DE2156661A1

DE2156661A1 - Deflector for a beam consisting of charged particles

Info

Publication number: DE2156661A1
Application number: DE19712156661
Authority: DE
Inventors: William Los Angeles Calif. Hant (V.StA.)
Original assignee: Northrop Grumman Corp
Current assignee: Northrop Grumman Corp
Priority date: 1970-11-16
Filing date: 1971-11-15
Publication date: 1972-06-15
Also published as: JPS53670B1; NL7115742A; FR2114777A5; CA989980A; GB1312906A

Description

"Ablenkeinrichtung für einen aus geladenen Teilchen bestehenden Strahl""Deflection device for a beam consisting of charged particles"

Die vorliegende Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf eine Ablenkeinrichtung für einen aus geladenen Teilchen bestehenden Strahl und insbesondere auf eine Einrichtung dieser Art, welche eine elektrostatische Steuerung benutzt, die auf ein digitales Steuersignal ansprechen kann.The present invention relates generally to a deflector for a charged particle Beam and in particular to a device of this type which uses electrostatic control based on a digital Control signal can respond.

In der US-PS 3.4o8 532 ist eine Elektronen-Strahl-Ablenkeinrichtung beschrieben, welche flache, plattenförmige Steuerdynoden enthält, die zwischen eine flache Kathode und eine flache Zielplatte gepackt sind. In der in der US-PS 3 4o8 532 erläuterten Einrichtung tragen die Dynodensteuerplatten binär codierte, fingerförmige Elektroden, welche bstimmte Bereiche mit Öffnungen auf den Steuerplatten belegen. Diese Öffnungen sind miteinander ausgerichtet und bilden Elektronenstrahlkanäle zwischen der Kathode und der Zielelektrode. In der in dieserIn US Pat. No. 3,4o8,532 there is an electron beam deflector described which flat, plate-shaped control dynodes which are packed between a flat cathode and a flat target plate. In the US Pat. No. 3,4o8,532 explained device carry the dynode control plates binary coded, finger-shaped electrodes, which certain areas cover with openings on the control plates. These openings are aligned with one another and form electron beam channels between the cathode and the target electrode. In the in this

Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Lm%%3^r§a(.-\\fgrAlemar\smann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann - 2 -Patent attorneys Dipl.-Ing. Martin Lm %% 3 ^ r§a (.- \\ fgrAlemar \ smann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann - 2 -

US-PS beschriebenen Einrichtung dienen die Dynodensteuerplatten sowohl zur Steuerung als auch zur Elektronen-Vervielfachung. Diese Art von Ablenkeinrichtung wdst bestimmte Vorteile gegenüber Kathodenstrahlröhren-Ablenkvorrichtungen, die dem Stand der Technik entsprechen, auf. Zu diesen Vorteilen zählen der kompakte Aufbau, die hohe Linearität und die Ansprechbarkeit durch wahlfrei adressierte, digitale Steuersignale.The device described in US-PS, the dynode control plates serve both for control and for electron multiplication. This type of deflector has certain advantages over cathode ray tube deflectors, which correspond to the state of the art. These advantages include the compact design, high linearity and the responsiveness through freely addressed, digital control signals.

Die der vorliegenden Erfindung entsprechende Einrichtung stellt eine Verbesserung gegenüber in der oben erwähnten US-PS erläuterten Vorrichtung dar, wo die Kombination von Elektronen-Vervielfachung und Steuerung in der gleichen Steuerplatte zwar eine Minimierung der Anzahl solcher Platten für irgendeinen Anwendungsfall bewirkt, daneben aber auch einen Kompromiß zwischen optimalem Aufbau für die Elektronen-Vervielfachung einerseits und der Steuerung andererseits bedingt. Zur Erzielung einer Elektronen-Vervielfachung ist es dort ferner notwendig, nacheinander höhere Spannungen an die Dynodenplatten mit zunehmender Entfernung von der Kathode auf dem Weg zur Zieleinrichtung zu legen. Dies erhöht die Forderungen an die Energieversorbung und wirft Spannungsisolierungsproblerne zwischen den Elektroden auf, vor allem wenn man an den geringen Abstand bei einer kompakten Ausführungsform denkt. Im Aufbau der Dynoden sind ferner Widerstandsbeläge in denöffnungen zwischen den Elektroden auf den gegenüberliegenden Seiten der Platten vorgesehen, wodurch ständig ein Strom fließt und laufend Energie verbraucht wird. Außerdem tritt eine unerwünschte Verzerrung bei der Wiedergabe auf der Zielelektrode in Gestalt eines "Dunkelstrich"-Effektes aufgrund der Widerstandsbeläge in den Kanälen und aufgrund der kapazitiven Querkopplung zwischen gesperrten und leitenden Kanälen auf. Schließlich ist es relativ teuer, Steuerplatten mit Sekundäremissionseigenschaften herzustellen.The device according to the present invention is an improvement over that mentioned above US-PS illustrated device where the combination of electron multiplication and control in the same Control plate minimizes the number of such plates for any application, but it does also a compromise between optimal design for electron multiplication on the one hand and the control on the other hand. To achieve electron multiplication it is also necessary there to successively higher voltages to place on the dynode plates with increasing distance from the cathode on the way to the target facility. This increases the demands on the power supply and raises voltage isolation problems between the electrodes, especially if you think of the small distance in a compact embodiment. In the construction of the dynodes are also Resistance pads are provided in the openings between the electrodes on opposite sides of the plates, whereby a current is constantly flowing and energy is constantly being consumed. In addition, undesirable distortion occurs in the Reproduction on the target electrode in the form of a "dark line" effect due to the resistance deposits in the channels and due to the capacitive cross coupling between blocked and conductive channels. Finally, it is relatively expensive to have control plates with secondary emission properties to manufacture.

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.1.1

Die der vorliegenden Erfindung entsprechende Einrichtung weist demgegenüber bei bestimmten Anwendungsfällen Vorteile im Vergleich zu der Elektronenstrahl-Ablenkeinrichtung auf, die in der oben erwähnten US-PS erläutert ist. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß in der dieser Erfindung entsprechenden Vorrichtung zusätzliche Plattenelemente für die Elektronenstrahl-Vervielfachung notwendig sein können, vor allem wenn stärkere Elektronenströme verlangt werden. In diesen Fällen kann die in der oben erwähnten US-PS erläuterte Vorrichtung, wo Dynoden- und Steuerfunktionen in den gleichen Platten vereint sind, wieder vorteilhafter sein.In contrast, the device corresponding to the present invention has advantages in certain applications in comparison to the electron beam deflector disclosed in the above-mentioned U.S. Patent. However, it is pointed out that in the device according to this invention, additional plate elements for the Electron beam multiplication may be necessary, especially when stronger electron currents are required. In In these cases, the device discussed in the above-mentioned US patent, where dynode and control functions in the same Plates are united to be more beneficial again.

In der dieser Erfindung entsprechenden Einrichtung werden die Steuerfunktionen von eigenen Steuerplatten wahrgenommen. Diese Steuerplatten bewirken keine Elektronen-Vervielfachung. Der Teilchenstrahl wird mit Hilfe elektrostatischer Fokussierung von einer Steuerelektrodenplatte zur anderen geführt, wobei die zwischen aufeinanderfolgenden Platten liegenden Fokussierungsspannungen relativ gering sind und praktisch jeweils den gleichen Wert besitzen. Es gibt also keine Erhöhung mit jedem folgenden Plattenpaar. Die Sperrung wird mit Hilfe einer Sperrspannung erzielt, die in ihrer Größe der Spannung der Elektronenquelle nahekommt, so daß alle für die Steuerung erforderlichen Potentiale relativ klein sein können. Es gibt außerdem keine ohmische Verbindung zwischen Elektroden auf gegenüberliegenden Seiten der Steuerplatten, und es gibt damit keinen energieverzehrenden Strom und keinen "Dunkel-strich"-Effekt, wie in den oben erwähnten, dem Stand der Technik entsprechenden Geräten dieser Art. Bei Anwendungsfällen, für die große Straliströme benötigt werden, sind eigene Einrichtungen für die Elektronen-Vervielfachung vorzusehen. Solche Einrichtungen können aber dann allein für die Aufgabe der Vervielfachung optimal ausgelegt werden. Sie haben keine Steuerfunktionen zu erfüllen, was ihren Aufbau vereinfacht. Es sei darauf hingewiesen, daß dieIn the device according to this invention, the Control functions perceived by their own control panels. These control plates do not cause any electron multiplication. Of the Particle beam is guided from one control electrode plate to the other with the aid of electrostatic focusing, whereby the focusing voltages between successive plates are relatively low and practically each have the same value. So there is no increase with everyone following pair of plates. The blocking is achieved with the aid of a blocking voltage, the magnitude of which is close to the voltage of the electron source, so that all necessary for the control Potentials can be relatively small. There is also no ohmic connection between electrodes on opposite sides Sides of the control plates, and there is thus no energy-consuming Electricity and no "dark line" effect, as in the above-mentioned, state-of-the-art devices of this type. In applications for which large currents are required separate facilities for the multiplication of electrons are to be provided. Such facilities can, however then be optimally designed solely for the task of multiplication. They don't have any control functions to perform simplifies their structure. It should be noted that the

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der vorliegenden Erfindung entsprechende Einrichtung nicht nur zur Steuerung von Elektronen sondern auch zur Steuerung von anderen geladenen Teilchen, etwa positiven oder negativen Ionen, verwendet werden kann.Apparatus according to the present invention not only for controlling electrons but also for controlling can be used by other charged particles such as positive or negative ions.

Es dsb daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektronenstrahl-Ablenkeinrichtung zu schaffen, welche flach und kompakt aufgebaut ist, elektrostatisch in Abhängigkeit von digitalen Steuersignalen relativ niedriger Spannung gesteuert werden kann, ausgezeichnete Sperreigenschaften besitzt und minimalen Energieverbrauch aufweist.It is therefore the object of the present invention to provide an electron beam deflection device to create, which is flat and compact, depending on electrostatic digital control signals can be controlled relatively low voltage, has excellent blocking properties and has minimal energy consumption.

Die Erfindung läßt sich wie folgt zusammenfassen:The invention can be summarized as follows:

Mehrere flache Steuerelektrodenplatten sind zwischen eine Kathode und eine Zielelektrode gepackt und steuern einen dazwischen fließenden Strom geladener Teilchen, etwa Elektronen oder Ionen. Jede Steuerelektrodenplatte besitzt mehrere öffnungen, die mit entsprechenden öffnungen in allen anderen Steuerplatten ausgerichtet sind. Diese miteinander ausgerichteten öffnungen bilden Strahlenkanäle. Die Steuerelektrodenplatten besitzen ferner je ein Paar elektrisch leitende Elektroden, die in bestimmten, codierten, fingerförmigen Mustern angeordnet sind. Den Steuerelektroden werden wahlweise Spannungen mit Hilfe von Schaltkreisen zugeführt, um die geladenen Teilchen elektrostatisch zu bündeln und, durch öffnungen zu lenken, die bestimmten, ausgewählten Elektroden zugeordnet sind. Gleichzeitig wird geladenen Teilchen der Durchtritt durch öffnungen, die den übrigen Elektroden zugeordnet sind, gesperrt. Auf diese Weise können durch eine wahlweise Schaltsteuerung der Steuerelektrodenplatten ein Strahl oder mehrere Strahlen zu einem bestimmten Teil oder zu bestimmten Teilen der Zielelektrode pro Zeiteinheit gelenkt werden.A plurality of flat control electrode plates are packed between a cathode and a target electrode and control one therebetween flowing stream of charged particles, such as electrons or ions. Each control electrode plate has several openings that align with corresponding openings in all other control panels. These aligned with each other openings form radiation channels. The control electrode plates each have a pair of electrically conductive electrodes, which are arranged in specific, coded, finger-shaped patterns. The control electrodes are optionally voltages supplied with the help of circuits in order to bundle the charged particles electrostatically and to close them through openings steer, which are assigned to certain, selected electrodes. At the same time, charged particles will pass through blocked by openings that are assigned to the other electrodes. In this way, through an optional shift control of the control electrode plates one beam or several beams to a certain part or to certain parts of the target electrode per unit of time.

Die folgende Beschreibung und die Zeichnungen denen zur weiteren Erläuterung dieser Erfindung.The following description and drawings are provided to further explain this invention.

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Die Zeichnungen zeigen:The drawings show:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Ausführungsfirm der vorliegenden Erfindung;Fig. 1 in a schematic representation of an embodiment of the present invention;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform; undFIG. 2 shows a cross section through the embodiment shown in FIG. 1; and

Fig. 3 einen Querschnitt durch die in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigte Ausführungsform dieser Erfindung, wobei Einzelheiten des Aufbaus der Elektronenstrahlkänäle zu sehen sind.3 shows a cross section through that shown in FIGS. 1 and 2 Embodiment of this invention, with details the structure of the electron beam channels can be seen.

Die der vorliegenden Erfindung entsprechende Einrichtung besteht, kurz gesagt, aus einer flächenhaften Quelle für geladene Teilchen, etwa einer Elektronenquelle, und aus einer flach aufgebauten Zielelektrodenplatte , zwischen die mehrere Steuerelektrodenplatten zum Steuern des Elektronenstroms zwischen Elektronenquelle und Zielelektrode gepackt sind. Jede Steuerelektrodenplatte besitzt mehrere Öffnungen, wobei entsprechende Öffnungen aufeinanderfolgender Platten miteinander ausgerichtet sind und auf diese Weise Elektronenstrahlkänäle zwischen Elektronenquelle und Zielelektrode bilden. Jede Steuerelektrodenplatte trägt ferner ein Elektrodenpaar auf seinen gegenüberliegenden Breitseiten. Die Elektroden sind in einem bestimmten, binär codierten, fingerförmigen Muster angeordnet, das sich von Steuerelektrodenplatte zu Steuerelektrodenplatte ändert. Schaltsteuerkreise, die in Abhängigkeit von adressierten logischen Schaltungen arbeiten, sind mit jedem Elektrodenpaar der Steuerelektrodenplatten verbunden, wobei bestimmte Elektroden eine Spannung erhalten, mit der die durch die Öffnungen fliegenden Elektronen gebündelt werden, während die übrigen Elektroden zur gleichen Zeit eine Spannung erhalten, mit der ein Durchtritt von Elektronen durch die ihnen zugeordneten Öffnungen verhindert wird. Auf diese Weise kann der Elektronenstrahl wahlweise zu jedem beliebigen AbtastelementBriefly, the device according to the present invention consists of a planar source of charged Particles, such as an electron source, and from a flat target electrode plate, between the several Control electrode plates for controlling the flow of electrons are packed between the electron source and target electrode. Every Control electrode plate has several openings, with corresponding openings of successive plates with one another are aligned and in this way electron beam channels between electron source and target electrode. Each control electrode plate also carries a pair of electrodes on its opposite broadsides. The electrodes are arranged in a specific, binary-coded, finger-shaped pattern, which changes from control electrode plate to control electrode plate. Switching control circuits that depend on the addressed Working logic circuits are connected to each pair of electrodes of the control electrode plates, with certain Electrodes receive a voltage with which the electrons flying through the openings are focused, while the The remaining electrodes receive a voltage at the same time, with which the passage of electrons through the openings assigned to them is prevented. In this way, the Electron beam optionally to any scanning element

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oder zu beliebigen Abtastelementen der Zieleinrichtung in Abhängigkeit von digitalen Steuersignalen adressiert werden. Die der vorliegenden Erfindung entsprechende Einrichtung kann auch einen Elektronen-Vervielfacher in der Elektronenbahn enthalten. Außerdem kann eine Modulationssteuerplatte zur Modulation der Strahlenintensität vorgesehen werden.or to any scanning elements of the target device in Addressed depending on digital control signals. The device according to the present invention can also contain an electron multiplier in the electron path. In addition, a modulation control plate to modulate the radiation intensity.

Es soll nun auf Fig. 2 und Fig. 3 der Zeichnungen Bezug genommen werden. Zur besseren Veranschaulichung ist eine 8x8 Wiedergabeeinrichtung dargestellt. In den meisten praktischen Anwendungsfällen wird man jedoch eine wesentlich größere Anzahl von Kanälen vorsehen, um eine höhere Auflösung bei. der Wiedergabe zu erreichen. Ein evakuierbares, dichtes Gehäuse wird durch die Rahmenelemente 11, die keramische Platte 12 und die als Vorderseite dienende Glasplatte 14 gebildet. Das so aufgebaute Gehäuse wird evakuiert, um ein Vakuum für die darin befindlichen Elemente zu schaffen.Reference should now be made to Figures 2 and 3 of the drawings will. For better illustration an 8x8 display device is shown. In most practical applications, however, you will get a much larger number of channels to provide a higher resolution. playback to reach. An evacuable, tight housing is through the frame elements 11, the ceramic plate 12 and the Serving as the front glass plate 14 is formed. The housing so constructed is evacuated to create a vacuum for those inside to create existing elements.

Die Kathode 16, die in Fig. 1 als flache Platte dargestellt ist, wird an den Seiten von Stabelementen 18 gehalten. Die Oberfläche 16a dieser Platte trägt einen radioaktiven Belag, etwa Tritium-Folie, wodurch eine flächenförmige Elektronenquelle entsteht. Es können natürlich auch andere flächenförmige Elektronenquellen, etwa thermionischen Typs, verwendet werden. Direkt gegenüber der Kathode 16 ist eine Elektronenlinsenplatte 2ο angebracht, die aus einer flachen, dielektrischen Unterlage 2oa mit metallischen Beschichtungen 2ob und 2oc auf den gesamten Breitseiten besteht. Die Elektronenlinse 2o ist von der Kathode 16 durch Isolierstäbe 23 getrennt.The cathode 16, which is shown as a flat plate in FIG. 1, is held on the sides by rod elements 18. the Surface 16a of this plate has a radioactive coating, such as tritium foil, which creates a sheet-like electron source arises. Of course, other sheet-like electron sources, such as the thermionic type, can also be used will. Directly opposite the cathode 16 is an electron lens plate 2ο attached, consisting of a flat, dielectric Base 2oa with metallic coatings 2ob and 2oc on the entire broad sides. The electron lens 2o is separated from the cathode 16 by insulating rods 23.

Im Plattenstapel folgen als nächste die Steuerplatten 25 - 3o, die voneinander mit Hilfe von Isolierplatten 33 getrennt und isoliert sind. Die Platten 33 können aus keramischer» Material bestehen. Die Platte 25 ist von der Linsenplatte 2o durch isolierende, stabförmige Abstandshalter 35 getrennt. Aus Fig. 2 geht hervor, daß die Steuerplatten aus einer dielektrischen UnterlageNext in the plate stack are the control plates 25-3o, which are separated from one another with the aid of insulating plates 33 and are isolated. The plates 33 can consist of ceramic »material. The plate 25 is from the lens plate 2o by insulating, rod-shaped spacers 35 separately. From Fig. 2 it can be seen that the control plates consist of a dielectric substrate

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etwa Keramik oder Glas,bestehen, auf der gleiche Elektroden 43 und 44, welche aus gut leitendem Material aufgebaut sind, an den gegenüberliegenden Breitseiten angeordnet sind. Die Elektroden sind in bestimmten, fingerförmigen Mustern, so wie inFig. 1 der Zeichnungen illustriert, aufgebaut, wobei die einander gegenüberliegenden Elektroden 43 und 44 jeder Steuerplatte das gleiche, aber entgegengesetzt angeordnete fingerförmige Muster besitzen. Die Elektroden 43 und 44 sind elektrisch miteinander über die Schichten 46 gekoppelt. Die Schichten 46 befinden sich in den öffnungen der Platten.such as ceramic or glass, insist on the same electrodes 43 and 44, which are made of highly conductive material, are arranged on the opposite broad sides. The electrodes are in certain, finger-shaped patterns, like this as in Fig. 1 of the drawings, with opposing electrodes 43 and 44 each Control plate have the same but oppositely arranged finger-shaped pattern. The electrodes 43 and 44 are electrically coupled to one another via layers 46. the Layers 46 are located in the openings in the plates.

Vor der Steuerplatte 3o und davon isoliert durch die Isolatorplatte 33 befindet sich die Modulatorplatte 5o. Die Modulatorplatte 50 ist in ihrem Aufbau den Steuerplatten ähnlich, weil sie ebenfalls Elektroden 5oa und 5ob auf den gegenüberliegenden Breitseiten trägt, die durch elektrisch leitende Abschnitte 5oc in den öffnungen miteinander verbunden sind. Die leitenden Schichten 5oa- 5oc sind auf einem dielektrischen Träger 5od angebracht. Die Modulatorplatte 5o unterscheidet sich aber von den Steuerplatten dadurch, daß die Elektroden 5o a und 5ob nicht nach einem fingerförmigen Muster sondern auf der ganzen Oberfläche der Platte angebracht sind. Ferner sind die öffnungen in der Modulatorplatte länger als vergleichsweise in den Steuerplatten, was auch aus Fig. 3 der Zeichnungen hervorgeht. Das Verhältnis von Länge zu Durchmesser ist so gewählt, daß sich weniger abrupte Sperreigenschaften ergeben und die Behandlung eines Modulationssignals einfacher wird. Vor der Modulatorplatte 5o befinden sich zwei Vervielfacherplatten 54 und 55» die von allen anderen Platten isoliert sind. Diese Vervielfacherplatten mit Sekundäremissionseigenschaften können von der selben Art sein, wie die in der US-PS 3 4o8 532 erläuterten Dynoden. Sie besitzen Widerstandsbeläge 54a und 55a mit Sekundäremissionseigenschaften, welche die leitenden Schichten 54b und 54c, und 55b und 55c auf den gegenüberliegenden Oberflächen verbinden. The modulator plate 5o is located in front of the control plate 3o and isolated therefrom by the insulator plate 33. The modulator plate 50 is similar in structure to the control plates because they also electrodes 5oa and 5ob on the opposite one Broad sides carried by electrically conductive sections 5oc are connected to each other in the openings. The senior Layers 5o-5oc are on a dielectric carrier 5od attached. The modulator plate 5o differs, however of the control plates in that the electrodes 5o a and 5ob are not applied in a finger-shaped pattern but on the entire surface of the plate. Furthermore, the openings longer in the modulator plate than comparatively in the control plates, which is also evident from FIG. 3 of the drawings. The ratio of length to diameter is chosen so that there are less abrupt locking properties and the Treatment of a modulation signal becomes easier. Before the Modulator plate 5o there are two multiplier plates 54 and 55 »which are isolated from all other plates. These Multiplier plates with secondary emission properties can be of the same type as those discussed in U.S. Patent 3,4o8,532 Dynodes. You have resistance coatings 54a and 55a with secondary emission properties, which are the conductive Join layers 54b and 54c, and 55b and 55c on the opposite surfaces.

Alle bis jetzt beschriebenen Platten weisen mehrere ÖffnungenAll of the plates described so far have multiple openings

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βο auf, wobei entsprechende öffnungen aufeinanderfolgender Platten miteinander ausgerichtet sind und Elektronenstrahlkanäle zwischen Kathode 16 und Zielelektrode Ik bilden. βο , with corresponding openings of successive plates being aligned with one another and forming electron beam channels between cathode 16 and target electrode Ik.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Elektronenlinse 2o, die Modulatorplatte 5° und die Dynodenplatten 5*1 und 55 nicht wesentlich für den grundsätzlichen Betrieb dieser Vorrichtung sind. Ein Elektronenstrahl kann nämlich auch ohne Mitwirkung dieser speziellen Plattenelemente in Abhängigkeit von digitalen Steuersignalen zur Zielelektrode adressiert werden. Jede dieser speziellen Platten bietet jedoch bestimmte Funktionen an, die für einen besonderen Anwendungsfall notwendig sein können. Die Dynoden 5k und 55 erhöhen etwa die Strahlintensität und sorgen damit für eine brillantere Wiedergabe, die Modulatorplatte 5o ermöglicht eine Intensitätsmodulation des Strahls, wo dies gewünscht wird, und die Elektronenlinsenplatte sorgt für einen höheren Anfangsstrom,was eine höhere Intensität bei der Wiedergabe bewirkt.It should be noted that the electron lens 2o, the modulator plate 5 ° and the dynode plates 5 * 1 and 55 are not essential to the basic operation of this device. This is because an electron beam can also be addressed to the target electrode as a function of digital control signals without the cooperation of these special plate elements. However, each of these special panels offers certain functions that may be necessary for a particular application. The dynodes 5k and 55 increase the beam intensity and thus ensure a more brilliant reproduction, the modulator plate 5o enables intensity modulation of the beam where this is desired, and the electron lens plate ensures a higher initial current, which causes a higher intensity during reproduction.

In Fig. 1 der Zeichnungen ist die der vorliegenden Erfindung entsprechende Einrichtung schematisch dargestellt. Jede der Steuerplatten 25~3o besitzt ein Elektrodenpaar 25a, 25b-3oa, 3ob auf gegenüberliegenden Breitseiten. Die nicht dargestellten Elektroden stellen Spiegelbilder zu den in&en Zeichnungen sichtbaren Elektroden dar. Die Elektroden bestehen aus sehr gut leitendem Material, wie etwa Gold oder Kupfer. Jede Elektrode 25a- 3oa ist elektrisch von der entsprechenden anderen Elektrode 25b-3ob eines Paares isoliert. Wie bereits in Verbindung mit den Figuren 2 und 3 erläutert, sind die Elektroden auf gegenüberliegenden Seiten miteinander durch leitende Schichten in den Öffnungen verbunden.In Fig. 1 of the drawings, the device corresponding to the present invention is shown schematically. Each of the Control plates 25 ~ 3o has a pair of electrodes 25a, 25b-3oa, 3ob on opposite broad sides. The electrodes, not shown, are mirror images of those visible in the drawings Electrodes. The electrodes are made of very conductive material, such as gold or copper. Any electrode 25a-3oa is electrically isolated from the corresponding other electrode 25b-3ob of a pair. As already in connection Explained with Figures 2 and 3, the electrodes are on opposite sides of each other through conductive layers connected in the openings.

Binäre, digitale Steuersignale werden von der Steuersignalquelle 7o zur logischen Adressierungsschaltung 71 geliefert, welche ein geeignetes Steuersignal für jeden der SchaltkreiseBinary, digital control signals are supplied from the control signal source 7o to the logical addressing circuit 71, which is an appropriate control signal for each of the circuits

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75-80 erzeugt. Die Schaltkreise 75-8o können elektronische Schalter, etwa Flip-Flop-Schaltungen, sein, welche wahlweise die zugeführten Spannungen an die eine oder andere Elektrode eines Paares einer Steuerplatte, die ihnen zugeordnet ist, legen können, und zwar in Abhängigkeit von der logischen Adressierungseinrichtung. Zur Steuerung der Elektroden werden Schaltkreisen 75-8o Spannungen von den Energiequellen 81 und 83 über den Spannungsteiler 82 zugeführt. Die Schaltkreise 75,77 und 79 erhalten alle eine erste Spannung V₁, welche positiv gegenüber Erdpotential ist, und eine zweite Spannung V , welche negativ gegenüber Erdpotential ist. Die Schaltkreise 76, 78 und 80 erhalten alle die Spannung V und eine zweite Spannung V , welche positiver als die Spannung V. ist.75-80 generated. The circuits 75-8o can be electronic switches, such as flip-flop circuits, which can selectively apply the applied voltages to one or the other electrode of a pair of a control board with which they are assigned, depending on the logical addressing device . To control the electrodes, voltages from power sources 81 and 83 are supplied to circuits 75-8o via voltage divider 82. The circuits 75, 77 and 79 all receive a first voltage V ₁ , which is positive with respect to ground potential, and a second voltage V, which is negative with respect to ground potential. The circuits 76, 78 and 80 all receive the voltage V and a second voltage V which is more positive than the voltage V.

Die Schaltkreise schalten in Abhängigkeit von der logischen Adressierungsschaltung 71 fallweise die Spannung v\, oder V₂ an die Elektrode eines Paares jeder Steuerplatte, und die Spannung V an die andye Elektrode eines Paares. Zur Veran-Depending on the logic addressing circuit 71, the circuits switch the voltage v 1 or V ₂ to the electrode of a pair of each control plate and the voltage V to the other electrode of a pair. To

schaulichung sind alle Elektroden, welche die Spannung V_n erhalten, punktiert und alle übrigen, welche die Spannung V₁ oder V2 erhalten, weiß dargestellt. Unter diesen Umständen kann ein Elektronenstrahl, angedeutet durch die Linie 85, nur έ durch einen einzigen, vontien Plattenöffnungen gebildeten Kanal gelangen. Alle anderen Kanäle sind durch die Sperrspannung V_c, die sonst überall irgendwo anliegt, gesperrt.Illustratively, all electrodes that _{receive the voltage V n} are dotted and all the others that _{receive the voltage V 1} or V2 are shown in white. Under these circumstances, an electron beam, indicated by the line 85, can only pass through a single channel formed by the plate openings. All other channels are blocked by the blocking voltage V _c , which is applied everywhere else.

Durch eine wahlweise Schaltsteuerung der Platten 25-3o kann der Elektronenstrahl zu einer bestimmten Stelle der Zielelektrode 14 pro Zeiteinheit in der gleichen allgemeinen Weise gelenkt werden, wie in Verbindung mit der oben erwähnten US-PS 3 4o8 532 erläutert. Die Steuerung geschieht jedoch mit Hilfe elektrostatischer Fokussierung, die von Elektronenlinsen bewirkt wird. Die Elektronenlinsen sind zwischen Elektrodenteilen aufeinanderfolgender Platten aufgrund der fortschreitend höherenBy means of an optional switching control of the plates 25-3o, the electron beam can be directed to a specific point on the target electrode 14 per unit time can be directed in the same general manner as in connection with the above-mentioned U.S. Patent 3 4o8 532 explained. However, the control is done with the help of electrostatic focusing, which is effected by electron lenses will. The electron lenses are between electrode parts of successive plates due to the progressively higher

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angelegten Spannungen V₁ und V₂ realisiert. Die mit der Spannung V_c versehenen Elektroden und deren zugeordnete öffnungen sind gesperrt. Elektronen werden in diesen Kanälen zurückgewiesen und von den Elektroden abgeleitet. Die Fokussierung von Elektronenstrahlen mit Hilfe periodischer, elektrostatischer Felder in in der Technik bekannt und beispielweise vonP.K. Tien im "Journal of Applied Physics" Band 25, Nr. Io (Oktober 1954) beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, daß eine elektrostatische Fokussierung auch ohne periodische elektrostatische Felder möglich ist,d.h. ohne Verwendung aufeinanderfolgend höherer und niedrigerer Spannungen an aufeinanderfolgenden Platten. Die Fokussierungsspannungen für jede Ausfuhrungsform werden im allgemeinen experimentell bestimmt.applied voltages V ₁ and V ₂ realized. The electrodes provided with the voltage V _c and their associated openings are blocked. Electrons are rejected in these channels and diverted from the electrodes. The focusing of electron beams with the aid of periodic electrostatic fields is known in the art and, for example, by P.K. Tien in "Journal of Applied Physics" Volume 25, No. Io (October 1954). It should be pointed out that electrostatic focusing is also possible without periodic electrostatic fields, ie without using successively higher and lower voltages on successive plates. The focus voltages for each embodiment are generally determined experimentally.

Die Linsenplatte 2o, die zur Erhöhung des Stroms benutzt wird, besitzt vollständige Beläge 2oa auf den Breitseiten. Die Spannung V₁ liegt an dem der Kathode 16 zugewandten Belag , der in der Strahlrichtung folgt. Bei der Linsenplatte sind die beiden gegenüberliegenden Flächen nicht miteinander elektrisch verbunden, wie bei den Steuerplatten. Die Fokussierung geschieht in den dünnen Zylindern, die von den gegenüberliegenden leitenden Belägen gebildet werden. Die Modulatorplatte 5o kann zur Intensitätsmodulation des Strahls in Abhängigkeit von der Modulationssignalquelle 9o benutzt werden. Die Modulatorplatte 5o gleicht allgemein in ihrem Aufbau den Steuerplatten 25~3o. Sie besitzt gleiche Elektroden auf jeder Breitseite und leitende Beläge an den Wandungen der öffnungen 6o, wodurchdie Breitseiten elektrisch miteinander verbunden werden. Die Modulatorplatte 5x> ist jedoch wesentlüi dicker und weist dadurch längere öffnungen auf als die Steuerplatten. Es ergeben sich deshalb weniger abrupte Sperreigenschaften. Die Modulationssignale können auf diese Weise in einem vernünftigen dynamischen Bereich entsprechend angepaßt werden.The lens plate 2o, which is used to increase the current, has complete coverings 2oa on the broad sides. The voltage V ₁ lies on the coating facing the cathode 16, which follows in the beam direction. In the case of the lens plate, the two opposite surfaces are not electrically connected to one another, as is the case with the control plates. Focusing takes place in the thin cylinders that are formed by the opposing conductive coatings. The modulator plate 5o can be used to modulate the intensity of the beam as a function of the modulation signal source 9o. The modulator plate 5o is generally similar in structure to the control plates 25-3o. It has the same electrodes on each broad side and conductive coatings on the walls of the openings 6o, as a result of which the broad sides are electrically connected to one another. The modulator plate 5x> is, however, considerably thicker and therefore has longer openings than the control plates. There are therefore less abrupt locking properties. The modulation signals can in this way be adapted accordingly in a reasonable dynamic range.

Zwischen der Zielelektrode 14 und der ModÄLatorplatte 5o be-Between the target electrode 14 and the modulator plate 5o

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findet sich eine VervieIfacherplatte 5^ (oder mehrere solcher Platten, wie in Fig. 3 gezeigt) zur Elektronen-Vervielfachung, was zu einem intensiveren Bild auf der Zielel&brode führt. Die Vervielfacherplatte 54 besitzt, wie bereits in Verbindung mit Fig. 3 erläutert, zwei die gesamten Breitseiten bedeckende Elektroden, In den öffnungen befindet sich eine Widerstandsschicht mit Sekundäremissionseigenschaften. Die Widerstandsschicht verbindet die Elektroden auf den beiden Breitseiten miteinander.Zwischen den Elektroden besteht eine Spannungsdifferenz, welche durch die vom Spannungsteiler 82 gelieferten Spannungen V, und V^ bewirkt wird. Die Spannung V, liegt an der der Käbhode zugewandten Elektrode, die Spannung V^ an der der Zielelektrode zugewandten Elekrode. Die Arbeitsweise dieser Art von Elektronen-VervieIfachungseinrichtungen ist in der US^PS 3 4o8 532 in Verbindung mit Fig. 5 der dort zugehörigen Zeichnungen beschrieben. Eine weitere Erläuterun g an dieser Stelle erübrigt sich daher. Natürlich können auch andere Arten von Elektronen-Vervielfachern benutzt werden.there is a multiplier plate 5 ^ (or several such Plates, as shown in Fig. 3) for electron multiplication, which leads to a more intense image on the target cell. The multiplier plate 54 has, as already mentioned in connection explained with FIG. 3, two electrodes covering the entire broad sides. A resistance layer is located in the openings with secondary emission properties. The resistance layer connects the electrodes on the two broad sides with each other. There is a voltage difference between the electrodes, which is caused by the voltages V, and V ^ supplied by the voltage divider 82. The voltage V i is present the electrode facing the Käbhode, the voltage V ^ at that of the Target electrode facing electrode. The operation of this type of electron multiplier is described in U.S. Patent 3 408 532 in conjunction with FIG. 5 of the drawings associated there described. There is therefore no need for any further explanation at this point. Of course, other types of Electron multipliers are used.

Da die der vorliegenden Erfindung entsprechende Einrichtung in Verbindung mit der Steuerung des Elektronenstrahls beschrieben worden ist, sei darauf hingewiesen, daß mit gleichem Erfolg auch Strahlen, die aus anderen Arten von geladenen Teilchen, etwa positiven oder negativen Ionen, bestehen, gesteuert werden können.Since the device according to the present invention has been described in connection with the control of the electron beam it should be noted that with equal success beams made up of other types of charged particles, such as positive or negative ions, can also be controlled can.

Es sei nun nochmals auf Fig. 2 Bezug genommen. Die verschiedenen Spannungen und Dimensionsparameter für die der vorliegenden Erfindung entsprechende Einrichtung sollen dabei untersucht werden. Betrachtet man den Abstand "g" zwischen Steuerplatten, so läßt sich feststellen, daß mit einem größeren Abstand "g" die benötigte Sperrspannung und auch die Wahrscheinlichkeit für einen Spannungsdurchbruch zwischen leitenden und gesperrten Platten abnimmt. Ein größerer Abstand "g" erhöht jedoch auch die Anzahl der Sekundärelektronen, die in den zylindrischen öffnungen der dielektrischen AbstandshalterReference is now made again to FIG. The aim is to examine the various stresses and dimensional parameters for the device according to the present invention will. Looking at the distance "g" between control plates, it can be seen that with a larger Distance "g" the required reverse voltage and also the probability for a voltage breakdown between conductive and blocked plates decreases. A larger distance "g" however, it also increases the number of secondary electrons that are in the cylindrical openings of the dielectric spacers

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aufgefangen werden. Außerdem vergrößert sich der Weg, auf dem die Elektronenstrahlen fokussiert werden müssen. Es besteht zwar ein beträchtlicher Spielraum bei der Wahl der Parameter, für einen zufriedenstellenden Betrieb hat sich aber ergeben, daß der Abstand "g" gleich der Länge V der Löcher in der Steuerplatte und gleich dem Lochdurchmesser "a" seirvfeollte. Iheiner typischen Ausführungsform wird dafür die Größe von etwa ο,*ί mm gewählt; für die Spannung V. wählt man Io Volt, für die Spannung V₂ ^5 Volt. Die Spannung V, kann in der Größenordnung von 65 Volt, die Spannung V^ im Bereich von 365 Volt liegen. Für die in der Zielelektrode 14 liegende Spannung können 5000 Volt gewonnen werden.be caught. In addition, the path on which the electron beams have to be focused increases. Although there is considerable leeway in the choice of parameters, for satisfactory operation it has been found that the distance "g" must be equal to the length V of the holes in the control plate and equal to the hole diameter "a". In a typical embodiment, the size of about ο, * ί mm is chosen for this; for the voltage V. one selects Io volts, for the voltage V ₂ ^ 5 volts. The voltage V i can be in the order of magnitude of 65 volts, the voltage V ^ in the range of 365 volts. 5000 volts can be obtained for the voltage in the target electrode 14.

Die Sperrspannung V sollte so gewählt werden, daß die Spannung in der Mitte der von den Öffnungen gebildeten Kanäle in der Nähe desKathodenpotentials liegt. Da diese Spannung an den Seiten der Öffnungen liegt, muß sie leicht negativ sein, um den gewünschten Wert im Zentrum der Kanäle zu erreichen.The reverse voltage V should be chosen so that the voltage in the middle of the channels formed by the openings in the Is close to the cathode potential. Since this tension is on the sides of the openings, it must be slightly negative in order to to achieve the desired value in the center of the channels.

Es ist einzusehen, daß die der vorliegenden Erfindung entsprechende Einrichtung auch in Verbindung mit mehreren Strahlen betrieben werden kann, um mehrere Darstellungen gleichzeitig zu liefern. Es müssen dazu eine oder mehrere der in Fig. 1 gezeigten Steuerplatten weggelassen werden. In diesem Fall bestünde die Modulatorplatte aus mehreren Sektionen, und zwar entsprechend der Anzahl der Strahlen.It will be understood that those in accordance with the present invention Facility can also be operated in conjunction with multiple beams to produce multiple displays at the same time deliver. For this purpose, one or more of the control plates shown in FIG. 1 must be omitted. In this case it would exist the modulator plate consists of several sections, according to the number of beams.

Mit der dieser Erfindung entsprechenden Einrichtungkann also aufgrund der elektrostatischen Steuerung ein Elektronenstrahl wahlweise durch einen einzelnen Kanal pro Zeiteinheit gelenkt und fokussiert werden, während alle anderen Kanäle gesperrt sind. Die Steuerung geschieht in Abhängigkeit von einem digitalen Steuersignal. Die für die elektrostatische Steuerung benötigten Steuerspannungen sind relativ klein im Vergleich zu ähnlichen, dem Stand der Technik entsprechenden Geräten. Ferner sind dieThus, with the device according to this invention, an electron beam can be generated due to the electrostatic control can optionally be steered and focused through a single channel per unit of time, while all other channels are blocked are. The control takes place as a function of a digital control signal. The ones needed for electrostatic control Control voltages are relatively small compared to similar prior art devices. Furthermore, the

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Spannungen für aufeinanderfolgende Steuerplattenpaare praktisch gleich groß, während in Vorrichtungen, die dem Stand der Technik entsprechen, nacheinander höhere Spannungen gebraucht werden. Schließlich können die Kanäle mit Hilfe einer in der Nähe des Erdpotential s liegenden Sp&rrspannung sehr wirksam gesperrt werden.Voltages for successive pairs of control plates practically the same size, while in devices that correspond to the prior art, successively higher voltages to be needed. Finally, the channels can be closed with the help of a residual voltage in the vicinity of the earth potential blocked very effectively.

Anstelle der Verwendung von aufeinanderfolgend höheren und niedrigeren Spannungen V₁ und Vp mit festem Wert für aufeinanderfolgende Stufen, wie in der Ausführungsform erläutert, können die Spannungen von Stufe zu Stufe geändert werden, so daß zunehmende und abnehmende Pokussierungsspannungen zwischen verschiedenen Steuerstufen zur Erzielung des besten Gesamtergebnisses gewählt werden können.Instead of using successively higher and lower voltages V ₁ and Vp with a fixed value for successive stages, as explained in the embodiment, the voltages can be changed from stage to stage so that increasing and decreasing focusing voltages between different control stages to achieve the best overall result can be chosen.

Gegebenenfalls können auch die an zwei aufeinanderfolgende Stufen angelegten Spannungen gleich gemacht werden, während die zwischen anderen Stufen angelegten Spannungen unterschiedlich gemacht werden, damit man die gewünschte Fokussierung erzielt. Weiterhin können auch Spannungen angewendet werden, die größer sind als die speziell angegebenen Spannungen.Optionally, the voltages applied to two successive stages can also be made equal while the voltages applied between other stages can be made different in order to get the desired focus achieved. Furthermore, voltages that are greater than the specifically specified voltages can also be used.

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Claims

215BR61

Patent claims:

f IJ deflection device for a beam consisting of charged particles, characterized by a planar source (16) for charged particles; a planar aiming device (14); a plurality of control electrode plates (25-3o) packed between the particle source and the target device and controlling the flow of charged particles flowing therebetween, each of the control plates containing a plurality of openings (60) and corresponding ones of these openings being aligned with one another so that between the particle source and channels for the charged particles are created on the target electrode, and the control electrode plates furthermore each have a pair of electrodes (25a-25b 3oa, 3ob) on at least one of their broad sides, which are electrically insulated from one another; Means (82, 83) for supplying focusing voltages to at least one of the electrodes of each electrode pair in successive control plate pairs, the charged particles being focused through particular control plate openings; and means (81) for supplying a reverse voltage to the remaining electrodes of the control plates, wherein a beam of charged particles is directed by means of the focusing voltages through the channels formed by the particular openings.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the electrodes in a binary coded, finger-shaped pattern are arranged.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that

the control electrode plates from a dielectric carrier (4o) exist, on which the electrodes (43, 44) are applied.

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the electrodes on one of the broad sides of the control plates Mirror images of the electrodes are shown on the other broad sides.

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places and guiding devices (46) in the openings connect opposing, corresponding electrodes to one another.

5. Apparatus according to claim 1, characterized by dielectric Separating plates (33) between the control electrode plates, wherein the partition plates have openings corresponding to the openings in the control plates.

6. Apparatus according to claim 1, characterized by a Modulator plate (5o) between the control plates and the target device, and by means (9o) for supplying a modulation signal to the modulator plate.

7. Apparatus according to claim 1, characterized in that the charged particles are electrons, and a multiplier electrode (54, 55) between the control electrode plates and the Aiming device is provided which causes a multiplication of the electrons in the channels.

8. Apparatus according to claim 1, characterized in that the means for supplying the focusing voltages means contains, due to the acceleration voltages in relation to the surface source on at least one electrode in each pair of electrodes in successive pairs of control plates are applied to the charged particles through the particular Guide plate opening through, wherein the focusing voltages between at least one successive control plate pair increase in value and decrease in value between another consecutive pair of control plates, to focus the charged particles that pass through the corresponding openings in the control plates.

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