JPS6119034A - ストリ−ク装置 - 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） 本発明は発光現象の経時的な強度分布の測定などに好適
に利用できるストリーク装置に関する。

（従来の技術） ストリーク装置は、被測定光の時間的な強度分布を出力
面上の空間的な強度分布に変換する装置である。

ピコ秒台の時間分解能が得られるので超高速光現象の解
析に用いられている。

まず、従来のストリーク装置の構成および動作を簡単に
説明する。

第３図は従来のストリーク管の構成を示す管軸を含み、
偏向電極に平行な平面で切断して示した断面図、および
光電面と光学像の関係を示す略図である。

第４図は前記ストリーク管の管軸を含み、偏向電極に垂
直な平面で切断して示した断面図である。

ストリーク管の真空気密容器１０３の一端面は解析しよ
うとする光学像が結像させられる入射窓１０１、他端面
は処理された光学像を出射する出射窓１０２を形成して
いる。

この真空気密容器１０３の管軸に沿って、入射窓１０１
と出射窓１０２との間に順次光電面１０４゜メッシュ電
極１０５．集束電極１０６．アパーチャ電極１０７．偏
向電極１０８．螢光面１０９が配設されている。

そして光電面１０４に対して集束電極１０６．メツシュ
電極１０５．アパーチャ電極１０７にこの順序でより高
い電圧を加え、さらに螢光面１０９にアパーチャ電極１
０７と同一の電位を与えておく。

図示されていない装置で入射窓１０１を経て光電面４に
前記光電面１０４の中心を通る線上の光学像４ａが投影
されたとする。

光電面１０４は前記光学像に対応した電子像を放出し、
放出された電子はメツシュ電極１０５により加速され、
集束電極１０６により集束され、アパーチャ電極１０７
を通過し、偏向電極１０８の間隙に入射させられる。

この線状の電子像が偏向電極１０８の間隙を通過する期
間、前記偏向電極１０８に傾斜状の偏向電圧を加える。

この電圧によって生ずる電界の方向は管軸および線状の
電子像に垂直（第３図の断面図において紙面に垂直、第
４図では紙面に平行）であり、その強さは偏向電圧に比
例する。

そして偏向電極１０８の偏向電界により偏向され、螢光
面１０９に入射させられる。第４図に偏向の方向を矢印
１２０で示しである。

螢光面１０９上には線状の電子ビームがその線状の方向
と垂直に操作されることにより、最終的に螢光面１０９
上に、光電面１０４に投影された線状の光学像をその線
の方向と垂直に時間的に順次配列した光学像、いわゆる
ストリーク像が形成される。したがって、ストリーク像
の配列方向すなわち掃引方向の輝度変化は光電面１０４
に入射した光学像の強度の時間的変化を表すことになる
。

現実には光電面の一点から同一時点に放出された複数の
光電子は螢光面の同一点に入射廿ず時間軸方向にわずか
な幅を持って入射する。

第５図に螢光面１０９への光電子の入射状態を拡大して
示しである。

光電面１０４のａ点から同一時点に放出された光電子は
螢光面１０９のａ“を中心とする幅Ｗ内に分散して入射
する。

光電面１０４に、実質上幅の無視できる線状の光像を入
射しても光電面１０４のａ点から同一時点に放出された
光電子は螢光面１０９のａ“を中心とする幅Ｗ内に分散
して入射することにより分解が損なわれる。

これは、光電面から放出される光電子がいろいろな角度
とエネルギーを持つことに原因している。

第４図において光電面１０４のａ点から放出された複数
の光電子の初期エネルギーは０〜数ｅ■の間のある分布
をもっており、放出方向も光電面に垂直なものからａ点
における光電面の法線とθ（０くθ〈９０°）の角度を
なすものまでいろいろある。

初期エネルギーが０のものの軌道を主軌道と呼び、第４
図および第５図に曲線１２１で示す。

また任意のエネルギーＥｅＶ（０〜数ｅＶ）で任意の方
向に放出されたものの軌道をβ軌道と呼び、第４図およ
び第５図に曲線１２２で示す。

主軌道を通る電子の螢光面１０９へ到達する位置をａ“
とする。

従来のストリーク装置では集束電極１０６に印加する電
圧を調整して、電子レンズを調整することによって、任
意のβ軌道の出力面上に到達する位置をａ＃点に近い範
囲にするように調整している。

しかし、この広がりＷはなお、数１０μｍの広がりを持
つ。この場合は光電面上の中心ａから放出されたものを
示したが、線状の光像の中心から離れた点に対応する出
力面上での広がりは、より大きくなる。この広がりは電
子レンズの球面収差などの種々の収差によって生じるも
ので、これも時間分解能を劣化させる要因となる。

前述した電界型電子レンズの他に磁界型電子レンズが知
られている。

磁界型電子レンズは前記形式の電子レンズよりもレンズ
収差が小さい。

磁界型電子レンズは、螢光面に再結像される線状の光像
の幅を線に沿って広い範囲にわたって、静電集束型の数
分の１に小さくでき、高い空間分解能を提供できる。米
国特許第４，３５０．９１９号にはそのような磁界型電
子レンズを用いたストリーク管が示されている。

第６図は磁界型電子レンズを用いたス１−ＩＪ−り管の
断面図である。

真空気密容器１０３の一端面には解析対象の光学像が形
成される入射窓１０１．他端面は処理された光学像を出
射する出射窓１０２が形成されている。

この真空気密容器１０３の管軸に沿って入射窓１０１と
出射窓１０２との間に順次光電面１０４゜メッシュ電極
１０５．偏向電極１０８．螢光面１０９が設けられてい
る。

そして管の周辺に、管軸とその中心を一致させた電磁集
束コイル１１５が配置されている。

このコイルに適当な電流を流すことにより、管軸方向に
一致した集束磁界レンズを形成する。

光電面１０４上に投影された線状の光学像１０４ａから
放出された電子像を螢光面１０９上に再び線状の電子像
として再結像させている。

この像は偏向電極１０８により、時間分解能を得るため
に偏向されている。電子は偏向電極１０８の偏向電界だ
けでなく集束磁界からも力を受ける。

なお前述した第３図の実施例の場合は偏向電極１０８の
みにより偏向される。

そのため、電磁型の電子レンズを使用するストリーク管
の螢光面に偏向電極１０８の偏向方向に垂直な縞を持つ
ストリーク像を得るためには、第６図に示すようにある
角度φだけ傾けて光像の線を光電面１０４に入射する必
要がある。

すなわち、従来の電磁集束型のストリーク管では第６図
に示すように、掃引用の偏向電極１０８が集束磁界の中
に含まれてしまうので、偏向電界により電子が偏向され
るときこの集束磁界の影響を受ける。

そのため偏向電極の形状、偏向電極−出力面間の距離、
光電子の偏向電極を通過する時の管軸方向速度を同じに
しても、電界型電子レンズのストリーク管に比較して、
電磁集束型ストリーク管は偏向感度が半分以下となり、
掃引速度が遅くなる。

そのために時間分解能を向上させることができず電磁型
の特性を充分生かしきれていない。

（発明の目的） 本発明の主たる目的は、前述した集束磁界による偏向感
度の低下をなくした、電磁集束型ストリーク装置を提供
することにある。

（発明の構成および作用） 前記目的を達成するために、本発明によるストリーク装
置は、内面に光電面が形成された入射窓と前記光電面に
対向するように螢光面が形成されている出射窓を有する
真空容器、前記容器の管軸に沿って前記光電面に対向す
るように配置された光電子加速用のメッシュ電極、前記
メツシュ電極と出射窓間で管軸を挟むように対向する一
対の電極から形成された偏向電極、前記メッシュ電極と
前記出射窓間の前記容器の内壁面に設けられたウオール
アノード、前記容器の外側から前記光電面と偏向電極の
入口の間の空間にのみ前記光電面から放出された光電子
を実質的に集束させる集束磁束を発生させる集束磁束発
生器からなるストリーク管と、前記ストリーク管の偏向
電極に偏向電界を発生させる電圧を供給する偏向電圧発
生回路と、前記ストリーク管の他の電極に動作電圧を供
給する動作電圧発生回路と、前記集束磁束発生器に電流
を供給する駆動電源から構成されている。

また前記集束磁束発生器を永久磁石を用いて構成すれば
、前記集束磁束発生器に電流を供給する駆動電源を設け
ることなくストリーク装置を形成することができる。

従来の電磁集束型ストリーク管では、集束磁界を、偏向
電極部や偏向電極と出力面の間にも存在させている。

本発明によるスＩ−ＩＪ−り装置では集束磁束発生器に
より、容器の外側から前記光電面と偏向電極の入口の間
の空間にのみ前記光電面から放出された光電子を実質的
に集束させる集束磁束を発生させている。

一般に磁力線があると、光電子はそれにまつわりつく性
質があり、偏向電極による偏向を妨げる作用をする。

本発明では前記構成により偏向感度を低下させないよう
にし、高い時間分解を得ている。

（実施例） 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図は本発明によるストリーク装置の実施例を示すブ
ロック図である。

図中、ストリーク管とコイルを管軸を含む平面で切断し
て示しである。

円筒状の管１の全長は、約２８０ｍｍ、外径的５０ｍｍ
である。

この実施例は可視光像の変化の解析を目的とするもので
光電面２としてマルチアルカリ光電面を用いている。

光電面２とメッシュ電極３の間隔は１．５ｍｍで、メッ
シュ電極３のあらさは１０００メソシユ／インチである
。

光電面２から約８５ｍｍのところに、１対の平行平板４
ａ、４ｂからなる掃引用偏向電極４が配置されている。

平行平板４ａ、４ｂは、ステンレス製で、管軸方向の長
さ２５ｍｍ、幅は２０ｍｍでその間隔は４ｍｍである。

偏向電極４と螢光面５の間の距離は約１７０ｍｍである
。

螢光面５の螢光材料として、Ｐ−２０，またはＰ−１１
（Ｐ−〇〇は米国における電子機械関係の団体ＥＩＡの
規格）螢光体を使用する。

メッシュ電極３と、螢光面５の間の円筒状の管１の内面
のガラス壁には、電荷の帯電を防ぐために、アルミを蒸
着し、ウオールアノード８を形成しである。

ただし、平行平板４ａ、４ｂを支持し、かつ、掃引電圧
を与えるためのリード線の管壁へのつけ根付近はアルミ
をつけず、電気的にウオールアノードとリードを１色縁
しである。

管１の外側には、光電面２と偏向電極４の入口の間の空
間にのみ前記光電面２から放出された光電子を実質的に
集束させる集束磁束を発生させる集束磁束発生器が配置
されている。

集束磁束発生器９は、アルミ製のコイルボビン９ａとこ
れに巻かれたコイル９ｂにより形成されている。

コイルボビン９ａの中心は光電面２から約６０ｍｍの所
にあり、集束磁束発生器９の中心軸は管軸と一致させら
れている。

コイルボビン９ａには、絶縁被膜のついた直径１ｍｍの
銅線が管軸方向の長さ約２０ｍｍにわたって、内径８０
ｍｍ、外径１５０ｍｍとなるよう均−に巻かれている。

さらにこのコイルには、厚さ約３　ｍ　ｍの軟鉄製のシ
ールド１０が容器方向にのみ開口部が形成されるように
かぶせられている。

前記開口部の容器の軸方向の長さは２０ｍｍであり、こ
の開口部から磁力線が管内に張り出すようになっている
。

前記コイル９ｂには、駆動電流発生回路２２から駆動電
流が供給される。

駆動電流発生回路２２から前記９ｂに１．２Ａ（アンペ
ア）の励磁電流を供給したときの管軸方向の磁束密度分
布を第２図に示す。

このグラフから偏向電極４の位置での磁束密度はほとん
ど無視できる程度であり、偏向電極４の中を通過する光
電子およびこれを通過した光電子は実質的に磁界の影響
を受けていないことが理解できる。

動作電源回路２３は、ストリーク管の光電面２に一１０
ＫＶ、メッシュ電極３にＯ■、ウオールアノード８にＯ
■、螢光面５に０■の動作電圧を供給している。

この動作条件で、光電面２に線状の光像を入射し、これ
に同期して偏向電圧発生器２１がら偏向電圧を印加して
偏向感度を測定したところ、５１ｍｍ／ＫＶの偏向感度
が得られた。

これは偏向電極４の電圧がＩＫＶ変化したときに射出面
上で５１ｍｍ像が移動することを示す。

第３図および第４図に示したストリーク管の偏向電極と
螢光面の間の距離が同じで偏向電極に入る時の光電面か
らの加速電圧も１０Ｋｅ■と同じにした静電集束型のス
トリーク管で得られる偏向感度は５３ｍｍ／ＫＶと略同
じである。

偏向感度が集束磁界によって、はとんど劣化しないこと
を示している。

なお第６図に示した従来の磁界集束型ストリーク管の偏
向感度は、偏向電極形状、出射面と偏向電極間の距離、
光電子加速電圧を同一条件にした静電集束型のストリー
ク管の半分以下になってしまう。

前記実施例では、集束磁束発生器として電磁コイルを用
いたが、円環状で軸方向に磁化されている永久磁石を用
いることができる。

この場合には集束磁束発生器に電流を供給する駆動電源
は不要となる。その他の部分の構成は前述した実施例と
異ならない。

（変形例） 以上詳しく説明した実施例について本発明の範囲内で種
々の変形を施すことができる。

前述したコイル形の集束磁束発生器では、磁界をコイル
の軸方向について、なるべく狭い空間に集中して発生さ
せるためにシールド１０を用いている。しかし管長に比
較して短いコイル長のものを使用すれば、管軸方向の磁
界分布は、そのコイル長の中心にピークを持ち、その中
心から離れるに従って減衰していく分布を持つのでシー
ルド１゜は不可欠ではない。

前記螢光面の前面にマイクロチャンネルプレートを挿入
すると微弱光像の経時的変化を測定することができ、そ
のような変更を施すことも可能である。

（発明の効果） 以上詳しく説明したように本発明によるストリーク装置
は、従来の電磁集束型のように偏向感度が下がることが
ない。したがって、従来の電磁集束型のストリーク管と
同じ傾斜の偏向波形を用いても、従来より大きな偏向感
度が得られることになる。

すなわち本発明によるストリーク装置は電磁集束型で高
分解能の線状光像が得られる効果を充分生かして、非常
に高い時間分解能を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるストリーク装置の実施例を示すブ
ロック図である。 第２図は本発明によるストリーク装置の集束器の特性を
説明するためのグラフである。 第３図は従来の静電型の電子レンズを用いたストリーク
装置の断面図である。 第４図は従来の静電型の電子レンズを用いたストリーク
装置の他の断面図である。 第５図は前記従来の静電型の電子レンズを用いたストリ
ーク装置の螢光面に入射する光電子の軌跡を説明するた
めの拡大断面図である。 第６図は従来の電磁型の電子レンズを用いたストリーク
装置の断面図である。 １・・・円筒状の管　　　　　　　２・・・光電面３・
・・メッシュ電極　　　　　　４・・・偏向電極５・・
・螢光面　　　　　　　　　６・・・入射窓７・・・出
射窓 ８・・・円筒状のウオールアノード ９・・・集束磁束発生器 ９ａ・・・コイルボビン ９ｂ・・・コイル １０・・・シールド ２１・・・偏向電圧発生回路 ２２・・・コイル駆動回路 ２３・・・動作電圧発生回路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）内面に光電面が形成された入射窓と前記光電面に
   対向するように螢光面が形成されている出射窓を有する
   真空容器、前記容器の管軸に沿って前記光電面に対向す
   るように配置された光電子加速用のメッシュ電極、前記
   メッシュ電極と出射窓間で管軸を挟むように対向する一
   対の電極から形成された偏向電極、前記メッシュ電極と
   前記出射窓間の前記容器の内壁面に設けられたウォール
   アノード、前記容器の外側から前記光電面と偏向電極の
   入口の間の空間にのみ前記光電面から放出された光電子
   を実質的に集束させる集束磁束を発生させる集束磁束発
   生器からなるストリーク管と、前記ストリーク管の偏向
   電極に偏向電界を発生させる電圧を供給する偏向電圧発
   生回路と、前記ストリーク管の他の電極に動作電圧を供
   給する動作電圧発生回路と、前記集束磁束発生器に電流
   を供給する駆動電源から構成したストリーク装置。
2. （２）前記集束磁束発生器はコイルボビンにコイルを巻
   いたものでありコイルボビンの中心軸は容器の中心軸と
   一致させられて前記光電面と偏向電極の入口の間の前記
   容器の外側に配置されている特許請求の範囲第１項記載
   のストリーク装置。
3. （３）前記コイルとコイルボビンは前記容器側に開口を
   もつ磁性体によりシールドされている特許請求の範囲第
   ２項記載のストリーク装置。
4. （４）前記ウォールアノードは、前記メッシュ電極と前
   記出射窓間の前記容器の内壁面に前記偏向電極の引出し
   部分を除いて一体に設けられている特許請求の範囲第１
   項記載のストリーク装置。
5. （５）内面に光電面が形成された入射窓と前記光電面に
   対向するように螢光面が形成されている出射窓を有する
   真空容器、前記容器の管軸に沿って前記光電面に対向す
   るように配置された光電子加速用のメッシュ電極、前記
   メッシュ電極と出射窓間で管軸を挟むように対向する一
   対の電極から形成された偏向電極、前記メッシュ電極と
   前記出射窓間の前記容器の内壁面に設けられたウォール
   アノード、前記容器の外側から前記光電面と偏向電極の
   入口の間の空間にのみ前記光電面から放出された光電子
   を実質的に集束させる集束磁束を発生させる永久磁石の
   集束磁束発生器からなるストリーク管と、前記ストリー
   ク管の偏向電極に偏向電界を発生させる電圧を供給する
   偏向電圧発生回路と、前記ストリーク管の他の電極に動
   作電圧を供給する動作電圧発生回路から構成したストリ
   ーク装置。