DE69320239T2

DE69320239T2 - Bildaufnahmevorrichtung

Info

Publication number: DE69320239T2
Application number: DE69320239T
Authority: DE
Inventors: Katsuyuki C/O Hamamatsu Photonics K.K. Hamamatsu-Shi Shizuoka-Ken Kinoshita; Motohiro C/O Hamamatsu Photonics K.K. Hamamatsu-Shi Shizuoka-Ken Suyama
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1992-04-30
Filing date: 1993-04-29
Publication date: 1999-01-21
Anticipated expiration: 2013-04-30
Also published as: EP0568376B1; US5393972A; EP0568376A1; DE69320239D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Als für die Abbildungseinrichtung gemäß der Erfindung relevanter Stand der Technik sind die Abbildungsvorrichtungen gemäß Fig. 1 und 2 bekannt. Fig. 1 ist ein Querschnitt einer nach dem Photokathoden-Gate-Prinzip aufgebauten Abbildungseinrichtung. Ein Vakuumbehälter 201 beinhaltet eine Lichterfassungsplatte, auf der eine Photokathode 202 ausgebildet ist, eine Ausgabeplatte, auf der ein fluoreszierender Oberflächenfilm 203 ausgebildet ist, und eine Mikrokanalplatte (MCP) 204, die sich zwischen der Lichterfassungsplatte und der Ausgabeplatte befindet zum Durchführen einer Multiplikation dorthin zugeführter Elektronen.
Bei dieser Abbildungseinrichtung wird dann, wenn eine Gatespannung, mit dem fluoreszierenden Oberflächenfilm 203 und der MCP 204 zugeführten Biasspannungen von +4,9 kV bzw. +0,9 kV von 0 V auf -200 V geändert, der Photokathode 202 zugeführt wird, ein Verschlußvorgang während einer Gateperiode, in der die angelegte Spannung auf -200 V gehalten wird, durchgeführt, so daß nur während einer Gateperiode, in der die angelegte Spannung auf -200 V gehalten wird, ein Bild erhalten wird. D. h., nur während der Gateperiode (TG) erreichen die von der Photokathode 202 emittierten Elektronen die MCP 204 und wird ein der Gateperiode (TG) entsprechendes Bild erzeugt.
Fig. 2 ist ein Querschnitt einer nach dem MCP-Gate-Prinzip arbeitenden Abbildungseinrichtung. Ein Vakuumbehälter 201 beinhaltet ein Beschleunigungsgitter 205, eine Elektronenlinse 206, Ablenkelektroden 207y, 207x und Masseanoden 208, 209. Bei dieser Abbildungsvorrichtung werden jeweils Ablenkspannungen an die Ablenkelektroden 207y, 207x angelegt, so daß Rahmenbilder erzeugt werden.
Wenn eine Spannung an die MCP 204 zwischen beiden Enden derselben angelegt wird, geändert von 0 V auf + 800 V, werden Photoelektronen nur während einer Gateperiode, in der die angelegte Spannung auf +800 V gehalten wird, multipliziert. Bei einer solchen nach dem Photokathoden-Gate-Prinzip arbeitenden Abbildungseinrichtung kann ein schneller Verschlußvorgang realisiert werden.
Die US-A-3,934,170 wurde während der Prüfung von dem Europäischen Patentamt genannt. Die Veröffentlichung beschreibt eine Bildröhre, in der eine Gating-Elektrode zwischen einer Beschleunigungsanode und einer Abbildungsfläche angeordnet ist. Die Gating-Elektrode wird auf ein Potential von -1800 V gepulst, um von einer Photokathode emittierte Photoelektronen zurück zu der Photokathode zu reflektieren. Alternativ kann die Photokathode auf +1500 V gepulst werden, um denselben Effekt zu erzielen. Die Erzeugung solcher großer Impulse und somit der Gatingvorgang von Photoelektronen sind relativ langsam.
Die Erfindung zielt darauf ab, eine Abbildungsvorrichtung bereitzustellen, bei der ein schneller Verschlußvorgang durch ein kleines Potential realisiert werden kann.
In Übereinstimmung mit der Erfindung wird bereitgestellt: eine Abbildungseinrichtung, umfassend: eine Photokathode, die auf ein erstes Potential erregbar ist, zum Emittieren von Photoelektronen bei Absorption von Licht; eine Beschleunigungselektrode, die auf ein zweites, sich von dem ersten Potential unterscheidendes Potential erregbar ist, zum Beschleunigen von Photoelektronen aus der Photokathode; ein Energiefilter zum Filtern von durch die Beschleunigungselektrode beschleunigten Photoelektronen derart, daß nur beschleunigte Photoelektronen mit einer Energie in einem vorbestimmten Energiebereich durchgelassen werden; eine Abbildungsfläche, die auf von dem Energiefilter durchgelassene Photoelektronen anspricht, zum Darstellen eines Bilds des durch die Photokathode absorbierten Lichts; und eine Leistungsversorgung zum Zuführen wenigstens eines der ersten und zweiten Potentiale zum Übertragen von Energie auf die beschleunigten Photoelektronen, wobei das we nigstens eine der ersten und zweiten Potentiale variiert wird, um eine Verschlußperiode zu definieren, während der Photoelektronen durch das Filter gelangen und bewirken, daß ein Bild auf der Abbildungsfläche dargestellt wird; DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS die Beschleunigungselektrode und die Photokathode derart angeordnet sind, daß sie zwischen sich ein elektrisches Beschleunigungsfeld ausbilden, welches Feld so arbeitet, daß die beschleunigten Photoelektronen mit im wesentlichen gleicher Energie fortbewegt werden; und die Leistungsversorgung normalerweise derart angeordnet ist, daß sie das wenigstens eine der ersten und zweiten Potentiale auf einem Pegel unmittelbar unter dem Pegel hält, der erforderlich ist, um auf die beschleunigten Photoelektronen Energie innerhalb des Energiebereichs des Filters zu übertragen, so daß ein kleiner Anstieg des Potentials zwischen der Photokathode und der Beschleunigungselektrode ausreicht, um auf die Photoelektronen Energie innerhalb des Energiebereichs des Filters zu übertragen, wobei die Änderung des Pegels des Potentials dazu dient, eine Hochgeschwindigkeits- Verschlußperiode, während der das Bild auf der Abbildungsfläche dargestellt wird, zu definieren.
Bei der Abbildungsvorrichtung mit dieser Struktur haben Photoelektronen, die von der Photokathode während einer Gateperiode, in der eine kleine Potentialänderung gegeben ist, eine festgelegte Energie, die sich von der von Photoelektronen, die in einer anderen als der Gateperiode emittiert werden, unterscheidet, und fallen auf das Energiefilter ein. Somit gelangen nur diejenigen Elektronen mit der festgelegten Energie durch das Energiefilter auf die Ausgabefläche.
Durch Bereitstellen des Energiefilters als Hochpaßfilter gelangen nur Photoelektronen mit einer höheren Energie als einer konstanten Energie durch das Energiefilter. Durch Bereitstellen des Energiefilters als Hochpaßfilter und Tiefpaßfilter gelangen nur Photoelektronen mit einer Energie zwischen dem höheren und dem niedrigeren konstanten Niveau durch das Energiefilter.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt eine Abbildungseinrichtung zum Erzeugen eines Bilds eines abzubildenden Ob jekts bei einer festgelegten Verschlußzeit, umfassend eine mit einem konstanten Potential versorgte Photokathode zum Emittieren von Photoelektronen entsprechend von dem abzubildenden Objekt einfallendem Licht, eine Elektronen übertragende Beschleunigungselektrode, die der Photokathode gegenüberliegend angeordnet ist, eine Leistungsquelle zum Ändern einer an die Beschleunigungselektrode anzulegenden Spannung innerhalb eines festgelegten Bereichs zwischen einem ersten Pegel und einem zweiten Pegel synchron mit der Verschlußzeit, eine Anode mit einem konstanten positiven Potential gegenüber der Photokathode, ein Energiefilter, das auf der der Photokathode gegenüberliegenden Seite jenseits der Beschleunigungselektrode angeordnet ist zum Übertragen von von der Photokathode emittierten Photoelektronen nur während die an die Beschleunigungselektrode angelegte Spannung zunimmt oder abnimmt, und eine Ausgabefläche für Photoelektronen, die durch das Energiefilter, auf das sie einfallen, hindurch gelangt sind.
In Übereinstimmung mit diesem Ausführungsbeispiel der Abbildungseinrichtung haben Photoelektronen, die von der Photokathode emittiert werden, während eine durch die Leistungseinrichtung an die Beschleunigungselektrode angelegte Spannung zunimmt, eine höhere Energie als Photoelektronen, die von der Photokathode emittiert werden, während die an die Beschleunigungselektrode angelegte Spannung nicht geändert wird. Photoelektronen, die von der Photokathode emittiert werden, während die an die Beschleunigungselektrode angelegte Spannung abnimmt, haben eine niedrigere Energie als Photoelektronen, die von der Photokathode emittiert werden, während die an die Beschleunigungselektrode angelegte Spannung nicht geändert wird. Das Energiefilter läßt Photoelektronen mit einer Energie, die sich von der von Photoelektronen, die von der Photokathode emittiert werden, während die an die Beschleunigungselektrode angelegte Spannung nicht geändert wird, unterscheidet, durch, wobei nur diejenigen Photoelektronen, die von der Photokathode emittiert werden, während die an die Beschleunigungselektrode angelegte Spannung geändert wird, durch das Energiefilter hindurchgelangen können.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt eine Abbildungsvorrichtung zum Erzeugen eines Bilds eines abzubildenden Objekts bei einer festgelegten Verschlußzeit, umfassend eine Photokathode zum Emittieren von Photoelektronen in Antwort auf von dem abzubildenden Objekt einfallendes Licht, eine nach dem Photoelektronen übertragenden Prinzip arbeitende Beschleunigungselektrode zum Beschleunigen, die der Photokathode gegenüberliegend angeordnet ist, eine Leistungsquelleneinrichtung zum Ändern eines Potentials der Photokathode von einem konstanten Pegel innerhalb eines festgelegten Bereichs synchron mit der Verschlußzeit, ein erstes Elektronenlinsensystem zum Konvergieren der durch die Beschleunigungselektroden beschleunigten Photoelektronen, eine Energieanalyseeinrichtung mit in Sektoren unterteilten Sphären, beinhaltend zwei unterteilt-sphärische Elektroden mit unterschiedlichen Radien und einem gemeinsamen Zentrum zum Durchlassen der durch das erste Elektronenlinsensystem konvergierten Photoelektronen zum Streuen der Photoelektronen entsprechend Energien, eine Öffnung, die an dem Ausgang der in Sektoren unterteilten sphärischen Energieanalyseeinrichtung angeordnet ist, zum Durchlassen von Photoelektronen entlang einer festgelegten Bahn, ein zweites Elektronenlinsensystem zum Erzeugen eines Bilds der Photoelektronen, die durch die Öffnung gelangt sind, und eine Ausgabefläche zum Ausgeben eines durch das zweite Elektronenlinsensystems erzeugten photoelektronischen Bilds, wobei das erste Elektronenlinsensystem derart angeordnet ist, daß ein Brennpunkt und eine Position, an der ein virtuelles Bild der von der Photokathode emittierten Photoelektronen erzeugt wird, in Übereinstimmung miteinander gebracht werden, während der andere Brennpunkt und ein Objektpunkt einer durch die in Sektoren unterteilten sphärischen Energieanalyseeinrichtung gebildeten Elektronenlinse in Übereinstimmung miteinander gebracht werden, und das zweite Elektronenlinsensystem derart angeordnet ist, daß ein Brennpunkt und ein Bildpunkt einer durch die in Sektoren unterteilte sphärische Energieanalyseeinrichtung gebildete Elektronenlinse in Übereinstimmung miteinander gebracht werden, während der andere Brennpunkt und eine Position, an der die Ausgabefläche angeordnet ist, in Übereinstimmung miteinander gebracht werden.
Das erste Elektronenlinsensystem, die in Sektoren unterteilte sphärische Energieanalyseeinrichtung und das zweite Elektronenlinsensystem sind derart angeordnet, daß ein auf der Ausgabefläche erzeugtes Ausgabebild nicht unscharf ist.
In Übereinstimmung mit diesem Ausführungsbeispiel der Abbildungseinrichtung fallen in Übereinstimmung mit einem Potential der Photokathode, das synchron mit einer Verschlußzeit variabel ist, Photoelektronen auf einer Vielzahl von Bahnen, die von der Photokathode emittiert werden, mit ihren Zeiten entsprechenden unterschiedlichen Energiepegeln auf die in Sektoren unterteilte sphärische Energieanalyseeinrichtung ein. Die einfallenden Elektronen werden durch die in Sektoren unterteilte sphärische Energieanalyseeinrichtung für die jeweiligen Energiepegel gestreut, und nur Photoelektronen einer festgelegten Energie gelangen durch die Öffnung an deren Ausgang und erzeugen ein Bild auf der Ausgabefläche.
Der Ausgang kann eine Vielzahl von Öffnungen haben. In diesem Fall sind Ablenkelektroden für die einzelnen Öffnungen bereitgestellt zum Anlegen von Spannungen an die Ablenkelektroden derart, daß Photoelektronen, die durch die Öffnungen gelangt sind, im wesentlichen in das Zentrum des zweiten Elektronenlinsensystems gerichtet werden. Die Bereitstellung einer Vielzahl von Öffnungen in dem Ausgang ermöglicht, daß eine Vielzahl von photoelektronischen Bildern auf der Ausgabefläche bei unterschiedlichen Verschlußzeiten erzeugt werden.
Die vorliegende Erfindung wird verständlicher aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen, die nur zu Zwecken der Veranschaulichung gegeben werden und infolgedessen nicht als die vorliegende Erfindung beschränkend zu betrachten sind.
Ein darüber hinaus gehender Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung wird aus der nachstehenden Beschreibung erkennbar. Es sollte jedoch bedacht werden, daß die detaillierte Beschreibung und spezielle Beispiele, die bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung angeben, nur zur Veranschaulichung gegeben wer den, da sich für den Fachmann aus dieser detaillierten Beschreibung verschiedenartige Änderungen und Modifikationen innerhalb des Rahmens der Erfindung ergeben werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Querschnitt einer herkömmlichen Abbildungseinrichtung; und
Fig. 2 ist ein Querschnitt einer herkömmlichen Abbildungseinrichtung.
Fig. 3 ist ein Querschnitt der Abbildungseinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
Fig. 4 ist eine Ansicht von Änderungen einer an die Photokathode anzulegenden Gatespannung;
Fig. 5 ist ein Querschnitt der Abbildungseinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
Fig. 6 ist eine Ansicht von Änderungen von an die Photokathode anzulegenden Spannungen und von an die jeweiligen Ablenkelektroden anzulegenden Ablenkspannungen;
Fig. 7 ist ein Querschnitt der Abbildungseinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
Fig. 8 ist eine Ansicht von Änderungen einer an die Photokathode anzulegenden Gatespannung;
Fig. 9 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels des Bandpaß-Energiefilters;
Fig. 10 ist eine schematische Ansicht eines weiteren Beispiels des Bandpaß-Energiefilters;
Fig. 11 ist ein Querschnitt der Abbildungseinrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
Fig. 12 ist ein Querschnitt der Abbildungseinrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
Fig. 13 ist eine Ansicht von Änderungen einer an die Beschleunigungselektrode anzulegenden Gatespannung;
Fig. 14 ist eine perspektivische Ansicht der Abbildungseinrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
Fig. 15 ist ein Querschnitt der Abbildungseinrichtung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
Fig. 16 ist ein Querschnitt der Abbildungseinrichtung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel, welcher dessen Funktionsweise erklärt;
Fig. 17 ist ein Querschnitt der Abbildungseinrichtung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel, welcher eine Vielzahl von Bahnen der Photoelektronen erklärt;
Fig. 18 eine Ansicht eines Signalverlaufs einer an die Photokathode anzulegenden flankenförmigen Spannung;
Fig. 19 ist ein Querschnitt eines Beispiels des sechsten Ausführungsbeispiels, in dem eine Elektrode G&sub3; eine polarisierte Elektrode beinhaltet;
Fig. 20 ist ein Querschnitt einer Variation des sechsten Ausführungsbeispiels;
Fig. 21 ist ein Querschnitt der Abbildungseinrichtung gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung; und
Fig. 22 ist ein Querschnitt von Variationen des sechsten und des siebten Ausführungsbeispiels.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele in Übereinstimmung mit dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die hier angefügten Zeichnungen erklärt.
Fig. 3 ist ein Querschnitt der Abbildungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist eine Photokathode 2 auf der Innenseite einer der Platten eines zylindrischen Vakuumbehälters 1 ausgebildet, und ist eine fluoreszierende Fläche 3 auf der Innenseite der anderen Platte ausgebildet. In dem Vakuumbehälter 1 sind ferner eine Beschleunigungselektrode 5 zum Beschleunigen von von der Photokathode 2 emittierten Photoelektronen, eine fokussierende Elektronenlinse 6 zum Fokussieren der beschleunigten Photoelektronen, und eine Anode 8 zum Beschleunigen der Photoelektronen, die durch die fokussierende Elektronenlinse 6 hindurch gelangt sind, bereitgestellt. Der Vakuumbehälter 1 beherbergt außerdem ein Hochpaß-Energiefilter 9 zum Durchlassen nur derjenigen der Photoelektronen mit höherer Energie, die durch die Anode 8 hindurch gelangt sind, und eine MPC 4 zum Multiplizieren der Photoelektronen, die durch das Energiefilter 9 hindurch gelangt sind.
Außerhalb des Vakuumbehälters 1 ist eine Leistungseinrichtung 10 zum Anlegen einer Gatespannung VG an die Photokathode 2 bereitgestellt. Wie in Fig. 4 gezeigt, ändert sich die Gatespannung VG zwischen -10 kV und -10,010 kV.
Die Beschleunigungselektrode 5 wird mit einer Spannung von -8 kV versorgt. Die fokussierende Elektronenlinse 6 wird mit einer Spannung von -8,6 kV versorgt. Eine Spannung von -9,5 bis -8,6 kV wird parallel zu der MPC 4 angelegt. Die fluoreszierende Fläche 3 wird mit einer Spannung von -5 kV versorgt. Die Anode 8 ist geerdet.
Das Energiefilter 9 beinhaltet eine erste geerdete Netzelektrode 91, die der Photokathode 2 gegenüberliegt, und eine zweite Netzelektrode 92, die der fluoreszierenden Fläche 3 gegenüberliegt. Die zweite Netzelektrode 92 wird mit einer Vorspannung von -10,005 kV versorgt.
In der vorstehend beschriebenen Struktur besitzen Photoelektronen, die von der Photokathode 2 während einer Periode, in der eine Gatespannung VG (d. h. das Photokathodenpotential) eine Spannung kleiner als -10,005 kV ist; d. h. einer Gateperiode TG, emittiert werden, genug Energie, um durch die erste Netzelektrode 91 und die zweite Netzelektrode 92 zu gelangen, werden durch die MPC 4 multipliziert und erzeugen ein Bild auf der fluoreszierenden Fläche 3. Photoelektronen, die von der Photokathode 2 in einer anderen Periode als der Gateperiode TG emittiert werden, können nicht durch das Energiefilter 9 hindurch gelangen, weil das Photokathodenpotential höher ist als das Potential des zweiten Netzelements. Eine Bedingung, unter der das Energiefilter korrekt arbeitet, ist
EC < EF < EC + EB
worin eine Potentialdifferenz zwischen der ersten Netzelektrode 91 und der zweiten Netzelektrode 92 durch Ey repräsentiert wird; ein Potential der Photokathode 2 während eines gleichbleibenden Zustands einer Gatespannung VG durch EC repräsentiert wird; und ein Änderungsbetrag der Gatespannung VG durch EB repräsentiert wird. Dieses Ausführungsbeispiel erfüllt die obige Bedingung. Demgemäß kann dann, wenn eine Spannung zwischen der Photokathode 2 und der Beschleunigungselektrode 5 auf einer hohen Spannung von etwa 2 kV aufrecht erhalten wird, und unter der Bedingung, ein Verschlußvorgang bei der Gatespannung VG mit einer kleinen Amplitude von nur 10 V durchgeführt werden. Dies resultiert in einer guten Bildqualität und einem schnellen Betriebsablauf. Eine Quelleneinrichtung 10 zum Erzeugen der Gatespannung VG kann eine einfache Struktur aufweisen.
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt der Abbildungseinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Abbildungseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel beinhaltet, zusätzlich zu den Elementen des ersten Ausführungsbeispiels, Ablenkelektroden 7x, 7y zur X- und Y-Ablenkung. Eine Photokathode 2 wird von einer Leistungsquelle 10 mit einer Gatespannung VG versorgt, die während einer in Fig. 6 gezeigten Gateperiode TG1-TG4 auf -10,010 kV geändert wird. Die Ablenkelektroden 7x, 7y werden mit in Fig. 6 gezeigten Ablenkspannungen versorgt.
Diese Anordnung erlaubt es Photoelektronen, nur während der Gateperiode TG1-TG4 und durch die Ablenkelektroden 7x, 7y abgelenkt durch ein Energiefilter 9 hindurch zu gelangen. Rahmenbilder (1) bis (4) werden entsprechend zu der Gateperiode TG1- TG4 auf der fluoreszierenden Fläche 3 erzeugt. Die an die Photokathode 2 anzulegende Gatespannung VG hat eine kleine Amplitude von 10 V, welches einen schnellen Verschlußvorgang oder - betrieb erlaubt. Eine Spannung der Höhe von bis zu etwa 2 kV wird zwischen der Photokathode 2 und der Beschleunigungselektrode 5 angelegt, so daß demgemäß die Bildqualität gut ist.
Fig. 7 ist ein Querschnitt der Abbildungseinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Energiepaßfilter 9 nach Art eines Bandpasses aufgebaut. In Fig. 7 ist eine Anode 8 geerdet, und werden eine fluoreszierende Fläche 3 und eine MCP 4 mit konstanter Spannung VMCP, VS versorgt. Eine Beschleunigungsspannung 5 wird mit einer konstanten negativen hohen Spannung Va versorgt. Die Photokathode 2 wird von einer Leistungsquelle 10 mit einer Gatespannung VG versorgt, die sich, wie in Fig. 8 gezeigt, über Mittenpegelspannungen V2, V3 von einer konstanten Spannung V1 auf eine andere konstante Spannung V4 ändert.
Das Energiefilter 9 ist zwischen einer Anode 8 und einer MCP 4 angeordnet. Das Energiefilter 9 läßt entweder Photoelektronen mit hoher Energie, die durch eine Spannung kleiner als die Spannung V2 beschleunigt wurden, oder Photoelektronen mit niedriger Energie, die durch eine Spannung größer als die Spannung V3 beschleunigt wurden, nicht durch; das Energiefilter 9 läßt jedoch selektiv Photoelektronen mit mittlerer Energie, die durch eine Spannung zwischen V2 und V3 beschleunigt wurden, durch. D. h., das Energiefilter 9 arbeitet als Bandpaßfilter zum Durchlassen der Photoelektronen während der Zeit einer Gatespannung VG, die in Fig. 8 gezeigt ist. Die Gatespannung VG ändert sich nur um eine kleine Amplitude, so daß ein schneller Verschlußvorgang während der Gateperiode TG leicht durchgeführt werden kann.
Fig. 9 zeigt ein Beispiel des Bandpaß-Energiefilters 9. Dieses Energiefilter 9 umfaßt eine magnetische Einrichtung 93 zum Erzeugen eines magnetischen Felds (B) zum Ändern einer Ausbreitungsrichtung von Photoelektronen (-e), und eine Blende 94 zum Durchlassen eines Teils der Photoelektronen, und eine Reflexionselektrode 95 mit einem Potential -V.
Die Ausbreitungsrichtungen der Photoelektronen (-e) werden durch das magnetische Feld B gekrümmt. Photoelektronen mit niedriger Energie (X) krümmen sich in einem spitzen Winkel, und Photoelektronen mit hoher Energie (Y) krümmen sich in einem flacheren Winkel. Nur diejenigen Photoelektronen, die durch eine mittlere Energie beschleunigt wurden, können durch die Öffnung der Blende 94 hindurchtreten. Die Photoelektronen, die durch die Blende 94 hindurch gelangt sind, werden an der Elektrode 95 reflektiert, treten dann erneut durch die Öffnung der Blende 94 hindurch, werden durch das magnetische Feld (B) gekrümmt und werden rückseitig des Energiefilters 9 emittiert. Durch die Verwendung eines solchen Energiefilters 9 nehmen die eintretenden Photoelektronen und die austretenden Photoelektronen dieselbe Bahn. Da der Verschlußvorgang bei einer schräg abfallend verlaufenden Spannung durchgeführt wird, kann der Verschlußvorgang stark beschleunigt werden. Die schräg abfallende Spannung kann beispielsweise 3 kV/200 ps betragen. Falls eine Bahnbreite des Bandpaßfilters 9 3 V beträgt, kann die Verschlußperiode gleich 100 fs sein.
Fig. 10 zeigt ein weiteres Beispiel des Bandpaß-Energiefilters 9. Während eintretende Photoelektronen an Elektroden 96&sub1; bis 96&sub5; reflektiert werden und sich ausbreiten, wird eine Bahn austretender Photoelektronen in Übereinstimmung mit einer Bahn der eintretenden Photoelektronen in Übereinstimmung gebracht. Darüber hinaus können diejenigen der eintretenden Photoelektronen, die einen bestimmten Energiebereich haben, extrahiert werden. D. h., wenn Photoelektronen in das Energiefilter 9 eintreten, werden Photoelektronen mit hoher Energie unter den Photoelektronen an der Elektrode 96&sub1; absorbiert, und werden die anderen Photoelektronen in Richtung zu der nächsten Elektrode 96&sub2; hin reflektiert. Die Elektrode 96&sub2; reflektiert alle Photoelektronen, aber die nachfolgend nächste Elektrode 963 absorbiert Photoelektronen mit niedriger Energie aus den Photoelektronen, während sie die anderen Photoelektronen zuläßt. Auf diese Art und Weise werden Photoelektronen mit mittlerer Energie aus den eintretenden Photoelektronen extrahiert. Dann werden die extrahierten Photoelektronen an den Elektroden 96&sub4; und 96&sub5; totalreflektiert und rückseitig entlang derselben Bahn wie der der eintretenden Photoelektronen ausgegeben.
Das Bandpaß-Energiefilter 9 gemäß Fig. 9 ist in "Bunkoh Kenkyu", Band 27, Nr. 1 (1978), Seiten 65 bis 66" beschrieben.
Beispiele des Energiefilters gemäß Fig. 10 sind in "Rev. Sci. Instrum." 57(8), August, 1986, Seiten 1494 bis 1500" beschrieben.
Fig. 11 ist ein Querschnitt der Abbildungseinrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel hat die Photokathode 2 die Struktur eines Streifenleiters. Eine Signalleitung 22 eines Koaxialkabels 21 ist mit einem auf einer Lichterfassungsplatte 11 ausgebildeten Streifenleiter 23 verbunden. Eine Photokathode 2 ist auf dem Substratmetallfilm 24 auf dem Streifenleiter 23 ausgebildet. Das Koaxialkabel 21 ist mit einem Impulsspannungsgenerator 26 verbunden. Eine Beschleunigungselektrode 5, die der Photokathode 2 gegenüberliegt, ist geerdet.
Diese Struktur ermöglicht, daß sich eine Gatespannung VG in einer sehr kurzen Zeitdauer ändert. Hieraus resultierend wird ein schneller Verschlußvorgang ermöglicht. Sogenannte Rahmenbilder können durch Anlegen einer Ablenkspannung VS an eine Ablenkelektroden 7 zur gleichen Zeit erzeugt werden. Ein Energiefilter 9 kann nach Art eines Hochpasses, Tiefpasses oder Bandpasses ausgebildet sein.
Die Streifenleiterstruktur der Photokathode 2 gemäß Fig. 11 ist in Fig. 2 der japanischen Patent-Offenlegungsveröffentlichung Nr. 118539/1992 beschrieben.
Fig. 12 zeigt einen Querschnitt der Abbildungsvorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel dieser Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel hat die Photokathode 2 ein konstantes Potential, und wird ein schneller Verschlußvorgang ermöglicht durch Ändern eines Potentials der Beschleunigungselektrode 5, wie dies in den vorangehenden Ausführungsbeispielen der Fall ist. Wie in Fig. 12 gezeigt, wird eine Spannung von -10 kV an die Photokathode 2 angelegt, und ist eine Anode 8 geerdet. Eine in Fig. 13 gezeigte Gatespannung VG wird an die Beschleunigungselektrode 5 angelegt. D. h., daß in einem Bereich (1) bis zu einer Zeit t = 0 die Gatespannung VG = -8,0 kV ist. In einem Bereich (2) ändert sich die Gatespannung zwischen VG = -8,0 und -8,02 kV. In einem Bereich (3) ist die Gatespannung konstant, VG = -8,02 kV, und in einem Bereich (4) ändert sich die Gatespannung zwischen VG = -8,02 und -8,0 kV. In einem Bereich (5) ist die Gatespannung konstant, VG = 8,0 kV.
Auf der Grundlage des Elektrodenlayouts und der Spannungsverteilung gemäß Fig. 12 und 13 werden die auf das Energiefilter 9 einfallenden Photoelektronen erklärt. Photoelektronen, die von der Photokathode 2 emittiert wurden und in den Bereichen (1), (3) und (5) konstanter Spannung, in welchen sich eine Impulsspannung nicht ändert, durch die Anode 8 gelangt sind, werden durch die Impulsspannung nicht erregt. Dann fallen die Photoelektronen mit einer Energie, die durch die Potentiale der Photokathode 2 und der Eingangsfläche des Energiefilters 9 bestimmt ist, auf das Energiefilter 9 ein. Die Energie E ist E = 10 keV.
Andererseits werden die von der Photokathode 2 emittierten Photoelektronen durch Impulsspannungen in den Bereichen (2) und (4), in welchen sich die Spannung ändert, moduliert. Beispielsweise werden L&sub1;, L&sub2;, t&sub0; und t&sub1; derart festgelegt, daß Photoelektronen bei t = 0 von der Photokathode 2 emittiert werden, dann bei t = t&sub0; durch die Beschleunigungselektrode 5 hindurchtreten, und bei t < t&sub0; + t&sub1; durch die Anode 8 hindurchtreten. Eine Geschwindigkeit v&sub1;, mit der die Photoelektronen durch die Beschleunigungselektrode 5 hindurchtreten, wird wie nachstehend abgeleitet, wenn eine elektrische Ladung durch e repräsentiert wird und ihre Masse durch m angegeben wird.
a = dv/dt
= (e/m) · (1/L&sub1;) · (2000 - (20/t&sub0;)t)
v&sub1; = (e/mL&sub1;) · (2000t&sub0; - 20t&sub0;/2)
t&sub0; = L&sub1;(m/e)1/2 · (3/2990)1/2
so daß daher
v&sub1; = (e/m)1/2 · (3/2990)1/2
Wenn sie schließlich in das Energiefilter 9 eintreten, werden diese Photoelektronen weiter beschleunigt um 8,02 keV. Die Endenergie E&sub1; der Photoelektronen ist gegeben durch
E&sub1; = mv&sub1;²/2e + 8,02 · 10³ (eV)
= 10,007 (keV).
Somit werden Photoelektronen, die in dem Bereich (2) von der Photokathode 2 emittiert wurden und durch die Anode 8 hindurch gelangt sind, schließlich durch die Impulsspannung moduliert (und erhalten Energie). Andererseits wird Photoelektronen, die in dem Bereich (4) von der Photokathode emittiert wurden und durch die Anode 8 gelangt sind, durch die Impulsspannung Energie entzogen, so daß sie Energie verlieren.
Demgemäß wird dann, wenn das Energiefilter 9 ein Photoelektron mit einer Energie E von mehr als 10,000 keV durchläßt, ein Bild durch eine Verschlußzeit entsprechend einer Zeit des Bereichs 2 erzeugt. Wenn das Energiefilter 9 ein Photoelektron mit einer Energie E von weniger als 10,000 keV durchläßt, wird ein Bild durch eine Verschlußzeit entsprechend einer Zeit des Bereichs 4 erzeugt.
Fig. 14 zeigt eine perspektivische Ansicht der Abbildungseinrichtung, einer Verschlußröhre, gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung. Wie in Fig. 14 gezeigt, hat die Verschlußröhre gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel die Form zweier zylindrischer Abschnitte und eines großen zylindrischen Abschnitts, der auf den zylindrischen Abschnitten befestigt ist. Die Verschlußröhre als ganzes ist ein Vakuumteil. Einer der zylindrischen Abschnitte beinhaltet eine Eingangseinheit 110 zum Empfangen von Licht von außen und Konvertieren des Lichts in Photoelektronen. Der andere zylindrische Abschnitt beinhaltet eine Ausgangseinheit 120 zum Erzeugen eines photoelektrischen Bilds nur während einer Gateperiode. Der zylindrische Abschnitt beinhaltet einen konzentrischen sphärischen kugelförmigen Elektronenenergieanalysator (nachstehend als Energieanalysator bezeichnet) 131, wie in Fig. 14 gezeigt, und eine Elektronenstrahl-Torelektrode 132 mit einer Blende mit 3,5 mm Durchmesser, wobei die Blende dazu dient, nur Photoelektronen mit einer vorbestimmten Energie nach außen dringen zu lassen.
Die Eingangseinheit 110 beinhaltet ein Lichteinfallfenster 111, das an der Unterseite des zylindrischen Abschnitts bereitgestellt ist, eine Photokathode 112 mit 10 mm wirksamem Durchmesser, die auf der innenliegenden Fläche des Lichteinfallfensters 111 angeordnet ist, eine Beschleunigungselektrode 113, die der Photokathode 112 gegenüberliegend angeordnet ist, und eine fokussierende Elektronenlinse 114 einschließlich einer G&sub1;-Elektrode 114a, einer G&sub2;-Elektrode 114b und einer G&sub3;-Elektrode 114c zwischen der Beschleunigungseleketrode 113 und dem Energieanalysator 131. Diese Elemente sind entlang der Achse des zylindrischen Behälters positioniert. Ein Spalt zwischen der Photokathode 112 und der Beschleunigungselektrode 113 beträgt 5 mm, und ein Abstand von der Photokathode 112 zu dem Energieanalysator 131 beträgt etwa 150 mm.
Die Ausgangseinheit 120 umfaßt ein Lichtemissionsfenster 121, das an der Unterseite des zylindrischen Behälters angeordnet ist, eine fluoreszierende Fläche 122, die auf der innenliegenden Fläche des Lichtemissionsfensters 121 angeordnet ist, eine fokussierende Elektronenlinse 123 einschließlich einer G&sub4;-Elektrode 123a, einer G&sub5;-Elektrode 123b, einer G&sub6;-Elektrode 123c zwischen dem Lichtemissionsfenster 121 und dem Energieanalysator 131. Diese Elemente sind entlang der Achse des zylindrischen Behälters positioniert.
Der Energieanalysator 131 beinhaltet zwei semi-sphärische Elektrodenplatten 131a, 131b mit einem gemeinsamen Zentrum und unterschiedlichen Radien. Die innenliegende Fläche der Elektrodenplatte 131a und die außenliegende Fläche der Elektrodenplatte 131b dienen als Elektronendurchlaß, durch welchen Photoelektronen hindurchtreten können. Der Radius der semi-sphärischen Elektrodenplatte 131a beträgt 65 mm, und der Radius der semisphärischen Elektrodenplatte 131b beträgt 50 mm. Der Innendurchmesser der Elektroden der jeweiligen fokussierenden Elektronenlinsen 114, 123 beträgt etwa 30 mm. Die jeweiligen Elektroden der fokussierenden Elektronenlinsen 114, 123 werden in dem jeweiligen Behälter gegen diesen isoliert abgestützt. Leiterdrähte 115 und 124 zum jeweiligen Anlegen von Spannungen an die fokussierenden Elektronenlinsen 114 und 123 sind unter Gewährleistung des Vakuums nach außen geführt.
Die Beschleunigungselektrode 113 und die G&sub1;-Elektrode 114a sind in der Röhre elektrisch miteinander verbunden.
Das Funktionsprinzip der Verschlußröhre mit der vorstehend beschriebenen Struktur wird unter Bezugnahme auf den Querschnitt gemäß Fig. 15 beschrieben. Zu messendes Licht fällt durch eine außerhalb des Lichteinfallfensters 111 angeordnete Linse 140 auf das Lichteinfallfenster 111 und erzeugt ein Bild auf der Photokathode 112. Das zu messende Licht wird durch einen Halbspiegel 141 reflektiert, um einer PIN-Photodiode 142 zugeführt zu werden. In Antwort auf das einfallende Licht gibt die PIN- Photodiode 142 ein Triggersignal aus. Eine Verzögerungsschaltung 143 verzögert dieses Triggersignal um eine geeignete Zeit und führt das Triggersignal einer Flankenspannungs-Erzeugungsschaltung 144 zu. In Antwort auf das Triggersignal erzeugt die Flankenspannungs-Erzeugungsschaltung 144 eine Flankenspannung. Diese Flankenspannung wird mit einer Gleichsignalspannung, die der Photokathode 112 zuzuführen ist, gemultiplext. Ein verzögertes zeitliches Auftreten des Triggersignals wird durch die Verzögerungsspannung 143 eingestellt derart, daß ein Einfallszeitpunkt eines abzubildenden Objekts zu diesem identisch gemacht wird, wobei eine Verschlußzeit auf eine sehr kurze Ver schlußzeit festgelegt werden kann. Das sechste Ausführungsbeispiel kann eine Verschlußzeit von etwa 100 ps bereitstellen, so daß kein unscharfes Bild erzeugt wird.
Die Flankenspannungs-Erzeugungsschaltung 144 erzeugt eine Spannung mit einem schräg verlaufenden führenden und nachfolgenden Abschnitt, deren Spannung sich in 10 ns zwischen -1,5 kV und +1,5 kV ändert. Die der Photokathode 112 zugeführte Gleichsignalspannung beträgt -8 kV. Demgemäß wird der Photokathode 112 eine Spannung zugeführt, die sich in 10 ns zwischen -9,5 kV und -6,5 kV ändert.
Das zu messende Licht erzeugt ein Bild auf der Photokathode 112, und Photoelektronen entsprechend einer Lichtmenge des zu messenden Lichts werden von der Photokathode 112 emittiert. Die Photoelektronen werden durch die Beschleunigungselektrode 113 mit einer an dieser angelegten Spannung von -5 kV beschleunigt. Aber der Wert der Photokathodenspannung ist transient, wie vorstehend beschrieben, so daß sich die den Photoelektronen zugeführte Beschleunigungsenergie demgemäß ändert.
Die Photoelektronen werden durch die fokussierende Elektronenlinse 114 fokussiert, um in den Energieanalysator 131 geleitet zu werden. Eine Spannung von -5 kV wird an die G&sub1;-Elektrode 141a der fokussierenden Elektronenlinse 141 angelegt, und eine Spannung von 0 V (Massespannung) wird an die G&sub3;-Elektrode 114c angelegt. Die G&sub2;-Elektrode 114b wird mit einer Spannung von 0 V bis -8 kV versorgt, die durch einen veränderlichen Widerstand 145 eingestellt wird. Die Energie der Photoelektronen zur Zeit ihres Einfalls auf den Energieanalysator 131 entspricht einer Potentialdifferenz zwischen der Photokathode 112 und der G&sub3;- Elektrode 114c. Aber diese Energie ist transient, weil der Spannungswert der Photokathode 112 transient ist.
Eine geeignete Gleichsignalspannung wird zwischen der Elektrodenplatte 131a des Energieanalysators 131 und der Elektrodenplatte 131b angelegt, und die äußere Elektrodenplatte 131a hat ein niedrigeres Potential als die innere Elektrodenplatte 131b. Demgemäß werden die auf den Energieanalysator 131 einfallenden Elektronen im Uhrzeigersinn abgelenkt. In dem sechsten Ausführungsbeispiel werden die Elektrodenplatten 131a, 131b jeweils mit Gleichsignalspannungen negativer und positiver Polaritäten versorgt. Eine Elektronenstrahl-Torelektrode 132 wird mit einer Spannung von 0 V (Massespannung) versorgt.
Demzufolge werden durch den Energieanalysator 131 diejenigen der Photoelektronen gestreut, die eine bestimmte Energie haben, welche es ihnen ermöglicht, eine Bahn zu nehmen, die durch eine Öffnung der Elektronenstrahl-Torelektrode 132 verläuft. D. h., die von der Photokathode 112 transient emittierten Photoelektronen haben unterschiedliche Energien. Resultierend hieraus können diejenigen Photoelektronen herausgegriffen werden, die einem Kurzzeitbereich entsprechen.
Die Photoelektronen, die durch die Öffnung der Elektronenstrahl-Torelektrode 132 hindurch gelangt sind, werden durch die fokussierende Elektronenlinse 123 derart fokussiert, daß sie ein Bild auf der fluoreszierenden Fläche 122 erzeugen, so daß ein sichtbares optisches Bild durch das Lichtemissionsfenster 121 bereitgestellt werden kann. Zu dieser Zeit wird eine Spannung von 0 V an die G&sub4;-Elektrode 123a und die G&sub6;-Elektrode 123c der fokussierenden Elektronenlinse 123 sowie die fluoreszierende Fläche 122 angelegt. Die G&sub5;-Elektrode 123b wird mit einer Spannung versorgt, die durch den veränderlichen Widerstand 146 derart eingestellt wurde, daß erforderliche Bedingungen erfüllt werden.
Als nächstes wird die Funktionsweise des sechsten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf den Querschnitt gemäß Fig. 16 erklärt.
Fig. 16 soll insbesondere anhand des Prozesses zum Erzeugen eines optischen Bilds zeigen, wie ein photoelektronisches Bild entsprechend einem auf der Photokathode 112 ausgebildeten optischen Bild in ein optisches Bild auf der fluoreszierenden Fläche 122 abgebildet wird. Photoelektronen werden von der Photokathode 112 mit einer anfänglichen Geschwindigkeitsverteilung emittiert. Wenn beispielsweise sichtbares Licht auf die Photo kathode der Spezifikation S-20 einfällt, beträgt dessen Energie 0 bis 1 eV, und liegt deren Spitzenwert bei etwa 0,5 eV. Die Verteilung der Emissionswinkel ist im wesentlichen eine Cosinusverteilung mit einem Scheitelwert in der vertikalen Richtung. Fig. 16 zeigt die Bahnen der in einer solchen Verteilung von dem Mittenpunkt A der Photokathode emittierten Photoelektronen. Hier sind die Hauptbahn 150 von mit einer anfänglichen Geschwindigkeit 0 emittierten Photoelektronen und β-Bahnen 151, 152 von in geeigneten Winkeln und mit geeigneter Geschwindigkeit auf beiden Seiten der zu der Photokathode 112 vertikalen Linie emittierten Photoelektronen eingetragen. Die Photoelektronen auf den β-Bahnen 151, 152 werden durch ein gleichmäßiges elektrisches Beschleunigungsfeld zwischen der Photokathode 112 und der Beschleunigungselektrode 113 beschleunigt, und folgen parabolischen Bahnen, um in die G&sub1;-Elektrode 114a einzutreten. Die Photoelektronen bewegen sich in der Nachbarschaft der Beschleunigungselektrode 113 und der G&sub1;-Elektrode 114a im wesentlichen geradlinig fort, weil das elektrische Feld in der Nachbarschaft der Beschleunigungselektrode 113 schwächer ist. Wenn die beiden β-Bahnen 151, 152 und die Hauptbahn 150 nach hinten in Richtung der Photokathode 112 verlängert werden, kreuzen sich diese Bahnen an einem Punkt auf der Seite der Lichteinfallsfläche der Photokathode 112. Es wird festgestellt, daß dort ein virtueller Bildpunkt A' liegt.
In dem sechsten Ausführungsbeispiel ist ein vorderer Brennpunkt der aus der G&sub1;-Elektrode 114a, der G&sub2;-Elektrode 114b und der G&sub3;- Elektrode 114c bestehenden fokussierenden Elektronenlinse 114 in Übereinstimmung mit dem virtuellen Bildpunkt A' eines elektronenoptischen Objektpunkts eines von der Photokathode 112 emittierten photoelektrischen Bilds. Gleichzeitig ist ein hinterer Brennpunkt der fokussierenden Elektronenlinse 114 in Übereinstimmung mit einem Objektpunkt der den Energieanalysator 131 bildenden Elektronenlinse (nahe dem Eingang des Energieanalysators 131). Sie werden in Übereinstimmung gebracht durch geeignetes Einstellen physikalischer Konfigurationen der jeweiligen Elektroden und eines Layouts derselben, insbesondere eines Spalts zwischen der Photokathode 112 und der G&sub2;-Elektrode 114b und eines Spalts zwischen der G&sub2;-Elektrode 114b und dem Eingang des Energieanalysators 131, einer Gleichsignalspannung, die diesen Elektroden zuzuführen ist, und auch durch Einstellen, mittels des veränderlichen Widerstands 145, einer an die G&sub2;- Elektrode 114b anzulegenden Spannung. Resultierend hieraus werden, da sich der virtuelle Bildpunkt A' an dem vorderen Brennpunkt der fokussierenden Elektronenlinse 114 befindet, die β- Bahnen 151, 152 im wesentlichen in Parallelität zu der Hauptbahn 150 gebracht, so daß die Photoelektronen auf den β-Bahnen 151, 152 parallel zu den Photoelektronen auf der Hauptbahn 150 in den Energieanalysator 131 eintreten.
Als nächstes werden Bahnen der Photoelektronen in dem Energieanalysator 131 erklärt. Wenn eine zwischen der äußeren Elektrodenplatte 131a und der inneren Elektrodenplatte 131b angelegte Spannung hoch ist, werden die Photoelektronen stärker gekrümmt abgelenkt und folgen spitzlaufenden Bögen. Wenn eine zwischen der äußeren Elektrodenplatte 131a und der inneren Elektrodenplatte 131b angelegte Spannung niedrig ist, werden die Photoelektronen nicht sehr gekrümmt abgelenkt und folgen stumpflaufenden Bögen. Solange keine Flankenspannung an die Photokathode 112 angelegt wird, wird die Photokathode 112 nur mit einer konstanten Spannung von -8 kV versorgt, so daß die Photoelektronen mit einer Energie von 8 keV in den Energieanalysator 131 eintreten. In Übereinstimmung mit dieser Energie wird eine Spannung zwischen den Elektrodenplatten 131a, 131b auf geeignete Art und Weise eingestellt. Dann folgt, wie in Fig. 16 gezeigt, die Hauptbahn 150 einem Bogen zwischen den Elektrodenplatten 131a, 131b des Energieanalysators 131, und erreicht das Zentrum der Öffnung der Photoelektronenstrahl-Torelektrode 132. Die β- Bahnen 151, 152 kreuzen die Hauptbahn 150 einmal im wesentlichen in der Mitte des Energieanalysators 131. D. h., es wird hier einmal ein reales Bild erzeugt. Die β-Bahnen 151, 152 verlassen die Hauptbahn 150 wieder, um am Ausgang des Energieanalysators 131, d. h. nahe der Elektronenstrahl-Torelektrode 132, im wesentlichen parallel zu der Hauptbahn 150. Die Photoelektronen entlang der Hauptbahn 150 und die Photoelektronen entlang der β-Bahnen 151, 152 gelangen durch die Öffnung der Elek tronenstrahl-Torelektrode 132 hindurch auf die fluoreszierende Fläche 122.
Die fokussierende Elektronenlinse 123 bringt den vorderen Brennpunkt in Übereinstimmung mit einem Bildpunkt auf der durch den Energieanalysator 131 gebildeten Elektronenlinse, und gleichzeitig einen hinteren Brennpunkt der fokussierenden Elektronenlinse 123 in eine Position auf der fluoreszierenden Fläche 122. Um diese in Übereinstimmung zu bringen, werden, ähnlich zu der fokussierenden Elektronenlinse 114, die physikalischen Konfigurationen der jeweiligen Elektroden und ein Layout derselben, insbesondere ein Spalt zwischen dem Ausgang des Energieanalysators 131 und der G&sub5;-Elektrode 123b und ein Spalt zwischen der G&sub5;-Elektrode 123b und der fluoreszierenden Fläche 122 auf geeignete Art und Weise eingestellt, und wird darüber hinaus durch den veränderlichen Widerstand 146 eine diesen Elektroden, insbesondere der G&sub5;-Elektrode zuzuführende Gleichsignalspannung wie in Fig. 15 gezeigt eingestellt.
Die Photoelektronen entlang der Hauptbahn 150 und die Photoelektronen entlang den β-Bahnen 151, 152 gelangen durch die Öffnung der Elektronenstrahl-Torelektrode 132 im wesentlichen parallel zueinander hindurch und treten in die fokussierende Elektronenlinse 123 ein. Da der hintere Brennpunkt der fokussierenden Elektronenlinse 123 so eingestellt ist, daß er auf der fluoreszierenden Fläche 122 liegt, erzeugen die Photoelektronen ein Bild in dem Zentrum A" der fluoreszierenden Fläche 122 und leuchten.
Damit das sechste Ausführungsbeispiel als Verschlußröhre arbeitet, ist es notwendig, daß diejenigen der von der Photokathode 112 emittierten Photoelektronen, die in einem erforderlichen Kurzzeitbereich emittiert wurden, durch die Öffnung der Elektronenstrahl-Torelektrode 132 gelangen. Zu diesem Zweck wird eine der Photokathode 112 von einer Spannungserzeugungsschaltung 144 zugeführte Spannung mit einer Spannung von 8 kV gemultiplext. Die Spannung ändert eine Spannung der Photokathode 112 zwischen -9,5 kV und -6,5 kV. Demgemäß ändert sich von der Photokathode 112 zu dem Energieanalysator 131 die Energie der Photoelektronen von 9,5 keV auf 6,5 keV. Demgemäß können diejenigen der von dem Punkt A während eines Kurzzeitbereichs emittierten Photoelektronen dann, wenn etwa 8,0 keV an die Photokathode 112 angelegt werden, durch die Öffnung der Elektronenstrahl-Torelektrode 132 hindurchtreten. Wenn aber eine Spannung der Photokathode 112 kleiner ist (auf einem größeren negativen Wert liegt), haben die Photoelektronen eine höhere Energie und können bzw. kann ihre Bahn in dem Energieanalysator 131 nicht ausreichend gekrümmt werden. Die Photoelektronen treffen auf die Elektronenstrahl-Torelektrode 132 auf und werden absorbiert und können nicht an der fluoreszierenden Fläche 122 ankommen. Und wenn eine Spannung der Photokathode 112 größer ist (auf einem kleineren negativen Wert liegt), haben die Photoelektronen eine niedrigere Energie und werden bzw. wird ihre Bahn in dem Energieanalysator 131 stärker gekrümmt. Die Photoelektronen treffen auf die Elektronenstrahl-Torelektrode 132 auf und werden absorbiert und können nicht an der fluoreszierenden Fläche 122 ankommen. Nur diejenigen der Photoelektronen, die in einem Kurzzeitbereich von der Photokathode 112 emittiert wurden, kommen an der fluoreszierenden Fläche 122 an und leuchten. D. h., eine durch die Flankenspannungs-Erzeugungsschaltung 144 gemäß Fig. 15 erzeugte Flankenspannung wird mit einer an die Photokathode 112 angelegten Spannung von -8 kV gemultiplext, so daß die Photoelektronen auf die Elektronenstrahl-Torelektrode 132 abgelenkt werden. Und es wird eine Toroperation durchgeführt. Obwohl die Photoelektronen auf diese Art und Weise abgelenkt werden, sind die Bahnen der Photoelektronen, die durch die Öffnung der Elektronenstrahl-Torelektrode 132 verlaufen, auch mit dem vorstehend beschriebenen Layout des Elektronenlinsensystems und unter den vorstehend beschriebenen Betriebsbedingungen parallel zueinander (Photoelektronen, die von einem Mittenpunkt A der Photokathode 112 emittiert werden, sind vertikal zu der Fläche der Elektronenstrahl-Torelektrode 132) und erzeugen ein Bild an dem hinteren Brennpunkt der fokussierenden Elektronenlinse 123. Die Lage des Bilds auf der fluoreszierenden Fläche 122 ist das Zentrum der fluoreszierenden Fläche 122 (ein Schnittpunkt zwischen der Achse des Behälters und des fluoreszierenden Flächenfilms 122).
Als nächstes werden Bahnen von Elektronen, die von einer Vielzahl von Punkten auf der Photokathode 112 emittiert werden, unter Bezugnahme auf Fig. 17 erklärt. Drei Hauptbahnen der Photoelektronen sind vertikal zu der Photokathode 112, weil die anfängliche Geschwindigkeit der Photoelektronen 0 ist, und fallen auf die fokussierende Elektronenlinse in den Bahnen, die parallel zueinander sind, ein. Die Bahnen kreuzen einander an einem Punkt F, der ein hinterer Brennpunkt ist. β-Bahnen von Photoelektronen, die von den Punkten B und C emittiert werden, folgen parabolischen Bahnen nahe ihren Hauptbahnen zwischen der Photokathode 112 und der Beschleunigungselektrode 113 gemäß Fig. 16 und erzeugen virtuelle Bilder B', C' auf der Seite der Lichteinfallfläche der Photokathode 112. Die β-Bahnen werden durch die fokussierenden Elektronenlinsen 114 in Parallelität zu ihren Hauptbahnen gebracht und kommen an dem Punkt F an. Dann wird in dem Energieanalysator 131 eine konstante Spannung von -8 kV an die Photokathode 112 angelegt, so daß die Bahnen von dem Punkt A durch die Öffnung der Elektronenstrahl-Torelektrode 132 verlaufen. Da der Punkt F ein Objektpunkt der den Energieanalysator 131 bildenden Elektronenlinse ist, wird ein Bild, das durch die einander an dem Punkt F kreuzenden Hauptbahnen erzeugt wird, an dem Ausgang des Energieanalysators 131, d. h. an dem Mittenpunkt F' der Öffnung der Elektronenstrahl- Torelektrode 132 erzeugt. An dem Punkt F' haben die Winkel, die durch die Hauptbahnen von den Punkten B, C zu der Hauptbahn von dem Punkt A gebildet werden, dieselben absoluten Werte wie diejenigen an dem Punkt F, aber ihrer Polaritäten sind entgegengesetzt. Die β-Bahnen von dem Punkten B, C sind parallel zu ihren Hauptbahnen. Denn an dem Punkt F', der ein vorderer Brennpunkt der fokussierenden Elektronenlinse 132 ist, verlaufen die Hauptbahnen von den Punkten B, C durch die fokussierende Elektronenlinse 123 und kommen dann an Punkten B" und C" auf der fluoreszierenden Fläche parallel zu der Hauptbahn von dem Punkt A an. Die β-Bahnen von den Punkten B, C kommen jeweils an den Punkten B", C" an und bilden an den Punkten B", C" optische Bilder entsprechend zu den Punkten B, C auf der Photokathode 112.
Wie vorstehend beschrieben treten dann, wenn die Photokathode 112 nur mit einer Spannung von -8 kV versorgt wird, Photoelektronen durch den Energieanalysator 131 hindurch und erzeugen auf der fluoreszierenden Fläche 122 ein optisches Bild entsprechend einem optischen Bild auf der Photokathode 112. Wenn eine Flankenspannung an die Photokathode 112 angelegt wird, werden die von den Punkten B, C emittierten Photoelektronen auf die Elektronenstrahl-Torelektrode 132 abgelenkt, und treten Photoelektronen, die einem Kurzzeitbereich entsprechen, durch die Öffnung der Elektronenstrahl-Torelektrode 132 hindurch. Somit können Rahmenbilder auf der fluoreszierenden Fläche 122 erzeugt werden. Die vorstehend beschriebene Erklärung macht es verständlich, daß eine wesentliche Bedingung für die Photoelektronen, durch die Öffnung der Elektronenstrahl-Torelektrode 132 zu gelangen, darin besteht, daß die Hauptbahnen von den Punkten A, B, C auf einen Punkt in der Öffnung der Elektronenstrahl-Torelektrode 132 konvergiert werden. D. h., die Photoelektronen von der Photokathode 112 werden auf die Elektronenstrahl-Torelektrode 132 abgelenkt, aber eine Verschlußzeit für die Photoelektronen wird durch die Strahldurchmesser der Photoelektronenstrahlen, die Ablenkgeschwindigkeit und die Größe der Öffnung der Elektronenstrahl-Torelektrode 132 bestimmt. Um die Verschlußzeit kurz zu machen, ist es notwendig, den Strahldurchmesser der Photoelektronen klein zu machen. Dies deshalb, weil der Querschnittsdurchmesser der Strahlen der Photoelektronen von der Photokathode 112 insgesamt (einschließlich der β-Bahnen) an dem Punkt minimal ist, an dem die Hauptbahnen von der Photokathode 112 zusammenkommen.
Als nächstes wird eine Anwendung des sechsten Ausführungsbeispiels auf einen Fall, in dem ein zu beobachtendes Objekt während einer Gateperiode Ta unaufhörlich zu messendes Licht emittiert, unter Bezugnahme auf Fig. 18 beschrieben.
In Fig. 18 ist die obere Ansicht ein Spannungssignalverlauf eines Phänomens dahingehend, daß eine Flankenspannung wiederholt an die Photokathode 112 angelegt wird. Die untere Ansicht zeigt einen Impulsspannungssignalverlauf, der an eine Ablenkelektrode 160 (vgl. Fig. 19) anzulegen ist.
In dem Fall des Phänomens dahingehend, daß ein zu beobachtendes Objekt zu messendes Licht emittiert, wird eine transiente Flankenspannung wiederholt an die Photokathode 112 synchron mit der Emission von Licht angelegt, wodurch ein sichtbares optisches Bild wiederholt auf der fluoreszierenden Fläche 122 entsprechend einem durch einen Kurzzeitbereich derselben Phase zu messenden optischen Bild erzeugt werden kann. Die sichtbaren optischen Bilder, die durch Fernsehkameras oder andere Einrichtungen aufgezeichnet werden, und deren Bildsignale werden integriert, um ein Signal/Rausch-Verhältnis des Bilds stark zu verbessern. Eine wiederholt angelegte Flankenspannung kann aus Sinuswellenspannungen bestehen.
In dem Fall, in dem eine an die Photokathode 112 anzulegende Spannung schräg verlaufende führende Abschnitte und schräg verlaufende nachfolgende Abschnitte aufweist, wie in Fig. 18 gezeigt, werden die Photoelektronen, die durch den Energieanalysator 131 hindurch gelangt sind, wiederholt und reziprok auf die Elektronenstrahl-Torelektrode 132 abgelenkt. Demgemäß treten die Photoelektronen durch die Öffnung der Elektronenstrahl- Torelektrode 132 zweimal pro einer Periode reziproker Ablenkung (einmal im Hinlauf und einmal im Rücklauf) hindurch. In diesem Fall ist eine Periode einer Spannung identisch zu einer Periode eines abzubildenden Objekts, und es ist notwendig, daß Photoelektronen die fluoreszierende Fläche 122 nur bei einer schrägen Flanke der Spannung erreichen. Zu diesem Zweck ist eine Ablenkelektrode 160 in beispielsweise der G&sub3;-Elektrode 114c zum Anlegen einer Ablenkspannung an die Ablenkelektrode 160 zu einem Zeitpunkt des Hindurchtretens von Photoelektronen eines nicht benötigten schrägen Flankenabschnitts der Spannung bereitgestellt. Das Anlegen der Ablenkspannung lenkt die Photoelektronen derart ab, daß die Fortbewegung der Photoelektronen durch die Elektronenstrahl-Torelektrode 132 verhindert wird. Demgemäß kommen diese Photoelektronen nicht an der fluoreszie renden Fläche 122 an. Ablenkelektroden 160 können zusätzlich in den G&sub1;- und G&sub4;-Elektroden 114a, 123a bereitgestellt sein.
Anstelle des zusätzlichen Bereitstellens der Ablenkelektrode 160 wird eine Impulsspannung zum selben Zeitpunkt zugeführt wie an die Ablenkelektrode 160 angelegt wird, um mit einer Gleichsignalspannung zwischen der äußeren Elektrodenplatte 131a des Energieanalysators und der inneren Elektrodenplatte 131b desselben gemultiplext zu werden, wodurch die Photoelektronen einer nicht benötigten Polarität nicht durch die Öffnung der Elektronenstrahl-Torelektrode 132 hindurchtreten können. Darüber hinaus können durch Ändern, in zeitlicher Hinsicht, einer Zeit des Anlegens der Flankenspannung an die Photokathode 112 virtuelle optische Bilder auf der fluoreszierenden Fläche 122 entsprechend zu zu messenden optischen Bildern für unterschiedliche Kurzzeitbereiche erzeugt werden.
Der in der Verschlußröhre gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel verwendete Energieanalysator ist in "Nuclear Instruments and Methods in Physics Research", A291 (1990), Seiten 60 bis 66, beschrieben.
Als nächstes wird ein siebtes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Querschnitte gemäß Fig. 20 und 21 beschrieben. Ein Unterschied zwischen der Verschlußröhre gemäß Fig. 20 zu der gemäß Fig. 14 besteht darin, daß eine Vielzahl von Öffnungen in der Elektronenstrahl-Torelektrode 132 vorgesehen sind. Demgemäß können dann, wenn eine transiente Flankenspannung einmal an die Photokathode 112 angelegt wird, virtuelle optische Bilder auf der fluoreszierenden Fläche entsprechend einem gemessenen optischen Bild für unterschiedliche Kurzzeitbereiche erzeugt werden.
Die Verschlußröhre gemäß Fig. 21 beinhaltet eine Elektronenstrahl-Torelektrode 132 mit einer Vielzahl von Öffnungen und Ablenkelektroden 161, 162, die auf der Seite der Öffnung der Elektronenstrahl-Torelektrode 132 angeordnet sind. Eine Gleichsignalspannung wird an die Ablenkelektroden 161, 162 angelegt, so daß die Photoelektronen, die durch die Öffnungen in der Elektronenstrahl-Torelektrode 132 gelangt sind, im wesentlichen auf die Mitte einer fokussierenden Elektronenlinse gerichtet werden, wodurch die Photoelektronen durch den Mittenabschnitt der fokussierenden Elektronenlinse 123 geleitet werden. Demgemäß findet eine geringere sphärische Aberration in der fokussierenden Elektronenlinse 123 statt, so daß eine verbesserte Bildqualität erhalten werden kann.
In einer Modifikation des siebten Ausführungsbeispiels kann eine Vielzahl von fokussierenden Linsen zwischen der Photokathode 112 und der fokussierenden Elektronenlinse 114 bereitgestellt sein, wodurch ein photoelektrisches Bild auf der Photokathode 112 an dem vorderen Brennpunkt der fokussierenden Elektronenlinse 114 erzeugt wird.
In den einzelnen Ausführungsbeispielen ist die Beschleunigungselektrode 113 in Form einer netzartigen Elektrode vorgesehen, kann aber auch durch einen zylindrischen Ring oder eine Plattenelektrode mit einer runden Öffnung bereitgestellt werden. Anstelle der fluoreszierenden Fläche 122 kann ein ladungsgekoppeltes Element, das zum Empfangen von Elektronen in der Lage ist, als Ausgangsfläche verwendet werden.
Die fokussierenden Linsen 114, 123 und eine Vielzahl von fokussierenden Linsen, die in der vorstehend beschriebenen Modifikation zwischen der Photokathode 112 und den fokussierenden Linsen 114 verwendet werden, können anstelle durch statische Fokussierelektroden durch elektromagnetische Fokussierspulen bereitgestellt sein.
Die an die Photokathode 112 gemäß Fig. 15 anzulegende transiente Flankenspannung steigt in Richtung positiven Potentials transient an, kann aber auch entgegengesetzt in der negativen Richtung erhöht werden. In diesem Fall werden Photoelektronen auf der Elektronenstrahl-Torelektrode 132 entgegengesetzt abgelenkt.
In dem sechsten und dem siebten Ausführungsbeispiel ist der Energieanalysator 131 durch Sektor-180º-unterteilte Kugeln (Halbsphären) bereitgestellt, kann aber, wie in Fig. 22 gezeigt, auch durch konische Kugeln, die in einem anderen Winkel als 180º unterteilt sind, bereitgestellt werden.

Claims

1. Abbildungseinrichtung, umfassend:

eine Photokathode (2, 112), die auf ein erstes Potential erregbar ist, zum Emittieren von Photoelektronen bei Absorption von Licht;

eine Beschleunigungselektrode (5, 113), die auf ein zweites, sich von dem ersten Potential unterscheidenden Potential erregbar ist, zum Beschleunigen von Photoelektronen aus der Photokathode;

ein Energiefilter (9, 131) zum Filtern von durch die Beschleunigungselektrode beschleunigten Photoelektronen derart, daß nur beschleunigte Photoelektronen mit einer Energie in einem vorbestimmten Energiebereich durchgelassen werden;

eine Abbildungsfläche (3, 121), die auf von dem Energiefilter durchgelassene Photoelektronen anspricht, zum Darstellen eines Bilds des durch die Photokathode absorbierten Lichts; und

eine Leistungsversorgung (10, 26, 144) zum Zuführen wenigstens eines der ersten und zweiten Potentiale zum Übertragen von Energie auf die beschleunigten Photoelektronen, wobei das wenigstens eine der ersten und zweiten Potentiale variiert wird, um eine Verschlußperiode zu definieren, während der Photoelektronen durch das Filter gelangen und bewirken, daß ein Bild auf der Abbildungsfläche dargestellt wird;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Beschleunigungselektrode (5, 113) und die Photokathode (2, 112) derart angeordnet sind, daß sie zwischen sich ein elektrisches Beschleunigungsfeld ausbilden, welches Feld so arbeitet, daß die beschleunigten Photoelektronen mit im wesentlichen gleicher Energie fortbewegt werden; und die Leistungsversorgung (10, 26, 144) normalerweise derart angeordnet ist, daß sie das wenigstens eine der ersten und zweiten Potentiale auf einem Pegel unmittelbar unter dem Pegel hält, der erforderlich ist, um auf die beschleunigten Photoelektronen Energie innerhalb des Energiebereichs des Filters zu übertragen, so daß ein kleiner Anstieg des Potentials zwischen der Photokathode (2, 112) und der Beschleunigungselektrode (5, 113) ausreicht, um auf die Photoelektronen Energie innerhalb des Energiebereichs des Filters zu übertragen, wobei die Änderung des Pegels des Potentials dazu dient, eine Hochgeschwindigkeits-Verschlußperiode, während der das Bild auf der Abbildungsfläche (3, 122) dargestellt wird, zu definieren.

2. Abbildungseinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Leistungsversorgung (10, 26, 144) derart angeordnet ist, daß das zweite Potential auf einem festen Pegel zugeführt wird und das erste Potential variiert wird.

3. Abbildungseinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Leistungsversorgung (10, 26, 144) derart angeordnet ist, daß das erste Potential auf einem festen Pegel zugeführt wird und das zweite Potential variiert wird.

4. Abbildungseinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der das Energiefilter (9) ein Hochpaßfilter ist, das derart angeordnet ist, daß nur beschleunigte Photoelektro nen mit einer Energie über einem vorbestimmten Pegel durchgelassen werden, wobei die Leistungsversorgung derart angeordnet ist, daß das wenigstens eine der ersten und zweiten Potentiale zwischen einem Pegel unter dem vorbestimmten Pegel und einem Pegel über dem vorbestimmten Pegel variiert wird.

5. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 4, bei der das Energiefilter (9) ein Paar von Elektronenübertragungselektroden (91, 92) zwischen der Beschleunigungselektrode und der Abbildungsfläche umfaßt, wobei die zu der Abbildungsfläche nächstliegende Elektrode (92) auf einem negativeren Potential als die andere Elektrode (91) liegt derart, daß die Potentialdifferenz zwischen den beiden Elektroden die Bedingung EC < EF < EC - EB wie hierin definiert erfüllt.

6. Abbildungseinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der das Energiefilter (9, 131) ein Bandpaßfilter ist, das derart angeordnet ist, daß nur beschleunigte Photoelektronen mit einer Energie innerhalb eines vorbestimmten Energiebands durchgelassen werden, wobei die Leistungsversorgung derart angeordnet ist, daß das wenigstens eine der ersten und zweiten Potentiale zwischen einem Pegel unter dem vorbestimmten Band und einem Pegel über dem vorbestimmten Band variiert wird, wodurch die Verschlußperiode als die Zeit, während der das Potential in dem Band liegt, definiert wird.

7. Abbildungseinrichtung nach Anspruch 6, bei der das Bandpaßfilter umfaßt:

eine magnetische Einrichtung (93) zum Erzeugen eines magnetischen Felds (B);

eine Blende (94); und

eine Reflexionselektrode (95), und wobei das magnetische Feld derart angeordnet ist, daß beschleunigte Photoelektronen einer Energie innerhalb des vorbestimmten Bands zur Reflexion durch die Reflexionselektrode durch die Blende zu der Abbildungsfläche hin abgelenkt werden.

8. Abbildungseinrichtung nach Anspruch 6, bei der das Bandpaßfilter eine erste Elektrode (96&sub1;) zum Absorbieren beschleunigter Photoelektronen einer Energie über dem vorbestimmten Band und eine zweite Elektrode (96&sub2;) zum Absorbieren beschleunigter Photoelektronen einer Energie unter dem vorbestimmten Band umfaßt.

9. Abbildungseinrichtung nach Anspruch 8, bei der das Bandpaßfilter weitere Elektroden (96&sub2;, 96&sub4;, 96&sub5;) umfaßt zum Reflektieren von Photoelektronen, die nicht durch die erste und/oder die zweite Elektrode absorbiert wurden, um dieselben zu der Abbildungsfläche hin zu führen.

10. Abbildungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Photokathode eine Streifenleitung (23) umfaßt, und bei der die Leistungsversorgung einen Impulsspannungsgenerator (26) umfaßt, der über eine Signalleitung (22) eines Koaxialkabels (21) mit der Photokathode verbunden ist.

11. Abbildungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend eine fokussierende Elektronenlinse (6) zwischen der Beschleunigungselektrode und dem Energiefilter.

12. Abbildungseinrichtung nach Anspruch 11, ferner umfassend Ablenkelektroden (7x, 7y) zwischen der fokussieren den Elektronenlinse und der Abbildungsfläche zum Ablenken beschleunigter Photoelektroden, um mehrere Bilder auf der Abbildungsfläche zu erzeugen.

13. Abbildungseinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Photokathode (112) und die Beschleunigungselektrode (113) in einer Eingangseinheit (110) bereitgestellt sind;

die Abbildungsfläche (122) in einer Ausgangseinheit bereitgestellt ist; und

das Energiefilter (131) eine äußere, im wesentlichen semi-sphärische Elektrode (131a) und eine innere, im wesentlichen semi-sphärische Elektrode (131b) mit einem Zentrum gemeinsam mit demjenigen der äußeren Elektrode umfaßt, wobei die Eingangs- und Ausgangseinheiten und das Energiefilter derart angeordnet sind, daß beschleunigte Photoelektronen aus der Beschleunigungselektrode zwischen der inneren und der äußeren semi-sphärischen Elektrode geführt werden, und Photoelektroden aus zwischen der inneren und der äußeren semi-sphärischen Elektrode des Energiefilters zu der Abbildungsfläche geführt werden.

14. Abbildungseinrichtung nach Anspruch 13, bei der eine erste fokussierende Elektronenlinse (114) in der Eingangseinheit (110) zwischen der Beschleunigungselektrode und dem Energiefilter bereitgestellt ist zum Führen von Photoelektronen zwischen der inneren und der äußeren semisphärischen Elektrode, und eine zweite fokussierende Elektronenlinse (123) in der Ausgabeeinheit bereitgestellt ist zum Führen von Photoelektronen zu der Abbildungsfläche.

15. Abbildungseinrichtung nach Anspruch 13 oder 14, ferner umfassend, in der Ausgangseinheit (120), eine Strahlelektrode (132), die eine Blende definiert, durch welche Photoelektronen aus dem Energiefilter gelangen können, um zu der Abbildungsfläche geführt zu werden.

16. Abbildungseinrichtung nach Anspruch 15, bei der eine Gleichsignalspannung zwischen der inneren und der äußeren semi-sphärischen Elektrode (131a, 131b) angelegt wird derart, daß die äußere Elektrode auf einem niedrigeren Potential liegt als die innere Elektrode, wodurch das Energiefilter beschleunigte Photoelektronen innerhalb eines durch die Gleichsignalspannung festgelegten Energiebands zu der Blende in der Strahlelektrode (132) führt.

17. Abbildungseinrichtung nach Anspruch 15 oder 16, bei der die Strahlelektrode (132) mehrere Blenden definiert und das Energiefilter Photoelektronen einer Energie innerhalb eines Energiebands zu einer der Blenden führt und Photoelektronen einer Energie innerhalb eines anderen Energiebands zu einer anderen der Blenden führt.