DE2914838A1 - Elektronenstrahlerzeugungssystem - Google Patents

Description

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RCA 72,353 Dr.v.3/E
U.S.Ser.No. 895,588
Filed: April 12, 1978

RCA Corporation

New York N.Y. (V.St.A.)

Elektronenstrahl erzeugungssystem

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektronenstrahlerzeucjungssystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Elektronenstrahlerzeugungssystem, das mit hoher Spannung und kleiner Vergrößerung arbeitet und sich insbesondere für Farbfernsehbildröhren eignet, wie sie in Heimempfängern benötigt werden.

Elektronenstrahlerzeugungssysteme, wie sie typischerweise in Farbfernsehbildröhren verwendet werden, enthalten, wie es schematisch in Fig. 1 dargestellt ist, eine Anzahl von in bezug aufeinander ausgerichteter Elektroden, insbesondere 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 Fokussierungsbereich der Röhre in eine Bildebene auf einem Bildschirm 11 als kleiner

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Fleck abgebildet. Der Konvergenzwinkel α, 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 überkreuzunqsbereich-Austrittswinkel bezeichnet werden. Die Winkel α und β sind im wesentlichen gleich, solange beim Überkreuzungsbereich kein ablenkendes Feld vorhanden ist. In der Praxis sind in diesem Bereiche 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 α und β 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 Überkreuzungsbereich, der durch das Fokussierungssystem des Strahlerzeugungssystems auf den Bildschirm abgebildet wird, sich viel weiter vonre im Strahlerzeugungssystem befindet, als man bisher annahm. Dies wiederum führte zu der Erkenntnis, daß eine Wechselwirkung zwischen der Bündelformungsfunktion des Strahlerzeugungssystems und der anschließenden Fokussierungsfunktion des Strahlerzeugungssystems besteht. Weitere Forschungen haben dann ergeben, daß man durch kluge Wahl und Kombination der Konstruktionsparameter des Strahlerzeugungssystems eine unerwartete Verbesserung des Strahlfieckverhaltens des Strahlerzeugungssystems erreichen kann.

Wesentliche Merkmale, in denen sich ein Elektronenstrahlerzeugungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung von einem bekannten Elektronenstrahl erzeugungssystem der gleichen Klasse unterscheiden, sind eine dicke Schirmgitter - oder 62-Elektrode, ein starkes elektrisches Feld zwischen G2 und G3, also zwischen dem Schirmgitter und der folgenden Linsen-

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elektrode, 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 naher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines typischen Elektronenstrahlerzeugungssystems und dessen Elektronenstrahl bündelformungs- und Fokus si erungsf unkt ionen;

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

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

Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht des Elektronenstrahl bündelformungsbereiches des Elektronenstrahlerzeugungssystems gemäß Fig. 3;

Fig. 5 eine Fig. 4 ähnliche vergrößerte Schnittansicht, die zum Vergleich den Elektronenstrahlbündelformungsbereich eines typischen bekannten Strahlerzeugungssystems zeigt;

Fig. 6 eine Fig. 5 entsprechende Ansicht eines anderen bekannten Elektronenstrahlerzeugungssystems;

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Bündelabmessung am Überkreuzungsbereich von der elektrischen Feldstärke zwischen G2 und G3;

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Fig. 8 eine graphische Darstellung des Zusammenhanges zwischen der Dicke der Schirmgitter!ektrode G2 und der Länge einer anschließenden Linsenelektrode G3 in Strahlerzeugungssystemen gemäß Ausführungsformen der Erfindung;

Fig. 9a bis 9d schematische Darstellungen zum Vergleich der Bündelformungswirkung und der Fokussierungswirkung von Strahlerzeugungssystemen gemäß Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und bekannten Strahlerzeugungssystemen;

Fig. 10 und 11 Schnittansichten von weiteren Ausführungsformen dicker Schirmgitterelektroden, die in Strahlerzeugungssystemen gemäß der Erfindung Verwendung finden können.

Fig. 2 zeigt eine Farbfernsehbildröhre 10 mit einem Glaskolben, welcher einen im wesentlichen rechteckigen Kolbenvorderteil 12 sowie einen rohrförmigen Hals 14 hat, die durch einen im Querschnitt etwa rechteckigen trichterförmigen Teil 16 miteinander verbunden sind. Der Kolbenvorderteil 12 besteh 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 22. 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-Elektronenstrahlerzeugungssyst-em 26 gemäß einen Ausführungsform der Erfindung montiert, das nur schematisch durch ein gestricheltes Rechteck angedeutet ist. Das Elektronenstrahlerzeugungssystem 26 liefert drei Elektronenstrahl bündel 28, die längs konvergierender Wege in einer Reihe nebeneinander (koplanar) durch die Lochmaske 24 auf den Bildschirm 22 fallen.

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Die in Fig. 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, U"nd 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.

Fig. 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 Steuergitter- oder G1-Elektrode 36, eine Schirmgitter- oder G2-E1ektrode 38, eine erste Linsen- oder Fokussierelektrode oder G3-Elektrode 40 und eine zweite Linsen- oder Fokussierelektrode .

oder G4-Elektrode 42. Die G4-Elektrode enthält eine elektrische Abschirmkappe 44. Alle diese Elektroden sind längs einer mittleren Strahlachse-A-A ausgerichtet und in der aufgeführten Reihenfolge mit gegenseitigen Abständen an den Glasstäben 32 befestigt. Die Fokussierelektroden G3 und G4 dienen in dem Bipotential-Elektronenstrahlerzeugungssystem 26 außerdem als Beschleunigungselektroden.

Wie dargestellt, enthält das Elektronenstrahlerzeugungssystem 26 außerdem mehrere Bauteile 46 aus magnetisi erbarem Material, die am Boden der Abschirmkappe 44 montiert sind und zur Korrektur der Koma der von den

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Elektronenstrahlen bei der Ablenkung über den Bildschirm 22 erzeugten Raster dienen. Die für die Komakorrektur vorgesehenen magnetisi erbaren Bauteile 46 können z.B. so ausgebildet und angeordnet sein, wie es in der bereits erwähnten US-PS 37 72 554 beschrieben ist.

Die Kathode 34 des Elektronenstrahlerzeugungssystems 26 ist rohrförmig und enthält eine Stirnwand mit einer ebenen emittierenden Oberfläche 48. Die G1- und G2-Elektrode enthalten jeweils quer verlaufende platten- oder blendenförmige Teile 50 bzw. 52 mit fluchtenden Mittel öffnungen 54 bzw. 56. Die G3-Elektrode enthält ein längliches rohrförmiges Bauteil mit eine 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 Haupfokussierungslinsenfeld des Elektronenstrahlerzeugungssystems erzeugt wird.

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

1. Ein starkes elektrisches Feld (Arbeitsfeld) zwischen der G2- und der G3-Elektrode, 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 Werte 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 minimalen Durchmessers aus dem Überkreuzungsbereich abzusaugen.

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

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3.Eine außergewöhnlich lange G3-Elektrode, deren Länge das 2,5- bis 5,0-fache des Durchmessers der G3-Hauptfokussierungslinse beträgt, um die Objektweite (Objektabstand) möglichst groß zu machen und die Vergrößerung im Elektronenstrahlerzeugungssystems 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 Elektronenstrahl bündels zu verhindern.

Fig. 4 ist ein stark vergrößerter Querschnitt des Bündelformungsbereiches des neuen Elektronenstrahlerzeugungssystems 26. Diese Figur zeigt die Natur der Äquipotentiallinien der Felder, die im Betrieb des Strahlerzeugungssystems zwischen der Kathode, G1, G2 und G3 entstehen und außerdem die Natur der Wege der Elektronen, die die Kathode verlassen, in einen Überkreuzungsbereich (Bereich geringsten Strahlquerschnitts) konvergieren und dann von dort auf ihrem Weg zur Hauptfokussierungslinse divergieren.

Typisch für Elektronenstrahlerzeugungssysteme, die mit einem Überkreuzungsbereich des Elektronenstrahlbündels arbeiten, ist das stark konvergierende Feld in der Nachbarschaft der Kathode und der G1-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 weiteren 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 Gegensatz zu den bekannten Strahler-

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zeugungssystemen, in denen die G2-Elektrode im wesentlichen die gleiche Dicke wie die G1-Elektrode hat und das Hochspannungsfeld von der G3-Elektrode vollständig durch die öffnung der G2-Elektrode hindurchreicht, ist die ncke' " 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 G1-Spannung erzeugten Feld möglich, von der G1-Seite der G2-Elektrode in die G2-Öffnung 56 einzutauchen bzw. sich in diese öffnung hineinzuwölben, wie durch die Feldlinien 74 dargestellt ist, und eine divergierende Kraft auf die Elektronenstrahlen 68 auszuüben. Hierdurch wird der Überkreuzungsbereich-Eintrittswinkel α (siehe Fig. 1) gegenüber dem sich 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 β und damit ein dichteres oder kompakteres Elektronenstrahlbündel, wenn die Elektronenstrahlen 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 Elektronenstrahlerzeugungssystem 26 ist auch der relativ 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 Vorfokussierungswirkung ausüben. Dadurch, daß in diesem Bereich des Elektronenstrahlerzeugungssystems eine ßorfokussierwirkung vermieden wird, ergibt sich eine geringere Vergrößerung, wie im folgenden noch genauer erläutert werden wird.

Fig. 5 ist ein Fig. 4 entsprechendes, stark vergrößerter Querschnitt eines bekannten Strahlerzeugungssystems 84, das im Gegensatz zu der dicken G2-Elektrode des neuen Elektronenstrahlerzeugungssystems 26 gemäß Fig. 4 eine konventionelle, dünnwandige G2-Elektrode aufweist. Das Elektronenstrahlerzeu-

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gungssystem 84 gemäß Fig. 5 enthält eine Kathode 86, eine G1- Elektrode 88, eine G2-Elektrode 90 und eine G3-Elektrode 92. Das bekannte Eiektronenstrahlerzeugungssystem 84 hat die gleichen Elektrodenabstände und Abmessungen wie das Elektronenstrahlerzeugungssystem 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

Das Elektronenstrahlerzeugungssystem 84 weist wie das neue System gemäß Fig. 4 ein durch Äquipotential!inien 94 dargestelltes, stark konvergierendes Feld in der öffnung der G1-Elektrode bei der Kathode auf. Wie bei dem neuen System 26 sammelt oder konvergiert dieses Feld die ays 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 G1 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 Samrnelwirkung besteht darin, daß der Überkreuzungsbereich-Eintrittswinkel (siehe Fig. 1) größer wird und der Überkreuzungsbereich 96 näher an der Kathode liegt als bei dem neuen System 26. Dadurch wird auch der Überkreuzungsbereich-Austrittswinkel β der aus dem Überkreuzungsbereich 96 austretenden Elektronenstrahlen 102 größer und das Elektronenstrahl bündel 104 ist in dem gleichen vorgegebenen Abstand von der Kathode weniger kompakt als das Elektronenstrahlbündel 78 des Systems 26. Die Form der Äauipotential-Feldlinien 106 zwischen G2 und G3 ist bei dem System 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 G1-Elektrode 111, eine G2-Elektrode 112 und eine G3-Elektrode 113. Die G2-Elektrode ist becherfötmjg und hat eine vorstehende Umfangswand 114. Die Umfangswand 114 formt die

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Äquipotentiellinien 115 im Bereich zwischen G2 und G3 derart, daß eine sammelnde Vorfokussierungswirkung auf die den Überkreuzungsbereich 118 des Elektronenstrahl bündels 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 ermöglichst jedoch nicht, außerdem auch eine Verringerung der Vergrößerung wie wie 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 werden 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 dargestellt. In Fig. 7 ist das Verhältnis der tatsächlichen Strahlfelckgröße S am Oberkreuzungsbereich zur theoretischen Strahlfleckgröße S., am Oberkreuzungsbereich über der Feldstärke aufgetragen. Die theoretische minimale Strahlfleckgröße S., am 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 etwa 150 bis 250 Volt}/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.

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Bei einem typischen Bipotential-Elektronenstrahlerzeugungssystem mit nur einer einzigen, einfachen Hauptfokussierungslinse, wie es in der erwähnten US-PS 37 72 554 beschrieben ist, kann der Abstand G2-G3 etwa 1,4mm (etwa 55 mils =1,397 mm), die GR-Spannung etwa 6000 Volt und die G2-Spannung etwa 600 Volt betragen. Diese Konstruktion- und Betriebsparameter ergeben im Betrieb des Systems ein F-_G2__G3 - Feld von etwa 3860 Volt/Millimeter (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 0^38 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 ^EG2-G3 "^{Felder von etwa 9400 bis 6500} V/mm,insbesondere 9409 bis 6457 V/mm (239 bis 164 V/mil) resultieren. Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, beträgt das aufgetragene Fleckgrößenverhältnis (das ein Qualitätsmaß für die Fleckoder 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_G2__G3-Feld von etwa 9400 V/mm, insbesondere 9409 V/mm (239 V/mil) betrieben wird.

Aus der Verbesserung des Fleckgrößenverhältnisses von 2,5 auf 1,6 könnte geschlossen werden, daß höhere Ep_?_po-Felder wünschenswert sind. Ohne kompensierende Änderungen im Elektronenstrahlerzeugungssystem hat eine einfache Erhöhung des Ep_?_ „.,"Feldes jedoch eine entsprechende Vergrößerung des Überkreuzungsbereich-Austrittswinkels'β des Elektronenstrahls zur Folge, da in der G2-Üffnung vor dem Überkreuzungsbereich ein wesentlich stärkeres konvergierendes Feld und in der G3-Öffnung hinter dem Überkreuzungsbereich ein wesentlich stärkeres divergierendes Feld 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 Vorfokussierungsfeld keine generell optimale Kompensation für die Vergößerung des Überkreuzungsbereich-Austrittswinkels darstellen.

Eine andere bekannte Maßnahme gegen die Vergrößerung des Überkreuzungsbereich-Austrittswinkels, die aus der US-PS 39 95 194 bekannt ist,

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besteht darin, anstelle eines einfachen einlinsigen Fokussierungssystems ein kompliziertes dreilinsiges Hauptfokussierungssystem zu verwenden. Solche komplexen Fokussierungssysteme sind jedoch sowohl hinsichtlich der Konstruktion des Strahlerzeugungssystems als auch hinsichtlich der zusätzlich benötigten Betriebspotentialen aufwendig.

Fig. 8 zeigt in einem Diagramm den Überkreuzungsbereich-Austrittswinkel β 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 Fig. 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-Üffnung der ÜDerkreuzungsbereich-Austrittswinkel β von 0,0675 Radian auf 0,042 Radian absinkt. Wenn der Überkreuzungsbereich-Austrittswinkel β absinkt, nimmt der Durchmesser des Elektronenstrahl bündeis ab und man kann zunehmend längere G3-Elektroden verwenden, ohne daß eine überfüllung der Linse mit dem Strahl eintritt, so daß man eine größere Objektweite des Fokussierungssystems 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-Elektrode von 13,970 mm erforderlich ist und daß für eine Dicke der G2-Elektrode von 0,635 mm 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 1,0fachen 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 9a bis 9d sind schematisch die Auswirkungen

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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

Hierbei bedeuten:

M die Vergrößerung des Strahl flecks;

Q die Bildweite, d.h. den Abstand zwischen der Hauptfokussierungs-

linse und der Bildebene, in die der Strahlfleck abzubilden ist; P die Objektweite, d.h. der Abstand zwischen dem Strahlüberkreuzungs-

bereich und der Hauptfokussierungslinse; V die Spannung im Überkreuzungsbereich und V, die Spannung an der Anode oder Bildebene.

Fig. 9a zeigt die Art der Elektronenstrahl bündel bildung bei dem vorliegenden System 26, bei dem Elektronen von der Kathode 34 mit einem verhältnismäßig kleinen Überkreuzungsbereich-Eintrittswinkel α 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 MF, durch die sie in ein Bild des Überkreuzungsbereiches auf einer Anode A (Bildschirm) fokussiert werden. Wegen des verhältnismäßig kleinen Überkreuzungsbereich-Austrittswinkels β ist die Ausdehnung des Strahlbündels beim Erreichen der Hauptfokussjerungslinse immer noch verhältnismäßig klein, so daß diese in ihrem Mittelbereich, in dem die sphärische Aberration klein ist, arbeiten kann und einen verhältnismäßig aberrationsfreien Strahlfleck auf dem Bildschirm erzeugt. Wegen des verhältnismäßig kleinen Überkreuzungsbereich-Austrittswinkels β des Strahlbündels ist außerdem die Objektweite P₁ verhältnismäßig groß. Im Vergleich zu bekannten Systemen erhält man daher wegen der Verringerung des Verhältnisses Qi/Pi eine gunstige, kleine Vergrößerung.

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Fig. 9b zeigt die Wirkung des Versiches, die gleiche Vergrößerung mit dem bekannten System 84 dadurch zu erreichen, daß man Pp = P₁ macht. Da das System 84 jedoch mit einem größeren Überkreuzungsbereich - Austrittswinkel β arbeitet, divergieren die Elektronenstrahlen nach dem Überkreuzungsbereich 96 stark und das Bündel hat sich beim Erreichen der Hauptfokussierungslinse MF zu einer solchen Größe erweitert, daß beim Durchlaufen der Linsenapertur eine starke sphärische Aberration auftritt.

Fig. 9c zeigt für das System 84 den Versuch einer Lösung des unter Bezugnahme auf Fig. 9 b erläuterten Problems. Hier ist die Kathode 86 des Systems näher an der Hauptfokussierungslinse MF angeordnet, so daß die Objeltweite P₃ kleiner ist und das Bündel 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 Qo/Po-

Fig. 9d zeigt die Auswirkungen des Versuches, die unter Bezugnahme auf die Fig. 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, werdn sie im Bereich zwischen G2 und G3 durch eine Vorfokussierungslinse PF vorfokussiert, wie in Verbindung mit Fig. 6 erläutert worden war. Die Elektronen verlassen dann die Vorfokussierungslinse PF mit kleinerer Divergenz, so daß sie beim Erreichen der Hauptfokussierungslinse MF ein relativ kompaktes Strahlb+ndel bilden, dessen Abmessungen ähnlich sind, wie sie bei dem neuen System 26 (Fig. 9a) erreicht werden. Dies'so.Tlte eine entsprechende Vergrößerung ergeben, da Q./P. = Q</Pi ist. Diese Annahme ist jedoch irrig, da die Fokussierung bei dem System 108 gemäß Fig. 9d durch zwei Linsen bewirkt wird, nämlich die Vorfokussierungslinse PF und die Hauptfokussierungslinse MF. Die Wirkung dieser beiden Linsen entspricht der Wirkung einer äquivalenten Fokussie-

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rungslinse EF, die sich zwischen der Vorfokussierungslinse und der Hauptfokussierungslinse befindet, so daß eine effektive Objektweite P5 und eine effektive Bildweite Q5 ergeben. Im Ergebnis ist die Vergrößerung proportional zu Qc/Pc und damit größer als sie mit dem System 26 erreicht wird, dessen Vergrößerung proporitonal zu Qi/Pi sit, wie Fig. 9a zeigt.

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 im Bereich von G1 und G2 erzeugt. Dieser Vortiel wird durch die Verwendung eines hohen Εβο-Γ3 "^des 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 GI Dicke b von G1

Durchmesser c der GI-öffnung Abstand d zwischen G1 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-Linse Durchmesser k der G4-Linse Abstand 1 zwischen G3 und G4

3	0,076
5	0,127
25	0,635
11	0.279
20	0,508
25	0,635
33	0,838
60	1,524
925	23,495
214	5,436
227	5,766
50	1,270

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VoI t

Kathodensperrpotential 150

G1-Potential 0

G2-Potential 625

G3-Potential 8500

G4-Potential 30000

Bei der obigen Beschreibung war erwähnt worden, daß die dicke G2-EVektrode 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 durchbrochenen Platten, deren Durchbrechungen oder Löcher fluchten, gebildet werden.

Beispielsweise zeigt Fig. 10 eine andere Ausführungsform einer dicken G2-Elektrode 130, die zwei relativ dünne, durchbrochene Platten 132 enthält, welche durch einen z.B. ringförmigen Abstandshalter 134 getrennt sind. Die effektive Dicke der G2-E1ektrode 130 ist der Abstand zwischen der nach außen weisenden Oberfläche der einen durchbrochenen Platte 32 zu der entgegengesetzten, nach außen weisenden Oberfläche der anderen qlatte 132.

In Fig. 11 ist eine weitere 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 weisenden 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

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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 Epp_p₃ von 9409 V/mm betrieben wurde, bei einem vorgegebenen Strahl 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 ^{und dem} 9^leicnen Strahl strom einen Fleck mit einer Größe von 2,95 mm liefert. Wenn der Abstand G2- G3 so klein gemacht wird, daß Epp-G3 9^rö^^{er a}^^{s etwa} ^00 V/mil oder 15750 V/mm wird, treten im allgemeinen Probleme durch Spannungsinstabilitäten, wie Überschläge zwischen den Elektroden G2 und G3 auf. Für E^gg hat sich der 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 schließt den steilsten Teil der Kurve ein, in dem sich für eine vorgegebene Feldstärkeänderung die Stärkenveränderungen der Strahl eigenschaften ergeben. Das untere Ende dieses vorteilhaften und bevorzugten Bereiches stellt eine beträchtliche Verbesserung gegenüber bekannten Systemen dar, die mit einem Ep~_ p., von etwa 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 G1- und der G2-Elektrode 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 erweisen, die gewünschte divergierende Wirkung an der Strahleintrittsseite der G2-Elektro<?e zu erzeugen, Wenn man die Dicke von G2 kleiner als das 0,4fache des Durchmessers der öffnung von G2 macht, erhält man eine zu geringe oder gar keine Divergenzwirkung. Wenn die Dicke von G2 die Größe der öffnung von G2 überschreitet, beginnen Aberrationseffekte ausgeprägter in

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Erscheinung zu treten und die äußeren Strahlen des Elektronenstrahl blindeis fangen an, nach innen auf einen Voriiberkreuzungsbereich gerichtet zu werden, was einen unscharfen Strahlfleck oder Strahlquerschnitt zur Folge hat, der einen dichten Kern mit einem diesen umgebenden Hof zu haben scheint. Wenn das Verhältnis der Dicke von G2 zum Durchmesser ihrer öffnung den Wert 1 zu überschreiten beginnt, entsteht außerdem in 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 Hinsicht 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 Strahlerzeugungs τ system mit einem willkürlich gewählten, normierten Weißwertsteuerstrom von 3,5 Milliampere betrieben wird. Bei einem System mit den oben angegebenen bevorzugten Betriebsspannungen und Konstruktionsparametern hatte der Durchmesser des Elektronenstrahl bündels in der Hauptfokussierungslinse bei Aussteuerung des Elektronenstrahls auf einen Strahlstram 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 langer macht, nimmt die Objektweite zu und die Vergrößerung wird dadurch weiter verringert. Dabei wird jedoch der Durchmesser des Elektronenstrahl bündel s in der Linse größer und die sphärische Aberration der Linse wird problematischer. Macht man G3 kurzer, so wird die sphärische Aberration kleiner, dies jedoch auf Kosten einer Erhöhung der Vergrößerung. Eine Auslegung des Elektronenstrahlerzeugungssystems für den maximal tragbaren Durchmesser des Elektronenstrahl bündels in der Hauptfokussierungslinse 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 β des Elektronenstrahl bündeis 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 Durchmessers der Linsenöffnung der G3-Elektrode optimiert wird.

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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, (Fig. 7) sondern auch für andere geeignete Öffnungsabmessungen.

Der maximal zulässige Durchmesser des Elektronenstrahlbündeis wird nicht nur durch die sphärische Aberration begrenzt, sondern auch durch Verzerrungen des Bündel querschnitts, 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-Kombinationen.

Die bei den vorliegenden Systemen verringerten Winkel am Überkreuzungsbereich fordern eine schwächere Hauptfokussierungslinse für die Abbildung des Überkreuzungsbereiches auf den Bildschirm. Da die Hauptfokussierungsl inse 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 Folge, daß die G3-Spannung stärker in die öffnung von G2 durchgreift, was theoretisch dem Wunsch widerspricht, einen vollständigen Durchgriff zu vermeiden, damit die gewünschte divergierende Feldwirkung an der Strahleintrittsseite 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 naturgemäß geringere sphärische Anerration.

Versuche haben gezeigt, daß Abstände zwischen G1 und G2 zwischen 0,229 und 0,381 mm, also zwischen etwa 0,23 und etwa 0,38 mm (9 bis 15 mils) 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 Feld an der Eintrittsseite der G2-Elektrode in den Überkreuzungsbereich oder über diesen hinaus, so daß die gewünschte Wirkung, den Überkreuzungsbereich-Eintrittswinkel α herabzusetzen, verlorengeht. Macht man die-

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sen Abstand kleiner als etwa 0,23 mm, so beginnen Probleme hinsichtlich der mechanischen Toleranzen aufzutreten, die zu Kurzschlüssen zwischen G1 und G2 führen können. Wenn man den Abstand wesentlich kleiner als 0,23 mm macht, kann außerdem das an der Eintrittsseite der G2-E1ektrode resultierende divergierende Feld 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 Folgen eines zu starken divergierenden oder zerstreuenden Feldes an der Eintrittsseite der G2-Elektrode ergeben sich, wenn die Spannungsdifferenz zwischen G1 und GCzu groß gemacht wird.

Änderungen der Stärke des divergierenden oder zerstreuenden Feldes an der Eintrittsseite der Öffnung der G2-Elektrode beeinflussen nicht nur die Größe des Überkreuzungsbereich-Eintrittswinkels α, sondern verschieben auch den Überkreuzungsbereich nach vorne oder hinten. Diese Bewegungen des Überkreuzungsbereiches sind jedoch verhältnismäßig klein und sind daher für die Konstruktion nicht besonders wesentlich.

Die in Fig. 8 dargestellte Kurve fordert zwar für eine G2-Üffnung von etwa 0,9 mm (25 mils= 0,889 mm) eine Länge von etwas weniger als 22,86mm (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-Elektrode 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 Drei strahl-InI ine-Systems beschrieben. Die Erfindung läßt sich jedoch auch bei einem Drei strahl-Delta-System oder einem Einstrahlsystem verwirklichen. Ferner läßt sich die Erfindung

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außer bei den beschriebenen Systemen vom Bipotentialtyp auch bei anderen Typen von Elektronenstrahlerzeugungssystemen anwenden, wie Systemen, die Dreipotential- oder Unipotential-Fokussiersysteme enthalten.

Für andere als Bipotential-Fokussierungssysteme können die hier für die Länge der G3-Elektrode angegebenen Daten unter Umständen nicht anwendbar sein. Man kann jedoch geeignete Längen für die verwendeten Fokussierungselektroden einfach dadurch ermitteln, daß man den Ort der Fokussierungslinse oder Fokussierungslinsen so bestimmt, daß sich eine optimale Füllung der Linse oder Linsen durch das Elektronenstrahl bündel ergibt.

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Claims (14)

1. RCA 72,353 Dr.v.B/E

   * TEI.EünAM.M SOMBEZ

   US-Ser.No. 895,588
   Filed April 12, 1978

   RCA Corporation New York N.Y. (V.St.A.) Elektronenstrahlerzeugungssystem

   Patentansprüche

   (TT) Elektronenstrahlerzeugungssystem, welches eine Kathode, eine blendenartige Steuerelektrode, eine blendenartige Schirmgitterelektrode, eine rohrförnvige erste Linsenelektrode und eine zweite Linsenelektrode enthält, die mit gegenseitigen Abständen in der angegebenen Reihenfolge angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, 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. 2. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmgitterelektrode (G2) so geformt ist, daß sich zwischen ihr und der ersten Linsenelektrode (G3) ein im wesentlichen ebenes elektrostatisches Feld (82) ausbildet, das praktisch keine Vorfokussierungswirkung ausübt.

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   3 O ,076 5 0 ,127 25 0 ,635 11 0 ,279 20 0 ,508 2)25 0 ,635

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   -2-
3. 3. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Abmessungen und Abstände:

   mils mm

   Abstand (a) zwischen Kathode und Steuergitter(G1) Dicke (b) der Steuergitterelektrode (G1)
   Durchmesser (c) der öffnung des Steuergitters(G1)

   Abstand (d) zwischen Steuer- und Schirmgitterelektrode (G1 - G2)

   Dicke (e) der Schirmgitterelektrode (G2)

   Durchmesser (f) der 'Öffnung der Schirmgitterelektrode (G2)25

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

   Durchmesser (h) der öffnung der ersten Linsenelektrode (G3)

   Länge (i) der ersten Linsenelektrode (G3)
   Durchmesser (j) der ersten Linsenelektrode (G3) Durchmesser (k) der zweiten Linsenelektrode (G4)

   Abstand (1) zwischen der ersten und der zweiten Linsenelektrode (G3 - G4) 50 1,270.
4. 4. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es für die folgenden elektrischen Betriebspotentiale ausgelegt ist:

   Volt

   Potential G1 0

   Potential G2 625

   Potential G3 8500

   Potential G4 30000.
5. 5. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 1,2 oder 3, g ekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Feldes (E_G2__G3> 82) von 3900 bis 15800 V/mm, insbesondere bis 15748 V/mm (100 bis 400 V/mil) zwischen der Schirmgitterelektrode (G2) und der ersten Linsenelektrode (G3).

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   60 1,524 925 23,495 214 5,436 227 5,766

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6. 6.Elektronenstrahlerzeugungssystem 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 Elektronenstrahl bündel erzeugt, das sich von der Kathode zu einem Überkreuzungsbereich erstreckt und nach dem Austreten aus dem Oberkreuzungsbereich durch eine Fokussierungsiinse fokussiert wird, die sich am hinteren Ende der Linsenelektrode befindet, dadurch gekennzeichnet,- daß das Abstand (g) zwischen dem Schirmgitter (G2, 38) und der rohrförmigen Linsenelektrode (G3, 40) so gewählt ist, daß zwischen diesen Elektroden ein elektrisches Feld (Eg₂ _ _Q3, 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. 7. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 5 oder 6,

   dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Feldstärke etwa 5900 bis 9850 V/mm, insbesondere 5906 bis 9843 V/mm beträgt.
8. 8. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, 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. 9. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldstärke zwischen dem Schirmgitter und der Linsenelektrode (Eg_2-Q₃) etwa 9400, insbesondere 9409 V/mm und das Verhältnis von Dicke zu Lochdurchmesser der Platte des Schirmgitters etwa 0,8 betragen.
10. 10. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Schirmgitter (G2) und der Linsenelektrode (G3) etwa 0,84, insbesondere 0,838 mm beträgt, daß

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    die Dicke der Platte des Schirmgitters etwa 0,5 mm, insbesondere 0,508 mm und der Durchmesser des Loches des Schirmgitters etwa 0,63, insbesondere 0,635 mm betragen.
11. 11. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (i) der Linsenelektrode (G3) das 2,5- bis 5,0-fache des Durchmessers (j) der Linse (G3) beträgt.
12. 12. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge Linsenelektrode (G3) etwa 23,5 mm (925 mils) und ihr Durchmesser etwa 5,44 mm (214 mils) betragen.
13. 13. Elektronenstrahlerzeugungssystem zum Erzeugen eines Elektronenstrahl bündeis, das zu einem Überkreuzungsbereich konvergiert, welcher 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 Linsenelektrode, die in der aufgeführten Reihenfolge mit gegenseitigen Abständen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, 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 (Gi)und dem Schirmgitter (G2) herrschende Feld (66) am Eingang des Loches des Schirmgitters eine divergente Konfiguration hat, so daß der Winkel (α), 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 Fokussiersystems des 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 Objek±abstanxiqeKh*lten wird.

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14. 14. Elektronenstrahlerzeugungssysteni nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Anordnung, die das Feld (Ep_2-C₃) zwischen dem Schirmgitter und der ersten Linsenelektrode derart erhöht, daß das Elektronenstrahl bündel aus dem Überkreuzungsbereich mit verringerter Raumladung und verringerten diesbezüglichen Abbildungsfehlern abgesaugt wird.

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