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L'invention concerne un dispositif équipé d'un tube électronique à fais- ceau concentré, ainsi qu'un tube électronique à faisceau concentré propre à être utilisé dans un tel dispositif.
Les tubes électroniques à faisceau concentré sont fréquemment utilisés en osoillographie et en télévision. Afin d'obtenir une image précise et nette, à grande définition, ce qui est nécessaire surtout en télévision, il importe que, dans toutes les circonstances, le faisceau, provoque l'illumination d'un très petit point de l'écran. A cet effet, le faisceau doit être bien concentré. Cette concentration est essentiellement déterminée par le canon électronique. Il s'est pas 'difficile d'obtenir, avec un faisceau d'intensité constante et pour une déviation déterminée, un très petit spot.
Toutefois, pour l'enregistrement d'images non seulement la déviation est variable mais surtout en télévision, l'intensité du courant du faisceau varie, de sorte que le spot a une grandeur irrégulière. Pour une intensité de courant déterminée du faisceau, donc pour une intensité lumineuse et une quantité de lumière déterminées du spot, on obtient, pour un faisceau immobile, un spot de dimensions déterminées. Ces dimensions varieront tant sous l'effet de la déviation que sous celui de la modulation d' intensité. La variation résultant de la déviation est appelée "déconcentration de déviation" alors que la variation résultant de la modulation de l'intensité, est appelée "déconcentration de modulation".
La forme du canon électronique permet d'influencer la déconcentration de déviation et la déconcentration de modulation. L'invention concernant uniquement un canon électronique constitué par une cathode, une grille de commande, une anode d'aspiration, une anode et une lentille principale à commande électrostatique et/ou électromagnétique, le mémoire dé- orira uniquement l'influence des dimensions, de l'emplacement et des potentiels des électrodes d'un tel canon, sur la déconcentration de modulation et sur la déconcentration de déviation.
Il y a lieu de noter en outre que l'invention est limitée à un tube électronique, dont le canon comporte un pège à ions, de construction connue, dans lequel les ions sont extraits du faisceau en un point déterminé de l'anode ou en un point proche de l' anode et sont colle ctés sur une partie de la paroi de l'anode,tandis que lesélectrons sont guidés, à l'aide d'un champ magnétique, à travers un diaphragme que comporte l'anode.
Dans un canon du genre mentionné, il se produit un rétrécisse- ment du faisceau à 7,'endroit de la grille de commande ou directement der- rière cette grille. En réalité, cette grille de commande est constituée par un diaphragme à petite ouverture. Ce rétrécissement du faisceau, qui sera appelé "noeud du faisceau" dans la suite du mémoire, est, à proprement parler, l'objet que le canon électronique représente sur l'écran collecteur. Entre l'anode d'aspiration et l'anode se forme une lentille électrostatique qui sera appelée "lentille de préconcentration".
Par la coopé- ration de la grille de commande, de l'anode d'aspiration et de l'anode, on obtient un faisceau électronique qui produira, sur l'écran collecteur, un spot de dimensions déterminées, même en l'absence de la lentille principale. Toutefois, pour obtenir un spot de très petites dimensions, on dispose encore, du coté de l'anode opposé à la cathode, une telle lentille principale. Celle-ci peut être électrostatique ou électromagnétique. Une lentillemagnétique e st souvent formée par une bobine parcourue par du courant et disposéeà l'extérieur du tube. On peut également disposer à l'intérieur ou à l'extérieur du tube des aimants permanents qui provoquent un chap magnétique de concentration.
Une lentille principale électrostatique peut s'obtenir en disposant dans le tube diverses électrodes auxquelles sont appliquées des tensions déterminées. Une des formes les plus simples de ces lentilles est la lentille unipotentielle (Einzellinse). Cette lentille est constituée par trois électrodes, à savoir l'anode du canon électro- nique,une électrode cylindrique qui entoure le pinceau électronique et une anode terminale. Dans une telle lentille unipotentielle, le potentiel de l'anode est égal à celui de l'anode terminale.
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La déconcentration de déviation est approximativement proportionnelle au diamètre du faisceau au centre de la déviation., Donc, plus la section du faisceau est petite en cet endroit, plus la déconcentration de déviation diminue.
La distance du noeud du faisceau à l'écran et la distance du centre de la déviation a l'écran sont fixées. Elles sont en effet déterminées par les dimensions du tube, qui sont liées à des valeurs déterminées.
On peut encore choisir l'emplacement de la lentille principale,entre de le centre de la déviation et le noeud du faisceau. Plus la lentille principale se trouve près du noeud du faisceau,, plus le diamètre du faisceau à l'endroit du centre de déviation diminue. Ceci est dû tout d'abord à la réduction de l'agrandissement angulaire, et en second lieu à la plus grande distance entre la lentille principale et le centre- :le déviation. Toutefois, la réduction de la distance entre la lentille principale et le noeud du faisceau est limitée par la présence du piège à ions.
Si la lentille principale est une lentille électrostatique ou une lentille magnétique incorporée dans le tube, une réduction de la distance entre le noeud du faisceau et la lentille entraine une réduction du rendement du piège à ions.
Par "rendement", il y a lieu d'entendre ici le produit de la distance entre le point où les trajets des ions et des électrons divergent et le diaphragme, par la tangente de l'angle formé par les axes du faisceau, d' électrons et du faisceau d'ions. Dans le cas d'une lentille principale magnétique extérieure, la distance entre la lentille et le noeud du faisceau ne sera pas inférieure à la valeur admissible pour que le champ magnétique du piège à ions, ne soit pas influencé par le champ de dispersion magnétique inévitable de la lentille principale. On est donc forcé de placer la lentille principale à une distance minimum déterminée du noeud du faisceau ou, ce qui revient pratiquement au même, de la grille.
Toutefois, dans ce cas, pour obtenir une faible déconcentration de déviation, il faut recourir à une lentille de préoonoentration d'une intensité minimum déterminée. Par suite de cette lentille de préconcentration, qui fait office de loupe, on obtient une image virtuelle derrière le noeud de faisceau réel et on réduit donc l'angle d'ouverture du faisceau. Partant de ce plus petit angle d'ouver- ture, on obtient, avec ll'agrandissement angulaire inchangé de la lentille principale, une plus petite section de faisceau à l'endroit du centre de la dévi ati on.
Toutefois, l'emploi d'une lentille de préconcentration en combinaison avec la lentille principale présente un inconvénient: le grossissement transversal de l'ensemble du système lenticulaire augmente. De ce fait, les variations de l'emplacement et les dimensions du noeud du faisceau sont représentées plus grandes que sans l'emploi de la lentille de préconcentration.
Pour maintenir la déconcentration de modulation entre des limites déterminées, on peut recourir, en principe, à deux dispositions. Tout d'abord, on peut augmenter la pente du système triode constitué par la cathode, la grille et l'anode d'aspiration, en réduisant la transparence du champ de l'anode d'aspiration. Toutefois, la pente ne peut être augmentée d'une manière illimitée, car l'augmentation de la pente entraîne une réduction de la tension de coupure (en valeur absolue). De ce fait, l'émission maximum de la cathode diminue, ce qui limite à nouveau l'augmentation de la pente. Il existe donc une pente maximum admissible. La seconde possibilité de réduire la déconcentration de modulation, consiste à réduire la surface de l'ouverture ménagée -dans la grille de commande.
De ce fait, le développement du noeud de faisceau, diminue, en Valeur absolue de sorte que sa variation d'emplacement par la modulation devient également plus petite, en valeur absolue.
On peut alors utiliser une plus forte lentille de préconcentration sans que le spot ne devienne trop grand sur l'écran, tout en obtenant une très faible déconcentration de modulation. Toutefois, il est impossible de réduire d'une manière illimitée la section du trou ménagé dans la grille de commande, car lorsque la forme géométrique de la partie triode ne chan-
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ge pas, la transparence du champ provoque par l'anode d'aspiration est trop faible. Pour ramener la transparence de ce champ à sa valeur initiale il faudrait modifier la forme géométrique. A cet effet, on peut réduire la distance de la cathode à la grille et/ou la distance de la grille à l' anode d'aspiration. Toutefois, cette réduction est limitée par des difficul- tés d'ordre mécanique et électrique.
Dans le cas de petites distances, les tolérances jouent un trop grand rôle et de plus, il faut évidemment éviter la formation d'arcs. On peut également réduire l'épaisseur de la grille, mais cette grille doit évidement présenter une résistance mécanique suf- fisante. Abstraction faite des difficultés mécaniques, la réduction de la distance est encore limitée par le fait que la charge superficiel-le de la cathode ne peut être choisie arbitrairement élevée.
Des essais très poussés ont prouvé que, malgré les conditions contradictoires énumérées, il est possible de construire un canon électro- nique permettant de maintenir entre des limites admissibles la déconcentra- tion de déviation et la décon@entration de modulation.
Un dispositif conforme à l'invention comporte un tube à fais- oeau électronique concentré, dont le'canon électronique est constitué par une cathode, une grille de commande,se trouvant à un potentiel négatif de 0 à 100 V par rapport à la cathode, une mode d'aspiration formée par un cylindre confortant, du côté dirigé vers la cathode, un fond percé d' un trou et portée à un potentiel positif de 200 à 400 V, par rapport à la cathode, une anode portée à un potentiel de 12 à 18 kv, par rapport à la cathode, dans laquelle les ions sont extraits du faisceau alors que les électrons sont guidés à travers un diaphragme et une lentille principale électronique, ce dispositif étant caractérise en ce que :
la distance entre la surface de la cathode et la grille est comprise entre 0,16 et 0,25 mm; l'épaisseur de la grille est comprise entre 0,10 et 0,25 mm; le diamètre du trou ménagée dans la grille est compris entre 0,5 mm et 1 mm; la distance entre la grille et le fond de l'anode d'aspiration est compri- se entre o,15 et 0;60 mm; le diamètre du trou ménagé dans le fond de l'anode d'aspiration est compris entre 0,5 et 1,2 mm; le diamètre de l'anode d'aspiration est compris entre 8 et 30 mm; la hauteur de l'anode d'aspiration est comprise entre 5 et 20 mm; le rapport du diamètre à la hauteur de l'anode d'aspiration est compris entre 1:0,5 et 1:1,2; la distance entre l'anode d'aspiration et le bord de l'anode du côté cathodique est comprise entre -6 et +6 mm; le diamètre de l'anode est compris entre 6 et 30 mm;
la distance du point de divergence des trajets des ions et des électrons jusqu'au diaphragme dans l'anode est comprise entre 12 et 30 mm; l'angle formé par ],,'axe du faisceau d'ions et par l'axe du faisceau d'électrons est compris entre 7 et 16 ; le rapport de la distance mentionnés sous 11 et de l'angle spécifiée sous 12 est compris entre 1:0,6 et 1:0,9: le diamètre du trou ménagé dans le diaphragme de l'anode est compris entre 1 mm et 4 mm; la distance de la surface de référence de la lentille principale à la grille de commande est comprise entre 25 et 60 mm.
En ce qui concerne les dimensions mantionnées, il y a lieu de noter que celles-ci concernent uniquement le tube à l'état froid. Les hauteurs et les diamètres des diverses électrodes sont mesurées extérieure- mante
En ce qui concerne le point spécifié sous 9 , il y a lieu de noter que, par l'expression "la distance est comprise entre-6 et +6 mm", il y a lieu d'entendre que le bord de l'anode est écarté de la cathode au
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maximum de 6 mm de plus que le bord de l'anode d'aspiration, ou se trouve au maximum 6 mm plus près de la cathode que ledit bord. L'anode d'aspiration s'entourent alors partiellemento Suivant le diamètre des deux électrodes, soit l'anode, soit l'anode d'aspiration se trouve du côté extérieur.
Afin d'éviter la formation d'arcs, il faut évidemment une certaine distance minimum entre l'anode et l'anode d'aspiration. Pour les tenions usuelles, il suffit en général d'une distance de 1 mm.
Par "plan de référence" de la lentille principale, on entend la lentille imaginaire infiniment mince qui, en ce qui concerne son fonctionnement, peut remplacer pratiquement la lentille principale.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention.
La figure 1 représente schématiquement le montage d'une partie d'un tube électronique à faisceau concentré propre à être utilisé dans un dispositif conforme à l'invention, avec une lentille principale électrostatique.
Les figures 2 et 3 représentent des graphiques qui expliquent le fonctionnement d'un canon électronique tel que représenté sur la figure 1.
Sur la figure 1, l'enveloppe 1 du tube électronique à faisceau concentré contient un canon électronique dont la cathode est indiquée par 2. Devant cette cathode, se trouve la grille dont la partie active est constituée par un diaphragme 3 percé d'une ouverture 4. Ce diaphragme 3 comporte un prolongement cylindrique qui entoure plus ou moins la cathode mais qui n'exerce aucune influence sur la formation du faisceau. L'anode d'aspiration 5 est constituée par une partie cylindrique 6, dont le fond 7 est percé d'une ouverture 80 L'anode 10 est constituée par une partie 11, coaxiale avec la cathode t l'anode d'aspiration, et par une partie 12, dont l'axe passe par le milieu de l'écran collecteur.
Cet axe coupe l'axe commun de la cathode et de l'anode d'aspiration au point 13. Mathématiquement parlant, ce point constitue également le centre de divergence du faisceau d'ions et du faisceau d'électrons.
Cette partie du canon électronique se trouve en effet dans un champ magnétique transversale Ce champ n'exerce pratiquement aucune influence sur les ions, de sorte que ceux-ci poursuivant librement leur route et sont captés sur l'anode 10. Par contre, les électrons sont déviés de sorte qu'ils parviennent dans l'axe de la seconde partie de l'anode et peuvent traverser l'ouverture 15 ménagée dans le diaphragme 16 de cette anode. Après le passage de ce diaphragme,les électrons parviennent dans la lentille principale constituée par la coopération de l'anode 10, de l'anode terminale 17 et de l'électrode 18. Cette lentille principale concentre finalement le faisceau sur l'écran collecteur 19. Sur la figure la distance comprise entre l'écran collecteur 19 et le canon électronique est représentée à trop petite échelle.
Entre l'écran 19 et l'anode terminale 17 se produit la déviation.
Les potentiels, les dimensions et les écartements des diverses électrodes sont choisis de la manière mentionnée. On obtient ainsi un noeud de faisceau entre l'anode d'aspiration 5 et le diaphragme 3, ainsi qu'une lentille de préconcentration entre l'anode d'aspiration 5 et l'anode 10.
La forme coudée de l'anode 10 n'est pas indispensable.
En effet, comme on le sait, on peut aussi provoquer une séparation des ions et des électrons à l'aide d'un système dans lequel toutes les électrodes sont coaxiales et dans lequel les parois disposées en regard de l'anode d' aspiration et de l'anode sont coupées de biais parallèlement l'une à 1' autre. On obtient alors un champ électrostatique oblique qui dévie tant les ions que les électrons. A l'aide d'un champ magnétique, les électrons
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sont alors ramenés dans l'axo du systèe, tandis que les ions sont collec- tès par l'anode.
La figure 2 est un graphique qui indique les variations des dimensions du spot (portées en ordonnées et exprimées en mm) en fonction de l'intensité du courant anodique (portée en abscisses et exprimée en micro-ampères). Cette intensité du courant anodique est évidemment la fonction connue du potentiel de la grille de commande (caractéristique
Ia-Vg)o Les courbes sont relevées pour une tension fixe de l'anode d'aspi- ration, à savoir 300 Vo La tension des électrodes 10 et 17 était de 14 kV et celle de l'électrode 18, de 200 V. Ces potentiels assurent la concentra- tion optimum pour un courant anodique de 50 u/A. La courbe a-a montre net- tement que le spot devient plus grand à mesura que l'intensité du courant anodique augmente sous l'effet d'un potentiel plus positif de la grille de commande.
On pourrait encore réduire le spot en modifiant la réfraction de la lentille principale. On obtiendrait alors la courbe a-b, qui donne donc les dimensions minima du spot. Il est compréhensible que l'on ne peut procéder de cette façon en pratique, car le dispositif devrait comporter un trop grand nombre de possibilités de réglage. On constate donc que lors d'un. accroissement de l'intensité du oourant du faisceau, il se produit en tout cas, un agrandissement du spoto En effet, s'il n'en était pas ainsi, la courbe a-b serait parallèle à l'axe des abscisses du graphique. La dif= férence entre les courbes a-a et a-b indique donc le degré de déconcentra- tion de modulation.
Dans le cas d'une plus forte lentille de préconcentration, obtenue par une autre forme géométrique, on obtient les courbes c-f, et c-d, qui correspondent aux courbes a-a et a-b. On constate donc que, pour une forte lentille de préconcentration, la déconcentration de modulation augmente très fortement. Toutefois, on utiliserait volontiers une telle forte lentille de préconcentration, car il en résulte une forte diminution de la déconcentration, de déviationo Ce fait est nettement montré par le graphique de la figure 3
La figure 3 donne la relation entre la tension' de 1'-anode aspiration (portée en abscisses et exprimée, en volts) , et le diamètre.du. spot (porté en ordonnées et exprimé en millimètres).
Ce diamètre est dêter- miné sans lentille principale, afin d'obtenir une image exacte du fonctionnement de la lentille de préconcentration. A cet effet, les électrodes 10, 17 et 18 sont interconnectées directement. La tension de ces trois électrodes a été fixée à 14 kV.
Les courbes g-h, k-l, et m-n donnent la relation entre le diamètre du spot et la tension de l'anode d'aspiration pour une intensité de courant de respectivement 50, 100 et 250 u/A, pour la forme de construction à laquelle se rapportent les courbes a-a et a-b de la figure 2. La courbe o-p (relevée pour une intensité de courant de 100 u/A) correspond aux courbes a-f et c-d de la figure 2. Cette courbe o-p mon'tre nettement que l'on peut obtenir un faisceau de plus petit diamètre à l'endroit du centre de déviation et que la déconcentration de déviation sera donc plus petite.
Toutefois, cette plus forte lentille de préconcentration est inutilisable, car, comme le montre la figure 2 , elle provoque une très forte déconcentration de modulation.
Ce n'est qu'en satisfaisant à toutes les conditions qui sont imposées conformément à l'invention, qu'il est possible de maintenir entre de limites admissibles tant la déconcentration de déviation que la déoon- @ modulation.
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The invention relates to a device equipped with an electron tube with a concentrated beam, as well as an electron tube with a concentrated beam suitable for use in such a device.
Concentrated beam electron tubes are frequently used in osoillography and television. In order to obtain a precise and clear image, with great definition, which is necessary above all in television, it is important that, in all circumstances, the beam causes the illumination of a very small point on the screen. For this purpose, the beam must be well focused. This concentration is essentially determined by the electron gun. It was not difficult to obtain, with a beam of constant intensity and for a determined deflection, a very small spot.
However, for the recording of images not only the deviation is variable but especially in television, the intensity of the current of the beam varies, so that the spot has an irregular size. For a determined current intensity of the beam, therefore for a determined luminous intensity and a determined quantity of light of the spot, one obtains, for a stationary beam, a spot of determined dimensions. These dimensions will vary both under the effect of the deviation and under that of the intensity modulation. The variation resulting from the deviation is called "deviation deconcentration" while the variation resulting from the modulation of the intensity, is called "modulation deconcentration".
The shape of the electron gun makes it possible to influence the deviation deconcentration and the modulation deconcentration. The invention relates only to an electron gun consisting of a cathode, a control grid, a suction anode, an anode and a main lens with electrostatic and / or electromagnetic control, the memory will only deference the influence of the dimensions, the location and potentials of the electrodes of such a gun, on the modulation deconcentration and on the deviation deconcentration.
It should also be noted that the invention is limited to an electron tube, the barrel of which comprises an ion trap, of known construction, in which the ions are extracted from the beam at a determined point on the anode or in a point close to the anode and are glued to a part of the wall of the anode, while the electrons are guided, using a magnetic field, through a diaphragm in the anode.
In a gun of the type mentioned, there is a narrowing of the beam at 7, or directly behind the control grid. In reality, this control grid is constituted by a diaphragm with small aperture. This narrowing of the beam, which will be called "beam node" in the remainder of the report, is, strictly speaking, the object that the electron gun represents on the collecting screen. Between the suction anode and the anode an electrostatic lens is formed which will be called a "preconcentration lens".
By the cooperation of the control grid, the suction anode and the anode, an electron beam is obtained which will produce, on the collector screen, a spot of determined dimensions, even in the absence of the main lens. However, to obtain a spot of very small dimensions, such a main lens is also available on the side of the anode opposite the cathode. This can be electrostatic or electromagnetic. A magnetic lens is often formed by a coil carrying current and arranged outside the tube. Permanent magnets can also be placed inside or outside the tube which cause a magnetic concentration cap.
An electrostatic main lens can be obtained by placing various electrodes in the tube to which determined voltages are applied. One of the simplest forms of these lenses is the unipotential lens (Einzellinse). This lens consists of three electrodes, namely the anode of the electronic gun, a cylindrical electrode which surrounds the electronic brush and a terminal anode. In such a unipotential lens, the potential of the anode is equal to that of the terminal anode.
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The deflection deconcentration is approximately proportional to the diameter of the beam at the center of the deflection. Therefore, the smaller the beam section is at this location, the more the deflection deconcentration decreases.
The distance from the beam node to the screen and the distance from the center of the deflection to the screen are fixed. They are in fact determined by the dimensions of the tube, which are linked to determined values.
You can also choose the location of the main lens, between the center of the deflection and the node of the beam. The closer the primary lens is to the beam node, the more the beam diameter at the center of deflection decreases. This is due firstly to the reduction in angular magnification, and secondly to the greater distance between the main lens and the center: the deflection. However, the reduction in the distance between the main lens and the beam node is limited by the presence of the ion trap.
If the primary lens is an electrostatic lens or a magnetic lens incorporated in the tube, a reduction in the distance between the beam node and the lens results in a reduction in the efficiency of the ion trap.
By "efficiency", it is meant here the product of the distance between the point where the paths of the ions and electrons diverge and the diaphragm, by the tangent of the angle formed by the axes of the beam, of electrons and ion beam. In the case of an outer magnetic main lens, the distance between the lens and the beam node will not be less than the allowable value so that the magnetic field of the ion trap is not influenced by the inevitable magnetic scattering field. of the main lens. We are therefore forced to place the main lens at a determined minimum distance from the node of the beam or, which amounts to practically the same thing, from the grid.
However, in this case, to obtain a low deviation deconcentration, it is necessary to resort to a preoonoentration lens of a determined minimum intensity. As a result of this preconcentration lens, which acts as a magnifying glass, a virtual image is obtained behind the real beam node and therefore the beam opening angle is reduced. Starting from this smaller aperture angle, with the unchanged angular magnification of the main lens, a smaller beam section is obtained at the location of the center of the deflection.
However, the use of a preconcentration lens in combination with the main lens has a drawback: the transverse magnification of the entire lenticular system increases. Therefore, variations in the location and dimensions of the beam node are shown to be greater than without the use of the preconcentration lens.
To maintain the deconcentration of modulation between determined limits, two arrangements can in principle be used. First of all, the slope of the triode system consisting of the cathode, the grid and the suction anode can be increased, by reducing the transparency of the field of the suction anode. However, the slope cannot be increased indefinitely, since increasing the slope results in a reduction in the cut-off voltage (in absolute value). As a result, the maximum emission from the cathode decreases, which again limits the increase in the slope. There is therefore a maximum admissible slope. The second possibility of reducing the modulation deconcentration consists in reducing the area of the opening made in the control gate.
Therefore, the development of the beam node, decreases, in absolute value so that its variation of location by the modulation also becomes smaller, in absolute value.
We can then use a stronger preconcentration lens without the spot becoming too large on the screen, while obtaining a very low modulation deconcentration. However, it is impossible to limitlessly reduce the section of the hole made in the control grid, because when the geometric shape of the triode part does not change.
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ge not, the transparency of the field caused by the suction anode is too low. To bring the transparency of this field back to its initial value, it would be necessary to modify the geometric shape. To this end, the distance from the cathode to the grid and / or the distance from the grid to the suction anode can be reduced. However, this reduction is limited by difficulties of a mechanical and electrical nature.
In the case of small distances, the tolerances play too great a role and in addition, it is obviously necessary to avoid the formation of arcs. The thickness of the grid can also be reduced, but this grid must obviously have sufficient mechanical strength. Apart from the mechanical difficulties, the reduction in the distance is still limited by the fact that the surface charge of the cathode cannot be chosen arbitrarily high.
Extensive tests have shown that, despite the contradictory conditions enumerated, it is possible to construct an electronic gun making it possible to maintain between acceptable limits the deviation deconcentration and the modulation deconcentration.
A device in accordance with the invention comprises a concentrated electron beam tube, the electron cannon of which consists of a cathode, a control grid, located at a negative potential of 0 to 100 V with respect to the cathode, a suction mode formed by a cylinder reinforcing, on the side directed towards the cathode, a bottom pierced with a hole and brought to a positive potential of 200 to 400 V, relative to the cathode, an anode brought to a potential of 12 to 18 kv, relative to the cathode, in which the ions are extracted from the beam while the electrons are guided through a diaphragm and an electronic main lens, this device being characterized in that:
the distance between the surface of the cathode and the grid is between 0.16 and 0.25 mm; the thickness of the grid is between 0.10 and 0.25 mm; the diameter of the hole made in the grid is between 0.5 mm and 1 mm; the distance between the grid and the bottom of the suction anode is between 0.15 and 0.60 mm; the diameter of the hole made in the bottom of the suction anode is between 0.5 and 1.2 mm; the diameter of the suction anode is between 8 and 30 mm; the height of the suction anode is between 5 and 20 mm; the ratio of the diameter to the height of the suction anode is between 1: 0.5 and 1: 1.2; the distance between the suction anode and the edge of the anode on the cathode side is between -6 and +6 mm; the diameter of the anode is between 6 and 30 mm;
the distance from the point of divergence of the paths of ions and electrons to the diaphragm in the anode is between 12 and 30 mm; the angle formed by the axis of the ion beam and by the axis of the electron beam is between 7 and 16; the ratio of the distance mentioned under 11 and the angle specified under 12 is between 1: 0.6 and 1: 0.9: the diameter of the hole made in the diaphragm of the anode is between 1 mm and 4 mm; the distance from the reference surface of the main lens to the control grid is between 25 and 60 mm.
With regard to the dimensioned dimensions, it should be noted that these relate only to the tube in the cold state. The heights and diameters of the various electrodes are measured externally.
With regard to the point specified under 9, it should be noted that by the expression "the distance is between -6 and +6 mm", it should be understood that the edge of the anode is moved away from the cathode at
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at most 6 mm more than the edge of the suction anode, or is at most 6 mm closer to the cathode than the said edge. The suction anode is then partially surrounded. Depending on the diameter of the two electrodes, either the anode or the suction anode is on the outside.
In order to avoid the formation of arcs, there must obviously be a certain minimum distance between the anode and the suction anode. For the usual tenions, a distance of 1 mm is generally sufficient.
By "reference plane" of the main lens is meant the imaginary infinitely thin lens which, in terms of its operation, can practically replace the main lens.
The description of the appended drawing, given by way of non-limiting example, will make it clear how the invention can be implemented, the features which emerge both from the text and from the drawing, of course, forming part of the invention.
FIG. 1 schematically represents the assembly of a part of an electron tube with a concentrated beam suitable for use in a device in accordance with the invention, with an electrostatic main lens.
Figures 2 and 3 show graphs that explain the operation of an electron gun as shown in Figure 1.
In FIG. 1, the envelope 1 of the concentrated beam electron tube contains an electron gun whose cathode is indicated by 2. In front of this cathode is the grid whose active part consists of a diaphragm 3 pierced with an opening 4. This diaphragm 3 comprises a cylindrical extension which more or less surrounds the cathode but which exerts no influence on the formation of the beam. The suction anode 5 consists of a cylindrical part 6, the bottom 7 of which is pierced with an opening 80 The anode 10 consists of a part 11, coaxial with the cathode t the suction anode, and by a part 12, the axis of which passes through the middle of the collector screen.
This axis intersects the common axis of the cathode and the suction anode at point 13. Mathematically speaking, this point is also the center of divergence of the ion beam and the electron beam.
This part of the electron gun is in fact in a transverse magnetic field. This field has practically no influence on the ions, so that the latter freely pursue their path and are captured on the anode 10. On the other hand, the electrons are deflected so that they reach the axis of the second part of the anode and can pass through the opening 15 made in the diaphragm 16 of this anode. After the passage of this diaphragm, the electrons arrive in the main lens formed by the cooperation of the anode 10, the terminal anode 17 and the electrode 18. This main lens finally concentrates the beam on the collecting screen 19 In the figure, the distance between the collector screen 19 and the electron gun is shown at too small a scale.
Between the screen 19 and the terminal anode 17 the deviation occurs.
The potentials, dimensions and spacings of the various electrodes are chosen as mentioned. A beam node is thus obtained between the suction anode 5 and the diaphragm 3, as well as a preconcentration lens between the suction anode 5 and the anode 10.
The bent shape of the anode 10 is not essential.
Indeed, as is known, it is also possible to cause a separation of ions and electrons using a system in which all the electrodes are coaxial and in which the walls arranged opposite the suction anode and of the anode are cut at an angle parallel to one another. An oblique electrostatic field is then obtained which deflects both ions and electrons. Using a magnetic field, electrons
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are then brought back into the axo of the system, while the ions are collected by the anode.
FIG. 2 is a graph which indicates the variations in the dimensions of the spot (plotted on the ordinate and expressed in mm) as a function of the intensity of the anode current (carried on the abscissa and expressed in micro-amps). This intensity of the anode current is obviously the known function of the potential of the control gate (characteristic
Ia-Vg) o The curves are recorded for a fixed voltage of the suction anode, namely 300 Vo The voltage of electrodes 10 and 17 was 14 kV and that of electrode 18, 200 V. These potentials ensure the optimum concentration for an anode current of 50 u / A. Curve a-a clearly shows that the spot becomes larger as the intensity of the anode current increases under the effect of a more positive potential of the control gate.
We could further reduce the spot by modifying the refraction of the main lens. We would then obtain the curve a-b, which therefore gives the minimum dimensions of the spot. It is understandable that one cannot proceed in this way in practice, because the device would have to have too many adjustment possibilities. We therefore see that during a. increase in the intensity of the current of the beam, there is in any case an enlargement of the spot. Indeed, if it were not so, the curve a-b would be parallel to the x-axis of the graph. The difference between curves a-a and a-b therefore indicates the degree of modulation deconcentration.
In the case of a stronger preconcentration lens, obtained by another geometric shape, the curves c-f, and c-d are obtained, which correspond to the curves a-a and a-b. It can therefore be seen that, for a strong preconcentration lens, the modulation deconcentration increases very strongly. However, one would gladly use such a strong preconcentration lens, as this results in a sharp decrease in deconcentration, deviationo This fact is clearly shown by the graph in Figure 3
Figure 3 gives the relationship between the voltage of the suction 1'-anode (plotted on the abscissa and expressed, in volts), and the diameter of. spot (plotted on the ordinate and expressed in millimeters).
This diameter is determined without the main lens, in order to obtain an exact picture of the operation of the preconcentration lens. For this purpose, the electrodes 10, 17 and 18 are interconnected directly. The voltage of these three electrodes was set at 14 kV.
The curves gh, kl, and mn give the relation between the diameter of the spot and the voltage of the suction anode for a current intensity of respectively 50, 100 and 250 u / A, for the form of construction to which report the curves aa and ab of figure 2. The curve op (noted for a current intensity of 100 u / A) corresponds to the curves af and cd of figure 2. This curve op shows clearly that one can obtain a beam of smaller diameter at the location of the deflection center and that the deflection deconcentration will therefore be smaller.
However, this stronger preconcentration lens is unusable, because, as shown in Figure 2, it causes a very strong modulation deconcentration.
It is only by satisfying all the conditions which are imposed in accordance with the invention, that it is possible to maintain within acceptable limits both the deviation deconcentration and the demodulation.