JPH087094B2 - 近接型イメージインテンシファイアの駆動方法 - Google Patents

近接型イメージインテンシファイアの駆動方法

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JPH087094B2
JPH087094B2 JP2117905A JP11790590A JPH087094B2 JP H087094 B2 JPH087094 B2 JP H087094B2 JP 2117905 A JP2117905 A JP 2117905A JP 11790590 A JP11790590 A JP 11790590A JP H087094 B2 JPH087094 B2 JP H087094B2
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    • H01J31/08Cathode ray tubes; Electron beam tubes having a screen on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted, or stored
    • H01J31/50Image-conversion or image-amplification tubes, i.e. having optical, X-ray, or analogous input, and optical output
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • H01J2231/50Imaging and conversion tubes
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    • H01J2231/50063Optical
    • HELECTRICITY
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    • H01J2231/501Imaging and conversion tubes including multiplication stage
    • H01J2231/5013Imaging and conversion tubes including multiplication stage with secondary emission electrodes
    • H01J2231/5016Michrochannel plates [MCP]

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  • Image-Pickup Tubes, Image-Amplification Tubes, And Storage Tubes (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光量の極端に小さい像のコントラストを増
幅するイメージインテンシファイア(II)の駆動方法に
関するものであり、特に、電子を増幅するマイクロチャ
ンネルプレート(MCP)の電子入力面側に光電面を配置
し電子出力面側に螢光面を配置した構造を持つ近接型II
の駆動方法に関するものである。
〔従来の技術〕
近接型IIに高速シャッタ機能(ゲート機能)を持たせ
ることが従来から行われている。最も一般的な方法とし
て、光電面とMCPの入力面の間に常時は正の電圧を印加
してゲートを閉じておき、所望のタイミングで負パルス
電圧(加速電圧)を印加してその間のみゲートを開くも
のや、これを一歩進めてゲート幅(シャッタ開放時間)
を可変させる目的で、光電面とMCPの入力面にそれぞれ
時間差を持たせた負電圧を印加するもの等がある(テレ
ビジョン学会技術報告Vol,11,No.28,pp31−36(Nov.198
7))。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、前者の駆動方法では、リンギングやアイリス
効果が現れるという問題がある。
すなわち、通常の光電面は、そこに印加される加速用
負パルス電圧の駆動インピーダンスとマッチングをとる
ことが困難であるため、負パルス電圧にリンギングが現
れてしまう。第12図(A)は負パルス電圧のリンギング
の様子を示すものである。そして、光電面−MCP入力面
間のゲインは光電面印加電圧に対してほぼリニアである
ため、負パルス電圧のリンギングの影響は螢光面からの
出力光強度にそのまま影響を与えてしまう。すなわち、
第12図(B)の出力光強度波形a,bに示すように、負パ
ルス電圧のリンギングによってゲートが開いてしまう。
また、通常の光電面は面抵抗が高いため負パルス電圧
のような急峻な立ち上がりの電圧を印加してもそのRC時
定数によって光電面の中心まですぐには伝搬しない。こ
のため、ゲートの開き方は光電面の円周から中心に向か
って開く「アイリス効果」が現れてしまう。アイリス効
果は実質的な最小ゲート幅を制御することになり、具体
的には現在のところ3ns程度が限界である。
光電面とMCPの入力面にタイミングのずれた別々の負
電圧を与える後者の駆動方法は、前者の駆動方法に比べ
てリンギングの影響は少なくなるが、アイリス効果は依
然として現れてしまう。
アイリス効果を防止するために、光電面の下地に金属
を蒸着して面抵抗を低くする方法も考えられるが、その
場合には光電面の透過率が落ち、感度が悪くなるという
新たな問題が生じてしまう。
本発明の課題は、このような問題点を解消することに
ある。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決するために本発明の近接型IIの駆動方
法は、MCPの電子出力面を基準電位として螢光面に正の
直流電圧を印加しながらMCPの電子入力面に第1の負パ
ルス電圧を印加すると共に光電面に第1の負パルス電圧
よりも加速電圧分だけ低い第2の負パルス電圧を前記第
1の負パルス電圧とほぼ同時に印加するものである。
〔作用〕
第1の負パルス電圧によってMCPのゲートを開き、第
2の負パルス電圧によって光電面のゲートを開くことに
なり、両ゲートが共に開いている間のみ、近接型IIとし
てのゲートが開く。光電面のゲートについては従来方法
と同様にリンギングやアイリス効果が現れる。しかし、
MCPはそのゲインが印加電圧に対して対数的に変化する
ために、MCPゲートにはリンギングやアイリス効果が現
れず、しかもそのゲート幅は印加された負パルス電圧の
ゲート幅の数分の一となる。したがって、両ゲートの重
なった部分である近接型IIとしてのゲートにはリンギン
グやアイリス効果が現れず、しかもそのゲート幅は非常
に短くなる。
〔実施例〕
第1図は本発明が適用される近接型IIおよびその周辺回
路の一実施例を示すブロック図である。近接型II1は、
入射する光を電子に変換する光電面2と、光電面2から
の電子を増幅するマイクロチャンネルプレート(MCP)
3と、MCP3からの電子を可視光に変換する螢光面4とを
備えている。MCP3の電子出力面6は端子9を介して接地
されている。螢光面4は直流電源11によって端子10を介
して正の直流電圧VSが印加されている。光電面2および
MCP3の電子入力面5には、それぞれ端子7および8を介
して高圧パルス発生器12から第2図に示す負パルス電圧
A、Bが所望のタイミングで印加される。正の直流電圧
VSとしてたとえば5000V、負パルス電圧Aとしてたとえ
ば−1200V、負パルス電圧Bとしてたとえば−1000Vが印
加される。
第3図は、負パルス電圧A、Bの印加による近接型II
1内の各位置における電位変化を示すものである。負パ
ルス電圧A、Bが印加されない状態では、実線Cで示す
ように光電面2と電子入力面5の間の電圧、およびMCP3
の電圧がいずれも零であるので、光電面2から飛び出し
た電子は電子入力面5に到達しない。すなわち、近接型
II1のゲートは閉じた状態となっている。この状態から
負パルス電圧AおよびBがほぼ同時に印加させると、近
接型II1内の電位状態は第3図の一点鎖線Dのようにな
る。すなわち、光電面2と電子入力面5の間に加速電圧
−200V(−1200V−(−1000V))が印加され、MCP3に光
電子増倍用の電圧−1000Vが印加される。したがって、
光電面2に入射した微弱な光によって発生した電子は、
加速されてMCP3の電子入力面5に入射し、MCP3で増倍さ
れ、さらに直流電圧VSで加速されて螢光面4に入射し、
コントラストの増強された像として出力される。すなわ
ち、ゲートが開いた状態となる。
つぎに、この実施例によれば1ns程度の非常に短い時
間のゲート開放が可能であることを説明する。
第4図は光電面2と電子入力面5の間のゲイン特性を
を示すものである。同図に示すように、印加電圧0Vから
ゲインはすぐに立ち上がり、−200V付近で飽和する曲線
を描く。一方、第5図はMCP3のゲイン特性を示す。同図
に示すように、MCP3のゲインは印加電圧に対して対数的
に上昇する。
このような特性を踏まえて光電面2−電子入力面5間
(光電面ゲート)およびMCP3の電子入力面5−電子出力
面6間(MCPゲート)に同一形状のパルスを印加した場
合のゲイン特性を第6図に示す。同図において、符号
E、FおよびGは、それぞれ印加電圧、光電面ゲートお
よびMCPゲート特性である。印加電圧Eを図示のように
三角波とし、その半径幅を100とすると、光電面ゲート
のゲート幅は130と拡がるが、MCPゲートのゲート幅は16
と極端に短くなる。MCPゲートのゲート幅がこのように
短くなるのは、上述したようにMCP3のゲインが印加電圧
に対して対数的に上昇するからである。結果として、ト
ータルのゲイン特性は、MCPゲート特性Gと同じ形状の
波形となる。すなわち、立上り時T1および立ち下がり時
T2におけるアイリス効果の影響が除去され、しかも極短
時間(1ns程度)のゲート開放を行うことができる。
第7図は、2個のMCP31、32を搭載した近接型II1′を
示すものであり、この場合も第1図と同様の駆動方法が
適用できる。
第8図は、本発明の他の実施例を示す図である。ここ
では、光電面2の端子7にインダクタンスLK、MCP3の電
子入力面5の端子8にインダクタンスLmを接続し、イン
ダクタンスLk、Lmの他端に共通の負パルス電圧Hを印加
する。負パルス電圧Hが印加されるとインダクタンス、
LkLmの作用により互いに振幅の異なる負パルス電圧が端
子7と8の間に印加されることになり、この振幅の差は
光電面2−電子入力面5間の加速電圧となる。インダク
タンスLkおよびLmは、実際にはリード線のインダクタン
スで代用できる程度(数10nH)のものである。
インダクタンスLk、Lmの作用を第9図の等価回路図を
用いて説明する。同図において容量CkおよびCmはそれぞ
れ光電面2およびMCP3の容量であり、 の関係が成り立つ。
一般に、容量Ckは容量Cmに対して小さい。一例とし
て、一般的な近接型IIを実際に測定してみたところ、 Ck=23.3pF Cm=77.1pF であった。負パルス電圧H(=vp)が印加されると、当
然に容量の大きな方すなわちMCP3に電流が流れるため、
Lk=Lmの場合、MCP3に印加される実際の電圧は、 の電位降下によって光電面2に印加される実際の電圧よ
りも低くなる。
発明者の実測によれば、 インダクタンスLk、Lm=54nH 電圧の立ち上がり時間 〜0.5ns 負パルス電圧Hのピーク −1.8kV において、実際に印加される 光電面電圧 −1.5kV MCP電圧 800V を得た。
この実施例によれば、印加する負パルス電圧が1つで
あるので、高圧パルス発生器12として回路構成の簡単な
ものを用いることができる。
なお、光電面2およびMCP3に印加する電圧インダクタ
ンスLk、Lmを変えることによって所望の値に設定するこ
とが可能である。
第10図は、第1図の実施例における光電面2および電
子入力面5が高圧パルス発生器12とカップリングコンデ
ンサ91および92を介して接続されているものである。こ
れは光電面2および電子入力面5にそれぞれバイアスV
BkおよびVBmを加えるためである。バイアスVBkおよびV
Bmを加えることによって、高圧パルス発生器12から供給
する駆動負パルス電圧の振幅を小さくすることができ
る。
第11図は、これと同様の趣旨で第8図の実施例にカッ
プリングコンデンサ93および94を付加したものである。
なお、上述した実施例全体を通して、光電面2と電子
入力面5の間においては、光電面2の電位を多少低く
(−数10V程度)しておくことによりノイズの低減を図
ることができる。
〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明の近接型IIの駆動方法に
よれば、光電面の面抵抗を下げるなどの特別の工夫を施
さなくとも、1ns程度の高速のゲートを切ることができ
る。また、その際にアイリス効果の影響やリンギングの
影響を受けることがない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2図は光電
面および電子入力面に印加すべき負パルス電圧を示す波
形図、第3図は負パルス電圧印加による電位変化を示す
図、第4図は光電面−MCP入力面間のゲイン特性図、第
5図はMCPのゲイン特性図、第6図はこの実施例のゲー
ト特性図、第7図はこの実施例の変形例を示す構成図、
第8図は第2の実施例を示す構成図、第9図はその等価
回路図、第10図および第11図はそれぞれ他の実施例を示
す構成図、第12図は従来方法において発生するリンギン
グの影響を示す波形図である。 1……近接型II、2……光電面、3……MCP、4……螢
光面、5……電子入力面、6……電子出力面、12……高
圧パルス発生器、A,B……負パルス電圧。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光電面と、この光電面からの電子を増幅す
    るマイクロチャンネルプレート(MCP)と、このMCPから
    の電子を可視光に変換する螢光面とを備えた近接型イメ
    ージインテンシファイアの駆動方法において、 前記MCPの電子出力面を基準電位として前記螢光面に正
    の直流電圧を印加しながら前記MCPの電子入力面に第1
    の負パルス電圧を印加すると共に前記光電面に前記第1
    の負パルス電圧よりも加速電圧分だけ低い第2の負パル
    ス電圧を前記第1の負パルス電圧とほぼ同時に印加する
    ことを特徴とする近接型イメージインテンシファイアの
    駆動方法。
  2. 【請求項2】MCPの電子出力面を基準電位として前記螢
    光面に正の直流電圧を印加しながら前記MCPの電子入力
    面および前記光電面にそれぞれ第1および第2のインダ
    クトを介して振幅の等しい負パルス電圧を同時に印加す
    ることにより、前記MCPの電子入力面に前記第1の負パ
    ルス電圧を印加し光電面に前記第2の負パルス電圧を印
    加することを特徴とする請求項1に記載の近接型イメー
    ジインテンシファイアの駆動方法。
  3. 【請求項3】MCPの電子出力面を基準電位として前記螢
    光面に正の直流電圧を印加しながら前記MCPの電子入力
    面および前記光電面にそれぞれ第1および第2のインダ
    クトを介して共通の負パルス電圧を印加することによ
    り、前記MCPの電子入力面に前記第1の負パルス電圧を
    印加し光電面に前記第2の負パルス電圧を印加すること
    を特徴とする請求項1に記載の近接型イメージインテン
    シファイアの駆動方法。
  4. 【請求項4】MCPの電子出力面を基準電位として前記螢
    光面に正の直流電圧を前記MCPの電子入力面および前記
    光電面に負の直流電圧をそれぞれ印加しながら前記MCP
    の電子入力面にコンデンサを介して第1の負パルス電圧
    を印加すると共に前記光電面に前記第1の負パルス電圧
    よりも加速電圧分だけ低い第2の負パルス電圧を前記第
    1の負パルス電圧とほぼ同時にコンデンサを介して印加
    することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載
    の近接型イメージインテンシファイアの駆動方法。
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