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Magnetische Elektronenlinse Die für -elektronenoptische Zwecke, z.
B. Fernsehen, Elektronenmikroskop, Bildwandler, Kathodenstrahloszillographen, verwendeten
Magnetlinsen bestehen, sofern elektromagnetische Linsen verwendet werden, aus einer
Spulenanordnung, deren Windungen den Kathodenstrahl bzw. das Kathodenstrahlbündel
umschließen. Um ein in der Kathodenstrahlrichtung nicht weit ausgedehntes Magnetfeld
zu -erhalten, wird die Spule mit einem Eisenpanzer so umgehen, daß nur im° Inneren
der Spule ein Spalt frei bleibt. Das magnetische Streufeld dieses ringförmigen Spaltes
hat auf den Kathodenstrahl die Wirkung einer Linse. Um Linsenfehler klein zu halten,
muß die Linse einen großen Durchmesser besitzen. Eine Linse größeren Durchmessers
erfordert aber bei gleicher Brennweite eine höhere Amp'erewindungszahl, also größere
Leistung. Außerdem wird die Länge je Windung und damit der Ohmsche Widerstand größer,
was abermals eine Erhöhung der Leistung bedeutet. Da außerdem die Kühlverhältnisse
der gekapselten Spule sehr ungünstig sind, stößt, wenn der Winkelquexschnitt normale
Abmessungen behalten soll, die Erzeugung kurzer Brennweiten bei großen Spulendurchmessern
auf Schwierigkeiten, die nur teilweise durch künstliche Kühlung beherrscht werden
können.
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Bei verwickelten Apparaturen, bei denen die Linse an einer verengten
Stelle derselben sitzen kann, muß die Linse, da sie nicht teilbar ist, einen sehr
großen Durchmesser haben, 'und somit muß ein oft unerwünschtes langes axiales Feld
in Kauf genommen werden. Es ist auch eine Veränderung der Linsenform, z. B. in ein
Ellipsoid, nur durch Veränderung des Eisenpanzers mÖglich.
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Es ist bereits bekannt, kurze magnetische Elektronenlinsen dadurch
herzustellen, daß man die beiden den Röhrenhals umschließenden ringförmigen Polschuhe
mit den beiden Polen eines in b.ezug auf die Röhrenachse symmetrischen Permanentmagneten
verbindet. Zwar wird hierdurch ein rotationssymmetrisches
Feld
längs der Röhrenachse erzeugt, aber die Wirkungsform der Linse kann nicht beliebig
abgeändert werden.
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Erfindungsgemäß soll daher eine magnetische Elektronenlinse so hergestellt
werden, daß die den Kathodenstrahl umschließenden ringförmigen Polschuhe durch zwei
odermehr Erregerspulen tragende magnetisierbare Kerne.,, deren Erregerwicklungen
den Kathodenstrahl nicht umschließen bzw. durch eine entsprechende Zahl permanenter
Magnete verbu.nde.n sind.
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Eine solche Elektronenlinse zeichnet sich, sofern sie als elektromagnetische
Linse ausgebildet ist, durch kleine Leistungsaufnahme und gute Kühlung aus. Außerdem
kann die Linse teilbar hergestellt werden und die'Wirkungsform der Linse durch Stromregelung
stetig verändert werden. Auch bei der Anordnung mit Permanentmagneten bleibt der
Vorteil erhalten, daß die Linse teilbar hergestellt wird und die Wirkungsform je
nach der magnetischen Polstärke der einzelnen verwendeten Permanentmagneten beliebig
verändert werden kann.
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Die Abbildung zeigt ein Beispiel der magnetischen Linse gemäß der
Erfindung in dem Falle, daß die Anordnung mittels Elektromagneten betrieben wird.
Zur besseren Ansicht ist ein Segment herausgeschnitten. An Stelle einer Spute, deren
Windungen den Kathodenstrahl umschließen, werden mehrere außerhalb des Strahls liegende
Spulen z verwendet. Die Eisenjoche a der Einzelspulen i werden durch die Winkelringe
3 und ¢ (POlschuhe) miteinander magnetisch verbunden. Die Spulen i werden mit gleicher
Amperewindungszahl und gleichsinnig betrieben. Der magnetische Fluß der einzelnen
Joche 2 verteilt sich durch die Polschuhe 3 und ¢ bis zu dem im Inneren liegenden
Spalt 5 so, daß der an demselben entstehende und Linsenwirkung ausübende Streufluß
gleichmäßig und ringförmig verteilt ist.
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Wird nun eine geringe Zahl von Einzelspulen, z. B. eine oder zwei,
verwandt und das Material der Polschuhe schwach gewählt, so treten durch den magnetischen
Spannungsabfall in den Polschuhen und den damit verbundenen ungleichen Feldstärken
am Spalt Linsenfehler auf. Durch eine geeignete Form der Polschuhe kann das den
Strahl beeinflussende magnetische Feld rotationssymanetris:ch gestaltet, die Linse
also korrigiert werden. Durch Löcher und Schlitze in den Polschuhen kann der magnetische
Fluß so verteilt werden, daß am Spalt eine gleichmäßige Feldstärke herrscht. Auch
durch besondere Form der Joche, insbesondere an den Enden, kann die Flußverteilung
begünstigt «-erden. Die Linse kann auch aus einzelnen Segmenten bestehen, die um
den Strahl bzw. um das Strahlenbündel herum zusammengesetzt werden. Dieser weitere
Vorteil gegenüber den bekannten Linsen tritt hauptsächlich bei verwickelten Aufbauten,
bei denen ein Herüberschieben der Linse nicht möglich ist, in Erscheinung.
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Da bei der Linse der vorliegenden Art das Joch bzw. die Joche der
Einzelspulen vorteilhaft bis zum Beginn der Sättigung erregt werden, bleibt der
Jochdurchmesser gering. Dadurch ist auch der mittlere Windungsdurchmesser der Spulen
klein, was eine Verringerung des Ohmschen Widerstandes und damit der Leistung bedeutet.
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Da die Einzelspulen klein sind und frei liegen, außerdem Lufträume
zwischen den einzelnen Spulen und zwischen den Spulen und .den Polschuhen gelassen
werden können, wird durch die sehr große Gesamtoberfläche eine gleiclimäßige und
ausreichende Kühlung erzielt.
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Auch leistungsfähige permanentmagnetische Linsen lassen sich durch
gleiche Anordnungen wie die eben beschriebenen elektromagnetischen Linsen herstellen.
Diese Lip.-sen entsprechen dann z. B. der Abbildung, jedoch ohne Spulen. Die Joche
z sind dann permanentmagnetische Stäbe. Auch die bei den elektromagnetischen Linsen
zur Erzielung der den Strahl beeinflussenden gleichmäßigen Feldstärke getroffenen
Vorkehrungen können hierbei Anwendung finden.
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Für manche Zwecke, z. B. Experimentieren, Bildfeldentzerrung, ist
es erwünscht, die Linsenform zu verändern. Dies ist bei den bekannten Linsen nur
durch andere Formgebung des Eisenpanzers bzw. der Spule selbst möglich. Bei der
vorliegenden Linse ist es auch durch den magnetischen Spannungsabfall in den Polschuhen
bei Entfernung einiger Spulen und Joche oder durch Änderung der Stromstärken der
einzelnen Spulen untereinander möglich, die Feldverteilung am Spalt so zu bestalten,
daß die Form der Linse verändert -wird , z. B. in ein Ellipsoid. Umgekehrt kann
durch entsprechende Feldverteilung mit einer anderen Form der Polschuhe Linsenwirkung
hervorgerufen werden.