JPS60211749A - スリツト走査による像変換管 - 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】 本発明は、スリット走査の像変換管に関するものである
０ 極度に短かい露光時間を有する像の記録は非常に短かい
光現象の期間にわたって現像外観のプロットを可能にす
る。したがって、高速電子映画撮影法は広範な研究にか
つ弾道学、生体細胞の研究、レーザに関連づけられる実
験等のごとき多様な測線に適用される。

スリットカメラは調査されるべき現象の単次元像の光レ
ベルの期間にわたる変化の写真記録を可能にする。調査
されるべき現象の像は、光電陰極から離れて、制御電極
、加速電極、フォーカシング電極、１対の偏向子および
多分電子増倍８神と関連づけられる光放出スクリーンを
有する通常のイ象変換管の光電陰極上に形成される。

光′亀陰極の感光層の各点に放出された′電子の数は局
部的に印加された光レベルに比例する。’Ｎｆ子は加速
されかつ例えば可視像が形成される螢光スクリーンの位
置にフォーカシングされる。変換管が使用中でないとき
、電子は制御電極に印力目された負電位によって光電陰
極において遮断される力）または閉止電極によって偏向
されかつ次いでイ也の電極によって遮断される。

スリットカメラにおいて、光電陰悌に発生された像は狭
いスリットによって画成され、その１象はスクリーン上
に形成され、スリットの像の運動は走査信号を偏向光学
系の偏向子に印加することによって得られる０走査軸に
沿って変換管の出口窓上で輝度の進展は検査による光現
象の時間の１列数として観察される。同一現象の空間的
進展は走査軸に対して垂直な軸線に沿って、すなわちス
１ノットの最大寸法に沿って動かされる０ １９７４年９月１３日付で出願されたフランス特許第７
４３１１５６号において、本出願人は′電子ビームが偏
向面または時間面においてかつ空間面において独立して
フォーカシングされるスリット走査の像変換管を開示し
た。したがって、スフ１ノーン上でのスリットの像の進
展は促進される。第１ａ図および第１ｂ図はこの特許に
よるスリット走査の像変換管における空間面および偏向
面において電子ビームの形状をそれぞれ概略的方法で示
す０ 第１ａ図は光電陰極２とスクリーン４との間の空間面に
おける電子ビームの形状を示す。前記平面において、ス
リットの像は電極６および８によって実現される収束レ
ンズによって得られ、前記像はスクリーン４上にまたは
マイクロチャンネルウェハ１０上に電子増倍器を有する
出口装置内で形成される。好ましくは、使用される収束
レンズは、第１級の収差から自由であるため、空間面に
主要なゆがみを導かない利点を有する４極子レンズであ
る。空間面内の電子ビームの通路は符号１２を有する。

第１ｂ図は変換管偏向手段および偏向面における電子ビ
ームの通路を示す。光電陰極２七スクリーン４との闇に
加速電極１４、偏向面内の拡散レンズを形成する４極子
レンズの電極１６および１８、偏向およびフォーカシン
グレンズ２ｏおよび選択的にマイクロチャンネルウェハ
１ｏが連続して配置される。

偏向およびフォーカシング光学系は６対の板２２゜２４
および２６からなる。その長さが技術的理由で制限され
る従来の変換管において、この構造はビームのゆがみを
低減するのを助けるスクリーンから離して偏向レンズの
物理的移動を可能にした。

しかしながら、この構造はビームのフォーカシングおよ
び偏向を独立して最適化するのは不可能であると推論さ
ｆＬる。

本発明の目的は偏向面においてビームのフォーカシング
および偏向を分離することである。従来技術に比して、
これはビーム偏向感度の改善を可能にする。

第１ｂ図において、４極子レンズ板１６，１８の出口に
おいて拡散する電子ビーム６υが前記フォーカシングお
よび偏向光学系に衝突しないために、　７　ｙｔ−−力
’／　７ｆおよび偏向光学系２Ｇの入口にダイアフラム
２８を設けることが必要である〇高′亀流比率は遮断さ
れる。それはダイアンラム２８の大きさによってそして
空間面においてスクリーン上にスリットの像を発生する
ため調整される４極子レンズによって発生される拡故に
よって課せられる。

本発明は、４極子レンズを出るビームの幅を制限しかつ
その結果遮断された電流の大きさを制限するために４極
子レンズの上流側の、制向面内に収束レンズを加えるこ
とを提案する。

４極子レンズの上流側および下流側の回向面内の２つの
収束レンズの存在はスクリーン上に示されるべきスリッ
トの像を可能にする２つのレンズの考え得る多数の設定
組合せを導く。これらの種々の設定は集められた流れま
たはスクリーン上のビーム通路の厚さ、すなわち偏向子
に入るビームの幅に依伴する解像の固定を可能にする。

したがって、幾かの用途において、通路の厚さの損傷に
対して偏向された流れを最適化することができる。逆に
、集められた流れの損傷に対して空間軸に沿う点の数を
最適化することができる０このように１本発明は公知の
スリット走査の像変換管の改良でちゃそして該変換管の
時間解像ケ保持しながら、空間解像の改善を可能にする
。

したがって１本発明はとくに、被検光現象によって供給
される光をフォトダイオード上に集光しかつ電子ビーム
を放出するスリットの像をスクリーン上で走査すること
により急速放出光現象を観察するだめのスリット走査に
よる像変換管において、この像変換管が光電陰極、制御
電極、加速電極およびこの加速電極とスクリーンとの間
に置かれた区子ビーム用偏向およびフォーカシング光学
系を有し、この偏向および７オーカシング光学系がスク
リーン上にスリットの最大寸法の像を発生するだめの第
１電子的手段およびこの第１電子的手段から独立して、
ビームをスクリーンの平面内で先行する方向に対して垂
直の方向にフォーカシングおよび偏向するための第２電
子的手段からなシ、第２電子的手段が加速電極とスクリ
ーンとの間に、偏向電極によって追随されるフォーカシ
ングレンズを有し、このフォーカシングレンズがスクリ
ーン上にスリットの最小寸法の１数を形成しかつ偏向電
極に入るビームの幅を制限するスリット走査の像変換管
に関する。

したがって、偏向面内の電子ビームのフォーカシングお
よび偏向は独立している。それゆえ、これら２つの作用
の各々を最適化することができる。

本発明の好適な実施例によれば、フォーカシングおよび
偏向光学系は、加速電極とスクリーンとの間に、収束平
面レンズ、４極子し／ズ、他の収束平面レンズ、および
偏向電極を含んでいる。

本発明の他の好適な実施例によれば、偏向電極はビーム
に対する偏向感度を改善する伝波ラインを構成する。

以下、本発明を非限定的実施例および添付図面に関連し
て詳細に説明する。

第２図は本発明による像変換管の実施例を示す。

光ビーム３２は電子放出スリットを構成する方形３４内
の光電陰極２上に図示してない光学系によって一点に集
められる。また、像変換管は加速電極１４、収束平面レ
ンズ３６．４極子レンズ６Ｂ、他の収束平面レンズ４０
、偏向レンズ４２およびスクリーン４からなる。この実
施例において、営閉止手段は図示されてないが、それら
は第８図に関連して説明する。

通常の方法において、スクリーン上の像は変換管内（マ
イクロチャンネル・ウエノ・）にかまたは変換管外部に
位置決めされることができるｙ４度増倍装置〆によって
処理されるＯ幾つかの場合に、変換管内にある輝度増倍
装置はかなりの背景ノイズヲ専り。そこで、袖荷結合装
匝を有するセルマトリクスのごとき、外部輝度増倍装置
を使用するのが好ましい。

加速電極１４は正電源４４に接続される。３対の板から
なる収束レンズ６６が電源４６に接続される。４憾子レ
ンズ６８の２つの電極６および８は正電源４８に接続さ
れる一方、他の２つの対向電極ｉ６，１８は負電源５０
に接続される。３対の板からなる収束レンズ４０は電極
５２にかつ回向電極４２は電源５４に接続される。

空間的平面ＸＯ２内で、スリット３２の１家は４極子レ
ンズの電極６，８によって形成される収束レンズによっ
て得られ、前記像はスクリーン４上に形成される。偏向
面ｙＯ２内で、電極４２は光′亀陰極の像をスクリーン
４上に方向ｏｙ（時間軸）において偏向する。

第５ａ図は光電陰極２とスクリーン４との間の空間平面
内での電子ビームの形状を示す　電極６および８に第２
図の電源４８によって印加される′電位は、壁間平面Ｘ
ＯＺにおいて、光電陰極スリットの像が実質上スクリー
ン４上に実現されるようになっており、電子ビームは符
号５６で示す〇第３ｂ図は偏向面ｙＯ２における電子ビ
ームの通路を示す。電子ビーム５８は加速電極１０によ
って加速され、かつ次いで４倹子レンズの電極１６゜１
８によって拡散される前に収束平面レンズ３６によって
プレフォーカスされる。次に電子ビームはスクリーン４
上にフォーカスするためダイアフラム６０によってでき
るかぎり停止された後、収束平面レンズ４０に入る。ダ
イアフラム６０によって停止された流れはプレフォーカ
シングレンズ６６によって６周整されることができる０
収束レンズ４０の下流で、ビーム５８は、スクリーン上
のビーム走査作用を保証する偏向′電極４２を通過する
。好ましくは、偏向電極は伝波ラインを構成する０偏向
電圧信号は次いで電子ビームと同一速度において１枚ま
たは複数枚の偏向板に伝播される。

第４ａ図は光電陰極２および加速電極１０、ならびにビ
ーム６２．６４のごとき光電陰極からのビーノ・のダイ
アフラムを示す。第１収束点は符号６６に置かれそして
加速電極１０によって与えられた光′亀陰極の像は符号
６８において点線の形で示される０光′亀陰極の１＃！
６８の第１収速点６６および第１収束点の高さは、ｅが
加速電極１０のスリットの半分のＩｖａでかつｄが光電
陰極と加速電極との間の距離でめる比θ／ｄの関数とし
て変化する０ 第４ｂ図は空間平面において、７０．７２および７４の
ごとき成子ビームを放出する光は＃極を示し、この平面
において加速電極１０によって与えられる光電陰極の悸
７６は下流側に置かれている０ 第５ａ図および第５ｂ図は４極子レンズ３８を示す。こ
の実施例において、このレンズは４つの等辺双曲アーク
によって形成され、対向アーク１６゜１８は亀位十■に
かつアーク６および８は電位−■に高められている。第
５ｂ図は平面ｙＯ２に沿う断面側面図で、長さｅ□の同
一４極子レンズを示す。

かかるレンズ内の電位は式Ｖ　＝　Ａ　（ｙ２−　ｘ２
）からなり、該レンズは平面ＸＯ２において、θ■／θ
ｘ　＝−２Ａ　Ｘで収束し、そして平面ｙＯ２において
、ｄｖ／θｙ　＝　＋　２　Ａ　ｙで拡散する。

４極子レンズ６８の収束特性はスクリーン上に光電陰極
２のスリット５２の像を形成するのに利用される。空間
平面において、光電陰極２がらのビームは内部電極空間
２ａに関連して決して無視し得ない寸法を有する。した
がって、それは、４億子レンズの収差が像品質の劣化を
導くような空間平面内にある。

偏向面において、スリットの高さが例えば１　ｍｍであ
ると、ビームの高さは２ａに比して小さく、約１ｃ＋＋
＋であり、そして収差は無視し得る。通常の収束レンズ
を越える４極子レンズの利点は、それが第１級の収差か
ら自由であるため、空間平面内に大きなひずみを導かな
いということである。

４極子領域の発生を可能にする電極の形状は、記載され
たように、等辺双曲分岐の形状である。

この形状は機械加工が困難であるので、本発明によれば
、接触円弧によって置き換えられる。

第６図は、レンズ３６および４ｏのごとき、偏向面内の
収束レンズの実施例を示す。このレンズは６対の板７８
．８０．８２から形成される。板７８および８２はアー
スでかつ板８ｏは負電位にある。この電位は調整可能で
かっ４ｆｉｌｌｌｉ子レンズ６８の両側でレンズ３Ｓ　
、４０の各々に関して独立して調整される仁とができる
。かくして、ビームをスクリーン上にまだ７オーカシン
グしている間に。

スクリーン上の通路の厚さを左右する偏向光学系に入る
際のビームの厚さの変更を可能にする。その結果、時間
解像は各適用の関数として調整されることができる。ス
クリーン上の通路の最小厚さは従来の変換管におけるよ
り極めて小さい。

第７図は偏向電極４２の実施例を示す。電子ビーム偏向
時に発生する大きな問題の１つは偏向ディフォーカシン
グである。平均電位に関して正および負電位に高められ
た板による電子ビームの偏向時、平均位置の両側で通路
またはラインが厚くなる。これは板に偏向電圧を印加す
ることによって発生される収束レンズの作用による。正
の板に近接する電子は加速され、そしてそれらが速くな
ると、軸方向電子以下に偏向される。

しかしながら、負の板に近接する電子は速度を落され、
すなわちより多く偏向され、その結果軌道の交差が偏向
板の出口に所望されるよりも近接して生じる。通路の厚
さが、、Ｉ／（ｅ　、、・Ｌ）に比例することは公知で
あり、ここでωは偏向光学系に入るビームの幅、７！２
　は偏向板の長さ、そしてＬは偏向板への入口とスクリ
ーンとの間の距離である０ビームの厚さは、伝達された
流れの殆んどを維持することが望まれるならは低減でき
ない。さらに、板の長さ　ｅ２は偏向系の通路帯を切断
することなく増大することはできない。それゆえ変換管
の長さに影響を及ぼさない限界内で長さＬを増大するの
が好都合である。

偏光系の通過帯は板間のビームの電子の遷移時間によっ
て制限される。高速の走査速度を達成するために、伝波
分割偏向システム、すなわち偏向信号がビームの電子に
付随するシステムが使用される。これは間単で高感度の
偏向装置、すなわち低偏向電圧および非常に大きな通路
帯を有する偏向装置を得ることを可能にする。

第７図に示した偏向光学系４２は、′電圧傾斜がビーム
電子速度において方向Ｏ２に伝播するように、定電位の
板８４およびジグザグ線を形成する板８６からなる。走
査信号の良好な伝播を許容するために、リード線、コネ
クタおよびジグザグ線はインピーダンス歪合されかつ特
性インピーダンスで再閉止されねばならない。これは板
８６とアースとの間に位置決めされた抵抗８７によって
引き起される。整合はアース電位に篩められた対向板８
８によって調整される。

変換管が動作してないとき、′電子は公知の方法におい
て、光電陰極と加速電極との間に位置決めされた制御電
極に印加された負電位により光′！ｆ陰極において遮断
されることができる０次いで正の方形波信号が変換管の
開放を引き起すためにこの負極性電位に重畳される。こ
の実施例は、とくに光電陰極と加速電極との間の距ｈｍ
が数ミリメートルのみでかつ加速電極の電位が局り、例
えば１０ＫＶ以上であるとき、必ずしも適当ではない。

第８図は電子ビームを閉止する装置の他の実施例を示す
。第８図は変換管の棹々の要素を断面図で示しかつそれ
に加えて、収束レンズ３６と４毬子レンズ３８との間の
閉止レンズ９０、ならびに収束レンズ４０と偏向電極４
２との間の第２閉止レンズ９２が追加されている０レン
ズ９０の電極の一方に極性を与えることにより電子ビー
ムを偏向して遮断が引き起さノ１．る。

レンズ９２上への電子の衝突は、それらが変換管内での
伝４’ｉ＃を許容されるならば有害である二次電子を生
じる。これを阻止するだめに、収束レンズ４０の電位よ
り高い電位をレンズ９２に印加することにより、該レン
ズ９２によって画成された空間内に二次電子を単に閉じ
込める必要かめる。

遮ｌ）、Ｉｒまたは閉止を確実にするのには数訂ボルト
の電圧で十分である。

結論として、本発明の実施例の幾何学的および電気的特
性についての詳細を以下に示す。

（１）光電陰極とスクリーンとの間の距離：５　０　０
　ｍｍ （２）光電陰極スリットの寸法：ｌＸ１２萌（８）壁間
平面内の倍率＝２ （４）加速スリットの寸法：　２　Ｘ　１２　′Ｉｒｒ
ｍ（５）４極子レンズ：　ｇよ＝　９６．５　ｍｍ　、
ａ　＝　１４．４　＋＋＋＋ｎ（６）偏向′電極：ｅ２
＝６９ｒａｍ、Ｌ＝２２３１１１ｊＡ。

ω　＝２，８朋、感度０．０８４ｆｖ （７）有用スクリーン限界：２４×３２　ｍｍ（８）加
速電位：　１５ｏＯｏｖ （９）４極子レンズ電位：±２１９Ｖ 叫閉止電極遮断電位ニー５００Ｖ Ｏη収束平面レンズの電位：５００Ｖ （１匂偏向感度：　０．０８　ｍｍ／Ｖ０３）偏向ディ
フォーカシング＝２５μｍＣｌ４＋スリット方向におけ
る空間的解像度：２５ｐβ／ｍ尻 （１５Ｊゆがみ＝２チ以下 （１６）偏向面における通路またはラインの厚さ：４０
μｍ （１７）スリットに沿う時間解像：１ピコセコンド

【図面の簡単な説明】

第１ａ図および第１ｂ図は従来技術によるスリット像変
換管の空間面および偏向面における電子ビームの通路を
示す概略図、 第２図は本発明による像変換管の実施例を示す斜視ブロ
ック図、 第３ａ図および第６ｂ図は第２図の像変換管の空間面お
よび偏向面における電子ビームの形状を示す概略図、 第４ａ図および第４ｂ図は空間面および偏向面における
加速電極による電子ビームの変３ｕを示す概略図。 ｉｔ　Ｓ　ａ図および第５ｂ図は４極子レンズを示す断
面図および側面図、 第６図は偏向面内の収束平面レンズの実力也ゼｕを示す
概略図、 第７図は偏向電極の実施例を示す概略図、第８図は変換
管閉止手段の実施例を示す概略図である。 図中、符号２は光゛亀陰極、４はスクリーン、６゜８は
電極、１０．１４は加速電極、３４は方Ｊ杉（スリット
）、３６ｉ、Ｉ収束平面レンズ（ブレフォーカシングレ
ンズ）、６ｓｉｉ：４極子レンズ、４０は収束平面レン
ズ、４２は偏向レンズ、４４．ａｓは正電諒、５０は負
電源、５６．５８は電子ビーム、６０はダイアフラム、
７８，８０．８２は板、８４゜８６は板、８７は抵抗、
９０．９２は閉止レンズである０ （外１名） 第１頁の続き ＠発明者　アラン・ジラール　フランス国、＠発明者　
シャルル・ロティ　フランス国、＠発明　者　ジャン拳
ビニール・ロ　フランス国、−レース５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）被検光現象によって供給される光をフォトダイオ
   ード上に集光しかつ電子ビームを放出するスリットの像
   をスクリーン上で走査することによシ急速放出光現象を
   観察するためのスリット走査による像変換管において、
   該像変換管が光電陰極、＋ｆｔ制御電極、加連電極およ
   び前記加速′電極と前記スクリーンとの間に置かれた電
   子ビーム用偏向およびフォーカシング光学系を有し、こ
   の偏向および７オーカシング光学系がスクリーン上に前
   記スリットの最大寸法の像を発生するだめの第１電子的
   手段およびこの第１゛醒子的手段から独立して、ビーム
   を前記スクリーンの平面内で、先行する方向に対して垂
   直の方向に７オーカシングおよび偏向するための第２電
   子的手段からなり、前記第２電子的手段が、前記加速電
   極と前記スクリーンとの間に、１ｆｉｎ向電極によって
   追随されるフォーカシングレンスヲ有し、前記フォーカ
   シングレンズｄｆ　ＲｆＪ記スクリーン上に前記スリッ
   トの最小寸法の塚を形成しかつ前記偏向電極に入るビー
   ムの幅を制限することを特徴とするスリット走査の１オ
   変侠・ｌｔ。 （２）前記フォーカシング光学系およびｒａ記偏向電極
   は、前記加速電・１りと前記スクリーンとの間に、収束
   平面レンズ、４極子レンズ、他の収束平面レンズおよび
   偏向電極を含んでいることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載のスリット走査の１象変換管。 （８）前記偏向電極は伝波ラインを形成することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載のスリット走査の像
   変換管。 （４）前記光電陰極は長方形で、垂直＋ｉＪＩ　Ｏｘお
   よびＯｙを有し、前記ｏｘｍは中心Ｏの方形の長辺に対
   して平行であり、前記加速゛電極はＯｘ軸に対して平行
   なスリットを備え、前記光電陰樹上への光の衝突によっ
   て発生される電子ビームは前記加速電極に印加された正
   の電位によりＯｘおよびＯｙに対して垂直なＯ２軸に沿
   って加速され、空間而と呼ばれるＸｏｚ平面内の収束４
   極子レンズは偏向面と呼ばれるｙＯ２平面内で拡散し、
   各平面レンズはｙＯ２偏向面において収束し、そして電
   源は時間の関数として方向ｏｙに電子ビームを偏向する
   ために閥向電極間に可変電圧を印加することを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項に記載のスリット走査の像変換
   管。 （５）前記光電陰極は平面であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載のスリット走査の像ｆ換管〇 （６）前記４極子レンズは０ｚ軸に対して平行な母面を
   有する４つの節状電極によって構成されそしてそのｘｏ
   ｙ平簡に対して平行な面内の断面は実質上等辺双曲部分
   であり、２つの対向電極は正電位にかつ他の２つの対向
   電極は負電位に高められることを特徴とする特許請求の
   範囲第２項に記載のスリット走査の像変換管。 （７）前記４極子レンズはＯ２に対して平行な母面を有
   する４つの筒状電極によって構成されそしてそのＸＯｙ
   平面に対して平行な面の断面は円弧であり、２つの対向
   電極は正電位にかつ他の２つの対向電極は負電位に高め
   られることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の
   スリット走をの像変換管。 （８）前記収束平面レンズは３対の板を有し、端板はア
   ースされていることを特徴とする特許請求の範囲第２項
   に記載のスリット走査の像変換管０