JPH0727763B2 - ストリーク管ターゲット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ストリーク管ターゲット、特に円形走査スト
リーク管ターゲットに関する。

［従来の技術］ 円形走査ストリーク管システム（以下CCSSTという）
は、数ピコ秒の光学イベントを検出し、記録し、時間的
に解析する装置である。この技術分野の多くの研究は、
宇宙中継用レーザ・レンジング（探索）・システムの開
発の一部として行われてきた。しかし、このレンジング
は、実際上、１対のレーザ・パルス又は周期的なパルス
列を使用して行われる。後者の場合、CSSTを組み込んだ
装置は、送出放射と同期し、結果として生ずる光学的イ
ベント信号を合計（積分）することにより、低レベルの
反射信号を検出する。したがって、レンジングにおける
処理は、ランダム・データ、特にストリーク管の単一走
査期間より長い記録長のランダム・データの検出、蓄
積、及び読み出しに関しては適切に行われていなかっ
た。

［発明が解決しようとする課題］ ストリーク管データの読み出しの基本的制限は、光学的
イベントが、データが電子的に読出されるよりも速く、
発生し、記録されることである。この制限により、光学
的イベントの実時間の記録は、記録されるイベントによ
りトリガされる短い期間に制約される。したがって、イ
ベント自体からのトリガ記録は、実質的に最初のデータ
を取り逃すことになり、最初の情報を保持するために
は、連続的にデータを記録及び蓄積する必要がある。円
形走査ストリーク管は、連続した各走査の間に、蓄積さ
れたデータを重ね書き即ち合計するので、蓄積はターゲ
ットの一周のピクセル数（ｍ＝２πｒ）のみに限定され
る。単に、ターゲットの大きさ及びピクセル数を増加さ
せることは、実用上の制限がある。その１つは、大きな
配列を作ることの経済上の問題である。もう１つは、軸
上及び周辺の電子間の通過時間の誤差を最小にするため
に、掃引された電子ビームの横方向のずれを高時間分解
能装置内の範囲に抑制する必要があることである。

円形走査ストリーク間の読取りのために、幾つかの方法
が考えられている。1984年に報告されたフォトクロンII
Cストリーク管は、管の出力端に、オプティカル・ファ
イバ・フェースプレートにより覆われた蛍光体スクリー
ンを含んでいる。これについては、1984年に発行された
SPIE第491巻の「高速写真術」に掲載されたW.シベッテ
他による「300MHzの円形動作のためのフォトクロンIIC
ストリーク管」を参照されたい。この方法では、データ
記録長は、１回の走査に限られる。

その後、報告された改良版信号検出は、1986年に発行さ
れたSPIE第674巻の「高速写真術」の543〜558頁に掲載
されたW.シベッテ及びW.E.スリートによる「CCD読取り
部付フォトクロンIICストリーク管」、1985年に発行さ
れたSPIE第591巻の「ソリッド・ステート・イメージ及
びその使用」の31〜37頁に掲載された「環状走査ストリ
ーク管用の電子感知CCD読取り配列」を参照されたい。
これら両方の文献は、結果的に生じた電荷を読み取るた
めに、感知素子であるフォトダイオードの配列及びCCD
シフト・レジスタを有する円形配列ターゲットを含むシ
ステムとしてフォトクロンIICを説明している。この信
号検出では感度の改良はあったが、この配列でも、記録
長は電子ビームの１回の走査の間に収集されるデータに
制限される。更に、１回の走査の後、重ね書きを避ける
ために、書込みビームを遮断、又はターゲットの電子ビ
ーム感知部分から外れるように電子ビームを偏向する必
要がある。

1980年10月15日に発行された「光学応用」の第19巻20号
に掲載されたC.B.ジョンソンによる「ソリッド・ステー
ト読取り部付円形走査ストリーク管」は、感知素子とし
てフォトダイオードの円形配列を有する円形走査ストリ
ーク管（CSST）を説明している。この配列は、ストリー
ク管の出力蛍光体スクリーンにオプティカル・ファィバ
により結合されている。配列読取り回路は、第１即ち開
始レーザ・パルス及び第２即ち停止レーザ・パルスに応
答してゲート又はトリガされ、レーザ・パルス間の時間
を測定するために読み取り配列上の第１及び第２ストリ
ーク出力信号を記録する。この場合、必要なデータは、
連続データではなく、単発データである。

市販のストリーク・カメラ及び読み取りシステムは、ハ
ンドランド2DRシステムである。このシステムについて
は、1987年９月に発行された「レーザ及びオプトロニク
ス」の81〜83頁に掲載されたD.Lボーレイによる「超高
速パルスの測定」に説明されている。このハンドランド
2DRシステムのターゲットは、カメラ又は実験装置にオ
プティカル・ファイバで結合された矩形状のCCD配列で
ある。これは、単一走査トリガ・モードで動作する。

そこで、好適には電子ビームの走査期間の数倍の長期間
にわたって、イベント信号データを検出し、蓄積できる
円形走査ストリーク管が望まれている。

この様に、連続的に走査する電子ビームに応答して、連
続的データ列を得ることができる円形走査ストリーク管
ターゲットが必要であり、これにより、補足したデータ
をトリガ・イベント前後の期間に対応する解析に使用で
きる。

したがって、本発明の目的は、１回の走査サイクルより
長い期間の光学イベント・データを高分解能且つ実時間
で記録及び蓄積する円形走査ストリーク管のターゲット
の提供にある。

本発明の他の目的は、プリトリガを必要とせずに、超高
速光学イベントを記録する円形走査ストリーク管のター
ゲットの提供にある。

本発明の他の目的は、連続する掃引間を識別してデータ
を取り込み、電子的に読み出せる円形走査ストリーク管
のターゲットの提供にある。

［課題を解決するための手段及び作用］ 本発明は、走査電子ビームの電流をサンプルするストリ
ーク管ターゲットを含む。ターゲットは、循環する閉路
に沿って配置された検出素子から成る第１配列を含む。
この検出素子は、この閉路に沿って走査されるビームの
電子を検出し、入射電子に応答するイベント信号データ
を順次記録する。蓄積素子から成る第２配列は、第１配
列に隣接して配置される。各蓄積素子は、対応する１つ
の検出素子に結合され、対応する検出素子からイベント
信号データを受け取り、このイベント信号データを蓄積
する。ターゲットは、この蓄積を行うために、記録され
たイベント信号データを、第１配列の検出素子から第２
配列の対応する蓄積素子に並列に転送する転送手段を含
む。出力手段は、ターゲットからデータを読み出すため
に第２配列に結合される。中間蓄積素子の１つ又は複数
の配列を、第１及び第２配列の間に設け、蓄積する記録
長を増加させることができる。

好適には、第１及び第２配列は、平面半導体基板に形成
される。基板は、電子ビームを受け取るための第１面即
ち検出面、及び第１面と略平行な第２面即ち電極面を含
む。不純物を添加されたチャンネルは、電極面の下で基
板内に埋め込まれ、電荷を受け取り、転送する。このチ
ャンネルは、第２配列を形成する細長い連続領域、及び
この領域の一方の側から外側に延びて第１配列を形成す
る短冊状部を含む。各短冊状部は、検出素子の１つとな
る末端部分を含む。検出面は、検出素子の配列に対応し
て位置する露出領域と、露出領域により境界をつけら
れ、蓄積素子の配列に対応して位置し、蓄積素子を電子
ビームから遮蔽する被覆領域とを含む。基板は、このチ
ャンネルに電子を向かわせる電界を形成するように、第
１検出面に沿ってＮ型不純物を含む。転送手段は、短冊
状チャンネルの末端部の上方の電極面上のある経路に沿
って延びた転送電極手段を含み、電荷を検出素子から対
応する蓄積素子に並列に転送する。出力手段は、連続領
域の上を横切り、電極面に沿って延びるシフト電極手段
を含み、蓄積素子の第２配列を介して環状にデータをシ
フトさせ、蓄積素子の末端の１つに結合された出力電極
から、シフトされたデータを出力する。

円形ターゲットの例では、第１及び第２配列は、共通面
上に互いに隣接した同心状の経路に沿って配置される。
チャンネルの連続領域は、円弧状に形成され、短冊状チ
ャンネルは、この領域から放射状に延びる。転送手段
は、短冊状体の末端部の上にある電極面上の円弧に沿っ
て延びた転送電極を含み、イベント信号を表す電荷は、
放射状に並んだチャンネル・スポークに沿って、対応す
る蓄積素子にシフトされる。出力手段は、連続領域上を
横切って、電極面に沿って延び、データを蓄積素子の第
２配列を介して環状にシフトさせ、出力電極から直列デ
ータとして出力するシフト電極を含む。

円形ターゲットは、好適には、上半分及び下半分に分割
されるが、３つ、４つ等に分割することも可能である。
ターゲットを２つに分割するには、２つの埋め込まれた
環状チャンネルを、それらを離間するための間隙と共に
形成するか、又は単一の連続領域を形成し、負極性にバ
イアスされた電極を設けて、環状チャンネルの２つの部
分を互いに隔離する。

二分された円形ターゲットの転送手段は、同心状半円形
路に沿って延びた、放射方向に離間され、短冊状チャン
ネルを横切る第１、第２及び第３上側転送電極を含む。
各検出素子は、対応する１つの短冊状チャンネルの末端
部と、この末端部を囲む基板の一部と、第１及び第２電
極とを含む領域で限定される。第３電極は、放射方向
で、検出素子及び蓄積素子の中間に配置される。上側転
送電極は、上半分用の転送制御信号を受け取り、ターゲ
ットの上半分のチャンネルに沿って、検出素子から対応
する第２配列の対応する蓄積素子に、蓄積された電荷を
転送する。

円形走査ストリーク管では、位相が90゜異なり、振幅が
等しい、１対の正弦波駆動信号で、１組の直交偏向板を
駆動することにより、電子ビームを円形路に沿って偏向
する。検出素子から成る第１配列は、この円形路に沿っ
て配置され、ビーム内の電子を検出する。転送制御信号
は駆動信号と同期し、第１配列に蓄積されたイベント信
号データを表す電荷を、電子ビームがデータを重ね書き
する前に、第２配列に転送する。連続動作では、ビーム
が円形路の第１の半分、例えば、ターゲットの上半分を
移動している時に、上半分で検出されたデータは、電子
ビームが円形路の第２の半分即ちターゲットの下半分を
移動する間に、第２配列に転送される。同様に、ビーム
が、円形路の第２の半分を移動している時に、ターゲッ
トの下半分で検出されたデータは、ビームがターゲット
の一方の半分を移動している間に、第２配列に転送され
る。

転送を行うために、３つの転送信号が、夫々３つの転送
電極に供給される。転送信号の電圧は、蓄積された電荷
を短冊状チャンネルに沿って放射方向に“押しやる”よ
うに、順次変化する。第１電極が正電圧に駆動されると
きは、他の２つの電極は負電圧であり、短冊状チャンネ
ルの末端部分は、第１電極の下の領域で開放され、収集
電荷即ち電荷パケットを受け取り、蓄積する。第２電極
に供給された負電圧は、この電荷パケットをチャンネル
の末端部分に拘束する。第１電極の電圧が下降すると、
第２電極の電圧は上昇し、電荷パケットは、チャンネル
に沿って、第２電極の下の部分に向かって、転送され
る。更に、転送手段は、短冊状チャンネル上を交差する
同心状の半円形路に沿って、同様に延びた第１、第２及
び第３転送電極のもう１つの組をターゲットの下半分用
に含んでいる。ターゲットの上半分及び下半分の各々で
発生された各信号は、互いに独立して転送電極を駆動す
ることで、ターゲットの他方の半分のイベント信号の転
送とは独立して、対応する蓄積素子に送ることができ
る。

シフト手段は、ターゲットの上半分で蓄積データをシフ
トするための、ターゲットの上半分に対応する第１半円
形部分上に配置された上側シフト電極、及びターゲット
の下半分で蓄積データをシフトするための、ターゲット
の下半分に対応する第２半円形部分上に配置された下側
シフト電極を含む。上側及び下側シフト電極の各々は、
順番に配列された、放射状の第１、第２及び第３シフト
電極の組を含む。３つの個々のシフト信号が、夫々３つ
のシフト電極に供給される。上述した転送方法と同様の
方法で、シフト信号電圧は、順次変化して蓄積電荷を押
しやり、チャンネルの環状領域に沿って、データをシフ
トさせる。３つのシフト電極から成る同一の組が、ター
ゲットの各半分に設けられる。互いに独立して上側及び
下側シフト電極を駆動することにより、データをターゲ
ットの各半分に独立してシフト出力できる。データ・シ
フト及びリードアウトは、電子ビームと同期している必
要はなく、トリガ・イベントに応答して、電子ビームが
オフされたり、ターゲットの外に偏向された後で、適当
に行われる。

本発明は、走査電子ビームの電流の変化を検出するスト
リーク管ターゲットに関し、平面状半導体基板上に閉路
を形成するように配列され、この閉路に沿って走査され
る電子ビームの電流を検出し、電荷として蓄積する複数
の検出素子と、複数の検出素子に対応して夫々配列さ
れ、電荷を蓄積する複数の蓄積素子と、各検出素子に蓄
積された電荷を、対応する上記蓄積素子に並列に転送す
る転送手段と、複数の蓄積手段に転送された電荷を直列
にシフトさせて、これらの蓄積素子の１つから出力する
出力手段とを具えることを特徴とする。

［実施例］ 第２図は、本発明によるストリーク管ターゲットを組み
込んだ円形走査ストリーク管（10）の簡略側面図であ
る。全体のストリーク管構体は、ガラス・エンベロープ
即ち管球（12）の様な適切な容器内に配置される。管球
（12）は、殆ど又は完全に真空状態に排気される。この
ストリーク管は、管球の一端に光電陰極（14）を含む電
子銃を有し、光電陰極（14）は、これに衝突する光学イ
ベントに応答して電子を放出する。光電陰極（14）から
放出された電子（16）の流れは、抽出メッシュ（18）を
通過する。電子ビーム（16）は、例えば、円筒状陽極又
は焦点板を含む焦点構体を通過する。次に、電子ビーム
（16）は、水平偏向板（20）及び垂直偏向板（24）を順
番に通過する。従来は、１対の偏向板が使用されていた
が、複数対の偏向板を電子ビームに対して対称に配置す
ることが望ましい。

位相が90゜異なる即ち直角位相の駆動信号（第４図参
照）が、水平及び垂直偏向板（22）、（24）に供給さ
れ、電子ビーム（26）で示した様な連続経路に沿ってビ
ームは偏向される。周知の様に、直角位相且つ振幅が等
しい１対の正弦波で水平及び垂直偏向板（22）、（24）
を駆動すると、電子ビームは円形路に沿って偏向するこ
とになる。ターゲット（30）は、管球の電子銃と反対側
の端部に配置され、偏向された電子ビーム（26）を受け
取る。第１図では、円形配列が示されているが、例え
ば、楕円又は８の字状の適当な閉路に沿って配置された
検出素子で、ターゲットを構成してもよい。当然である
が、ターゲットは、電子ビームが移動する経路と一致す
るように構成する必要がある。円形ターゲットは、電子
ビームを直角位相の１対の正弦波信号で偏向する場合に
都合がよい。これらの信号は、後述する様に、蓄積され
たイベント信号データの移動及びシフトを行うときに有
効である。

第１図は、ターゲット（30）の機能説明図である。ター
ゲット（30）は、四角形（32）で示される一連の検出素
子即ちピクセルを含む。偏向素子の第１円形配列は、タ
ーゲット（30）の周辺部に配置される。検出素子（32）
の第１配列が描く円の大きさは、偏向された電子ビーム
（26）が描く円形路に相当し、電子ビームは、円形路を
移動する間に、検出素子（32）の各々に順番に衝突す
る。四角形即ちピクセル（34）で示される中間蓄積素子
から成る第２円形配列は、検出素子（32）の第１配列の
内側に隣接し、且つ同心状に配置される。隣接する素子
が1:1の関係になるように、第２配列の素子（34）の数
は、第１配列の素子（32）の数に等しい。蓄積素子（3
6）から成る第３配列は、中間蓄積素子（34）の第２配
列の内側に隣接し、且つ第１及び第２配列と同心状に配
置される。第２配列の素子（34）及び対応する蓄積素子
（36）は、1:1の関係であり、蓄積素子（36）の数は、
各検出配列の素子の数に等しい。第１図の検出及び蓄積
素子の大きさは、図解の目的で誇張して示されている。
実際の例では、検出素子はもっと小さく、外側の円形配
列は、例えば、1,000即ち1K（1,024）個の検出素子を含
み、記録長は500即ち12ビットで構成される。

１組の転送電極が、検出素子（32）及び中間蓄積素子
（34）の２つの配列上の配置され、並列イベント信号デ
ータを検出素子から対応する中間蓄積素子に転送する。
１組のシフト電極は、蓄積素子（36）の配列上に配置さ
れ、蓄積されたイベント信号データを、蓄積配列を介し
てシフトさせ、ターゲットから直列データとしてデータ
を読み出す。異なる電極が、ターゲットの上及び下半分
を決めるように、配置される。

第３図では、ターゲット（30）は、平面基板（70）上に
形成されている。基板（70）は、四角形に形成されてい
るが、いずれの適当な形状であってもよい。放射状の不
純物拡散チャンネル（72）は、素子（32）及び（34）の
一部を形成する。放射状チャンネル（72）と接する環状
チャンネル（88）は、蓄積素子（36）の配列の一部を形
成する。図示する様に、拡散チャンネルの全ては、接触
している。ターゲットの一方の半分から他方への電子の
伝導は、負極性にバイアスされた電極（58）により遮断
される。この様な遮断の代わりに、点線で示す様に、拡
散チャンネル（88）を分割することにより、蓄積配列の
一方の半分を他方から物理的に隔離してもよい。

第１図では、第１転送電極（42）は、ターゲット（30）
の上半分の検出素子（32）上を通過する略半円形路を形
成する。第２転送電極（44）は、第１転送電極の放射方
向内側に隣接して、検出素子（32）上を通過する略半円
形路を形成する。第３転送電極（46）は、第２転送電極
に隣接、且つ平行、即ち同心円状に配置され、放射方向
で第１配列検出素子（32）及び第２配列検出素子（34）
の中間に位置する。３本の転送電極から成る同一の組
が、ターゲットの下半分にも設けられる。

中間転送電極（50）、（52）及び（54）から成る第２組
は、これらの転送電極が検出素子（34）から成る第２即
ち中間配列上に延びている以外は、転送電極（42）、
（44）及び（46）と夫々同様に配置される。転送電極
（50）及び（52）は、素子（34）上に位置し、転送電極
（54）は、放射方向で検出素子（34）から成る第２配列
及び蓄積素子（36）の間に位置する。上述と同様に、転
送電極の同一の組が、ターゲット（30）の下半分にも設
けられる。中間転送電極（50）、（52）及び（54）は、
転送電極（42）、（44）及び（46）から成る第１即ち外
側の組に夫々電気的に接続される。ターゲット（30）の
下半分においても、同様の接続が行われる。ターゲット
の上半分の全ての電極は、ターゲットの下半分の電極と
は電気的に接続されていないので、後述する様に、異な
る駆動信号をターゲットの各半分に供給して、他方の半
分と独立して動作させてもよい。

第５図及び第６図は、ターゲット（30）の一部の拡大断
面図である。特に、第５図に示すターゲット（30）の一
部は、検出素子（32）の内側に隣接した中間素子（34）
の１つを含む領域である。ターゲット（30）は、Ｐ型シ
リコン・ウェーハの様な半導体材料で形成された、接触
する平面基板（70）に作られている。放射状チャンネル
（72）及び環状チャンネル（88）の中間部分の下にある
ターゲットの裏側の円形内側部分は、電子ビームが蓄積
素子（34）及び（36）に書込みを行うのを防ぐために、
金属層（74）により遮蔽されている。放射状チャンネル
（72）の末端部の下にあるターゲットの外側環状裏側部
分は、検出素子（32）に書込みを行う偏向された電子ビ
ーム（26）を受け取る検出面（76）を形成している。基
板（70）の検出面（76）に接触する浅い領域（68）は、
多量のＮ型不純物が添加され、電子を棒状チャンネル
（72）に向かって移動させる電界を形成する。好適に
は、約100〜300mv/μｍの範囲の電界が形成される。こ
の領域は、拡散又は低エネルギー・イオン注入をした後
に、約１μｍに不純物を添加する深さを制限するよう
に、例えば、レーザを使用した焼き付けがなされる。

検出素子（32）の第１配列に関連する転送電極（42）、
（44）（46）、蓄積素子（34）の第２配列に関連する転
送電極（50）、（52）、（54）及びシフト電極（60）、
（62）、（64）の全ては、基板（70）の電極面（78）に
沿って形成される。転送電極は、短冊状チャンネル（7
2）の末端部の上にある電極面（78）上の経路に沿って
延び、電荷を複数の検出素子から対応する蓄積素子に並
列に転送する。シフト電極（60）、（62）及び（64）
は、チャンネルの環状領域（88）の上を横切り、電極面
（78）に沿って延びる。これらのシフト電極は、蓄積素
子（36）の円形を介して、データをターゲットの対応す
る上半分の出力端子（56）及び下半分の出力端子（57）
に向かってシフトさせる。

第６図は、ビーム内の電子を検出し、入射電子に応答す
るイベント信号データを記録する機構を示す。この断面
図では、エネルギーを持った電子（90）は、基板（70）
の検出面（76）に衝突する。入射電子（90）は、多数の
電子（92）を半導体基板内に解放する。Ｎ型不純物添加
領域（68）は、自由電子（92）をこの領域（68）から短
冊状チャンネル部（72）に向かわせる電界を形成する。
この様に、電荷は、チャンネルの末端部に蓄積される。
この部分は、第１図の検出素子の１つに相当する。

［動作］ 第１図を参照して、ターゲット（30）の機能動作を以下
に説明する。電子ビーム（26）は、ターゲットの周囲に
沿って円形路を移動し、各検出素子（32）に衝突する。
光電陰極（14）を刺激する光学イベントは、電子ビーム
（26）の電流の変化を起こさせる。この電流の変化は、
電流の変化時に、電子ビームを受け取る検出素子（32）
内で検出される。入射電子に応答するこのイベント信号
データは、検出素子（32）内に電荷として蓄積され、ビ
ームが通過した後も残留する。ビームがターゲット（3
0）の一方の半分、例えば下半分を移動している間、タ
ーゲットの上半分の検出素子（32）から成る第１即ち外
側配列に蓄積されたデータは、中間素子（34）から成る
第２配列に並列に転送される。電子ビームがターゲット
の上半分に戻って来ると、新しいデータが検出素子（3
2）の第１配列に書き込まれる。その後、同様に、ター
ゲットの下半分の検出素子に書き込まれたデータは、タ
ーゲットの下半分の中間蓄積素子（34）の第２配列に並
列に転送される。この様に、以前のデータに重ね書きす
ることなく、データが検出素子に連続的に書き込まれ
る。ターゲットの一方の半分の第１配列内の検出素子の
数に等しい長さのデータ記録が、各半サイクルの間に中
間配列に転送される。

この様にして、中間蓄積素子（34）の第２配列に蓄積さ
れたデータは、蓄積素子（36）の第３配列に並列に転送
される。第２配列から対応する蓄積素子（36）へのデー
タ転送は、外側配列の検出素子からのデータ転送と同期
し、同時に行われる。第２配列の中間蓄積素子から蓄積
素子へのデータ転送は、上述した様に、ターゲットの各
半分で、一度に行われる。有効記録長は、ターゲットの
全周の検出素子の数に等しい。特定の時点で、電子ビー
ムが停止するか、又はターゲットの外に偏向されると、
直前の半サイクルの間に書き込まれたデータは、外側の
半円配列に蓄積され、その半サイクルの直前の半サイク
ルの間に書き込まれたデータは、最後に書き込まれた半
分のターゲットの第２配列の中間蓄積素子に蓄積されて
残る。

隣接する各蓄積素子（36）の各々は、互いに結合させ
て、イベント信号データをある蓄積素子から隣の蓄積素
子に転送するための直列シフト・レジスタを形成する。
ターゲットの一方の半分の蓄積素子は、第１シフト・レ
ジスタを形成し、ターゲットの他方の半分の蓄積素子
は、独立した第２シフト・レジスタを形成する。出力端
子（56）は、ターゲット（30）の上半分の蓄積素子の１
つである端子に接続され、出力端子（57）は、ターゲッ
トの下半分の蓄積素子の１つである端子に接続される。
データは、ターゲットの各半分を同一方向に直列にシフ
トされる。第１図では、ターゲットの上半分の蓄積素子
（36）に蓄積されたイベント信号データは、時計回りに
直列にシフトされ、出力端子（56）から直列データとし
て出力される。同様に、ターゲット（30）の下半分の蓄
積素子に蓄積されたイベント信号データも時計回り方向
に直列にシフトされ、出力端子（57）から出力される。
蓄積素子（36）に蓄積されたイベント信号データの直列
転送は、検出素子配列及び中間蓄積素子間のイベント信
号データの並列転送と同期する必要はない。当然のこと
として、直列データのシフトは、蓄積素子（36）へのデ
ータの並列転送と同期する必要がある。

検出素子（32）から成る１つの配列が最低限必要であ
る。同様に、蓄積素子（36）から成る１個の配列が必要
である。好適な例として、中間蓄積素子（34）から成る
１つの配列が第１図に示されているが、中間蓄積素子の
配列の数を増加させて、ターゲットの有効記録長を増加
させてもよい。検出素子（32）の外側配列のみが、電子
ビームにさらされて、ビームの電子を検出する。

第４図は、位相が90゜ずれた水平駆動信号波形（100）
及び垂直駆動信号波形（102）を示している。これら２
つの駆動信号は、第２図の電子銃の水平偏向板（22）及
び垂直偏向板（24）に供給され、円形路に沿って電子ビ
ームに偏向させる。転送信号Rad1、Rad2及びRap3は、周
知の方法で生成され、第４図に示す様に、裁断正弦波形
となり、水平及び垂直駆動信号に対して、後述する様な
位相関係を有する。

第４図に示す転送信号波形は、ターゲットの上半分の転
送電極に供給される。第１転送信号Rad1は、導体（80）
を介して転送電極（42）及び（50）に供給される。第２
転送信号Rad2は、導体（82）を介して転送電極（44）及
び（52）に供給される。第３転送信号Rad3は、導体（8
4）を介して転送電極（46）及び（54）に供給される。
信号Rad1、Rad2及びRad3の電圧は、チャンネル（72）に
沿って順次変化され、収集電荷をこのチャンネル内の検
出素子（32）に相当する第１位置から、中間蓄積素子
（34）に対応する第２中間位置、最後に、蓄積素子（3
6）に対応する円周領域（88）内の第３位置に転送す
る。ターゲットの下半分に供給された波形も、同じ形状
及び相互位相関係を有するが、第４図に示す波形に対し
て180゜遅延されている。

垂直駆動信号（102）が正であると、期間（110）の間、
電子ビームは、ダイオードの上半分を移動する。期間
（110）は、更に、３つの部分に分割される。期間（11
0）即ち電子ビーム走査の半サイクルの間の第１部分で
は、信号Rad1（104）は、高即ち正レベルであり、信号R
ad2（106）は、低即ち負レベルである。第６図を参照す
ると、転送電極（42）に供給される正電圧は、電極（4
2）の下の領域の細長いチャンネル（72）の末端部を開
放し、収集した電荷を位置（94）で受け取り、蓄積す
る。隣接する電極（44）に供給される信号Rad2の負電圧
は、そのチャンネル内の電子をはね返し、収集電荷を電
極（42）の下のチャンネル（72）の末端部に拘束する。

第４図を参照すると、期間（110）の第２部分の間、信
号Rad1（104）は、正レベル状態を維持し、信号Rad2（1
06）は、負レベル状態から正レベル状態に変化し、信号
Rad3は、正レベル状態から負レベル状態に変化する。第
６図に示す様に、これらのレベル変化により、電極（4
4）の下のチャンネル（72）の領域に、収集電荷が広が
る。同時に、電極（46）に供給された信号Rad3の下降電
圧は、収集電荷をはね返し、その結果、電極（42）及び
（44）の下のチャンネル領域に収集電荷を拘束する。最
終的に、期間（110）の第３部分の間は、信号Rad1及びR
ad2は正レベル状態を維持し、信号Rad3は負レベル状態
を維持する。

第４図で期間（120）として示される次の半サイクルの
間、信号Rad1は負レベル状態に下降し、一方、信号Rad3
は正レベル状態に上昇する。電極（42）の下の負電圧
は、チャンネル（72）の末端部から収集電荷を追い出
し、一方、電極（46）の正電圧は電荷を引きつけて、第
６図の矢印で示す方向に、チャンネル（72）に沿って電
荷が伝導する。期間（120）の第２部分の間、信号Rad1
は負レベル状態を維持し、信号Rad2及びRad3は正レベル
状態を維持し、蓄積された電荷を埋め込みチャンネル
（72）に沿って転送する。この方法で、電子ビームに応
答してチャンネル（72）の末端部に蓄積された電荷は、
検出素子（32）の第１配列から中間蓄積素子（34）の第
２配列、即ち、電極（50）及び（52）の下の放射状チャ
ンネル（72）に沿った中間位置にシフトされる。同時
に、中間蓄積素子（34）に以前に収集された電荷も、そ
のチャンネルの環状領域内の対応する蓄積素子にシフト
される。電子ビームがターゲットの下半分を移動する
と、イベント信号データは、同様の方法で検出され、蓄
積される。

トリガ・イベントが検出されるか、又は所定の走査期間
が経過すると、転送信号Rad1、Rad2及びRad3を発生する
手段が、ディスエーブルされ、素子（36）の蓄積配列に
新しいデータが転送されなくなる。シフト電極（60）、
（62）及び（64）に、夫々シフト信号Tan1、Tan2及びTa
n3が供給されることにより、蓄積されたデータが、ター
ゲットの外に直列にシフトされる。第１図は、シフト電
極の相互接続を示す。

第４図を参照すると、シフト信号Tan1は波形（130）で
あり、シフト信号Tan2は波形（132）であり、シフト信
号Tan3は波形（134）である。波形（130）、（132）及
び（134）は、転送信号波形に類似しており、互いに図
示する様な位相関係を持っている。これらの波形は、水
平及び垂直偏向駆動波形と同じ形状で図示されている
が、直列シフト動作は電子ビームと独立して行われ、異
なる周波数で行ってもよい。

シフト信号Tan1、Tan2及びTan3の電圧は順次変化して、
上述した電荷の放射方向の転送と同様の方法で、環状に
蓄積された電荷を埋め込みチャンネルの環状部分に沿っ
てシフトさせる。第４図の記号（136）は、蓄積素子（3
6）の１個に蓄積された電荷パケット即ちデータを表
す。矢印（138）に示す様に、シフト信号Tan1、Tan2及
びTan3の１サイクルの間、電荷パケット（136）は、あ
る蓄積素子（36）から隣の蓄積素子に転送される。第１
図に示す様に配置されたシフト電極により、蓄積配列に
蓄積された全てのデータは、直列シフト・レジスタの要
領で、環状チャンネルを介して同時にシフトされる。信
号出力電極（56）は、蓄積素子（36）の末端の１つに結
合され、ターゲット（30）の上半分から直列データを出
力する。同様に、第２信号出力端子（57）は、ターゲッ
トの下半分の蓄積素子の末端の１つに結合される。

直列データは、ターゲットの両方の半分から同時にシフ
ト出力することもできる。直列シフト信号Tan1、Tan2及
びTan3を並列転送信号に同期させ、新しいデータが書き
込まれる度に、データを継続的にシフトしてターゲット
の外に出すことにより、連続的なデータ収集が行われ
る。ターゲットの２つの半分からのデータ出力は、既知
の方法でランダム・アクセス・メモリに互いに間挿する
ことにより、収集した光学イベント・データに対応する
メモリから連続データを読み出すことができる。

本発明によるターゲットの一例は、次の様に構成され
る。平面基板（70）は、厚さ約10〜20μｍの範囲のＰ型
シリコン（10Ω/cmの抵抗率）で形成される。放射状の
複数の細長いチャンネル（72）は、10〜20μｍ離間され
ている。これらのチャンネルは、収集効率を最大にする
ために、できるだけ接近させたほうがよい。チャンネル
（72）は、Ｎ型の物質になるように、Ｎ型の不純物が十
分に添加されている。このチャンネルは、実際には基板
ダイオードの陰極であり、クロック信号の作用により消
耗され続ける。詳しくは、1985年に発行されたSPIE第57
0巻に掲載されたテクトロニクス社のD.L.ハイズマン、
B.コーリー、M.L.ラスト、及びJPLのJ.R.ジェネシック
による「科学的使用のための大面積CCDイメージ・セン
サ」に記載されている。チャンネルは、深さが２〜３μ
ｍで、幅が15〜20μｍである。例えば、二酸化シリコン
である絶縁層は、厚さが約１μｍであり、基板の上に形
成されて、チャンネル（72）を電極面（78）上の電極か
ら絶縁する。ガラス・シートは電極面（78）上に接着さ
れ、電極を覆い、構造上の信頼性を与えている。

［発明の効果］ 本発明のストリーク管ターゲットによれば、電子ビーム
により走査された検出素子は、電子ビームの電流変化を
検出し、１回の走査後に、検出した電荷を蓄積素子に転
送し、新たに電子ビームの検出を行うことができるの
で、１回の走査サイクルより長い期間の光学イベント・
データを記録及び読み出すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第２図の線２−２に沿って示したストリーク管
ターゲットの平面図、第２図は本発明によるストリーク
管ターゲットを組み込んだ円形ストリーク管の簡略側面
図、第３図は第１図のストリーク管ターゲットの電荷転
送チャンネルを示す平面図、第４図は電子ビームを偏向
するための駆動信号、電荷転送信号及び電荷シフト信号
を示す波形図、第５図は第１図の線５−５に沿ってター
ゲットの一部を示す断面斜視図、第６図は第１図の線６
−６に沿った断面図である。 図中において、（30）はターゲット、（32）は検出素
子、（36）は蓄積素子、（42）〜（46）及び（50）〜
（54）は転送手段、（56）、（57）及び（60）〜（64）
は出力手段である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】走査電子ビームの電流を検出するストリー
   ク管ターゲットにおいて、 平面状半導体基板上に閉路を形成するように配列され、
   上記閉路に沿って走査される電子ビームの電流を検出
   し、電荷として蓄積する複数の検出素子と、 該複数の検出素子に対応して夫々配列され、電荷を蓄積
   する複数の蓄積素子と、 上記電子ビームの走査後に、上記各検出素子に蓄積され
   た電荷を、対応する上記各蓄積素子に並列に転送する転
   送手段と、 上記複数の蓄積手段に蓄積された電荷を出力する出力手
   段と を具えることを特徴とするストリーク管ターゲット。