主要原 因。而且，因?yàn)闉榱酥圃霻OF-PET設(shè)備，需要大量光電倍增管，因此， 對(duì)于應(yīng)用于TOF-PET設(shè)備等的光電倍增管，希望采用更適合于大規(guī)模 生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)。已經(jīng)開發(fā)了本發(fā)明來消除上述問題，其目的是通過更適合于大規(guī) 模生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)用于每一電子倍增器的增益控制，以便提供在諸 如TTS (渡越時(shí)間漲落)和CTTD (陰極渡越時(shí)間差)的響應(yīng)時(shí)間特 性方面總體上顯著提高的光電倍增管。目前，開發(fā)了添加TOF (飛行時(shí)間)功能的PET設(shè)備。在用于這 種TOF-PET設(shè)備中的光電倍增管中，CRT (符合分辨時(shí)間)響應(yīng)特性 也很重要。傳統(tǒng)的光電倍增管不滿足TOF-PET設(shè)備的CRT響應(yīng)特性。 因此，在本發(fā)明中，因?yàn)閷鹘y(tǒng)的PET設(shè)備用作基礎(chǔ)，保持當(dāng)前使用 的球形外徑，進(jìn)行軌道設(shè)計(jì)以便使得CRT度量滿足TOF-PET設(shè)備的要 求。具體地說，以提高與CRT響應(yīng)特性有關(guān)的TTS為目標(biāo)，以及進(jìn)行 軌道設(shè)計(jì)以便提高整個(gè)面板上的TTS和各個(gè)入射區(qū)中的TTS。根據(jù)本發(fā)明的光電倍增管包括在其底部配置有用于將容器的內(nèi)部 壓力降低到預(yù)定真空度的管道的密封容器，以及配置在密封容器內(nèi)部 的光電陰極和電子倍增器部。該密封容器由面板、使面板熔接到一端 并沿預(yù)定管軸延伸的管體(球管)，以及熔接到管體的另一端并構(gòu)成密 封容器的底部的芯柱構(gòu)成。面板具有光入射面和與光入射面相對(duì)的光 發(fā)射面，并且光電陰極在位于密封容器的內(nèi)部的光發(fā)射面上形成。密 封容器可以具有與面板和管體整體形成的包絡(luò)(envelope)部，并且在 這種情況下，通過將芯柱熔接到包絡(luò)部的開口，獲得密封容器。由從芯柱延伸到密封容器中的引線管腳，規(guī)定了在密封容器內(nèi)部， 管軸方向上的電子倍增器部的安裝位置。電子倍增器部還包括聚焦電 極單元，用于修改從光電陰極發(fā)射到密封容器中的光電子的軌道，和 倍增電極單元，用于光電子的級(jí)聯(lián)倍增。在根據(jù)本發(fā)明的光電倍增管中，倍增電極單元具有絕緣支撐構(gòu)件 對(duì)，保持聚焦電極單元和夾緊保持級(jí)聯(lián)倍增來自光電陰極的光電子的 至少一個(gè)電極組。特別地，在由絕緣支撐構(gòu)件對(duì)保持兩個(gè)或更多電極 組的情況下，這些電極組橫過管軸定位?？梢酝ㄟ^各個(gè)電極組形成一 個(gè)或多個(gè)電子倍增器通道，以及根據(jù)形成的各個(gè)電子倍增器通道，制 備陽極。特別地，根據(jù)本發(fā)明的光電倍增管具有增益控制單元作為結(jié)構(gòu)特 征。通過安裝增益控制單元，允許減少光電倍增管的部件的數(shù)量以及 實(shí)現(xiàn)適用于大規(guī)模生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)。這通過在一個(gè)電極組中，在陽極附近 結(jié)合結(jié)構(gòu)的增益控制單元來具體實(shí)現(xiàn)。艮P，增益控制單元具有絕緣基板，該絕緣基板與陽極、以及屬于 一個(gè)倍增電極組的控制倍增電極和末級(jí)倍增電極固定在一起。由絕緣 支撐構(gòu)件對(duì)夾緊絕緣基板的相對(duì)端?？刂票对鲭姌O是通過調(diào)整設(shè)置電 勢來控制電子倍增器通道的增益的控制電極。陽極是用于俘獲在電子 倍增器通道中級(jí)聯(lián)倍增的二次電子的電極并設(shè)置成電勢高于任何屬于 一個(gè)倍增電極組的倍增電極。末級(jí)倍增電極是在已經(jīng)通過陽極的二次 電子到達(dá)的位置處被固定到絕緣基板的電極，以及用來使已經(jīng)通過陽 極的二次電子反轉(zhuǎn)回陽極。并且，在由一個(gè)倍增電極組構(gòu)成多個(gè)電子倍增器通道的情況下， 將控制倍增電極劃分成多個(gè)電極，并將陽極也劃分成多個(gè)電極。這里， 通過分配到電子倍增器通道的各個(gè)劃分控制電極和陽極電極對(duì)，能夠 單獨(dú)地調(diào)整增益的多個(gè)電子倍增器通道由一個(gè)電極組構(gòu)成。在這種情 況下，通過構(gòu)成控制倍增電極的多個(gè)電極的每一個(gè)和構(gòu)成安裝到絕緣 基板上的陽極的多個(gè)電極中的每一個(gè)，能排列屬于一個(gè)電極組的增益 控制單元。根據(jù)各自的電子倍增器通道制備的陽極或多個(gè)陽極電極可以具有 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中，與絕緣基板的參考面平行地排列多個(gè)孔。并且，為了根據(jù)各個(gè)電子倍增器通道來實(shí)現(xiàn)高精度增益控制，光 電倍增管可以具有有效地降低電子倍增器通道間的串?dāng)_的結(jié)構(gòu)。具體 地說，配置將第二倍增電極在第二倍增電極的縱向上劃分成兩個(gè)的隔 板。根據(jù)來自陰極的光電子的入射，將第二倍增電極設(shè)置成電勢高于 發(fā)射二次電子的第一倍增電極，并將該第二倍增電極排列在來自第一 倍增電極的二次電子到達(dá)的位置。通過在第二倍增電極內(nèi)部排列隔板， 能有效地降低由一個(gè)倍增電極組構(gòu)成的相互相鄰電子倍增器通道間的 串?dāng)_。g卩，按照在該過程中在橫跨相鄰電子倍增器通道的可能性，顯 著地降低沿多級(jí)倍增電極連續(xù)地傳播的電子的軌道(顯著地降低相鄰 電子倍增器通道間的串?dāng)_)。優(yōu)選隔板是排列在光電陰極和倍增電極單元間的聚焦電極單元的 金屬凸起并設(shè)置成與第二倍增電極相同的電勢。在這種情況下，聚焦 電極單元的金屬凸起在從光電陰極引導(dǎo)到倍增電極單元的方向上延 伸。作為用于將聚焦電極單元的金屬凸起的至少一部分放置到第二倍 增電極內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，優(yōu)選第二倍增電極具有使形成二次電子發(fā)射面的 正面與該正面相對(duì)的背面相通的切口 。通過經(jīng)由第二倍增電極的切口 被插入到第一倍增電極和第二倍增電極間的空間的聚焦電極單元的金 屬凸起的先端，能在一個(gè)倍增電極組中形成兩個(gè)電子倍增器通道。通過下文給出的詳細(xì)描述和附圖可以更充分地理解本發(fā)明，但是 這些詳細(xì)描述和附圖僅僅是通過舉例的方式給出，不能被認(rèn)為是對(duì)本 發(fā)明的限制。本發(fā)明的進(jìn)一步應(yīng)用范圍從下文給出的詳細(xì)描述將變得顯而易 見。然而，由于在本發(fā)明的范圍內(nèi)的各種變形和變化對(duì)于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員而言是顯而易見的，因此可以理解這些詳細(xì)描述和具體例子在 說明本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式的同時(shí)，僅僅是通過舉例的方式給出。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的光電倍增管的一個(gè)實(shí)施方式的通用結(jié)構(gòu)的局 部破壞圖；圖2A和2B分別是裝配過程圖和截面圖，用于說明根據(jù)本發(fā)明的 光電倍增管中的密封容器的結(jié)構(gòu)；圖3是用于說明在根據(jù)本發(fā)明的光電倍增管中，電子倍增器部的 結(jié)構(gòu)的裝配過程圖；圖4是用于說明構(gòu)成圖3中所示的電子倍增器部的一部分的絕緣 支撐構(gòu)件對(duì)的結(jié)構(gòu)的圖；圖5A是用于說明連接聚焦電極單元和絕緣支撐構(gòu)件對(duì)的結(jié)構(gòu)的 圖，以及圖5B是用于說明連接增益控制單元和絕緣支撐構(gòu)件對(duì)的結(jié)構(gòu) 的圖；圖6是用于說明沿圖1中所示的線I-I得到的電子倍增器部的截面 結(jié)構(gòu)的透視圖；以及圖7A和7B是用于說明作為根據(jù)本發(fā)明的光電倍增管的結(jié)構(gòu)特征 的增益控制單元的結(jié)構(gòu)的裝配過程圖。
具體實(shí)施方式
在下文中，將參考圖1、 2A-2B、 3-4、 5A-5B、 6、 7A和7B，詳細(xì)地說明根據(jù)本發(fā)明的光電倍增管的實(shí)施例。在圖的說明中，彼此相 同的組成部分將用彼此相同的數(shù)字表示，而不重復(fù)它們的重疊描述。圖1是根據(jù)本發(fā)明的光電倍增管的一個(gè)實(shí)施方式的通用排列的局 部破壞圖。圖2A和2B分別是裝配過程圖和截面圖，用于說明根據(jù)本 發(fā)明的光電倍增管中的密封容器的結(jié)構(gòu)。
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的光電倍增管具有帶有管道600的密封 容器IOO，所述管道配置在底部，用來使內(nèi)部減壓到預(yù)定真空度(并在 真空抽吸后填充該內(nèi)部)，以及具有配置在密封容器100內(nèi)部的光電陰 極200和電子倍增器部500。如圖2A所示，密封容器100由面板110、具有熔接到一端并沿預(yù) 定管軸AX延伸的面板110的管體(球管)120、以及熔接到管體120 的另一端并構(gòu)成具有管道600的密封容器100的底部的芯柱130構(gòu)成。 圖2B是沿圖2A的線I-I得到的密封容器100的截面圖，并特別地表 示了將面板110熔接到管體120的一端的部分。面板110具有光入射 面110a和與光入射面110a相對(duì)的光發(fā)射面U0b，以及在位于密封容 器100的內(nèi)側(cè)的光發(fā)射面110b上形成光電陰極200。管體120是以管 軸AX為中心并沿管軸AX延伸的的空心構(gòu)件。面板110熔接到該空心 構(gòu)件的一端而芯柱130熔接到另一端。芯柱130配置有沿管軸AX延 伸的貫穿孔并使密封容器100的內(nèi)部與外部連通。引線管腳700排列 成環(huán)繞該貫穿孔。在配置該貫穿孔的位置上，用于排出密封容器100 內(nèi)部的空氣的管道600連接到芯柱130。密封容器100內(nèi)部的管軸AX方向上的電子倍增器部500的安裝 位置由從芯柱130延伸到密封容器100中的引線管腳700來規(guī)定。電 子倍增器500還包括用于修改從光電陰極200發(fā)射到密封容器100中 的光電子的軌道的聚焦電極單元300，以及用于光電子的級(jí)聯(lián)倍增的倍 增電極400。在下文的說明中，具有由排列成在中間夾入管軸AX的兩組電極 (倍增電極)構(gòu)成四個(gè)電子倍增器通道CH1至CH4的多通道光電倍增管 應(yīng)當(dāng)解釋為根據(jù)本發(fā)明的光電倍增管的實(shí)施方式。圖3是用于說明根據(jù)本發(fā)明的光電倍增管中的電子倍增器部500 的結(jié)構(gòu)的裝配過程圖。在圖3中，電子倍增器部500具有聚焦電極單 元300和倍增電極單元400。聚焦電極單元300通過層疊網(wǎng)狀電極310、屏蔽構(gòu)件320和彈簧電 極330構(gòu)成。網(wǎng)狀電極310具有金屬框架，其配置有允許來自光電陰 極200的光電子通過的開口。由網(wǎng)狀電極310的框架部規(guī)定的開口被 具有多個(gè)開口的金屬網(wǎng)所覆蓋。屏蔽構(gòu)件320具有金屬框架，其具有
允許來自光電陰極200的光電子通過的開口。規(guī)定屏蔽構(gòu)件320的開 口的框架部配置有延伸到光電陰極200的屏蔽板323a、 323b以及延伸 到芯柱130的屏蔽板322a、 322b。屏蔽板323a、 323b分別允許控制光 電子入射在第一倍增電極DY1上的位置，以及用來調(diào)整在光電陰極200 和聚焦電極單元300間形成的電場透鏡以提高CTTD (即TTS)響應(yīng) 特性。將屏蔽板322a、 322b分別定位成封閉在第一倍增電極DYl的 相對(duì)端打開的空間。將屏蔽板322a、 322b設(shè)置成電勢高于第一倍增電 極DY1 (并等于第二倍增電極DY2的電勢)，以及用來增強(qiáng)第一倍增 電極DYl和第二倍增電極DY2間的電場。從而提高從第一倍增電極 DY1傳播到第二倍增電極DY2的二次電子入射到第二倍增電極DY2 上的效率，并減小第一倍增電極DY1和第二倍增電極DY2間的二次 電子的渡越時(shí)間的漲落。彈簧電極330具有金屬框架，其配置有允許 來自光電陰極200的光電子通過的開口。彈簧電極330的框架部配置 有金屬彈簧331 (電極部)，所述金屬彈簧通過被壓向密封容器100的 內(nèi)壁，將安裝有聚焦電極單元300的整個(gè)電子倍增器部500維持在密 封容器100內(nèi)部的預(yù)定位置。彈簧電極330的框架部還配置有直接位 于其下的將第二倍增電極DY2在第二倍增電極DY2的縱向上劃分成 兩個(gè)的隔板332。隔板332設(shè)置成電勢與第二倍增電極DY2相同并用 來有效地減少由一系列電極組形成的相互相鄰的電子倍增器通道間的 串?dāng)_。另一方面，倍增電極單元400具有保持上述結(jié)構(gòu)的聚焦電極單元 300并夾緊地保持將來自光電陰極200的光電子級(jí)聯(lián)倍增的至少兩個(gè) 電極組的絕緣支撐構(gòu)件對(duì)(第一絕緣支撐構(gòu)件410a和第二絕緣支撐構(gòu) 件410b)。具體地說，第一和第二絕緣支撐構(gòu)件410a、 410b整體夾緊 第一倍增電極對(duì)DY1、第二倍增電極對(duì)DY2、第三倍增電極對(duì)DY3、 第四倍增電極對(duì)DY4、第五倍增電極對(duì)DY5、第七倍增電極對(duì)DY7、 以及增益控制單元對(duì)430a、 430b，每一對(duì)的倍增電極或單元相對(duì)于彼 此沿管軸AX并越過管軸AX設(shè)置。用于將各個(gè)電極設(shè)置在預(yù)定電勢 的金屬管腳441、 442安裝在第一和第二絕緣支撐構(gòu)件410a、 410b上。 第一和第二絕緣支撐構(gòu)件410a、 410b除各個(gè)電極外，還夾緊地保持設(shè) 置到地電勢(0V)的底金屬板440。 在被安裝在第一和第二絕緣支撐構(gòu)件410a、410b的上部的情況下， 第一倍增電極對(duì)DY1具有焊接到兩端的金屬固定構(gòu)件420a、 420b。增 益控制單元對(duì)430a、 430b的每一個(gè)具有絕緣基板431，在該絕緣基板 431上安裝有相應(yīng)的第六倍增電極DY6、陽極432和第八倍增電極 DY8。這里，每個(gè)第六倍增電極DY6是由在電隔離狀態(tài)下被安裝在絕 緣基板431上的兩個(gè)電極構(gòu)成的控制倍增電極。每個(gè)陽極432由在電 隔離狀態(tài)下被安裝在絕緣基板431上的兩個(gè)電極構(gòu)成。每個(gè)第八倍增 電極DY8是用于構(gòu)成第六倍增電極DY6的兩個(gè)電極和構(gòu)成陽極432 的兩個(gè)電極的公共電極。如上所述，增益控制單元430a、 430b的每一個(gè)屬于排列成在中間 夾入管軸AX的兩個(gè)電極組的一個(gè)。因此，通過與隔板332 —起排列 的這些增益控制單元430a、 430b，來排列具有由各個(gè)電極組形成的兩 個(gè)電子倍增器通道的四通道光電倍增管。增益控制單元430a、 430b的 每一個(gè)中的第六倍增電極DY6也由兩個(gè)電極構(gòu)成，由此，對(duì)于作為整 體的光電倍增管，將四個(gè)電極作為第六倍增電極DY6分別分配給電子 倍增器通道。通過單獨(dú)調(diào)整作為第六倍增電極DY6分配給各個(gè)電子倍 增器通道的電極的電勢，彼此無關(guān)地調(diào)整各個(gè)電子倍增器通道的增益。圖4是用于說明構(gòu)成圖3中所示的電子倍增器部的一部分的絕緣 支撐構(gòu)件對(duì)410a、 410b的結(jié)構(gòu)的圖。因?yàn)榈谝唤^緣支撐構(gòu)件410a和 第二絕緣支撐構(gòu)件410b形狀相同，下面僅說明第一絕緣支撐構(gòu)件410a 而將第二絕緣支撐構(gòu)件410b的說明省略。第一絕緣支撐構(gòu)件410a包括主體，所述主體保持第一至第五倍 增電極DY1至DY5、第七倍增電極DY7和增益控制430a的第一電極 組，和第一至第五倍增電極DY1至DY5、第七倍增電極DY7和增益 控制430b的第二電極組；和凸出部，所述凸出部從主體向光電陰極200 延伸。第一絕緣支撐構(gòu)件410a的主體具有固定切口412a、 413a，用于固 定第一電極組，以及固定切口 412b、 413b，用于固定第二電極組(也 在第二絕緣支撐構(gòu)件410b的主體中提供相同的固定切口)。至于第一電極組，將配置在第二倍增電極DY2的相對(duì)端的一個(gè)風(fēng) 定凸起(fixingtab)、配置在第三倍增電極DY3的相對(duì)端的一個(gè)固定凸
起、配置在第四倍增電極DY4的相對(duì)端的一個(gè)固定凸起、配置在第五 倍增電極DY5的相對(duì)端的一個(gè)固定凸起、以及配置在第七倍增電極 DY7的相對(duì)端的一個(gè)固定凸起插入到固定切口 412a中，從而通過第一 和第二絕緣支撐構(gòu)件410a、 410b將這些電極構(gòu)件整體夾緊。同樣，如 圖5B所示，將配置在屬于第一系列的電極組的增益控制單元430a的 相對(duì)端的固定凸起中的一端的固定凸起插入到固定切口 413a中。至于 第二電極組，將配置在第二倍增電極DY2的相對(duì)端的一個(gè)固定凸起、 配置在第三倍增電極DY3的相對(duì)端的一個(gè)固定凸起、配置在第四倍增 電極DY4的相對(duì)端的一個(gè)固定凸起、配置在第五倍增電極DY5的相 對(duì)端的一個(gè)固定凸起、以及配置在第七倍增電極DY7的相對(duì)端的一個(gè) 固定凸起插入到固定切口 412b中，從而通過第一和第二絕緣支撐構(gòu)件 410a、 410b將這些電極構(gòu)件整體夾緊。同樣，將配置在屬于第二系列 的電極組的增益控制單元430b的相對(duì)端的固定凸起中的一端的固定凸 起插入到固定切口413b中。此外，用于夾緊保持底金屬板440的凹槽415配置在第一絕緣支 撐構(gòu)件410a的底部(同樣適用于第二絕緣支撐構(gòu)件410b)。同樣，在 被第一絕緣支撐構(gòu)件410a的凸出部夾在中間的部分處形成安裝第一倍 增電極DY1的基座部411，并且在各個(gè)凸出部中形成用于保持聚焦電 極單元300的凹槽414 (同樣適用于第二絕緣支撐構(gòu)件410b)。具體地 說，如圖5A所示，將在聚焦電極單元300中形成的凹槽分別插入配置 在第一絕緣支撐構(gòu)件410a的凸出部中的凹槽414中，從而通過第一和 第二絕緣支撐構(gòu)件410a、 410b將聚焦電極單元300整體夾緊保持。圖 5A是用于說明連接聚焦電極單元300和絕緣支撐構(gòu)件對(duì)410a、 410b 的圖，以及圖5B是用于說明連接增益控制單元430a、 430b和絕緣支 撐構(gòu)件對(duì)410a、 410b的圖。圖6是用于說明沿圖1所示的線I-I得到的電子倍增器部的截面結(jié) 構(gòu)的透視圖。如圖6所示，電子倍增器部500具有排列成在中間夾入 管軸AX的兩個(gè)電極組。在這兩個(gè)電極組的每一個(gè)中，通過配置在構(gòu) 成聚焦電極單元300的一部分的彈簧電極330中的相應(yīng)的隔板332以 及相應(yīng)的增益控制單元430a或430b的配置，來排列能彼此無關(guān)地調(diào) 整增益的相互相鄰的電子倍增器通道。在圖6中所示的電子倍增器部500中，對(duì)應(yīng)于光電陰極200的光電子發(fā)射位置，由此形成四個(gè)電子倍 增器通道。在一個(gè)電極組(第一電極組)中，在增益控制單元430a所屬的、 排列成中間夾入管軸AX的兩個(gè)電極組中，在第一倍增電極DY1至第 八倍增電極DY8的每一個(gè)上形成二次電子發(fā)射面。按第一倍增電極 DY1至第八倍增電極DY8的順序，增加第一倍增電極DY1至第八倍 增電極DY8的每一個(gè)的設(shè)置電勢以便將二次電子連續(xù)地引導(dǎo)到下一級(jí) 倍增電極。陽極432的電勢高于第八倍增電極DY8的電勢。例如，將 光電陰極200設(shè)置成-1000V，第一倍增電極DY1設(shè)置成-800V，第二 倍增電極DY2設(shè)置成-700V，第三倍增電極DY3設(shè)置成-600V,第四 倍增電極DY4設(shè)置成-500V，第五倍增電極DY5設(shè)置成-400V，第六 倍增電極DY6設(shè)置成-300V (使得可變以允許增益調(diào)整)，第七倍增電 極DY7設(shè)置成-200V，第八倍增電極DY8設(shè)置成-100V，以及陽極432 設(shè)置成地電勢(OV)。具有隔板332的聚焦電極單元300設(shè)置成與第二 倍增電極DY2相同的電勢。從光電陰極200發(fā)射的光電子在通過設(shè)置成與第二倍增電極DY2 相同的電勢的聚焦電極單元300的網(wǎng)狀孔后到達(dá)第一倍增電極DY1。 設(shè)置成與第二倍增電極DY2相同電勢的屏蔽板322b位于在第一倍增 電極DY1的縱向上打開的空間處，從而加強(qiáng)第一倍增電極DY1和第 二倍增電極DY2間的電場，提高從第一倍增電極DY1傳播到第二倍 增電極DY2的二次電子入射到第二倍增電極DY2上的效率，以及減 少第一倍增電極DY1和第二倍增電極DY2間的二次電子的渡越時(shí)間 的漲落。在第一倍增電極DY1的電子到達(dá)面上形成二次電子發(fā)射面， 并從第一倍增電極DY1發(fā)射二次電子以響應(yīng)光電子的入射。從第一倍 增電極DY1發(fā)射的二次電子向著設(shè)置成電勢高于第一倍增電極DY1 的第二倍增電極DY2傳播。通過從聚焦電極單元300延伸的隔板332， 將第二倍增電極DY2分成兩個(gè)電子倍增器通道，并實(shí)現(xiàn)通過調(diào)整來自 第一倍增電極DY1的二次電子的軌道來抑制相鄰電子倍增器通道間的 干擾的結(jié)構(gòu)。還在第二倍增電極DY2的電子到達(dá)面上形成二次電子發(fā) 射面，并且從第二倍增電極DY2的二次電子發(fā)射面發(fā)射的二次電子向 著設(shè)置成電勢高于第二倍增電極DY2的第三倍增電極DY3傳播。當(dāng)
電子按第四倍增電極DY4、第五倍增電極DY5和第六倍增電極DY6 的順序前進(jìn)時(shí)，從第三倍增電極DY3的二次電子發(fā)射面發(fā)出的二次電 子同樣得到級(jí)聯(lián)倍增。第六倍增電極DY6由構(gòu)成部分增益控制單元 430a的兩個(gè)電極構(gòu)成，并且通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整這兩個(gè)電極的設(shè)定電勢， 能彼此無關(guān)地調(diào)整相鄰電子倍增器通道的增益。從構(gòu)成第六倍增電極 DY6的各個(gè)電極的二次電子發(fā)射面發(fā)射的二次電子到達(dá)第七倍增電極 DY7，以及通過網(wǎng)狀孔，將二次電子從第七倍增電極DY7的二次電子 發(fā)射面向著陽極432發(fā)射。第八倍增電極DY8設(shè)置成電勢低于陽極432 以及用作反相倍增電極，將已經(jīng)通過陽極432的二次電子發(fā)射回陽極 432。增益控制單元430b所屬的另一電極組也以相同的方式起作用。接著，使用圖7A和7B，說明根據(jù)本發(fā)明的光電倍增管的結(jié)構(gòu)特 征。圖7A和7B是用于說明作為根據(jù)本發(fā)明的光電倍增管的第四結(jié)構(gòu) 特征的增益控制單元的結(jié)構(gòu)的裝配過程圖。通過該結(jié)構(gòu)特征，減少光 電倍增管的部件的數(shù)量以便實(shí)現(xiàn)適合于大規(guī)模生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)。具體地說， 通過在一系列的電極組中，在陽極432附近結(jié)合結(jié)構(gòu)的增益控制單元 430a (430b)實(shí)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)特征。如圖7A所示，分配給一個(gè)電極組的增益控制單元430a具有絕緣 基板431。通過安裝在絕緣基板431上的第六倍增電極DY6、陽極432 和充當(dāng)反相倍增電極的第八倍增電極DY8，獲得增益控制單元430a， 如圖7B所示。在本實(shí)施方式中，排列兩個(gè)電極組以便中間夾入管軸 AX，并且因?yàn)閷儆诹硪浑姌O組的增益控制單元430b也具有相同的結(jié) 構(gòu)，將省略其說明。在增益控制單元430a中，由在電隔離狀態(tài)下安裝到絕緣基板431 上的兩個(gè)電極構(gòu)成第六倍增電極DY6。陽極432也由在電隔離狀態(tài)下 安裝到絕緣基板431上的兩個(gè)電極構(gòu)成。第八倍增電極DY8是用于構(gòu) 成第六倍增電極DY6的兩個(gè)電極和構(gòu)成陽極432的兩個(gè)電極的公共電 極。特別地，由構(gòu)成增益控制單元430a的一部分的兩個(gè)電極構(gòu)成第六 倍增電極DY6，以及通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整這兩個(gè)電極的設(shè)置電勢，能彼此 無關(guān)地調(diào)整相鄰電子倍增器通道的增益。陽極432也由兩個(gè)電極構(gòu)成 以及通過應(yīng)用于一個(gè)電極組的增益控制單元430a,能在一個(gè)電極組中 實(shí)現(xiàn)能單獨(dú)地調(diào)整增益的多個(gè)電子倍增器通道。
如圖2B所示，在根據(jù)本發(fā)明的光電倍增管中，由平面區(qū)和位于平 面區(qū)的外圍并包括光發(fā)射面110b的邊緣的曲面處理區(qū)構(gòu)成面板110的 光發(fā)射面110b。由此有意圖地改變面板110的光發(fā)射面110b的外圍區(qū) 的表面形狀，以便調(diào)整從位于外圍區(qū)的光電陰極200發(fā)射光電子的角 度。由此從光電陰極200傳播到第一倍增電極DY1的光電子的渡越時(shí) 間的漲落得到有效地降低，以及使其不依賴于光電子的發(fā)射位置。而且，分別屬于兩個(gè)電極組的第一倍增電極DY1相對(duì)于彼此背靠 背排列，同時(shí)中間夾入管軸AX，如圖6所示。在這種情況下，顯著地 提高到達(dá)第一倍增電極DY1的外圍的光電子的收集效率。例如，因?yàn)?在光電陰極200和第一倍增電極DY1間不需要用于將光電子從光電陰 極200引導(dǎo)到第一倍增電極DY1的電極，所以在光電陰極200的外圍 區(qū)，能獲得與傳統(tǒng)技術(shù)相比更強(qiáng)的電場強(qiáng)度，以及能使等勢線的間隔 均勻。從光電陰極200的外圍區(qū)發(fā)射的光電子在不到達(dá)第一倍增電極 DY1的情況下，不會(huì)直接到達(dá)第二倍增電極DY2。此外，將第一倍增電極DY1的縱向上的寬度優(yōu)選設(shè)置成大于絕緣 支撐構(gòu)件對(duì)430a、 430b間的間隔。在這種情況下，擴(kuò)展來自光電陰極 200的光電子的到達(dá)的有效面。而且，作為第一倍增電極DY1的外圍 的屏蔽結(jié)構(gòu)，使屏蔽板322a、 322b位于這些板封閉在第一倍增電極 DY1的相對(duì)端處打開的空間的位置處，如圖3和6所示。將屏蔽板322a、 322b設(shè)置成高于第一倍增電極DY1的電勢(以及等于第二倍增電極 DY2的電勢)，以及用來增強(qiáng)第一和第二倍增電極DY1和DY2間的電 場。由此能提高將從第一倍增電極DY1傳播到第二倍增電極DY2的 二次電子入射到第二倍增電極DY2上的效率，以及能減小第一和第二 倍增電極DY1， DY2間的二次電子的渡越時(shí)間的漲落。而且，為有效地降低電子倍增器通道間的串?dāng)_，本光電倍增管具 有隔板332，該隔板中的每一個(gè)將第二倍增電極DY2在第二倍增電極 DY2的縱向上劃分為二。將第二倍增電極DY2設(shè)置成電勢高于第一倍 增電極DY1，該第二倍增電極根據(jù)來自光電陰極的光電子的入射來發(fā) 射二次電子，以及位于來自第一倍增電極DY1的二次電子到達(dá)的位置。 通過位于各個(gè)第二倍增電極DY2內(nèi)部的各個(gè)隔板332，有效地降低由 一系列的倍增電極組構(gòu)成的相互相鄰的電子倍增器通道間的串?dāng)_。艮P，
按照該過程中橫跨相鄰電子倍增器通道的可能性，顯著地降低沿多級(jí) 倍增電極連續(xù)地傳播的電子的軌道(顯著地降低相鄰的電子倍增器通 道間的串?dāng)_)。優(yōu)選隔板332的每一個(gè)是位于光電陰極200和倍增電極單元400 間的聚焦電極單元300的金屬凸起，并且設(shè)置成電勢與第二倍增電極 相同。在這種情況下，聚焦電極單元300的金屬凸起在從光電陰極到 電子倍增器部的方向上延伸。作為用于將聚焦電極單元300的金屬凸起的至少一部分放置在各 個(gè)第二倍增電極DY2內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，優(yōu)選各個(gè)第二倍增電極DY2具有 使形成二次電子發(fā)射面的正面與該正面相對(duì)的背面相通的切口 。通過 經(jīng)由第二倍增電極DY2的切口，被插入到第一倍增電極DY1和第二 倍增電極DY2間的空間內(nèi)的聚焦電極單元300的金屬凸起的先端，能 在一個(gè)倍增電極組中形成兩個(gè)電子倍增器通道。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的光電倍增管，能有效地降低由一個(gè)電子 組形成的電子倍增器通道間的串?dāng)_，以及能顯著地提高TTS、 CTTD 和其它響應(yīng)時(shí)間特性。另外，通過結(jié)合有倍增電極的一部分和陽極的 增益控制單元，能減少裝配過程中的部件的數(shù)量，并能通過更簡單結(jié) 構(gòu)來排列多個(gè)電子倍增器通道。從由此所述的本發(fā)明，顯而易見可以用多種方式對(duì)本發(fā)明的實(shí)施 方式進(jìn)行變化。這種變化不被認(rèn)為背離本發(fā)明的范圍，并且所有這些 對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的變形包括在權(quán)利要求的范圍 內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光電倍增管，包括密封容器(100)，包括沿預(yù)定管軸(AX)延伸的空心體部(120)，以及配置為與管軸(AX)相交并傳送具有預(yù)定波長的光的面板(110)；光電陰極(200)，配置在所述密封容器(100)內(nèi)部，以便響應(yīng)具有預(yù)定波長的光的入射，將光電子發(fā)射到所述密封容器(100)中；倍增電極單元(400)，配置在密封容器(100)內(nèi)部，以便級(jí)聯(lián)倍增從所述光電陰極發(fā)射的光電子，所述倍增電極單元(400)包括至少一個(gè)倍增電極組，由分別具有二次電子發(fā)射面的多個(gè)倍增電極(DY1至DY8)構(gòu)成；以及絕緣支撐構(gòu)件對(duì)(410a；410b)，夾緊和整體保持所述一個(gè)倍增電極組；以及增益控制單元(430a；430b)，用于控制由所述一個(gè)倍增電極組形成的至少一個(gè)電子倍增器通道的增益，其特征在于所述增益控制單元(430a；430b)具有絕緣基板(431)，其相對(duì)端由所述絕緣支撐構(gòu)件對(duì)(410a；410b)夾緊；控制倍增電極(DY6)，固定到所述絕緣基板(431)，屬于所述一個(gè)倍增電極組，所述控制倍增電極(DY6)通過調(diào)整設(shè)定電勢來控制電子倍增器通道的增益；陽極(432)，固定到所述絕緣基板(431)，用于俘獲由所述電子倍增器通道級(jí)聯(lián)倍增的二次電子，所述陽極(432)設(shè)置成電勢高于任何所述一個(gè)倍增電極組的倍增電極；以及末級(jí)倍增電極(DY8)，在已經(jīng)通過所述陽極(432)的二次電子到達(dá)的位置處固定到所述絕緣基板(431)，屬于所述一個(gè)倍增電極組，所述末級(jí)倍增電極(DY8)使已經(jīng)通過所述陽極(432)的二次電子反轉(zhuǎn)回所述陽極(432)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電倍增管，其特征在于:所述陽極(432) 具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中，與所述絕緣基板(431)的參考面平行地排列多 個(gè)孔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電倍增管，其特征在于所述控制倍增電極(DY6)包括多個(gè)電隔離電極，以及其中，所述陽極(432)包括多個(gè)網(wǎng)狀電極，所述多個(gè)網(wǎng)狀電極分 別電隔離并分別對(duì)應(yīng)于構(gòu)成所述控制倍增電極(DY6)的所述多個(gè)電 極的每一個(gè)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電倍增管，其特征在于進(jìn)一步包括 由導(dǎo)電材料組成的隔板(332)，所述一個(gè)倍增電極組的所述隔板(332) 設(shè)置成電勢高于響應(yīng)光電子的入射而發(fā)射二次電子的第一倍增電極(DY1),并且在第二倍增電極(DY2)的縱向上，將排列在來自所述 第一倍增電極(DY1)的二次電子到達(dá)的位置的第二倍增電極(DY2) 劃分成兩個(gè)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光電倍增管，其特征在于進(jìn)一步包括 聚焦電極單元(300)，所述聚焦電極單元配置在所述光電陰極(200) 和所述倍增電極單元(400)間，并且設(shè)置成電勢與第二倍增電極(DY2) 相同，其中，所述隔板(332)包括在從所述光電陰極(200)引導(dǎo)到所 述倍增電極單元(400)的方向上延伸的所述聚焦電極單元(300)的 金屬凸起。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光電倍增管，其特征在于所述第二倍 增電極(DY2)具有使在其上形成二次電子發(fā)射面的正面和與該正面 相對(duì)的背面連通的切口，以及其中，在所述第一倍增電極(DY1)和所述第二倍增電極(DY2) 間的空間中，經(jīng)由所述第二倍增電極(DY2)的所述切口，所述聚焦( 電極單元(300)的所述金屬凸起在從所述光電陰極(200)引導(dǎo)到所 述倍增電極單元(400)的方向上延伸，從而使其先端定位。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光電倍增管，所述光電倍增管通過允許大規(guī)模生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)響應(yīng)時(shí)間特性的顯著改進(jìn)。光電倍增管包括密封容器，以及在密封容器中，容納光電陰極、至少一個(gè)倍增電極組、包括保持一個(gè)倍增電極單元的絕緣支撐構(gòu)件的一部分的倍增電極單元、和增益控制單元。增益控制單元具有絕緣基板，該絕緣基板與屬于各個(gè)倍增電極組的控制電極和末級(jí)倍增電極以及陽極整體固定。因此通過由絕緣支撐構(gòu)件對(duì)夾緊的絕緣基板、陽極、控制倍增電極、以及末級(jí)倍增電極構(gòu)成電子倍增器部的一部分。
文檔編號(hào)H01J43/02GK101165842SQ200710162498
公開日2008年4月23日 申請日期2007年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月16日
發(fā)明者大村孝幸, 山口晃彥 申請人:浜松光子學(xué)株式會(huì)社