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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.