JPS58145B2 - 電子ビ−ムシヤツタ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は偏向電圧の変化の過程を使って電子ビームのシ
ャッタ動作をする新規なシャッタ装置に関する。

高速で変化あるいは振動する被写体を撮像するためには
極めて短時間露光しなければならない。

写真撮影においては機械的手段で露光するが、光電子放
出効果を用いた光学像の変換をするイメージ管において
は、光電面に近接し、かつ平行に網状の電極を設け、通
常は光電面よりも高い電位に設定しておいて電子ビーム
像の通過を妨げ、所望の露出時刻に所望の時間幅だけ光
電面より高い電位を与えと上記所望の時刻光電面に投影
された光学像に対応する電子ビームをイメージ管の螢光
面に入射して上記光学像の映像を形成し、写真フィルム
に露光して記録するか、他のテンビジョン撮像して記録
する。

また光電面と螢光面の間の電子ビーム像の通路を適当な
位置に上記通路に平行でかつ上記通路を挾む２枚の偏向
板からなる偏向電極を設け、通常は上記２枚の偏向板の
間に電圧を印加して電子ビーム像が螢光面に入射しない
ように偏向しておき所望の露出時刻に上記２枚の偏向板
の間の電圧を変化し、その電圧の変化の過程で上記２枚
の偏向板の電圧が小さくなったときに光電面に投影され
た光学像に対応する電子ビーム像をイメージ管の螢光面
に入射して上記光学像の映像を形成する。

上述のような機能を有するイメージ管はシャッタ管と呼
ばれ、高速の現象を観測することができる。

なお上述のような機能はイメージ部を有するテレビジョ
ン撮像管、たとえばイメージオルシコンなどでイメージ
部に網状電極または偏向電極を設けても同様な動作を行
うことができる。

以下にイメージ管型のシャッタ管を例にあげ、従来のシ
ャッタ管の構造と動作およびその欠点を説明する。

イメージオルシコン管型のシャッタ管においてもシャッ
タ管としての機能を有する部分の構造と動作は全く同じ
であり、イメージオルシコン管型のシャッタ管は以下に
述べるイメージ管型のシャッタ管の螢光面に代えて蓄積
管ターゲツトを設け、さらにイメージオルシコン管に本
来備わっている電子ビーム操作による読出し機能を有す
る部分が接続されているものである。

第１図は従来のイメージ管型のシャッタ管の一例を示す
断面構造および電源の接続を示す図である。

第１図において１はシャッタ管、１１はシャッタ管１の
有底円筒状の真空容器、１２は真空気密容器１１の第１
の底面に設けた光の入射窓、１３は光の入射窓１２の内
壁に形成した光電面、１４は光電面１３に近接して平行
に設けられた網状の電極、１５は真空気密容器１１と同
軸かつ回転対象の集束電極、１６は螢光面で真空気密容
器１１の第２の底面に設けた光の射出窓１７の内壁に形
成しである。

螢光面１６は直流電源１８の正電極に、光電面１３は上
記直流電源の負電極と直流電源１９の正電極の接続点に
接続してあり、網状の電極１４は抵抗２０を介して上記
直流電源１９の負電極に接続しである。

また網状の電極１４はキャパシタ２１を介して矩形波パ
ルス電源２２に接続しである。

電源１８の出力電圧は十分な収束効果を得るために光電
面１３と集束電極１５０間に数キロボルトを加える必要
があり、螢光面の電位は上記集束電極よりさらに数キロ
ボルト高くなけれはならないと共に電子の初速塵の分散
および空間電荷による光電子流の制限による螢光面１６
への到達時間および横方向への拡がりによって生ずる映
像のぼけを減する必要上数キロボルトから十数キ負ボル
ト必要である。

電源１９の出力電圧は光電面１３と螢光面１６の間の電
圧にもかかわらす光電面１３から放出した光電子の通過
を妨げ得るために約３０ボルト必要である。

従って通常光電面１３から放出した電子ビームは網状の
電極１４によって遮られ螢光面１６に到達しないから映
像を生じない。

このような状態にあるとき、矩形波パルス電源２２から
正の矩形波パルスを入力すれは網状の電極１４は上記矩
形波パルスの期間だけ正電位になり、電子ビーム像が上
記矩形波パルスの期間に網状の電極を通過し、螢光面１
６に映像を生ずる。

この矩形波パルスは電子ビーム像の集束条件を満足する
ために電源１９の出力電圧より十分大きくなくてはなら
ず、約３００ないし２０００ボルトである。

ところで超高速で変化する被写体を撮像するときはそれ
に応じて上記矩形波パルスの幅を狭くしなけれはならな
いが、５ナノ秒程度より短い矩形波パルスを発生し、網
状電極１４に印加することはパルスの発生技術、網状電
極の有する容量およヒ網状電極と伝送ケーブルとのイン
ピーダンス整合などに問題があり極めて困難である。

第２図は、従来のイメージ管型のシャッタ管の他の例を
示す断面構造および電源の接続を示す図である。

第２図において３はシャッタ管、３１はシャッタ管３の
有底円節状の真空気密容器、３２は真空気密容器３１の
第１の底面に設けた光の入射窓、３３は光の入射窓３２
の内壁に形成した光電面、３４は光電面３３に近接して
平行に設けられた網状の電極、３５は真空気密容器３１
と同軸かつ回転対称の集束電極、３６は螢光面で真空気
密容器３１の第２の底面に設けた光の出射窓３７の内壁
に形成しである。

３８は陽極板で中央にアパーチャが設けである。

３９および４０は電子ビーム像の通路に平行でかつ上記
通路を挾む２枚の偏向板であってその２枚を組合せて第
１の偏向電極を構成する。

４１および４２も電子ビーム像の通路に平行でかつ上記
電子ビーム像の通路を挾む２枚の偏向板であってその２
枚を組合せて第２の偏向電極を構成する。

４３は第１の偏向電極と第２の偏向電極の間に設けたア
パーチャ板である。

電源４５および４６によって光電面３３と陽極板３８の
間に約１６キロボルトを印加してあり、電源４４によっ
て陽極板３８と螢光面３６の間にＯないし１キロボルト
を印加してあり、電源４６によって光電面３３と網状の
電極３４の間には１ないし２キロボルトを印加しである
。

さらにアパーチャ板４３は陽極板３８と同じ電位が与え
られており、偏向板４０は抵抗４７を介して、偏向板４
１は抵抗４８を介して電源４９の正電極に接続しである
。

電極４９は約２ＫＶの電圧を供給する。さらに偏向板４
０はキャパシタ５１を介して、偏向板４１はキャパシタ
５２を介して高速ランプ電圧発生器５０の出力端に接続
しである。

なお陽極板３８、偏向板３９、偏向板４２、アパーチャ
板４３および電源４９の負電極は接地されている。

従って高速ランプ電圧発生器５０が電圧の変化を開始す
る前は電子ビーム像は偏向板４０の方向へ引張られ、ア
パーチャ板４３に衝突するから螢光面３６に映像が生じ
ない。

このような状態にあるときランプ電圧発生器５０が負の
方向にランプ電圧の変化を開始すると、電子ビームは掃
引され、偏向板３９と偏向板４０および偏向板４１と偏
向板４２がほぼ同電位になったとき螢光面に映像が生ず
る。

なお掃引速度が極めて速く第１の偏向電極を通過した電
子ビーム像が第２の偏向電極へ達したとき既に偏向板４
１と偏向板４２との間の電圧が０の状態を経て反転する
ような場合には偏向板４１に加えるランプ電圧は偏向板
４０に加えるランプ電圧より適当な時間だけ遅延させる
必要がある。

このようなランプ電圧はあらかじめ高電圧で光電してあ
ってキャパシタを短絡することによって実現できるから
極めて急激な電圧の変化を容易に得ることができる。

しかし電子ビームは前述のように十数キロボルトに加速
されているから十分な偏向角を得るために数キロボルト
の大きな偏向電圧を必要とする。

このような目的のスイッチング回路はトランジスタの耐
圧が低いから数個のトランジスタを直列接続して用いな
ければならず、このような回路は電圧の変化の速度を大
きくすることが困難であり、かつトリガ信号の入力から
トランジスタの短絡動作の完了までの応答時間が不安定
であるから所望のタイミングで駆動することが困難であ
る。

またこのようなランプ電圧発生キャパシタによって得ら
れる電圧の変化の速度ば５ボルト／ピコ秒が限界である
から、露出動作のため２キロボルトの偏向電圧を必要と
するとき４００ピコ秒以下の露出時間を得ることができ
ない。

さらに偏向板３９，４０，４１および４２の設計的な構
造と電子ビームの加速電圧に応じて偏向板４０に加える
掃引電圧と偏向板４１に加える掃引電圧との間に適当な
振幅の差および位相差を必要とすることもある。

さらに上述のシャッタ管３は収束および偏向のための電
極設計上、光電面３３と陽極板３８の距離を短くするこ
とができず、これが高い加速電圧を必要とする原因とな
り、その結果偏向電圧を小さくすることができない。

本発明の目的は、上述のような欠点を除去し、低い偏向
電圧の変化で、高速で電子ビームのシャッタ動作をさせ
ることができる新規な電子ビームシャッタ装置を提供す
ることにある。

次に本発明による電子ビームシャッタ装置をシャッタ管
に応用した場合を例にして詳細に説明する。

第３図は本発明による電子ビームシャッタ装置を電子ビ
ームシャッタ管に応用した場合の実施例を示す電子ビー
ムシャッタ管の断面構造図である。

電子ビームシャッタ管の有底円筒状の真空気密容器６１
の第１の底面に設けた光の入射窓６２の内壁に光電面６
３が形成されており、光電面６３に対向して螢光面６５
が真空気密容器６１の第２の底面をなす光の出射窓６６
の内壁に形成されている。

板状体６４は光電面６３と螢光面６５の間に、それらに
平行に設けられている。

板状体６４の構造を第４図、第５図および第６図によっ
て説明する。

第４図は、板状体６４を正面すなわち第３図において電
子ビーム像が板状体６４に入射する方向（Ａ−Ａ）方向
から見た図で、面に垂直に可能な限り均一な内径の多数
の貫通孔７５・・・・・・・・・７５が全面に亘って可
能な限り均一な間隔で配列してあり、対向する２端縁に
はそれぞれ電極６７および電極６８が設けである。

板状体６４の材質は堅牢であることが望ましいが、後述
するように電極６７と電極６８の間に電圧を加えたとき
、その間に均一な電位勾配を生じる必要から、比較的高
抵抗の導電性を有することおよび貫通孔７５の内壁に電
子が衝突したとき可能な限りその衝突電子を上記内壁で
吸収する必要から二次電子放出比の小さいことが望まし
い。

もちろん板状体６４は、単一物質で構成する必要はない
から、基体を電気絶縁性のセラミックで構成し、貫通孔
７５の内壁に比較的二次電子放出比が小さく、かつ十分
な導電性を有するニッケルや白金層を形成し、板状体の
面には比較的高い抵抗を有するモリブデンの極めて薄い
層を形成したものでもよい。

最も容易に作ることのできるものには鉛含有ガラスの管
を束ね、融着した後、鉛を水素で還元し適当な電気抵抗
を生じたものがある。

第５図は、第４図のＢ−Ｂ断面図であり、第６図は第５
図の部分Ｃを拡大した図である。

続いて上述のシャッタ管の動作を説明する。

＄３図において光電面６３に対して螢光面６５は電源６
９，７０および７１によって高電位に保たれており、板
状体６４は、その一方の電極６８を電源７１の正電極と
電源７０の負電極の接点に接続して光電面６３に対して
高電位を保つと共に接地し、他方の電極６７を抵抗７２
を介して電源７０の正電極を電源６９の負電極の接続点
に接続して電極６８に対して高電位に保つとともにキャ
パシタ７４を介して高速ランプ電発生器７３に接続しで
ある。

従って高速ランプ電圧発生器７３が出力電圧の変化を開
始する前は光電面６３から放出した電子ビームは板状体
６４の貫通孔７５に入射するが、電極６７と電極６８と
の電位差により貫通孔７５の軸に垂直な方向に電界を生
じているから、第６図に示す軌道ａに示すように電子ビ
ームは偏向し、貫通孔７５の内壁に衝突し吸収される。

貫通孔７５の内径を１００μｍ、長さ５ｍｍとすれば１
０００ｅＶのエネルギをもち、貫通孔７５に平行に入射
した光電子がすべて貫通孔７５の内壁に衝突するために
貫通孔７５０対向する壁の間に０．４ボルト以上必要で
ある。

光電面５３の直径が１０ｍｍあり、従って板状体６４の
一辺の長さ、言い換えれば電極６７と電極６８の間隔を
１０闘とすれば電極６７と電極６８の間に加える電圧は
４０ボルト以上必要となる。

上記電圧が４０ボルトであれば電子ビームは第６図に示
す軌道すを通り、電圧が加えられていないときは第６図
に示す軌道Ｃを通る。

従って電源７０の電圧を１００ボルトとしておき、高速
ランプ電圧発生器７３が負の方向にランプ電圧の接地を
開始すると、電極６７の電圧が４０ボルトから負の４０
ボルトの間にあるとき光電面６３に投影された光学像が
螢光面６５に再現される。

上述のイメージ管型のシャッタ管はそれ自体で高速で変
化し、あるいは移動する被写体の静止画像を得ることが
できるが、そのために電極に加える電圧の変化の速さは
被写体の変化あるいは移動の速さに対応するものでなけ
ればならない。

しがし光電面に近接しかつ対向して前述の板状体を配置
するから収束電極を必要とせず、板状体へ入射する電子
のエネルギはたかだか１キロボルトで十分であり、それ
に応じて板状体の電極に加える電圧も低くすることがで
きる。

しかも厳密な電圧を必要としない。

前述の本発明の実施例において、ランプ電圧発生器の出
力電圧の変化の速度を５ボルト／ピコ秒とすれば、１６
ピコ秒の露出時間が得られる。

これは前述の従来技術の列に比べて２５分の１である。

以上はイメージ管型のシャッタ管について説明したが、
イメージオルシコン管型のシャッタ管についても本発明
は適用できる。

すなわちイメージオルシコン管型において光電面と蓄積
ターゲットの間に適当な電気抵抗を有し、その面に垂直
な複数の細い貫通孔を有し、対向する２端に電極を有す
る板状体を設けたシャッタ管であってもよい。

かかるイメージオルシコン管型のシャッタ管の構造は前
述のイメージ管型のシャッタ管において螢光面の代りに
蓄積ターゲットを置換したものであって、光電面、螢光
面および板状体の２つの電極に加える相対的電圧は同一
と考えればよい。

もちろんこのとき板状体の電極に加えるパルスは垂直同
期信号に同期することが望ましい。

以上のように本発明による電子ビームシャッタ装置は板
状体であってその任意の対向する２端縁に別個に設けた
電極を有し、それら電極の間にはそれら電極の間の部分
に均一な電界を加えることができる。

また本発明による電子ビームシャッタ装置は前記板状体
の面に垂直な複数の貫通孔を有するもので、上記２つの
電極の間にそれら電極のうち一方の側から他方の側へ電
子ビームを掃引するように変化する電圧を加える電圧源
を接続しである。

電極に加えた電圧によって各貫通孔に均一の電界を生ず
るから電圧の変化の過程を使って単一の板状体のみで高
速で変化しあるいは移動する被写体に原因する電子ビー
ムを極めて短い時間だけ通過させ、静止画像を形成でき
る電子像を得ることができる。

なお本発明による電子ビームシャッタ装置は、イメージ
管型またはイメージオルシコン型のシャッタ管に限るこ
となく、電子ビーム像を用いる真空管であれば同様に適
用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来のシャッタ管の断面構成図で
ある。 第３図は本発明による電子ビームシャッタ装置を電子ビ
ームシャッタ管に応用した場合の実施例を示す電子ビー
ムシャッタ管の断面構造図である。 第４図は本発明による電子ビームシャッタ装置の板状体
の正面図、第５図は第４図Ｂ−Ｂ断面図、第６図は第５
図の部分Ｃの拡大図である。 ６…シヤツタ管、６１…真空気密容器、６２…入射窓、
６３…光電面、６４…板状体、６５…螢光面、６７．６
８…電極、６９，７０，７１…電源、７２…抵抗、７３
…高圧ランプ電圧発生器、７４…キヤパシタ、７５…貫
通孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 真空容器中に電子ビームの進行方向に直交するよう
   配置される高い抵抗を有する板状体と、実質的に均一な
   内径を持ち前記板状体に均一に分布させられて設けられ
   た電子ビーム通路を形成する多数の貫通孔と、前記貫通
   孔の表面に設けられた少なくとも２次電子の発生をさせ
   ないで衝突電子の通過を妨げる導電層と、前記板状体の
   対向する２端縁に設けられた一対の電極と、前記電極に
   前記多数の貫通孔に垂直方向にビーム偏向電界を発生さ
   せる出力可変電源を含み、前記偏向電界により、電子ビ
   ームの通過を許容するように構成した電子ビームシャッ
   タ装置。 ２ 前記板状体はセラミックであり、前記導電層は金属
   層である特許請求の範囲第１項記載の電子ビームシャッ
   タ装置。 ３ 前記板状体は鉛含有ガラスの管を束ね、融着して形
   成し、前記導電層は鉛を水素で還元して形成した特許請
   求の範囲第１項記載の電子ビームシャッタ装置。