JPS60150546A - 高速電子シヤツタカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は高速で形状や明るさが変化する物体や像等のあ
る任意の一瞬の像を、電子式の高速シャッタにより取り
出して、静止像として撮像する高速電子シャッタカメラ
に関する。

（従来の技術） 高速で変化する二次元的な観測対象のある瞬間の静止像
を得るために、短い時間で高速シャッタを動作させ、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、機械的なシャッタを用いるい
わゆる光学写真機と、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
械的なシャッタを持つ写真機より、速いシャッタ速度が
得られるから、変化の速い撮像対象のためには電子的シ
ャックカメラが適している。

第９図は従来用いられていたイメージ管を用いた電子式
高速度カメラを示す断面図である。

まず、通常動作のイメージ管の構成と動作を説明、する
。

観測対象物体１の光像が光学レンズ２により、イメージ
管の光電面４に結像されると、この光像の形状、明るさ
に対応して、光電子が放出される。

そして、観測対象物体１の構造は光電面のごく表面の真
空中の光電子像５に変換される。

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電子数をもち光電子像５はこれ
等の電子の個数の分布として規定される。

光電面４には、負の高電圧（■Ｋ）が印加され、メソシ
ュ電極６には負の高電圧だが、光電面より正方向の電圧
（ＶＭ）が印加されている。

光電子像５を形成している光電子群は、前記電位差によ
り、メソシュ電極６の方向に加速され移動し、メソシュ
電極６を透過する。

集束電極１０７には、光電面４より正方向よりの負の高
圧、アノード１０８および螢光面１１１にはＯＶ（接地
電位）が印加されており、メソシュ電極６を透過して電
子は螢光面１１１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１ピコ秒
より小さい時間の非常に高速の応答で行われる。そのた
め時々刻々、その各時刻の形状、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、これを構
成する光電子群が次々とメツシュ電極６の方向に進んで
いき、この結果光電子ビームが光電面から螢光面１１１
の方向に管軸に沿って発生する。

この光電子ビームの管軸に垂直な各断面内には、各時刻
における光像の形状およ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入っていることになる。

また管軸に沿ってその断面を螢光面の方から光電面側に
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入っており、これらが順
次螢光面に流れ込んでいくことになる。

これらのことから、この各断面の情報のうし、所望の断
面部だけのものを螢光面１１１の上に映し出せばシャッ
タ動作が行われたことになることがわかる。

なお、光電子群は、光電面４から放出されたとき０〜数
ｅＶ程度の色々のエネルギーをもち、かつ光電面に対し
て色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ｉＭられるエネルギー、例えばｌ　０ｋｅＶ程度に
比べれは低いが、光電面４上の任意の点、例えば光電子
像のＡ点を形成している光電子群がアノード１０８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、このように光電子のエネルギーおよび方向にバ
ラツキがあっても、集束電極１０７に、光電面の電圧よ
り高い適当な電圧を印加して、この部分に電子レンズを
形成しであるので、広がった電子を集束させて、螢光面
１１１の対応する点Ａ′に集束させることができるから
問題にならない。

この光電子像の結像の様子を図中に電子軌道を用いて示
す。

図中ｐ、、ｐ２はそれぞれ光電面のＡ点、Ｂ点が発生し
た光電子のうちで、初速が０のものの軌道を示し、主軌
道と呼ばれる。

一万ＰＨ’＋　Ｐ２　’は、光電面のＡ点、Ｂ点におけ
る法線に対して±αの角度、εＯｅ■のエネルギーで放
出されたものの！ｌｔ道で０≦α≦９０°の任意のα、
および光電子放出で得られる、０〜数ｅＶの小さな任意
のε。の値を持つ光電子の軌道を示す。

集束電極１０７に、適当に調節された電圧を与えれば、
Ｐ＋　’、Ｐ２　’の終点をそれぞれ主軌道が螢光面に
ぶつかる点Ａ’、Ｂ’点に実質的に一致させることがで
きる。

これは、光電子像５の他の任意の点に対しても同様であ
る。

この螢光面に結像した光電子群は高速で螢光面を衝撃す
るので、発光を生し入力光像に対応した出力映像が得ら
れる。

入力光像の変化が螢光材料の応答速度を越えるときは、
螢光面１１１に形成される像が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。

したがって、通常動作で、“出力映像の変化から入力光
像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。

次に電子シャッタ動作の説明をする。

電子シャックを行わない通常のイメージ管動作のときは
前述のように、光電面４に直流電圧（ＶＫ）を常時印加
する。

電子シャッタ動作のときには光電面に印加する電圧を変
化させる。

第１０図に電子シャッタ動作時の光電面に印加される電
圧を示す。光電面４には矩形波パルス電圧Ｗ１が印加さ
れる。ます光電面４とメソシュ電極６の部分に注目する
。

メソシュ電極６には前述の通常動作のときと同じ直流の
負の電圧（ＶＭ）が印加されている。

Ｗ２　（＝ＶＭ）として、第１０図に示す。

光電面４には電圧ＶＫ　’　（ＶＫ　’　＞ＶＭ）と電
圧ＶＫ　（ＶＫ＜ＶＭ）の部分からなる矩形波パルス電
圧Ｗ１が印加されている。

メソシュ電極６の電圧Ｗ　２　（＝　Ｖ　Ｍ　）と光電
面４の電圧Ｗ＋　（ＶＫ　’　＞ＶＭ　＞ＶＫ）の関係
で電子式のシャッタ作用が行われる。

光電面４の電圧Ｗ１がＶＫ’のときはメツシュ電極６の
電圧ＶＭより高いので、光電面４の放出した光電子がメ
ツシュ電極電位によって追い返されてしまうので出力像
は得られない。

光電面４の電圧Ｗ１がＶＫのときはメツシュ電極６の電
圧ＶＭより低いので、光電面４の放出した光電子がメソ
シュ電極電位によって加速され、集束電極１０７の空間
に放出される。

光電面４の電圧がＶＫである期間Ｔｌは、通常の写真機
の露光時間に相当する。

電子管の場合は光でないので、露出時間と呼ぶことにす
る。

この短い露出時間に放出された光電子群だけが螢光面に
結像し、発光像が得られる。この発光時間は螢光体の種
類によって異なるが数ｌＯμＳ〜Ｉｍｓ位でかなり短い
時間である。この出力映像は例えば、シャッタを開放に
した第９図に示す光学写真ｔ１８１１１３で記録される
。

前述の露出時間ＴＩは通常の光学写真機の場合の露光時
間と同し重要な意味を持ち、光像の変化する時間に比較
してＴ】が大きすぎると、Ｔ１の期間は螢光面上の同じ
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。

またＴ１が小さすぎると、螢光面上の発光は、はんの−
瞬であとの光情報を持つ光電子ビームはカットされてし
まうので、出力映像が暗くなってしまう。このため、通
電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ＴＩを選ぶ。

換言すれば、そのように選ばれた時間Ｔ１の間は入力光
像は略静止している。

このようにして光学的装置では実現できない高速電子シ
ャッタカメラを実現できるが、この装置にも限界がある
。

露出時間Ｔ１を短くした場合の問題を第１１図を参照し
て説明する。第１１図においζ、Ｗ４は第１０図に示し
た光電面４に印加される電圧Ｗ１に対応する電圧を示す
。

露出時間Ｔ１が数１０ｎｓ以下という非常に小さい値で
は第１１図の波形Ｗ４のように光電面に印加する波形Ｗ
４はなまってしまう。

光電子ビームは光電面電位がメソシュ電極電位より負方
向にあればメツシュ電極を通過し、螢光面を発光させる
。

したがって第１１図かられかるように光電面電圧が（Ｖ
ｋ）に等しくない途中の傾斜部分の波形の電圧の時にも
、螢光面を発光させる。

一方電子レンズは光電面電位がＶｋに等しい時のみ、螢
光面上に、光電子像を正しく結像し、それ以外の時はボ
ケでしまうことになる。

さらに、このようななまった波形でさえ、Ｗ４は数１０
〜数１００Ｖの振幅が必要である。

そのためＴ１が数１０ｎｓより小さいときには第１０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。

（発明の目的） 本発明の目的は、より高速度の電子シャッタを可能にす
る新規な原理による高速電子シャッタカメラを提供する
ことにある。

（構成の説明） 前記目的を達成するために、本発明による高速電子シャ
ッタカメラは、イメージ管を用い光電面に形成された像
を高速シャッタ撮りをする高速電子シャッタカメラにお
いて、光電子を再結像させる第１の電子レンズと、前記
光電子の像再結像位置−が偏向中心となるように配置さ
れている偏向手段と、前記偏向手段により偏向された電
子ビームを受け入れるように配置された第２電子レンズ
と、前記第２電子レンズの結像位置に配置された螢光面
と、前記各電子レンズに動作電力を供給するレンズ駆動
回路と、前記偏向手段に動作電力を供給する偏向手段駆
動回路とから構成されている。

さらに、より確実な動作を確保するために、前記構成に
おいて、前記偏向手段を偏向手段駆動回路により偏向の
程度が時間的に傾斜する偏向を発生させる動作電力を提
供するようにし、起動回路により、観察対象の発光を検
出して発光に同期して前記偏向手段駆動回路を起動する
ように構成する。

前記高速電子シャッタカメラは、光電面、螢光面、電子
レンズ作用をもつ電極群で、偏向電極等を有するイメー
ジ管を変形して構成することができる。

偏向手段を静電偏向手段で構成し、傾斜電圧を偏向電圧
として印加するときは、電極間に第２図に示すような傾
斜電圧を印加する。

高速電子シャッタ撮りのためには、非常に高速度で変化
させる必要がある。

この偏向電圧は、アバランシェトランジスタや電子管を
用いて、作ることができる。

このＩＩＪｉ斜電圧の中の特定の部分を通過した電子ビ
ームを第２の電子レンズ群で取り出してシャッタ撮りを
行う。

従来装置のようにメソシュ電極によるシャッタ動作は不
要となり、露出時間Ｔ１を数１０ｎｓ程度あるいはそれ
よ小さな値にしてもボケもなく、確実な高速電子シャッ
タ撮りが可能である。

（実施例の説明） 以下、図面等を参照して本発明をさらに詳しく説明する
。

第１図は本発明による高速電子シャッタカメラの電子管
の実施例を示す管軸を含む断面図である。

高真空に保たれた気密容器内の構造部は、機能から考え
て第１電子像形成部、光電子ビームのシャッタ動作（つ
まり露出時間を定める動作）部、第２電子像形成部の３
つの部分に分けて考えることができる。

第１電子像形成部は気密壁の一部を形成するとともに入
力光像を受け入れる入力気密窓３．この内側の表面に設
けられた入力光像を、光電子像に変換するための光電面
４．光電面で発生した光電子像５を偏向電極１１の管軸
方向の中点を通り、かつ管軸に垂直な面上に結像させる
ための電極群から形成されている。

前記電極群は、光電面４の中心に垂直な管軸に沿って順
次配列されている軸対称な形状のメ・ノシュ電極６．第
１集束電極７．真中にアパーチャを有する第１アノード
８．後述の偏向電極および第２電子像形成部の入力部へ
流入する時の光電子ビームの角度を調節する電子ビーム
角度調節電極９゜この電子ビーム角度調節電極９に近接
して配置される偏向電極１１の電位が互いに悪影響を及
ぼし合わないように各々の電極の形成する電場を遮蔽し
、かつ真中に光電子ビームを透過するためのアパーチャ
を有する遮蔽電極１０を含んでいる。

光電子ビームのシャッタ動作を行う部分は、所望の時間
、露出を行うため機能するものである。光電子ビームの
シャック動作を行う部分は偏向電極１１と適当な形状の
開孔を持つ光電子ビーム阻止電極１３を含む。

２枚の平行な金属板からなる偏向電極１１ば光電面４か
らの光電子ビームを偏向する。

光電子ビーム阻止電極１３には、定められた時間だけ、
光電子ビームを通過させ、露出時間Ｔ１を設定し、その
時間だけスクリーン上にビームを照射させるための適当
な形状の開孔１２が１個設けられている。

その開孔１２の形状は、円形でもよいし一辺がこの断面
図の面に平行で他の一辺が、この断面に垂直な矩形でも
良い。

ビームが掃引される時、この開孔１２を、横切る時間が
電子像の露出時間Ｔ１となる。

第２電子像形成部は、偏向電極１１の管軸方向の中間の
平面内に結像された光電子の像を再び結像して、スクリ
ーン１６上に出力するものである。

第２電子像形成部は、偏向電極１１の中心と、開孔１２
の中心を結ぶ直線（軸）上に沿って配置された、第２集
束電極１４、第２アノード１５．および塗布螢光面から
なるスクリーン１６．出力気密窓１７から形成されてい
る。

第３図は本発明による前記高速電子シャックカメラの全
体の構成を示すブロック図である。

電子管の部分は先に第１図により詳しく説明したので、
略図的に示しである。

光学レンズ２は観察対象物体１の像を光電面４に形成す
るためのレンズである。

このレンズ２と光電面４の間にハーフミラ−２１を配置
し観察対象物体ｌからの光を一部下方に導この光は他の
レンズ２２により、高速光検出器であるＰＩＮダイオー
ド２３に集束される。

ＰＩＮダイオード２３の出力は遅延回路２４で任意の時
間遅延させられて、傾斜電圧発生回路２５に接続されて
いる。ＰｒＮダイオード２３と遅延回路２４が偏向手段
である偏向電極１１を駆動する傾斜電圧発生回路２５を
起動する。

この前記傾斜電圧の傾斜は希望する露出時間に応じて適
当に定められるようになっている。

どの時刻の映像をスクリーン上に出力させるかを決定す
る傾斜電圧の掃引開始ｌ・リガは前記起動回路により行
われる。

前述した第１電子像形成部、第２電子像形成部の電極に
は直流高圧発生回路４０から動作電圧が供給される。

各部の電圧および電圧変化は動作とともに後述する。

次に前記実施例装置の動作を説明する。

光学レンズ２によって高速でその明るさや、形状が変化
する観察対象物体１の光像が光電面４に入射し、気密窓
３を介して結像される。

光電面４の応答スピードは１ピコ秒よりも速く、この光
像は非常に速い応答で光電子像に変換される。

直流高圧発生回路４０から動作電圧として光電面４には
一１０ＫＶ、近接して設けられたメソシュ電極６は−８
，５Ｋ　Ｖの電圧が印加されている。これによりこの光
電子像を形成している電子群は、メツシュ電極６方向に
加速される。

一方光電面４には連続して光が照射されているので、次
々と、光電子が発生し光電子ビームが光電面４から偏向
電極１１の方向に管軸に沿って発生する。この光電子ビ
ームの管軸に垂直な各断面内には各時刻における光像の
形状や明るさの二次元情報が電子の空間密度に変換され
て入っている。

管軸に沿ってその断面を偏向電極１１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
刻における前記情報が入っており、それが、順次偏向電
極１１の方へ流れていく。

光電子像５が流れていくうちにボケでしまうが、第１集
束電極７に適当な電圧を印加することにより、偏向電極
１１の管軸方向の中点を通り管軸に垂直な断面に光電子
像として再び結像させる。

第４図は前述した電子光学系を幾何光学系に置き換えて
示したものであり、光電子像のＡ点、Ｂ点を形成してい
る電子群の軌道で代表して結像の様子を示しである。各
点からの光電子の主軌道を２０で示す。

各々の主軌道の両側に示されている軌道はＡ点。

Ｂ点の位置で光電面に立てた法線と任意の角度でもって
、任意のエネルギーで放出された光電子の軌道であり、
以下この軌道をβ軌道と呼ぶ。

主軌道２０は、実際には光電面に投影された光像の各点
に対し、描けるものであるが、ここでは、Ａ点、Ｂ点に
対応するものだけ示しである。

これらの主軌道群が偏向電極１１および開孔１２に入射
する時の角度を概略平行または、少しせばまっていくよ
うに電子レンズ１−９で調節する。電子レンズがこのよ
うな主軌道の発散角を調節できることは、よく知られて
いる。第４図に示された電子レンズ１８．電子レンス１
９は具体的にはそれぞれ第１図に示される主として第１
集束電極７゜電子ビーム角度調節電極９によって作られ
る。この実施例では、電子レンズ１８は、−８，５Ｋ　
Ｖが印加されたメソシュ電極６．−８．８ＫＶの印加さ
れた第１集束電極７．接地電圧ＯＶの印加された第１ア
ノード８によって形成され、電子レンズ１９はＯｖの印
加がされた第１アノ−Ｆ’８．−７に■の印加がされた
電子ビーム角度調節電極９，０■の印加された遮蔽電極
１０によって形成される。

前記偏向電極１１の管軸方向の中点を通りかつ管軸に垂
直な面に電子像が結像し、主軌道群が偏向電極１１や、
開孔１２に概略平行または狭まっていくように入射する
理由は、次のシャ・ツクの動作部の説明において詳しく
述べる。

前述のようにして、偏向電極１１の中間面に結像される
ように入射した光電子ビームは、偏向電極１１に印加さ
れる偏向電圧により、光電子ビーム阻止電極Ｉ３の表面
上を掃引させられる。

第５図に偏向電圧を示す。図において１２８，１２ｂは
それぞれ偏向型１１１ａ、ｌｌｂに印加される傾斜電圧
を示す。

なおこの実施例では、第５図に示すように、偏向電極の
両方に対称な偏向電圧を印加するようになっているが、
もちろん、一方の偏向電極をＯｖに固定して、片方だけ
に傾斜状電圧を印加して光電子ビームの偏向を行うこと
も可能である。

偏向電極の幅を２ｃｍ、管軸方向の長さを２ｃｍ。

その間隔を１ｃｍとする。光電面４は一１０ＫＶ。

遮蔽電極１０は接地電位とすると、光電子は１゜ＫＶの
エネルギーまで加速されて偏向電極１１に入射する。

偏向電極１１に入射した光電子ビームは管軸に垂直な力
のみを受けて偏向される。

管軸の方向の速さは、偏向電極に入射してからも変わら
ないから、１０ＫｅＶのエネルギーに対応する速さでは
、偏向電極１１の管軸の方向の長さ２ｃｍを通過する時
間は、約３４０ｐｓである。

この偏向電極１１で光電子ビームが偏向される時の様子
は、光電子ビームがこの偏向電極を通り抜ける間は偏向
電極に印加されている偏向電圧が一定と見なせるか、あ
るいは、その間にも大きく変化するほど偏向電圧の変化
が激しいかで、様子が異なってくる。

まず、前者の場合について説明し、次に後者の場合につ
いて説明する。

第５図に示す偏向電圧波形で、Ｔが例えば１００゜Ｑｎ
ｓの場合傾斜部分のどの位置で光電子ビームを入射して
も１０ＫｅＶに相当する速さでは、偏向電極を通過する
間、偏向電圧は一定とみなせる。

第５図”に示す傾斜電圧の傾斜の始まる所を時刻０にと
れば、例えば３７Ｓｎｓ後には、偏向電極１１ａ、ｌｌ
ｂには、それぞれ＋５００Ｖ、−５００■の電圧が印加
される。

この電圧が印加されている時、偏向電極に入射した光電
子ビームが偏向される様子を第６図を参照して説明する
。

ここで偏向電極の管軸方向の中間面の場所に、点線で示
した矢印は偏向電極１１に印加されている偏向電極が０
■の時（偏向電界がＯ）の光電子像の結像を示す。

この矢印の左側で矢印の下端Ｍ点に入射している３本の
点線は、偏向電圧がＯＶの時の、主軌道およびβ軌道の
Ｍ点への結像の様子を示し、電界が０であるので、偏向
電極入口からＭ点まで直進している。

偏向電極が０の時のこのあとの軌道は示してないが、そ
の場合、光電子ビームはそのまま直進を続け、像は再び
ボケていく。実際には、偏向電極１１ａに＋５００■、
偏向電極１１ｂに一５００■印加されているので、偏向
電極に光電子ビームが入射すると、図中の実線で示すよ
うに光電子ビームは放物線軌道を描いて、曲げられる。

光電子ビームは偏向電極１１から抜は出ると、管壁電極
３０および光電子ビーム阻止電極１３はＯＶ（グランド
電位）であるので、再び電界は０となり、光電子ビーム
は直進する。ここで簡単な計算によって確かめられるこ
とであるが、第６図に示すように偏向電界を抜けたあと
、直進運動になってからの軌道の傾きで、偏向電極の方
に点線でその起動を逆延長すると、主軌道も、β軌道も
Ｍ点に一致する。

これは偏向電極１１に＋５００■の電圧が印加された場
合の例であって、他の時刻には、第５図かられかるよう
に他の電圧が印加される。

この時は、偏向電極１１を抜は出たあとの光電子ビーム
の位置、および傾きは＋５００■の時と異なるが、その
直進運動に変わってからの軌道を逆向きに直線で延長す
ると、主軌道、β軌道ともにＭ点に一致することが確認
できる。

これは光電子ビームが偏向電極を抜けて直進運動になっ
てからは、管の出力側からみるとどのように光電子ビー
ムが偏向されようと、偏向電界がＯの時、例えばＭ点に
集束するように進んできたビームは、そのＭ点から、直
線的に放射されたかのように見なすことができることを
示している。前記では、Ｍ点で説明してきたが、もちろ
んこれは矢印で示されたＭ点以外の任意の点についても
いえることである。

この原理により、本発明の新規な構成を実現できる。

さらに簡単な計算でわかることであるが、偏向電圧が０
の時に偏向電極の中間面以外に、光電子像を結像するよ
う入射した場合は、その結像の任意の一点から発散して
（る光電子ビーム（主軌道およびβ軌道）が偏向電極で
偏向金れ、さらに偏向電極を抜けて、直進運動になって
からの軌道を逆延長したものは各偏向電圧については、
偏向電極より右側から見ると、ある一点から放射されて
いるように見える。しかし、その点は、偏向電圧が異な
ると別の場所の点であり、偏向電極の中間面に光電子像
が結像されるように、入射した時のように、光電子ビー
ムをどのように偏向しても、偏向電極の右側から見た時
、一点から放射されたように見えるようにはならない。

これが光電子像を偏向電極の管軸方向の中間で管軸に垂
直な断面に結像する理由である。

また第５図に示す偏向電圧波形でＴが例えば１．５ｎｓ
の場合、光電子ビームが偏向電極を通過してしまうのに
要する時間が約３４０ｐＳであるので、偏向電極の印加
電圧は変化してしまう。。

この場合、光電面で発生した光電子像を偏向電圧がＯの
時、偏向電極の管軸方向の中間を通り、管軸に垂直な断
面に再び結像するよう入射した時どのように偏向される
か検討した。

その結果その偏向電圧が０の時その中間面に結像してい
る光電子像のある任意の一点Ｑから発散してくる主軌道
、β軌道は偏向された時ともに偏向電極を出て、直進運
動になってから、その直線を逆方向に延長すれば、管軸
に垂直で偏向電極の管軸の方向の中点の断面の特定の一
点にその傾斜電圧波形のどの時刻に入射しても結像され
、この一点は中間の断面内で偏向電極に電界を印加しな
い時の結像点Ｑからある特定距離ｄだけ、光電子ビーム
の掃引される方向と逆の方向にずれた点であることがわ
かった。

前記特定距離ｄの値は偏向電極１１の長さ、光電子ビー
ムの管軸方向の速さ、偏向電圧の時間的な変化率によっ
て定まるものである。

以上により、光電子ビームが偏向電極を通過している間
に偏向電圧の値が大きく変わってしまうほど速く光電子
ビームが偏向される時も、またその光電子ビームがどの
方向に偏向された場合でも偏向電極が０の時結ばれる光
電子像からｄだけ、光電子ビームが掃引される方向と逆
方向にその偏向電極の管軸方向の中間点である結像面内
で移動した所にその光電子像があり、そこから、直線的
に光電子ビームが放射されたかのように見なすことがで
きる。

このように、偏向電極に傾斜状電圧を与えて光電子ビー
ムが第４図に示す光電子ビーム阻止電極１３の開孔の断
面上を動いていくにもかかわらず、偏向電極内の仮想上
の静止した光電子像から直線的に放射されてきたものと
して、その・光電子ビームが扱える。

このことは、その光電子ビームを球面収差を無視できる
範囲内の径の電子レンズ２１に入射してやれば、光電子
ビームはそのレンズを移動して掃引している°にもかか
わらずその電子レンズ２１はその仮想的な静止像を出力
スクリーン上に結像することができることを意味する。

この様子を、光電子ビームが偏向電極を通り抜ける時間
では、偏向電圧が変化しないと見なせる場合について、
第４図のビームＩ、Ｉｔ、　ＩＩＩに示す。

これらは、偏向電圧が００時、光電面における光電子像
５のＢ点を形成する電子群が偏向電極の中間面上のＭ点
に結像する主軌道とβ軌道からなる光電子ビームについ
て示゛しており、この光電子ビームは、偏向電界によっ
て図中に矢印で示される掃引方向にビーム１．　Ｉｔ、
Ｉ［ｌと偏向されていくが、どの光電子ビームも点Ｍか
ら直線状に放射きれたものと扱ってよく、電子レンズ２
１によって同−Ｍ′点に結像される。

なお、ビームＩと■は開孔１２をその二つの端ぎりぎり
に通過したもので、ビーム■から■の位置までの掃引時
間が露出時間となる。

結局、Ｂ点に関する光電子ビームはその露出時間の間す
べてＭ′点に結像され、他の光電子像の任意の他の点、
例えばＡ点にっていも同様にＮ′点に結像される。

光電子ビームが、偏向電極を通り抜ける間に偏向電圧が
変化してしまう場合でも、第４図における偏向電極内の
ＭＮ点で示される光電子像をｄだけ上方にずらした光電
子像を電子レンズ２１で結像したものと同じ結果となる
。

このことは、偏向電極に傾斜電圧を印加しても、像の偏
向電界による移動から生じる出力螢光面上のボケがなく
、露出時間の間螢光面上に、像を静止させためと同じ効
果を与えることができることを示す。

また、偏向電極によって偏向された光電子ビームが光電
子ビーム阻止電極１３上の開孔１２を横切るのに要する
時間が露出時間を定めることになる。

また、電子レンズ１９により、主軌道の発散をおさえて
偏向電極に入射する主軌道群を平行または少し狭めるよ
うにしたのは、開孔を有する阻止電極に流入するまでに
主軌道が広がってしまうと、開孔の掃引方向の長さを長
くしな−くてはならず、電子レンズ２１Φ有孔径も大き
くしなくては球面収差が太き（なるためである。

第２電子像形成部は、第４図の電子レンズ２１と出力螢
光面１６から構成されている。

電子レンズ２１は、第１図に示す光電子ビーム阻止電極
１３（接地電位）、第２集束電極１４（−８ＫＶ）、第
２アノード１５（ＯＶ、接地電位）にして形成できる。

電子光学系は以上のように構成されているので、第３図
に示すように、起動回路により観察対象物１からの光の
一部を検出し、傾斜電圧発生回路により、傾斜電圧を発
生することにより、極めて短い露出時間の像をスクリー
ン１６に取り出すことができる。

（変形例） 以上詳しく説明した実施例の第１および第２の電子レン
ズを、第７図に示す磁界四束型のコイルに変更すること
ができる。

第４図の電子レンズ１８の作用を第１フオーカスコイル
３Ｉにより、電子レンズ２１の作用を第２フオーカスコ
イル３２により行わせる。

なお実施例ではメソシュ電極６を用いる例を示したが、
この電極は不可欠ではないが、メツシュ電極６を用いな
い場合は、露光時間、露光間隔は数＋ｐｓが限界となる
。同様に光電子ビーム角度開部電極９を設けなくてもよ
いが、その場合は開孔の大きさが非常に大きくなり、装
置は大型になる。

また、実施例として平行な平板２枚からなる偏向電極を
用いているが、第８図（Ａ＞、（Ｂ）に示す偏向電極を
用いることができる。この電極は偏向感度を上げ、さら
に出力側で光電子ビームが引っ掛からないようにしであ
る。

これらの偏向電極を用いる場合は、光電子像をこの偏向
電極の管軸方向のどの位置を通る管軸に垂直な断面に結
ぶかであるが、（先の単に２枚の平板電極からなる場合
は管軸方向の偏向電極の長さの中間）、これは偏向電極
の管軸方向の形状によって異なる。先の実施例も含めて
、より一般的にいえば偏向中心と呼ばれる位置である。

偏向中心とは第８図に示すように管軸に一致した光電子
ビームが偏向電極に入射して、その偏向電極の中で曲線
を描いて曲げられ、偏向電極から抜け、さらに、直進運
動する時、その直進運動部分を、そのまま、ビームの進
んできたもとの方向に延長し、また、偏向電極に管軸に
一致して入射してくる直線も延長すると、第８図に示す
ように、その偏向電極によって定まるＰ点で、常に（ど
のように偏向された時でも）交わる。これは、偏向量が
大きくても小さくても常に同じで、偏向電極の出力側か
らみると富にその点から、直線的に偏向されてきたかの
ように見えるので、偏向中心と呼ばれる。

このＰ点を含む管軸に垂直な断面に光電子像を結像すれ
ばよい。

（発明の効果） 以上詳しく説明したように、本発明による高速電子シャ
ッタカメラは、第２電子レンズ側で露出時間を決定でき
るから、従来装置のようにメソシ。

二電極によるシャッタ作用をさせる必要がなく、メツシ
ュ電極に印加するシャッタ電圧のなまりの問題は完全に
解決できる。

また本発明による光電子ビームの露出に用いる動的印加
電圧として複雑な動作電圧波形を用いることなく、１つ
または、１組の傾斜電圧だけを印加すればよい。

従来方式で、数Ｉ　Ｑｎｓより短い露出時間で、出力映
像がボケるという現象があったが、本発明による高速電
子シャッタカメラではそのような問題は生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による高速電子シャッタカメラの実施
例を示す管軸を含む断面図である。 第２図は、本発明による高速電子シャッタカメラの偏向
電極間に印加される電圧変化を示すグラフである。 第３図は、本発明による前記高速電子シャッタカメラの
全体の構成を示すブロック図である。 第４図は、前記実施例の電子光学系を説明するための説
明図である。 第５図は、前記実施例の偏向電極に印加される電圧を示
す波形図である。 第６図は、前記実施例の偏向電極における電子ビームの
径路を示す図である。 第７図は、本発明による高速電子シャックカメラのさら
に他の実施例を示す管軸を含む断面図である。 第８図は、静電偏向手段の変形例を示す略図である。 第９図は、従来の高速電子シャッタカメラを示す管軸を
含む断面図である。 第１θ図は、前記高速電子シャッタカメラのメソシュ電
極と光電面に印加される電圧の変化を示す波形図である
。 第１１図は、前記高速電子シャッタカメラの高速度限界
において予想される光電面に印加される電圧のだれを説
明するための波形図である。 ｌ・・・観察対象物　３・・・入力気密窓４・・・光電
面　５・・・光電子像 ６・・・メソシュ電極　７・・・第１集束電極８・・・
第１アノード　９・・・調節電極１０・・・遮蔽電極　
１１・・・偏向電極１２・・・開孔　１３・・・光電子
ビーム阻止電極１４・・・第２集束電極　１５・・・第
２アノード１６・・・スクリーン　１７・・・出力気密
窓２１・・・ハーフミラ−２２・・・レンズ２３・・・
ＰＩＮダイオード　２４・・・遅延回路２５・・・傾斜
電圧発生回路 ３０・・・管壁電極 ３Ｉ・・・第１フォー力、スコイル ３２・・・第２フオーカスコイル ４０・・・直流高圧発生回路 特許出願人　浜松ホトニクス株式会社 代理人　弁理士　井　ノ　ロ　壽

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　イメージ管を用い光電面に形成された像を高速
   シャッタ撮りをする高速電子シャッタカメラにおいて、
   光電子を再結像させる第１の電子レンズと、前記光電子
   の像再結像位置が偏向中心となるように配置されている
   偏向手段と、前記偏向手段により偏向された電子ビーム
   を受け入れるように配置された第２電子レンズと、前記
   第２電子レンズの結像位置に配置された螢光面と、前記
   各電子レンズに動作電力を供給するレンズ駆動回路と、
   前記偏向手段に動作電力を供給する偏向手段駆動回路と
   から構成した高速電子シャックカメラ。
2. （２）前記第１または第２の電子レンズは静電集束型ま
   たは電磁集束型である特許請求の範囲第１項記載の高速
   電子シャッタカメラ。
3. （３）　イメージ管を用い光電面に形成された像を高速
   シャック操りをする高速電子シャッタカメラにおいて、
   光電子像を再結像させる第１の電子レンズと、前記光電
   子の像再結像位置が偏向中心となるように配置されてい
   る偏向手段と、前記偏向手段により偏向された電子ビー
   ムを受け入れるように配置された第２電子レンズと、前
   記第２電子レンズの結像位置に配置された螢光面と、前
   記各電子レンズに動作電力を供給するレンズ駆動回路と
   、前記偏向手段に偏向の程度が時間的に傾斜する偏向を
   発生させる動作電力を供給する偏向手段駆動回路と、観
   察対象の発光を検出して発光に同期して前記偏向手段を
   起動する起動回路とから構成した高速電子シャンクカメ
   ラ。
4. （４）前記起動回路は光検出器と検出出力を遅延させる
   遅延回路を含み、前記遅延回路の遅延量を調節すること
   により、シャッタ撮りを行うタイミングを観察対象の任
   意の時点に対応させるようにした特許請求の範１ＩＩＩ
   第３項記載の高速電子シャックカメラ。