DD143125A5 - Elektronenstrahlerzeugungssystem - Google Patents

Description

Elektronenstrahlerzeugungssystem

Anwendungsgebiet der

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektronenstrahlerzeugungssystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Elektronenstrahlerzeugungssystem, das mit hoher Spannung und kleiner Vergrößerung arbeitet und sich insbesondere für Farbfersehbildröhren eigent, wie sie in Heimempfängern be nötigt v/erden.

.der bekannten technischen Lösungen S₁

Elektrcnenstrahlerzeugungssysteme, wie sie typischerweise in Parbfernsehbildröhren verwendet werden, enthalten, wie es schematisch in Pig. 1 dargestellt ist, eine Anzahl von in bezug aufeinander ausgerichteter Elektroden, insbesondere

2121

eine Kathode 2, ein Steuergitter 3, ein Schirmgitter 4 und zwei oder mehr Fokussierungselektroden 5 und 6. Der Teil des Strahlerzeugungssystems bis zum Schirmgitter .bildet einen Bündelformungsbereich 7, während der sich hinter dem Schirmgitter befindenden Bereich einen Fokussierungsbereich 8 darstellt. Im Betrieb eines solchen Elektronenstrahlerzeugungssystems emittiert die Kathode Elektronen 9, die zu einem Überkreuzungsbereich 10 (Bereich kleinsten. Strahlquerschnitts) in der Nähe des Schirmgitters konvergieren· Dieser Überkreuzungsbereich wird dann durch eine Hauptfokussierungslinse zwischen den Elektroden 5 und 6 im Fkussierungsbereich der Röhre in eine Bildebene auf einem Bildschirm 11 als kleiner Fleck abgebildet. Der Konvergenzwinkel cO , unter dem die Elektronen in den Überkreuzungsbereich eintreten, soll hier als Überkreuzungsbereich-Eintrittswinkel bezeichnet werden und der Divergenzwinkel ß, in dem die Elektronen den Überkreuzungsbereich verlassen, soll als Überkreuzungsbereich-Austrittswinkel bezeichnet werden. Die WinkeloG und ß sind im wesentlichen gleich, solange beim Überkreuzungsbereich kein ablenkendes Feld vorhanden ist. In der Praxis sind in diesem Bereich doch elektrische Felder vorhanden, die eine fortlaufende Biegung der Elektronenbahnen bewirken, während die Elektronen in den Überkreuzungsbereich eintreten und aus ihm austreten, so daß sich im Überkreuzungsbereich ziemlich komplexe Verhältnisse ergeben und die Winkel^ und ß verschieden sind.

Man hat bisher im allgemeinen angenommen, daß zwischen dem Bündelformungsbereich 7 und dem Fokussierbereich 8 des Strahlerzeugungssystems kaum eine Wechselwirkung besteht und wenn man sich auf einen dieser beiden Bereiche konzentriert hat, um das Strahlerzeugungssystem zu verbessern, hat man gewöhnlich dem anderen Bereich wenig Beachtung geschenkt. Ungeachtet dieser bisherigen Ansicht wurde nun festgestellt, daß der erste Überkeuzungsbereich, der durch

das Fokussierungssystem des Strahlerzeugungssystems auf den Bildschirm abgebildet wird, sich viel weiter vorne im Strahlerzeugungssystem befindet, als man bisher annahm. Dies wiederum führte zu der Erkenntnis, daß- eine Wechselwirkung zwischen der Bündelformungsfunktion des Strahl- " erzeugungssystems und der anschließenden Fokussierungsfunk-tion des Strahlerzeugungssystems besteht. Weitere Forschungen haben dann ergeben, daß man durch kluge Wahl und Kombination der Konstruktionsparameter des Strahlerzeugungssystems eine unerwartete Verbesserung des Strahlfleckverhaltens des Strahlerzeugungssystems erreichen kann. ·

Darlegung, des Wesens der Erfindung

Wesentliche Merlanale, in denen sich ein Elektronenstrahlerzeugungssystem gemäß einer Ausführung3form der Erfindung von einem bekannten Elektronenstrahlerzeugungssystems der gleichen Klasse unterscheiden, sind eine dicke Schirmgitteroder G2-Blektrode, ein starkes elektrisches PeId zwischen G2 und G3> also zwischen dem Schirmgitter und der folgenden Linsenelektrode, und/oder eine vergrößerte Objektweite (Objektabstand) des Hauptfokussierungssystems. Um mit diesem Konstruktionskonzept die optimalen Resultate zu erreichen, wird eine Vorfokussierung des Elektronenstrahls anschliessend an den Überkreuzungsbereich vermieden oder zumindest wesentlich verringert.

Im folgenden werden das Erfindungsprinzip und Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

-H- 212 1

Pig. 1: eine schematische Darstellung eines typischen Elektronenstrahlerzeugungssystems und dessen Elektronenstrahlbündelformungs- und Pokussierungsfunk-. tionen; ·

Pig. 2: ein schematischer Aufriß einer Kathodenstrahlröhre mit einem Elektronenstrahlerzeugungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Pig. 3ϊ ein teilweise geschnittener Aufriß einer Ausführungsform des Elektronenstrahlerzeugungssystems für die Kathodenstrahlröhre gemäß Pig. 2;

Pig. 4: eine vergrößerte Schnittansicht des Elektronenstrahlbündelformungsbereiches des Elektronenstrahlerzeugungssystems gemäß Pig. 3;

Pig. 5: eine Pig. 4 ähnliche vergrößerte Schnittansicht, die zum Vergleichen den Elektronenstrahlbündelformungsbereich eines typischen bekannten Strahlerzeugungssystems zeigt;

Pig. 6: eine Pig. 5 entsprechende Ansicht eines anderen bekannten Elektronenstrahlerzeugungssystems;

Pig. 7ί eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Bündelabmessungen am Überkreu-. zungsbereich von der elektrischen Feldstärke zwischen G2 und G3;

Pig. 8: eine graphische Darstellung des Zu- -· sammenhanges zwischen der. Dicke der Schirmgitterelektrode G2 und der Länge einer anschließenden Linsenelektrode G3 in Strahlerzeugungssystemen gemäß Ausführungsformen der Erfindung;

Fig» 9a scheinatische Darstellungen zum Vergleich

bi«5 Qd*

^ der Bündelformungswirkung und der Fokus-

sierung3wirkung von Strahlerzeugungssystemen gemäß Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und bekannten Strahle erzeugungssystemen;

Fig_f 10 Schnittansichten von weiteren Ausfüh- und 11? _rung_Sformen dicker Schirmgitterelektroden, die in Strahlerzeugungssystemen gemäß der Erfindung Verwendung finden können.

Pig. 2 zeigt eine Farbfernsehbildröhre 10 mit einem Glaskolben, welcher einen im wesentlichen rechteckigen KoI-benvorderteil 12 sowie einen rohrförmigen Hals 14 hat, die durch einen im Querschnitt etwa rechteckigen trichterförmigen Teil l6 miteinander verbunden sind. Der Kolbenvorderteil 12 besteht aus einer Frontplatte 18 und einer an deren Umfang ansetzenden Seitenwand 20, die durch eine Glasfritte-Verschmelzung mit dem trichterförmigen Teil 16 verbunden ist. Auf der Innenseite der Frontplatte 18 befindet sich ein Dreifarbenleuchtstoffmosaik-Bildschirm Der Bildschirm ist vorzugsweise ein Streifenrasterschirm, dessen Leuchtstoffstreifen senkrecht zur Richtung der höherfrequenten Abtastung verlaufen. In einem bestimmten Abstand vom Bildschirm 22 ist eine Farbwahl-Schatten- oder Lochmaskenelektrode 24, die eine Vielzahl von Löchern aufweist, in bekannter Weise lösbar montiert'. Im Hals. 14 ist zentrisch ein Inline-Elektronenstrahlerzeugungssystem 26

- 6 - 2 12 156

gemäß einer Ausführungsform der Erfindung montiert, das nur schematisch durch ein gestricheltes Rechteck angedeutet ist. Das Elektronenstrahlerzeugungssystem 26 liefert drei Elektronenstrahlbündel 28, die längs konver- . gierender Wege in einer Reihe nebeneinander (koplanar) durch die Lochmaske 24 auf den Bildschirm 22 fallen.

Die in Pig. 2 dargestellte Bildröhre ist für einen Betrieb mit einer externen magnetischen Ablenkeinheit 30 bestimmt, die den Hals 14 sowie den trichterförmigen Kolbenteil 16 in der Nähe ihrer Verbindung umgibt, und die drei Elektronenstrahlen 28 horizontal und vertikal in einem rechteckigen Raster über den Bildschirm 22 abzulenken gestattet.

Mit Ausnahme der neuartigen Merkmale und Abänderungen, die im folgenden beschrieben werden, kann das Elektronenstrahlerzeugungssystem 26 ein Dreistrahl-Inlinesystem sein, ähnlich wie es in der US-PS 37 72 554 beschrieben ist.

Pig. 3 ist eine Aufsicht des Dreistrahl-Bipotential-Strahlerzeugungssystems 26, das zum Teil längs einer longitudinalen Mittelebene aufgeschnitten gezeichnet ist, welche senkrecht zu der die drei koplanaren Elektronenstrahlen 28 enthaltenden Ebene verläuft.

In der Zeichnung ist nur die Struktur für einen der drei Elektronenstrahlen dargestellt. Das Strahlerzeugungssystem 26 enthält zwei Halterungsstäbe 32 aus Glas, an denen die verschiedenen Elektroden befestigt sind. Zu diesen Elektroden gehören drei mit gleichen Abständen in einer Ebene angeordnete Kathoden 34» (eine für jeden Strahl, wobei jedoch nur eine einzige dargestellt ist) eine Steuergitteroder Gl-Elektrode 36, eine Schirmgitter- oder G2-Elektrode 38, eine erste Linsen- oder Pokussierelektrode oder G3-Elektrode 40 und eine zweite Linsen- oder Pokussierelektrode oder G4-Elektrode 42. Die G4-Elektrode enthält eine

elektrische Abschirrakappe 44. Alle diese Elektroden sind längs einer mittleren Strahlachse Δ-Α ausgerichtet und in der aufgeführten Reihenfolge mit gegenseitigen Abständen an den Glasstäben 32 befestigt. Die. Fokussierelektroden G3 und G4 dienen in dem Bipotential-Elektro- nenstrahlerzeugungssystem 26 außerdem als Beschleunigungselektroden.

Wie dargestellt, enthält das Elektronenstrahlerzeugungs-' system 26 außerdem mehrere Bauteile 46 aus magnetisierbarem Material, die am Boden der Abschirmkappe 44 montiert sind und zur Korrektur der Koma der von den ilektronenstrahlen bei der Ablenkung über den Bildschirm 22 erzeugten Easter diene. Die für die Komakorrektur vorgesehenen magnetisierbaren Bauteile 46 können z.B. so ausgebildet und angeordnet sein, wie es in der bereits erwähnten USJ-PS 37 72 554 beschrieben ist.

Die Kathode 34 des Elektronenstrahlerzeugungssystems 26 ist rohrförmig und enthält eine Stirnwand mit einer ebenen emittierenden Oberfläche oder blendenförmige Teile 50 bzw. 52 mit fluchtenden Mittelöffnungen 54 bzw. 56. Die G3-Elek-· trode enthält ein längliches rohrförmiges Bauteil mit einer der G2-Elektrode benachbarten Querwand, welche eine Mittelöffnung 60 aufweist. Die G4-Elektrode enthält wie die G3-Elektrode ein rohrförmiges Bauteil und diese beiden Elektroden haben an ihren gegenüberliegenden Enden nach innen umgebördelte rohrförmige Kragen oder Lippen 62 bzw. 64, zwischen denen die Hauptfokussierungslinse, d.h. das Hauptfokussierungslinsenfeld des Elektronenstrahlerzeugungssystems erzeugt wird.

In der oben beschriebenen bipolaren Form kann das erfindungsgemäße Elektronenstrahlerzeugungssystem 26 durch folgende Merkmale charakterisiert werden:

2 12 156

1, Ein starkes elektrisches Feld (Arbeitsfeld) zwischen der G2- und der G3-Elek.trode, das eine Feldstärke im Bereich von etwa 3900 bis 15800 V/mm (oder etwa 100 bis 400 V/mil), insbesondere 3937 bis 15748 V/mm hat; besonders vorteilhaft sind Wert-e zwischen etwa 5900 und 9850 V/mm (insbesondere 5906 bis 9843 V/mm oder 150 bis 250 V/mil). Dieses starke Feld dient dazu, ein Elektronenstrahlbündel minmalen Durchmessers aus dem Überkreuzungsbereich abzusaugen.

2. Eine G2-Elektrode mit einem dicken, plattenförmigen Teil 52, dessen Dicke das 0,4 bis 1,0-fache des Durchmessers der Mittelöffnung 56 der G2-Elektrode beträgt, um die Winkel des Elektronenstrahlbündels beim Überkreuzungsbereich zu verringern.

3· Eine außergewöhnlich lange G3-Elektrode, deren Länge das 2,5 his 5,0-fache des Durchmessers der G3-Hauptfokussierungslinie beträgt, um die Objektweite (Objektabstand) möglichst groß zu machen und die Vergrösserung im Elektronenstrahlerzeugungssytem zu verringern. In den meisten Fällen wird dies etwa das 40 bis 60-fache der Dicke der G2-Elektrode betragen.

4· Eine G2-Elektrode deren Öffnung von einem ebenen Teil umgeben ist, dessen Durchmesser gleich oder größer als etwa das Doppelte des Abstandes zwischen der G2- und der G3-Elektrode ist, um eine Vorfokussierung des Elektronenstrahlbündels zu verhindern.

Fig. 4 ist ein stark vergrößerter Querschnitt des Bündelformungsbereiches des neuen Elektronenstrahlerzeugungssystems 26. Diese Figur zeigt die Uatur der Äquipotentiallinien der Felder, die im Betrieb des Strahlerzeugungssystems zwischen der Kathode, Gl, G2 und G3 entstehen und außerdem die ITatur der Wege der Elektronen, die die Kathode

verlassen, in einen Überkreuzungsbereich (Bereich geringsten Strahlquerschnitts) konvergieren und dann von dort auf ihrem Weg zur Hauptfokussierungslinie divergieren.

Typisch für Elektronenstrahlerzeugungssystems, die mit einem Überkreuzungsbereich des Elektronenstrahlbündels arbeiten, ist das stark konvergierende PeId in der Nachbarschaft der Kathode und der Gl_Elektrode, wie es durch die Feldlinien 66 dargestellt ist. Dieses Feld konvergiert die Elektronenstrahlen 68 beim Verlassen der Kathode 34 stark und fokussieren sie in einen Überkreuzungsbereich 70, von dem aus

sie dann auf dem v/eiteren Wege zur Hauptfokussierungslinse wieder divergieren.

Das Elektronenstrahlerzeugungssystem 26 ist für einen relativ kleinen Abstand zwischen der G2- und der G3-Elektrode und/oder einen Betrieb mit einer relativ hohen G3-Spannung konstruiert, so daß ein starkes Feld zwischen G2 und G3 entsteht. Ein solches Hochspannungsfeld von G3 taucht oder wölbt sich in die Öffnung 56 der G2-Elektrode hinein, wie durch die Äquipotentiallinien 72 dargestellt ist. Im Gegensatzzu den bekannten Strahlerzeugungssystemen, in denen die G2-Elektrode im wesentlichen die gleiche Dicke wie die Gl-Elektrode hat und das Hochspannungsfeld von der G3-Elektrode vollständig durch die Öffnung der G2-Elektrode hindurchreicht, ist die Dicke G2-Elektrode des vorliegenden Strahlerzeugungssystems im Vergleich zum Durchmesser der Öffnung 56 dieser Elektrode so groß, daß das Feld 72 nur ein Stück in die Öffnung hineinreicht und nicht vollständig durchgreift. Hierdurch wird es dem durch die Gl-Spannung erzeugten Feld möglich, von der Gl-Seite der G2-Elektrode indie G2-Öffnung 56 einzutauchen bzw. sich in diese Öffnung_fhineinzuwölben, wie durch die Feldlinien 74 dargestellt ist, und eine divergierende Kraft auf die Elektronenstrahlen 68 ausüben. Hierdurch wird der Überkreuzungsbereich-Eintrittswinkel cL (siehe Fig. 1) gegenüber dem sich

Em %** **

sonst einstellenden Wert verringert und der Überkreuzungsbereich 70 wird im Vergleich zu entsprechenden bekannten Konstruktionen weiter nach vorne in Richtung auf den Bildschirm verschoben. Hierdurch ergibt sich wiederum ein kleinerer Überkreuzungsbereich-Austrittswinkel ß und damit ein dichteres oder komplakteres Elektronenstrahlbündel, wenn.die Blektronenstrahlen 76 nach dem Überkreuzungsbereich wieder divergieren und zur Hauptfokussierungslinse weiterlaufen» In einem willkürlich festgelegten Abstand von der Kathode 34 sind die Elektronenstrahlen 76 als relativ kleines oder dünnes Bündel 78 dargestellt.

Charakteristisch für das vorliegende neue Elektronenstrahls erzeugungssystem 26 ist auch der relatic ebene, quer verlaufende plattenförmige Teil 52 der G2-Elektrode. Eine solche ebene Elektrodenstruktur ergibt Feldlinien 82 zwischen G2 und G3, welche ihrerseits ebenfalls relativ eben sind und keine nennenswerte Torfokussierungswirkung ausüben. Dadurch, daß in diesem Bereich des Elektronenstrahlerzeugungssystems eine Vorfokussierwirkung vermieden wird, ergibt sich eine geringere Vergrößerung, wie im folgenden noch genauer erläutert werden wird.

Pig. 5 ist ein Pig. 4 entsprechender, stark "vergrößerter Querschnitt eines bekannten Strahlerzeugungssystems 84» das im Gegensatz zu der dicken G2-Elektrode des neuen Elektronenstrahlerzeugungssystems 26 gemäß Pig. 4 eine konventionelle, dünnwandige G2-Blektrode aufweist. Das Elektronenstrahlerzeugungssystem 84 gemäß Pig. 5 enthält eine Kathode 86, eine Gl-Elektrode 88, eine G2-Elektrode 90 und eine G3-Elektrode 92. Das bekannte Elektronenstrahlerzeug'ungssystem 84 hat die gleichen Elektrodenabstände und Abmessungen wie das Elektronenstrahlerzeugungssystern 26 mit der Ausnahme, daß seine G2-Elektrode 90 aus einer dünnen Platte konventionellen Typs besteht im Gegensatz zu der dicken Platte der G2-Elektrode 38 des Elektronenstrahlerzeugungssystems 26.

212 15

Das Elektronenstrahlerzeugungssystem 84 weist wie das neue System 26 gemäß Fig. 4 ein durch Äquipotentiallinien 94 dargestelltes, stark konvergierendes PeId in der Öffnung der Gl-Elektrode bei der Kathode auf. Wie bei dem neuen System 26 sammelt oder konvergiert dieses Feld die aus. der Kathode austretenden Elektronenstrahlen 98 in einen Überkreuzungsbereich 96. Beim System 84 dringen jedoch die Feldlinien von der hohen G3-Spannung wegen der geringeren Dicke der G2-Elektrode vollständig durch die Öffnung der G2-Elektrode hindurch und erzeugen im Bereich zwischen Gl und G2 eine zusätzliche Sammel- oder Konvergierungswirkung, wie durch die Feldlinien 100 dargestellt ist. Dies steht im Gegensatz zu dem im neuen System 26 erzeugten Feld 74· Die Folge der bei dem bekannten System vorhandenen zusätzlichen Sammelwirkung besteht darin, daß der Überkreuzungsbereich_Eintrittswinkel (siehe Fig. l) größer wird und der Überkreuzungsbereich 96 näher an der Kathode liegt als bei dem neuen System 26. Dadurch wird auch der Überkreuzungsbereich-Austrittswinkel ß der aus dem Überkreuzungsbereich 96 austretenden Slektronenstrahlen 102 größer und das Slektronenstrahlbündel IO4 ist in dem gleichen Vorgegebenen Abstand von der Kathode weniger kompakt als das Elektronenstrahlbündel 78 des Systems 26. Die Form der Äquipotenital-Feldlinien 106 zwischen (£2 und G3 ist bei dem System 84 im wesentlichen gleichwertig der der Feldlinien 82 des neuen Systems 26. Die Feldstärke kann und wird jedoch wesentlich geringer sein als bei dem neuen System 26.

Fig. 6 zeigt ein bekanntes Elektronenstrahlerzeugungssystem 108, das mit Ausnahme der G2-Elektrode mit dem bekannten System 84 gemäß Fig. 5 übereinstimmt. Das System 108 enthält eine Kathode 110, eine Gl-Elektrode 111, eine G2-Elektrode 112 und eine G3-Elektrode 113. Die G2-Elektrode ist becherförmig und hat eine vorstehende Umfangswand II4. Die Umfangswand 114 formt die Äquipotentiallinien 115 im Bereich zwischen G2 und G3 derart, daß eine sammelnde Vor-

212 156

fokussierungswirkung auf die den Überkreuzungsbereich 118 des Elektronenstrahlbündels verlassenden Elektronenstrahlen 116 ausgeübt wird. Das Ergebnis besteht darin, daß die Elektronenstrahlen 16 nach dem Verlassen des Überkreuzungsbereiches konvergierend gebogen werden, so daß ein dichteres Elektronenstrahlbündel 120 entsteht, dessen Größe bis zu einem gewissen Grade ähnlich der des Elektronenstrahlbündels 78 des neuen Systems 26 ist. Das Erzielen eines dichteren oder kompakteren Elektronenstrahlbündels 120 im System 108 ermöglicht jedoch nicht, außerdem auch eine Verringerung der Vergrößerung vae bei dem neuen System 26 zu erreichen, wie noch erläutert werden wird.

Es ist die Vorfokussierungswirkung, die die konvergierenden oder sammelnden' Feldlinien 115 im Bereich zwischen G2 und G3 bewirken, die durch die Konstruktion des neuen Systems 26 vermieden v/erden soll. Dies wird bei dem neuen System 26 dadurch erreicht, daß man alle Strukturen vermeidet, wie die nach oben gebogene Lippe 114 der G2-Elektrode, welche die Feldlinien 115 in der Nähe der Elektronenstrahlen 116 gegenüber dem sonst relativ ebenen Verlauf krümmen.

In Fig. 7 ist der Zusammenhang zwischen der Strahlfleckgröße und der Stärke des elektrischen Feldes zwischen der G2-Elektrode und der G3-Elektrode eines Strahlerzeugungssystems der hier diskutierten allgemeinen Klasse darge- . stellt· In Fig. 7 ist das Verhältnis der tatsächlichen Strahlfleckgröße S am Überkreuzungsbereich zur theoretischen Strahlfleckgröße S^ am Überkreuzungsbereich über der Feldstärke aufgetragen. Die theoretische minimale Strahlfleckgröße S., sm Überkreuzungsbereich ist diejenige, die durch den Beitrag der thermischen Emission zur Größe des Strahls im Überkreuzungsbereich gegeben ist. Wie dargestellt, fällt das Fleckgrößenverhältnis ziemlich scharf ab, wenn die Feldstärke ^eq2-G3 ^{von βΐννει} -^O bis 250 Volt/

-M-

_Λ - & β &.

25,4 Mikrometer, also etwa 5900 bis 9850 V/Millimeter (genauer 5906 bis 9843 V/Millimeter) erhöht wird und geht an beiden Enden dieses Bereiches jeweils in einen mehr oder weniger gleichbleibenden Wert über.

Bei einem typischen Bipotential-Elektronenstrahlerzeugungssystern mit nur einer einzigen, einfachen Hauptfokussierungslinse, wie es in der erwähnten US-PS 37 72 554 beschrieben ist, kann der Abstand G2-G3 etwa 1,4 mm (etwa 55 mils = 1,397 mm), die GR-Spannung etwa 6000 YoIt und die G2-Spannung etwa 600 Volt betragen. Diese Konstruktions- und Betriebsparameter ergeben im Betrieb des Systems ein ^BG2-G3*"^{Peld von etwa 3S6}° V⁰ItA¹¹¹¹¹¹^e*¹ (9⁸ V/mil = 3858 V/mm). Typische, bevorzugte Ausführungsbeispiele des neuen Systems 26 weisen dagegen im Vergleich hierzu G2-G3-Abstände von etwa 0,83 bis 1,23 mm, insbesondere 0,838 bis 1,219 mm (33 bis 48 mils), eine G3~Spannung von etwa 8500 Volt und eine G2-Spannung von etwa 625 Volt auf, so daß Eßp Q-i-Felder von etwa 9400 bis 65ΟΟ V/mm, insbesondere 9409 bis 6457 V/mm (239 bis I64 V/mil) resultieren. Wie . aus Fig. 7 ersichtlich ist, beträgt das aufgetragene Fleckgrößenverhältnis (das ein Qualitätsmaß für die Flecke oder Querschnittsgröße ist, wobei 1 das Optimum darstellt) etwa 2,5 für das bekannte System im Vergleich zu etwa 1,6 für das neue System 26, wenn dieses mit einem.E^o^o-Feld von etwa 9400 V/mm, im besondere 9409 V/mm (239 V/mil) betrieben wird.

Aus der Verbesserung des Fleckgrößenverhältnisses von 2,5 auf 1,6 könnte geschlossen werden, daß höhere E_Go_(j3_Felder wünschenswert sind. Ohne kompensierende Änderungen im Elektronenstrahlerzeugungssystem hat eine einfache Erhöhung des Eß2_Q3_Felder jedoch eine entsprechende Vergrößerung des überkreuzungsbereich-Austrittswinkel ß' des Elektronenstrahls zur Folge, da in der G2-Öffnung vor dem Überkreuzungsbereich ein wesentlich stärkeres konvergierendes Feld

212 156

entstehen. Eine übliche Maßnahme zur Kompensation der Vergrößerung des Überkreuzungsbereich-Austrittswinkels ist die Erzeugung eines Vorfokussierungslinsenfeldes zwischen G2 und G3. Wie im folgenden noch genauer erläutert werden wird, kann ein solches Vorfokussierungafeld keine · generell optimale Kompensation für die Vergrößerung des Überkreuzungsbereich-Austrittswinkels darstellen.

Eine andere bekannte Maßnahme gegen die Vergrößerung des Überkreuzungsbereich-Auatrittswinkels, die aus der US-PS₁ 39 95 195 bekannt ist, besteht darin, anstelle eines einfachen einlinsigen Fokuasierungssytems ein kompliziertes" dreilinsiges Hauptfokussierungssystem zu verwenden. Solche komplexen Fokussierungssysteme sind jedoch sowohl hinsichtlich der Konstruktion des Strahlerzeugungssystems als auch hinsichtlich der zusätzlich benötigten Betrieba-r Potentialen aufwendig.

Pig. 8 zeigt in einem Diagramm den Überkreuzungsbereich-Austrittswinkel ß und optimierte Längen der G3 Elektrode in Abhängigkeit von der Dicke der G2-Elektrode für eine Ausführungsform des neuen Strahlerzeugungssystems 26, bei der der Durchmesser der öffnung der G2-Elektrode 0,635 mm (25 mils) und der Durchmesser der G3-Linsenelektrode 5»436 mm (214 mils) betrugen. Die Kurve in Pig. 8 zeigt, daß bei einer Änderung der Dicke der G2-Elektrode von 0,254 mm (10 mils) oder dem 0,4-fachen des Durchmessers der G2-Öffnung auf 0,635 mm (25 mils) oder das 1-fache der G2-Öffnung der Überkreuzungsbereich-Austrittswinkel ß von 0,0675 Radian auf 0,042 Radian absinkt. Wenn der Überkreuzungsbereich- Austrittswinkel ß absinkt, nimmt der Durchmesser des Elektronenstrahlbündels ab und man kann zunehmend längere G3-Elektroden verwenden, ohne daß eine Überfüllung der Linse mit dem Strahl eintritt, so daß eine größere Objektweite des Fokussierungssystem^ und damit eine entsprechende Verringerung der Vergrößerung erhält.

Die Kurve zeigt ferner, daß für eine Dicke der G2~Elektrode von 0,254 mm eine optimale Länge der G3-Elektro.de von 13,970 ram erforderlich ist und daß für eine Dicke der .G2-Elektrode von 0,635 mni eine optimale Länge von G3 von 26,924 mm erforderlich ist. Die Dicke von G2 kann daher durch das Verhältnis der Länge von G3 zum Durchmesser der G3-Linse angegeben werden. Man sieht, daß dieses Verhältnis sich von 2,57 bis 4,95 ändert, wenn die Dicke von G2 von 0,254 bis 0,635 mm geändert wird. Die geeignete Länge von G3 ändert sich also im Bereich von etwa 2,5 bis 5»0, wenn sich die Dicke von G2 entsprechend vom 0,4 bis 1,0-fachen des Durchmessers der Öffnung der G2-Elektrode geändert wird. Aus den Diagrammen ist ferner ersichtlich, daß sich bei dieser speziellen Ausführungsform des neuen · Systems 26 die optimierte Länge von G3 von etwa dem 40 bis 60-fachen der Dicke von G2 im bevorzugten Arbeitsbereich der erwähnten DimensionsVariationen ändert.

In den Figuren 9& bis 9d sind schematisch die Auswirkungen von bekannten Systemkonstruktionen bezüglich derer des vorliegenden neuen Systems hinsichtlich der Erzielung einer verringerten Vergrößerung dargestellt. Die Vergrößerung eines Elektronenstrahlerzeugungssystems wird bekanntlich durch die Formel

Q Ic

M = _. γ

ρ a

Hierbei bedeuten:

M die Vergrößerung des Strahlflecks; Q die Bildweite, d.h. den Abstand zwischen der Hauptfokussierungslinse und der Bildebene,

in die der Strahlfleck abzubilden ist; · P die Objektweite, d.h. der Abstand zwischen dem StrahlUberkreuzungsbereich und der Hauptfokussierungslinse;

212 156

V die Spannung im Überkreuzungsbereich und

V die Spannung an der Anode oder Bildebene.

.Fig. 9a zeigt die Art der Elektronenstrahlbündelbildung bei dem vorliegenden System 26, bei dem Elektronen von der Kathode 34 mit einem verhältnismäßig kleinen Überkreuzungsbereich-Eintrittswinkel & in einen ersten Überkreuzungsbereich 70 konvergiert oder gesammelt werden, der einen verhältnismäßig großen Abstand von der Kathode hat. · Die Elektronen divergieren dann vom Überkreuzungsbereich zu einer Hauptfokussierungslinse IvIP, durch die sie in ein Bild des Überkreuzungsbereiches auf einer Anode A (Bildschirm) fokussiert werden, Wegen des verhältnismäßig kleinen Überkreuzungsbereich-Austrittswinkels ß ist die Ausdehnung des Strahlbiindels beim Erreichen der Hauptfokussierungslinse immer noch verhältnismäßig klein, so daß diese in ihrem Mittelbereich, in dem die sphärischen Aberration klein ist, arbeiten kann und einen verhältnismäßig aberrationsfreien Strahlfelck auf dem Bildschirm erzeugt. Wegen des verhältnismäßig kleinen Überkreuzungsbereich-Austrittswinkel ß des Strahlbiindels ist außerdem die Obpektweite P^ verhältnismäßig groß. Im Vergleich zu bekannten Systemen erhält man daher wegen der Verringerung des Verhältnisses Q^/^i eine günstige, kleine Vergrößerung.

Fig. 9b zeigt die Wirkung des Versuchs, die gleiche Vergrößerung mit dem bekannten System 84 dadurch zu erreichen, daß man ?2 - Pn macht. Da das System 84 jedoch mit einem größeren Überkreuzungsbereich - Austrittsv/inkel ß arbeitet, divergieren die Elektronenstrahlen nach dem Überkreuzungsbereich 96 stark und das Bündel hat sich beim Erreichen der Hauptfokussierungslinse MP zu einer"solchen Größe erweitert, daß beim Durchlaufen der Linsenaperatur eine starke sphärische Aberration auftritt.

Pig. 9c zeigt für das System 84 den Versuch einer Lösung des unter Bezugnahme auf Fig. 9b erläuterten Problems. Hier ist die Kathode S6 des Systems näher an der Hauptfokussierungslinse EiP angeordnet, so daß die Objektweite Po kleiner ist und das Bündle sich nicht übermäßig erweitert hat, wenn es die Hauptfokussierungslinse erreicht. Hierdurch werden zwar übermäßige sphärische Aberrationen vermieden, es ergibt sich jedoch eine stärkere Vergrößerung infolge der verringerten Objektweite und des dementsprechend größeren Verhältnisses

Pig. 9d zeigt die Auswirkungen des Versuches, die unter Bezugnahme auf die Pig. 9b und 9c beschriebenen Probleme beim System 108 durch Verwendung einer Vorfokussierungslinse zu beheben. Da die Elektronen den Überkreuzungsbereich 118 mit einem verhältnismäßig großen Überkreuzungsbereich-Austrittswinkel ß verlassen, werden sie im Bereich zwischen G2 und G3 durch eine Vorfokussierungslinse PP vorfokussiert, wie in Verbindung mit Pig. 6 erläutert worden war. Die Elektronen verlassen dann die Vorfokus-Bierungslinse PP mit kleinerer Divergenz, so daß sie beim Erreichen der Hauptfokussierungslinse MP ein relativ kompaktes Strahlbündel bilden, dessen Abmessungen ähnlich sind, v/ie sie bei dem neuen System 26 (Pig. 9a) erreicht werden. Dies sollte eine entsprechende Vergrößerung ergeben, da Q4/P4 = Qi^?-] ^is-fc· Diese Annahme ist jedoch irrig, da die Fokussierung bei dem System 108 gemäß Pig. 9d durch zwei Linsen bewirkt wird, nämlich die Vorfokussierungslinse PP und die Hauptfokussierunglinse ICP. Die Wirkung dieser beiden Linsen entspricht der Wirkung einer äquivalenten Pokussierungslinse EP, die sich zwischen der Vorfokussie·" rungslinse und der Hauptfokussierungslinse befindet, so daß eine effektive Objektweite P5 und eine effektive Bildweite Q5 ergeben. Im Ergebnis ist die Vergrößerung propotional zu QjVPf- und damit größer als sie mit dem System 26 erreicht wird, dessen Vergrößerung proportional zu Q^/P-i ist, wie Pig. 9a zeigt.

-H-

-At-

156

Die oben unter Bezugnahme auf die Figuren 9a bis 9d angestellten Vergleiche zeigen den Vorteil, den man erhält, wenn man ein kompaktes, schlankes.Elektronenstrahlbündel nicht durch die Fokussierungswirkung einer auf G2 folgenden Vorfokussierungslinse, sondern durch Strahlformung imBereich von Gl und G2 erzeugt. Dieser Vorteil wird durch die Verwendung eines hohen Ε^ρ^^ο'^Ι^β^ und eine relativ zur Öffnung der G2-Elektrode relativ große Dicke dieser Elektrode erreicht. .

Bei einem bevorzugten Bipotential-System gemäß einer Ausführungsform der- Erfindung entsprechend dem System 26 werden die folgenden Abmessungen, Abstände und Betriebspotentiale verwendet;

mils

mm

Abstand a zwischen Kathode und Gl Dicke b von Gl Durchmesser c der Gl-Öffnung Abstand d zwischen Gl und G2 Dicke e von G2

Durchmesser f der G2-Öffnung Abstand g zwischen G2 und G3 Durchmesser h der G3-Öffnung Länge i von G3 Durchmesser j der G3-Idnse Durchmesser k der G4-Linse Abstand ί zwischen G3 tnd G4

Kathodensperrpotential Gl-Potential G2-Potential

G3-Potential G4-Potential

3	0,076	5,436
5	0,127	5,766
25	0,635	1,270
11	0,279
20	0,508
25	0,635
33	0,838
60	1,524
925	• 23,495
214
227
50
	Volt
	150
	0
	625
	8500
	30000

-V.

I £. ί α

Bei der obigen Beschreibung war erwähnt worden, daß die dicke G2-Elektrode des neuen Systems 26 eine einzige dicke durchbrochene Platte 52 enthält. Die durchbrochene Platte der dicken G2-Elektrode kann jedoch auch durch einen Stapel oder eine Schichtstruktur aus mehreren dünneren durchbro-* chenen Platten, deren Durchbrechungen oder Löcher fluchten, gebildet v/erden. ··» ..

Beispielsvieise zeigt Fig. 10 eine andere AusfUhrungsform einer dicken G2-Elektrode 130, die zwei relativ dünne, durchbrochene Platten 132 enthält, v/elche durch einen z.B. ringförmigen Abstandshalter 134 getrennt sind. Die effektive Dicke der G2-Elektrode 130 ist der Abstand zwischen der nach außen v/eisenden Oberfläche der einen durchbrochenen Platte 32 zu der entgegengesetzten, nach außen v/eisenden Oberfläche der anderen Platte 132.

In Pig. 11 ist eine v/eitere Möglichkeit für die Konstruktion einer dicken blendenartigen G2-Elektrode 140 dargestellt. Die G2-Elektrode 140 enthält zwei gelochte Platten 142 mittlerer Dicke, die satt aneinander anliegen und mit ihren Löchern fluchten. Die effektive Dicke der dicken G2-Elektrode 140 ist der Abstand zwischen der nach außen weisenden Oberfläche der einen Platte 42 und der entgegengesetzten, nach außen weisen Oberfläche der anderen Platte 142.

Allgemein gesprochen, sind die elektronenoptischen Eigenschaften des Elektronenstrahlerzeugungssystems für eine gegebene G3-Spannung umso besser, je kleiner der Abstand zwischen G2 und G3 ist, Wenn das G2-G3-Feld auf etwa 15700 V/mm (400 V/mil = 15748 V/mm( gesteigert wird, nimmt die Größe des auf dem Bildschirm erzeugten Fleckes bei sonst unveränderten Faktoren laufend ab. Z.B. lieferte eine Ausführungsform des neuen Systems 26, bei dem der Abstand G2-G3 0,838 mm betrug, und das mit einer Feldstärke E_G2-q3 ^ν0Ώ· 9409 V/mm betrieben wurde, bei einem vorgegebenen Strahl-

"* " 212 156

strom einen Fleck von 2,75 mm Größe, während das gleiche System bei einem Abstand G2-G3 von 1,219 mm und der gleichen Feldstärke ^eq2-G3 ^{un<i dem} Speichen Strahlstrom einen Fleck mit einer Größe von 2,95 mm liefert. Wenn der Abstand' G2-G3 so klein gemacht wird, daß E„p „. größer als etv/a 400 V/mil oder 15750 V/am wird, treten im allgemeinen Probleme durch Spannungsinstabilitäten, wie Überschläge zwischen den Elektroden G2 und S3 auf. Für Eq₂-G3 ^nat sich &^e? Arbeitsbereich von etwa 5900 bis 9850 V/mm oder 150 bis 250 V/mil (=5905.bis 9843 V/mm) als besonders vorteilhaft erwiesen. Dieser Bereich, achließt den steilsten Teil der Kurve ein, in dem sich für eine vorgegebene Feldstärkeänderung die Stärkenveränderungen der Strahleigenschaften ergeben. Das untere Ende dieses vorteilhaften und bevorzugten Bereiches stellt eine trächtliche Verbesserung gegenüber bekannten Systemen dar, die mit einem Bq2-(j3 ^{von e}^^wa 3940 V/mm (100 V/mil) arbeiten, und das obere Ende des bevorzugten Bereiches ist genügend weit von der Durchschlagsfeldstärke entfernt.

Die Durchmesser der Öffnungen der Gl- und der G2-Elektröde werden auf der Basis konventioneller Konstruktionsregeln für Elektronenstrahlerzeugungssysteme bemessen. Hier sind der gewünschte maximale Strahlstrom, die gewünschte Fleckgröße und die Steuerempfindlichkeit zu berücksichtigen. Die Dicke der G2-Elektrode -wird dann aufgrund der hier gegebenen Konstruktionslehren bestimmt. Eine Dicke der G2-Elektrode, die gleich dem 0,4- bis 1,0-fachen des Durchmessers der Öffnung der G2-Elektrode ist, hat sich als geeignet erwiesen, die gewünschte divergierende Wirkung an der Strahleintrittsseite der G2-Slektrode zu erzeugen. Wenn man die Dicke von G2 kleiner als das 0,4-fache des Durchmessers der öffnung von G2 macht, erhält man eine zu geringe oder gar keine Divergenzwirkung;. Yifenn die Dicke von G2 die Größe der Öffnung von G2 überschreitet,"beginnen Aberrationseffekte ausgeprägter in Erscheinung zu treten, und die äußeren

-u- 212 1

Strahlen des Elektronenstrahlbündels fangen an nach innen auf einen Vorüberkreuzungsbereich gerichtet zu werden, was einen unscharfen Strahlfleck oder Strahlquerschnitt zur Folge hat, der einen dichten Kern mit einem diesen umgebenden Hof zu haben scheintβ Wenn das Verhältnis der Dicke von G2 zum Durchmesser ihrer Öffnung den Wert 1 zu überschreiten beginnt, entsteht außerdem^Jin G2 eine nutzlose Driftzone und es wird zunehmend schwieriger, die Elektrodenteile durch konventionelle Stanzverfahren herzustellen. Der Bereich von 0,4 bis 1,0 stellt also nicht nur in elektronenoptischer Hinscith, sondern auch im Hinblick auf die mechanische Herstellung, einen praktisch zweckmäßigen Bereich dar.

Die Länge der G3-Elektrode wird so gewählt, daß der Elektronenstrahl in der Hauptfokussierungslinse am hinteren Ende von G3 einen Durchmesser von etwa der Hälfte oder etwas weniger als der Hälfte des Durchmessers der linsenbildenden Öffnung in der G3-Elektrode hat, wenn das Strahlerzeugungssystem mit einem willkürlich gewählten, normierten V/eißwertSteuerstrom von 3,5 Milliampere betrieben wird, Bei einem System mit den oben angegebenen bevorzugten Betriebsspannungen und Konstruktionsparametern hatte der Durchmesser des Elektronenstrahlbündels in der Hauptfokussierungslinse bei Aussteuerung des Elektronenstrahls auf-leinen Strahlstrom von 3,5 mm einen Wert von etwa 2,229 mm oder das 0,41-fache des Durchmessers von G3 bei der linse. Wenn man G3 länger macht, nimmt üb Objektweite zu und die Vergrößerung wird dadurch weiter verringert. Dabei wird jedoch der Durchmesser des Elektronenstrahlbündels in der Linse größer und die sphärische Aberration der Linse wird problematischer. Macht man G3 kürzer, so wird die sphärische Aberration kleiner, dies jedoch auf Kosten einer Erhöhung der Vergrößerung. Eine Auslegung des Elektronenstrahlerzeugungssystems für den maximal tragbaren Durchmesser des Elektronenstrahlbündels in der

Hauptfoküssierungslinse hat auch den Vorteil einer geringeren Strahldichte, so daß er weniger durch Raumladungseffekte beeinträchtigt wird· Eine Änderung der Dicke von G2 von etwa dem 0,4-fachen auf das 1,0-fache des Durchmessers der Öffnung von G2 ändert den Überkreuzungsbereich- Austrittswinkel ß des Elektronenstrahlbündels von etwa...0,0675 bis 0,042 Radian, so daß die Länge von G3 von etwa dem 2,5-fachen bis zum 5»0-fachen des Durchmess«ers der Linsenöffnung der G3-Blektrode optimiert wird.

Versuche haben gezeigt, daß das Verhältnis von 2,5 bis 5 zwischen der Länge.von G3 und dem Linsendurchmesser von G3 nicht nur für einen Öffnungsdurchmesser von 0,635 mm der G2-Elektrode gilt, (Pig. 7) sondern auch für andere geeignete Öffnungsabmessungen.

Der maximal zulässige Durchmesser des Elektronenstrahlbündels wird nicht nur durch die sphärische Aberration begrenzt, sondern auch durch Verzerrungen des Bündelquerschnitts, die das Ablenkfeld verursacht, wenn der Bündeldurchmesser im Ablenkfeld zu groß ist. Dies gilt insbesondere für die in jüngerer Zeit entwickelten selbstkonvergierenden Präzisions-Inlineröhren-Ablenkeinheit-Kombination.

Die bei den vorliegenden Systemen verringerten Winkel am Überkreuzungsbereich fordern eine schwächere Hauptfoküssierungslinse für die Abbildung des Überkreuzungsbereiches auf den Bildschirm. Da die Hauptfoküssierungslinse zwischen G3 und G4 erzeugt wird, und da an G4 die Bildröhrenhochspannung (Endanodenspannung) liegt, muß die Spannung an G3 höher sein als bei einem konventionellen System, damit sich die gewünschte schwächere Linse ergibt. Dies hat zur Polge, daß die G3-Spanriung stärker in die Öffnung von G2 durch- , greift, was theoretisch dem Wunsch widerspricht, einen vollständigen Durchgriff zu vermeiden, damit die gewünschte di-~ vergierende Feldwirkung an der Strahleneintrittsseite der

Öffnung von G2 erzeugt werden kann. Dieser scheinbare Konflikt kann jedoch einfach dadurch vermieden werden, daß man das Verhältnis der Dicke von G2 zum Durchmesser von G2 über dasjenige hinaus erhöht, was sonst erforderlich wäre. Ein Vorteil der schwächeren Hauptlinse ist die na- · turgemäß geringere sphärische Aberration.

Versuche haben gezeigt, daß Abstände zwischen Gl und G2 zwischen 0,229 und 0,381 mm, also zwischen etwa 0,23 und etwa 0,38 min (9 bis 15 inils)einen optimal brauchbaren Bereich darstellen. Wenn man den Abstand größer als etwa 0,38 oder 0,381 mm-(15 mils) macht, verschiebt sich das divergierende PeId an der Eintrittsseite der G2-Elektrode in den Überkreuzungsbereich oder über diesen hinaus, so daß die gewünschte Y/irkung, den Überkreuzungsbereich-Eintrittswinkel <j£ herabzusetzen, verloren geht. Macht man diesen Abstand kleiner als etwa 0,23 mm, so beginnen Probleme hinsichtlich der mechanischen Toleranzen aufzutreten, die zu Kurzschlüssen zwischen Gl und G2 führen können. Y/enn man den Abstand wesentlich kleiner als 0,23 ram macht, kann außerdem das an der Eintrittsseite der G2-Elektrode resultierende divergierende PeId so stark werden, daß der Elektronenstrahl in einem derartigen Ausmaß zusammengedrückt wird, daß starke Raumladungseffekte auftreten und die Vorteile des gewünschten kleinen Überkreuzungsbereich-Winkels zunichte machen. Ähnliche Polgen eines zu starken divergierenden oder zerstreuenden Peldes an der Eintrittsseite der G2-Elektrode ergeben sich, wenn die Spannungsdifferenz zwischen Gl und G2 zu groß gemacht wird.

Änderungen der Stärke des divergierenden oder zerstreuenden Peldes an der Eintrittsseite der Öffnung der G2-Elektrode beeinflussen nicht nur die Größe des Überkreuzungsbereich-Eintrittswinkels c6, sondern verschieben auch den Überkreuzungsbereich nach vorne oder hinten. Diese Bewegungen des Überkreuzungsbereiches sind jedoch verhältnismäßig klein

-it- 212 156

i- sind· daher für die Konstraktion nicht besonders wesentlich.

.Die in Pig. 8 dargestellte Kurve fordert zwar für eine G2-Öffnung von etwa 0,9 min (25 mils = 0,889 ram) eine Länge von etwas weniger als 22,86 mm (900 mils) für die G3-Elektrode, bei dem Ausführungsbeispiel des neuen Systems 26, für das oben spezielle Konstruktionsparameter angegeben sind, beträgt die Länge der G3-Elektrode jedoch 23,495 mm (925 mils), Die G3-Slektrode wurde hier zusätzlich verlängert, um eine Struktur als ganzes zu schaffen, die mit einer G3-Spannung von 8500 Volt und 30000 Volt an G4 ordnungsgemäß arbeitet. Die Abweichung von der optimalen Länge für G3 ist hinsichtlich des Kompromisses zwischen der sphärischen Aberration und der Vergrößerung unwesentlich.

Das vorliegende neuartige Elektronenstrahlerzeugungssystem wurde am Beispiel eines Teiles eines Dreistrahl-Inline-Systems beschrieben. Die Erfindung läßt sich jedoch auch bei einem Dreistrahl-Delta-System oder einem Einstrahlsystem verwirklichen. Ferner läßt sich die Erfindung ausser bei den beschriebenen Systemen vom Bipotentialtyp auch bei anderen Typen von Blektronenstrahlerzeugungssystemen anwenden, wie Systeme, die Dreipotential- oder Unipotential-Pokussiersyateme enthalten.

Pur andere als Bipotential-Pokussierungssysteme können die hier für die Länge der G3-Elektrode angegebenen Daten unter Umständen nicht anwendbar sein. Man kann jedoch geeignete Längen für die verwendeten Pokussierungselektroden einfach dadurch ermitteln, daß man den Ort der Pokussierungslinse oder Pokussierungslinsenso bestimmt, daß sich eine optimale Füllung der Linse oder Linsen durch das Elektronenstrahlbündel ergibt.

Claims (14)

-is- 212 ί

1. Elektronenatrahlerzeugungasystein, vielahes eine Kathode, eine blendenartige Steuerelektrode, eine blendenartige SchirragitteieLektrode, eine rohrfö'rmige erate Linsenelektrode und eine zv/eite Linsene-lektrode enthält, die mit gegenseitigen Abständen in der angegebenen Reihenfolge angeordnet sind, gekennzeichnet dadurch, daß die Dicke der Schirmgitterelektrode (38) das 0,4 bis 1,0-fache des Durchmessers (f) der Öffnung (56) der Schirmgitterelektrode beträgt und daß die länge (i) der ersten Linsenelektrode (G3; 40) das 2,5 bis 5»0-fache des Durchmessers. (j) der ersten Linsenelektrode beträgt.

2. Elektronenstrahlerzeugung3system nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Schirmgitterelektrode (G2) so 'geformt ist, daß sich zwischen ihr und der ersten Linsenelektrode (G3) ein im wesentlichen ebenes elektrostatisches PeId (82) ausbildet, daß praktisch keine Vorfokussierungswirkung ausübt.

3. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Punkt 1, gekennzeichnet durch die folgenden Abmessungen und Abstände:

mils mm

Abstand (a) zwischen Kathode und Steuergitter (Gl) 3 0,076 Dicke (b) der Steuergitterelektrode (Gl) 5 0,127

Durchmesser (c) der Öffnung des Steuergitters (Gl) 25 0,635 Abstand (d) zwischen Steuer- und Schirmgitterelektrode (Gl - G2) 11 0,279

Dicke (e) der Schirmgitterelektrode (G2) 20 0,508 Durchmesser (f) der Öffnung der Schirmgitterelektrode (G2) 25 0,635

ο .ι Γ,* w ι λ α 7 α -k. w <\ ι\ ί; ! ί-Ι

212 156

Abstand (g) zwischen Schirmgitter und erster Linsenelektrode (G2 - G3) 33 0,838

Durchmesser (h) der Öffnung der ersten Linsenelektrode (G3) 60 1,524

länge (i) der ersten Linsenelektrode (G3) 925 23,495 Durchmesser (3) der ersten Linsenelektrode (G3) 214 5,436 Durchmesser (k) der zweiten Linsenelektrode (G4) 227 5»766

Abstand (1) zwischen der ersten und der zweiten Linsenelektrode (G3 - G4) 50 1,270.

4. Elektronenstrahlerzeugungssystern nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß es für die folgenden elektrischen Betriebspotentiale ausgelegt ist:

Volt

Potential .Gl 0

Potential G2 625

Potential G3 8500

Potential G4 30000.

5. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Punkt 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Feldes (E^₂ _ g-, 82) von 3900 bis 15800 V/mm, insbesondere 3937 bis 15748 V/mm (100 bis 400 V/mil) zwi-Bchen der Schirmgitterelektrode (G2) und der ersten Linsenelektrode (G3).

6. Elektronenstrahlerzeugungssystern mit einer Kathode, einem Steuergitter, einem Schirmgitter mit einer einer Loch aufweisenden Platte, einer rohrförmigen Linsenelektrode, das bei Anlegen geeigneter elektrischer Potentiale an diese Elektroden ein Slektronenstrahlbündel erzeugt, das sich von der Kathode zu einem Überkreuzungsbereich erstreckt und nach dem Austreten aus dem Überkreuzungsbereich durch eine Pokussierungslinse fokussiert wird, die sich am hinteren Ende der Linsenelektrode befindet, gekennzeichnet dadurch, daß der Abstand (g) zwischen dem Schirmgitter (G2, 38) und der rohrförmigen Linsenelektrode (G3» 40) so ge-

-a- 212 15

wählt ist, daß zwischen diesen Elektroden ein elektrisches PeId (E_G2 _ _G3, 82) von 3900 bis 15800 V/mm, insbesondere 3937 bis 15748 V/mm herrscht und daß das Verhältnis der Dicke (e) der Platte (52) des Schirmgitters. (G2) zum Durchmesser (f) des Loches (56) des Schirmgitters 0,4 bis 1,0 beträgt.

7. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Punkt 5 oder 6, gekennzeichnet dadurch, daß die elektrische Feldstärke etwa 5900 bis 9850 V/mm, insbesondere 5906 bis 9843 V/mm beträgt.

8. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Punkt 6 oder 7, gekennzeichnet dadurch, daß der Abstand (G2 - G3) zwischen dem Schirmgitter und der Linsenelektrode 0,8 bis 1,2, insbesondere 0,838 bis 1,219 mm beträgt.

9· Elektronenstrahlerzeugungssystern nach Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Feldstärke zwischen dem Schirmgitter und der Linsenelektrode ^qo-G^ etwa 9400, insbesondere 9409 V/mm und das Verhältnis von Dicke zu Lochdurchmesser der Platte des Schirmgitters etwa 0,8 betragen.

10. Elektronenstrahlerzeugungssystern nach Punkt 9, gekennzeichnet dadurch, daß der Abstand zwischen dem Schirmgitter (G2) und der Linsenelektrode (G3) etwa 0,84, insbesondere 0,838 mm beträgt, daß die Dicke der Platte des Schirmgitters etwa 0,5 mm, insbesondere 0,508 mm und der. Duchmesser des Loches des Schirmgitters etwa 0,63, insbesondere 0,635 Dim betragen.

11. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach einem der Punkte 6 bis 10, gekennzeichnet dadurch, daß-die Länge (i) der Linsenelektrode (G3) das 2,5 bis 5,0-fache des Durchmessers (j) der Linse (G3) beträgt..

«- 212 15S

12. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Punkt 11, gekennzeichnet dadurch, daß die Länge der Linsenelektrode (G3) etwa 23,5 mm (925 mils) und ihr Durchmesser etwa 5,44 mm (214 mils) betragen.

12 236 57

Erfindungsanspruch ;

13· Elektronenstrahlerzeugungssystem zum Erzeugen eines Elektronenstrahlbündels, das zu einem Überkreuzungsbereich konvergiert, v/elcher durch eine elektronenoptische Linse in eine Bildebene abgebildet wird, mit einer Kathode, einem Steuergitter, das eine Platte mit einem Loch aufweist, einem Schirmgitter, das eine Platte mit einem Loch aufweist, einer ersten Linsenelektrode und einer zweiten ünsenelektrode, die in der aufgeführten Reihenfolge mit gegenseitigen Abständen angeordnet sind, gekennzeichnet dadurch, daß die Gitter und Elektroden (34, 36, 38, 40, 42) so bemessen und solchen gegenseitigen Abständen angeordnet sind, daß der Durchgriff eines zwischen der Schirmgitterelektrode (G2) und der ersten Linsenelektrode (G3) herrschenden Hochspannungsfeldes durch das Loch (56) des Schirmgitters (G2) verringert wird und das zwischen dem Steuergitter (Gl) und dem Schirmgitter (G2) herrschende PeId (66) am Eingang des Loches des Schirmgitters eine divergente Konfiguration hat, so daß der Winkel (aC ), in dem das Elektronenstrahlbündel in den Überkreuzungsbereich (70) eintritt, und damit die sphärische Aberration des Bündels (28) in der elektronenoptischen Linse verringert werden; daß ein Kompromiß zwischen der durch die elektronenoptische Linse verursachten verringerten sphärischen Aberration und der Erhöhung der Objektweite (P) des Fokussierenstems das Strahlerzeugungssystem (26) getroffen ist und daß eine Anordnung vorgesehen ist, die zwischen dem Schirmgitter (G2, 38) und der ersten Linsenelektrode (G3, 40) ein im wesentlichen ebenes elektrostatisches Feld erzeugt, das praktisch keine Vorfokussierungswirkung ausübt, so daß ein maximaler Objektabstand erhalten wird.

-V

-M- 212 t

14· Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Punkt 13, gekennzeichnet durch eine Anordnung, die das PeId ^qo-G^ zwischen dem Schirmgitter und der ersten Linsenelektrode . derart erhöht, daß das ElektronenstrahlbUndel aus dem Überkreuzungsbereich mit verringerter Raumladung und verringerten diesbezüglichen Abbildungsfehlern abgesaugt wird.

Hierzu.... ^„Seiten Zeichnungen