光电倍增管的利记博彩app

专利名称：光电倍增管的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种光电倍增管，这种光电倍增管响应光电子的入射， 可以通过多级连续发射二次电子来进行二次电子的级联倍增。
背景技术：
近年来，在核医学领域内作为下一代PET (正电子发射断层摄影， Positron-Emission Tomography)装置，TOF-PET (飞行时间-PET)的发 展在积极地进行着。在TOF-PET装置中因为从一个在体内给予的放射 性同位素发射的两束伽玛射线被同时测量，使用很多具有极好的高速 响应特性的光电倍增管作为被配置成包围对象的测量设备。特别地，为了实现高稳定性的高速响应特性，在其中配置了多个 电子倍增通道并且在电子倍增通道中平行进行电子倍增的多通道光电 倍增管即将在越来越多的情况中应用于例如上述的下一代PET。例如， 国际专利公布No.W02005/091332中描述的一个多通道光电倍增管具 有这样一个结构，其中一个单面板被划分为多个光入射区域(每个成 为一个被分配一个单一电子倍增通道的光电阴极)和多个电子倍增部 分(每个由一个由多级倍增电极和一个阳极构成的倍增器电极单元配 置成)，所述多个电子倍增部分作为分配给多个光入射区域的电子倍增 通道，被密封在一个玻璃管中。 一个具有这样的多个光电倍增器被装 在一个玻璃管中的结构的光电倍增管，通常被称作多通道光电倍增管。如上所述，多通道光电倍增管这样具有由多个电子倍增通道共享 单通道光电倍增管的功能的结构，通过上述单通道光电倍增管的功能 来实现从一个配置在面板上的光电阴极发射的光电子利用一个单电子 倍增部分来进行电子倍增以获得阳极输出。例如，在一个二维排列着 四个光入射区域(用于电子倍增通道的光电阴极)的多通道电子倍增 管中，因为对于一个电子倍增通道， 一个光电子发射区域(相应的光 电阴极的有效区域)占据了 1/4或更少的面板，所以各电子倍增通道间 电子渡越时间的差异可以容易改善。因此，与在一个单通道光电倍增
管整体中的电子渡越时间差异相比，可以预期一个多通道光电倍增管 整体中的电子渡越时间差异的显著改善。发明内容本发明人已经研究了以上现有的多通道光电倍增管，结果，发现 了以下问题。即，在现有的多通道光电倍增管中，因为电子倍增通过 电子倍增通道完成，这些电子倍增通道根据光电阴极释放光电子的位 置进行分配，所以各个电极的位置被最优化设计以减少每个电子倍增 通道电子渡越时间的差异。使用这种方式，通过改善在每个电子倍增 通道中电子渡越时间的差异，整个多通道光电倍增管的电子渡越时间 差异被改善，因此，整个多通道光电倍增管的高速响应特性被改善。然而，在这种多通道光电倍增管中，关于电子倍增通道之间的平 均电子渡越时间差异的离散没有被改善。另外，有关形成有光电阴极 的面板上的光发射表面(位于密封容器的内部的表面)，光发射表面的 形状在包围一个中心区域的外围区域扭曲，这个中心区域包含这个密 封容器的管轴，并且特别是在边界部分(光发射表面的边缘)，光发射 表面与管体的一个内壁交叉。因此光电阴极与电子倍增电极之间或者 光电阴极与聚焦电极之间的等势线发生扭曲，并且即使在一个通道内， 可能根据光电子发射位置而产生偏离正道的光电子。为了进一步改善 高响应特性，这些偏离光电子的存在不能被忽视。而且，因为在TOF-PET设备的制造中需要大量光电倍增管，应用 于TOF-PET设备等的光电倍增管需要使用一种更适合大量生产的结 构。本发明是为了解决上述问题而完成的，并且其中一个目的是通过 采用一种更适合大量生产的结构来实现减少从光电阴极发射的光电子 的依赖发射位置的光电子渡越时间差异，以提供一种能总体上显著提 高如TTS (渡越时间离散)和CTTD (阴极渡越时间差异)这样的响 应时间特性的光电倍增管。目前，增添了 TOF (飞行时间)功能的PET设备已经被开发射来。 在应用于这样一个TOF-PET设备的光电倍增管中，CRT (符合分辨时 间，Coincidence Resolving Time)响应特性同样重要。常规的光电倍,
管不能满足TOF-PET设备的CRT响应特性要求。因此，在本发明中， 因为一个普通PET设备被用作为基础，所以保持一个目前使用的球体 的外径，并且采用能够使CRT测量满足TOF-PET设备的要求的轨道设 计。特别是目的在于提高TTS，它与CRT响应特性相关，并且采用的 轨道设计提高整个面板的TTS和各个入射区域的TTS。根据本发明的光电倍增管包括密封容器，在其底部配置有管， 用于减少容器的内部压力以达到预定的真空度；光电阴极和电子倍增 部分，它们被配置在密封容器里。这个密封容器由面板、管体(管(bulb)) 和管座(stem)组成，所述管体在一端熔接有所述面板并且沿预定的 管轴延伸，所述管座熔接于管体的另一端构成密封容器的底部。所述 面板具有光入射表面和与光入射表面相对的光发射表面，并且在位于 密封容器内表面的光发射表面上设置有光电阴极。所述密封容器可以 有一个封装部分，用它将面板和管体一体形成，并且在这种情况下， 密封容器通过将管座熔接于所述封装部分的开口来获得。在密封容器内沿管轴方向的电子倍增部分的安装位置通过从管座 延伸入密封容器的管脚(leadpin)。这个电子倍增部分还包括一个用于 改变从光电阴极发射入密封容器的光电子的轨道的聚焦电极单元和一 个用于级联倍增光电子的倍增电极单元。在根据本发明的光电倍增管中，倍增电极单元有一对绝缘支撑构 件，该绝缘支撑构件支持聚焦电极单元并且夹持至少一组将来自光电 阴极的光电子级联倍增的电极。特别的，当这对绝缘支撑构件支持两 组或更多组电极组时，这些电极组跨越管轴而定位。可以由每个电极 组形成一个或更多的电子倍增通道，并且根据每个形成的电子倍增通 道配置一个阳极。特别地，根据本发明的光电倍增管通过改变形成有光电阴极的面 板的光发射表面的外围区域的表面形状来调整从光电阴极发射的光电 子的发射角度。就是说，这个光电倍增管具有一种结构，利用这种结 构改变面板的光发射表面的外围区域的形状以减小从光电阴极传送到 第一倍增电极的光电子的渡越时间的离散，从而使得渡越时间不依赖 于光电子的发射位置。具体而言，在其上形成有光电阴极的面板的光 发射表面由平坦区域和加工成曲面的区域构成，所述平坦区域位于包
括管轴的光发射表面的中间，所述加工成曲面的区域位于平坦区域的 外围并且包含光发射表面的边缘。为了实现上述表面的构成，面板的光发射表面被表面加工成，在 包括管轴并且交叉于两个配置成夹着管轴的电极组(在只有一个电极 组的情况下，这个剖面包括管轴并且只交叉于一个电极组)的光电倍 增管的剖面中，限定加工成曲面的区域的曲线位于平坦区域上的第一 直线与第二直线的交点Po的电子倍增部分一侧，所述第二直线平行于 所述管体的内壁表面并且通过所述光发射表面的边缘(见图12)。面板的光发射表面还被表面加工成，在包括管轴并且交叉于两个 配置成夹着管轴的电极组的光电倍增管的剖面中，当Pe是平坦区域上 的第一直线和限定加工成曲面的区域的曲线的交点(第一交点)并且 PS是平行于管体内壁表面并且通过光发射表面的边缘的第二直线和限 定加工成曲面的区域的曲线的交点(第二交点)时，第一直线与第二直线的交点Po和交点Ps之间的距离a,小于交点Po和交点PE之间的距 离ot2 (见图12)。在此，第一直线与限定加工成曲面的区域的曲线的交点PE相应于光发射表面上的平坦区域与加工成曲面的区域的分界线。第二直线和限定加工成曲面的区域的曲线的交点Ps相应于有效阴极区域的边缘。面板的光发射表面可以被表面加工成，在包括管轴并且交叉于两个配置成夹着管轴的电极组的光电倍增管的剖面中，曲率半径R的中 心点O比管轴更接近管体的内壁表面并且比聚焦电极更接近阳极，曲 率半径R限定了一条相应于加工成曲面的区域的曲线(见图12)。在根据本发明的光电倍增管中，面板的光发射表面可以被表面加 工成，关于有效阴极区域(包括平坦区域和加工成曲面的区域)的平 坦区域的面积比为大于等于30%且小于等于70%。可以通过后面的详细描述并结合附图更好地理解本发明，这些详 细描述和附图只是以示例方式给出，不能认为是对本发明的限制。本发明的进一步的应用范围可以通过以后的详细描述更明确。然 而，应该理解，这些表示本发明的优选实施方式的详细描述和具体例 子仅以示例方式给出，因为从这些详细描述中得到在本发明范围内的 改变和变形对本领域技术人员而言是显而易见的。

图1是根据本发明的光电倍增管的一个实施方式的一般结构的部 分破坏图。图2A和图2B是分别用来说明根据本发明的光电倍增管中的密封 容器的结构的组装过程图和剖面图。图3是用于说明根据本发明的光电倍增管中的电子倍增部分的结 构的组装过程图。图4是用于说明构成如图3所示的电子倍增部分的一部分的一对 绝缘支撑构件的结构的图。图5A是用来说明连接聚焦电极单元和绝缘支撑构件对的结构的 图，图5B是用来说明连接增益控制单元和绝缘支撑构件对的结构的 图。图6是用来说明在图1中所示的线I-I处所得到的电子倍增部分的 剖面结构的透视图。图7A和7B是用来说明构成根据本发明的光电倍增管的密封容器 的一部分的面板的一种典型形状的透视图。图8A至8C是分别在图7B中的线I11-III、线IV-IV、线V-V处得 到的面板的剖面图。图9A到9C为了说明根据本发明的光电倍增管的结构特点和效果 而说明从光电阴极发射的光电子的轨迹的图。图10A和10B分别是图9B和9C中主要部分的放大图。图llA禾tl IIB是相应于图IOA和10B的用来说明根据本发明的光 电倍增管的结构特点的效果的根据比较例的光电倍增管的剖面图，并 且是用于说明根据比较例的光电倍增管的光电子轨迹的图。图12是为了说明光电倍增管的结构特点的根据本发明的光电倍增 管的主要部分的剖面图。图13A到13E是根据本发明的光电倍增管中的面板的变形例的透 视图。图14A和14B是分别用来说明在根据本发明的光电倍增管中的密 封容器的另一种结构的组装过程图和剖面图。
具体实施方式
以下，参考图1、 2A-2B、 3-4、 5A-5B、 6、 7A-11B、 12禾口 13A-14B详细说明根据本发明的光电倍增管的实施方式。在说明图时，同样的 元素将用同样的数字表示，省略重复说明。图1是根据本发明的光电倍增管的一个实施方式的一般结构的部 分破坏图。图2A和图2B是各自用来说明根据本发明的光电倍增管中 的密封容器的结构的组装过程图和剖面图。如图1所示，根据本发明的光电倍增管有一个密封容器100，在它 底部部分带有管道600，用来将内部降压到一个指定真空度(在抽真空 后它的内部被填充)，还具有配置于密封容器100内部的光电阴极200 和电子倍增部分500。如图2A所示，密封容器100由面板110、管体(球管)120和管 座130构成，所述管体120具有熔接在一端的面板110并且它沿指定 管轴AX延伸，所述管座130熔接于管体120的另一端并且构成带有 管道600的密封容器100的底部。图2B是图2A中线I - I处得到的 密封容器100的剖面图，特别显示了熔接在管体120 —端的面板110 上的一部分。面板IIO有一个光入射表面110a和一个相对于光入射表 面110a的光发射表面110b。并且光电阴极200在位于密封容器100内 侧的光发射表面110b上形成。管体120是一个中空的构件，它以管轴 AX为中心并沿管轴AX伸展。面板IIO被熔接在这个中空构件的一端 并且管座130被熔接在另一端。管座130带有一个沿管轴AX延伸的 穿透孔，它使密封容器100的内部与外部连通。管脚700被设置成包 围这个穿透孔。在设置有穿透孔的位置上，用于将密封容器100内部 的空气抽真空的管道600与管座130相连。密封容器100内沿管轴AX方向的电子倍增部分500的安装位置 由从管座130延伸入密封容器100的管脚700限定。电子倍增部分500 还包括聚焦电极单元300，用于调整从光电阴极200射入密封容器 IOO的电子的轨迹；倍增电极单元400，用于级联倍增这些光电子。在以下说明中，作为根据本发明的光电倍增管的一个实施方式将 说明一个多通道光电倍增管，其具有由两组配置成将管轴AX夹在中间的电极(倍增电极)构成的4个电子倍增通道CH1至CH4。图3是用于说明根据本发明的光电倍增管中的电子倍增部分500 的结构的组装过程图。在图3中，电子倍增部分500具有聚焦电极单 元300和倍增电极单元400。聚焦电极单元300通过层压一个栅电极310、 一个屏蔽构件320 和一个弹簧电极330而构成。这个栅电极310具有一个金属框，该金 属框配置有一个允许光电阴极200发射的电子穿过的开口。由栅电极 310的框部分限定的开口被一个具有多个开口的金属网覆盖。屏蔽构件 320具有一个带有开口的金属框，该开口允许从光电阴极200发射的电 子通过。限定屏蔽构件320的开口的框部分带有向光电阴极200延伸 的屏蔽板323a、 323b以及向管座130延伸的屏蔽板322a、 322b。屏蔽 板323a、 323b分别实现对第一倍增电极DY1上光电子入射位置的控 制以及调整形成在光电阴极200和聚焦电极单元300间的电场透镜从 而提高CTTD (即，TTS)响应特性的功能。屏蔽板322a、 322b被分别定位成使得在第一倍增电极DY1的相对的端部幵^:的空间关闭。屏蔽板322a、 322b的电位设置为高于第一倍增电极DYl (并且与第二倍 增电极DY2的电位相等)并且作用成加强第一倍增电极DY1与第二 倍增电极DY2之间的电场。从第一倍增电极DY1传送到第二倍增电 极DY2的二次电子在第二倍增电极DY2上的入射效率可以因此被提 高，并且第一倍增电极DY1和第二倍增电极DY2之间二次电子的渡 越时间的离散被减小。弹簧电极330具有配置有允许光电阴极200产 生的光电子通过的开口的金属框。弹簧电极330的框部分带有金属弹 簧331 (电极部分)，它通过向密封容器100的内壁挤压来将在其上安 装有聚焦电极单元300的电子倍增部分500的整体保持在密封容器100 内的指定位置。弹簧电极330的框部分还具有将位于正下方的第二倍 增电极DY2在第二倍增电极DY2的长度方向上分割成两部分的分割 板332。这个分割板332被设置为与第二倍增电极DY2相同的电位并 且具有有效减少由一系列电极组形成的相互相邻的电子倍增通道之间 的串扰的作用。另一方面，倍增电极单元400具有一对绝缘支撑构件(第一'绝缘 支撑构件410a和第二绝缘支撑构件410b)，它们支持上述结构的聚焦电极单元300并夹持至少两个级联倍增从光电阴极200产生的光电子的电极组。具体而言，第一和第二绝缘支撑构件410a、 410b—体地夹 住一对第一倍增电极DY1、 一对第二倍增电极DY2、 一对第三倍增电 极DY3、 一对第四倍增电极DY4、 一对第五倍增电极DY5、 一对第七 倍增电极DY7和一对增益控制单元430a、 430b，使这些每对倍增电极 或单元沿管轴AX设置并且彼此跨越管轴AX相对。用于将各电极设 定在指定电位的金属引脚441、 442被安装在第一和第二绝缘支撑构件 410a、 410b上。除了各个电极之外，第一和第二绝缘支撑构件410a、 410b还夹持被设定为接地电位(0V)的底部金属板440。在被安装在第一和第二绝缘支撑构件410a、410b的上部的状态下， 第一倍增电极对DY1在两端焊接有金属固定构件420a、 420b。增益控 制单元对430a、 430b中的每一个都有一个绝缘基板431并且在这个绝 缘基板431上安装了一个对应的第六倍增电极DY6、阳极432和第八 倍增电极DY8。这里，每个第六倍增电极DY6由两个电极组成，这两 个电极处于电隔离状态地设置在绝缘基板431上。每个阳极432由两 个电极组成，这两个电极处于电隔离状态地设置在绝缘基板431上。 对于组成第六倍增电极DY6的两个电极和组成阳极432的两个电极来 说每个第八倍增电极DY8是一个普通电极。如上所述，每个增益控制单元430a、 430b属于设置成将管轴AX 夹在中间的两个电极组中的一组。因此，通过把这些增益控制单元 430a、 430b与分割板332设置在一起，设置了这个四通道光电倍增管，其中由每个电极组形成两个电子倍增通道。在每个增益控制单元430a、 430b中的第六倍增电极DY6同样由两个电极组成，因此，对于作为整 体的光电倍增管，四个电极被分别作为第六倍增电极DY6分配给电子 倍增通道。通过单独调整作为第六倍增电极DY6分配给各个电子倍增 通道的电极的电位，每个电子倍增通道可以在增益上独立于其他通道 而被调整。图4用来说明构成如图3所示的电子倍增部分的一部分的绝缘支 撑构件410a、 410b的结构的图。因为第一绝缘支撑构件410a和第二 绝缘支撑构件410b在形状上相同，以下只对第一绝缘支撑构件410a 做说明，并且省略第二绝缘支撑构件410b的说明。
第一绝缘支撑构件410a包括 一个主体，其支持包括第一至第五 倍增电极DY1至DY5、第七倍增电极DY7和增益控制单元430a的第 一电极组和包括第一至第五倍增电极DY1至DY5、第七倍增电极DY7 和增益控制单元430b的第二电极组；和从主体向光电阴极200延伸的 突出部分。第一绝缘支撑构件410a的主体带有用于固定第一电极组的固定狭 缝412a、 413a和用于固定第二电极组的固定狭缝412b， 413b (第二绝 缘支撑构件410b的主体上也带有同样的固定狭缝)。对于第一电极组，设置在第二倍增电极DY2的相对的端部的固定 翼片中的一个、设置在第三倍增电极DY3相对的端部的固定翼片中的 一个、设置在第四倍增电极DY4相对的端部的固定翼片中的一个、设 置在第五倍增电极DY5相对的端部的固定翼片中的一个以及设置在第 七倍增电极DY7相对的端部的固定翼片中的一个被插入固定狭缝412a 并且因此这些电极构件被第一和第二绝缘支撑构件410a、 410b整体夹 住。并且，如图5B所示，属于第一系列电极组的增益控制单元430a 的相对的端部设有的固定翼片中一端的固定翼片插入固定狭缝413a 中。对于第二电极组，设置在第二倍增电极DY2相对的端部的固定翼 片中的一个、设置在第三倍增电极DY3的相对的端部的固定翼片中的 一个、设置在第四倍增电极DY4的相对的端部的固定翼片中的一个、 设置在第五倍增电极DY5的相对的端部的固定翼片中的一个和设置在 第七倍增电极DY7的相对的端部的固定翼片中的一个被插入固定狭缝 412b并且因此这些电极构件被第一和第二绝缘支撑构件410a、 410b整 体夹住。并且，属于第二系列电极组的增益控制单元430b的相对的端 部设有的固定翼片中一端的固定翼片插入固定狭缝413b。并且，用于夹持底部金属板440的切口 415被设置在第一绝缘支 撑构件410a的底部(对于第二绝缘支撑构件410b同样适用)。同样， 在被第一绝缘支撑构件410a的突出部分夹在中间的部分上形成有设置 第一倍增电极DY1的基座部分411，并且在每个突出部分上形成一个 用于支持聚焦电极单元300的切口 414(同样适用于第二绝缘支撑构件 410b)。具体而言，如图5A所示，形成在聚焦电极单元300上的切口 被插入分别配置于第一绝缘支撑构件410a的突出部分上的切口 414
中，从而聚焦电极单元300被第一和第二绝缘支撑构件410a、 410b整 体地夹持。图5A是用来说明连接聚焦电极单元300和绝缘支撑构件对 410a、 410b的结构的图，图5B是用来说明连接增益控制单元430a、 430b和绝缘支撑构件对410a、 410b的结构的图。图6是用来说明在图1中线I - I处取得的电子倍增部分的剖面结 构的透视图。如图6所示，电子倍增部分500有两组夹住管轴AX的 电极组。在这两组电极组的每一组中，通过设置在构成聚焦电极单元 300 —部分的弹簧电极330上的相应的分割板332并通过相应增益控制 单元430a或430b的配置而配置有可以独立于其他通道而调节增益的 相互邻接的电子倍增通道。如图6所示的电子倍增部分500中，相应 于光电阴极200的光电子发射位置而形成四个电子倍增通道。在两组配置成将管轴AX夹在中间的电极组中的一个增益控制单 元430a所属的电极组(第一电极组)中，在第一倍增电极DY1至第 八倍增电极DY8的每一个上形成二次电子发射表面。第一倍增电极 DY1至第八倍增电极DY8的每一个的设定电位按照第一倍增电极DY1 至第八倍增电极DY8的顺序增加以将二次电子连续导向下一级的倍增 电极。阳极432的电位高于第八倍增电极DY8的电位。例如，光电阴 极200被设为-1000V，第一倍增电极DY1设定为-800V，第二倍增电 极DY2设定为-700V，第三倍增电极DY3设定为-600V，第四倍增电 极DY4设定为-500V，第五倍增电极DY5设定为-400V，第六倍增电 极DY6设定为-300V (使其可变以实现增益调节)，第七倍增电极DY7 设定为-200V，第八倍增电极DY8设定为-100V，阳极432设定为接地 电位(OV)。带有分割板332的聚焦电极单元300被设定为与第二倍增 电极DY2电位相同。从光电阴极200发射的光电子在通过被设置成与第二倍增电极 DY2同电位的聚焦电极单元300的网孔后到达第一倍增电极DY1。与 第二倍增电极DY2同电位的屏蔽板322b被布置在一个在第一倍增电 极DY1的纵向开放的空间内，并且通过这样增强了第一倍增电极DY1 与第二倍增电极DY2之间的电场，可以提高从第一倍增电极DY1向 第二倍增电极DY2传送的二次电子在第二倍增电极DY2上的入射效 率，并且第一倍增电极DY1与第二倍增电极DY2之间的二次电子渡
越时间的离散被减小。在第一倍增电极DY1的电子到达表面上形成二次电子发射表面，并且相应于光电子的入射，从第一倍增电极DY1发 射二次电子。从第一倍增电极DY1发射的二次电子向第二倍增电极 DY2传送，第二倍增电极DY2的电位被设为高于第一倍增电极DY1 的电位。第二倍增电极DY2通过从聚焦电极单元300延伸出的分割板 332而被分为两个电子倍增通道，并且实现了通过调整来自第一倍增电 极DY1的二次电子的轨迹来抑制相邻的电子倍增通道间的串扰的结 构。二次电子发射表面同样在第二倍增电极DY2的电子到达表面上形 成，并且从第二倍增电极DY2的二次电子发射表面发射出的二次电子 向第三倍增电极DY3传送，第三倍增电极DY3的电位设置为高于第 二倍增电极DY2的电位。当电子按照第四倍增电极DY4、第五倍增电 极DY5、第六倍增电极DY6的顺序行进时，从第三倍增电极DY3的 二次电子发射表面发射出的二次电子同样被级联倍增。第六倍增电极 DY6由两个构成增益控制单元430a的一部分的电极组成，并且通过适 当调节这两个电极的设定电位，相邻电子倍增通道的增益可以相互独 立地被调节。从组成第六倍增电极DY6的各个电极的二次电子发射表 面发射的二次电子到达第七倍增电极DY7，并且从第七倍增电极DY7 的二次电子发射表面向带有网孔的阳极432发射二次电子。第八倍增 电极DY8的电位设为低于阳极432的电位并且作为一个将穿过阳极 432的二次电子发射回到阳极432的换向倍增电极起作用。增益控制单 元430b所属的另一电极组也按照同样的方式起作用。以下，将说明根据本发明的光电倍增管的结构特点。这个结构特 点有关于构成密封容器100的一部分的面板110的形状。具体而言， 在其上形成有光电阴极200的面板110的光发射表面110b (位于密封 容器100的内部空间中的表面)的外围区域，被加工圆(加工成一个 具有预定曲率半径的曲面)成使得随着远离管轴AX而逐渐向阳极432侧突出。图7A和7B是用来说明构成根据本发明的光电倍增管中的密封容 器100的一部分的面板110的典型形状的透视图。特别地，图7A是从 光入射表面110a侧看时的面板110的透视图，并且图7B是从形成有 光电阴极200的光发射表面110b侧看时的面板110的透视图。图8A
是在图7B中在线III-in处取得的面板110的剖面图。图8B是在图7B 中的线IV-IV处取得的面板的剖面图。图8C是在图7B中线V-V处取 得的面板的剖面图。从图7B的透视图和图8A到8C的剖面图中可以知道，在其上形 成有光电阴极200的面板110的光发射表面110b包括中心区域AR1 和外围区域AR2，中心区域AR1 (光发射表面110b的平坦区域，它实 质上平行于光入射表面110a并且在其中面板110的厚度恒定)包含管 轴AX，外围区域AR2包围中心区域AR1并且包含边界部分(光发射 表面110b的边缘)，在边界部分上光发射表面110b和管体120的内壁 交叉。这个外围区域AR2是已经被加工圆成在面板110的剖面上弯曲 成预定的曲率半径的曲线的加工成曲面的区域。随后，借助图9A至IIB详细说明该结构特点的效果。图9A到9C 用来说明从光电阴极200发射的光电子的轨迹A1以说明根据本发明的 光电倍增管的结构特点及其效果的图。图9A是从光入射表面110a侧 看时面板110的平面图，并且由平坦区域AR1和加工成曲面的区域AR2 组成有效阴极区域(它实际上与面板110的光发射表面110b相一致)。 平坦区域AR1是位于包含管轴AX的中间部分的区域并且是在其中面 板110的厚度恒定的中心区域。加工成曲面的区域AR2位于平坦区域 AR1的外围以包围平坦区域并且设置成包括光发射表面110b的边缘的 加工成曲面的区域AR2。图9B是在图9A中线VI-VI处取得的光电倍增管的剖面图，图9c是在图9A中线vn-vn处取得的光电倍增管的剖面图。图10A和10B分别是图9B和9C中主要部分的放大图。图11A 和11B是相应于图IOA和10B的根据比较例的光电倍增管的剖面图， 该比较例用来说明根据本发明的光电倍增管结构特点的效果，并且图 11A禾B 11B是用来说明根据本发明的光电倍增管的光电子轨迹的图。 在图9A和10B的每一个中，Al表示光电子的轨迹并且El表示等电 位。而且，在图IIA和11B的各个图中，A2表示光电子的轨迹并且 E2表示等电位。可以从图9B (图10A)和图9C (图10B)中知道，在加工成曲面 的区域AR1附近，获得一个强电场强度并且在光电阴极200与电子倍 增部分500的聚焦电极单元300间的空间中的等电位线El的间隔是均
匀的。从光电阴极200发射的光电子的轨迹Al因此实质上等长并且不依赖于发射位置。因此，从加工成曲面的区域AR2发射并且接近加工 成曲面的区域AR2的光电子的通过距离与管轴AX附近发射的光电子 的通过距离实质上相等，并且单电子倍增通道内的TTS因此显著改善。 另一方面，如图IIA禾B IIB所示，在根据比较例的电子倍增管中， 面板800的光发射表面(在其上形成有光电阴极200的表面)没有位 于包含光发射表面的边缘的外围区域上的加工成曲面的区域。因此， 在光电阴极200的外围与电子倍增部分之间的空间中的等电位线E2的 间隔没有被控制成均匀。因此，从光电阴极200发射的光电子的轨迹 A2依赖于发射位置并且在长度上有很大不同。并且，光电阴极200发 射的光电子的一部分没有到达第一倍增电极DY1而直接到达第二倍增 电极DY2。因此，利用根据比较例的光电倍增管，在该光电倍增管中 没有位于相应于光电阴极200外围的区域的加工成曲面的区域，从光 电阴极200外围发射的光电子的通过距离与从管轴AX附近发射的光 电子的通过距离明显不同，并且不能预期在单一电子倍增通道内提高 TTS。图12是用来说明光电倍增管的结构特点的根据本发明的光电倍增 管的主要部分的剖面图。图12所示的剖面是一个包括管轴AX并且与 将定位成夹住管轴AX的两组电极(倍增电极组)交叉而将其切断的 表面。在图12所示的剖面上， 一条限定加工成曲面的区域AR2的曲线 位于直线Ll和直线L2的交点P。的电子倍增部分侧，直线Ll在光发 射表面110b的平坦区域AR1上，平行于面板110的光入射表面110a， 直线L2平行于管体120的内壁表面并且穿过光发射表面110b的边缘。并且，在如图12所示的剖面中，PE是直线L1和限定加工成曲面 的区域AR1的曲线的交点并且这个交点PE相应于平坦区域AR1和加 工成曲面的区域AR2的边界。Ps是直线L2和限定加工成曲面的区域 AR1的曲线的交点并且这个交点Ps相应于有效阴极区域的边缘。这里， 交点Po和交点Ps之间的距离cn小于交点Po和交点PE之间的距离a2。在如图12所示的剖面中，限定一条相应于加工成曲面的区域AR2 的曲线C的曲率半径R的中心点0位于区域AR3内。具体而言，对
在加工成曲面的区域AR2上的曲线C进行限定的曲率半径R的中心点 O关于管轴AX位于管体120的内壁表面侧并且与聚焦电极单元300 相比更接近阳极432。基于图9A至11B的测量结果，平坦区域AR1与在其上形成有光 电阴极200的光入射板110的光发射表面110b内的有效阴极区域(包 括平坦区域AR1和加工成曲面的区域AR2)的面积比优选为大于等于 30%且小于等于70%。面板110的光发射表面110b上的平坦区域AR1和加工成曲面的区 域AR2之间的边界可以通过使用激光测量系统大致确定。具体而言， 通过在面板110的光入射表面110a侧设置一个激光位移计并且观测在 穿过光入射表面110a的激光中的被光发射表面110b反射的激光，可以 测量光发射表面110b的表面形状。这里，因为到达光发射表面110b 的加工成曲面的区域AR2的激光不准确返回激光位移计，因此不能在 这个区域内进行形状测量。另一方面，因为到达平坦区域AR1的激光 准确返回激光位移计，所以可以测量形状的光发射表面H0b中的区域 可以被确定为平坦区域AR1 。光发射表面110b的形状测量通过利用一个测量系统而进行，该测 量系统包括由Keyence公司制造的激光位移计LK-010 (传感头)、由 Keyence公司制造的CCD激光位移传感器LK-3100 (放大单元)、由 COMS公司制造的二维形状测量系统ADS 2000 BS-200X-ADS (带有 嵌入式旋转编码器的X轴台)、数字计数器CT-02和模拟数据采集器 BOXCA-Ol。根据这个测量系统，平坦区域AR1被确定具有近似 0.12mm的不均匀度。因为本实施方式的特点在于通过加工在其上形成 有光电阴极200的光发射表面110b的表面形状使光电阴极200的外围 区域的形状变为适宜的特定形状(为了控制从光电阴极200发射的光 电子的轨迹)，所以平坦区域AR1的不均匀度可以被适当地容忍。图13A到13E是根据本发明的光电倍增管中的面板110的变形例 的透视图。如图13A所示的面板111中，在其上形成有光电阴极200 的光发射表面的加工成曲面的区域通过由多个平坦表面元素配置龙发 射表面的外围而形成。因此，可以近似地由多个平坦表面形成曲面区 域。通过增加形成加工成曲面的区域的平坦表面的数量，可以更接近 地近似曲面。如图13B所示的面板112中，光发射表面的外围平行于面板112的各个侧而被加工圆，并且这些加工成曲面的区域的边界是 直线。利用这种面板112也可以获得与上述面板110相同的效果。如 图13C所示的面板113中，进一步对如图13B中所示的面板112的加 工圆了的表面的边界进行预定曲率半径的加工圆处理，因此，实际提 供与如图7A至8C中所示的面板110相同的形状。如图13D所示的面 板114中，在面板114的一对相对的侧面上进行加工圆。特别地，只 通过容纳在密封容器100内的电子倍增部分中的两个通道进行电子倍 增的情况中，面板不必在所有方向都加工圆，只加工圆一对侧面就足 够了。如图13E所示的面板115中，虽然如同图13B所示的面板112 那样，光发射表面的外围在平行于面板115的各侧的方向被加工圆， 但是加工成曲面的区域被在面板115的四个角处以预定距离分隔。具 有这种形状的面板115也可以预期具有与上述面板110同样的效果。在上述实施方式中，根据本发明的光电倍增管的密封容器100包 括面板110、管体120和管座130。然而应用于该光电倍增管的密封容 器不限于上述结构。即，如图21A所示，密封容器可以包括包装部910 和管座940，通过包装部910将面板和管体一体形成，管座940支持抽 气管930和管脚920。图21B是在图21A中所示的线XIV-XIV处获得 的其他密封容器的结构的剖面图并且特别表示面板附近的结构，在它 内侧形成有光电阴极200。即使在这样一个密封容器中，利用在其上形 成有光发射表面的外围区域上形成的加工成曲面的区域，可以提供上 述光电倍增管的效果。如上所述，根据本发明的光电倍增管，TTS、 CTTD和其他时间响 应特性可以显著提高。同样，利用使倍增电极的一部分和阳极成为整 体的增益控制单元，可以减少组装过程中部件的数量并且可以配置具 有简单结构的多个电子倍增通道。从上述发明中，明显可知本发明的实施方式可以在很多方面进行 改变。这些变形不应被认为脱离本发明的范围，所有这些对于本领域 技术人员来说显而易见的变形都将被包括在以下权利要求的范围内。
权利要求
1.一种光电倍增管，包括密封容器(100)，该密封容器(100)包括沿预定管轴(AX)延伸的中空体部分(120)；面板(110)，用于传输预定波长的光，它配置成与管轴(AX)交叉，所述密封容器(100)在其内部容纳有光电阴极(200)、电子倍增部分(500)和阳极(432)，所述电子倍增部分(500)包括至少一组二次电子发射电极，其特征在于为了减少从所述光电阴极(200)发射的光电子的依赖发射位置的光电子渡越时间的差异，所述面板(110)具有光入射表面(110a)具有预定波长的光到达其上；和光发射表面(110b)，它与所述光入射表面(110a)相对并且在其上形成有所述光电阴极(200)，所述光发射表面(110b)包括平坦区域(AR1)，位于光发射表面(110b)的中间，包括管轴(AX)；和加工成曲面的区域(AR2)，位于所述平坦区域(AR1)的外围，包括所述光发射表面(110b)的边缘。
2. 根据权利要求1所述的光电倍增管，其特征在于 在包括管轴(AX)并且交叉于至少所述一组电极的所述光电倍增管的剖面中，以所述平坦区域(AR1)上的第一直线(LI)和第二直 线(L2)的交点为基准，限定所述加工成曲面的区域(AR2)的曲线 (C)是位于电子倍增部分侧的，所述第二直线(L2)平行于所述中空 体部分(120)的内壁表面并且穿过所述光发射表面(110b)的边缘。
3. 根据权利要求l所述的光电倍增管，其特征在于 在这个剖面包括管轴(AX)并且交叉于至少所述一组电极的所述光电倍增管的剖面内，当PE是所述平坦区域(AR1)上的第一直线(LI) 与限定所述加工成曲面的区域(AR2)的曲线(C)的交点，Ps是平行 于所述中空体部分(120)的内壁表面并且穿过所述光发射表面(110b) 边缘的第二直线(L2)与限定所述加工成曲面的区域(AR2)的曲线 (C)的交点时，第一直线与第二直线(LI; L2)的交点Po与交点Ps 之间的距离on小于交点Po与交点Pe之同的距寓a2。
4. 根据权利要求l所述的光电倍增管，其特征在于进一步包括聚焦电极(300)，它配置于所述光电阴极(200)与所 述电子倍增部分(500)内的至少一组二次电子发射电极之间，其中，包括管轴(AX)并且至少交叉于所述一组电极的所述光电 倍增管的一个剖面中，曲率半径的中心点(0)位于比管轴(AX)更 接近所述中空体部分(120)的内壁表面并且比所述聚焦电极(300) 更接近所述阳极(432)的位置，所述曲率半径限定相应于所述加工成 曲面的区域(AR2)的曲线(C)。
5. 根据权利要求1所述的光电倍增管，其特征在于 进一步包括聚焦电极(300)，它配置于所述光电阴极(200)与所述电子倍增部分(500)中的至少一组二次电子发射电极之间，其中，在所述面板(100)的光发射表面(110b)内，所述平坦区 域(AR1)与有效阴极区的面积比大于等于30%且小于等于70%，所 述有效阴极区包括所述平坦区域(AR1)和所述加工成曲面的区域 (AR2)。
6. 根据权利要求2至5中任一项所述的光电倍增管，其特征在于 所述电子倍增部分(500)包括第一倍增电极(DY1)作为一个所述电子发射电极，所述第一倍增电极(DY1)接收从所述光电阴极(200) 发射的光电子并响应光电子的入射而发射二次电子，并且所述第一倍 增电极(DY1)配置成使得所述第一倍增电极(DY1)的二次电子发 射表面的至少一部分直接面对被所述加工成曲面的区域(AR2)包围 的所述平坦区域(AR1)。
7. 根据权利要求6所述的光电倍增管，其特征在于 所述电子倍增器(500)进一步包括第二倍增电极(DY2)作为一个所述电子发射电极，所述第二倍增电极(DY2)接收从所述第一倍 增电极(DY1)发射的二次电子，并且所述第二倍增电极(DY2)配 置成使得所述第二倍增电极(DY2)的一部分与穿过所述加工成曲面的区域(AR2)并平行于管轴(AX)的直线交叉。
全文摘要
本发明涉及一种光电倍增管，这种光电倍增管通过一种能大量生产的结构实现显著提高响应时间特性。这种光电倍增管包括密封容器，并且这个密封容器包括沿管轴延伸的中空体部分和面板。这个面板具有光入射表面和在其上形成有光电阴极的光发射表面。特别地，光发射表面包括平坦区域和位于平坦区域的外围并包括光发射表面的边缘的加工成曲面的区域。为了调整位于所述外围区域的光电阴极发射光电子的发射角度，有意改变面板光发射表面的外围区域的表面形状。因此，从光电阴极传送到第一倍增电极的光电子的渡越时间离散被有效地减少并且使其不依赖于光电子的发射位置。
文档编号H01J43/28GK101165845SQ20071016249
公开日2008年4月23日 申请日期2007年10月16日 优先权日2006年10月16日
发明者伊藤益保, 大村孝幸, 山口晃彦, 木村末则 申请人:浜松光子学株式会社