DE715021C

DE715021C - Electric electron collecting lens for high vacuum electron beam tubes

Info

Publication number: DE715021C
Application number: DET42089D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Max Knoll
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1933-02-06
Filing date: 1933-02-06
Publication date: 1941-12-17
Also published as: GB426087A; US2172735A; FR768196A

Description

Elektrische Elektronensammellinse für Hochvakuumelektronenstrahlröhren Es ist bekannt, daß ein Elektronenstrahlbündel, durch ein relativ zu seiner Länge kurzes, geeignet geformtes elektrisches Feld ähnlich wie ein Lichtstrahlbizndel durch eine Glaslinse gebrochen werden kann und daß die dabei auftretenden Gesetzmäßigkeiten in Analogie zur geometrischen Lichtoptik durch die Gesetze der geometrischen Elektronenoptik dargestellt werden können.Electric electron collecting lens for high vacuum electron beam tubes It is known that an electron beam, by a relative to its length short, suitably shaped electric field similar to a bundle of light rays can be broken by a glass lens and that the laws that occur in analogy to geometric light optics through the laws of geometric electron optics can be represented.

Die zur Erzeugung derartiger Felder be- nutzten Elektronenlinsen bilden einen wesentlichen Bestandteil von Elektronenmikroskopen, Fernseh-, Röntgen- und Tonfilmröhren. Insbesondere bilden sie wegen ihrer einfachen Ausführungsform und dem Wegfall des Stromverbrauches einen billigen Ersatz für die häufig zum gleichen Zweck gebrauchten. magnetischen Sammelspulen. The electron lenses used to generate such fields form an essential part of electron microscopes, television, X-ray and sound film tubes. In particular, because of their simple design and the elimination of power consumption, they are a cheap replacement for those often used for the same purpose. magnetic collecting coils.

Eine Art der bisher bekannten ,Elektronenlinsen besteht aus kalottenartig gewölbten konzentrischen Netzflächen in Linsenform (Abb. r). Hier trat die Form des elektrischen Feldes makroskopisch den von der Theorie geforderten Verlauf.One type of the previously known electron lenses consists of a spherical cap curved concentric mesh surfaces in lens shape (Fig. r). Here came the form of the electric field macroscopically the course required by the theory.

Praktisch hat sich aber gezeigt, daß die durch die Inlromogenität an den notwendigen Netzen erzeugten Feldstörungen die Abbildungsgüte einer derartigen Linse erheblich beeinträchtigen. Eine andere bekannte Elektronenlinsenform besteht aus einer oder mehreren in parallelen Ebenen koaxial zueinander angeordneten Lochscheiben. Abb. :2 zeigt eine derartige Anordnung mit zugehörigem Feldbild. Man erkennt, daß die für die Linsenwirkung maßgebenden, infolge des Durchgriffes der Mittelelektrode durch die beiden äußeren Löcher enstehenden Kugelflächen nur einen Teil des gesamten Linsenfeldes darstellen und - daß das Strahlenbündel außerdem teils ein Feld mit zur Elektrodenfläche planparallelen Äquipotentialflächen, teils ein Feld mit stark inhomogenen Äquipotentialflächen (in der Nähe der Mittelelektrode) durchlaufen muß. Wegen der Abweichung der Äquipotentialflächen einer derartigen Linse von der theoretisch zu fordernden Kugelform entspricht also auch eine derartige Elektronenlinse den zu stellenden Anforderungen nur in erster Annäherung. Es wurde ferner vorgeschlagen, eine oder mehrere der das Linsenfeld bestimmenden Elektroden als enges Rohr auszubilden, wie bisher überhaupt angestrebt «-erde, die Elektroden möglichst nahe an den Strahl heranzuführen, zumal wenn sie, wie vorgeschlagen wurde, zugleich zur Abtrennung zweier Räume ver schiedenen Gasdruckes dienen. Derartige Anordnungen führen jedoch zii fehlerhaften Linsen geringer Apertur.In practice, however, it has been shown that the inromogeneity Field disturbances on the necessary networks produce the imaging quality of such Affect the lens considerably. Another known shape of electron lens exists from one or more perforated disks arranged coaxially to one another in parallel planes. Fig.: 2 shows such an arrangement with the associated field image. You can see that those decisive for the lens effect due to the penetration of the center electrode due to the two outer holes resulting spherical surfaces only part of the total Represent lens field and - that the beam also partly with a field Equipotential surfaces plane-parallel to the electrode surface, partly a field with strong must pass through inhomogeneous equipotential surfaces (in the vicinity of the center electrode). Because of the deviation of the equipotential surfaces of such a lens from the theoretical Such an electron lens also corresponds to the spherical shape to be demanded requirements to be made only in a first approximation. It was also suggested that to design one or more of the electrodes that determine the lens field as a narrow tube, as previously aimed at «-earth, the electrodes as close as possible to the beam to bring them up, especially if, as was proposed, they are also to be separated two rooms with different gas pressures are used. Such arrangements lead However zii defective low aperture lenses.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Äquipotentialflächen einer idealen elektrischen Linse möglichst sämtlich die-Form konzentrischer Kugelkalotten haben müssen. wobei in Strahlrichtung auch konkave und konvexe Kalotten aufeinander folgen können, -wenn nur die ersteren an die letzteren unmittelbar (ohne Zwischenschaltung einer größeren Zahl paralleler Äquipotentialflächen) anschließen. Die Erfindung betrifft eine elektrische Elektronensammellinse für Hochvakuurnelektronenstrahlröhren, insbesondere für Fernsehzwecke, mit 1nindestens -zwei auf verschiedenem Potential liegenden Hohlkörpern, die die Form von Mantelflächen besitzen, deren Erzeugende parallel zur Strahlachse verlaufen. Sie unterscheidet sich erfindungsgemäß von dieser bekannten Elektronensammellinse dadurch, daß sämtliche nebeneinander angeordneten Hohlkörper angenähert die gleiche lichte Weite wie der zylindrische Teil des Ablenkraumes des Vakuumgefäßes (innerer Röhrendurchinesser) und untereinander die gleiche lichte Weite besitzen und derart angeordnet und elektrisch vorgespannt sind, daß vermittels des zwischen den inneren, parallel zur Strahlachse verlaufenden Mantelflächen der Hohll.örper übergreifenden Feldes' ein scharfes Elektronenbild in der Abbildungsfläche entsteht. Hierdurch entsteht eine nur durch die von der Innenwand je zweier Hohlkörper ausgehenden Kraftlinien bestimmte Linse, die wegen des Wegfalls der bisher angewendeten, senkrecht zur Strahlachse ebenen` Blendenelektroden oder anderweitig geformter, nahe an den Strahl herangeführter Elektroden fehlerfrei ist, da sie nahezu vollständig kugelförmige Äquipotentialflächen und eine hohe Apertur aufweist.The invention is based on the knowledge that the equipotential surfaces an ideal electric lens, if possible, all of the form of concentric spherical caps need to have. with concave and convex domes on top of each other in the direction of the beam can follow, -if only the former to the latter directly (without interposition a larger number of parallel equipotential surfaces). The invention relates to an electric electron collecting lens for high vacuum electron beam tubes, especially for television purposes, with at least two at different potentials lying hollow bodies, which have the shape of lateral surfaces, their generators run parallel to the beam axis. According to the invention, it differs from this known electron collecting lens in that all are arranged side by side Hollow body approximately the same clear width as the cylindrical part of the deflection space of the vacuum vessel (inner tube diameter) and each other the same clear Have width and are arranged and electrically biased that mediating of between the inner jacket surfaces of the parallel to the beam axis Hollow body overlapping field 'a sharp electron image in the imaging surface arises. This creates one only through the two hollow bodies on the inner wall outgoing lines of force, which because of the omission of the previously used, Aperture electrodes that are plane perpendicular to the beam axis or otherwise shaped, electrodes brought close to the beam are error-free, since they are almost complete has spherical equipotential surfaces and a high aperture.

Es ist bereits eine elektrostatische Linse bekannt, die aus zwei, in Strahlrichtung gesehen, hintereinanderliegenden Zylindern verschiedenen Durchmessers besteht, von denen der eine Zylinder ein Stück in den anderen hineinragt. Diese Linse hat jedoch einen größeren Öffnungsfehler als die erfindungsgemäße Linse, da jede Verkleinerung eines der beiden Zylinderdurchmesser eine Vergrößerung des Öffnungsfehlers bewirkt. Die erfindungsgemäße Linse stellt das Optimum an Fehlerfreiheit dar.An electrostatic lens is already known, which consists of two, Seen in the direction of the beam, cylinders of different diameters lying one behind the other consists of which one cylinder protrudes a bit into the other. These However, the lens has a larger aperture error than the lens according to the invention because every reduction in one of the two cylinder diameters increases the opening error causes. The lens according to the invention represents the optimum in terms of freedom from defects.

Die Abb. 3 veranschaulicht den Verlauf der Äquipotentiahlächen, der an zwei koaxialen Zylindern gemessen wurde. Es sind auch 1Äohlkörperformen von elliptischem öder polygonalem Querschnitt verwendbar, wobei nur wesentlich ist, daß die lichte Weite der Elektroden hinreichend groß ist. Statt eines runden Querschnittes kann die Anordnung auch einen rechteckigen Querschnitt senkrecht zur Strahlachse besitzen, wodurch die Wirkung einer lichtoptischen Zylinderlinse nachgebildet werden kann. Zur Herabsetzung der Linsenspannung ist es auch möglich, mehrere derartige Linsen hintereinanderzuschalten.Fig. 3 illustrates the course of the equipotential surfaces, the was measured on two coaxial cylinders. There are also hollow body shapes of elliptical or polygonal cross-section can be used, it is only essential that the clear Width of the electrodes is sufficiently large. Instead of a round cross-section the arrangement also have a rectangular cross-section perpendicular to the beam axis, whereby the effect of a light-optical cylinder lens can be simulated. To reduce the lens tension, it is also possible to use several such lenses to be connected in series.

@@'ird bei der ;1nordnung nach Abb. 3 die eine Elektrode an den Pluspol und die andere an den Minuspol einer Spannungsquelle gelegt, so erhalten die Elektroden beim Durchlaufen des an dein Minuspol liegenden Zylinders eine sehr geringe Geschwindigkeit. Dieser Umstand kann vorteilhaft benutzt werden, um durch relativ zur 21nodenspannung sehr geringe Steuerspannungen den Elektronenstrahl in seiner Intensität zu steuern, ihn durch Ablenkplatten, welche innerhalb der zii dieseln Zweck verlängerten Elektrode ange-Iiracht sind. - mit erhöhter Finpfindlichkeit seitlich abzulenken oder (durch Umkehr der Elektronen zur Anode) ganz aufzuheben. Die Anordnung wirkt in diesem Falle ähnlich wie (las Steuergitter einer Raumladungsverstärkerröhre bzw. wie ein Elektronenspiegel. Dic erhöhte Ablenkempfindlichkeit ist wichtig bei Fernsehröhren, Xathodenstrahloszillographen. Tonfilmröhren o. dgl., bei denen man eine Strahlsteuerung finit möglichst geringem Spannungsaufwand erreichen will.In the arrangement according to Fig. 3, one electrode is attached to the positive pole and the other is connected to the negative pole of a voltage source, so the electrodes get a very low speed when passing through the cylinder at your negative pole. This fact can be used to advantage in order to get through relative to the node tension very low control voltages to control the intensity of the electron beam, him by baffles, which are extended within the target purpose of the electrode are attached. - to deflect sideways with increased sensitivity or (by Reversal of the electrons to the anode). The arrangement works in this Case similar to (read the control grid of a space charge amplifier tube or like a Electron mirror. The increased deflection sensitivity is important for television tubes, Xathode ray oscillographs. Sound film tubes or the like, in which a beam control finit wants to achieve the lowest possible stress expenditure.

Die Abb. 4. und 5 zeigen verschiedene Ausiiihrungsforinen von Fernsehröhren: «-elche elektrische Linsenanordnungen gemäß der Erfindung enthalten.Figs. 4 and 5 show different versions of television tubes: - such electrical lens assemblies according to the invention.

In Abb..I bedeutet i den Glaskolben der Röhre, an dessen trichterförmigem feil der Leuchtschirm 2 angebracht ist. Die Elektronen entstehen an der Glühkathode 3; ihre Intensität wird in an sich bekannter Weise durch den Wehneltzylinder.I gesteuert. Die Anode besteht aus einer Lochblende 5. und die verschiedenen Elemente der Linse sind durch thermische Verdampfung von Silber unter Verwendung geeigneter Schablonen auf der Innenwand des Kolbens niedergeschlagen. Sie bestehen aus den zylinderförmigen voneinander isolierten Teilen 1.4 und 15 und aus dem daran anschließenden Teil 16, der sich in dein trichterförmigen Teil des Kolben fortsetzt und ebenfalls mit der Anode verbunden ist. Diese Ausführungsform entspricht einer Form des elektrischen Feldbildes nach Abb. 3. Innerhalb von 16 sind in bekannter Weise die Ablenkplatten io, il angeordnet: Die Herstellung der Elektroden (furch Metallisierung der Glaswand ist für die serienmäßige Herstellung solcher Fernsehröhren besonders einfach; natürlich können die Elektroden in entsprechender Form auch durch Metallrohre bz-w. Metallnetze, die an den isolierten Enden z. B. durch Distanzstücke zusammengehalten werden, hergestellt sein. Die Modulations- bzw. Sperrspannung wird in Abb. :4 dem mittleren Linsenelement über die Klemmen 1z, 13 zugeführt, während die Spannung des Wehneltzylinders ¢ konstant bleibt. Die Ablenkplatten können auch innerhalb des Linsenelementes 15 angeordnet sein, um eine erhöhte Ablenkempfindlichkeit infolge der dort langsameren Elektronen zu erzielen; in diesem Falle muß das Element 15 entsprechend verlängert werden.In Fig..I i means the glass bulb of the tube, on whose funnel-shaped filament the luminescent screen 2 is attached. The electrons are generated at the hot cathode 3; its intensity is controlled in a manner known per se by the Wehnelt cylinder. The anode consists of a perforated diaphragm 5. and the various elements of the lens are deposited on the inner wall of the bulb by thermal evaporation of silver using suitable templates. They consist of the cylindrical parts 1.4 and 15 isolated from one another and the adjoining part 16, which continues in your funnel-shaped part of the piston and is also connected to the anode. This embodiment corresponds to a form of the electric field image according to Fig. 3. The deflection plates io, il are arranged in a known manner within 16: The production of the electrodes (by metallizing the glass wall is particularly simple for the series production of such television tubes; of course, the electrodes The modulation or blocking voltage is shown in Fig. 4 on the middle lens element via the terminals 1z, 13 while the voltage of the Wehnelt cylinder remains constant. The deflection plates can also be arranged inside the lens element 15 in order to achieve an increased deflection sensitivity due to the slower electrons there, in which case the element 15 must be lengthened accordingly.

Die in Abb. 5 dargestellte Ausführungsform enthält eine elektrische Linse entsprechend dem Feldbild in Abb. 3 mit nur einer Linsenfläche. Die Elektronen treten durch die erste Anode 5 mit relativ geringer Geschwindigkeit aus, werden anschließend seitlich abgelenkt und zwischen den zylinderförmigen Elektroden 5 und 17 konzentriert und beschleunigt, indem an die Elektrode 17 eine höhere positive Spannung als an die Elektrode 5 angelegt wird. Durch diese Maßnahme wird trotz großer Ablenkempfindlichkeit ein heller Leuchtfleck auf dem Leuchtschirm erreicht.The embodiment shown in Fig. 5 includes an electrical one Lens according to the field image in Fig. 3 with only one lens surface. The electrons emerge through the first anode 5 at a relatively low speed then laterally deflected and between the cylindrical electrodes 5 and 17 concentrated and accelerated by applying a higher positive to electrode 17 Voltage than is applied to the electrode 5. This measure is despite great Deflection sensitivity reached a bright light spot on the fluorescent screen.

Claims

PATENT CLAIMS: r..Electric electron collecting lens for high vacuum electron beam tubes, especially for television purposes, with min-best two at different potential lying hollow bodies, which have the shape of lateral surfaces, their generators run parallel to the beam axis, characterized in that all are side by side arranged hollow body approximately the same clear width as the cylindrical Part of the deflection space of the vacuum vessel (inner tube diameter) and among each other have the same clear width and are so arranged and electrically biased are that by means of the between .den inner, parallel to the beam axis The outer surfaces of the hollow body overlapping field a sharp electron image in the imaging surface is created. a. Lens according to claim a, characterized by Use of hollow bodies with a rectangular cross-section. 3. Lens according to claim z, characterized in that all hollow bodies are directly on the wall of the discharge tube (e.g. in the form of a metal deposit). Lens according to claims r to 3, characterized in that a lens element whose bias is lower as the highest positive voltage across the tube, the baffles for the contains lateral deflection of the electron beam. 5. The use of a lens element an electric lens according to claim r or following at the same time as a blocking or Modulation electrode. 6. Lens according to claim .4, characterized by two on different Lens elements (immersion lens) located at potential, of which the one at lower Element located at potential encloses the deflecting organs (Fig. 7):