(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電面により光を電子に変換させ、変換された前記電子をストリーク管内で飛翔させ、飛翔させた前記電子に基づいて光の時間的な明るさの変化を計測する発光検出カメラであって、
前記光電面からの前記電子が入射され、入射された前記電子の入射エネルギーに応じた電荷を発生させる前記ストリーク管内に配置された入射エネルギー検出手段と、
該入射エネルギー検出手段を冷却する冷却手段と、
前記入射エネルギー検出手段から前記電荷を読み取る際のゲインを制御する前記ゲイン制御手段を具備し、
一度の読み出しでゲインを変化させて計測させることを特徴とする発光検出カメラ。
【請求項２】
光電面により光を電子に変換させ、変換された前記電子をストリーク管内で飛翔させ、飛翔させた前記電子に基づいて光の時間的な明るさの変化を計測する発光検出カメラであって、
前記光電面からの前記電子が入射され、入射された前記電子の入射エネルギーに応じた電荷を発生させる前記ストリーク管内に配置された入射エネルギー検出手段と、
該入射エネルギー検出手段を冷却する冷却手段とを具備すると共に、
前記光電面は、種類の異なる第１光電面と第２光電面とを具備し、
光が通過する幅を変えるスリットと、
光の前記光電面上の結像位置を変える結像レンズとによって、前記光電面上の光の結像位置を選択させることを特徴とする発光検出カメラ。
【請求項３】
光電面により光を電子に変換させ、変換された前記電子をストリーク管内で飛翔させ、飛翔させた前記電子に基づいて光の時間的な明るさの変化を計測する発光検出カメラであって、
前記光電面からの前記電子が入射され、入射された前記電子の入射エネルギーに応じた電荷を発生させる前記ストリーク管内に配置された入射エネルギー検出手段と、
該入射エネルギー検出手段を冷却する冷却手段とを具備し、
前記ストリーク管は、複数の部材が真空封じ切りが可能なタイプのインターフェースにより接続されていることを特徴とする発光検出カメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速度で変化する光の時間的な明るさの変化を計測する発光検出カメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１５は、従来のストリークカメラの構成を示す構成図であり、図１６は、従来のストリークカメラに信号が時間がずれて入射した場合のＭＣＰ上の結像位置を示す説明図であり、図１７は、従来のストリークカメラに信号が時間および位置がずれて入射した場合のＭＣＰ上の結像位置を示す説明図である。
従来、発光検出カメラであるストリークカメラは、図１５に示すようにストリーク管１と、光電面２と、加速電極３と、集束電極４と、偏向電極５と、マイクロチャンネルプレート６（以下、ＭＣＰ６と称す）と、ホスファー（蛍光面）７が設けられたファイバー８と、偏向電極５に印加する電圧を制御する電圧制御回路９とで構成され、ストリーク管１の内部は、電子が飛翔できるように真空状態となっている。
【０００３】
ガラス等で構成されているストリーク管１の前面部から入射された光信号を光電面２で電子に変換し、加速電極３で電子を加速し、集束電極４で電子を集束し、偏向電極５で電子を偏向し、ＭＣＰ６を用いて電子増倍した後で、ホスファー７に入射し、電子を光に戻し、ファイバー８を介してストリーク管１の後面部から外部に光として出力することにより、ストリーク管１の外部にあるＣＣＤ検出器によって読み取り、必要に応じデータ処理を行う。
【０００４】
光電面２の中心に信号１と信号２とが、時間がずれて入射した場合、加速電極３と集束電極４とを通過し、偏向電極５に来ると、図１６（ａ）に示すように入射時刻のずれに応じた電圧がかかり、ＭＣＰ６上の信号１の像および信号２の像は、図１６（ｂ）に示すように異なる位置に結像することになり、ＭＣＰ６は、信号１の像および信号２の像を電子増倍し、ホスファー７に送り出し、ホスファー７は電子を再び光に変換する。
【０００５】
図１７（ａ）に示すように光電面２の異なる位置に３つの信号１と信号２と信号３とが、時間がずれて入射した場合、加速電極３と集束電極４とを通過し、偏向電極５に来ると、図１７（ｂ）に示すように入射時刻のずれに応じた電圧がかかり、ＭＣＰ６上の信号１の像、信号２の像および信号３の像は、図１７（ｃ）に示すように異なる位置に結像することになり、ＭＣＰ６は、信号１の像、信号２の像および信号３の像を電子増倍し、ホスファー７に送り出し、ホスファー７は電子を再び光に変換する。
【０００６】
図１６（ｂ）および図１７（ｃ）におけるＭＣＰ６上の像の上下方向のずれが信号の入射時間のずれを示し、左右方向のずれが信号の入射位置のずれを表すことになり、ホスファー７の出力は、信号の入射時刻のずれおよび入射位置のずれに応じて上下および左右に位置がずれて出力される。
【０００７】
光電面２で光電変換した１つの光電子を検出するために、ＭＣＰ６で１０，０００倍程度の大きなゲインをかけて電子増倍を行い、ストリーク管１の外部で十分に検出できる光量でホスファー７を発光させている。
【０００８】
図１８は、従来のフレーミングカメラの動作を説明する説明図である。
発光検出カメラであるフレーミングカメラは、ストリークカメラの一種であり、構造はストリークカメラと同一である。フレーミングカメラとしての機能は、イメージを時間分解して撮影することであり、偏向電極５の電圧を一定時間同じ電圧に保ち、一定時間を１フレームとしている。図１８に示すように一定電圧を段階的に偏向し、各フレームの撮影を行い、飛び飛びの電圧がそれぞれのフレームの位置のずれになり、出力では時間のずれとして読み出す。
【０００９】
光電面２上に時間がずれて入射した信号１、信号２および信号３はそれぞれ偏向され、それぞれのフレームに入射し、出力として読み出され、それぞれフレーム１には信号１が、フレーム２には信号２が、そしてフレーム３には信号３が時間分解して取り込まれることになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術では、光電面２により光電変換された電子を計測するに際し、ＭＣＰ６における電子増倍が必要となるため、分解能をロスしてしまうとともに、ホスファー７により電子を光に変換する際にさらに分解能をロスしてしまうという問題点があった。
【００１１】
さらに、従来技術では、光電面２により光電変換された電子を計測するに際し、ＭＣＰ６で電子増倍することにより、１つの信号当たりの光量が大きくなり、ゲインを高くしてノイズと切り分けを行う必要があるため、信号出力階調巾が小さくなってしまうという問題点があり、また、一度の読み出しでは、ゲインを固定して読み出すことしかできないため、測定したい現象の中には、明るいところと、暗いところの信号強度比が大きく、明るいところに合わせれば暗いところが、暗いところに合わせれば明るいところが測定できず、信号強度の変化が大きい場合には、明るいところに合わせて読み出し、次に暗い所に合わせて読み出す等の複数の操作が必要となってしまうという問題点があった。
【００１２】
さらに、従来技術では、光電面２により光電変換しないと計測することができないため、実際に信号を取り込みながらでないと入射光の位置合わせを行うことができず、また、計測に際して信号を検出できなかった場合に、信号が出ていることを確認することができないため、ストリーク動作の時間の合わせ込み作業が難しいという問題点があった。
【００１３】
さらに、従来技術では、光電面２は１種類であるため、異なる種類の光電面を使用して計測を行いたい場合には、複数のストリーク管１を使い分けなければならないという問題点があった。
【００１４】
さらに、従来技術では、ストリーク管１は封じ切りのガラス管でできており、光電面２、ＭＣＰ６、ホスファー７といった損傷を受ける部品が、過大な入射光により、光電面２やＭＣＰ６に損傷を受けた場合にも交換することができず、また、部品の交換ができないため、例えば光電面２の種類を変えたい場合には、複数のストリーク管１を使い分けなければならないという問題点があった。
【００１５】
本発明は斯かる問題点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光電面により光電変換された電子を計測する際に、電子増倍と電子から光への変換を必要とせず、分解能のロスを低減することができる発光検出カメラを提供する点にある。
【００１６】
さらに本発明の目的とするところは、光電面により光電変換された電子を計測するに際し、信号出力階調巾を大きくとることができ、一度の読み出しでゲインを変化させて計測することができ、信号強度の変化が大きい場合にも、一度の操作で計測することができる発光検出カメラを提供する点にある。
【００１７】
さらに本発明の目的とするところは、入射される入射光の位置合わせを容易に行うことができ、ストリーク動作の時間の合わせ込み作業を簡単に行うことができ、使い勝手の良い発光検出カメラを提供する点にある。
【００１８】
さらに本発明の目的とするところは、１つのストリーク管で異なる種類の光電面を使用して計測を行うことができる発光検出カメラを提供する点にある。
【００１９】
さらに本発明の目的とするところは、ストリーク管の内部の部品の交換を行うことができ、保守性と機能の拡張性とを高めることができる発光検出カメラを提供する点にある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
請求項１記載の発明の要旨は、光電面により光を電子に変換させ、変換された前記電子をストリーク管内で飛翔させ、飛翔させた前記電子に基づいて光の時間的な明るさの変化を計測する発光検出カメラであって、前記光電面からの前記電子が入射され、入射された前記電子の入射エネルギーに応じた電荷を発生させる前記ストリーク管内に配置された入射エネルギー検出手段と、該入射エネルギー検出手段を冷却する冷却手段と、前記入射エネルギー検出手段から前記電荷を読み取る際のゲインを制御する前記ゲイン制御手段を具備し、一度の読み出しでゲインを変化させて計測させることを特徴とする発光検出カメラに存する。
また請求項２記載の発明の要旨は、光電面により光を電子に変換させ、変換された前記電子をストリーク管内で飛翔させ、飛翔させた前記電子に基づいて光の時間的な明るさの変化を計測する発光検出カメラであって、前記光電面からの前記電子が入射され、入射された前記電子の入射エネルギーに応じた電荷を発生させる前記ストリーク管内に配置された入射エネルギー検出手段と、該入射エネルギー検出手段を冷却する冷却手段とを具備すると共に、前記光電面は、種類の異なる第１光電面と第２光電面とを具備し、光が通過する幅を変えるスリットと、光の前記光電面上の結像位置を変える結像レンズとによって、前記光電面上の光の結像位置を選択させることを特徴とする発光検出カメラに存する。
また請求項３記載の発明の要旨は、光電面により光を電子に変換させ、変換された前記電子をストリーク管内で飛翔させ、飛翔させた前記電子に基づいて光の時間的な明るさの変化を計測する発光検出カメラであって、前記光電面からの前記電子が入射され、入射された前記電子の入射エネルギーに応じた電荷を発生させる前記ストリーク管内に配置された入射エネルギー検出手段と、該入射エネルギー検出手段を冷却する冷却手段とを具備し、前記ストリーク管は、複数の部材が真空封じ切りが可能なタイプのインターフェースにより接続されていることを特徴とする発光検出カメラに存する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る発光検出カメラの第１の実施の形態の構成を示す構成図であり、図２は、図１に示す入射エネルギー検出部の構成を示す構成図であり、図３は、図１に示すストリーク管の後面部の構成を示す構成図である。
【００２３】
本実施の形態は、ストリーク管１と、光電面２と、加速電極３と、集束電極４と、偏向電極５と、偏向電極５に印加する電圧を制御する電圧制御回路９と、入射エネルギー検出部１０と、入射エネルギー検出部１０を冷却する冷却部１１と、入射エネルギー検出部１０からの信号の読み出し制御を行う信号読み出し制御回路１２と、ストリーク管１の内部の空気を吸引する真空ポンプ１３と、ストリーク管１の内部の真空状態を計測する真空計１４とから構成され、ストリーク管１の内部を電子が飛翔できるように真空状態にして発光現象を検出する。
【００２４】
入射エネルギー検出部１０は、入射された電子を電気信号に変換する半導体チップであり、具体的には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＰＤＡ（Photo Diode Array）等が用いられ、ストリーク管１の内部に配置されている。
【００２５】
入射エネルギー検出部１０としてフルフレームトランスファ型のＣＣＤを用いた例を図２に示す。入射エネルギー検出部１０は、イメージエリア１５と、読み出しレジスタ１６と、出力アンプ１７と、ゲイン切り替え制御回路１８とから構成される。また、出力アンプ１７のゲインは可変にできており、ゲイン切り替え制御回路１８により電子数に合わせてゲインを変えることができる。
【００２６】
ＣＣＤは、１０ＫＶ程度で加速された電子であれば十分に１つの電子を検出することができ、素子の大きさの小さなものが利用でき、１０ｕｍ以下の分解能を達成することができる。
【００２７】
冷却部１１は、入射エネルギー検出部１０を冷却するための冷却機構であり、図３（ａ）に示すようにペルチェ素子等で構成された冷却部１１をストリーク管１の内部に配置して直接冷却する場合と、図３（ｂ）に示すように液体窒素デュワー等で構成された冷却部１１をストリーク管１の外部に配置して熱伝導体（金属）を介して間接冷却する場合とが考えられる。
【００２８】
冷却部１１をストリーク管１の内部に配置する場合には、入射エネルギー検出部１０を直接冷却することができるため、冷却効率が高く、ストリーク管１の後面部を熱伝導率の高い部材で構成し、冷却部１１から発せられる熱を逃がす放熱部として使用することにより、さらに冷却効率が高くなる。
【００２９】
通常ＣＣＤは、常温において暗電流と呼ばれる熱雑音よりきているノイズがあるが、ＣＣＤそのものを冷却することで、暗電流を読み出しノイズ程度以下に押さえて信号の読み出し性能を極限に近いところまで出すことができる。
【００３０】
なお、ＣＣＤの冷却は、ノイズと信号比との関係で決めることであり、十分な性能が得られれば、冷却しなくても十分な性能を確保できる場合もある。例えば、１０ＫＶの加速で電子を入射すると、ＣＣＤチップの内部に１，５００個程度の電子を生ずるが、読み出しノイズや暗電流で、１，５００個の電子にするには場合によっては１０秒もかかることがあり、この様な場合に露光時間が１秒であれば、冷却不要である。
【００３１】
次に、第１の実施の形態の動作について図４を参照して詳細に説明する。
図４は、図２に示すゲイン切り替え制御回路によるゲイン切り替え動作を説明する説明図である。
【００３２】
ガラス等で構成されているストリーク管１の前面部から入射された光信号は、光電面２で電子に変換され、変換された電子は、加速電極３で加速され、集束電極４で集束され、偏向電極５で偏向された後で、入射エネルギー検出部１０に入射される。
【００３３】
入射エネルギー検出部１０、すなわちイメージエリア１５に電子が入射されると、イメージエリア１５の電子が入射された位置に、電子の入射エネルギーに応じた電子が１つ又は複数発生し、発生した電子が電荷として蓄積され、入射エネルギー検出部１０からの電荷を読み出す場合、読み出しレジスタ１６に、イメージエリア１５の電荷をずらしてから（電荷の転送１）、読み出しレジスタ１６の電荷を順番に読み出している（電荷の転送２）。なお、読み出しレジスタ１６は、他の部分に比べ容量が大きくできていて、複数の素子をまとめて読み出すこと（以下、ビンニングと称す）ができ、多くの電子をあふれることなく出力することができる。
【００３４】
入射エネルギー検出部１０としてＣＣＤを用いて、ビンニングやＣＣＤチップ上のゲインを変えることにより、信号出力階調巾を変化させる。以下、イメージエリア１５の１つの素子の読み出し可能な電子数が１５０，０００とし、読み出しレジスタ１６の１つの素子がイメージエリア１５の６倍の９００，０００まで電子数をため込み可能な場合に基づいて信号出力階調巾の変化動作について説明する。
【００３５】
図２に示すフルフレームトランスファ型のＣＣＤの場合、素子内部の１５０，０００の電子を６５，５３５対１で読み出し可能であるため、ビンニングという電荷の足し込み処理を行い６素子をまとめて読み出す場合には、９００，０００電子を６５，５３５対１で読み出すことになり、信号強度としては６倍強いものが測定できる。
【００３６】
従って予め信号強度の変化量が予想できる場合、信号の強いところは９００，０００電子を６５，５３５対１として、暗いところは１５０，０００電子を６５，５３５対１として読み出す設定をすることにより、一度の測定の信号出力階調巾が３９３，２１０対１の信号を読み出すことが可能になる。
【００３７】
具体的には、図４のように経過時間に応じて明るさ、すなわち信号強度が変化する現象を測定する場合、ゲイン切り替え制御回路１８により、信号強度の強い明るいところでは、ＣＣＤ上のアンプのゲインを低くして読み出し、信号強度の弱い暗いところではゲインを高くして読み出すことにより、一度の測定の信号出力階調巾が３９３，２１０対１の信号を読み出すことが可能になる。
【００３８】
また、入射エネルギー検出部１０としてＣＣＤを用いることにより、検出した信号の蓄積測定を行う。すなわち、イメージエリア１５の信号は読み出しレジスタ１６に転送されるまで、光信号を電気信号に変えて蓄積している。ＣＣＤは内部に信号をため込んで後から読み出す方式のため、増倍がなくても信号を積算することで、信号量を増やす。
【００３９】
以上説明したように、第１の実施の形態によれば、光電面２により光電変換された電子を計測するに際し、光電面２により光電変換された電子を入射エネルギー検出部１０により直接計測するため、電子の増倍および電子から光への変換を必要とせず、分解能のロスを低減することができるという効果を奏する。
【００４０】
さらに第１の実施の形態によれば、光電面２により光電変換された電子を計測するに際し、光電面２により光電変換された電子を入射エネルギー検出部１０により直接計測するため、信号出力階調巾を大きくとることができ、信号／ノイズ比の向上を図るために積算処理を行う場合にも信号出力階調巾を確保できる状況で積算できるため、電子の増倍および電子から光への変換が必要な測定では信号がサチレーションしてしまう強度であっても計測を行うことができるという効果を奏する。
【００４１】
さらに第１の実施の形態によれば、ゲイン切り替え制御回路１８によるゲインの変化とビンニングとによって、電子像の信号出力階調巾を変化させ、暗いところはゲインを高く、明るいところはゲインを低くすることで、信号強度の変化が大きい場合にも、一度の操作で計測することができるという効果を奏する。
【００４２】
（第２の実施の形態）
図５は、本発明に係る発光検出カメラの第２の実施の形態の構成を示す構成図であり、図６は、図５に示す光電面を透過した光の入射エネルギー検出部への結像状態を示す説明図であり、図７は、本発明に係る発光検出カメラの第２の実施の形態におけるストリーク動作の時間の合わせ込み方法を説明する説明図である。
【００４３】
第２の実施の形態は、光電面２を薄くして光を透過する光透過機能を設けると共に、光電面２を透過した光を入射エネルギー検出部１０に結像させる結像レンズ２２をストリーク管１の内部に設け、光の入射状況をモニターする点が第１の実施の形態と異なる。なお、結像レンズ２２は、ストリーク管１の内部に配置されている電極等が干渉しないように形状を変えて取り付けられている。
【００４４】
図６（ａ）に示すような信号１、信号２および信号３がストリーク管１の前面部から光電面２に入射された場合、入射エネルギー検出部１０上には、図６（ｂ）に示すように、電子による結像（信号１の像、信号２の像および信号３の像）と、光による結像（信号１のイメージ像、信号２のイメージ像および信号３のイメージ像）とが得られる。また、入射エネルギー検出部１０の面上に結像された時間分解像（電子による結像）と、光電面像（光による結像）とを切り分けて検出する必要があるため、入射エネルギー検出部１０の面上にガラスマスク２３等の電子は通さず、光を通すものが配置されている。
【００４５】
ストリークカメラとして発光検出カメラを用いる場合、ピコからナノ秒の現象を見ることに使用され、マイクロ秒以上の遅い現象にはあまり使用されないが、光電面像（光による結像）を利用することにより、マイクロ秒以上の遅い現象の測定を行う。
【００４６】
すなわち入射エネルギー検出部１０として図２に示すフルフレームトランスファ型のＣＣＤを用いた場合、イメージエリア１５上の電荷の操引速度は、マイクロ秒オーダーのため、そのまま信号を読み出せば測定に用いることができる。
【００４７】
また、電圧制御回路９による偏向電極５の制御と、信号読み出し制御回路１２による入射エネルギー検出部１０から読み出しタイミング制御とを独立に制御させ、ストリーク動作と同時に光電面像（光による結像）のモニターを行い、現象の見たい時間帯をモニターできている等の参考情報を同時に取得する。偏向電極５の偏向電圧を印加するストリーク動作は、時間の合わせ込みが必要で、ずれがあれば信号を検出することができないため、光電面像（光による結像）により現象の初めから終わりまでをモニターさせ、信号が出ていることを確認しながら、ストリーク動作のための時間の合わせ込みを行う。
【００４８】
例えば図７のグラフに示すような現象を計測する際に、ストリーク動作の時間の合わせ込みをストリーク取り込み１にした場合には、時間分解像（電子による結像）を検出することができるが、ストリーク動作の時間の合わせ込みをストリーク取り込み２にした場合には、時間分解像（電子による結像）を検出することができない。偏向電極５の偏向時間（ストリーク動作時間）は、ナノ秒程度である。
【００４９】
ストリーク動作において時間分解像（電子による結像）が検出できない場合に、時間分解像（電子による結像）のみの検出では、信号自体が出ていないのか、それとも単にストリーク動作のタイミングがずれているだけなのか、分からないが、光電面像（光による結像）により現象の初めから終わりまで（図７のイメージ取り込み時間巾）をミリ秒程度でモニターすることにより、信号が出ていることを確認し、イメージ取り込み時間巾の中でストリーク動作の時間の合わせ込みを行う。
【００５０】
以上説明したように、第２の実施の形態によれば、光電面像（光による結像）をモニターすることにより、Ｘ線などの見えない光を測定する場合であっても、ストリーク管１の前面部から入射される入射光の位置合わせを容易に行うことができ、さらに、信号が出ていることを確認しながらストリーク動作の時間の合わせ込みができるため、ストリーク動作の時間の合わせ込み作業が行い易いという効果を奏する。
【００５１】
さらに、第２の実施の形態によれば、時間分解像（電子による結像）の検出と、光電面像（光による結像）の検出とを同時に行うことにより、同じ現象の異なる測定を同時に行うことが可能になるという効果を奏する。
【００５２】
（第３の実施の形態）
図８は、本発明に係る発光検出カメラの第３の実施の形態の光電面の構成を示す構成図であり、図９は、本発明に係る発光検出カメラの第３の実施の形態のストリーク管前面に配置されたスリットと結像レンズとの関係を示す構成図である。
【００５３】
第３の実施の形態は、図８（ａ）に示すように光電面２が第１の光電面２０１と第２の光電面２０２とで構成され、図９（ａ）に示すようにストリーク管１の前面部の前に配置されている入射光の通過する幅のみを変えて信号量を調整するスリット３０と、入射光の光電面２上の結像位置を変える結像レンズ３１とにより入射光の光電面２上の結像位置を可変にしている。
【００５４】
図９（ｂ）に示すようにスリット３０を上下に移動させるか、図９（ｃ）に示すように結像レンズ３１を上下に移動させることにより、図８（ｂ）および（ｃ）に示すように第１の光電面２０１もしくは第２の光電面２０２のいずれかにスリット３０から入射した信号を選択的に結像させる。
【００５５】
また、光電面２の下に光を透過する部分を設け、当該部分の透過を使って調整を行う場合、ストリーク管１の前面部の前に配置されているスリット３０の２枚の刃が２枚独立に動く構成にすると、光電面２の面積と透過部分の面積比を変えられるため、双方の光量の比を調整して双方の信号をうまく取り込むことができる。
【００５６】
以上説明したように、第３の実施の形態によれば、信号測定の光学系の設定を変えることなく、スリット３０もしくは結像レンズ３１を移動させることにより、第１の光電面２０１と第２の光電面２０２とを切り替えて使用できるため、第１の光電面２０１と第２の光電面２０２とを対象とする信号波長域等が異なる光電面を使用する場合には、１つのストリーク管１で異なる種類の光電面を使用して計測を行うことができ、作業性が向上するという効果を奏する。
【００５７】
（第４の実施の形態）
図１０は、本発明に係る発光検出カメラの第４の実施の形態の構成を示す構成図である。
【００５８】
第４の実施の形態は、ストリーク管１が図１０に示すように、加速電極３、集束電極４および偏向電極５が配置されている本体１０１と、光電面２が配置されている第１の交換部１０２と、入射エネルギー検出部１０が配置されている第２の交換部１０３とにより構成され、本体１０１と第１の交換部１０２および第２の交換部１０３とを真空封じ切りが可能なタイプのインターフェースであるＩＣＦフランジ２１により接続する構成となっている。本体１０１には、ストリーク管１の内部の真空を引くための真空バルブポート２５が設けられている。
【００５９】
第１の交換部１０２もしくは第２の交換部１０３を交換すると、交換作業の際にストリーク管１の内部に多くのガスが付着するため、交換作業後、ある程度の真空度を真空バルブポート２５を介して外部のポンプで達成し、真空を真空バルブポート２５により封じ切り、本体１０１に設けられている真空ポンプ１３で必要な真空度にコントロールする。なお、ストリーク管１の内部の部品から非常にゆっくりとガスが発生しているので、真空計１４により真空度を測定しながら、発生したガスの吸着と必要な真空度の制御を真空ポンプ１３を用いて行う。
【００６０】
以上説明したように、第４の実施の形態によれば、ストリーク管１を本体１０１、第１の交換部１０２および第２の交換部１０３で構成させ、ＩＣＦフランジ２１によりそれぞれを接続してから内部を真空状態にできるため、ストリーク管１の内部の部品の交換を行うことができ、保守性と機能の拡張性を高めることができるという効果を奏する。
【００６１】
（第５の実施の形態）
図１１は、本発明に係る発光検出カメラの第５の実施の形態に用いる保護用電極の構成を示す構成図であり、図１２は、図１１に示す保護用電極の配置例を示す構成図であり、図１３は、図１１に示す保護用電極の代わりにＣＣＤを支えているフランジ面を用いる構成を示す構成図である。
【００６２】
第５の実施の形態は、図１１に示す保護用電極４０を図１２に示すように入射エネルギー検出部１０の前に配置させ、入射エネルギー検出部１０の検出面（イメージエリア１５）以外の部分を電子の入射方向より見えなくしている。保護用電極４０には、開口部４１が設けられており、開口部４１を通過する電子は、入射エネルギー検出部１０の検出面のみに入射するように、開口部４１の大きさと、保護用電極４０の配置位置が調整されている。
【００６３】
図１２に示すように保護用電極４０と入射エネルギー検出部１０とが定電位点に接続されており、保護用電極４０と入射エネルギー検出部１０との電位を電位調整用抵抗４２により調整することにより、保護用電極４０の電位を加速電極３から見て電位面に乱れの少ない電圧に調整することができ、電子の入射時の位置ずれを減らせる。電位調整用抵抗４２は、場合によっては０オームでも良い。また、保護用電極４０の位置は入射エネルギー検出部１０のすぐ前にある必要はなく、入射エネルギー検出部１０と偏向電極５との間に配置すれば良い。
【００６４】
入射エネルギー検出部１０としてＣＣＤを使用し、ＣＣＤのマウントが金属や帯電の影響が少ない材質の場合には、保護用電極４０を設けることは不要であるが、図１３に示すようにＣＣＤを支えているフランジ面を保護用電極として使用し、ＣＣＤを支えているフランジ面と、第２の交換部１０３とを定電位点に接続させ、ＣＣＤを支えているフランジ面と第２の交換部１０３との電位を電位調整用抵抗４２により調整することにより、フランジ面に入射する電子の排出処理と電位面の調整処理を行うことができる。
【００６５】
以上説明したように、第５の実施の形態によれば、保護用電極４０を設けることにより、偏向電極５を通過してきた電子が入射エネルギー検出部１０（ＣＣＤ）のセラミック部分に当たり帯電したり、冷却部１１（ペルチェ素子）のセラミックに当たって帯電することを防ぐことができるため、帯電による誤操作を防止することができるとともに、保護用電極４０の電位を調整することにより、電位面の乱れから来る性能低下を防止することができるという効果を奏する。
【００６６】
（第６の実施の形態）
図１４は、本発明に係る発光検出カメラの第６の実施の形態に用いるホスファーの配置位置を示す構成図である。
【００６７】
第６の実施の形態は、偏向電極５と入射エネルギー検出部１０との間にホスファー５０を設け、ホスファー５０で飛翔してくる電子を光に変換して入射エネルギー検出部１０に入射するように構成されている。なお、ホスファー５０の代わりにシンチレーター等の電子光子変換材料を用いても良い。
【００６８】
ホスファー５０は、図１４（ａ）に示すように入射エネルギー検出部１０の上に直接塗っても、図１４（ｂ）に示すようにファイバープレート５１等の間接材を入れ、ファイバープレート５１の上に塗っても良い。また、ホスファー５０に保護用電極の機能をもたせても良い。
【００６９】
ホスファー５０を入射エネルギー検出部１０の上に直接塗った場合、電子はホスファー５０の内部で光に変換され、入射した部分だけが光るため、ホスファー５０の厚さを薄くすることで、分解能をそれほど失わず、電子が入射エネルギー検出部１０に直接入射することを防ぐことができる。
【００７０】
また、ホスファー５０を図１４（ｃ）に示すようにファイバーレデューサ５２の上に塗り、大型のホスファー５０の出力像をファイバーレデューサ５２により縮小して転送するように構成しても良い。なお、ファイバーレデューサ５２は、光ファイバーの束が集まって構成されており、一本一本のファイバーの片面の直径がもう片面に比べて小さくなっており、この比でイメージ全体が縮小されてくる。
【００７１】
以上説明したように、第６の実施の形態によれば、ホスファー５０を使用することにより、入射エネルギー検出部１０の損傷を防ぎ、入射エネルギー検出部１０の寿命を延ばすことができ、システムの信頼性を向上することができるという効果を奏する。
【００７２】
さらに、第６の実施の形態によれば、ホスファー５０に結像された電子像をファイバーレデューサ５２により縮小して転送するため、電子像の取りこみサイズが入射エネルギー検出部１０の大きさに制限されなくなり、大きな面積の取りこみが小さな入射エネルギー検出部１０で可能になるという効果を奏する。
【００７３】
なお、本発明が上記各実施形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。
【００７４】
【発明の効果】
本発明の発光検出カメラは、光電面により光電変換された電子を計測するに際し、光電面により光電変換された電子を入射エネルギー検出部により直接計測するため、電子の増倍および電子から光への変換を必要とせず、分解能のロスを低減することができるという効果を奏する。
【００７５】
さらに、本発明の発光検出カメラは、光電面により光電変換された電子を計測するに際し、光電面により光電変換された電子を入射エネルギー検出部により直接計測するため、信号出力階調巾を大きくとることができ、信号／ノイズ比の向上を図るために積算処理を行う場合にも信号出力階調巾を確保できる状況で積算できるため、電子の増倍および電子から光への変換が必要な測定では信号がサチレーションしてしまう強度であっても計測を行うことができるという効果を奏する。
【００７６】
さらに、本発明の発光検出カメラは、ゲイン切り替え制御回路によるゲインの変化とビンニングとによって、電子像の信号出力階調巾を変化させ、暗いところはゲインを高く、明るいところはゲインを低くすることで、信号強度の変化が大きい場合にも、一度の操作で計測することができるという効果を奏する。
【００７７】
さらに、本発明の発光検出カメラは、光電面像（光による結像）をモニターすることにより、Ｘ線などの見えない光を測定する場合であっても、ストリーク管の前面部から入射される入射光の位置合わせを容易に行うことができ、さらに、信号が出ていることを確認しながらストリーク動作の時間の合わせ込みができるため、ストリーク動作の時間の合わせ込み作業が行い易いという効果を奏する。
【００７８】
さらに、本発明の発光検出カメラは、時間分解像（電子による結像）の検出と、光電面像（光による結像）の検出とを同時に行うことにより、同じ現象の異なる測定を同時に行うことが可能になるという効果を奏する。
【００７９】
さらに、本発明の発光検出カメラは、信号測定の光学系の設定を変えることなく、スリットもしくは結像レンズを移動させることにより、第１の光電面と第２の光電面とを切り替えて使用できるため、第１の光電面と第２の光電面とを対象とする信号波長域等が異なる光電面を使用する場合には、１つのストリーク管で異なる種類の光電面を使用して計測を行うことができ、作業性が向上するという効果を奏する。
【００８０】
さらに、本発明の発光検出カメラは、ストリーク管を本体、第１の交換部および第２の交換部で構成させ、ＩＣＦフランジによりそれぞれを接続してから内部を真空状態にできるため、ストリーク管の内部の部品の交換を行うことができ、保守性と機能の拡張性とを高めることができるという効果を奏する。
【００８１】
さらに、本発明の発光検出カメラは、保護用電極を設けることにより、偏向電極を通過してきた電子が入射エネルギー検出部（ＣＣＤ）のセラミック部分に当たり帯電したり、冷却部（ペルチェ素子）のセラミックに当たって帯電することを防ぐことができるため、帯電による誤操作を防止することができるとともに、保護用電極の電位を調整することにより、電位面の乱れから来る性能低下を防止することができるという効果を奏する。
【００８２】
さらに、本発明の発光検出カメラは、ホスファーを使用することにより、入射エネルギー検出部の損傷を防ぎ、入射エネルギー検出部の寿命を延ばすことができ、システムの信頼性を向上することができるという効果を奏する。
【００８３】
さらに、本発明の発光検出カメラは、ホスファーに結像された電子像をファイバーレデューサにより縮小して転送するため、電子像の取りこみサイズが入射エネルギー検出部の大きさに制限されなくなり、大きな面積の取りこみが小さな入射エネルギー検出部で可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る発光検出カメラの第１の実施の形態の構成を示す構成図である。
【図２】図１に示す入射エネルギー検出部の構成を示す構成図である。
【図３】図１に示すストリーク管の後面部の構成を示す構成図である。
【図４】図２に示すゲイン切り替え制御回路によるゲイン切り替え動作を説明する説明図である。
【図５】本発明に係る発光検出カメラの第２の実施の形態の構成を示す構成図である。
【図６】図５に示す光電面を透過した光の入射エネルギー検出部への結像状態を示す説明図である。
【図７】本発明に係る発光検出カメラの第２の実施の形態におけるストリーク動作の時間の合わせ込み方法を説明する説明図である。
【図８】本発明に係る発光検出カメラの第３の実施の形態の光電面の構成を示す構成図である。
【図９】本発明に係る発光検出カメラの第３の実施の形態のストリーク管前面に配置されたスリットと結像レンズとの関係を示す構成図である。
【図１０】本発明に係る発光検出カメラの第４の実施の形態の構成を示す構成図である。
【図１１】本発明に係る発光検出カメラの第５の実施の形態に用いる保護用電極の構成を示す構成図である。
【図１２】図１１に示す保護用電極の配置例を示す構成図である。
【図１３】図１１に示す保護用電極の代わりにＣＣＤを支えているフランジ面を用いる構成を示す構成図である。
【図１４】本発明に係る発光検出カメラの第６の実施の形態に用いるホスファーの配置位置を示す構成図である。
【図１５】従来のストリークカメラの構成を示す構成図である。
【図１６】従来のストリークカメラに信号が時間がずれて入射した場合のＭＣＰ上の結像位置を示す説明図である。
【図１７】従来のストリークカメラに信号が時間および位置がずれて入射した場合のＭＣＰ上の結像位置を示す説明図である。
【図１８】従来のフレーミングカメラの動作を説明する説明図である。
【符号の説明】
１  ストリーク管
２  光電面
３  加速電極
４  集束電極
５  偏向電極
６  マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）
７  ホスファー（蛍光面）
８  ファイバー
９  電圧制御回路
１０  入射エネルギー検出部
１１  冷却部
１２  信号読み出し制御回路
１３  真空ポンプ
１４  真空計
１５  イメージエリア
１６  読み出しレジスタ
１７  出力アンプ
１８  ゲイン切り替え制御回路
２１  ＩＣＦフランジ
２２  結像レンズ
２３  ガラスマスク
２５  真空バルブポート
３０  スリット
３１  結像レンズ
４０  保護用電極
４１  開口部
４２  電位調整用抵抗
５０  ホスファー
５１  ファイバープレート
５２  ファイバーレデューサ
１０１  本体
１０２  第１の交換部
１０３  第２の交換部
２０１  第１の光電面
２０２  第２の光電面
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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