JPH05308550A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 高速シャッタ動作が可能な電子管を用いた撮
像装置の提供。 【構成】 被写体からの光の入射に応じて光電子を放出
する光電面２と、この光電面と対向して配設され、光電
面に対して正電位とされた電子透過型の加速電極５と、
光電面と加速電極の間の加速電位差をシャッタータイミ
ングに同期して定常レベルから所定の範囲で変化させる
電源手段と、加速電極を挾んで光電面の反対側に配設さ
れ、加速電位差が定常レベルの場合の光電面からの光電
子を阻止し、所定の範囲で変化した場合の光電面からの
光電子を透過させるエネルギーフィルタ９と、このエネ
ルギーフィルタを透過した電子が入射される出力面とを
備える。 【効果】低い電位変化が与えられたゲート期間に光電面
から放出された、一定エネルギーの光電子のみがエネル
ギーフィルタを通過し、ゲート期間のみの光電子のみが
出力面方向に進む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高速シャッタ動作が可能
な電子管を用いた撮像装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような分野の技術として、図
８のものが知られている。同図（ａ）は光電面ゲート型
の撮像装置の断面図で、真空容器１の受光面板には光電
面２が形成され、出力面板には螢光面３が形成されてい
る。そして、光電面２と螢光面３の間の真空容器１中に
は、電子増倍用のマイクロチャンネルプレートすなわち
ＭＣＰ４が設けられている。

【０００３】この撮像装置において、螢光面３およびＭ
ＣＰ４に図示のバイアスを与え、光電面２に０Ｖから−
２００Ｖのゲート電圧を印加すると、シャッタが切られ
て瞬間の像が得られる。すなわち、−２００Ｖとなった
ゲート期間においてのみ、光電面２からの放出光電子は
ＭＣＰ４に到達するので、このゲート期間の像が得られ
る。

【０００４】同図（ｂ）はＭＣＰゲート型の撮像装置を
示している。真空容器１の内部には、加速用グリッド電
極５、電子レンズ６および偏向電極７_Y ，７_X が設けら
れ、更にアースされたアノード８１，８２が設けられて
いる。この撮像装置では、偏向電極７_Y ，７_X にＹ，Ｘ
方向の偏向電圧が印加されることで、いわゆるフレーミ
ング像が得られる。

【０００５】ここで、ＭＣＰ４の両端間への印加電圧
を、０Ｖから＋８００Ｖの間で変化させると、＋８００
Ｖとなったゲート期間でのみ電子増倍がされる。このた
め、光電面ゲート型と同様に、高速のシャッタ像が得ら
れる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の撮像
装置はいずれも、数百ボルトの高圧のゲート電圧を用い
ているため、高速のシャッタを切ることが容易ではなか
った。そこで本発明は、低電圧でのシャッタ動作を可能
にした撮像装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、所定のシャッ
タータイミングで被写体を撮像する撮像装置において、
被写体からの光の入射に応じて光電子を放出する光電面
と、この光電面と対向して配設され、光電面に対して正
電位とされた電子透過型の加速電極と、光電面と加速電
極の間の加速電位差をシャッタータイミングに同期して
定常レベルから所定の範囲で変化させる電源手段と、加
速電極を挾んで光電面の反対側に配設され、加速電位差
が定常レベルの場合の光電面からの光電子を阻止し、所
定の範囲で変化した場合の光電面からの光電子を透過さ
せるエネルギーフィルタと、このエネルギーフィルタを
透過した電子が入射される出力面とを備える。

【０００８】ここで、電源手段については、シャッター
タイミングに同期して加速電位差を定常レベルから所定
値だけ大きくした後に定常レベルに戻す手段とし、エネ
ルギーフィルタについては、加速電位差が定常値から所
定値だけ大きい場合のみ光電面からの光電子を透過させ
るようにしてもよく、この場合には、エネルギーフィル
タについては、出力面側が負電位とされた電位差がＥ_F
の２つの透過型電極を有し、定常レベルをＥ_C 、所定値
をＥ_B としたときに、 Ｅ_C ＜Ｅ_F ＜Ｅ_C ＋Ｅ_B の関係が成立しているのが望ましい。

【０００９】また、電源手段については、シャッタータ
イミングに同期して加速電位差を定常レベルから所定値
だけ大きくする手段とし、エネルギーフィルタについて
は、加速電位差が定常値を越える値であって、かつ所定
値だけ大きくしたレベルに到達しない値の場合のみ光電
面からの光電子を透過させるようにしてもよい。

【００１０】

【作用】本発明によれば、低い電位変化が与えられたゲ
ート期間に光電面から放出された光電子が、他の期間の
光電子とは異なる一定のエネルギーを持つようにされ、
エネルギーフィルタに入射される。すると、上記の一定
エネルギーの光電子のみがエネルギーフィルタを通過す
るので、ゲート期間のみの光電子のみが出力面方向に進
む。

【００１１】ここで、エネルギーフィルタをハイパスフ
ィルタとして構成すれば、定常レベルより高エネルギー
の光電子のみがエネルギーフィルタを通過し、バンドパ
スフィルタとして構成すれば、高および低の２つの定常
レベルの間のエネルギーの光電子のみが、エネルギーフ
ィルタを通過する。

【００１２】

【実施例】以下、添付図面により、本発明のいくつかの
実施例を説明する。

【００１３】図１は、第１実施例に係る撮像装置を示し
ている。同図（ａ）に示す通り、真空容器１の内部に
は、光電面２から順に−８ｋＶの加速用グリッド電極
５、アースされたアノード８、両面間が−９．５〜−
８．６ｋＶのＭＣＰ４および−５ｋＶの螢光面３が配設
され、アノード８とＭＣＰ４の間にはハイパス型のエネ
ルギーフィルタ９が設けられている。

【００１４】エネルギーフィルタ９はアースされた光電
子入射側の第１メッシュ電極９１と、出力側の第２メッ
シュ電極９２を有し、この第２メッシュ電極９２には−
１０．００５ｋＶのバイアスが与えられている。一方、
光電面２には、同図（ｂ）のように、−１０ｋＶから−
１０．０１０ｋＶで変化するゲート電圧Ｖ_G が与えられ
ている。

【００１５】上記の構成によると、ゲート電圧Ｖ_G が−
１０．００５ｋＶよりも負の高電圧の期間、すなわちゲ
ート期間Ｔ_G では、放出光電子の有するエネルギーがエ
ネルギーフィルタ９の電界エネルギーよりも大きくなる
ため、光電子は第１，第２メッシュ電極９１，９２を透
過してＭＣＰ４に入射する。これに対し、ゲート期間Ｔ
_G 以外の期間の放出光電子は、そのエネルギーがエネル
ギーフィルタ９の電界エネルギーよりも小さく、ＭＣＰ
４に到達しない。

【００１６】したがって、光電面２と加速用グリッド電
極５の間を約２ｋＶの高圧に保ちながら、わずか１０Ｖ
の低振幅のゲート電圧Ｖ_G でシャッタが切れる。このた
め、画質が良好であり、動作も高速になる。また、ゲー
ト電圧Ｖ_G の発生回路（図示せず）も簡単にできる。

【００１７】図２は第２実施例の撮像装置を示してい
る。この場合には、第１実施例の構成に加えて、Ｘ，Ｙ
偏向用の偏向電極７_X ，７_Y が設けられている。そし
て、光電面２に対しては、同図（ｂ）のゲート期間Ｔ_G1
〜Ｔ_G4において−１０．０１０ｋＶとなるゲート電圧Ｖ
_G が印加され、偏向電極７_X ，７_Y には同図（ｂ）の偏
向電圧が印加される。

【００１８】このようにすると、ゲート期間Ｔ_G1〜Ｔ_G4
においてのみ光電子がエネルギーフィルタ９を通過し、
偏向電極７_X ，７_Y により偏向されるので、この期間Ｔ
_G1〜Ｔ_G4に対応して、螢光面３に（１）〜（４）のフレ
ーミング像が得られる。この場合、光電面２へのゲート
電圧Ｖ_G は１０Ｖの低振幅であり、高速動作が可能であ
る。また、光電面２と加速用グリッド電極５の間は約２
ｋＶの高圧に保たれるので、画質が良好である。

【００１９】図３は第３実施例の撮像装置を示してお
り、この場合には、エネルギーフィルタ９はバンドパス
型となっている。同図（ａ）に図示の通り、アノード８
はアースされ、螢光面３およびＭＣＰ４には一定電圧Ｖ
_MCP 、Ｖ_S が印加されると共に、加速用グリッド電極５
には負の一定高電圧Ｖ_a が印加される。これに対し、光
電面２には同図（ｂ）のように、一方の定常電圧Ｖ₁ か
ら中間レベルの電圧Ｖ₂，Ｖ₃ を経て、もう一方の定常
電圧Ｖ₄ へと変化するゲート電圧Ｖ_G が与えられる。

【００２０】アノード８とＭＣＰ４の間にはエネルギー
フィルタ９が設けられており、このエネルギーフィルタ
９は、上記の電圧Ｖ₂ 以下で加速された低エネルギー光
電子と、Ｖ₃ 以上で加速された高エネルギー光電子とを
通過させず、電圧Ｖ₂ 〜Ｖ₃の間で加速された中間のエ
ネルギーを持つ光電子のみを選択的に通過させる。すな
わち、図３（ｂ）のゲート期間Ｔ_G の光電子のみを通過
させるバンドパスフィルタとして作用する。このため、
ゲート電圧Ｖ_G が電圧Ｖ₁ 〜Ｖ₄ の間で低振幅変化させ
られるだけで、高速のシャッタをゲート期間Ｔ_G で容易
に実現できる。

【００２１】図４はバンドパス型エネルギーフィルタ９
の一例を示している。このエネルギーフィルタ９は、光
電子（−ｅ）の進行方向を変える磁場（Ｂ）を形成する
磁気手段９３と、光電子を一部のみ通過させるアパーチ
ャ９４と、−Ｖの電位とされた反射電極９５とを備えて
いる。

【００２２】この構成によると、光電子（−ｅ）の進行
方向は磁場Ｂにより曲げられるが、低エネルギーの光電
子は大きく、高エネルギーの光電子は小さく曲げられ
る。このため、アパーチャ９４の開口を通過する光電子
は、中程度のエネルギーで加速されたものに限られる。
通過した光電子は電極９５で反射され、再びアパーチャ
９４の開口を通って磁場Ｂで曲げられ、エネルギーフィ
ルタ９の後方に出力される。

【００２３】このようなエネルギーフィルタ９を用いる
と、入射電子の経路と出射電子の経路が同一になる。ま
た、傾斜電圧でシャッター動作ができるので、著しく高
速化する。ちなみに、傾斜電圧としては３ｋＶ／２００
ｐｓが実現できるので、バンドパス型エネルギーフィル
タ９の通過幅を３Ｖとすれば、シャッター時間として１
００ｆｓが可能になる。

【００２４】図５はバンドパス型エネルギーフィルタ９
の別の例を示している。電極９６₁〜９６₅ で光電子が
反射、通過する過程で、光電子の入射軸と出射軸が一致
させられ、かつ一定範囲のエネルギーの光電子が抽出さ
れる。すなわち、エネルギーフィルタ９の前方から光電
子が入射すると、電極９６₁ では高エネルギーの光電子
が吸収され、他の光電子は次の電極９６₂ に向けて反射
される。電極９６₂ では光電子はすべて反射されるが、
次の電極９６₃ では、低エネルギーの光電子が吸収され
て他は通過させられる。したがって、中程度のエネルギ
ーの光電子のみが抽出される。その後、抽出された光電
子は、電極９６₄ ，９６₅ で全反射されることにより、
入射光電子と同一軸となって後方に出力される。

【００２５】なお、図５のエネルギーフィルタの具体例
については、下記の文献“Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒ
ｕｍ．５７（８），Ａｕｇｕｓｔ １９８６，Ｐ．１４
９４〜１５００”に示されている。

【００２６】図６は第４実施例の撮像装置を示してい
る。この実施例では、光電面２がストリップライン構造
をなしている。すなわち、同軸ケーブル２１の信号線２
２は、受光面板１１に形成されたストリップ線路２３に
接続され、この上の下地金属膜２４上に光電面２が形成
されている。そして、同軸ケーブル２１はパルス電圧発
生器２６に接続され、光電面２と対向する加速用グリッ
ド電極５はアースされている。

【００２７】この構成によるとゲート電圧Ｖ_G を極めて
短時間に変化させることができる。このため、高速シャ
ッター動作が可能となり、同時に偏向電極７に偏向電圧
Ｖ_Sを与えることで、いわゆるフレーミング像が得られ
る。なお、エネルギーフィルタ９はハイパス型として
も、ローパス型としてもよく、さらにバンドパス型とし
てもよい。

【００２８】図７は第５実施例の撮像装置を示してい
る。この場合には、光電面２は定電位とし、加速用グリ
ッド電極５の電位を変化させることにより、先の実施例
と同様の高速シャッターを可能にしている。図７のよう
に、光電面２が−１０ｋＶとなり、アノード８がアース
されている。また、加速用グリッド電極５に印加される
ゲート電圧Ｖ_G は、同図（ｂ）のようになっている。す
なわち、時刻ｔ＝０までの領域（１）ではＶ_G ＝−８．
０ｋＶであり、領域（２）ではＶ_G ＝−８．０〜−８．
０２ｋＶで変化し、領域（３）ではＶ_G ＝−８．０２ｋ
Ｖで一定となり、領域（４）ではＶ_G ＝８．０２〜８．
０ｋＶで変化し、領域（５）ではＶ_G ＝−８．０ｋＶで
一定となる。

【００２９】上記の図７の電極配置および電圧配分で、
エネルギーフィルタ９へ入射する光電子のエネルギーを
考える。まず、パルス電圧の変化しない領域（１），
（３），（５）の一定電圧部分で光電面２から放出さ
れ、アノード８を透過した光電子は、パルス電圧によっ
て何らエネルギー変調を受けず、光電面２とエネルギー
フィルタ９の入力面の電位によって決まるエネルギー
で、エネルギーフィルタ９に入射する。なお、そのエネ
ルギーＥは、Ｅ＝１０ｋｅＶとなる。

【００３０】一方、領域（２），（４）のように、変化
する電圧部分で光電面２から放出された光電子は、パル
ス電圧によりエネルギー変調を受ける。例えば、ｔ＝０
で電子が光電面２から放出し、ｔ＝ｔ₀ で加速電極を透
過し、ｔ＜ｔ₀ ＋ｔ₁ でアノード８を透過するようにＬ
₁ ，Ｌ₂ ，ｔ₀ ，ｔ₁ を設定すれば、光電子が加速電極
５を通過するときの速度υ₁ は、ｅを電子の電荷、ｍを
その質量としたとき、 ａ＝ｄυ／ｄｔ ＝（ｅ／ｍ）・（１／Ｌ₁ ）・｛２０００−（２０／ｔ₀ ）ｔ｝ より、 υ₁ ＝（ｅ／ｍＬ₁ ）・（２０００ｔ₀ −２０ｔ₀ ／２） ｔ₀ ＝Ｌ₁ （ｍ／ｅ）^1/2 ・（３／２９９０）^1/2 よって、 υ₁ ＝（ｅ／ｍ）^1/2 ・１９９０（３／２９９０）^1/2 である。

【００３１】この電子が最終的にエネルギーフィルタ９
に入射するときには、さらに８．０２ｋｅＶ加速される
ので、最終的な電子のエネルギーＥ₁ は、 Ｅ₁ ＝ｍυ₁ ² ／２ｅ＋８．０２×１０³ （ｅＶ） ＝１０．００７（ｋｅＶ） となる。

【００３２】このように、領域（２）で光電面２を出て
アノード８を通過した光電子は、最終的にパルス電圧に
より変調されてエネルギーを得る。一方、領域（４）で
光電面２から放出され、アノード８を通過した光電子
は、パルス電圧により変調されて逆にエネルギーを失
う。

【００３３】したがって、エネルギーフィルタ９をＥ＞
１０．０００ｋｅＶのハイパス型に設定すれば、領域
（２）の時間に相当するシャッター像が得られる。ま
た、Ｅ＜１０．０００ｋｅＶのローパス型フィルタで
は、領域（４）の時間に相当するシャッター像が得られ
る。

【００３４】

【発明の効果】以上の通り、本発明の撮像装置では、低
い電位変化が与えられたゲート期間に光電面から放出さ
れた光電子が、他の期間の光電子とは異なる一定のエネ
ルギーを持つようにされ、エネルギーフィルタに入射さ
れる。すると、上記の一定エネルギーの光電子のみがエ
ネルギーフィルタを通過するので、ゲート期間のみの光
電子のみが出力面方向に進む。このため、光電面と加速
用電極の間を高電圧に保持できるので、シャッター像の
画質を良好にできる。また、低振幅の電位変化でゲート
できるため、高速動作が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係る撮像装置の説明図。

【図２】第２実施例に係る撮像装置の説明図。

【図３】第３実施例に係る撮像装置の説明図。

【図４】バンドパス型エネルギーフィルタの一例の図

【図５】バンドパス型エネルギーフィルタの他の例の
図。

【図６】第４実施例に係る撮像装置の説明図。

【図７】第５実施例に係る撮像装置の説明図。

【図８】従来例の説明図。

【符号の説明】

１…真空容器、２…光電面、３…螢光面、４…ＭＣＰ、
５…加速用グリッド電極、７…偏向電極、８…アノー
ド、９…エネルギーフィルタ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定のシャッタータイミングで被写体を
   撮像する撮像装置において、 前記被写体からの光の入射に応じて光電子を放出する光
   電面と、 この光電面と対向して配設され、前記光電面に対して正
   電位とされた電子透過型の加速電極と、 前記光電面と前記加速電極の間の加速電位差を前記シャ
   ッタータイミングに同期して定常レベルから所定の範囲
   で変化させる電源手段と、 前記加速電極を挾んで前記光電面の反対側に配設され、
   前記加速電位差が前記定常レベルの場合の前記光電面か
   らの光電子を阻止し、前記所定の範囲で変化した場合の
   前記光電面からの光電子を透過させるエネルギーフィル
   タと、 このエネルギーフィルタを透過した電子が入射される出
   力面とを備えることを特徴とする撮像装置。
2. 【請求項２】 前記電源手段は、前記シャッタータイミ
   ングに同期して前記加速電位差を前記定常レベルから前
   記所定値だけ大きくした後に前記定常レベルに戻す手段
   であり、 前記エネルギーフィルタは、前記加速電位差が前記定常
   値から前記所定値だけ大きい場合のみ前記光電面からの
   光電子を透過させる請求項１記載の撮像装置。
3. 【請求項３】 前記エネルギーフィルタは、前記出力面
   側が負電位とされ、かつ電位差がＥ_F とされた２つの透
   過型電極を有し、 前記光電面と前記加速電極間の加速電位差を、前記定常
   レベルをＥ_C 、前記所定値での前記光電面電位をＥ_B と
   したときに、 Ｅ_C ＜Ｅ_F ＜Ｅ_C ＋Ｅ_B の関係が成立している請求項２記載の撮像装置。
4. 【請求項４】 前記電源手段は、前記シャッタータイミ
   ングに同期して前記加速電位差を前記定常レベルから前
   記所定値だけ大きくする手段であり、 前記エネルギーフィルタは、前記加速電位差が前記定常
   値を越える値であって、かつ前記所定値だけ大きくした
   レベルに到達しない値の場合のみ前記光電面からの光電
   子を透過させる請求項１記載の撮像装置。
5. 【請求項５】 前記エネルギーフィルタは、前記加速電
   位差が前記定常レベルの場合の前記光電面からの光電子
   の透過を阻止する第１の手段と、前記定常レベルから前
   記所定値だけ大きくした場合の前記光電面からの光電子
   の透過を阻止する第２の手段とを有する請求項４記載の
   撮像装置。