DE972673C

DE972673C - Electron lens

Info

Publication number: DE972673C
Application number: DEL20076A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl-Phys Berthold
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1954-10-07
Filing date: 1954-10-07
Publication date: 1959-09-03

Description

AUSGEGEBEN AM 3. SEPTEMBER 1959ISSUED SEPTEMBER 3, 1959

L 20076 VIIIc/21gL 20076 VIIIc / 21g

ist als Erfinder genannt wordenhas been named as the inventor

ElektronenlinseElectron lens

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektronenlinse, bei der mehrere Linsen so kombiniert sind, daß die erste Ableitung der Funktion der Entfernung zwischen Überkreuzungs- und Bildpunkt bei der verwendeten Anodenspannung U_A eine Nullstelle hat.The invention relates to an electron lens in which several lenses are combined in such a way that the first derivative of the function of the distance between the crossover point and the image point has a zero at the anode voltage U _{A used.}

Für viele Anwendungszwecke, z.B. in Kathodenstrahlröhren, ist es erwünscht, eine von der Spannung unabhängige Elektronenlinse zu verwenden oder wenigstens in einem bestimmten Bereich eine Kompensation der Spannungsschwankungen zu haben. In Kathodenstrahlröhren und ebenso bei allen elektronenoptischen Abbildungen soll z. B. die Entfernung zwischen Bildpunkt und abgebildetem Leuchtfleck unabhängig von der Anodenspannung sein. Eine bisher bekannte Methode, dieses Ziel zu erreichen, besteht darin, bei elektrostatischer Fokussierung alle Linsenspannungen in demselben Verhältnis zu ändern wie die Anodenspannung, etwa dadurch, daß alle Spannungen einem gemeinsamen Spannungsteiler entnommen werden. Diese Methode bringt eine unnötige Belastung der Anodenspannungsquelle mit sich. Ein gewisser Ausweg ist die Anwendung eines sogenannten Nullfokus. Elektroden, die auf Kathodenpotential liegen, brauchen in dem Spannungsteiler nicht geregelt zu werden. Aber diese Fokussierungsart ist nicht immer anwendbar und führt oft zu Schwierigkeiten, weil Anodenpotential mit Kathodenpotential abwechselt und Spannungsdurchbrüche erfolgen können.For many applications, such as in cathode ray tubes, it is desirable to use one of the voltage to use an independent electron lens or at least one in a certain area To have compensation for voltage fluctuations. In cathode ray tubes and also with all electron optical images should z. B. the distance between the image point and the imaged Be independent of the anode voltage. A previously known method to achieve this goal Achieve is, with electrostatic focusing, all the lens voltages in the same To change the ratio like the anode voltage, for example by keeping all voltages in common Voltage divider can be taken. This method places unnecessary stress on the anode voltage source with himself. A certain way out is to use what is known as zero focus. Electrodes that are at cathode potential, do not need to be regulated in the voltage divider. But this type of focus is not always applicable and often leads to difficulties because anode potential with cathode potential alternates and voltage breakdowns can occur.

Bei den bisher bekannten Systemen, die z. B. in Kathodenstrahlröhren verwendet werden, wird der von der Kathode emittierte Strahl mit Hilfe derIn the previously known systems that z. B. used in cathode ray tubes, the from the cathode emitted beam with the help of the

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Steuerelektrode und der darauffolgenden nächsten Elektrode zu einem Überschneidungspunkt gebracht, welcher dann durch das weiter folgende Elektrodensystem auf dem Leuchtschirm abgebildet wird.Brought the control electrode and the next next electrode to an intersection point, which is then displayed on the luminescent screen by the subsequent electrode system will.

Die Abhängigkeit der Fokussierung von der Anodenspannung läßt sich bei festgelegten Linsenanordnungen und festgehaltenen Linsenspannungen als Funktion der Anodenspannung darstellen:The dependence of the focusing on the anode voltage can be determined with fixed lens arrangements and the recorded lens voltages as a function of the anode voltage:

wobei E die Entfernung zwischen dem Überkreuzungspunkt und dem Bildpunkt auf dem Leuchtschirm oder, ganz allgemein, die Entfernung zum abgebildeten Gegenstand und der Bildebene ist.where E is the distance between the crossover point and the image point on the luminescent screen or, more generally, the distance to the object depicted and the image plane.

Bei einer bekannten elektronenoptischen Abbildungseinrichtung, insbesondere einem Elektronenmikroskop mit zwei oder mehreren Einzellinsen, sind die Linsen so angeordnet und geschaltet, daß die Brennweiten der elektrischen Einzellinsen, die eine Funktion der an die Linsenelektroden gelegten Spannung und der Größe und Form der Elektrode sind, sich bei Spannungsänderungen gegenläufig ändern. Der Bereich, in dem sich die Brennweitenänderungen gerade kompensieren, ist jedoch nur sehr klein und äußerst schwierig einzustellen, insbesondere bei verschiedenen Brennweitenkurven der Linsen.In a known electron-optical imaging device, in particular an electron microscope with two or more individual lenses, the lenses are arranged and switched so that the focal lengths of the individual electrical lenses, which is a function of the amount placed on the lens electrodes The voltage and the size and shape of the electrode are contrary to each other when the voltage changes change. However, the area in which the changes in focal length just compensate each other is only very small and extremely difficult to adjust, especially with different focal length curves of the lenses.

Die vorstehend beschriebenen Nachteile werden bei einer Elektronenlinse, bei der mehrere Linsen so kombiniert sind, daß die erste Ableitung der Funktion der Entfernung zwischen Überkreuzungs- und Bildpunkt bei der verwendeten Anodenspannung U _A eine Nullstelle hat, gemäß der Erfindung dadurch beseitigt, daß diese Linsenkombination mindestens aus einer elektrostatischen und mindestens einer magnetischen Linse besteht. Eine solche Linsenkombination gewährleistet eine hohe Konstanz der Entfernung zwischen Überkreuzungs- und Bildpunkt auch bei beträchtlichen Spannungsänderungen. Die Erfindung nutzt nämlich die Tatsache aus, daß sich bei Spannungsschwankungen die Brennweite der magnetischen Linse im umgekehrten Sinn wie die Brennweite der elektrostatisehen Linse ändert. Dieses ist in den Fig. ι und 2 sowie 3 näher erläutert.The disadvantages described above are eliminated according to the invention in an electron lens in which several lenses are combined in such a way that the first derivative of the function of the distance between the crossover point and the image point at the anode voltage U _{A used has} a zero point that this lens combination at least consists of an electrostatic lens and at least one magnetic lens. Such a lens combination ensures a high degree of constancy of the distance between the crossover point and the image point, even with considerable voltage changes. The invention makes use of the fact that when the voltage fluctuates, the focal length of the magnetic lens changes in the opposite sense as the focal length of the electrostatic lens. This is explained in more detail in FIGS.

In Fig. ι ist die Abhängigkeit der Entfernung E, d. h. der Entfernung von Überkreuzungs- und Bildpunkt, von der Anodenspannung für eine elektro-In Fig. Ι the dependence of the distance E, ie the distance from the crossover and image point, on the anode voltage for an electrical

statische Linse aufgetragen. Dabei hat z. B. die Funktion E=F(U_A) bei einer Linse mit zwei Zylindern auf den Potentialen U₁ bzw. U₂ (U₁^U₂), wobei U₂ = (U_A) ist, einen Verlauf nach Fig. i. Aus der Kurve geht hervor, daß mit wachsendem U_A die Entfernung E kleiner wird.static lens applied. It has z. B. the function E = F (U _A ) for a lens with two cylinders at the potentials U ₁ or U ₂ (U ₁ ^ U ₂ ), where U ₂ = (U _A ) , a curve according to Fig. I . The curve shows that the distance E becomes smaller as U _{A increases.}

In Fig. 2 ist die Abhängigkeit der Entfernung E von der Anodenspannung U_A für ein magnetisches System wiedergegeben. Aus der Fig. 2 geht hervor, daß die Entfernung E mit- wachsender Anodenspannung stetig größer wird.In Fig. 2, the dependence of the distance E on the anode voltage U _{A is shown} for a magnetic system. From FIG. 2 it can be seen that the distance E increases steadily as the anode voltage increases.

Durch die Kombination der beiden Systeme (einer magnetischen und eines elektrostatischen, welche an einem gleichen Ort oder nacheinander angeordnet sein können) ergibt sich eine Kombination der beiden bezeichneten Kurvenformen. Die Abhängigkeit der Entfernung E von der Anodenspannung U_A für die Kombination eines elektrostatischen mit einem magnetischen System ist in Fig. 3 wiedergegeben. Der Verlauf der Kurve in Fig. 3 zeigt, daß bei 1 ein Minimum ist und bei Änderung der Anodenspannung um etwa + io°/o die Entfernung E praktisch gleichbleibt.The combination of the two systems (one magnetic and one electrostatic, which can be arranged in the same place or one after the other) results in a combination of the two designated curve shapes. The dependence of the distance E on the anode voltage U _A for the combination of an electrostatic and a magnetic system is shown in FIG. The course of the curve in FIG. 3 shows that at 1 there is a minimum and when the anode voltage changes by about + 10% the distance E remains practically the same.

Außer der beschriebenen Kombination einer elektrostatischen mit einer magnetischen Linse lassen sich noch andere Linsenkombinationen zwisehen elektrostatischen und magnetischen Linsen verwenden, z. B. mehrere elektrostatische Linsen mit einer oder mehreren magnetischen Linsen.Except for the described combination of an electrostatic and a magnetic lens It is possible to use other lens combinations between electrostatic and magnetic lenses use, e.g. B. multiple electrostatic lenses with one or more magnetic lenses.

An Hand der Fig. 4 ist die Verwendung einer Linsenkombination gemäß der Erfindung in einer Kathodenstrahlröhre wiedergegeben. Alle zum Verständnis der Erfindung nicht nötigen Teile, wie Durchführung, Ablenksystem usw., sind dem besseren Verständnis halber weggelassen. Mit 1 ist der Kolben der Kathodenstrahlröhre bezeichnet. Der von der Kathode 2 ausgehende Elektronenstrom wird mit Hilfe der Steuerelektrode 3 und der darauffolgenden Elektrode 4 in dem Raum zwischen Elektrode 3 und 4 zu einem Überschneidungspunkt geführt. Mit 8 ist die Anode wiedergegeben und mit 9 eine magnetische Linse, die sowohl permanentmagnetisch als auch elektromagnetisch sein kann. Es ist auch möglich, die magnetische Linse innerhalb der Röhre anzuordnen. (Bei Verwendung für Fernsehbildröhren wird die Beschleunigungslinse zwischen dem Zylinder 4 und der Anode 8 gebildet.) Die Elektrode 4 befindet sich zweckmäßigerweise auf einer Spannung bis zu etwa 400 V, da Spannungen in dieser Größe normalerweise in Fernsehempfängern vorhanden sind.4, the use of a lens combination according to the invention in a Cathode ray tube reproduced. All parts not necessary to understand the invention, such as Implementation, deflection system, etc., are omitted for the sake of better understanding. With 1 is the Called the bulb of the cathode ray tube. The electron current emanating from the cathode 2 is with the help of the control electrode 3 and the subsequent electrode 4 in the space between Electrode 3 and 4 led to an intersection point. With 8 the anode is shown and with 9 a magnetic lens that can be both permanent magnetic and electromagnetic can. It is also possible to arrange the magnetic lens inside the tube. (Using for television picture tubes, the accelerating lens is formed between the cylinder 4 and the anode 8.) The electrode 4 is expediently at a voltage of up to about 400 V, there Tensions of this magnitude are normally present in television receivers.

Claims

Claim:

Electron lens in which several lenses are combined in such a way that the first derivative of the function of the distance between the crossover point and the image point has a zero at the anode voltage U _{A used} , characterized in that this lens combination consists of at least one electrostatic and at least one magnetic lens.

Considered publications:
German patent specifications No. 373 834, 733 345,

735 873;
Fractional Recknagel, electronic devices, 1941,

P. 307.

1 sheet of drawings