JPH0320012B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は高速で形状や明るさが変化する物体や
像等のある任意の一瞬の像を、電子式の高速シヤ
ツタにより取り出して、静止像として撮像する高
速電子シヤツタカメラに関する。

（従来の技術） 高速で変化する二次元的な観測対象のある瞬間
の静止像を得るために、短い時間で高速シヤツタ
を動作させ、映像を得る高速度カメラが利用され
ている。

このようなカメラとして、機械的なシヤツタを
用いるいわゆる光学写真機と、イメージ管に電気
的なパルスを印加してその時間だけ映像を得を電
子的な高速度カメラが知られている。

一般的にいつて、後者の電子的な高速度カメラ
の方が機械的なシヤツタを持つ写真機より、速い
シヤツタ速度が得られるから、変化の速い撮像対
象のためには電子的シヤツタカメラが適してい
る。

第９図は従来用いられていたイメージ管を用い
た電子高速度カメラを示す断面図である。

まず、通常動作のイメージ管の構成と動作を説
明する。

観測対象物体１の光像が光学レンズ２により、
イメージ管の光電面４に結像されると、この光像
の形状、明るさに対応して、光電子が放出され
る。そして、観測対象物体１の構造は光電子面の
ごく表面の真空中の光電子像５に変換される。

光電子像５の各部分はその部分に対応する光像
の各部の明るさに比例した個数の電子数をもち光
電子像５はこれ等の電子の個数の分布として規定
される。

光電面４には、負の高電圧（VK）が印加さ
れ、メツシユ電極６には負の高電圧だが、光電面
より正方向の電圧（VM）が印加されている。

光電子像５を形成している光電子群は、前記電
位差により、メツシユ電極６の方向に加速され移
動し、メツシユ電極６を透過する。

集束電極１０７には、光電面４より正方向より
の負の高圧、アノード１０８および螢光面１１１
には0V（接地電位）が印加されており、メツシユ
電極６を透過して電子は螢光面１１１の方へ進
む。一方光電面４での光像から光電子像への変換
は１ピコ秒より小さい時間の非常に高速の応答で
行われる。そのため時々刻々、その各時刻の形
状，明るさの光像に対応した光電子像が光電面４
の表面で次々と発生し、これを構成する光電子群
が次々とメツシユ電極６の方向に進んでいき、こ
の結果光電子ビームが光電面から螢光面１１１の
方向に管軸に沿つて発生する。

この光電子ビームの管軸に垂直な各断面内に
は、各時刻における光像の形状および明るさの二
次元情報が光電子の空間密度に変換されて入つて
いることになる。

また管軸に沿つてその断面を螢光面の方から光
電面側に見ていくと時刻の前の方から後の方に順
次各時刻における光像の二次元情報が各断面に入
つており、これらが順次螢光面に流れ込んでいく
ことになる。

これらのことから、この各断面の情報のうち、
所望の断面部だけのものと螢光面１１１の上に映
し出せばシヤツタ動作が行われたことになること
がわかる。

なお、光電子群は、光電面４から放出されたと
き０〜数eV程度の色々のエネルギーをもち、か
つ光電面に対して色々な角度で放出される。

このエネルギーは電子群がアノード１０８まで
加速された時得られるエネルギー、例えば10keV
程度に比べれば低いが、光電面４上の任意の点、
例えば光電子像のＡ点を形成している光電子群が
アノード１０８の方向に加速されるうちに、広が
つてしまいボケてしまうのではないかと言う疑問
が生じる。

しかし、このような光電子のエネルギーおよび
方向にバラツキがあつても、集束電極１０７に、
光電面の電圧より高い適当な電圧を印加して、こ
の部分に電子レンズを形成してあるので、広がつ
た電子を集束させて、螢光面１１１の対応する点
A′に集束させることができるから問題にならな
い。この光電子像の結像の様子を図中に電子軌道
を用いて示す。

図中P₁，P₂はそれぞれ光電面のＡ点，Ｂ点が
発生した光電子のうちで、初速が０のものの軌道
を示し、主軌道と呼ばれる。

一方P₁′，P₂′は、光電面のＡ点，Ｂ点における
法線に対して±αの角度、ε₀eVのエネルギーで
放出されたものの軌道で０≦α≦90゜の任意のα，
および光電子放出で得られる、０〜数eVの小さ
な任意のε₀の値を持つ光電子の軌道を示す。

集束電極１０７に、適当な調節された電圧を与
えれば、P₁′，P₂′の終点をそれぞれ主軌道が螢光
面にぶつかる点A′，B′点に実質的に一致させる
ことができる。

これは、光電子像５の他の任意の点に対しても
同様である。

この螢光面に結像した光電子群は高速で螢光面
を衝撃するので、発生を生じ入力光像に対応した
出力映像が得られる。

入力光像の変化が螢光材料の応答速度を越える
ときは、螢光面１１１に形成される像が重なつて
しまい独立した画像として表示することができな
くなる。

したがつて、通常動作で、出力映像の変化から
入力光像を観察できる範囲は、螢光材料の特性と
眼の応答性から制限をうける。

次に電子シヤツタ動作の説明をする。

電子シヤツタを行わない通常のイメージ管動作
のときは前述のように、光電面４に直流電圧
（VK）を常時印加する。

電子シヤツタ動作のときには光電面に印加する
電圧を変化させる。

第１０図に電子シヤツタ動作時の光電面に印加
される電圧を示す。光電面４には矩形波パルス電
圧W₁が印加される。まず光電面４とメツシユ電
極６の部分に注目する。

メツシユ電極６には前述の通常動作のときと同
じ直流の負の電圧（VM）が印加されている。

W₂（＝VM）として、第１０図に示す。

光電面４には電圧VK′（VK′＞VM）と電圧VK
（VK＜VM）の部分からなる矩形波パルス電圧
W₁が印加されている。

メツシユ電極６の電圧W₂（＝VM）と光電面４
の電圧W₁（VK′＞VM≧VK）の関係で電子式の
シヤツタ作用が行われる。

光電面４の電圧W₁がVK′のときはメツシユ電
極６の電圧VMより高いので、光電面４の放出し
た光電子がメツシユ電極電位によつて追い返され
てしまうので出力像は得られない。

光電面４の電圧W₁がVKのときはメツシユ電
極６の電圧VMより低いので、光電面４の放出し
た光電子がメツシユ電極電位によつて加速され、
集束電極１０７の空間に放出される。

光電面４の電圧がVKである期間T₁は、通常の
写真機の露光時間に相当する。

電子管の場合は光でないので、露出時間と呼ぶ
ことにする。

この短い露出時間に放出された光電子群だけが
螢光面に結像し、発光像が得られる。この発光時
間は螢光体の種類によつて異なるが数10μs〜1ms
位でかなり短い時間である。この出力映像は例え
ば、シヤツタを開放にした第９図に示す光学写真
機１１３で記録される。

前述の露出時間T₁は通常の光学写真機の場合
の露出時間と同じ重要な意味を持ち、光像の変化
する時間に比較してT₁が大きすぎると、T₁の期
間は螢光面上の同じ位置で、入力光像に対応する
光像の発光を続けるので、それらの動く光像が重
なつてしまい、映像がボケてしまう。

またT₁が小さすぎると、螢光面上の発光は、
ほんの一瞬であとの光情報を持つ光電子ビームは
カツトされてしまうので、出力映像が暗くなつて
しまう。このため、通常入力光像の変化速度を考
慮して、像のボケない限り、大きなT₁を選ぶ。

換言すれば、そのように選ばれた時間T₁の間
は入力光像は略静止している。

このようにして光学的装置では実現できない高
速電子シヤツタカメラを実現できるが、この装置
にも限界がある。

露出時間T₁を短くした場合の問題を第１１図
を参照して説明する。第１１図において、W₄は
第１０図に示した光電面４に印加れる電圧W₁に
対応する電圧を示す。

露出時間T₁が数10ns以下という非常に小さい
値では第１１図の波形W₄のように光電面に印加
する波形W₄はなまつてしまう。

光電子ビームは光電面電位がメツシユ電極電位
より負方向にあればメツシユ電極を通過し、螢光
面を発光させる。

したがつて第１１図からわかるように光電面電
圧が（Vk）に等しくない途中の傾斜部分の波形
の電圧の時にも、螢光面を発光させる。

一方電子レンズは光電面電位がVkに等しい時
のみ、螢光面上に、光電子像を正しく結像し、そ
れ以外の時はボケてしまうことになる。

さらに、このようななまつた波形でさえ、W₄
は数10〜数100Vの振幅が必要である。

そのためT₁が数10nsより小さいときには第１
０図に示したような理想的な電圧を発生させる回
路を構成することは不可能である。

（発明の目的） 本発明の目的は、より高速度の電子シヤツタを
可能にする新規な原理による高速電子シヤツタカ
メラを提供することにある。

（構成の説明） 前記目的を達成するために、本発明による高速
電子シヤツタカメラは、イメージ管を用い光電面
に形成された像を高速シヤツタ撮りをする高速電
子シヤツタカメラにおいて、 光電子像を再結像させる第１の電子レンズと、 前記光電子の像再結像位置が偏向中心となるよ
うに配置されている偏向手段と、 ある一定時間内に前記偏向手段を通過した電子
を通過させ他の電子を捕捉する電子ビーム阻止電
極と、 前記電子ビーム阻止電極を通過した電子ビーム
を受け入れるように配置された第２電子レンズ
と、 前記第２電子レンズの結像位置に配置された螢
光面と、 前記各電子レンズに動作電力を供給するレンズ
駆動回路と、 前記偏向手段に偏向の程度が時間的に傾斜する
偏向を発生させる動作電力を供給する偏向手段駆
動回路とから構成されている。

さらに、より確実な動作を確保するために、前
記構成において、前記偏向手段を偏向手段駆動回
路により偏向の程度が時間的に傾斜する偏向を発
生させる動作電力を提供するようにし、起動回路
により、観察対象の発光を検出して発光に同期し
て前記偏向手段駆動回路を起動するように構成す
る。

前記高速電子シヤツタカメラは、光電面，螢光
面，電子レンズ作用をもつ電極群で、偏向電極等
を有するイメージ管を変形して構成することがで
きる。

偏向手段を静電偏向手段で構成し、傾斜電圧を
偏向電圧として印加するときは、電極間に第２図
に示すような傾斜電圧を印加する。

高速電子シヤツタ撮りのためには、非常に高速
度で変化させる必要がある。

この偏向電圧は、アバランシエツトランジスタ
や電子管を用いて、作ることができる。

この傾斜電圧の中の特定の部分を通過した電子
ビームを第２の電子レンズ群で取り出してシヤツ
タ撮りを行う。

従来装置のようにメツシユ電極によるシヤツタ
動作は不要となり、露出時間T₁を数10ns程度あ
るいはそれより小さな値にしてもボケもなく、確
実な高速電子シヤツタ撮りが可能である。

（実施例の説明） 以下、図面等を参照して本発明をさらに詳しく
説明する。

第１図は本発明による高速電子シヤツタカメラ
の電子管の実施例を示す管軸を含む断面図であ
る。高真空に保たれた気密容器内の構造部は、機
能から考えて第１電子像形成部、光電子ビームの
シヤツタ動作（つまり露出時間を定める動作）
部，第２電子像形成部の３つの部分に分けて考え
ることができる。

第１電子像形成部は気密壁の一部を形成すると
ともに入力光像を受け入れる入力気密窓３，この
内側の表面に設けられた入力光像を、光電子像に
変換するための光電面４，光電面で発生した光電
子像５を偏向電極１１の管軸方向の中点を通り、
かつ管軸に垂直な面上に結像させるための電極群
から形成されている。

前記電極群は、光電面４の中心に垂直な管軸に
沿つて順次配列されている軸対称な形状のメツシ
ユ電極６，第１集束電極７，真中にアパーチヤを
有する第１アノード８，後述の偏向電極および第
２電子像形成部の入力部へ流入する時の光電子ビ
ームの角度を調節する電子ビーム角度調節電極
９，この電子ビーム角度調節電極９に近接して配
置される偏向電極１１の電位が互いに悪影響を及
ぼし合わないように各々の電極の形成する電場を
遮蔽し、かつ真中に光電子ビームを透過するため
のアパーチヤを有する遮蔽電極１０を含んでい
る。光電子ビームのシヤツタ動作を行う部分は、
所望の時間、露出を行うため機能するものであ
る。光電子ビームのシヤツタ動作を行う部分は偏
向電極１１と適当な形状の開孔を持つ光電子ビー
ム阻止電極１３を含む。

２枚の平行な金属板１１ａ，１１ｂからなる偏
向電極１１は光電面４からの光電子ビームを偏向
する。

光電子ビーム阻止電極１３には、定められた時
間だけ、光電子ビームを通過させ、露出時間T₁
を設定し、その時間だけスクリーン上にビームを
照射させるための適当な形状の開孔１２が１個設
けられている。

その開孔１２の形状は、円形でもよいし一辺が
この断面図の面に平行で他の一辺が、この断面に
垂直な矩形でも良い。

ビームが掃引される時、この開孔１２を、横切
る時間が電子像の露出時間T₁となる。

第２電子像形成部は、偏向電極１１の管軸方向
の中間の平面内に結像された光電子の像を再び結
像して、スクリーン１６上に出力するものであ
る。第２電子像形成部は、偏向電極１１の中心
と、開孔１２の中心を結ぶ直線（軸）上に沿つて
配置された、第２集束電極１４、第２アノード１
５，および塗布螢光面からなるスクリーン１６，
出力気密窓１７から形成されている。

第３図は本発明による前記高速電子シヤツタカ
メラの全体の構成を示すブロツク図である。

電子管の部分は先に第１図により詳しく説明し
たので、略図的に示してある。

光学レンズ２は観察対象物体１の像を光電面４
に形成するためのレンズである。

このレンズ２と光電面４の間にハーフミラー２
１を配置し観察対象物体１からの光を一部下方に
導く。

この光は他のレンズ２２により、高速光検出器
であるPINダイオード２３に集束される。

PINダイオード２３の出力は遅延回路２４で任
意の時間遅延させられて、傾斜電圧発生回路２５
に接続されている。PINダイオード２３と遅延回
路２４が偏向手段である偏向電極１１を駆動する
傾斜電圧発生回路２５を起動する。

この前記傾斜電圧の傾斜は希望する露出時間に
応じて適当に定められるようになつている。

どの時刻の映像をスクリーン上に出力させるか
を決定する傾斜電圧の掃引開始トリガは前記起動
回路により行われる。

前述した第１電子像形成部、第２電子像形成部
の電極には直流高圧発生回路４０から動作電圧が
供給される。

各部の電圧および電圧変化は動作とともに後述
する。

次に前記実施例装置の動作を説明する。

光学レンズ２によつて高速でその明るさや、形
状が変化する観察対象物体１の光像が光電面４に
入射し、気密窓３を介して結像される。

光電面４の応答スピードは１ピコ秒よりも速
く、この光像は非常に速い応答で光電子像に変換
される。

直流高圧発生回路４０から動作電圧として光電
面４には−10KV，近接して設けられたメツシユ
電極６は−8.5KVの電圧が印加されている。これ
によりこの光電子像を形成している電子群は、メ
ツシユ電極６方向に加速される。

一方光電面４には連続して光が照射されている
ので、次々と、光電子が発生し光電子ビームが光
電面４から偏向電極１１の方向に管軸に沿つて発
生する。この光電子ビームの管軸に垂直な各断面
内には各時刻における光像の形状や明るさの二次
元情報が電子の空間密度に変換されて入つてい
る。管軸に沿つてその断面を偏向電極１１の方か
ら、光電面４側に見ていくと、時刻の前の方から
後の方に順次各時刻における前記情報が入つてお
り、それが、順次偏向電極１１の方へ流れてい
く。光電子像５が流れていくうちにボケてしまう
が、第１集束電極７に適当な電圧を印加すること
により、偏向電極１１の管軸方向の中点を通り管
軸に垂直な断面に光電子像として再び結像させ
る。

第４図Ａは前述した電子光学系を幾何光学系に
置き換えて示したものであり、光電子像のＡ点、
Ｂ点を形成している電子群の軌道で代表して結像
の様子を示してある。各点からの光電子の主軌道
を２０で示す。

各々の主軌道の両側に示されている軌道はＡ
点，Ｂ点の位置で光電面に立てた法線と任意の角
度でもつて、任意のエネルギーで放出された光電
子の軌道であり、以下この軌道をβ軌道と呼ぶ。

主軌道２０は、実際には光電面に投影された光
像の各点に対し、描けるものであるが、ここで
は、Ａ点，Ｂ点に対応するものだけ示してある。

これらの主軌道群が偏向電極１１および開孔１
２に入射する時の角度を概略平行または、少しせ
ばまつていくように電子レンズ１９で調節する。
電子レンズがこのような主軌道の発散角を調節で
きることは、よく知られている。第４図Ａに示さ
れた電子レンズ１８，電子レンズ１９は具体的に
はそれぞれ第１図に示される主として第１集束電
極７，電子ビーム角度調節電極９によつて作られ
る。この実施例では、電子レンズ１８は、−
8.5KVが印加されたメツシユ電極６，−8.8KVの
印加された第１集束電極７，接地電圧0Vの印加
された第１アノード８によつて形成され、電子レ
ンズ１９は0Vの印加がされた第１アノード８，−
7KVの印加がされた電子ビーム角度調節電極９，
0Vの印加された遮蔽電極１０によつて形成され
る。

前記偏向電極１１の管軸方向の中点を通りかつ
管軸に垂直な面に電子像が結像し、主軌道群が偏
向電極１１や、開孔１２に概略平行または狭まつ
ていくように入射する。

せばまつて入射する場合をさらに第４図Ｂを参
照して説明する。

第４図Ａは、Ｍ点から放射されたと見なすこと
のできる電子ビームについてのみ時間の経過とと
もにビーム，，として示している。

これに対して、第４図Ｂはある時刻において、
光電子ビームが偏向中心に光電子像MNを形成し
た後全体としてどのようにして電子ビーム阻止電
極１３上の開孔１２を通過し、螢光面１６に像を
結ぶかを示す図であつて、表現と理解のために対
応する構成要素を示してあるが電極間隔等は前記
第８図Ｂと異なつている。

この場合、電極９の形成する電子レンズ１９
は、偏向電極１１および開孔１２に入射する時の
主軌道群の角度を少しせばめるように動作してい
る。

これにより開孔１２において、全光電子ビーム
の断面の外径を最少にし、開孔１２の径を小さく
して露出時間（露光間隔）が小さくできるように
してある。

これにより、電子レンズ２１を使用する径を小
さくすることにより、球面収差をできるだけ小さ
くするように構成することができる。

この場合の電子レンズ１９の動作については、
光学レンズと同様に考えることができる。

第１収束電極７の形成する電子レンズ１８で生
じるクロスオーバー点（主軌道が交わるかまたは
最少断面積となるところ）と、電子レンズ１９を
通過した後平行になり、クロスオーバー点が電子
レンズ１９の焦点距離より外にあればせばまるよ
うになる。

前述のようにして、偏向電極１１の中間面に結
像されるように入射した光電子ビームは、偏向電
極１１に印加される偏向電圧により、光電子ビー
ム阻止電極１３の表面上を掃引させられる。

第５図に偏向電圧を示す。図において１２ａ，
１２ｂはそれぞれ偏向電極１１ａ，１１ｂに印加
される傾斜電圧を示す。

なおこの実施例では、第５図に示すように、偏
向電極の両方に対称な偏向電圧を印加するように
なつているが、もちろん、一方の偏向電極を0V
に固定して、片方だけに傾斜状電圧を印加して光
電子ビームの偏向を行うことも可能である。

偏向電極の幅を２cm，管軸方向の長さを２cm，
その間隔を１cmとする。光電面４は−10KV，遮
蔽電極１０は接地電位とすると、光電子は10KV
のエネルギーまで加速されて偏向電極１１に入射
する。

偏向電極１１に入射した光電子ビームは管軸に
垂直な力のみを受けて偏向される。

管軸の方向の速さは、偏向電極に入射してからも
変わらないから、10KeVのエネルギーに対応す
る速さでは、偏向電極１１の管軸の方向の長さ２
cmを通過する時間は、約340psである。この偏向
電極１１で光電子ビームが偏向される時の様子
は、光電子ビームがこの偏向電極を通り抜ける間
は偏向電極に印加されている偏向電圧が一定と見
なせるか、あるいは、その間にも大きく変化する
ほど偏向電圧の変化が激しいかで、様子が異なつ
てくる。

まず、前者の場合について説明し、次に後者の
場合について説明する。

第５図に示す偏向電圧波形で、Ｔが例えば
1000nsの場合傾斜部分のどの位置で光電子ビーム
を入射しても10KeVに相当る速さでは、偏向電
極を通過する間、偏向電圧は一定とみなせる。

第５図に示す傾斜電圧の傾斜の始まる所を時刻
０にとれば、例えば375ns後には偏向電極１１ａ，
１１ｂには、それぞれ＋500V，−500Vの電圧が
印加される。

この電圧が印加されている時、偏向電極に入射
した光電子ビームが偏向されている様子を第６図
を参照して説明する。

ここで偏向電極の管軸方向の中間面の場所に、
点線で示した矢印は偏向電極１１に印加されてい
る偏向電極が0Vの時（偏向電界が０）の光電子
像の結像を示す。

この矢印の左側で矢印の下端Ｍ点に入射してい
る３本の点線は、偏向電圧が0Vの時の、主軌道
およびβ軌道のＭ点への結像の様子を示し、電界
が０であるので、偏向電極入口からＭ点まで直進
している。

偏向電極が０の時のこのあとの軌道は示してな
いが、その場合、光電子ビームはそのまま直進を
続け、像は再びボケていく。実際には、偏向電極
１１ａに＋500V、偏向電極１１ｂに−500V印加
されているので、偏向電極に光電子ビームが入射
すると、図中の実線で示すように光電子ビームは
放物線軌道を描いて、曲げられる。

光電子ビームは偏向電極１１から抜け出ると、
管壁電極３０および光電子ビーム阻止電極１３は
0V（グランド電位）であるので、再び電界は０と
なり、光電子ビームは直進する。ここで簡単な計
算によつて確かめられることであるが、第６図に
示すように偏向電界を抜けたあと、直進運動にな
つてからの軌道の傾きで、偏向電極の方に点線で
その軌道を逆延長すると、主軌道も、β軌道もＭ
点に一致する。

これは偏向電極１１に±500Vの電圧が印加さ
れた場合の例であつて、他の時刻には、第５図か
らわかるように他の電圧が印加される。

この時は、偏向電極１１を抜け出たあとの光電
子ビームの位置，および傾きは±500Vの時と異
なるが、その直進運動に変わつてからの軌道を逆
向きに直線で延長すると、主軌道，β軌道ともに
Ｍ点に一致することが確認できる。

これは電子ビームが偏向電極を抜けて直進運動
になつてからは、管の出力側からみるとどのよう
に光電子ビームが偏向されようと、偏向電界が０
の時、例えばＭ点に集束するように進んできたビ
ームは、そのＭ点から、直線的に放射されたかの
ように見なすことができることを示している。前
記では、Ｍ点で説明してきたが、もちろんこれは
矢印で示されたＭ点以外の任意の点についてもい
えることである。

この原理により、本発明の新規な構成を実現で
きる。

さらに簡単な計算でわかることであるが、偏向
電圧が０の時に偏向電極の中間面以外に、光電子
像を結像するよう入射した場合は、その結像の任
意の一点から発散してくる光電子ビーム（主軌道
およびβ軌道）が偏向電極で偏向され、さらに偏
向電極を抜けて、直進運動になつてからの軌道を
逆延長したものは各偏向電圧については、偏向電
極より右側から見ると、ある一点から放射されて
いるように見える。しかし、その点は、偏向電圧
が異なると別の場所の点であり、偏向電極の中間
面に光電子像が結像されるように、入射した時の
ように、光電子ビームをどのように偏向しても、
偏向電極の右側から見た時、一点から放射された
ように見えるようにはならない。

これが光電子像を偏向電極の管軸方向の中間で
管軸に垂直な断面に結像する理由である。

また第５図に示す偏向電圧波形でＴが例えば
1.5nsの場合、光電子ビームが偏向電極を通過し
てしまうのに要する時間が約340psであるので、
偏向電極の印加電圧は変化してしまう。

この場合、光電面で発生した光電子像を偏向電
圧が０の時、偏向電極の管軸方向の中間を通り、
管軸に垂直な断面に再び結像するよう入射した時
どのように偏向されるか検討した。

その結果その偏向電圧が０の時その中間面に結
像している光電子像のある任意の一点Ｑから発散
してくる主軌道，β軌道は偏向された時ともに偏
向電極を出て、直進運動になつてから、その直線
を逆方向に延長すれば、管軸に垂直で偏向電極の
管軸の方向の中点の断面の特定の一点にその傾斜
電圧波形のどの時刻に入射しても結像され、この
一点は中間の断面内で偏向電極に電界を印加しな
い時の結像点Ｑからある特定距離ｄでけ、光電子
ビームの掃引される方向と逆方向にずれた点であ
ることがわかつた。

このことを第６図ＡおよびＢを参照してさらに
説明する。

第６図Ａは偏向電極で偏向前後の主軌道とβ軌
道を示す図であり、第６図Ｂは偏向電極に印加さ
れる電圧の変化が速い場合について主軌道のみを
示した図である。

第６図Ｂでは、偏向電圧の変化が速いため、偏
向電極中で電子ビームが途中で反対方向に曲げら
れている。

しかし偏向電界を印加しない状態で、偏向電極
内の結像面の点Ｑに向かつていた主軌道は高速に
偏向され、，，のように掃引される。

このときＱから掃引方向とｄだけ逆方向にずれ
た点から放射されたものとして取り扱えることが
理解できる。

前記特定距離ｄの値は偏向電極１１の長さ、光
電子ビームの管軸方向の速さ、偏向電圧の時間的
な変化率によつて定まるものである。

以上により、光電子ビームが偏向電極を通過し
ている間に偏向電圧の値が大きく変わつてしまう
ほど速く光電子ビームが偏向される時も、またそ
の光電子ビームがどの方向に偏向された場合でも
偏向電極が０の時結ばれる光電子像からｄだけ、
光電子ビームが掃引される方向と逆方向にその偏
向電極の管軸方向の中間点である結像面内で移動
した所にその光電子像があり、そこから、直線的
に光電子ビームが放射されたかのように見なすこ
とができる。

このように、偏向電極に傾斜状電圧を与えて光
電子ビームが第４図Ａに示す光電子ビーム阻止電
極１３の開孔の断面上を動いていくにもかかわら
ず、偏向電極内の仮想上の静止した光電子像から
直線的に放射されてきたものとして、その光電子
ビームが扱える。

このことは、その光電子ビームを球面収差を無
視できる範囲内の径の電子レンズ２１に入射して
やれば、光電子ビームはそのレンズを移動して掃
引しているにもかかわらずその電子レンズ２１は
その仮想的な静止像を出力スクリーン上に結像す
ることができることを意味する。

この様子を、光電子ビームが偏向電極を通り抜
ける時間では、偏向電圧が変化しないと見なせる
場合について、第４図Ａのビーム，，に示
す。これらは、偏向電圧が０の時、光電面におけ
る光電子像５のＢ点を形成する電子群が偏向電極
の中間面上のＭ点に結像する主軌道とβ軌道から
なる光電子ビームについて示しており、この光電
子ビームは、偏向電界によつて図中に矢印で示さ
れる掃引方向にビーム，，と偏向されてい
くが、どの光電子ビームを点Ｍから直線状に放射
されたものと扱つてよく、電子レンズ２１によつ
て同一M′点に結像される。

なお、ビームとは開孔１２をその二つの端
ぎりぎりに通過したもので、ビームからの位
置までの掃引時間が露出時間となる。

結局、Ｂ点に関する光電子ビームはその露出時
間の間すべてM′点に結像され、他の光電子像の
任意の他の点、例えばＡ点についても同様に
N′点に結像される。

光電子ビームが、偏向電極を通り抜ける間に偏
向電圧が変化してしまう場合でも、第４図Ａにお
ける偏向電極内のMN点で示される光電子像をｄ
だけ上方にずらした光電子像を電子レンズ２１で
結像したものと同じ結果となる。

このことは、偏向電極に傾斜電圧を印加して
も、像の偏向電界による移動から生じる出力螢光
面上のボケがなく、露出時間の間螢光面上に、像
を静止させたのと同じ効果を与えることができる
ことを示す。

また、偏向電極によつて偏向された光電子ビー
ムが光電子ビーム阻止電極１３上の開孔１２を横
切るのに要する時間が露出時間を定めることにな
る。また、電子レンズ１９により、主軌道の発散
をおさえて偏向電極に入射する主軌道群を平行ま
たは少し狭めるようにしたのは、開孔を有する阻
止電極に流入するまでに主軌道が広がつてしまう
と、開孔の掃引方向の長さを長くしなくてはなら
ず、電子レンズ２１の有孔径も大きくしなくては
球面が大きくなるためである。

第２電子像形成部は、第４図の電子レンズ２１
と出力螢光面１６から構成されている。

電子レンズ２１は、第１図に示す光電子ビーム
阻止電極１３（接地電位）、第２集束電極１４
（−8KV），第２アノード１５（0V，接地電位）
にして形成できる。

電子光学系は以上のように構成されているの
で、第３図に示すように、起動回路により観察対
象物１からの光の一部を検出し、傾斜電圧発生回
路により、傾斜電圧を発生することにより、極め
て短い露出時間の像をスクリーン１６に取り出す
ことができる。

（変形例） 以上詳しく説明した実施例の第１および第２の
電子レンズを、第７図に示す磁界集束型のコイル
に変更することができる。

第４図の電子レンズ１８の作用を第１フオーカ
スコイル３１により、電子レンズ２１の作用を第
２フオーカスコイル３２により行わせる。

なお実施例ではメツシユ電極６を用いる例を示
したが、この電極は不可欠ではないが、メツシユ
電極６を用いない場合は、露光時間，露光間隔は
数十psが限界となる。同様に光電子ビーム角度調
節電極９を設けなくてもよいが、その場合は開孔
の大きさが非常に大きくなり、装置は大型にな
る。また、実施例として平行な平板２枚からなる
偏向電極を用いているが、第８図Ａ，Ｂに示す偏
向電極を用いることができる。この電極は偏向感
度を上げ、さらに出力側で光電子ビームが引つ掛
からないようにしてある。

これらの偏向電極を用いる場合は、光電子像を
この偏向電極の管軸方向のどの位置を通る管軸に
垂直な断面に結ぶかであるが、（先の単に２枚の
平板電極からなる場合は管軸方向の偏向電極の長
さの中間），これは偏向電極の管軸方向の形状に
よつて異なる。先の実施例も含めて、より一般的
にいえば偏向中心と呼ばれる位置である。偏向中
心とは第８図に示すように管軸に一致した光電子
ビームが偏向電極に入射して、その偏向電極の中
で曲線を描いて曲げられ、偏向電極から抜け、さ
らに、直進運動する時、その直進運動部分を、そ
のまま、ビームの進んできたもとの方向に延長
し、また、偏向電極に管軸に一致して入射してく
る直線も延長すると、第８図に示すように、その
偏向電極によつて定まるＰ点で、常に（どのよう
に偏向された時でも）交わる。これは、偏向量が
大きくても小さくても常に同じで、偏向電極の出
力側からみると常にその点から、直線的に偏向さ
れてきたかのように見えるので、偏向中心と呼ば
れる。このＰ点を含む管軸に垂直な断面に光電子
像を結像すればよい。

（発明の効果） 以上詳しく説明したように、本発明による高速
電子シヤツタカメラは、第２電子レンズ側で露出
時間を決定できるから、従来装置のようにメツシ
ユ電極によるシヤツタ作用をさせる必要がなく、
メツシユ電極に印加するシヤツタ電圧のなまりの
問題は完全に解決できる。

また本発明による光電子ビームの露出に用いる
動的印加電圧として複雑な動作電圧波形を用いる
ことなく、１つまたは、１組の傾斜電圧だけを印
加すればよい。

従来方式で、数10nsより短い露出時間で、出力
映像がボケるという現象があつたが、本発明によ
る高速電子シヤツタカメラではそのような問題は
生じない。

なお、１回の傾斜状偏向電圧を印加してシヤツ
タを切るだけでは、観察物体のある時刻での瞬間
的な像しか得られない。

観察対象が繰り返し現象の場合は、前記起動回
路の中の遅延回路の遅延量を１回の偏向毎に変え
ながら、多数回偏向を行つてシヤツタ動作を行
い、他の任意の時刻の瞬間像をとらえることがで
きる。また、この場合、繰り返し偏向電圧波形と
して正弦波電圧を用い、その傾斜のほぼ直線とみ
なせる領域でシヤツタ動作を行わせることも可能
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による高速電子シヤツタカメ
ラの実施例を示す管軸を含む断面図である。第２
図は、本発明による高速電子シヤツタカメラの偏
向電極間に印加される電圧変化を示すグラフであ
る。第３図は、本発明による前記高速電子シヤツ
タカメラの全体の構成を示すブロツク図である。
第４図Ａと第４図Ｂは、前記実施例の電子光学系
を説明するための説明図である。第５図は、前記
実施例の偏向電極に印加される電圧を示す波形図
である。第６図Ａと第６図Ｂは、前記実施例の偏
向電極における電子ビームの径路を示す図であ
る。第７図は、本発明による高速電子シヤツタカ
メラのさらに他の実施例を示す管軸を含む断面図
である。第８図は、静電偏向手段の変形例を示す
略図である。第９図は、従来の高速電子シヤツタ
カメラを示す管軸を含む断面図である。第１０図
は、前記高速電子シヤツタカメラのメツシユ電極
と光電面に印加される電圧の変化を示す波形図で
ある。第１１図は、前記高速電子シヤツタカメラ
の高速度限界において予想される光電面に印加さ
れる電圧のだれを説明するための波形図である。 １…観察対象物、３…入力気密窓、４…光電
面、５…光電子像、６…メツシユ電極、７…第１
集束電極、８…第１アノード、９…調節電極、１
０…遮蔽電極、１１…偏向電極、１２…開孔、１
３…光電子ビーム阻止電極、１４…第２集束電
極、１５…第２アノード、１６…スクリーン、１
７…出力気密窓、２１…ハーフミラー、２２…レ
ンズ、２３…PINダイオード、２４…遅延回路、
２５…傾斜電圧発生回路、３０…管壁電極、３１
…第１フオーカスコイル、３２…第２フオーカス
コイル、４０…直流高圧発生回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ イメージ管を用い光電面に形成された像を高
   速シヤツタ撮りをする高速電子シヤツタカメラに
   おいて、 光電子像を再結像させる第１の電子レンズと、 前記光電子の像再結像位置が偏向中心となるよ
   うに配置されている偏向手段と、 ある一定時間内に前記偏向手段を通過した電子
   を通過させ他の電子を捕捉する電子ビーム阻止電
   極と、 前記電子ビーム阻止電極を通過した電子ビーム
   を受け入れるように配置された第２電子レンズ
   と、 前記第２電子レンズの結像位置に配置された螢
   光面と、 前記各電子レンズに動作電力を供給するレンズ
   駆動回路と、 前記偏向手段に偏向の程度が時間的に傾斜する
   偏向を発生させる動作電力を供給する偏向手段駆
   動回路とから構成した高速電子シヤツタカメラ。 ２ 前記第１または第２の電子レンズは静電集束
   型または電磁集束型である特許請求の範囲第１項
   記載の高速電子シヤツタカメラ。 ３ イメージ管を用い光電面に形成された像を高
   速シヤツタ撮りをする高速電子シヤツタカメラに
   おいて、 光電子像を再結像させる第１の電子レンズと、 前記光電子の像再結像位置が偏向中心となるよ
   うに配置されている偏向手段と、 ある一定時間内に前記偏向手段を通過した電子
   を通過させ他の電子を捕捉する電子ビーム阻止電
   極と、 前記電子ビーム阻止電極を通過した電子ビーム
   を受け入れるように配置された第２電子レンズ
   と、前記第２電子レンズの結像位置に配置された
   螢光面と、 前記各電子レンズに動作電力を供給するレンズ
   駆動回路と、 前記偏向手段に偏向の程度が時間的に傾斜する
   偏向を発生させる動作電力を供給する偏向手段駆
   動回路と、 観察対象の発光を検出して発光に同期して前記
   偏向手段を起動する起動回路とから構成した高速
   電子シヤツタカメラ。 ４ 前記起動回路は光検出器と検出出力を遅延さ
   せる遅延回路を含み、前記遅延回路の遅延量を調
   節することにより、シヤツタ撮りを行うタイミン
   グを観察対象の任意の時点に対応させるようにし
   た特許請求の範囲第３項記載の高速電子シヤツタ
   カメラ。