JPH02234335A - High-speed frame pickup camera - Google Patents

High-speed frame pickup camera

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JPH02234335A
JPH02234335A JP5411689A JP5411689A JPH02234335A JP H02234335 A JPH02234335 A JP H02234335A JP 5411689 A JP5411689 A JP 5411689A JP 5411689 A JP5411689 A JP 5411689A JP H02234335 A JPH02234335 A JP H02234335A
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JP
Japan
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voltage
mcp
image
pulse voltage
photoelectron
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JP5411689A
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Japanese (ja)
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JP2749618B2 (en
Inventor
Katsuyuki Kinoshita
勝之 木下
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Hamamatsu Photonics KK
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Hamamatsu Photonics KK
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  • Image-Pickup Tubes, Image-Amplification Tubes, And Storage Tubes (AREA)

Abstract

PURPOSE:To acquire output images of high resolution so as to enable frames to be picked up at high speed by adopting the method of impressing a pulse voltage upon a MCP. CONSTITUTION:An optical image focused on a photoelectric surface 4 is converted into its corresponding photoelectron image which is refocused on the input surface of a MCP 212 by paired focusing electrodes 107 while being arranged on the input surface of the MCP 212 in the form of a time series by paired deflecting electrodes 109. Then, a pulse voltage is impressed upon the MCP 212 to be set in its activated condition in accordance with a timing when each photoelectron image is arranged on the input surface of the MCP 212 so that plural frame-portion sheets of output images may be acquired on a fluorescent screen 111. Since the pulse voltage can be accordingly impressed upon the MCP 212 to make a high-speed shuttering action, the frames of high resolution output images can be picked up at high speed without substantially causing any fading of images given through electron lenses, such as the paired focusing electrodes 107 and the like even if a rounding is present in the waveform of voltage for making a shuttering action. This makes it possible to acquire a high-speed frame pickup camera which permits picking up the frames at high speed without causing any fading of the output images even in a short exposure time.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

{産業上の利用分野】 本発明は、^速で形状や明るさが変化する物体や像等の
連続撮影に適した、短い時間間隔と高速シャツタ速度を
持つ電子式の高速こま撮リカメラに関する。 r従来の技術】 二次元的な観測対象の時間的な動きを観察するために、
短い時間間隔でA速シャッタを肋作させ、複数枚のこま
撮り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、ミラーやプリズム等の光学素
子を機械的に高速で回転して、複数個のこま撮り像を得
る機械的な高速度カメラと、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る電子的な高速度カ
メラが知られている。 一般的にいって、後者の電子的な高速度カメラの方が機
械的な高速度カメラより、短い撮像間隔と速いシャツタ
速度が得られることから、変化の速い撮像対象のために
は電子的な高速度カメラが適している。 第5図は、従来のイメージ管《こま撮り管》を用いた電
子式高速度カメラを示す断面図である。 まず、第5図に基づき、通常動作のイメージ管の構成と
動作を説明する。 第5図に示すように、観測対象物体1の光像が、光学レ
ンズ2により、イメージ管の光学窓3内面の光電面4に
結像されると、該光電面4から、この光像の形状、明る
さに対応して光電子が放出される。このため、観測対象
物体1の光像は、該光電面4のごく表面の真空中の光電
子像5に変換される。 変換された光電子像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光電子をもち、光
電子像5は、これらの光電子の個数の分布として規定さ
れる。 前記光電面4には、直流の負の高電圧(Vκ)が印加さ
れており、前記光電面4よりイメージ管内部方向に設け
られているメッシュ(加速)電極6には、直流の負の高
電圧だが、前記光電面4より正方向の電圧(Vm )が
印加されている。従って、前記光電子像5を形成してい
る光電子群は、前記充電面4とメッシュ電極6との間の
電位差により、メッシュ′R極6の方向に加速されて移
動し、メッシュ電極6を透過して集束電極107、アノ
ード108の方向へ進む。 該集束電極107には、光電面4より正方向よりの直流
の負の高電圧が印加されていると共に、前記アノード1
08には、OV(接地電位)が印加されているため、メ
ッシュ電極6を透過した光電子群は偏向電極1 09a
 ,1 09b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、1P
S(ピコ秒)より小さい時間間隔で、非常に高速に応答
して行われる。そのため、時々刻々、その各時間におけ
る形状、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、この光電子像を構成する光電子群
が次々とメッシュ電極6の方向に進んでいき、この結果
、光電子ビームが、光電面4からアノード108の方向
に、イメージ管の管軸に沿って発生する。 従って、この光電子ビームの前記管軸に垂直な各断面内
には、各時刻における光像の形状及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存在することになる
。又、前記管軸に沿って前記各所面を偏向電極109a
 、1091)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光像の二次元
情報が各断面に存在しており、これら二次元情報が順次
、偏向電極1 09a ,1 09bに流れ込んでいく
ことになる。 これらのことから、前記各断面の二次元情報を螢光面1
11の上に適当な間隔で、区別できるように、順次並べ
れば、複数個の時系列のこま擾り映像が得られることが
わかる。 なお、光電子群は、光電面4から放出されたときO〜数
eV程度の種々のエネルギーを有し、且つ光電面4に対
して種々の角度で放出される。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
上の任恩の点、例えば第5図において、光電子像5のA
点を形成している光電子群が、偏向電極109a、10
9bの方向に加速されるうちに広がってしまい、ボケで
しまうのではないかと言う疑問が生じる。 しかしながら、このように光電子のエネルギー及び進行
方向にバラツキがあっても、集束電極107に、光電面
4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、広がった光電子群を収束
させて、螢光面111の対応する点A′に収束させるこ
とができることから同題にはならない。なお、この光電
子像の結像の様子は第5図中に電子軌道を用いて示して
いる。螢光面111上の結像は、光電面4のA1B点の
光電子が、第5図中ρ、ρ′で示す光電子軌道を通り螢
光面111上のA’ 、B’点に対応して結像する。 イメージ管に通常の動作をさせるときには、1対の偏向
電極1 09a ,1 09bを接地電位《OV》にし
ておくので、該偏向電極109a,109bは、光電子
の軌道に影響を与えない。螢光面111に結像した光電
子群は、^速で該螢光面111を衝撃するので、発光が
生じ、入力光像に対応した出力映像が得られる。しかし
ながら、入力光像の変化が螢光而111の螢光材料の応
答速度を越えるときには、螢光面111に形成される幽
か重なってしまい、独立した画像として表示することが
できなくなる。従って、通常の動作の場合には、出力映
像の変化から入力光像の動き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。 次にこま踊り動作の説明をする。 こま撮りを行わない、通常の動作をイメージ管に行わせ
るときは、前述のように、光電面4に直流の負の轟電圧
(Vk )を常時印加し、偏向電極1 09a ,1 
09bにはOvを印加し、該偏向電極1 09a ,1
 09bが光電子の軌道に影響を与えないようにしてあ
る。一方、こま撮り動作のときには、光電面4と偏向電
極109a又は109bに印加する電圧を変化させて、
螢光面111上にこま撮り映像の出力像が得られるよう
にする。 第6図(A)にこま撮り動作時の光電面4の電圧を示し
、第6図(B)に当該電圧と同期する偏向電極109a
1109bに印加される偏向電圧を示す。 光電面4には、矩形波パルス列の電圧W1、偏向電極間
には階段状電圧W3が印加される。まず光電面4とメッ
シュ電極6の部分に注目する。 メッシュ電極6には、前述の通常の動作のときと同じ直
流の負の高電圧(vIm)が印加されている。第6図(
A)にはW 2 − V■として示す。 光’1而4にG.t、電圧Vk ’  (Vk ’ >
Ve )と電圧Vk  (Vk <Vs )の部分から
なる周期T2の矩形波パルス電圧W1が印加されている
。 メッシュ電極6の電圧W2(−Vl)と光電面4の電圧
W+  (Vk ’ >Vl>Vk ) ノIll係t
’1子式のシャツタ作用が行われる。 光電面4の電圧W+がVk’のときはメッシュ電極6の
電圧W2(=VII1)より高いので、充電面4の放出
した光電子がメッシュ電極6の電−位によって追い返さ
れてしまい、出力像は得られない。 光電面4の電圧W1がVkのときはメッシュ電極6の電
圧W2(−Vl)より低いので、光電面4の放出した光
電子がメッシュ電極6の電位によって加速され、集束電
極107の空間に放出ざれる。 光電面4の電圧W1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。イメージ管の場合は光では
なく光電子を扱うため、以下、この期間は露出時間と呼
ぶことにする。 又、前記電圧W1の矩形波パルス列の周期T2が露出間
隔(時系列的に得られるこま撮り映像の時間間隔》に相
当する。 一方の偏向電極109bについては、通常動作の時と同
じ、OV(接地電位)に保ち、伯方の偏向電極109a
については、第6図(B)に示す階段状波形の電圧W3
を印加する。 光電子ビームは偏向電極1 09a ,1 09b間を
通過する時、該偏向電極To 9 bの間の電圧(以下
、偏向電圧という》に比例して、偏向され、螢光而11
1に到達する。 ここで、第7図に3こま撮像の場合に得られる出力像の
位置関係を示す。 第6図(B)に示すように、偏向電圧としてVD+が印
加されているときく時刻t1〜t1′》には、偏向電極
109a ,109bの空間に到達した光像に対応する
光電子は、第7図の螢光面111の出力*(1)の示す
位置に結像させられる。 又、偏向電圧としてVD2 (−0)の印加ざれている
ときく時刻t2〜12′》には、偏向電極109a ,
1 09bの空間に到達した光像に対応する光電子は、
偏向されずに、第7図の螢光面111の出力像(2)の
示す位置に結像させられる。 又、偏向電圧としてVD3が印加されているとき(時刻
t3〜
[Field of Industrial Application] The present invention relates to an electronic high-speed time-lapse camera with short time intervals and high shutter speed, suitable for continuous photographing of objects, images, etc. whose shapes and brightness change rapidly. rPrior Art] In order to observe the temporal movement of a two-dimensional observation target,
A high-speed camera is used that captures multiple time-lapse images by operating the A-speed shutter at short time intervals. Such cameras include mechanical high-speed cameras that mechanically rotate optical elements such as mirrors and prisms at high speed to obtain multiple time-lapse images, and mechanical high-speed cameras that obtain multiple time-lapse images by mechanically rotating optical elements such as mirrors and prisms. Electronic high-speed cameras are known that capture images for only that amount of time. Generally speaking, the latter type of electronic high-speed camera provides shorter imaging intervals and faster shutter speeds than mechanical high-speed cameras; High-speed cameras are suitable. FIG. 5 is a sectional view showing an electronic high-speed camera using a conventional image tube (time-lapse tube). First, the structure and operation of the image tube in normal operation will be explained based on FIG. As shown in FIG. 5, when the optical image of the object to be observed 1 is formed by the optical lens 2 on the photocathode 4 on the inner surface of the optical window 3 of the image tube, the optical image is transmitted from the photocathode 4. Photoelectrons are emitted depending on the shape and brightness. Therefore, the optical image of the observation object 1 is converted into a photoelectron image 5 in vacuum of the very surface of the photocathode 4 . Each portion of the converted photoelectron image 5 has a number of photoelectrons proportional to the brightness of each portion of the photoelectron corresponding to that portion, and the photoelectron image 5 is defined as a distribution of the number of these photoelectrons. A negative high voltage (Vκ) of direct current is applied to the photocathode 4, and a negative high voltage of direct current is applied to the mesh (acceleration) electrode 6 provided toward the inside of the image tube from the photocathode 4. Regarding the voltage, a positive voltage (Vm) is applied from the photocathode 4. Therefore, the photoelectron group forming the photoelectron image 5 is accelerated and moves in the direction of the mesh'R pole 6 due to the potential difference between the charging surface 4 and the mesh electrode 6, and passes through the mesh electrode 6. and proceeds in the direction of the focusing electrode 107 and the anode 108. A negative high DC voltage from the positive direction is applied to the focusing electrode 107 from the photocathode 4, and the anode 1
Since OV (ground potential) is applied to 08, the group of photoelectrons transmitted through the mesh electrode 6 is deflected to the deflection electrode 1 09a.
, 1 09b. On the other hand, the conversion from an optical image to a photoelectron image at the photocathode 4 is performed by 1P
This is done with a very fast response time interval smaller than S (picoseconds). Therefore, photoelectron images corresponding to the shape and brightness of the optical image at each time are generated one after another on the surface of the photocathode 4, and the photoelectron groups constituting this photoelectron image move one after another in the direction of the mesh electrode 6. As a result, a photoelectron beam is generated along the tube axis of the image tube in the direction from the photocathode 4 to the anode 108. Therefore, in each cross section of the photoelectron beam perpendicular to the tube axis, two-dimensional information about the shape and brightness of the optical image at each time is converted into a spatial density of photoelectrons and exists. Further, deflection electrodes 109a are attached to the various surfaces along the tube axis.
, 1091) toward the photocathode 4 side, two-dimensional information of the optical image at each time exists in each cross-section sequentially from earlier to later times, and these two-dimensional information It will sequentially flow into the deflection electrodes 1 09a and 1 09b. From these facts, the two-dimensional information of each cross section is
It can be seen that if they are arranged sequentially on top of 11 at appropriate intervals so that they can be distinguished, a plurality of time-series frame-by-frame images can be obtained. Note that the photoelectron group has various energies of about 0 to several eV when emitted from the photocathode 4, and is emitted at various angles with respect to the photocathode 4. Although this energy is lower than the energy obtained when the electron group is accelerated to the anode 108, for example, about 10 keV, the photocathode 4
For example, in FIG. 5, A of the photoelectron image 5
A group of photoelectrons forming a point is connected to the deflection electrodes 109a, 10
The question arises as to whether or not it will spread out as it accelerates in the direction of 9b, resulting in a blurred image. However, even if there are variations in the energy and traveling direction of the photoelectrons, an appropriate voltage higher than the voltage on the photocathode 4 is applied to the focusing electrode 107 to form an electron lens in this part. Since the spread photoelectron group can be converged to the corresponding point A' on the fluorescent surface 111, the same problem does not arise. The formation of this photoelectron image is shown in FIG. 5 using electron trajectories. Image formation on the fluorescent surface 111 is such that photoelectrons at point A1B of the photocathode 4 pass along photoelectron trajectories indicated by ρ and ρ' in FIG. 5, corresponding to points A' and B' on the fluorescent surface 111. Form an image. When the image tube is operated normally, the pair of deflection electrodes 109a and 109b are kept at ground potential (OV), so that the deflection electrodes 109a and 109b do not affect the trajectory of photoelectrons. The group of photoelectrons focused on the fluorescent surface 111 impacts the fluorescent surface 111 at a speed of 1, so that light is emitted and an output image corresponding to the input optical image is obtained. However, when the change in the input light image exceeds the response speed of the fluorescent material of the fluorescent surface 111, the images formed on the fluorescent surface 111 will overlap, making it impossible to display them as independent images. Therefore, in normal operation, the range in which the movement of the input light image can be observed from changes in the output image is limited by the characteristics of the fluorescent material and the responsiveness of the eye. Next, I will explain the spinning top dance movement. When the image tube performs normal operation without taking time-lapse images, as described above, a DC negative roaring voltage (Vk) is constantly applied to the photocathode 4, and the deflection electrodes 109a, 1
Ov is applied to 09b, and the deflection electrodes 1 09a , 1
09b is designed not to affect the trajectory of photoelectrons. On the other hand, during the time-lapse operation, the voltage applied to the photocathode 4 and the deflection electrode 109a or 109b is changed,
An output image of a stop-motion image is obtained on the fluorescent surface 111. FIG. 6(A) shows the voltage of the photocathode 4 during the time-lapse operation, and FIG. 6(B) shows the deflection electrode 109a synchronized with the voltage.
The deflection voltage applied to 1109b is shown. A voltage W1 of a rectangular wave pulse train is applied to the photocathode 4, and a stepped voltage W3 is applied between the deflection electrodes. First, attention will be paid to the photocathode 4 and the mesh electrode 6. The same negative high DC voltage (vIm) as in the normal operation described above is applied to the mesh electrode 6. Figure 6 (
In A), it is shown as W2-V■. Light '1 and 4 G. t, voltage Vk'(Vk'>
A rectangular wave pulse voltage W1 with a period T2 consisting of a voltage Vk (Vk < Vs) and a voltage Vk (Vk < Vs) is applied. The voltage W2 (-Vl) of the mesh electrode 6 and the voltage W+ of the photocathode 4 (Vk'> Vl > Vk)
'One-child type shatter action is performed. When the voltage W+ of the photocathode 4 is Vk', it is higher than the voltage W2 (=VII1) of the mesh electrode 6, so the photoelectrons emitted by the charging surface 4 are repelled by the potential of the mesh electrode 6, and the output image is I can't get it. When the voltage W1 of the photocathode 4 is Vk, it is lower than the voltage W2 (-Vl) of the mesh electrode 6, so the photoelectrons emitted from the photocathode 4 are accelerated by the potential of the mesh electrode 6 and are emitted into the space of the focusing electrode 107. It will be done. The period T1 during which the voltage W1 of the photocathode 4 is Vk corresponds to the exposure time of a normal camera. In the case of an image tube, since photoelectrons are used instead of light, this period will be referred to as exposure time hereinafter. Further, the period T2 of the rectangular wave pulse train of the voltage W1 corresponds to the exposure interval (time interval of time-lapse images obtained chronologically). Regarding one deflection electrode 109b, OV( ground potential), and the deflection electrode 109a
For voltage W3 of the stepped waveform shown in FIG. 6(B),
Apply. When the photoelectron beam passes between the deflection electrodes 109a and 109b, it is deflected in proportion to the voltage between the deflection electrodes To9b (hereinafter referred to as deflection voltage), and the fluorescent light 11
Reach 1. Here, FIG. 7 shows the positional relationship of output images obtained in the case of three-frame imaging. As shown in FIG. 6(B), at times t1 to t1' when VD+ is applied as the deflection voltage, the photoelectrons corresponding to the optical images reaching the space between the deflection electrodes 109a and 109b are An image is formed at the position indicated by the output *(1) of the fluorescent surface 111 in FIG. Further, at times t2 to 12' when VD2 (-0) is not applied as the deflection voltage, the deflection electrodes 109a,
The photoelectrons corresponding to the optical image that reached the space of 109b are
Without being deflected, it is imaged at the position shown by the output image (2) of the fluorescent surface 111 in FIG. Also, when VD3 is applied as the deflection voltage (from time t3 to

【3 )には、偏向電極109の空間に到達した
光像に対応する光電子は、第7図の螢光面111の出力
像3の示す位置に結像させられる。 以上のような光電子の結像による出力像は、例えばこれ
らの配列が始まる時から終わる時まで、シャツタを開放
にした第5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光時
間と同じ重要な意味を持ち、光像の変化する時間に比較
して露出時間T1が大きすぎると、前記同期T2の期間
は螢光面111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って
しまい、映像がボケでしまう。 又露出時間T1が小さすぎると、螢光面111上の発光
は、ほんの一瞬であとの光情報を持つ光電子の供給が遮
断されてしまうことから、出力映像が暗くなってしまう
。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、大きな露出時間T1を選ぶ。 換言すれば、そのように選ばれた露出時間T1の間は入
力光像は略静止している。 偏向電極109a ,109bは、各々の露出時間に対
応する光電子像を螢光面111上に配列する役割を持っ
ている.露出時間T1の間は、光電子ビームを螢光面上
の同じ位置に流入させるために偏向電圧は、少なくとも
その期間一定でなくてはならない。 写真11Ei113は、螢光而111の発光による出力
像をフイルム上に記録する。この例では3こまの出力像
が記録される。 【発明が達成しようとする課題】 前記のように従来の電子式高速こま撮りカメラは、光学
的装置では実現できない高速こま穎りを実現できるが、
このカメラにも以下のような限界がある。 即ち、露出時間T1が数10nS(ナノ秒)以下のよう
に非常に小さいときは、第6図に示したような立も上り
、立ち下がりのシャープな波形の電圧W1ではなく、第
8図に示す波形のようになまった波形の電圧W4が、光
電面4に印加されてしまう。 光電子ビームは、光電面4の電圧がメッシュ電極6の電
圧より負方向にあればメッシュ電極を通過し、螢光面を
発光させる。従って、第8図からわかるように、光電面
4の電圧が(Vk )に等しくなく、波形の途中の傾斜
部分に相当する電圧の時にも、螢光而111を発光させ
る。又、集束電極107は光電面4の電位がVkに等し
い時のみ、螢光面上に、光電子像を正しく結像させ、そ
れ以外の時はボケさせてしまう。 よって、第8図のような波形の電圧W4では出力像はボ
ケでしまうことになる。 又、このようななまった波形でさえ、その電圧W4には
数10〜数i oovの振幅が必要である。 そのため、露出時間T1が数1Qnsより小さいときに
は、第6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。 従って、従来の光電面4にパルス電圧を印加してシャツ
タ動作を行わせる高速コマ撮りカメラには、短い露出時
間の場合ボケが生じることを防止できないという問題点
があった。 なお、いわゆるシャツタイメージ管の一種にマイクロチ
ャンネルプレート(以下、MCPと略記する)に短いパ
ルス電圧を加えてシャツタ動作を行わせ、数100S以
下の非常に短い露出時間の像を得ているものがある。こ
のシャツタイメージ管の一例を第9図に示す。第9図の
シャツタイメージ管は螢光面111上にxmmを結像す
るため、MCP212で高速シャツタ動作させるもので
ある。当該MCP212はAu又はCs Iからなる光
電面214を有し、拡大して示すと第9図(B)に示す
ようになる。なお、第9図(A)、(B)中符号216
、218は出側、入側電極、219はBeからなる窓で
ある。 前記MCP212をシャツタ動作させる際には、第9図
中に記載するように、MCP212の出力側の電極21
6に十極性のパルス電圧を印加し、このパルス電圧が印
加されている間だけ、該MCP212の入力側充電面2
14から放出された光電子像が該MCP212で増倍さ
れ出力側に出てくる。一方、前記電極216に電圧が印
加されていないときには該MCP212から出力はない
。 しかしながら、第9図に示すような従来のシャツタイメ
ージ管は、速いシャツタスピードが得られるが、一枚の
光電子像しか得られず、連続的に変化する像をこま撮り
できないため、観測対象物の変化状態を知ることができ
ないものであった。 本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたもので、
MCPにパルス電圧を印加することにより、高速のシャ
ツタ作用が行われることを利用して、非常に短い露出時
間でも出力像にボケが生じることなく高速こま撮りでき
る、高速こま撮りカメラを提供することを課題とする。
In (3), the photoelectrons corresponding to the optical image reaching the space of the deflection electrode 109 are imaged at the position indicated by the output image 3 of the fluorescent surface 111 in FIG. The output image formed by the photoelectron imaging as described above is recorded by an optical camera 113 shown in FIG. 5 with the shutter open, for example, from the time when these arrays start to the time when they end. The above-mentioned exposure time T1 has the same important meaning as the exposure time in the case of a normal optical camera, and if the exposure time T1 is too long compared to the time when the light image changes, the period of the synchronization T2 will be interrupted by fluorescence. Since the light image corresponding to the input light image continues to be emitted at the same position on the surface 111, the moving light images overlap, resulting in a blurred image. If the exposure time T1 is too short, the light emitted on the fluorescent surface 111 will be interrupted in just a moment, and the supply of photoelectrons carrying optical information will be cut off, resulting in a dark output image. For this reason, a long exposure time T1 is usually selected, taking into consideration the rate of change of the input light image, as long as the image does not become blurred. In other words, the input light image remains substantially stationary during the exposure time T1 selected in this way. The deflection electrodes 109a and 109b have the role of arranging photoelectron images corresponding to respective exposure times on the fluorescent surface 111. During the exposure time T1, the deflection voltage must remain constant at least for that period of time in order to cause the photoelectron beam to flow into the same location on the phosphor surface. In the photograph 11Ei 113, an output image produced by the light emitted from the fluorescent light 111 is recorded on a film. In this example, three frames of output images are recorded. [Problems to be achieved by the invention] As mentioned above, conventional electronic high-speed time-lapse cameras can achieve high-speed time-lapse photography that cannot be achieved with optical devices;
This camera also has the following limitations. That is, when the exposure time T1 is very small, such as several tens of nanoseconds (nanoseconds) or less, the voltage W1 shown in FIG. 8 does not have a sharp rising and falling waveform as shown in FIG. A voltage W4 having a distorted waveform as shown is applied to the photocathode 4. If the voltage on the photocathode 4 is more negative than the voltage on the mesh electrode 6, the photoelectron beam passes through the mesh electrode and causes the fluorescent surface to emit light. Therefore, as can be seen from FIG. 8, even when the voltage of the photocathode 4 is not equal to (Vk) and corresponds to a slope part in the middle of the waveform, the fluorescent light 111 is caused to emit light. Further, the focusing electrode 107 correctly forms a photoelectron image on the fluorescent surface only when the potential of the photocathode 4 is equal to Vk, and blurs it otherwise. Therefore, if the voltage W4 has a waveform as shown in FIG. 8, the output image will be blurred. Furthermore, even with such a corrupted waveform, the voltage W4 requires an amplitude of several tens to several i oov. Therefore, when the exposure time T1 is shorter than several Qns, it is impossible to construct a circuit that generates an ideal voltage as shown in FIG. Therefore, the conventional high-speed time-lapse camera that performs shutter motion by applying a pulse voltage to the photocathode 4 has a problem in that blurring cannot be prevented when the exposure time is short. A type of so-called shatter image tube is one that applies a short pulse voltage to a microchannel plate (hereinafter abbreviated as MCP) to perform shatter motion, and obtains an image with an extremely short exposure time of several hundred seconds or less. There is. An example of this shatter image tube is shown in FIG. The shatter image tube shown in FIG. 9 forms a xmm image on the fluorescent surface 111, and is operated by an MCP 212 at high speed. The MCP 212 has a photocathode 214 made of Au or CsI, as shown in FIG. 9(B) when enlarged. In addition, the code 216 in FIGS. 9(A) and (B)
, 218 are output side and input side electrodes, and 219 is a window made of Be. When operating the MCP 212 in a shutter operation, as shown in FIG.
6, and only while this pulse voltage is applied, the input side charging surface 2 of the MCP 212
A photoelectron image emitted from the MCP 212 is multiplied by the MCP 212 and appears on the output side. On the other hand, when no voltage is applied to the electrode 216, there is no output from the MCP 212. However, although the conventional shatter image tube shown in Figure 9 can obtain a fast shatter speed, it can only obtain a single photoelectron image and cannot capture continuously changing images. It was impossible to know the state of change of things. The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and
To provide a high-speed time-lapse camera capable of taking high-speed time-lapse images without blurring an output image even with a very short exposure time by utilizing the high-speed shutter effect produced by applying a pulse voltage to an MCP. The task is to

【i!題を達成するための手段1 本発明は、高速こま撮りカメラにおいて光学窓、該光学
窓の管内表面に付着した光電面、集束電極、陽極、偏向
電極、マイクロチャンネルプレート(MCP)、出力窓
の管内表面に付着した螢光面及び出力窓を有するこま撮
り管と、該こま撮り管を駆動するための直流高圧電源と
、前記偏向電極に、偏向電圧を印加するための偏向電圧
発生源と、前記マイクロチャンネルプレートにパルス電
圧を印加するためのパルス電圧発生源からなる構成で、
前記充電面上に結像された光像を光電子像に変換し、該
光電子像を、前記集束電極でマイクロチャンネルプレー
ト上に再結像させると共に、偏向電極でマイクロチャン
ネルプレート入力面上に時系列に前記光電子像を配列し
、各光電子像がマイクロチャンネルプレート入力面上に
配列されたタイミングに合わせて、前記パルス電圧発生
源からマイクロチャンネルプレートにパルス電圧を加え
て活性状態にし、前記出力螢光面上に複数枚の出力像を
得るための手段とを備えたことにより、前記課題を達成
したものである。 又、本発明においては、前記偏向電圧発生源とパルス電
圧発生源を適当なタイミングで起動させることができる
。 又、本発明においては、前記マイクロチャンネルプレー
トを1又は2以上の出力像に対応して複数設けてもよい
。 【発明の作用】 本発明においては、こま撮りカメラにおいて、こま撮り
管の光電面上に結像された光像を光電子像に変換し、当
該光電子像を集束電橿でMCP入力面上に再結像すると
共に、偏向電極でMCP入力面上に、時系列に、その光
電子像を配列し、各光電子像がMCP入力面上に配列さ
れたタイミングに合せて該MCPにパルス電圧を加えて
活性状態にし、螢光面上に複数枚の出力像を得る。 従って、MCPにパルス電圧を印加して高速にシャツタ
作用を行わせるよことができるため、シャツタ作用を行
う電圧波形になまりが存在していても、次の理由から、
集束電極等の電子レンズで生じる像にボケは実質的にな
く、高解像度の出力像を高速仁ま撮りすることができる
。 即ちMCPのシャツタ作用は、第3図に示すようにMC
Pの電子増倍率が当該MCPに印加される電圧に依存し
て大きく変化するため生じるものである。例えば、MC
Pへの印加電圧が、Ovでは電子増倍率は1以下の10
’であり、一方700vでは500倍と変化している。 従って、Qvは実質的にOFF状態といえ、電圧がQv
から大きくなるに従って急激に増倍率は大きくなりON
状態となる。 又、例えば、電子式シャツタの露出時間が10nsとい
うように短い場合は、MCPに入力されるパルス電圧の
波形は理想的な矩形波からなまったものとなるが、螢光
面には例えば+5kvの正の高電圧が印加されていると
共に、MCP出力面と螢光面間は近接しているので、M
CP出力面に印加しているパルス電圧の立上り又は立下
り中にMCPから放出される増倍電子が存在していても
ζ出力像にボケは発生しない。 なお、前記偏向電圧発生源とパルス電圧発生源を適当な
タイミングで起動させれば、確実にこま撮りされた複数
の出力像を得ることができる。 又、前記マイクロチャンネルプレートを1又は2以上の
出力像に対応して複数設ければ、後に詳述するように、
高価な大きなMCPを使用しないで済み、MCPに印加
する電圧波形のなまりが小さくなり、バックグラウンド
ノイズが生じることがない。
[i! Means for Accomplishing the Problem 1 The present invention provides a high-speed time-lapse camera that includes an optical window, a photocathode attached to the inner surface of the optical window, a focusing electrode, an anode, a deflection electrode, a microchannel plate (MCP), and an output window. a time-lapse tube having a fluorescent surface and an output window attached to the inner surface of the tube; a DC high-voltage power source for driving the time-lapse tube; and a deflection voltage generation source for applying a deflection voltage to the deflection electrode; A configuration consisting of a pulse voltage generation source for applying a pulse voltage to the microchannel plate,
The optical image formed on the charging surface is converted into a photoelectron image, and the photoelectron image is reimaged on the microchannel plate by the focusing electrode and time-series on the input surface of the microchannel plate by the deflection electrode. The photoelectron images are arranged on the input surface of the microchannel plate, and in accordance with the timing when each photoelectron image is arranged on the input surface of the microchannel plate, a pulse voltage is applied from the pulse voltage generation source to the microchannel plate to activate it, and the output fluorescence is activated. The above object has been achieved by providing means for obtaining a plurality of output images on a surface. Further, in the present invention, the deflection voltage generation source and the pulse voltage generation source can be activated at appropriate timing. Further, in the present invention, a plurality of the microchannel plates may be provided corresponding to one or more output images. [Operation of the invention] In the present invention, in a time-lapse camera, an optical image formed on the photocathode of a time-lapse tube is converted into a photoelectron image, and the photoelectron image is reproduced on the MCP input surface using a focusing rod. At the same time as imaging, the photoelectron images are arranged in time series on the MCP input surface using a deflection electrode, and a pulse voltage is applied to the MCP at the timing when each photoelectron image is arranged on the MCP input surface to activate it. to obtain a plurality of output images on the fluorescent surface. Therefore, since it is possible to apply a pulse voltage to the MCP to cause the shatter action to occur at high speed, even if there is an rounding of the voltage waveform that causes the shatter action, for the following reason,
There is virtually no blur in images generated by electron lenses such as focusing electrodes, and high-resolution output images can be captured at high speed. That is, the shatter effect of MCP is as shown in Fig. 3.
This occurs because the electron multiplication factor of P varies greatly depending on the voltage applied to the MCP. For example, M.C.
When the voltage applied to P is Ov, the electron multiplication factor is less than 1, 10
', and on the other hand, at 700v, it changes 500 times. Therefore, Qv can be said to be in a substantially OFF state, and the voltage Qv
As the value increases, the multiplication rate increases rapidly and turns ON.
state. For example, if the exposure time of the electronic shutter is short, such as 10 ns, the waveform of the pulse voltage input to the MCP will be distorted from the ideal rectangular wave, but there is a +5 kV waveform on the fluorescent surface. Since a positive high voltage is applied and the MCP output surface and the fluorescent surface are close to each other, the M
Even if there are multiplied electrons emitted from the MCP during the rise or fall of the pulse voltage applied to the CP output surface, no blurring occurs in the ζ output image. Incidentally, by activating the deflection voltage generation source and the pulse voltage generation source at appropriate timing, it is possible to reliably obtain a plurality of frame-by-frame output images. Furthermore, if a plurality of microchannel plates are provided corresponding to one or more output images, as will be described in detail later,
There is no need to use an expensive and large MCP, the rounding of the voltage waveform applied to the MCP is reduced, and background noise does not occur.

【実施例】【Example】

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。 まず第1実施例について説明する。 この第1実施例は、第1図に示すような構成の高速こま
撮りカメラであり、該高速こま撮りカメラには、偏向電
極1 09a 、1 09bに階段状電圧を印加するた
め階段状偏向電圧発生源220と、MCP (マイクロ
チャンネルプレート》212にパルス電圧を印加するた
めのパルス電圧発生源222と、前記偏向電圧発生源2
20及びパルス電圧発生源222を所望のタイミングで
起動させて螢光面111上に複数個の出力像を得るよう
にするだめの、ハーフミラー224、レンズ226、P
INフオトダイオード228及び遅延回路230からな
るトリガ信号発生部232とが備えられる。なお、第1
図において、符号234は、前記偏向電圧発生源220
から出力されるトリガ信号を所定時間遅延させて前記パ
ルス電圧発生源222に伝達するための第2の遅延回路
、236は、光電面4、メッシュ電極6、集束電極10
7、!光面111に直流高電圧を印加するための直流高
圧電源である。又、その他の構成は、前出第5図に示し
た従来の電子式高速カメラ及び前出第9図に示したMC
Pと略同様であるため、同様の部分に同一の番号を付し
てその説明を略す。 以下、第1実施例の作用を説明する。 電子式のシャツタ動作を実珊するために、前出第5図に
示した従来の高速カメラにおいては、光電面4に前出第
6図(A)に示したようなシャツタ電圧を印加していた
のに対して、この実施例においては、光電面14にシャ
ツタ電圧を印加せず、MCPにパルス電圧を印加してシ
ャツタ動作を行わせている。本実施例においては、この
シャツタ動作以外の動作は前出第5図の&速カメラと同
様である。 第1図の第1実施例に係る^速こま撮りカメラにおいて
は、直流高圧電流236から光電面4に−iQkv,当
該光電面4に接近して設けられたメッシュ電極6に−8
,5kv、集束電極107に−8.7kvがそれぞれ印
加されており、陽極(アノード)108はOv  (接
地電位)とされている。 まず、偏向電極1 09a .1 09bの間に電圧が
印加されていない状態においては、前記第5図の菖速カ
メラと同様に、観察対象物体1がレンズ2により光学窓
3を介して光電面4上に結像されると、該充電面4より
、その結像に対応して光電子像が放出される。この放出
された該光電子像をMCP212の入力面上に再結像さ
せる。 又、前記偏向電極109a ,109bには第2図(B
)に示すような階段状電圧を偏向電圧発生源220から
供給して、第1図中に符号《1)〜(3)で示すように
、光電子像をMCP212人力面上に配列させる。 ここでに前記MCP212に電圧を印加しなければ、M
CP212はシャツタ動作を行ず、MCP212人力面
上に光電子像が時系列に配列されていても、出力鍮は得
られない。そこで、偏向電極1 09a 11 09b
に第2図<8>に示すような階段状の電圧を印加するに
際して、当該印加電圧が平坦となっている時間T2(%
施例では1000S)間に、半値幅lQns、ピーク電
圧+700Vのパルス電圧をパルス電圧発生源222か
ら、第2図(A)に示すタイミングでMCP出力電極2
16に供給する。これにより、当該パルス電圧が印加さ
れている時間に対応して、前出第9図(B)に示したM
CP入力面214に配分された光電子像が倍増され、M
CP212の出力側より放出される。以上のようにして
電子式のシャツタ動作が行われたことになる。 一方、螢光面111には、直流^圧電源236より+5
kvの直流電圧が供給されているため、MCP212の
出力側より放出された、増倍された光電子流は螢光面1
11に流入して発光を生じ、出力像が形成される。 従って、第2図(B)に示すような電圧を偏向電極10
9a ,109bに印加するのに同期してMCP212
に第2図(A)のパルス電圧を印加すれば、3つの出力
像が得られる。 なお、前記MCP212のシャツタ作用は、第3図に示
すように、MCP212の電子増倍率が当該MCP21
2に印加される電圧に依存して大きく変化するため生じ
るものである。例えば、MCP212への印加電圧が、
Ovでは電子増倍率は1以下の10゛2であり、一方7
00vでは500倍と変化している。従って、Ovは実
質的にOFF状態といえ、電圧がQvから大きくなるに
従って急激に増倍率は大きくなりON状態となる。 又、前記MCP212でシャツタ動作をさせている場合
にも、露光時間が10nsという短い場合には、前出第
8図(A)に示した光電面へのパルス電圧と同様にMC
P212へのパルス電圧の波形は、理想的な矩形波から
なまったものとなる。 しかるに、螢光面111には+5kvの高電圧が印加さ
れていると共に、MCP2 1 2出力面と螢光面11
1間は近接しているため、MCP212出力面に印加し
ているパルス電圧の立上り又は立下り中にMCP212
から放出される増倍電子が存在していたとしても、螢光
面111に得られる出力像にボケは発生しない。 高速で変化する物体のどの時刻における像を観察するか
は、高速こま撮りカメラに必要不可欠な機能である。こ
の機能を達成するために、実施例では、トリガ信号発生
部232から前記偏向電圧発生源220を所望のタイミ
ングで起動させるトリガ信号を入力すると共に、該偏向
電圧発生源220を介して伝達されるトリガ信号を第2
の遅延回路234で遅延させてパルス電圧発生1[12
22に入力するようにして、MCP212の入力面上に
各光電子像が配列されるタイミングに合せて、MCP2
12にパルス電圧を印加し、螢光面111上に複数《実
施例では3つ》の出力像を得るようにしている。なお、
観察対象物体1が電気信号により高速の変化を生じるも
のである場合には、光の一部をハーフミラ224より取
入れて前記トリガ信号発生部232でトリガ信号とする
他に、直接前記電気信号をトリガ信号として使用し前記
偏向電圧発生源220やパルス電圧発生源222を起動
させることができる。 次に、本発明の第2の実施例について説明する。 この第2実施例は、前記第1実施例において用いた1枚
のMCPの代わりに、第4図に示すように、小さなMC
Pを各出力像に対応して設けたものである。 この第2実施例においては、出力像を3つ得るため、M
CPは、図中符号212A12128.2120で示す
ように3個設けられており、これら各MCP21 2A
,21 2B、212Cには、それぞれ階段状偏向電圧
発生源220から伝達されるトリガ信号を遅延させて伝
達する遅延回路234A.234B.234Cと、伝達
されたトリガ信号によりそれぞれのMCP21 2A,
21 2B、212Cにパルス電圧を印加するためのバ
ルス電圧発生源222A1222B,222Gが設けら
れており、これらパルス電圧発生11222A、222
B、222CのそれぞれがMCP212A、21281
212Cのシャツタタイミングを制御して出力像を螢光
面上に形成する。 この第2実施例では、小さなMCPを使用していて、第
1実施例の如く高価となる大きなMCPを使用しないで
すみ経済的である。又、小,ざなMCPは大きなMCP
より浮遊容iが小さいため、MCPに印加する電圧波形
のなまりが小さくなる。 電圧波形になまりが存在しても出力像にボケが生じない
ことは本発明により達成できるが、なまりを小さくすれ
ば更に露出時間を小さくできるため高速こま撮りを更に
高速に行う際等に第2実施例を採用するのが望ましい。 前記第1実施例においては、第1図に示すように、位置
の異なる3つの出力像を得るのに3回MCPがON状態
となり、例えば符号(1)の場所に着目すれば、確かに
光電面の像は1回しかその位置に結像せず、他の2回は
符号(2)、(3)の位置に移動して光電面4からの光
電子は衝突しないが、迷光により集束電極107から放
出される電子や光電面4の有光面以外から迷光により放
出される電子が、少ないとはいえ存在する。このバック
グラウンドの電子がMCP212がONとなったとき増
倍されて出力面上に発光を生じ、ノイズの原因となる。 これに対して、この第2実施例は光電子像が結像される
タイミングに合せて各MCPが1回だけONとなるもの
で、そのようなバックグラウンド電子によるノイズが生
じることがないという長所を有する。 なお、前記第1、第2実施例では、光電子の集束方式と
して集束電極107が用いられる静電集束方式を採用し
ていたが、本発明を実施するこま撮り管はこのような構
成に限定されず、例えば、集束コイルを用いた電磁集束
方式を採用しても実施可能である。 又、前記第1、第2実施例のこま撮り管ではメッシュ電
極6を用いていたが、本発明を実施する場合このメッシ
ュ電極は必ずしも必要ではない。 【発明の効果1 以上説明した通り、本発明によれば、高速こま撮りカメ
ラで高速のシャツタ作用を行わせるのにMCPにパルス
電圧を印加する方式を採用しているため、シャツタ作用
を行う電圧波形になまりが存在していても、当該なまり
により電子光学レンズで生じる像のボケが実質的になく
、高解像度の出力像を得て高速こま躇りを可能にすると
いう優れた効果が得られる。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. First, a first example will be described. This first embodiment is a high-speed time-lapse camera configured as shown in FIG. a generation source 220, a pulse voltage generation source 222 for applying a pulse voltage to the MCP (microchannel plate) 212, and the deflection voltage generation source 2.
20 and the pulse voltage generation source 222 at a desired timing to obtain a plurality of output images on the fluorescent surface 111, a half mirror 224, a lens 226, and P.
A trigger signal generating section 232 consisting of an IN photodiode 228 and a delay circuit 230 is provided. In addition, the first
In the figure, reference numeral 234 indicates the deflection voltage generation source 220.
A second delay circuit 236 delays the trigger signal output from the pulse voltage source 222 by a predetermined time and transmits the delayed trigger signal to the pulse voltage generation source 222.
7,! This is a DC high voltage power supply for applying a DC high voltage to the optical surface 111. Other configurations include the conventional electronic high-speed camera shown in Figure 5 above and the MC shown in Figure 9 above.
Since it is substantially the same as P, the same parts are given the same numbers and the explanation thereof will be omitted. The operation of the first embodiment will be explained below. In order to perform the electronic shutter operation, in the conventional high-speed camera shown in FIG. 5 above, a shutter voltage as shown in FIG. 6 (A) above is applied to the photocathode 4. On the other hand, in this embodiment, the shutter voltage is not applied to the photocathode 14, but a pulse voltage is applied to the MCP to perform the shutter operation. In this embodiment, the operations other than this shutter operation are the same as the & speed camera shown in FIG. 5 above. In the fast time-lapse camera according to the first embodiment shown in FIG.
, 5kv and -8.7kv are applied to the focusing electrode 107, respectively, and the anode 108 is set to Ov (ground potential). First, the deflection electrode 109a. When no voltage is applied between 1 and 09b, the object to be observed 1 is imaged by the lens 2 through the optical window 3 onto the photocathode 4, similar to the columnar camera shown in FIG. Then, a photoelectron image is emitted from the charging surface 4 in response to the image formation. The emitted photoelectron image is re-imaged onto the input surface of the MCP 212. Further, the deflection electrodes 109a and 109b are shown in FIG.
) is supplied from the deflection voltage generation source 220, and photoelectron images are arranged on the manual surface of the MCP 212 as shown by symbols <<1> to (3) in FIG. If no voltage is applied to the MCP 212 at this point, the M
The CP212 does not perform a shutter operation, and even if the photoelectron images are arranged in chronological order on the MCP212 manual surface, no output brass is obtained. Therefore, deflection electrode 1 09a 11 09b
When applying a stepped voltage as shown in Fig. 2 <8>, the time T2 (%) during which the applied voltage is flat is
In the example, a pulse voltage with a half-width lQns and a peak voltage of +700V is applied from the pulse voltage generation source 222 to the MCP output electrode 2 at the timing shown in FIG.
16. As a result, M
The photoelectron image distributed on the CP input surface 214 is doubled, and the M
Emitted from the output side of CP212. The electronic shutter operation is performed in the manner described above. On the other hand, the fluorescent surface 111 is supplied with +5
Since a DC voltage of kv is supplied, the multiplied photoelectron current emitted from the output side of MCP 212 is transmitted to the fluorescent surface 1.
11 to generate light emission and form an output image. Therefore, a voltage as shown in FIG. 2(B) is applied to the deflection electrode 10.
9a, 109b, MCP212
By applying the pulse voltage shown in FIG. 2(A) to , three output images are obtained. Note that the shatter effect of the MCP 212 is such that the electron multiplication factor of the MCP 212 is as shown in FIG.
This occurs because the voltage varies greatly depending on the voltage applied to the voltage. For example, the voltage applied to the MCP212 is
In Ov, the electron multiplication factor is 10゛2, which is less than 1, while 7
At 00v, the change is 500 times. Therefore, Ov can be said to be substantially in an OFF state, but as the voltage increases from Qv, the multiplication factor rapidly increases and becomes an ON state. Also, when the MCP 212 is used for shutter operation, if the exposure time is as short as 10 ns, the pulse voltage applied to the photocathode as shown in FIG.
The waveform of the pulse voltage applied to P212 is rounded from an ideal rectangular wave. However, a high voltage of +5kv is applied to the fluorescent surface 111, and the MCP2 1 2 output surface and the fluorescent surface 11
1 are close to each other, so during the rise or fall of the pulse voltage applied to the MCP212 output surface, the MCP212
Even if there are multiplied electrons emitted from the fluorescent surface 111, no blurring will occur in the output image obtained on the fluorescent surface 111. Observing the image of a rapidly changing object at which time is an essential function of a high-speed time-lapse camera. In order to achieve this function, in the embodiment, a trigger signal for activating the deflection voltage generation source 220 at a desired timing is input from the trigger signal generation section 232, and the trigger signal is transmitted via the deflection voltage generation source 220. Trigger signal to 2nd
The delay circuit 234 delays the pulse voltage generation 1[12
22, the MCP 212
A pulse voltage is applied to 12 to obtain a plurality of (three in the embodiment) output images on the fluorescent surface 111. In addition,
If the object 1 to be observed is one that causes high-speed changes due to electrical signals, in addition to taking in a part of the light from the half mirror 224 and using it as a trigger signal in the trigger signal generation section 232, it is also possible to directly trigger the electrical signal. It can be used as a signal to start the deflection voltage generation source 220 and the pulse voltage generation source 222. Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this second embodiment, instead of one MCP used in the first embodiment, a small MC is used as shown in FIG.
P is provided corresponding to each output image. In this second embodiment, in order to obtain three output images, M
Three CPs are provided as shown by the reference numerals 212A12128.2120 in the figure, and each of these MCP21 2A
, 212B, and 212C, delay circuits 234A. 234B. 234C, and each MCP21 2A by the transmitted trigger signal,
21 2B, 212C are provided with pulse voltage generation sources 222A1222B, 222G for applying pulse voltages, and these pulse voltage generation sources 11222A, 222
B and 222C are MCP212A and 21281, respectively.
The output image is formed on the fluorescent surface by controlling the shutter timing of 212C. This second embodiment uses a small MCP and is economical because it does not use a large and expensive MCP as in the first embodiment. Also, small and large MCPs are large MCPs.
Since the floating capacitance i is smaller, the rounding of the voltage waveform applied to the MCP becomes smaller. Although it is possible with the present invention to avoid blurring of the output image even if there is an rounding in the voltage waveform, if the rounding is made smaller, the exposure time can be further reduced. It is desirable to adopt the example. In the first embodiment, as shown in FIG. 1, the MCP is turned on three times to obtain three output images at different positions. For example, if we focus on the location (1), it is clear that the photoelectric The surface image is focused on that position only once, and the other two times it moves to the positions (2) and (3), and the photoelectrons from the photocathode 4 do not collide, but the stray light causes the focusing electrode 107 There are electrons emitted from the photocathode 4 and electrons emitted by stray light from areas other than the light-emitting surface of the photocathode 4, although they are small. When the MCP 212 is turned on, these background electrons are multiplied and emit light on the output surface, causing noise. In contrast, the second embodiment has the advantage that each MCP is turned ON only once in synchronization with the timing at which a photoelectron image is formed, so that such background electron noise does not occur. have In addition, in the first and second embodiments, an electrostatic focusing method using the focusing electrode 107 was adopted as a method for focusing photoelectrons, but the stop-motion tube implementing the present invention is limited to such a configuration. For example, it is also possible to use an electromagnetic focusing method using a focusing coil. Further, although the mesh electrode 6 was used in the stop-motion tubes of the first and second embodiments, this mesh electrode is not necessarily required when carrying out the present invention. Effects of the Invention 1 As explained above, according to the present invention, a method is adopted in which a pulse voltage is applied to the MCP in order to perform a high-speed shatter action in a high-speed stop-motion camera. Even if there is waveform distortion, there is virtually no blurring of the image caused by the electro-optical lens, resulting in the excellent effect of obtaining a high-resolution output image and enabling high-speed distortion. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の第1実施例に係る高速こま撮りカメ
ラの全体構成を示す、一部ブロック線図を含む断面図、 第2図(A)、(B)は、MCPにシャッタ動作を行わ
せるためのパルス電圧波形と偏向電極に印加する偏向電
圧の波形例を示す線図、第3図は、MCPの電子増倍率
がMCPへの印加電圧に依存する状態を示す線図、 第4図は、本発明の第2実施例のMCP周辺を詳細に示
す、要部断面図を含むブロック線図、第5図は、従来の
電子式^速度カメラの構成例を示す断面図、 第6図(A)、(B)は、前記高速度カメラへのシャツ
タ電圧波形と偏向電圧波形の例を示す線図、 第7図は、前記高速度カメラでこま撮りされる出力像の
例を示す断面図、 第8図は、同じくなまった状態のシャッタ電圧の例を示
す線図、 第911(A>、《8》は、MCPを1枚撮りのシャツ
タとして用いた従来のカメラの構成例を示す要部断面図
である。 1・・・観測対象物体、      3・・・光学窓、
4・・・光電面、       107・・・集束電極
、108・・・陽極、 1 09a . 1 09b −・・偏向電極、111
・・・螢光面、      110・・・出力窓、21
2、21 2A,21 2B,21 2G・・・MCP
.220・・・階段状偏向電圧発生源、 222・・・パルス電圧発生源、 224・・・ハーフミラ、 226・・・レンズ、 228・・・PINフオトダイオード、230・・・遅
延回路、 232・・・トリガ信号発生部、 234・・・第2の遅延回路、 236・・・直流高圧電源。
FIG. 1 is a cross-sectional view, including a partial block diagram, showing the overall configuration of a high-speed time-lapse camera according to the first embodiment of the present invention. FIGS. Figure 3 is a diagram showing an example of the waveform of a pulse voltage for performing the pulse voltage waveform and the waveform of the deflection voltage applied to the deflection electrode. FIG. 4 is a block diagram including a cross-sectional view of essential parts, showing in detail the vicinity of the MCP according to the second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a conventional electronic speed camera. 6(A) and (B) are diagrams showing examples of the shutter voltage waveform and deflection voltage waveform to the high-speed camera, and FIG. 7 is a diagram showing an example of an output image taken time-by-frame by the high-speed camera. 8 is a diagram showing an example of the shutter voltage in the same dull state. 911 (A>, <<8>>) is an example of the configuration of a conventional camera using MCP as a single-shot shutter. It is a sectional view of the main parts showing 1... object to be observed, 3... optical window,
4... Photocathode, 107... Focusing electrode, 108... Anode, 1 09a. 1 09b --- Deflection electrode, 111
... Fluorescent surface, 110 ... Output window, 21
2, 21 2A, 21 2B, 21 2G...MCP
.. 220... Stepped deflection voltage generation source, 222... Pulse voltage generation source, 224... Half mirror, 226... Lens, 228... PIN photodiode, 230... Delay circuit, 232... - Trigger signal generation section, 234... second delay circuit, 236... DC high voltage power supply.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)光学窓、該光学窓の管内表面に付着した光電面、
集束電極、陽極、偏向電極、マイクロチャンネルプレー
ト、出力窓の管内表面に付着した螢光面、及び出力窓を
有するこま撮り管と、 該こま撮り管を駆動するための直流高圧電源と、前記偏
向電極に、偏向電圧を印加するための偏向電圧発生源と
、 前記マイクロチャンネルプレートにパルス電圧を印加す
るためのパルス電圧発生源と、 前記光電面上に結像された光像を光電子像に変換し、該
光電子像を、前記集束電極でマイクロチャンネルプレー
ト上に再結像させると共に、前記偏向電極でマイクロチ
ャンネルプレート入力面上に時系列に前記光電子像を配
列し、各光電子像がマイクロチャンネルプレート入力面
上に配列されたタイミングに合わせて、前記パルス電圧
発生源からマイクロチャンネルプレートにパルス電圧を
加えて活性状態にし、前記螢光面上に複数の出力像を得
るための手段とを備えたことを特徴とする高速こま撮り
カメラ。
(1) an optical window, a photocathode attached to the inner surface of the optical window;
a time-lapse tube having a focusing electrode, an anode, a deflection electrode, a microchannel plate, a fluorescent surface attached to the inner surface of the output window, and an output window; a DC high-voltage power source for driving the time-lapse tube; and the deflector. a deflection voltage generation source for applying a deflection voltage to the electrode; a pulse voltage generation source for applying a pulse voltage to the microchannel plate; and converting the optical image formed on the photocathode into a photoelectron image. The photoelectron images are re-imaged onto the microchannel plate by the focusing electrode, and the photoelectron images are arranged in time series on the input surface of the microchannel plate by the deflection electrode, so that each photoelectron image is placed on the microchannel plate. means for applying a pulse voltage from the pulse voltage source to the microchannel plate in accordance with the timing arranged on the input surface to activate it, and obtaining a plurality of output images on the fluorescent surface. A high-speed time-lapse camera characterized by:
(2)請求項1において、前記偏向電圧発生源とパルス
電圧発生源を適当なタイミングで起動させたことを特徴
とする高速こま撮りカメラ。
(2) A high-speed stop-motion camera according to claim 1, characterized in that the deflection voltage generation source and the pulse voltage generation source are activated at appropriate timings.
(3)請求項1において、前記マイクロチャンネルプレ
ートを1又は2以上の出力像に対応して複数設けること
を特徴とする高速こま撮りカメラ。
(3) A high-speed stop-motion camera according to claim 1, characterized in that a plurality of said microchannel plates are provided corresponding to one or more output images.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011249213A (en) * 2010-05-28 2011-12-08 Institute Of National Colleges Of Technology Japan X-ray image photographing apparatus, x-ray image intensifier, and image intensifying method

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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