JPH056123B2

JPH056123B2 -

Info

Publication number: JPH056123B2
Application number: JP16353687A
Authority: JP
Inventors: Ju Koishi; Yutaka Tsucha; Tomoyoshi Hara; Kenji Suzuki
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1987-06-30
Filing date: 1987-06-30
Publication date: 1993-01-25
Also published as: JPS649324A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、一定の繰返し周波数をもつ光パルス
の波形を観測する光波形観測装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、一定の繰返し周波数をもつ光パルスの波
形を観測するために、ストリーク管を利用して光
パルスの時間的変化を蛍光面上で輝度分布すなわ
ちストリーク像に変換しさらにサンプリングを行
なう型式の光波形観測装置が知られている。

第５図は米国特許第4645918号に開示されてい
るような従来の光波形観測装置の構成図である。
色素レーザ発振器１０１から繰返し出力されるパ
ルス光ビームによつてヘマトポルフイリン誘導体
１０４を繰返し励起し、繰返して励起されたヘマ
トポルフイリン誘導体１０４からの蛍光発光の波
形をストリーク管１３０によつて観測するように
なつている。第５図においてストリーク管１３０
は、蛍光の入射する光電面１３１と、光電面から
放出される電子ビームを加速する加速電極１３５
と、加速電極１３５によつて加速された電子ビー
ムを集束する集束電極１３６と、有孔電極１３７
と、集束電極１３６および有孔電極１３７によつ
て集束され通過した電子ビームを掃引するための
偏向電極１３３と、偏向電極１３３によつて掃引
された電子ビームを増倍するマイクロチヤンネル
プレート１３２と、マイクロチヤンネルプレート
１３２からの電子ビームが入射する蛍光面１３４
とを備えている。

色素レーザ発振器１０１から繰返し出力される
パルス光ビームは、ビームスプリツタ１０２によ
り分岐され、一方のパルス光ビームはヘマトポル
フイリン誘導体１０４を繰返し励起し、ヘマトポ
ルフイリン誘導体１０４からの蛍光発光を一定の
繰返し周波数で光学系１１６を介してストリーク
管１３０の光電面１３１に入射させるようになつ
ている。またビームスプリツタ１０２により分岐
された他方のパルス光ビームは、ストリーク管１
３０の偏向電極１３３に印加する所定の偏向電圧
用の電気信号TRを作るために、フオトダイオー
ド１０５に加わるようになつている。フオトダイ
オード１０５では、パルス光ビームを光電変換し
てこれを電気トリガ信号TRとする。フオトダイ
オート１０５からの電気トリガ信号TRは、制御
回路１１０からの制御の下で時間掃引回路１０７
により遅延され偏向リトガ信号となつて、偏向回
路１０８に加わるようになつている。偏向回路１
０８では、偏向トリガ信号に同期した偏向電圧を
発生する。

またストリーク管１３０は、光電面１３１から
放出された電子ビームを偏向電極１３３に加わる
偏向電圧で掃引することで光電面１３１に入射し
た蛍光発光の時間的変化を蛍光面１３４上で空間
的な輝度分布に変換したストリーク像として観測
しうるようなつている。第５図の光波形観測装置
では蛍光面１３４上の輝度分布すなわちストリー
ク像により発光された光をさらにレンズ１１８を
介してサンプリング板１１１に入射させ、サンプ
リング板１１１のスリツト１０９によりサンプリ
ングを行ないサンプリング波形として抽出し、光
電子増倍管１１２によつてサンプリング波形を光
電変換して増倍しさらに増倍器１１３を介して表
示装置１１４に出力するようになつている。

このような構成の光波形観測装置の動作を第６
図ａ乃至ｅのタイムチヤートを用いて説明する。

色素レーザ発振器１０１から繰返し出力される
パルス光ビームによつてヘマトポルフイリン誘導
体１０４からは、第６図ａに示すような繰返し周
期の蛍光発光すなわち入射光INが出力され、ス
トリーク管１３０の光電面１３１に入射する。一
方、フオトダイオード１０５からは、色素レーザ
発振器１０１からのパルス光ビームによつて第６
図ｂに示すような電気トリガ信号TRが出力され
る。第６図ａ，ｂからわかるように、電気トリガ
信号TRは入射光INと完全に同期したものとなつ
ている。電気トリガ信号TRはさらに、時間掃引
回路１０７によつて第６図ｃに示すような徐々に
遅延した偏向トリガ信号になる。すなわち、この
時間掃引回路１０７は、制御回路１１０の制御の
下で、あるサンプリングタイミング１回だけでサ
ンプリングを行なつた後に、次のサンプリングタ
イミングに移るというサンプリングシーケンスの
偏向トリガ信号を作る。第６図ｃでは、ｎ回目の
サンプリングタイミングにおける偏向トリガ信号
TR１は電気トリガ信号TRに対して時間ｎ・ｔ
だけ遅延し、（ｎ＋１）回目、（ｎ＋２）回目のサ
ンプリングタイミングにおける偏向トリガ信号
TR２，TR３は電気トリガ信号TRに対して時間
（ｎ＋１）・ｔ，（ｎ＋２）・ｔだけそれぞれ遅延し
ている。なお、ｔは偏向トリガ信号の単位遅延時
間である。これらの偏向トリガ信号が偏向回路１
０８に加わると、偏向回路１０８は第６図ｄに示
すような偏向電圧Ｖを発生する。第６図ｄからわ
かるように偏向電圧Ｖは、光電面１３１から放出
される電子ビームを掃引しないときには、電位
V_nに保持され、偏向トリガ信号が加わつたとき
に電位V_nから電位−V_nまでほぼ一定の傾きで降
下し、電子ビームを掃引するように作られる。こ
のような偏向電圧Ｖの降下によつて電子ビームを
上方から下方に掃引され蛍光面１３４上で第６図
ｅに示すように各サンプリングタイミングでスト
リーク像FG１，FG２，FG３として観測される。
すなわち入射光INの強度の時間的変化を輝度分
布して観測することができる。第６図ａと第６図
ｅとを比較すれば明らかなように、各ストリーク
像FG１，FG２，FG３は、入射光INの波形を反
映しているが、各ストリーク像FG１，FG２，
FG３は偏向電圧Ｖの位相が各サンプリングタイ
ミングごとにずれることによつて、互いに位相の
ずれたものとなつている。電子ビームを掃引中、
偏向電圧Ｖが”０”Ｖの近くでは、電子ビームは
偏向されずに蛍光面１３４の中央部に達し、この
とき蛍光面１３４の中央部から発光した光ビーム
がサンプリング板１１１のスリツト１０９を主に
通過し、光電子増倍管１１２においてサンプリン
グ信号として検出される。すなわち第６図ｅに示
すように、ｎ回目、（ｎ＋１）回目、（ｎ＋２）回
目のサンプリングタイミングではそれぞれサンプ
リング信号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３がサンプリング板１
１１のスリツト１０９によつて抽出されて光電子
増倍管１１２で検出される。

このように時系列的にサンプリング信号Ｐ１，
Ｐ２，Ｐ３を順次に検出し、これらのサンプリン
グ信号を組合わせることで、繰返し周波数をもつ
入射光INの１つのパルス波形を所定の時間分解
能で観測することができる。

なお、第５図には、ストリーク管１３０の外部
にスリツト１０９を備えたサンプリング電極１１
１を設けたが、第７図に示すストリーク管１５０
のように、サンプリング電極１５１をこのストリ
ーク管１５０の内部にすわちマイクロチヤンネル
プレート１３２と蛍光面１３４との間に設けるよ
うにしても良い。第７図では、サンプリング電極
１５１は蛍光面１３４と同じ電位に保持されてい
る。このようにサンプリング電極を内部に備えた
ストリーク管を一般にサンプリングストリーク管
と称する。サンプリングストリーク管１５０を用
いる場合には、電子ビームが蛍光面１３４に達す
る前に、サンプリング波形を抽出することができ
るので、掃引中、電子ビームを常に蛍光面１３４
に入射光させる第５図の光波形観測装置の場合に
比べて、蛍光面１３４の中央部にだけ必要な電子
ビームを入射させ、極く一部の輝度分布だけを光
電子増倍管１１２に送ることができて、蛍光面か
らのバツクグランドノイズの少ないサンプリング
波形を検出することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで第５図に示すストリーク管１３０ある
いは第７図に示すサンプリングストリーク管１５
０では、加速電極１３５に円形のメツシユ状のも
のを用いているために、加速電極１３５を通過す
る電子ビームにはバツクグランドノイズが含まれ
る。すなわち、加速電極１３５のメツシユの開口
率は通常60％であり、第８図ａに示すように光電
面１３１で光電交換されずに突き抜けた入射光の
うち約40％の光は加速電極１３５のメツシユの非
開口部分で散乱され散乱光DFとなつて再び光電
面１３１に背後から入射して光電子BGを放出し
バツクグランドノイズとなる。第８図ｂはサンプ
リングストリーク管１５０においてサンプリング
電極１５１によつてサンプリングされた蛍光面１
３４上に到達した電子密度分布ρを示すものであ
る。第８図ｂからわかるように、メツシユ状の加
速電極１３５を用いる場合には、電子密度分布ρ
には、信号電子による密度分布ρ_Oの他に、散乱光
の光電子による密度分布ρ_eが存在し、この密度分
布ρ_eがバツクグランドノイズとなつてサンプリン
グ波形の観測輝度を低下させることになる。密度
分布ρ_eからわかるように、散乱光による光電子
BGは入射光位置をピークとして周辺にゆくに従
つて徐々に減少するが、入射光に近い部分ではか
なりの量となり測定精度を悪化させる。この結
果、例えば系の時間分解能より十分短かい光パル
スを測定する場合、測定された光パルスの前後に
散乱光DFによるバツクグランドノイズが発生し、
光パルス波形を性格に測定することができない。

またこのようなバツクグランドノイズすなわち
密度分布ρ_eは大きな広がりをもつているので、電
子ビームを掃引しない時間すなわち待機期間にお
いて光電面１３１に入射光が入射したような場合
にもサンプリングされる確率が多くサンプリング
波形の観測精度を低下させるので取除かれるのが
望ましい。このために従来の光波形観測装置で
は、偏向回路１０８から出力される偏向電圧Ｖを
大振幅かつ高いスルーレート（電圧／時間）のも
のに設定していた。すなわち、偏向電圧Ｖを大振
幅かつ高いスルーレートのものに設定することに
より、電子ビームを掃引中、散乱光による光電子
がサンプリングされる確率を低下させることがで
きる。また偏向電極Ｖを大振幅にすることで電子
ビームを掃引しない時間の偏向電圧Ｖの電位V_n
は大きなものとなり、たとえこの期間に光電面１
３１に入射光が入射したとしても、この入射光に
よる信号電子は偏向電極１３３により大きく偏向
されて、第５図に示すストリーク管１３０の蛍光
面１３４の中央部からなり離れた位置に入射し、
これに伴ない散乱光の光電子もその大部分は蛍光
面１３４の中央部から離れた位置に入射するの
で、散乱光による光電子の密度分布ρ_eが大きくか
つ広がりをもつていても蛍光面１３４の中央部に
入射する確率は少なくなり、サンプリング波形へ
の影響を防止することができる。また第７図に示
すサンプリングストリーク管１５０においても、
偏向電圧Ｖの電位V_nを大きくすることで、掃引
しない期間中の電子ビームはサンプリング電極１
５１にそのスリツトからかなり離れた位置に入射
するので、同様にして、散乱光の光電子によるサ
ンプリング波形への影響を防止することができ
る。偏向電圧Ｖの電位V_n，−V_nは、具体的には、
＋1KV，−1KV程度である。

一方、サンプリングにより入射光の波形を観測
しようとする光波形観測装置では、入射光によつ
て光電面１３１から放出される電子ビームが偏向
によつてサンプリング電極１５１のスリツトを横
切る速度すなわち掃引速度v_tと電子ビームの太さ
ｕおよびサンプリング電極１５１のスリツト幅ｗ
がアパーチヤ時間すなわちサンプリング波形の抽
出される時間Δtを決定し、このアパーチヤ時間
Δtが時間分解能に相当する。アパーチヤ時間Δt
は、 Δt＝√（²＋²）／v_t ……(1) として表わされ、また掃引速度v_tは、サンプリン
グストリーク管１５０の偏向感度をＳ（cm／Ｖ）、
偏向電圧のスルーレートをＴ（Ｖ／秒）とすれば、 v_t＝Ｓ×Ｔ ……(2) として表わされる。

従つて(1)式と(2)式とからアパーチヤ時間Δtは、
偏向感度Ｓおよび偏向電圧のスルーレートＴを大
きくすれば短かくなり、時間分解能を向上させる
ことのできることがわかる。

しかしながら、従来の光波形観測装置では対を
なす偏向電極１３３の間隔を小さくして偏向感度
Ｓを向上させようとすると、偏向電圧Ｖを大振幅
のものにしたことによつて掃引を行なわない期間
の大きく偏向した電子ビームが偏向電極１３３に
衝突し反射されて蛍光面１３４の中央部に入射す
るという事態が生ずる。従つて従来の光波形観測
装置では、偏向電極１３３の間隔を差程小さくす
ることができず、偏向感度Ｓを著しく向上させる
には限度があり、例えば数ピコ秒程度の時間分解
能を得ることができず、さらには偏向の繰返し周
波数を上げることができないという問題があつ
た。

この問題を解決するために、第９図に示すよう
な本願の出願人により本願と同日に出願された
「光波形観測装置」の名称の特許出願(1)に記載さ
れている光波形観測装置が案出された。

第９図に示す光波形観測装置では、サンプリン
グストリーク管１は、入射光の入射する光電面１
３１と、光電面から放出された電子ビームを加速
する加速電極２と、加速電極２を通過した電子ビ
ームを所定方向に掃引する偏向電極１３３と、偏
向電極１３３によつて偏向された電子ビームに対
しサンプリングを行なうサンプリング電極４と、
サンプリング電極４のスリツト５によつてサンプ
リングされた電子ビームを検出する蛍光面１３４
とを備え、前記加速電極２は、開口３を備えた板
状のものとなつている。なお、偏向電極１３３と
サンプリング電極４との間には帰線期間中の電子
ビームがサンプリングされないようにするための
ブランキング偏向電極２１が設けられている。ま
た、サンプリングストリーク管１の光電面１３１
への入射光は、波形の観測されるべき繰返し周波
数の光パルスであつて、パルス光源１０によつて
出力され、ビームスプリツタ１０２、光学遅延手
段１１、入力光学系１２を介して入射するように
なつている。

ビームスプリツタ１０２は前述したと同様にし
て、パルス光源１０から出力される入射光の一部
を分岐し、フオトダイオード１０５に入射させる
ようになつている。入射光の一部はフオトダイオ
ード１０５で光電交換された電気トリガ信号TR
となりこの電気トリガ信号TRは、前述のよう
に、時間掃引回路１０７においてあるサンプリン
グタイミングでのサンプリングが１回だけ行なわ
れるよう連続して徐々に遅延され偏向トリガ信号
に変換され偏向回路１３およびブランキング偏向
回路２２に加わるようになつている。

なお、電気トリガ信号TRをフオトダイオード
１０５で光電交換して作成するかわりに、スイツ
チ１４を切換えてパルス光源１０の駆動信号を電
気トリガ信号TRとして用いても良いようになつ
ている。

このような構成の光波形観測装置では、加速電
極２を開口３を備えた板状のものにしているの
で、加速電極２からの散乱光による光電子は各電
極２の非開口部分で遮蔽され、バツクグランドノ
イズとなつて信号電子に混入する確率は著しく減
少する。これにより偏向電極１３３に加わる偏向
電圧を小振幅のものにしても掃引を行なわない期
間中に入射する入射光によるバツクグランドノイ
ズは極めて少ないのでサンプリング電極４のスリ
ツト５によつてバツクグランドノイズをサンプリ
ングする確率は低減する。従つて偏向電極１３３
に加わる偏向電圧を小振幅のものにすることがで
きて、これに付随して偏向電極１３３の間隔を小
さくできて、偏向感度を向上させると同時に偏向
の繰返し周波数を高くすることかできる。すなわ
ち、偏向電極の振幅が小さいものでも良いので、
偏向回路１３のスイツチ素子あるいは駆動素子は
耐電圧が比較的低いもので良く、偏向回路１３を
高周波用トランジスタやステツプリカバリーダイ
オードなどで構成することができて、4MH_Z程度
の高速繰返し偏向を容易に実現することができ
る。

このように4MH_Z程度の高速繰返し偏向を行な
うと、サンプリングの繰返し周波数すなわちサン
プリングレートは最大4MH_Zとなり、この場合に
は第６図ａ乃至ｅにおいて最大繰返し周期T₀は
250ナノ秒となる。

ところでサンプリングストリーク管１の蛍光面
１３４には残光と呼ばれる現像があり、残光の減
衰時間は蛍光面１３４を構成する物質によつて異
なるが通常の250ナノ秒よりもはるかに長く、数
10μ秒乃至数100μ秒程度となる。従つて、第６図
ａ乃至ｅと同様のタイムチヤートに従つて動作す
る第９図の光波形観測装置では、繰返し周期T₀
を短かくして、あるサンプリングタイミングでの
サンプリングを１回だけ行ないこのときの残光が
十分減衰しないうちに次のサンプリングタイミン
グでのサンプリングを行なおうとすると、処理速
度は早くなるものの、残光の影響で所定の観測精
度を得ることができない。このために第９図の光
波形観測装置では、偏向トリガ信号の遅延時間が
連続して変化するので、所定の観測精度を確保す
るためにはあるサンプリングタイミングのサンプ
リングを１回だけ行ない、そのときの蛍光面での
残光が十分減衰してから次のサンプリングタイミ
ングに移るようにしなければならず、偏向回路１
３で十分に高速の繰返し偏向を行なえるにして
も、蛍光面１３４の残光現象による制約から実質
的に繰返し周期T₀を250ナノ秒程度の短かなもの
にすることが難しいという問題があつた。すなわ
ち、１つのサンプリングシーケンスがＮ回のサン
プリングタイミングからなり、このようなサンプ
リングシーケンスをＭ回繰返すと、全体の処理時
間はＮ×Ｍ×T₀となるが、サンプリングタイミ
ング間の繰返し周期T₀を差程短縮できないため、
全体の処理時間を短縮するには限界がある。

本発明は、蛍光面の残光の減衰時間に制限され
ずに高速かつ精度良く光波形を観測することの可
能な光波形観測装置を提供することを目的として
いる。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、一定の繰返し周波数をもつ入射光の
波形をサンプリングストリーク管に観測する型式
の光波形観測装置において、前記入射光の繰返し
周期に同期した電気トリガ信号を発生させる電気
トリガ発生手段と、所定回数のサンプリング動作
が完了するごとに前記電気トリガ発生手段から電
気トリガ信号をステツプ的に順次に偏向トリガ信
号として出力する時間掃引手段と、該時間掃引手
段によつて遅延時間がステツプ的に変化した偏向
トリガ信号に同期させて前記サンプリングストリ
ーク管内で電子ビームを掃引するための偏向手段
と、前記サンプリングストリーク管からのサンプ
リング結果を前記所定回数のサンプリングにわた
り積算する積算手段とを備えていることを特徴と
する光波形観測装置によつて、上記従来技術の問
題点を改善するものである。

〔作用〕

本発明では、サンプリングストリーク管にサン
プリング動作をさせるため、先づ、入射光の繰返
し周期に同期した電気トリガ信号を発生させる。
この電気トリガ信号は、時間掃引手段に加わり、
所定回数のサンプリング動作が完了するごとに時
間掃引手段により、ステツプ的に順次に遅延され
偏向トリガ信号となる。すなわち偏向トリガ信号
は、その遅延時間の同じものが所定回数繰返し連
続して生起することになる。時間掃引手段によつ
て遅延時間がステツプ的に変化した偏向トリガ信
号に同期させて、偏向手段はサンプリングストリ
ーク管内で電子ビームを掃引する。これによりサ
ンプリングストリーク管では、繰返し連続して生
起する所定回数の偏向トリガ信号に同期して入射
光の波形のうち、同じ波形部分を所定回数繰返し
連続してサンプリングし、そのサンプリング結果
を積算手段によつて積算し、１つの波形部分の観
測結果とする。しかる後偏向トリガ信号の遅延時
間をステツプ的に変化させ入射光の次の波形部分
を同様に所定回数の繰返し連続してサンプリング
し、次の波形部分の観測結果とする。このよう
に、入射光の波形のうち同じ波形部分を所定回数
繰返してサンプリングし、その積算値を１つの波
形部分の観測結果としているので、次のサンプリ
ング動作に移る際に観測結果に含まれる蛍光面の
残光の影響は、この観測結果全体に含まれる残光
の影響に対し、上記所定回数にほぼ比例して相対
的に小さなものとなり、これによりサンプリング
の繰返し周期を短かくしても、波形の所定の観測
精度を確保できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図は本発明に係る光波形観測装置の実施例
の構成図である。第１図において第９図と同様の
箇所には同じ部符号を付して説明を省略する。

本実施例の光波形観測装置では、フオトダイオ
ード１０５あるいはパルス光源１０の駆動回路か
らの電気トリガ信号TRは、トリガ回路３０に加
わるようになつている。トリガ回路３０は、これ
に入力する電気トリガ信号TRの繰返し周波数並
びに電気トリガ信号TRの生起回数を計数して制
御回路３２に与えるとともに、電気トリガ信号
TRを時間掃引回路３１に加えるようになつてい
る。

時間掃引回路３１は、所定のサンプリング動作
が完了するたびに電気トリガ信号TRをステツプ
的に遅延させ偏向トリガ信号に交換して偏向回路
１３およびブランキング偏向回路２２に加えるよ
うになつている。すなわち、時間掃引回路３１
は、第９図の時間掃引回路１０７のようにあるサ
ンプリングタイミングで１回だけサンプリングし
て次のサンプリングタイミングでのサンプリング
に移るように偏向トリガ信号を作るのでなく、あ
るサンプリングタイミングでのサンプリングを複
数回連続して行なうような偏向トリガ信号を作る
ようになつている。

第２図は本実施例の時間掃引回路３１の構成
図、第３図ａ乃至ｃは時間掃引回路３１の動作を
説明するためのタイムチヤートである。

この時間掃引回路３１は、トリガ回路３０から
の電気トリガ信号TRに同期して鋸歯状波電圧V_R
を発生する鋸歯状波電圧発生回路３６と、制御回
路３２からのデジタル情報をアナログ情報に交換
して階段状の閾値電圧V_Tを出力するＤ／Ａ変換
器３７と、鋸歯状波電圧発生回路３６からの鋸歯
状波電圧V_RとＤ／Ａ変換器３７からの階段状の
閾値電圧V_Tとを比較して、電気トリガ信号TRに
対し所定時間遅延した偏向トリガ信号を出力する
コンパレータ３７とを備えている。

この時間掃引回路３１では、第３図ａに示すよ
うにトリガ回路３０から一定の繰返し周期T₀の
電気トリガ信号TRが鋸歯状波発生回路３６に加
わると、鋸歯状波電圧発生回路３６は、電気トリ
ガ信号TRに同期した第３図ｄに示すような鋸歯
状波電圧V_Rを発生する。一方、トリガ回路３０
は、電気トリガ信号TRの繰返し周波数および生
起回数を計数してこれらを制御回路３２に加え
る。これにより制御回路３２からは、電気トリガ
信号TRがＭ個生起したときに、値が”１”だけ
歩進するデジタル情報がＤ／Ａ変換器３７に送ら
れる。Ｄ／Ａ変換器３７では、制御回路３２から
のデジタル情報をＤ／Ａ変換して、第３図ｂに破
線で示すような階段状の閾値電圧V_Tを発生する。
この閾値電圧V_Tは、電気トリガ信号TRがＭ個生
起するまでは、同じレベルにあるが、（Ｍ＋１）
個目の電気トリガ信号TRが生起すると、レベル
が階段状に変化する。コンパレータ３８では、こ
のような閾値電圧V_Tと鋸歯状波電圧V_Rとを比較
し、鋸歯状波電圧V_Rがそのときの閾値電圧V_Tと
同じになつたときに、第３図ｃに示すように偏向
トリガ信号が発生する。

第３図ａ乃至ｃからわかるように、閾値電圧
V_Tが階段状に変化する前のｎ回目のサンプリン
グタイミングでは、偏向トリガ信号は電気トリガ
信号TRに対して時間ｎ・ｔだけ遅延し、閾値電
圧V_Tが階段状に変化した後の（ｎ＋１）回目の
サンプリングタイミングでは、偏向トリガ信号は
電気トリガ信号TRに対して時間（ｎ＋１）・ｔ
だけ遅延する。ところで、この実施例ではあるサ
ンプリングタイミング（例えばｎ回目のサンプリ
ングタイミング）は閾値電圧V_Tが一定である期
間に相当し、従つて１つのサンプリングタイミン
グにおいてはＭ個の偏向トリガ信号TRが時間掃
引回路３１から出力され偏向回路１３、ブランキ
ング偏向回路２２に加わることになる。

１つのサンプリングタイミング（例えばｎ回目
のサンプリングタイミング）におけるＭ個の偏向
トリガ信号の周期は、電気トリガ信号TRと同じ
繰返し周期T₀をもつているが、閾値電圧V_Tが階
段状に変化して次のサンプリングタイミング（例
えば（ｎ＋１）回目のサンプリング）に移るとき
には、前のサンプリングタイミングの最後の偏向
トリガ信号と次のサンプリングタイミングの最初
の偏向トリガ信号との時間間隔はT₀ではなく、
単位遅延時間ｔだけずれた期間T₁（＝T₀＋ｔ）と
なる。

このように本実施例の時間掃引回路３１は、複
数回（Ｍ回）の同様なサンプリングシーケンスを
繰返して光波形の観測を行なうよう連続的に遅延
時間の変化する偏向トリガ信号を発生するのでは
なく、１回のサンプリングシーケンスだけで光波
形の観測を行ない、このサンプリングシーケンス
中、Ｎ回のサンプリングタイミングを設け、１つ
のサンプリングタイミングで複数回（Ｍ回）のサ
ンプリングを繰返し連続して行なうよう、ステツ
プ的に遅延時間の変化する偏向トリガ信号を発生
するようになつている。

この時間掃引回路３１からの上述のような偏向
トリガ信号によつて、サンプリングストリーク管
４０では、１つのサンプリングタイミングで複数
回のサンプリングを繰返し連続して行ない、各サ
ンプリング結果を光電子増倍管１１２に入射させ
光電子増倍管１１２から出力電流として取出し、
この出力電流を積分型増幅回路３４に加えるよう
になつている。積分型増幅回路３４は、制御回路
３２の制御の下で、１つのサンプリングタイミン
グにおいて繰返し連続して得られる複数回のサン
プリング結果すなわち光電子増倍管１１２からの
出力電流を積算し電圧に変換するものである。積
分型増幅回路３４によつて積算された１つのサン
プリングタイミングにおけるサンプリング結果の
アナログ積算値は、Ａ／Ｄ変換器３５によつてデ
ジタル積算値に変換されて制御回路３２に送ら
れ、さらに表示装置１１４に表示されるようにな
つている。

このような構成の光波形観測装置の全体の動作
を第４図ａ乃至ｈのタイムチヤートに基づいて説
明する。

パルス光源１０を一定周波数で繰返し駆動する
と、サンプリングストリーク管４０の光電面１３
１には第４図ａに示すような繰返し周期の入射光
INが入射する一方、トリガ回路３０には入射光
INと同期した第４図ｂに示すような電気トリガ
信号TRが加わる。トリガ回路３０に加わつた電
気トリガ信号TRは、前述のように制御回路３２
の制御の下で時間掃引回路３１により第４図ｃに
示すような偏向トリガ信号TR１′，TR２′，TR
３′に変換されて偏向回路１３、ブランキング偏
向回路２２に加わる。偏向回路１３では、偏向ト
リガ信号TR１′，TR２′，TR３′に同期させて
第４図ｄに示すような偏向電圧Ｖを発生し、偏向
電極１３３に加え、ブランキング偏向回路２２で
は、偏向トリガ信号に同期させて第４図ｅに示す
ようなブランキング偏向電圧V_Dを発生し、ブラ
ンキング偏向電極２１に加える。これにより、サ
ンプリングストリーク管４０では、繰返し周期の
入射光INの入射で光電面１３１から放出された
電子ビームを偏向して掃引し、サンプリング電極
４のスリツト５から第４図ｆに示すようなサンプ
リング波形Ｐ１′，Ｐ２′，Ｐ３′を抽出する。

ところで、第４図ｆを第６図ｅと比べればわか
るように、本実施例では１つのサンプリングタイ
ミング（例えばｎ回目のサンプリングタイミン
グ）で電気トリガ信号TRと同じ周期T₀の偏向ト
リガ信号TR１′，TR２′，を複数回（例えばＭ
回）連続して発生しているので、この１つのサン
プリングタイミングでの複数回の偏向トリガ信号
TR１′，TR２′によつて掃引されサンプリング
されたサンプリング波形Ｐ１′，Ｐ２′は入射光
INの同一の波形部分となつている。

このようにして１つのサンプリングタイミング
で入射光INの同一の波形部分をサンプリング波
形Ｐ１′，Ｐ２′として繰返し（例えばＭ回）抽出
し、光電子増倍管１１２で出力電流として繰返し
検出し、各サンプリング結果すなわち各出力電流
を積分増幅回路３４で積算し電圧に変換して、第
４図ｇのようなアナログ積算値AACを得る。な
お積分型増幅回路３４は、各サンプリングタイミ
ングの開始時にその積算値がクリアされるものと
する。１つのサンプリングタイミング（例えばｎ
回目のサンプリングタイミング）における最後の
サンプリングが行なわれると、アナログ積算値
ACCは、第４図ｈに示すようにＡ／Ｄ変換器３
５によりデジタル積算値DACに変換されて制御
回路３２に取込まれる。次いで積分型の増幅回路
３４をクリアして次のサンプリングタイミングに
移行する。

次のサンプリングタイミング（例えば（ｎ＋
１）回目のサンプリングタイミング）では、第４
図ｃに示すように前のサンプリングタイミングに
比べて電気トリガ信号TRに対する偏向トリガ信
号の遅延時間を単位遅延時間を遅らせて複数回
（例えばＭ回）連続して出力する。このサンプリ
ングタイミングにおけるサンプリング波形Ｐ３′
は、前のサンプリングタイミングにおけるサンプ
リング波形Ｐ１′，Ｐ２′に対して入射光INの次
の波形部分を反映している。このようにして次の
サンプリングタイミングでは、入射光INの次の
波形部分を同様にして繰返し（例えばＭ回）抽出
し、各サンプリング結果を積分型増幅回路３４で
積算し、前のサンプリングタイミングにおけると
同様な処理を行なう。

以上のように、本実施例では、１つのサンプリ
ングタイミングで入射光INの同一の波形部分を
繰返し連続してサンプリングし、連続して得られ
たサンプリング結果を積算するようになつている
ので、あるサンプリングタイミングから次のサン
プリングタイミングに移る際の残光による積算値
への影響は、１つのサンプリングタイミングで連
続してサンプリングし積算したときに生じる残光
の積算値への影響に比べれば非常に小さなものと
なる。すなわち、１つのサンプリングタイミング
でＭ回連続してサンプリングするようにすると、
次のサンプリングタイミングへ移る際の残光によ
る積算値への影響は相対的に約１／Ｍに減少す
る。一方、それぞれのサンプリングタイミングに
おける積算値に残光の影響があつたとしても、こ
の残光による影響は各サンプリングタイミングに
おける積算値に同じ量だけ寄与する。従つて、本
実施例の場合には、電気トリガ信号TRの繰返し
周期T₀は、残光の減衰時間に制限されず、250ナ
ノ秒程度の短かいものにすることができて、全体
の処理時間を著しく短縮することができる。

なお、一層観測精度を向上させるため、本実施
例のサンプリングストリーク管４０には、減衰時
間が速くかつ減衰時間の励起時間にはほとんど影
響されないＰ−15と称せられる蛍光体の蛍光面４
１が用いられている。すなわち蛍光面を構成する
蛍光体の中には、ピーク輝度の1/100程度に減衰
する時間が短かくても1/1000乃至1/10000に減衰
するのに数秒を要するものや、短時間の励起では
減衰時間は短かいが、励起時間が長くなると減衰
時間が長くなるものがあり、次のサンプリングタ
イミングでのサンプリングへ移行する際の残光の
影響を減少させることができない。このために、
サンプリングストリーク管４０の蛍光面４１に
は、このような不都合のないＰ−15蛍光体を用
い、これにより、次のサンプリングタイミングで
のサンプリングへ移行する際の残光の影響を減少
させて、より一層観測精度を向上させるようにし
ている。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明によれば、所定
回数のサンプリング動作が完了するごとに電気ト
リガ信号をステツプ的に順次に変化させ、所定回
数のサンプリングのサンプリング結果を積算する
ようにしているので、次のサンプリング動作に移
る際にこの積算値に含まれる蛍光面の残光の影響
は、積算全体に含まれる残光の影響に対し、上記
所定回数に比例して相対的に小さなものとなるの
で、これにより蛍光面の残光の減衰時間に制限さ
れずに高速かつ精度良く光波形を観測することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光波形観測装置の実施例
の構成図、第２図は時間掃引回路の構成図、第３
図ａ乃至ｃは時間掃引回路の動作を示すタイムチ
ヤートであり、第３図ａは電気トリガ信号のタイ
ムチヤート、第３図ｂは鋸歯状波電圧のタイムチ
ヤート、第３図ｃは偏向トリガ信号のタイムチヤ
ート、第４図ａ乃至ｈはそれぞれ入射光IN、電
気トリガ信号TR、偏向トリガ信号、偏向電圧
Ｖ、ブランキング偏向電圧V_b、サンプリング波
形、アナログ積算値AAC、デジタル積算値DAの
タイムチヤート、第５図は従来の光波形観測装置
の構成図、第６図ａ乃至ｅはそれぞれ入射光IN、
電気トリガ信号TR、偏向トリガ信号、偏向電圧
Ｖ、サンプリング波形のタイムチヤート、第７図
は従来のサンプリングストリーク管の構成図、第
８図ａは加速電極がメツシユ状のものであるとき
の散乱光による光電子の遮蔽を説明するための
図、第８図ｂは加速電極がメツシユ状のものであ
るときのサンプリング電極上での電子密度分布を
示す図、第９図は本願の出願人により本願と同日
に出願された特許出願に記載の光波形観測装置の
構成図である。１３……偏向回路、３０……トリガ回路、３１
……時間掃引回路、３２……制御回路、３４……
積分型増幅回路、３５……Ａ／Ｄ変換器、４０…
…サンプリングストリーク管、４１……蛍光面。

Claims

【特許請求の範囲】１一定の繰返し周波数をもつ入射光をの波形を
サンプリングストリーク管により観測する型式の
光波形観測装置において、前記入射光の繰返し周
期に同期した電気トリガ信号を発生させる電気ト
リガ発生手段と、所定回数のサンプリング動作が
完了するごとに前記電気トリガ発生手段からの電
気トリガ信号をステツプ的に順次に遅延させ偏向
トリガ信号として出力する時間掃引手段と、該時
間掃引手段によつて遅延時間がステツプ的に変化
した偏向トリガ信号に同期させて前記サンプリン
グストリーク管内で電子ビームを掃引するための
偏向手段と、前記サンプリングストリーク管から
のサンプリング結果を前記所定回数のサンプリン
グにわたり積算する積算手段とを備えていること
を特徴とする光波形観測装置。２前記サンプリングストリーク管の蛍光面は、
Ｐ−15蛍光体で形成されていることを特徴とする
特許請求の範囲第１項に記載の光波形観測装置。