DE720624C - Elektrische Einzellinse fuer Elektronen- bzw. Ionenstrahlen - Google Patents

Elektrische Einzellinse fuer Elektronen- bzw. Ionenstrahlen

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Publication number
DE720624C
DE720624C DEK124833D DEK0124833D DE720624C DE 720624 C DE720624 C DE 720624C DE K124833 D DEK124833 D DE K124833D DE K0124833 D DEK0124833 D DE K0124833D DE 720624 C DE720624 C DE 720624C
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DE
Germany
Prior art keywords
lens
electric
electrodes
electron
lens according
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Expired
Application number
DEK124833D
Other languages
English (en)
Inventor
Dr-Ing Max Knoll
Dr Franz Ollendorf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Telefunken AG
Original Assignee
Telefunken AG
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Publication date
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Publication of DE720624C publication Critical patent/DE720624C/de
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J29/00Details of cathode-ray tubes or of electron-beam tubes of the types covered by group H01J31/00
    • H01J29/46Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the ray or beam, e.g. electron-optical arrangement
    • H01J29/58Arrangements for focusing or reflecting ray or beam
    • H01J29/62Electrostatic lenses
    • H01J29/622Electrostatic lenses producing fields exhibiting symmetry of revolution
    • H01J29/624Electrostatic lenses producing fields exhibiting symmetry of revolution co-operating with or closely associated to an electron gun

Landscapes

  • Image-Pickup Tubes, Image-Amplification Tubes, And Storage Tubes (AREA)

Description

  • Elektrische Einzellinse für Elektronen- bzw. Ionenstrahlen Es ist bekannt, daß durch ein elektrisches Feld, das symmetrisch zur Achse eines Elektronenstrahlbündels liegt und zum Achsenabstand proportionale Radialkomponenten hat, wie durch eine Linse mittels Elektronenstrahlen auf einem Leuchtschirm Bilder einer elektronenemittierenden oder von Elektronen bestrahlten Gegenstandsfläche sichtbar gemacht werden können. Es ist weiterhin bekannt, ein derartiges elektrisches Feld durch Doppelflächenelektroden (Kugelkondiensatoranordnungen) herzustellen, wobei das Elektronenstrahlbündel auf seinem Weg an jeder Doppelfläche zwei feinmaschige Netze passieren muß. Wie Versuche gezeigt haben, gelingt es mit .einer derartigen Anordnung infolge der Feldverzerrung an den Netzdrähten nicht, genügend scharfe Elektronenbilder zu erzeugen; ein weiterer Nachteil derartiger-Elektronenlinsen besteht in der Strahlenreflexion an den einzelnen Netzdrähten und in der Strahlabsorption durch die Oberfläche des Netzes, die pro Netz etwa 5o °/o, bei der ganzen Linse also etwa 9¢ % der einfallenden Strahlung beträgt. Es ist ferner bekannt, das Feld einer einzelnen aufgeladenen, mit einer Öffnung versehenen Platte als Elektronenlinse zu benutzen. Die theoretische und experimentelle Untersuchung einer solchen Anordnung zeigen jedoch, daß ein derartiges Kraftlinienfeld den Bedingungen für eineoptische Abbildung noch weniger entspricht als die genannten Doppelflächenlinsen. Weiterhin ist vorgeschlagen worden, eine Elektronenlinse aus drei Lochblendenelektroden, von denen die beiden äußeren das gleiche Potential haben, herzustellen und diese zur Intensitätssteuerung eines Kathodenstrahls derart zu benutzen, daß durch ein zwischen der mittleren und einer äußeren Elektrode angelegtes Wechselfeld die Stromdichte über der dritten Lochblendenelektrode verändert wird. Durch eine nachfolgende Sammellinse wird dann deren Öffnung auf dem Leuchtschirm abgebildet.
  • Die Erfindung bezweckt, eine Einzellinse für Elektronen oder Ionen zu schaffen, welche die Vorteile der elektrostatischen Linsen hinsichtlich geringen Stromverbrauches, kleinen Umfanges, kleinen Gewichtes, geringer Trägheit gegenüber schnellen Veränderungen der Brennweite besitzt und gleichzeitig den Vorteil der Benötigung geringerer Spannungen und der Möglichkeit der Herstellung einer Zerstreuungslinse hat.
  • Die vorliegende elektrische Linse besteht ebenfalls aus einem in sich abgeschlossenen System von drei an verschiedenen Spannungen angelegten Elektroden und ist dadurch gekennzeichnet, daß erfindungsgemäß als äußere Elektroden ebene auf gleichem Potential liegende Lochblenden dienen, an deren symmetrisch zur Strahlachse liegenden Öffnungen sich der die Linsenwirkung des Systems hervorrufende Potentialverlauf ungestört ausbildet, während als mittlere Elektrode ein Netz dient. In Fig. i ist der genaue `'erlauf der Äquipotentialflächen für eine aus drei flächenförmigen Elektroden gebildete elektrische Linse eingezeichnet. Die mittlere Elektrode i ist als feinmaschiges Netz, die beiden äußeren Elektroden -2 und 2' sind als Lochblenden ausgebildet. Die Mittelachse der Elektroden ist identisch mit der Achse des Elektronenstrahlbündels. Die Elektrode i ist an den einen Pol, die Elektroden 2 und 2' sind an den anderen Pol einer Batterie 3 angeschlossen.
  • Man erkennt, daß zwischen den Elektroden die Äquipotentialflächen nahezu parallel den Elektrodenflächen verlaufen, daß dagegen auf beiden Seiten der Öffnungen die Äquipotentialflächen linsenförmig gestattet sind. Wie theoretisch und experimentell gezeigt werden kann, werden zwei unter verschiedenen Winkeln von demselben Punkt der Strahlachse ausgehende Elektronenstrahlen nach Passieren der Linse wieder zu einem Punkt auf der Strahlachse vereinigt; es ist also möglich, fehlerfreie Elektronenbilder herzustellen. Der Raum außerhalb der Elektronenlinse bleibt vollkommen feldfrei.
  • Erhalten bei der eingezeichneten Strahlrichtung die Elektrode i positives, die Elektroden 2 und 2' negatives Potential, so entsteht die Wirkung einer Sammellinse, bei umgekehrter Polarität die Wirkung einer Zerstreuungslinse. Hat die Elektrode,2 ein spaltförmiges an Stelle eines runden Loches, so entsteht die Wirkung einer Zylinderlinse.
  • In den Abb. 2 und 3 sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung angegeben, und zwar zeigt Abb. 2 eine Fernsehelektronenröhre mit Helligkeitssteuerung und Strahlsammlung durch zwei Elektronenlinsen und Abb.3 einen Kathodenstraliloszillographen mit bandförmigern Elektronenstrahl und einer Zylinderlinse.
  • In Abb. 2 bedeuten 6 die Glühkathode mit dein üblichen Wehneltzylinder 7, 8 und 9 die zugehörigen Batterien, io die Anode, welche gleichzeitig einen Teil der symmetrischen elektrischen Linse io, i1, 2 bildet. Das in der Glühkathode erzeugte und mit Hilfe des Wehneltzylinders gerichtete Strahlbündel passiert nacheinander die runden Öffnungen von i o, das Gitter i i, die Öffnung in 2, die Lochblende 12, die elektrische Sammellinse 2', i, die beiden Ablenkplättenpaare 15 und 16 und gelangt schließlich zum Leuchtschirm 17, der unmittelbar auf der Glaswandung 18 angebracht ist. Kathode und Anode liegen an der Batterie 13, die eine relativ niedrige Spannung aufweist. Die zur ersten elektrischen Linse gelangenden Elektronen besitzen also nur geringe Geschwindigkeit, so daß sie durch relativ niedrige Spannungen der Steuerelektrode i i gesteuert werden können. Die erste elektrische Linse io, i i, 2 dient zur Helligkeitssteuerung im Elektronenbrennfleck, indem durch Veränderung der Spannung an i i ihre Brennweite und damit die Stromdichte über der Blende 12 bei konstanter Austrittsgeschwindigkeit der Elektronen aus der Linse verändert wird. An die Klemmen 23 wird zweckmäßig unter Zuhilfenahme einer Vorspannbatterie i9, die zur Herabsetzung ihrer Erdkapazität über Widerstände 21, 22 an den Kondensator 2o angeschlossen sein kann, die vom Sender übertragene Steuerspannung angeschlossen. An der auf die Blende 12 folgenden zweiten elektrischen Linse 2', i liegt die gegenüber 13 hohe Spannung der Batterie 1.4. Die Linse 2', i wirkt also auf den Elektronenstrahl stark brechend, so daß bei passender Einstellung der während des Betriebes konstant bleibenden Spannung 14 auf dein Leuchtschirm ein Elektronenbrennfleck erhalten wird, der in bekannter Weise durch elektrische Ablenkung mittels 15 und 16 zur Zusammensetzung eines Fernsehbildes dienen kann.
  • Bild 3 gibt schematisch einen Kathodenstrahloszillographen mit bandförmigem Strahlbündel wieder. Das Strahlbündel wird zwischen Kathode 24 und Anode 25 der an sich bekannten Ionenröhre 26 erzeugt, «-elche an Stelle der sonst üblichen runden mit einer spaltförmigen Anodenblende 27 abgeschlossen ist. Im Ablenkraum passiert das Strahlbündel die von der Batterie 33 gespeiste elektrische Sammellinse 29, das zur langen Seite der Spaltblende parallele NiIeßablenkplattenpaar 30 und die elektrische Zylinderlinse 31, die in ähnlicher Weise wie beim Lichtstrahlbündel des Schleifenoszillographen das band--föraiige Strahlbündel in der Leuchtschirmebene 32 zu einem nahezu quadratischen Brennfleck konzentriert, wenn die Brennweite durch die Spannung der Batterie 33 richtig eingestellt ist. Ain Ende ist der Oszillograph durch einen Lenardfensterschlitz 34 verschlossen, durch den der Elektronenstrahl ins Freie tritt. Auf dem über die schnell rotierende Trommel 35 gespannten Registerpapier entsteht das Oszillogramm. Durch den geringeren Abstand der Meßplatten infolge der geringeren Strahlbandbreite und durch die erhöhte Stromdichte im Elektronenbrennfleck infolge des breiten Strahlbündels wird in .diesem Beispiel durch ;die Erfindung eine erhöhte 11rleßempfindlichkeit und eine sehr viel höhere Schreibgeschwindigkeit des Kathodenstrahlosz,illographen unter sonst gleichen Umständen erreicht.

Claims (8)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrische Einzellinse für Elektronen- bzw. Ionenstrahlen, die aus einem in sich abgeschlossenen System von drei an verschiedene Spannungen angelegten Elektroden besteht, dadurch gekennzeichnet, daß als äußere Elektroden ebene, auf gleichem Potential liegende Lochblenden dienen, an deren symmetrisch zur Strahlachse liegenden Öffnungen sich der die Linsenwirkung des Systems hervorrufende Potentialverlauf ungestört ausbildet, während als mittlere Elektrode ein Netz dient.
  2. 2. Elektrische Linse nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Linsenelektroden kreisförmige Öffnungen besitzen.
  3. 3. Elektrische Zylinderlinse nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Linsenelektroden spaltförmige Öffnungen besitzen.
  4. Anordnung mehrerer Einzellinsen nach Anspruch i bis 3 im gleichen Strahlengang unter vollständiger oder teilweiser Parallelschaltung der Linsenelektroden.
  5. 5. Verwendung einer elektrischen Linse nach Anspruch i oder folgenden zur Intensitätssteuerung in Fernseh- oder Bildtelegraphieröhren durch Anordnung einer Blende mit kleiner Öffnung hinter der Linse und Änderung des durch die Blendenöffnung hindurchgelassenen Kathodenstrahlteiles durch Änderung der - Brennweite der Linse.
  6. 6: Verwendung einer elektrischen Linse nach einem der Ansprüche i bis q. zur Erzeugung eines scharfen Leuchtflecks bei Kathodenstrahloszillographen.
  7. 7. Verwendung einer elektrischen Linse nach einem der Ansprüche i bis .4 als Abbildungsoptik in Elektronen- oder Ionenmikroskopen.
  8. 8. Verwendung einer elektrischen Linse gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gekreuzte Zylinderlinsen nach Anspruch 3 im gleichen Strahlengang hintereinander vorgesehen sind, zwischen denen die Ablenkorgane liegen.
DEK124833D 1932-03-24 1932-03-24 Elektrische Einzellinse fuer Elektronen- bzw. Ionenstrahlen Expired DE720624C (de)

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DE (1) DE720624C (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3320458A (en) * 1962-01-18 1967-05-16 Nippon Electric Co Cathode ray tubes employing a novel convergent electrostatic lens system for beam modulation

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US3320458A (en) * 1962-01-18 1967-05-16 Nippon Electric Co Cathode ray tubes employing a novel convergent electrostatic lens system for beam modulation

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