(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射面板と出力面板とを有する容器と、
前記容器内の前記入射面板側に設けられ、前記入射面板から入射した被計測光に応じて電子を放出する光電面と、
前記容器内の前記出力面板側に設けられた蛍光面と、
前記容器内の前記光電面と前記蛍光面との間で光電面に対向するように配置された加速電極と、
前記容器内の前記加速電極と前記蛍光面との間に配置された第１の集束電極及びアノード電極と、
前記容器内の前記第１の集束電極及び前記アノード電極と前記蛍光面との間に設けられ、前記第１の集束電極及び前記アノード電極を通過した電子を前記蛍光面に沿った第１の方向に掃引する掃引電極と、
前記容器内の前記掃引電極と前記蛍光面との間に配置された第２の集束電極と、
を備え、
前記加速電極、第１の集束電極、及び前記アノード電極は、前記電子を前記第１の方向に集束する第１の１次元集束レンズを形成し、
前記第２の集束電極は、前記電子を前記蛍光面に沿った前記第１の方向に垂直な第２の方向に集束する第２の１次元集束レンズを形成する、
ストリーク管。
【請求項２】
前記加速電極、第１の集束電極、及び前記アノード電極は、それぞれ、平板状電極を含むことにより前記第１の１次元集束レンズを形成し、
前記第２の集束電極は、平板状電極を含むことにより前記第２の１次元集束レンズを形成する、
請求項１記載のストリーク管。
【請求項３】
前記アノード電極は、前記容器内の前記第１の集束電極と前記掃引電極との間に配置され、前記第２の方向に沿ったスリットが設けられた平板状電極を含み、前記加速電極及び前記第１の集束電極と共に前記第１の１次元集束レンズを形成する、
請求項１又は２記載のストリーク管。
【請求項４】
前記第２の集束電極は、互いに平行な２つの前記平板状電極によって構成された３対の平行平板電極を含む、
請求項２に記載のストリーク管。
【請求項５】
前記３対の平行平板電極のそれぞれは、前記２つの平板状電極の前記第１の方向の幅が、前記２つの平板状電極の間隔に対して３倍以上になるように構成されている、
請求項４記載のストリーク管。
【請求項６】
前記光電面と前記蛍光面との間の距離に対する前記光電面と前記掃引電極の前記光電面側の端部との距離の比が０．２以下に設定されている、
請求項１〜５のいずれか１項に記載のストリーク管。
【請求項７】
前記第１の集束電極は、互いに平行な２つの前記平板状電極によって構成された平行平板電極を含み、前記２つの平板状電極の間隔が前記光電面側に比較して前記蛍光面側が狭くなるように形成されている、
請求項２記載のストリーク管。
【請求項８】
前記アノード電極は、前記スリットの中心に位置するような微細スリットが形成された平板状部材をさらに含む、
請求項３記載のストリーク管。
【請求項９】
前記第１の集束電極は、前記平板状電極の前記第２の方向の端部が金属板で一体化され、
前記第２の集束電極は、前記平板状電極の前記第１の方向の端部が金属板で一体化されている、
請求項２記載のストリーク管。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のストリーク管と、
前記掃引電極に印加する掃引電圧の傾斜の設定に連動して、前記第１の集束電極に印加される電圧値を設定する設定信号発生部と、
を備えることを特徴とするストリーク装置。
【請求項１１】
前記ストリーク管の前記蛍光面に正の高電圧を印加するように構成されている、
請求項１０に記載のストリーク装置。
【請求項１２】
前記ストリーク管の前記光電面にパルス電圧が重畳された直流電圧を印加するように構成されている、
請求項１０又は１１に記載のストリーク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被計測光の時間的な強度分布を空間的な強度分布に変換するストリーク管及びそれを含むストリーク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、被計測光の時間的な強度分布を出力画面上の空間的な強度分布に変換する装置としてストリーク管が用いられている。従来の典型的なストリーク管は、真空容器の一端面に入射窓、真空容器の他端面に出射窓が設けられ、入射窓の内壁面に光電面、出射窓の内壁面に蛍光面が設けられ、真空容器内部の管軸に沿って光電面と蛍光面の間に、加速電極、集束電極、アパーチャー電極、及び掃引電極がこの順で配置された構成を有する。このようなストリーク管では、入射窓を経て光電面に、掃引電極の偏向板に平行で光電面の中心を通る線状の光学像が投影されると、光電面は光学像に対応した線状電子像を放出し、その線状電子像は、加速電極によって加速された後に軸対称集束レンズを形成する集束電極によって集束され、アパーチャー電極を通過し掃引電極の偏向板の間隙を経て蛍光面上に到達し、その結果線状光学像を発生させる。その際、線状電子ビームが掃引電極の２枚の偏向板の間を通過する期間において、それらの偏向板には時間の経過とともに変化する傾斜状の掃引電極が印加され、電子ビームはその線方向に対して垂直な方向に掃引されて、線状光学像が蛍光面上で掃引方向に順次配置されることにより、いわゆるストリーク像が形成される。このようなストリーク管により蛍光面上で掃引方向に被計測光の強度の時間変化に対応した輝度分布が得られる。この輝度分布をカメラで撮像した後に信号処理を施すことで、被計測光の時間強度プロファイルを得ることができる。
【０００３】
上記従来のストリーク管においては、電子ビームは集束レンズ系により蛍光面上で掃引方向に垂直な方向にも集束されるので、光電面上の線状光学像の線方向に複数チャンネルの光を並べれば、蛍光面上にそれに対応した線状光学像が生じる。その線状光学像を掃引することにより、同時に複数の光の時間強度変化のデータを取得でき、例えば分光器からの光を入力することで、時間分解分光スペクトルを取得できる。このようなマルチチャンネル計測では、高速掃引したときに、蛍光面上の掃引方向のビーム広がりを小さくするために集束電圧を調整すると、空間方向の情報の精度が落ちてしまう傾向にある。すなわち、集束電極の電圧を調整して掃引方向のビーム広がりをほぼゼロにした場合は、軸対称集束レンズによって電子ビームが空間方向では蛍光面より手前で集束するため、蛍光面上でボケが生じてしまい、その結果、隣接するチャネルの信号が互いに混ざり込んで精度が劣化する。また、集束電極の電圧を変化させると集束レンズの強度が変わるので、レンズの拡大率が変わり、蛍光面上の各チャンネルの位置が空間方向で変化する。集束電極の電圧は掃引速度に対応した最適値に変更されるので、そのたびに蛍光面上の各チャンネルの位置が変化することになり、マルチチャンネル計測でのデータ処理が煩雑になる。
【０００４】
一方、下記特許文献１に記載のストリーク管は、変換管内の光電陰極とスクリーンとの間において、加速電極、第１の集束平面レンズ、４極子レンズ、第２の集束平面レンズ、及び偏向電極が、この順で配置された構成を有する。このストリーク管では、電子ビームの時間方向の集束は２つの集束平面レンズで行われ、空間方向の集束は４極子レンズで行われる。このようなストリーク管によれば、第２の集束平面レンズの集束電極の印加電圧を掃引速度の速さに応じて調整することによりスクリーン上に高速掃引により生じる掃引方向のボケを低減して時間分解能を向上させることができる。この場合、第２の集束平面レンズは掃引方向（時間方向）のみに作用するので、掃引方向に垂直な空間方向の分解能については良好に維持することができる。それとともに、マルチチャンネル計測ではチャンネル配列方向におけるチャンネル位置の変化が生じることもない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平８−２４０３７号公報
【特許文献２】特開平２０１３−９７９９５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載のストリーク管では、時間分解能を十分に（例えば、１００ｆｓオーダーまで）上げるためには、次に述べる問題がある。すなわち、掃引電極が他の電極に比べて出力面に近い位置にあるので、加速電極と掃引電極との間の距離が大きくなる傾向にあり、光電面から掃引電極に到達するまでに生じる光電子群の走行時間広がりを、必要な値まで小さくすることが困難である。また、４極子レンズの第２の集束平面レンズ側の近くに空間方向の電子軌道の交差点であるクロスオーバーが生じるので、クロスオーバー点からかなり離れた出力面に到達するまで空間電荷効果によって光電子群が互いに反発することになる結果、時間分解能が劣化する傾向にある。さらに、このストリーク管では、掃引電極が他電極に比べて出力面に近い位置にあるので、偏向感度が低くなり高速掃引が困難である。また、電子ビームを空間方向集束するために４極子レンズが設けられているので、空間方向の集束強度を調整すると時間方向の集束強度も変化し、集束強度の調整操作を複雑にする。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、十分に時間分解能を向上させたマルチチャンネル計測を実現するストリーク管及びそれを含むストリーク装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明のストリーク管は、入射面板と出力面板とを有する容器と、容器内の入射面板側に設けられ、入射面板から入射した被計測光に応じて電子を放出する光電面と、容器内の出力面板側に設けられた蛍光面と、容器内の光電面と蛍光面との間で光電面に対向するように配置された加速電極と、容器内の加速電極と蛍光面との間に配置された第１の集束電極及びアノード電極と、容器内の第１の集束電極及びアノード電極と蛍光面との間に設けられ、第１の集束電極及びアノード電極を通過した電子を蛍光面に沿った第１の方向に掃引する掃引電極と、容器内の掃引電極と蛍光面との間に配置された第２の集束電極と、を備え、加速電極、第１の集束電極、及びアノード電極は、電子を第１の方向に集束する第１の１次元集束レンズを形成し、第２の集束電極は、電子を蛍光面に沿った第１の方向に垂直な第２の方向に集束する第２の１次元集束レンズを形成する。
【０００９】
本発明のストリーク管によれば、被計測光に応じて光電面から電子が放出され、その電子が、光電面に対向するように設けられた加速電極で加速された後、第１の集束電極及びアノード電極によって集束され、掃引電極によって出力面板に沿った蛍光面に沿った第１の方向に掃引された後、第２の集束電極によって集束されてから、蛍光面に導かれる。その結果、被計測光の時間変化に対応した出力分布が掃引方向である第１の方向に沿って得られる。この際、加速電極、第１の集束電極、及びアノード電極によって電子が第１の方向である時間方向に集束されるとともに、第２の集束電極によって蛍光面に沿った第１の方向に垂直な第２の方向である空間方向に集束される。このような構成により、加速電極と掃引電極との距離を小さくできるので光電面から掃引電極に到達するまでの電子の走行時間広がりを小さくでき、第２の集束電極が蛍光面側に位置することで電子軌道の交差点であるクロスオーバーを蛍光面に近い位置に形成できる。また、掃引電極が蛍光面から離れているので偏向感度が高くなり、高速掃引が可能となる。さらに、第１の１次元集束レンズと第２の１次元集束レンズとで時間方向の集束強度と空間方向の集束強度とを独立に調整することが可能となり、集束強度の調整操作も容易にされる。その結果、十分に時間分解能を向上させたマルチチャンネル計測を実現することができる。
【００１０】
加速電極、第１の集束電極、及びアノード電極は、それぞれ、平板状電極を含むことにより第１の１次元集束レンズを形成し、第２の集束電極は、平板状電極を含むことにより第２の１次元集束レンズを形成する、ことが好適である。かかる構成を備えれば、簡易な構成で第１の１次元集束レンズ及び第２の１次元集束レンズを形成することができる。
【００１１】
また、アノード電極は、容器内の第１の集束電極と掃引電極との間に配置され、第２の方向に沿ったスリットが設けられた平板状電極を含み、加速電極及び第１の集束電極と共に第１の１次元集束レンズを形成する、ことも好適である。かかるアノード電極を備えれば、第１の集束電極の出口で広がった電子ビームの周辺をカットすることで、蛍光面での出力分布における時間分解能をさらに高めることができる。
【００１２】
さらに、第２の集束電極は、互いに平行な２つの平板状電極によって構成された３対の平行平板電極を含む、ことも好適である。この場合、３対の平行平板電極の印加電圧を独立に設定することで、蛍光面での出力分布を空間方向でジャストフォーカスの状態に調整することが容易となる。
【００１３】
またさらに、３対の平行平板電極のそれぞれは、２つの平板状電極の第１の方向の幅が、２つの平板状電極の間隔に対して３倍以上になるように構成されている、ことも好適である。かかる構成によれば、理想的な１次元集束レンズを形成することができ、出力分布における空間方向の分解能を十分に高めることができる。
【００１４】
さらにまた、光電面と蛍光面との間の距離に対する光電面と掃引電極の光電面側の端部との距離の比が０．２以下に設定されている、ことも好適である。かかる構成によれば、光電面から掃引電極に到達するまでに生じる電子の走行時間広がりを小さくすることができ、出力分布における時間分解能を十分高めることができる。
【００１５】
また、第１の集束電極は、互いに平行な２つの平板状電極によって構成された平行平板電極を含み、２つの平板状電極の間隔が光電面側に比較して蛍光面側が狭くなるように形成されている、ことも好適である。この場合、第１の１次元集束レンズの集束強度を高めることができ、出力分布における時間分解能を高めつつ第１の集束電極における耐圧不良を防止できる。
【００１６】
さらに、アノード電極は、スリットの中心に位置するような微細スリットが形成された平板状部材をさらに含む、ことも好適である。こうすれば、電子ビームの第１の方向の周辺がカットされるために、出力分布の時間方向の分解能をさらに高めることができる。
【００１７】
またさらに、第１の集束電極は、平板状電極の第２の方向の端部が金属板で一体化され、第２の集束電極は、平板状電極の第１の方向の端部が金属板で一体化されている、ことも好適である。かかる構成を採れば、第１及び第２の集束電極の組み立てが容易となり、この一体化構造による１次元集束レンズの機能への影響も小さくできる。
【００１８】
或いは、本発明のストリーク装置は、上述したストリーク管と、掃引電極に印加する掃引電圧の傾斜の設定に連動して、第１の集束電極に印加される電圧値を設定する設定信号発生部と、を備える。このようなストリーク装置によれば、蛍光面における電子ビームを、掃引電極に印加する掃引電圧の傾斜で決まる出力の掃引速度に応じて、掃引方向に適切に集束させることができる。これにより、様々な掃引速度に対応して出力分布の掃引方向のボケが低減されて時間分解能が向上するとともに、出力分布の掃引方向に垂直な空間方向の分解能も良好に維持することができる。
【００１９】
ストリーク管の蛍光面に正の高電圧を印加するように構成されている、ことが好適である。こうすれば、電子ビームは蛍光面近傍で加速されるので、蛍光面の発光効率を高めることができ、その結果、空間電荷効果による時間分解能劣化を防止することができる。
【００２０】
また、ストリーク管の光電面にパルス電圧が重畳された直流電圧を印加するように構成されている、ことも好適である。こうすれば、光電面と加速電極との間の高圧印加による放電の発生確率を下げることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、十分に時間分解能を向上させたマルチチャンネル計測を実現するストリーク管を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の好適な一実施形態に係るストリーク管１の内部構造を示す斜視図である。
【図２】図１のストリーク管の管軸を含む掃引方向に沿った断面図である。
【図３】図１のストリーク管の管軸を含む掃引方向に垂直な方向に沿った断面図である。
【図４】図１のストリーク管と駆動装置を含むストリーク装置を示すブロック図である。
【図５】図１の光電面から放出される光電子のエネルギー分布を示すグラフである。
【図６】本実施形態における時間広がり△tKDのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図７】本実施形態における電圧VFX、拡大率MXの距離Ｌに対する依存性を示すグラフである。
【図８】本発明の変形例に係る第１の集束電極の形状を示す斜視図である。
【図９】図８の第１の集束電極で生じる電子レンズを示す側面図である。
【図１０】本発明の変形例に係る加速電極の形状を示す斜視図である。
【図１１】図１０の加速電極で生じるマイクロ電子レンズを示す側面図である。
【図１２】本発明の変形例に係るアノード電極の形状を示す斜視図である。
【図１３】図１２のアノード電極で生じる微細スリットの作用を示す側面図である。
【図１４】図１２及び図１３の変形例におけるストリーク像の強度の時間分布を示すグラフである。
【図１５】本発明の変形例に係るストリーク管の内部構造を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しつつ本発明に係るストリーク管の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２４】
図１は、本発明の好適な一実施形態に係るストリーク管の内部構造を示す斜視図、図２は、図１のストリーク管の管軸を含む掃引方向に沿った断面図、図３は、図１のストリーク管の管軸を含む掃引方向に垂直な方向に沿った断面図である。これらの図に示すストリーク管１は、光学像の強度の時間変化に対応した輝度分布を得るための装置である。このストリーク管１は、気密性を維持された円筒状の容器２の内部に、メッシュ加速電極３、第１の集束電極５、アノード電極７、掃引電極９、及び第２の集束電極１１を、この順で容器２の管軸に沿って配置された状態で備える。また、容器２の一端面には、被計測光が入射されるガラス面板等の透光性材料からなる入射面板１３ａが固定され、容器２の他端面には、出力像が出射されるオプティカルファーバープレート等の導光性の材料からなる出力面板１３ｂが固定されている。この入射面板１３ａには、被計測光として下記掃引方向に垂直な線状光学像が容器２の管軸と交差するように入射され、それに応じて出力面板１３ｂから線状光学像が出射される。なお、以下の説明においては、図１の容器２の管軸に沿った方向をＺ軸方向とし、容器２の出力面板１３ｂに沿った掃引電極９の掃引方向（第１の方向、時間方向）をＸ軸方向とし、容器２の出力面板１３ｂに沿ったＸ軸に垂直な方向（第２の方向、空間方向）をＹ軸方向とする。また、図１では、ガラス円筒である容器２の側面、入射面板１３ａと出力面板１３ｂとに融着された金属フランジ、及び各電極に電圧を供給するための容器２の側面を貫通する封入ピンは、その図示が省略されている。図２及び図３には、後述する光電面１５から放出された光電子ビームの電子軌道も示されている。ただし、この電子軌道は、光電面１５の一点から放出された光電子ビームが、見易くするために実際の太さよりも太くして誇張して表現されている。
【００２５】
このストリーク管１は、さらに、容器２内の入射面板１３ａの内側の面の中心部に円形状に形成された光電面１５と、容器２内の出力面板１３ｂの内側の面の中心部に円形状に形成された蛍光面１７とを有する。光電面１５は、容器２の管軸に沿って外部から入射面板１３ａに入射してきた被計測光に応じて、出力面板１３ｂに向けて電子を放出する、いわゆる、透過型の光電陰極である。蛍光面１７は、光電面１５によって放出された電子の入射に応じて、その電子の入射分布に応じた出力像（光学像）を外部に向けて出力する。光電面１５と蛍光面１７との距離は、特定の大きさには限定されないが、例えば、320mmに設定されている。
【００２６】
メッシュ加速電極３は、容器２内の光電面１５と蛍光面１７の間において、光電面１５の近傍にそれと対向するように配置された電子ビーム加速用の電極である。すなわち、メッシュ加速電極３は、光電面１５側（以下、「前段側」ともいう。）がメッシュ電極によって覆われたドーナツ状の円板電極３ａと、Ｘ軸に略垂直で管軸を挟んで蛍光面１７側（以下、「後段側」ともいう。）に配置された２枚の平板電極３ｂとが組み合わされた構造を有する。このメッシュ加速電極３は、入射面板１３ａにＹ軸方向に沿った線状の光学像が入射した場合にその光学像とメッシュ電極との角度が略４５度を成すように、すなわち、メッシュ電極がＸ軸（Ｙ軸）に対して４５度を成すように配置される。これにより、出力像におけるモワレを防ぐことができる。このメッシュ電極におけるメッシュの間隔は、例えば、１，０００本／インチに設定される。このようなメッシュ加速電極３は、光電面１５とメッシュ電極との間隔が1mmとなり、２枚の平板電極３ｂが管軸に対して対称となるように配置される。
【００２７】
第１の集束電極５は、容器２内の光電面１５と蛍光面１７の間において、メッシュ加速電極３の後段側に配置された平行平板電極である。詳細には、第１の集束電極５は、Ｘ軸に略垂直で互いに平行になるように配置された２枚の平板電極（平行平板電極）が組み合わされて構成される。この第１の集束電極５は、２枚の平板電極が管軸に対して対称になるように配置される。第１の集束電極５の平板電極のサイズは、特定のサイズに限定されないが、例えば、Ｚ軸方向の長さが30mm、Ｙ軸方向の幅が20mmである。また、第１の集束電極５の２つの平板電極の間隔は6mmに設定されている。この２つの平板電極のＹ軸方向の幅と間隔との比率は、後述する１次元集束レンズの作用を理想的（Ｘ軸方向にのみ作用し、Ｙ方向には作用しない）に形成するという意味では、できるだけ大きくすることが望ましい。本実施形態では、２つの平板電極のＹ軸方向の幅と間隔との比率が３倍以上に設定されることにより、平板電極のＹ軸方向の両端に影響をなるべく小さくして、Ｙ軸方向のレンズ作用が無視できるレベルに設定されている。
【００２８】
アノード電極７は、容器２内の第１の集束電極５の後段側に第１の集束電極５に隣接して配置された平板状電極である。すなわち、アノード電極７は、Ｘ軸に略垂直で互いに平行になるように配置された２枚の平板電極（平行平板電極）が組み合わされて構成され、この２枚の平板電極が後段側において屈折した形状を有することにより、後段側にＹ軸方向に沿ったスリット７ａを有する。このアノード電極７は、２枚の平板電極が管軸に対して対称になるように配置される。例えば、アノード電極７のスリット７ａのＸ軸方向の幅は3mmに設定されている。
【００２９】
これらのメッシュ加速電極３、第１の集束電極５、及びアノード電極７は、光電面１５から放出された光電子ビームをＸ軸方向に集束する第１の１次元集束レンズを形成する電極群である。
【００３０】
さらに、容器２内のアノード電極７と蛍光面１７との間には、掃引電極９、及び第２の集束電極１１が、Ｚ軸方向に沿ってこの順で並んで配置されている。掃引電極９は、２枚の偏向板が容器２の管軸を挟んでＸ軸方向に互いに対面するように配置されて構成されている。この掃引電極９は、２枚の偏向板に掃引電圧が印加されることにより、第１の集束電極５及びアノード電極７を通過した電子ビームをＸ軸方向に掃引するための電極である。具体的には、掃引電極９を構成する２枚の偏向板は、進行波型の一種であるいわゆるミアンダ型の形状を有し、それらのＸ軸方向の間隔が後段側に向かうほど広くなり、それらのＺ軸方向の両端部がＹ軸に平行になり、かつ、管軸を含むＹＺ平面に平行な平面に対して対称になるように配置される。このような構成の掃引電極９は、ミアンダ型を採用することにより、立上り時間が非常に短い掃引電圧波形に対して、なまりを生じさせないで高速応答することができる。掃引電極９のサイズ及び配置は、特定のサイズ及び配置には限定されないが、例えば、Ｚ軸方向の長さが50mm、２枚の偏向板の前段側端部の間隔が6mm、後段側端部の間隔が7.4mmに設定されている。
【００３１】
第２の集束電極１１は、掃引電極９を通過した光電子ビームを蛍光面１７に沿ったＹ軸方向に集束する第２の１次元集束レンズを形成する電極である。第２の集束電極１１は、３対の平行平板電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃがＺ軸方向に順に隣接して配置されて構成されている。これらの平行平板電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、それぞれ、Ｙ軸に略垂直で互いに平行になるように配置された２枚の平板電極が組み合わされて構成され、２枚の平板電極が管軸に対して対称になるように配置される。これらの平行平板電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃのサイズ及び配置は、特定のサイズには限定されないが、それぞれのＺ軸方向の幅が、18mm、24mm、35mm、平行平板電極１１ａと平行平板電極１１ｂとのＺ軸方向の間隙、及び平行平板電極１１ｂと平行平板電極１１ｃとのＺ軸方向の間隙が数mmとなるように設定される。また、平行平板電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃのＸ軸方向の幅は50mmで、それぞれの平行平板電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃの２枚の平板電極のＹ軸方向の間隔は16mmに設定される。平行平板電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃのＸ軸方向の幅と、平行平板電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃの２枚の平板電極の間隔との比は、理想的な１次元集束レンズを形成する（Ｙ軸方向にのみ作用し、Ｙ軸方向には作用しない）ために、３倍以上に設定されている。
【００３２】
また、容器２の壁面には、上述した光電面１５、及び蛍光面１７の電位を設定するための金属フランジが融着され、また、メッシュ加速電極３、第１の集束電極５、アノード電極７、掃引電極９、及び第２の集束電極１１の平行平板電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃの電位を設定するための封入ピンが貫通して設けられている。さらに、容器の２の内側面のうちアノード電極７の近くから蛍光面１７の近くにかけての部分には、アルミニウム薄膜等からなるウォールアノード１９が形成されている。このウォールアノード１９は、内側面の帯電による光電子ビームへの軌道への悪影響を防止する目的で形成される。ウォールアノード１９と掃引電極９及び平行平板電極１１ｂに電気的に接続された封入ピンとを電気的に絶縁するため、ウォールアノード１９は、それらの封入ピンとは間隙を有するように形成されている。
【００３３】
上述した構成のストリーク管１には、光電面１５に所定の負電位（例えば、−１０ｋＶ）、メッシュ加速電極３には所定の正電位（例えば、＋５ＫＶ）、第１の集束電極５に正極性の高電圧、平行平板電極１１ｂには負極性の高電圧、アノード電極７、ウォールアノード１９、蛍光面１７、及び平行平板電極１１ａ，１１ｃにはグラウンド電位（０Ｖ）が、それぞれ印加される。このようにすることで、メッシュ加速電極３とアノード電極７との間には光電子ビームをＸ軸方向に集束する第１の１次元集束レンズが形成され、第２の集束電極１１において光電子ビームをＹ軸方向に集束する第２の１次元集束レンズが形成される。
ここで、第１の集束電極５及び平行平板電極１１ｂに印加される電圧の大きさは、光電子ビームが蛍光面１７上に最適に集束されるように調整可能とされている。
【００３４】
図４は、上述したストリーク管１とその駆動装置を含むストリーク装置３０を示すブロック図である。
【００３５】
ストリーク装置３０には、被計測光の入射を検知してトリガ信号を生成するＰＩＮダイオード３９と、そのトリガ信号を遅延させて掃引電圧発生回路４３に向けて出力する遅延ユニット４１と、掃引電圧を生成する掃引電圧発生回路４３とが備えられている。このストリーク装置３０では、パルスレーザ３１で発生した被計測パルス光が、ハーフミラー３３によって２つに分けられ、そのうちの１つがレンズ３５を経由することで光電面１５上に線状光学像として結像される。もう１つの被計測パルス光はミラー３７を経由してＰＩＮダイオード３９に入射され、ＰＩＮダイオード３９の検出信号が遅延ユニット４１を経由して掃引電圧発生回路４３に入力されることにより、掃引電圧発生回路４３がトリガされる。このような構成により、光電子ビームが掃引電極９を通過するタイミングに合わせて掃引電圧を印加することができる。
【００３６】
詳細には、掃引電圧発生回路４３は、逆極性（プッシュプル）の斜状掃引電圧Ｖｄ１（ｔ），Ｖｄ２（ｔ）を発生させ、掃引電極９の２枚の偏向板に供給する。これらの斜状掃引電圧Ｖｄ１（ｔ）、Ｖｄ２（ｔ）は、時間的に直線状に変化する電圧であり、互いに逆極性の電圧になるように設定される。ここで、掃引電圧発生回路４３においては、掃引電圧の時間に対する傾斜（時間変化率）が切り替えスイッチにより所望の値に変更できるように構成されており、これにより、蛍光面１７上の電子ビームの掃引速度を、例えば、０（掃引無し）、１×１０５ｍ／ｓ、１×１０６ｍ／ｓ、５×１０７ｍ／ｓ、１．４×１０８ｍ／ｓ、１．１×１０９ｍ／ｓと変更可能にされている。掃引電圧発生回路４３によって設定可能な最高の掃引速度は１．１×１０９ｍ／ｓであり、時間400psの間に−１．５ｋＶから＋１．５ｋＶに変化する掃引電圧により得られる。
【００３７】
また、ストリーク装置３０では、小さな入力強度でも良好なＳ／Ｎが得られるように、ストリーク管１の出力面板１３ｂの外側にＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）を内蔵したイメージインテンシファイア４５がファイバ結合されて設けられている。さらに、ストリーク装置３０は、光学系４７、ＣＣＤカメラ４９、テンポラルアナライザ（画像処理装置）５１を含んでいる。このような構成により、出力面板１３ｂからイメージインテンシファイア４５及び光学系４７を経由して出射された出力像がＣＣＤカメラ４９で撮像され、その結果ＣＣＤカメラ４９から出力された映像信号がテンポラルアナライザ５１で解析されることにより、光学像の強度の時間変化のプロファイルが得られる。
【００３８】
さらに、ストリーク装置３０には、高圧電源５３，５５，５７，５９，６１が含まれている。高圧電源５３は、光電面１５に金属フランジを介して接続され、光電面１５に所定の負電位を印加する。高圧電源５５は、メッシュ加速電極３に封入ピンを介して接続され、メッシュ加速電極３に所定の正電位を印加する。高圧電源５７は、第１の集束電極５に封入ピンを介して接続され、第１の集束電極５に可変の正電位を印加する。高圧電源５９は、第２の集束電極１１の平行平板電極１１ｂに封入ピンを介して接続され、平行平板電極１１ｂに可変の負電位を印加する。高圧電源６１は、イメージインテンシファイア４５に接続され、イメージインテンシファイア４５に所定の駆動電圧を印加する。なお、高圧電源５７，５９の出力する電圧は調整可能にされている。
【００３９】
さらに、これらの高圧電源５７及び掃引電圧発生回路４３には、設定信号発生部６３が接続されており、設定信号発生部６３からの信号により、高圧電源５７の出力する電圧値、及び掃引電圧発生回路４３が生成する掃引電圧の傾斜等が変更可能にされている。また、設定信号発生部６３は、掃引電圧の傾斜の設定に連動して、第１の集束電極５に印加される電圧値を設定し、電圧値及び傾斜を示す設定値を、それぞれ高圧電源５７及び掃引電圧発生回路４３に出力する。
【００４０】
上記構成を有するストリーク管１の動作を、図２及び図３に示された電子軌道を参照しながら説明する。
【００４１】
まず、ストリーク管１の掃引していない静的動作における集束電子レンズ系の特性について、電子軌道シミュレーションを用いて説明する。掃引電極９の２枚の偏向板には掃引電圧の代わりに0V（グランド電位）を印加し、パルス光の代わりに波長800nmのＣＷ光を用いて、線状光学像を光電面１５上にＸ軸方向の半値幅が無視できる程度に小さく（具体的には２〜３μｍ）、かつ、Ｙ軸方向の長さ4mmの状態で結像する場合を考える。光電面１５上の光学像の各点からは光電面１５の種類と入射光波長に対応した初速度分布で光電子群が放出される。ここでは、光電面１５がＳ−２０、入射光波長が800nmであるとすると、その放出エネルギー分布は図５に示され、放出角度分布は余弦分布である。図５に示されるように、放出される光電子の初期エネルギーは０〜０．１×数ｅＶの分布を持っている。また光電子の放出角θ（光電面１５の法線と成す角）は、０＜θ≦９０°の範囲である。光電面１５から初速０で放出された光電子の軌道を主軌道、それ以外の軌道を副軌道とすると、副軌道は無数に存在し、光電面１５から放出された時点での放出角θが大きいほど、また初期エネルギーが大きいほど、副軌道が主軌道から離れる距離は大きくなる。図２には線状光学像のＹ軸方向の中心から放出された光電子の主軌道及び副軌道を、図３には線状光学像のＹ軸方向の中心および両端に対応する３点から放出された光電子の主軌道及び副軌道を、それぞれ、一点鎖線及び実線で示している。これらの図には、放出角６０°、初期エネルギー０．３５ｅＶで主軌道に対称に放出された光電子の軌道を副軌道として表している。
【００４２】
まず、図２を参照して、Ｘ軸方向の結像の様子を説明する。光電面１５の中心から放出された光電子の副軌道は、当初主軌道から離れていくが、メッシュ加速電極３、第１の集束電極５、アノード電極７によって形成された第１の１次元集束レンズにより最終的に主軌道の方向に曲げられる。その場合、メッシュ加速電極３と第１の集束電極５の間で形成されたレンズは弱く、副軌道が主軌道から離れていく速度を小さくする程度である。主たるレンズは第１の集束電極５とアノード電極７の間で形成されたレンズであり、これにより副軌道は、第１の集束電極５の出口付近で主軌道との距離が最大となり、その後その距離は小さくなっていき、蛍光面１７の中心点の近傍に到達する。実際には副軌道は数多く存在し、電子レンズには収差があるので光電子群の到達点はある程度の分布を有し、第１の集束電極５の電圧VFXを例えば＋11kVに調整することにより、ジャストフォーカスの状態にすることができる。この時、蛍光面１７上の線状光学像のＸ軸方向の半値幅WXFは、約30μmであった。光電面１５上の線状光学像を、そのＸ軸方向の幅が無視できる程度に小さく結像しているので、半値幅WXFはＸ軸方向の集束レンズの収差によるビーム広がりに光学像の蛍光面１７内での拡散により発生する広がりが加わった広がりで、Ｘ軸方向の集束性能の限界を示す。以下では、半値幅WXFを、Ｘ軸方向静的集束のボケと呼ぶことにする。これは、掃引によって得られる時間分解能を決定する重要な因子である。
【００４３】
次に、図３を参照して、Ｙ軸方向の結像の様子を説明する。メッシュ加速電極３、第１の集束電極５、及びアノード電極７によって形成された１次元集束レンズは、Ｙ軸方向には集束作用を持たない。そのため、３点から放出された光電子群のそれぞれの副軌道は主軌道から離れていき、第２の集束電極１１に到達してＹ軸方向で集束作用を受ける。このため、第２の集束電極１１の中心付近で主軌道との距離が最大となり、その後その距離は小さくなっていきながら、光電子群は蛍光面１７に到達する。このとき、例えば第２の集束電極の平行平板電極１１ｂの電圧を調整し例えば−4kVにすることにより、光電子群を蛍光面１７上においてＹ軸方向でジャストフォーカスの状態にすることができる。
【００４４】
こうして、ストリーク管１によれば、蛍光面１７上にＸ軸方向にもＹ軸方向にもジャストに結像された線状光学像を得ることができる。次に、蛍光面１７上の線状光学像の光電面１５に結像した線状光学像に対する像の拡大率Mについて述べる。ストリーク管１では、集束レンズとして、Ｘ軸方向は第１の１次元集束レンズが、Ｙ軸方向は第２の１次元集束レンズが形成され、拡大率は、Ｘ軸方向とＹ軸方向でそれぞれの１次元集束レンズに対応したものとなる。Ｘ軸方向の拡大率MXは約5.2とかなり大きい。これは図２に示されるようにＸ軸方向の結像を行う第１の１次元集束レンズが光電面１５の近くにあるからである。この大きな拡大率のために、高時間分解能を得るためには、入射される線状光学像のＸ軸方向の線幅をかなり小さくする必要がある。一方で、Ｙ軸方向の拡大率MYは約1.4で比較的小さい。これは図３に示されるようにＹ軸方向の結像を行う第２の１次元集束レンズが光電面１５と蛍光面１７のほぼ中間にあるからである。また、同図からわかるように、入射される線状光学像のＹ軸方向の各点から放出された光電子の主軌道が交差するクロスオーバーＰ１は、蛍光面１７に比較的近い側に形成される。Ｙ軸方向の比較的小さい拡大率と、蛍光面１７に近いクロスオーバーＰ１の位置は、大きな有効径の蛍光面１７を必要としない点と、空間電荷効果による時間分解能劣化が低減できる点において、大きなメリットをもたらす。
【００４５】
以下、ストリーク管１において時間分解能がどのように決まってくるかについて述べる。
時間分解能△tは、複数の要因による時間広がりで制限され、下記式(1)で近似される。
△t〜（△t2KD＋△t2F＋△t2D）1/2  …(1)
ここで、△tKDは、光電子群の初速度分布により、光電面１５から掃引電極９に到達するまでに生じる走行時間広がり(s)であり、△tFは光電面１５に線状光を入射した時、掃引していない状態（フォーカスモード）で、蛍光面１７上に生じる静止線状像の線幅に起因する時間広がり(s)であり、△tDは、偏向場と光電子ビームの掃引方向の幅に起因する時間広がり(s)である。また、これら各時間広がりは、入射光の強度が大きくなると空間電荷効果により増大し、特に、１ps以内の時間分解能の領域では、△tKDの増大が著しい。上記式(1)より、100fs以下の時間分解能を得るには、右辺の各項は100／√3〜60（fs）に収める必要がある。
【００４６】
まず、ストリーク管１において時間広がり△tKDを小さくするための構成条件について述べる。光電子群が光電面１５から放出された直後は光電子速度が遅いので大きな時間広がりが生じる。そこで、光電面１５とメッシュ加速電極３の間の距離を1mm、その間の印加電圧を15kVとして電界強度を大きくし光電子を急加速している。また、第１の集束電極５の領域の光電子速度を大きくするために、第１の集束電極５の印加電圧をメッシュ加速電極３に対して正極性の高圧にしている。さらに、光電面１５と掃引電極９の光電面１５側の端部の間の距離Ｌを出来る限り小さくするのが望ましい。本実施形態ではＬ＝62(ｍｍ)であり、光電面１５と蛍光面１７との間の距離に対する距離Ｌの比が０．２以下に設定されている。
【００４７】
本実施形態における時間広がり△tKDのシミュレーション結果を、図６を参照して示す。この場合、光電面１５上の入射光の条件として、波長800nm、パルス半値幅50fs、線状光学像のＹ軸方向の長さ2mm 、Ｘ軸方向の半値幅laを6μmとした。そして、光電面１５と蛍光面１７の間の距離320mmは一定に保ち、第１の集束電極５の管軸方向の長さ30ｍｍを変えることにより、距離Ｌを変えた場合の時間広がり△tKDを求めた。この場合、距離Ｌを変えると、蛍光面１７上での光電子ビームのＸ軸方向のフォーカス状態は変わるので各距離Ｌで第１の集束電極５の電圧VFXを変えてジャストフォーカスを取り直している。結果として、Ｘ軸方向の拡大率MXも変化する。図７には、電圧VFX、拡大率MXの距離Ｌに対する依存性を示す。図６には、光電面から半値幅50fsで放出された光電子数Ｎをパラメーターとしてそのパラメーターを変化させた複数の特性が示されている。この図より、例えば光電子数Ｎ＝1400の場合、距離Ｌが本実施形態の62mmなら、時間広がり△tKDを60fs程度に低減できるのがわかる。これに対し、距離Ｌが120mmでは、時間広がり△tKDがそれだけで〜100fsになってしまい、上記式(1)より全体としての時間分解能100fsを達成するのが困難になるのがわかる。その一方、距離Ｌを30ｍｍより小さくすると時間広がり△tKDをさらに小さくできるが、拡大率MXが12以上と大きくなり（図７）、後述の式(3)で示される蛍光面１７上の線状光学像のＸ軸方向の半値幅lbが大きくなりすぎ、かつ、第１の集束電極５の電圧VFXが+22ｋV以上と大きくなって、放電の問題が生じることより好ましくないことがわかった。
【００４８】
なお、本実施形態に関して半値幅laが10μm、15μmの場合のシミュレーション結果も取得したが、時間広がり△tKDの値や図６、図７の特性の変化がなく、これらの特性の半値幅la依存性は、半値幅laが数10μm以内ならば、小さいことが確認できた。また、本実施形態では、第１の集束電極５が平板状でその板間隔が6ｍｍと小さいので、レンズ作用が強く、その印加電圧が耐圧の点で問題のない17kVまでの範囲に収まる。
【００４９】
次に、ストリーク管１において時間広がり△tFを小さくする構成条件について述べる。時間広がり△tFは、下記式(2)で表される。
△tF＝lb／υS  …(2)
ここで、lbは、掃引していない状態（フォーカスモード）での蛍光面１７上の線状光学像のＸ軸方向の半値幅、υSは蛍光面１７上の電子ビームの掃引速度である。△tFを小さくするには半値幅lbを小さくすることと、掃引速度υSを大きくすることが求められる。また、半値幅lbは、下記式(3)で近似される。
lb〜（la2×MX 2＋WXF 2）1/2  …(3)
ここで、laは光電面１５上の線状光学像のＸ軸方向の半値幅、MXはＸ軸方向の集束レンズの拡大率、WXFはＸ軸方向静的集束のボケである。先述の静的動作における集束電子レンズ系の特性の評価で得られたMX 〜5.2、WXF〜30μmと、laとして例えば２つの値6μm、10μmの値とを、上記式(3)に代入すれば、半値幅lbとしてそれぞれ43μm、60μmが得られる。一方、電子軌道シミュレーションの結果は、光電面１５からの放出光電子数Ｎ＝1400のときそれぞれ半値幅lbが50μm、65μmとなり、上記式(3)の計算結果とほぼ一致した。これより、半値幅laを10μm以下の小さな値にすれば、半値幅lbがWXFの2倍程度に収めることができる。一方で、例えばlaが20μmでは上記式（3）より半値幅lbは108μmと大きくなり過ぎるのがわかった。
【００５０】
上記掃引速度υSを大きくするには掃引電極９の偏向感度を大きくするか、掃引電圧の時間変化を大きくすることが必要である。本実施形態では掃引電極９の偏向板に進行波型の１種であるミアンダ型を用いているので、立ち上がり時間が非常に短い掃引電圧を偏向板に印加しても波形になまりを生じさせないで高速応答できる特長を持つ。さらに、掃引電極９を第１の集束電極５の近くに設け、かつ、既に述べたように、光電面１５と掃引電極９の間の距離Ｌをできる限り小さくしているので、掃引電極９と蛍光面１７の間の距離を大きくして偏向感度が大きくなるという特長がある。すなわち、掃引電極９を通過する光電子ビームが10keVという高速でも97mm／ｋVの偏向感度が得られる。これらの効果で、掃引速度υSは、400psで−1.5kVから＋1.5kVに変化するプッシュプル掃引電圧を用いることで最速の1.1×109ｍ/ｓが得られる。時間広がり△tFは、上記式(2)より、半値幅lbが50μｍｍ（la＝6μm）なら45fs、半値幅lbが65μm（la＝10μm）なら59fs、半値幅lbが108μm（la＝20μm）なら98fsとなり、半値幅laが10μmより小さければ時間広がり△tFを100fsの時間分解能を得るのに必要な60fs程度に収めることができるのがわかる。その一方で、掃引速度を大きくすると高速掃引により生じる時間広がり△tDが大きくなる。
【００５１】
さらに、ストリーク管１において時間広がり△tDを小さくする構成条件について述べる。時間広がり△tDは、光電子ビームを高速掃引する時発生する偏向場と光電子ビームの掃引方向の幅に起因する時間広がりである。より詳しく述べれば、本実施形態では偏向板は進行波型の１種であるミアンダ型であるが、非常に速い立ち上がり掃引電圧で生じる偏向電極部のダイナミックな偏向場の端効果がもとで発生する光電子ビームの蛍光面１７上のビーム広がりWdefdにより、時間広がり△tDが発生する。本実施形態では、光電子ビームの掃引電極９における管軸方向の速さは10keVすなわち5.94×107m/s、掃引電極９の長さは50ｍｍであるので、ビーム通過に要する時間は0.84ns程度である。一方、最速の掃引速度υSは、0.4nsの時間で−1.5kVから＋1.5kVに変化するプッシュプル掃引電圧を用いることで、最速の1.1×109m/sが得られる。この条件では光電子ビームが掃引電極９を通過する0.84nsの間に掃引電圧は6300V程度変化してしまう。そのため、蛍光面１７中心付近のビームの広がりWdefdは非常に大きくなる。このとき、時間広がり△tDは下記式(4)で示される。
△tD＝Wdefd／υS  …(4)
ビームの広がりWdefdの半値幅は、電子軌道のシミュレーションより、蛍光面１７の中心付近で約700μｍ程度と計算される。この値と掃引速度υS＝1.1×109ｍ/ｓの値から、時間広がり△tDは、上記式（4）により約640fsと計算され、上記式(1)で示される時間分解能△tは100fsを大きく超えてしまう。高速で掃引した時生じるビームの広がりは、ビームの結像面が蛍光面１７の後方へずれたのとほとんど等価である。そこで、ビームの広がりWdefdによる時間分解能劣化を低減するため、第１の集束電極５の電圧を調整して集束レンズの強度を強くして蛍光面１７中心で広がりWdefdが最小になるようにしている。本実施例では、第１の集束電極５の電圧VFXを掃引していない静的動作における+11kVから+16.8kVに調整することにより、広がりWdefdを約80μｍに低減することができた。このとき、上記式(4)より時間広がり△tDは73fsと計算される。
【００５２】
従って、本実施形態のストリーク管１の時間分解能△tは、上記(1)の右辺の各項に、光電面１５上の線状光学像のX軸方向の半値幅laが6μmの条件で求めた時間広がり△tKD〜60fs及び時間広がり△tF〜45fsと、上記のように計算された時間広がり△tD〜73fsを代入すれば、105fsと得られる。また、半値幅laが10μmの場合は、時間広がり△tFが59fsとなり、約111fsの時間分解能△tが得られる。本実施形態で100fsオーダーの時間分解能が可能となることが示される。
【００５３】
なお、ビームの広がりWdefdの値は掃引速度によって変化するので、掃引速度に応じて集束電極電圧VFXを変化させて、各掃引速度で広がりWdefdが最小になるようにする必要がある。このように超高速掃引で生じる時間広がり△tDを、集束電極電圧VFXを再調整することにより改善しても、これはＸ軸方向（時間方向）のみに作用し、Ｙ軸方向（空間方向）には作用しない。そのため、空間方向の分解能が劣化したり、空間方向の拡大率MYが変化しない。その結果、空間方向の特性は変化しないので、その精度が劣化することがなく、マルチチャンネル計測や時間分解分光計測などの応用で問題で支障を生じることがない。
【００５４】
以上説明したストリーク管１によれば、被計測光に応じて光電面１５から光電子が放出され、その光電子が、光電面１５に対向するように設けられたメッシュ加速電極３で加速された後、第１の集束電極５によって集束され、掃引電極９によって出力面板１３ｂに沿った蛍光面１７に沿ったＸ軸方向に掃引された後、第２の集束電極１１によって集束されてから、蛍光面１７に導かれる。その結果、被計測光の時間変化に対応した出力分布が掃引方向であるＸ軸方向に沿って得られる。この際、メッシュ加速電極３及び第１の集束電極５によって電子がＸ軸方向である時間方向に集束されるとともに、第２の集束電極１１によって蛍光面１７に沿ったＹ軸方向である空間方向に集束される。このような構成により、メッシュ加速電極３と掃引電極９との距離を小さくできるので光電面１５から掃引電極９に到達するまでの電子の走行時間広がりを小さくでき、第２の集束電極１１が蛍光面１７側に位置することで電子軌道の交差点であるクロスオーバーを蛍光面１７に近い位置に形成できる。また、掃引電極９が蛍光面１７から離れているので偏向感度が高くなり、高速掃引が可能となる。さらに、第１の１次元集束レンズと第２の１次元集束レンズとで時間方向の集束強度と空間方向の集束強度とを独立に調整することが可能となり、集束強度の調整操作も容易にされる。その結果、十分に時間分解能を向上させたマルチチャンネル計測を実現することができる。
【００５５】
また、メッシュ加速電極３及び第１の集束電極５は、それぞれ、平板状電極を含み、第２の集束電極１１は、平板状電極を含んでいるので、簡易な構成で第１の１次元集束レンズ及び第２の１次元集束レンズを形成することができる。
【００５６】
また、第１の１次元集束レンズを形成するための電極としてアノード電極７をさらに備える。このアノード電極７を備えることで、第１の集束電極５の出口で広がった電子ビームの周辺をカットすることで、蛍光面１７での出力分布における時間分解能をさらに高めることができる。
【００５７】
さらに、第２の集束電極１１は３対の平行平板電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃを含むので、３対の平行平板電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃの印加電圧を独立に設定することで、蛍光面１７での出力分布を空間方向でジャストフォーカスの状態に調整することが容易となる。
【００５８】
また、３対の平行平板電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃのそれぞれは、２つの平板状電極のＸ軸方向の幅が、２つの平板状電極の間隔に対して３倍以上になるように設定されている。これにより、理想的な１次元集束レンズを形成することができ、出力分布における空間方向の分解能を十分に高めることができる。
【００５９】
また、光電面１５と蛍光面１７との間の距離に対する光電面１５と掃引電極９の光電面１５側の端部との距離の比が０．２以下に設定されている。このような構成により、光電面１５から掃引電極９に到達するまでに生じる電子の走行時間広がりを小さくすることができ、出力分布における時間分解能を十分高めることができる。
【００６０】
なお、本実施形態は、100fsオーダーの超高時間分解能を得るのが１つの目的であるが、数100fs〜数psの時間分解能のストリーク管に本実施形態を適用すれば、空間電荷効果による時間分解能劣化が抑制され、高ダイナミックレンジが得られるという効果もある。
【００６１】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。
【００６２】
例えば、図８及び図９に示す本発明の変形例にかかる第１の集束電極１０５のように、第１の集束電極５の形状を変更してもよい。すなわち、これらの図に示すように、第１の集束電極１０５を構成する２枚の平板電極が後段側において屈折した形状を有することにより、後段側にＹ軸方向に沿ったスリット１０５ａを有する形状であってもよい。例えば、このスリット１０５ａは、Ｘ軸方向の幅が2mmで、Ｚ軸方向の幅が2mmになるように設定される。このような形状により、第１の集束電極１０５を構成する２枚の平板電極のＸ軸方向の間隔が、前段側に比較して後段側が狭くなるように設定される。その場合、図９の点線に示すように、第１の集束電極１０５とアノード電極７の間に形成される等電位線の曲率が大きくなり、第１の１次元集束レンズの強度が大きくなる。従って、第１の集束電極１０５に印加する電圧を、100fsの時間分解能が得られる1.1×109ｍ/ｓの掃引時に+16.8kVから+15kVに下げることができる。その結果、第１の集束電極１０５における高電圧による耐圧不良の発生確率を下げることができる。
【００６３】
また、図１０及び図１１に示す本発明の変形例にかかる加速電極１０３のように、メッシュ加速電極３は、スリットを有する形状の加速電極１０３に置換されてもよい。すなわち、加速電極１０３は、前段側に位置する中心部にスリット１０３ｃが形成された円板電極１０３ａと、後段側に位置する２枚の平板電極３ｂとが組み合わされた構造を有する。このスリット１０３ｃは、空間方向（Ｙ軸方向）に沿って入射する線状光学像に対応する形状で、例えば１０μｍの幅で形成されている。このような加速電極１０３を採用することにより、図１１の点線に示すように、マイクロ発散電子レンズが生成され、Ｘ軸方向の拡大率MXを約半分にする効果がある。このため、上記式(3)からわかるように、光電面１５上の線状光学像のＸ軸方向の半値幅がより大きくなっても、同等の時間広がり△tFが得られるメリットがある。
【００６４】
また、図１２及び図１３に示す本発明の変形例にかかるアノード電極１０７のように、後段側にＹ軸方向に沿った微細スリット１０７ｃが形成された厚みが例えば１２０μｍ程度のスリット板１０７ｂが溶接して取り付けられていてもよい。この微細スリット１０７ｃは、アノード電極１０７のスリット７ａの中心においてスリット７ａと平行に位置するように、Ｘ軸方向の幅が約１００μｍで形成されている。このようなアノード電極１０７を備えれば、Ｘ軸方向において、より大きな偏向場の端効果を受ける光電子ビームＢＭの周辺がカットされる（図１３）。図１４（ａ）には、スリット板１０７ｂを有さないアノード電極を用いた場合のストリーク像の強度の時間分布を示し、図１４（ｂ）には、スリット板１０７ｂを有するアノード電極１０７を用いた場合のストリーク像の強度の時間分布を示す。これらに示すように、アノード電極１０７を用いれば、総信号量は減少するがストリーク像の周辺部の持ち上がりが小さくなり、よりシャープな像が得られるメリットがある。さらに、時間分解能も数％向上する効果もある。
【００６５】
また、蛍光面１７を電気的にウォールアノード１９から分離して正極性の高電圧、例えば＋5kVを印加するように構成してもよい。これにより、光電子ビームは蛍光面１７近傍で急加速されて蛍光面１７に衝突するので、蛍光面１７の発光効率をより高くすることが可能になる。そうすれば、同じＳ／Ｎのストリーク像を得るための光電子数を減らすことができるので空間電荷効果による時間分解能劣化をより低減することができる。一方、蛍光面１７のごく近傍での光電子ビームの加速のため、偏向感度の低下はほとんどない。その結果、高い掃引速度は保たれ、問題は生じない。また、この場合、加速電界によるレンズ効果により、時間方向（Ｘ軸方向）の両端付近で、加速電界のない場合に蛍光面１７に斜めに入射する光電子ビームがその入射角度が垂直に近づいて入射するようになり、時間分解能が数％向上する効果もある。
【００６６】
また、図１５に示す本発明の変形例のように、第１の集束電極５及び第２の集束電極１１を構成する平行平板電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃのそれぞれを形成している２個の平板電極を、その端部を金属板で接続し、それぞれの電極対を一体化して構成してもよい。具体的には、第１の集束電極５は、Ｙ軸方向の端部が金属板５ｅで一体化され、平行平板電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、それぞれ、Ｘ軸方向の端部が金属板１１ａｅ，１１ｂｅ，１１ｃｅで一体化されている。このような構成により、それら電極を所定の配列に組み上げるのが容易になる。なお、この端部に設けられた金属板の電子軌道への影響は、その金属板が実際に電子ビームが通過する位置より大きく離れているので、無視できる。
【００６７】
また、光電面１５に−10kVのＤＣ電圧（直流電圧）を印加する代わりに、−7kVのＤＣ電圧に−3kVP-Pのパルス電圧が重畳された合計−10kVの電圧を印加するように構成されてもよい。これにより、光電面１５とメッシュ加速電極３の間の高圧印加による放電発生の確率を下げることができる。
【００６８】
また、ストリーク管１は、出力面板１３ｂの内側にＭＣＰを内蔵させる構造であってもよい。その場合、ストリーク管１の外側にイメージインテンシファイア４５を設ける必要が無くなる点で構造が簡素化されるメリットがある。
【符号の説明】
【００６９】
１…ストリーク管、２…容器、３…メッシュ加速電極、５，１０５…第１の集束電極、５ｅ…金属板、７，１０７…アノード電極、７ａ…スリット、１０７ｃ…微細スリット、９…掃引電極、１１…第２の集束電極、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…平行平板電極、１１ａｅ，１１ｂｅ，１１ｃｅ…金属板、１３ａ…入射面板、１３ｂ…出力面板、１５…光電面、１７…蛍光面、３０…ストリーク装置、６３…設定信号発生部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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