EP0283941B1 - Kathodenstrahlröhre mit einer Elektronenkanone, die eine einfache Wiederfokussierung des Elektronenbündels gestattet - Google Patents

Kathodenstrahlröhre mit einer Elektronenkanone, die eine einfache Wiederfokussierung des Elektronenbündels gestattet Download PDF

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EP0283941B1
EP0283941B1 EP19880104288 EP88104288A EP0283941B1 EP 0283941 B1 EP0283941 B1 EP 0283941B1 EP 19880104288 EP19880104288 EP 19880104288 EP 88104288 A EP88104288 A EP 88104288A EP 0283941 B1 EP0283941 B1 EP 0283941B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
quadrupolar
lens
electrodes
group
potential
Prior art date
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EP19880104288
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English (en)
French (fr)
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EP0283941A2 (de
EP0283941A3 (en
Inventor
Takefumi Kato
Toschihiro Harada
Osamu Akizuki
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.)
Iwatsu Electric Co Ltd
Original Assignee
Iwatsu Electric Co Ltd
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Priority claimed from JP7125187A external-priority patent/JPS63237337A/ja
Priority claimed from JP7125387A external-priority patent/JPS646348A/ja
Application filed by Iwatsu Electric Co Ltd filed Critical Iwatsu Electric Co Ltd
Publication of EP0283941A2 publication Critical patent/EP0283941A2/de
Publication of EP0283941A3 publication Critical patent/EP0283941A3/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J29/00—Details of cathode-ray tubes or of electron-beam tubes of the types covered by group H01J31/00
    • H01J29/46—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the ray or beam, e.g. electron-optical arrangement
    • H01J29/58—Arrangements for focusing or reflecting ray or beam
    • H01J29/62—Electrostatic lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J31/00—Cathode ray tubes; Electron beam tubes
    • H01J31/08—Cathode ray tubes; Electron beam tubes having a screen on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted, or stored
    • H01J31/10—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes
    • H01J31/12—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes with luminescent screen
    • H01J31/121—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes with luminescent screen tubes for oscillography

Definitions

  • Our invention relates to cathode ray tubes (CRTs) such as those used for oscilloscopic and storage applications. More specifically, our invention pertains to improvements in or relating to CRTs of the type having a plurality of quadrupolar lenses arranged in a row along the tube axis as parts of the electron gun, the improvements being designed for easy refocusing of the beam at the screen or target.
  • CRTs cathode ray tubes
  • the cathode of the electron gun emits a beam of electrons following different paths depending upon a potential impressed to the control electrode. Varying the potential on the control electrode alters the paths of the electrons and thus changes the position in which they converge or cross over on the tube axis.
  • Such shifting of the crossover point on the tube axis has required readjustment of as many as three different potentials, or even six different potentials consisting of three different positive potentials and three different negative potentials, on the constituent electrodes of the quadrupolar lenses in order to refocus the beam at the target.
  • An apparatus including a cathode ray tube of the kind definded by the precharacterizing features of claim 1 is known from the US-A-4 188 563. This known apparatus is not suited to handle the problem of shifting of the crossover point. From the US-A-3 417 199 it is known to solve this problem by providing a refocusing lens between the crossover pint and further lenses of the cathode ray device.
  • the CRT 20 has a hermetically sealed, evacuated envelope 22 of glass or like rigid, electrically insulating material.
  • the envelope 22 has a funnel portion 24 and a tubular neck portion 26 integrally joined to each other in alignment about their central axis z .
  • This central axis z of the envelope 22 as the tube axis or z axis, as the case may be.
  • the envelope funnel portion 24 has a target 28 formed on the inner surface of a glass faceplate 30 constituting part of the envelope 22.
  • the target 28 takes the form of a fluorescent screen in this particular embodiment, comprising a conductive layer 32 overlying a fluorescent coating 34 on the faceplate.
  • the electron gun 36 for emitting electrons in a beam B directed toward the target 28.
  • the electron gun 36 comprises a cathode 38, a control electrode 40, an accelerating electrode 42, a refocusing lens 44, and first 46, second 48 and third 50 unipotential quarupolar lenses, which are arranged in that order from the gun side end toward the target side end of the envelope 22 along the tube axis z .
  • the envelope neck portion 26 further houses a pair of vertical deflection plates 54 disposed between the second 48 and third 50 quadrupolar lenses, and a pair of horizontal deflection plates 56 disposed between the third quadrupolar lens 50 and the target 28.
  • the deflection plate pairs 54 and 56 operate in the known manner to deflect the electron beam B vertically and horizontally, respectively.
  • vertical and horizontal we are herein using the terms “vertical” and “horizontal”, and derivatives thereof, in accordance with common parlance in the art. Actually, all that is required is that the beam be deflected in two orthogonal directions x and y in a plane at right angles with the tube axis z .
  • the refocusing lens 44 constituting the gist of our invention is a unipotential electrostatic lens capable of providing a converging lens action of radial symmetry about the tube axis z for controlling the spot size of the electron beam B at the target 28. It comprises three spaced apart, planar electrodes 58, 60 and 62, herein shown as discs having apertures or holes 64, 66 and 68 of circular shape defined centrally therein, which are arranged in a row and in alignment about the tube axis z .
  • first or cathode side electrode 58 and third or target side electrode 62 of the refocusing lens 44 are both electrically connected to the same supply terminal 70 as is the accelerating electrode 42.
  • the second or intermediate refocusing electrode 60 is electrically connected to a different supply terminal 72 via a variable resistor 74.
  • the variable potential applied to the intermediate refocusing electrode 60 is lower than the fixed potential applied to the other two refocusing electrodes 58 and 62 as well as to the accelerating electrode 42.
  • the first quadrupolar lens 46 is an alternating arrangement of a first group of three planar or disclike electrodes 76 and a second group of three similar electrodes 78, all in alignment about the tube axis z and with constant spacings l therebetween.
  • the first group of electrodes 76 are jointly connected to a negative supply terminal 80 via a variable resistor 82.
  • the second group of electrodes 78 are jointly connected to a positive supply terminal 84 via a variable resistor 86.
  • FIG. 4 shows in perspective one of the first group of electrodes 76, and one of the second group of electrodes 78, of the first quadrupolar lens 46 in their relative angular positions about the tube axis, it being understood that the two others of the first group of electrodes and the two others of the second group of electrodes are identical in construction with the two representative electrodes 76 and 78, respectively, shown here. It will be seen that each first electrode 76 and each second electrode 78 have apertures 88 and 90 formed respectively therein.
  • the aperture is defined by a first pair of opposite convex edges 92 disposed in symmetrically on both sides of the yz plane, and a second pair of opposite concave edges 94 disposed symmetrically on both sides of the xz plane.
  • a be the distance along the x axis between each convex edge 92 and the intersection of the x and y axes
  • b the distance along the y axis between each concave edge 94 and the intersection of the x and y axes.
  • the distance b is significantly more than, typically twice, the distance a .
  • the aperture 90 in each second electrode 78 of the first quadrupolar lens 46 is identical in shape and size with the above described aperture 88 in each first electrode 76 thereof; only, the aperture 90 is angularly displaced 90 degrees about the tube axis z from the aperture 88.
  • the aperture 90 is defined by a pair of opposed convex edges 96 disposed symmetrically on both sides of the xz plane and by a pair of opposed concave edges 98 disposed symmetrically on both sides of the yz plane.
  • the second quadrupolar lens 48 is also an alternating arrangement of a first group of three planar or disclike electrodes 100 and a second group of three similar electrodes 102, all in alignment about the tube axis z and with constant spacings therebetween.
  • the first group of electrodes 100 are jointly connected to a negative supply terminal 104 via a variable resistor 106.
  • the second group of electrodes 102 are jointly connected to a positive supply terminal 108 via a variable resistor 110.
  • the third quadrupolar lens 50 is likewise an alternating arrangement of a first group of three planar or disclike electrodes 112 and a second group of three similar electrodes 114, all in alignment about the tube axis z and with constant spacings therebetween.
  • the first group of electrodes 112 are jointly connected to a negative supply terminal 116 via a variable resistor 118.
  • the second group of electrodes 114 are jointly connected to a positive supply terminal 120 via a variable resistor 122.
  • the second 48 and third 50 quadrupolar lenses are each constructed on the same principle as is the first quadrupolar lens 46.
  • the second group of electrodes 102 of the second quadrupolar lens 48 and the first group of electrodes 112 of the third quadrupolar lens 50 have each an aperture of substantially the same shape and size as the aperture 88 of each of the first group of electrodes 76 of the first quadrupolar lens 46.
  • the first group of electrodes 100 of the second quadrupolar lens 48 and the second group of electrodes 114 of the third quadrupolar lens 50 have each an aperture of substantially the same shape and size as the aperture 90 of each of the second group of electrodes 78 of the first quadrupolar lens 46.
  • crossover point At 124 in FIG. 6 is indicated the crossover point at which the paths of the electrons issuing from the cathode 38 under the control of the control electrode 40 converge and cross over on the tube axis z .
  • This crossover point is also indicated by the same reference numeral in FIG. 1.
  • FIG. 6 we have disregarded the focusing action of the refocusing electrode 44 in order to clearly illustrate the actions of only the three quadrupolar lenses 46, 48 and 50.
  • the refocusing of the beam has heretofore required the readjustment of the total of six (three positive and three negative) potentials on the three quadrupolar lenses 46, 48 and 50.
  • We have materially simplified such beam refocusing by interposing the refocusing lens 44 between the crossover point 124 and the first quadrupolar lens 46.
  • FIG. 7 is explanatory of how the beam B is refocused through a simple readjustment of the potential on only the refocusing lens 44 which is herein shown as a convex lens by optical analogy.
  • the crossover point of the convergent electron beam issuing from the cathode 38 has shifted from 124 to 124' along the tube axis z through a change in the potential on the control electrode 40, resulting in the defocusing of the beam which has been in focus through preadjustment of the six required operating voltages on the three quadrupolar lenses 46, 48 and 50.
  • the defocusing is attributable in this case to the decrease of the distance between the crossover point and the center of the first quadrupolar lens 46 from W to W1 because of the displacement of the crossover point from 124 to 124'.
  • This readjustment of the potential on the refocusing 44 is tantamount to returning the image point of the first quadrupolar lens 46 to a position of the distance W from that of the distance W1, that is, to returning the crossover point from 124' to 124. It is thus seen that the beam B can be refocused at the target 28 only through readjustment of the potential on the refocusing lens 44. No alteration of the preadjusted potentials on the three quadrupolar lenses 46, 48 and 50 is required.
  • the conventional refocusing operation by the three quadrupolar lenses 46, 48 and 50 has been very poor in response by reason of the large capacitances between their six constituent electrodes.
  • the total capacitance of the three element refocusing lens 44 in accordance with our invention is so much less than that of the quadrupolar lenses 46, 48 and 50 that its response is far quicker than heretofore.
  • the refocusing lens 44 of our invention lends itself to use in a CRT 20 a having a scan expansion lens system 128 of the type described and claimed in the noted European Patent Application Publication No. 241,945.
  • the scan expansion lens system 128 Disposed between the pair of horizontal deflection plates 56 and the target 28, the scan expansion lens system 128 is a bipotential quadrupolar lens comprising first 130 and second 132 boxlike electrodes, with the first electrode 130 disposed closer to the electron gun 36 and partly nested in the second electrode 132 with an insulating gap therebetween.
  • the CRT 20 a additionally comprises a postaccelerating electrode 134 herein shown as a conductive coating on the inside surface of the funnel portion 24 of the envelope 22 in electrically conducting relation to the conductive layer 32 of the target 28.
  • the postaccelerating electrode 134 is further electrically connected to the second or target side electrode 132 of the scan expansion lens systems 128.
  • the gun side electrode 130 is grounded.
  • the CRT 20 a is akin in the other details of construction
  • the gun side electrode 130 comprises a first pair of opposite sides 136 disposed symmetrically on both sides of the xz plane and having a pair of tongues 138 extending therefrom toward the target, and a second pair of opposite sides 140 disposed symmetrically on both sides of the yz plane and each having a side edge 142 that is curved in an arc convexed toward the electron gun.
  • the target side electrode 132 comprises a first pair of opposite sides 144 disposed symmetrically on both sides of the xz plane, and a second pair of opposite sides 146 disposed symmetrically on both sides of the yz plane.
  • the four sides 136 and 140 of the gun side electrode 130 and the four sides 144 and 146 of the target side electrode 132 are all convexed toward the tube axis z with a hyperbolic or similar curve.
  • FIG. 10 At (A) and (B) in FIG. 10 are illustrated by optical analogy the vertical and horizontal focusing actions, respectively, of the three quadrupolar lenses 46, 48 and 50 and scan expansion lens system 128 of the CRT 20 a .
  • the scan expansion lens system 128 acts as a converging lens vertically and as a diverging lens horizontally.
  • the converging lens is disposed at a distance P1 from the third quadrupolar lens 50, and the diverging lens at a different distance P2 therefrom, because of the different locations in which they are created within the scan expansion lens system 128.
  • FIGS. 11 and 12 are explanatory of how the scan expansion lens system 128 operates to magnify the horizontal and vertical deflections, respectively, of the electron beam.
  • FIG. 11 shows at 148 the horizontal distribution of equipotential lines created largely between the pair of tongues 138 of the gun side electrode 130 of the scan expansion lens system 128 upon application of prescribed potentials to its two constituent electrodes 130 and 132.
  • the line 150 indicates one of the opposite extreme trajectories of the electron beam that has been deflected horizontally.
  • the equipotentials 148 act to magnify the horizontal deflection of the beam as represented by the line 150.
  • FIG. 12 is shown the vertical distribution of equipotential lines 152 created adjacent the target side ends of the gun side electrode tongues 138 of the scan expansion lens system 128.
  • lines 154 representing some of the trajectories of the beam that has been deflected vertically
  • the equipotentials 152 expand the vertical beam deflection by inverting the trajectories 154 with respect to the z axis in the vertical plane.
  • FIG. 13 shows a further preferred form of CRT 20 b in accordance with our invention.
  • This CRT 20 b is analogous in construction with the FIG. 1 CRT 20 except for different means employed for applying potentials to the three quadrupolar lenses 46, 48 and 50.
  • the first groups of electrodes 76, 100 and 112 of all the quadrupolar lenses 46, 48 and 50 are connected in common to a negative supply terminal 156 via a variable resistor 158.
  • the second groups of electrodes 78, 102 and 114 of all the quadrupolar lenses 46, 48 and 50 are connected in common to a positive supply terminal 160 via a variable resistor 162.
  • the negative potential -V impressed to the first groups of electrodes 76, 100 and 112 is equal in absolute value to the positive potential +V applied to the second groups of electrodes 78, 102 and 114.
  • FIG. 14 shows a prior art unipotential quadrupolar lens 164 of seemingly ideal design. It comprises a first pair of opposed electrodes 166 convexed toward each other and disposed symmetrically on both sides of the yz plane, and a second pair of opposed electrodes 168 also convexed toward each other and disposed symmetrically on both sides of the xz plane.
  • a negative voltage -V is impressed to the first pair of electrodes 166, and a positive voltage +V to the second pair of electrodes 168.
  • a1, a2, a3, L1, L2 and L3 may be determined as follows in order to enable the application of the voltages +V and -V of the same absolute value to the three quadrupolar lenses 46, 48 and 50 as in the CRT 20 b of FIG. 13.
  • the values of A1, L1 and V for the first quadrupolar lens 46 may be determined in accordance with Equations (1) and (10).
  • the values of w, d, q and p in Equation (1) are determined by the arrangement of the pertinent components of the CRT, and so is the value of S1. It is therefore easy to determine the values of a1, L1 and V in accordance with Equation (10) so as to meet the known value of S1.
  • Equation (17) The values of a1, q, d and w in Equation (17) are known. Therefore, if the apex a2 of the hyperbola of the second quadrupolar lens 48 is determined so as to satisfy Equation (17), it follows that the same potential can be impressed to the second quadrupolar lens 48 as to the first quadrupolar lens 46.
  • Equation (18) If we know the value of A2 from Equation (17), the value of A3 is ascertainable from Equation (18). Consequently, the same potential can be impressed to the third quadrupolar lens 50 as to the first 46 and second 48 quadrupolar lenses if the apex a3 of the hyperbola of the third quadrupolar lens 50 is determined so as to satisfy Equation (18).
  • the application of positive and negative voltages of the same absolute value to the three quadrupolar lenses 46, 48 and 50 becomes possible if, after determination of the axial length L1 of the first lens 46, the axial lengths L2 and L3 of the second 48 and third 50 lenses are determiend so as to satisfy Equations (19) and (20).
  • the required axial lengths L1, L2 and L3 of the quadrupolar lenses 46, 48 and 50 may be realized by adjustment of either the spacings l between their constituent electrodes 76, 78, 100, 102, 112 and 114 or the numbers of such electrodes.
  • the electron beam B may be focused on the target 28 by application of the appropriate positive and negative voltages of the same absolute value to the three quadrupolar lenses 46, 48 and 50.
  • the beam will defocus, however, if the voltage on the control electrode 40 is altered, as has been explained in connection with the FIG. 1 CRT 20. In that case the beam may be refocused by readjustment of the voltage on the refocusing lens 44 rather than of the voltages on the quadrupolar lenses 46, 48 and 50.
  • the CRT 20 b possesses the advantage over the FIG. 1 CRT 20 or FIG. 8 20 a that the three quadrupolar lenses 46, 48 and 50 demand only two positive and negative voltage sources.
  • the simpler voltage source means of the CRT 20 b makes the complete CRT system appreciably smaller in size and less expensive in construction.
  • the CRT 20 c shown in FIG. 15 is equivalent to the FIG. 8 CRT 20 a in having the scan expansion lens system 128, and to the FIG. 13 CRT 20 b in having the means for impressing only two different potentials to the three quadrupolar lenses 46, 48 and 50.
  • the other constructional details of the CRT 20 c can be as set forth in connection with the FIG. 1 CRT 20.
  • the CRT 20 d shown in FIG. 16 is similar in construction to the FIG. 8 CRT 20 a except that the first quadrupolar lens 46 of the latter is absent from the former.
  • the CRT 20 d has but two quadrupolar lenses 46 and 48, one between refocusing lens 44 and vertical deflection plate pair 54, and the other between vertical and horizontal deflection plate pairs 54 and 56.
  • the two quadrupolar lenses 46 and 48 coact with the scan expansions lens system 128 for focusing the beam B at the target 28, as will be detailed subsequently. Therefore, in this embodiment, the scan expansion lens system 128 may be thought of as the third quadrupolar lens.
  • FIG. 17 illustrates at (A) and (B) how the two quadrupolar lenses 48 and 50 and scan expansion lens system 128 of the CRT 20 d act to focus the electron beam B at the target 28 in vertical and horizontal directions, respectively.
  • the first quadrupolar lens 48 acts as a converging lens vertically and as a diverging lens horizontally.
  • the second quadrupolar lens 50 acts as a diverging lens vertically and as a converging lens horizontally.
  • the scan expansion lens system 128 provides two successive converging lenses Q1 and Q2 vertically and a diverging lens Q3 horizontally.
  • the vertical focusing action of the complete lens system is such that the electron beam B, diverging after having been focused at the crossover point 124, is converged by the first quadrupolar lens 48, and then diverged by the second quadrupolar lens 50 so that the electrons follow nearly parallel paths.
  • the beam B is first strongly converged by the first lens Q1 and, impinging on the second lens Q2 in a diverging state, is thereby reconverged and focused at the target 28.
  • the electron beam B is diverged by the first quadrupolar lens 48, then converged by the second quadrupolar lens 50, and then diverged by the lens Q3 of the scan expansion lens system 128, thereby to be focused at the target 28.
  • Equation (21) The values of ⁇ , ⁇ and ⁇ may be computed from Equations (22), (23), (24) and (25). Then, substituting the computed values in Equation (21), we find that the distance w approximatley equals the distance d . It has now been seen that a round spot results from the system of two unipotential quadrupolar lenses 48 and 50 and one bipotential scan expansion lens 128 if the distances w and d are set approximately equal to each other.
  • the beam will defocus if the crossover point 124 is displaced along the tube axis with a change in the potential on the control electrode 40. In that case the beam may be refocused by correspondingly varying the potential on the refocusing lens 44.
  • This CRT 20 d is notable for its simplicity of construction and capability of deflection amplification.
  • FIG. 18 shows a slight modification of the FIG. 13 CRT 20 b and FIG. 15 CRT 20 c .
  • Positive and negative voltaged +V1 and -V1 of the same absolute value are impressed to only two (e.g. first and second) of the three quadrupolar lenses 46, 48 and 50 in this modification, instead of to all of the three quadrupolar lenses as in the CRTs 20 b and 20 c .
  • Positive and negative voltages +V2 and -V2 of a different absolute value are impressed to the other one (e.g. third) quadrupolar lens.
  • the distances w and q in FIG. 6 may be set equal to each other. Further, a 1 and b 1 may be set equal to a 2 and b 2, respectively.

Landscapes

  • Electron Beam Exposure (AREA)

Claims (20)

  1. Gerät mit einer Kathodenstrahlröhre (20), bestehend aus
    (a) einem hermetisch abgedichteten Kolben (22), der zwei gegenüberliegende Enden und eine sich dazwischen erstreckende zentrale Achse z hat,
    (b) einer Speicherplatte (28) am einen Ende des Kolbens (22),
    (c) einer Kathode (38) am anderen Ende des Kolbens (22) zum Emittieren eines Elektronenstrahls,
    (d) einer Steuerelektrode (40), die zwischen der Kathode (38) und der Speicherplatte (28) angeordnet ist, um den Elektronenstrahl B von der Kathode (38) zur Speicherplatte (28) längs der zentralen Achse z zu richten, wobei die Steuerelektrode (40) den Elektronenstrahl B zur Fokussierung an einem Kreuzungspunkt auf der zentralen Achse z veranlaßt, der sich längs der zentralen Achse z bei einer Änderung des Potentials an der Steuerelektrode (40) ändert,
    (e) einer Beschleunigungselektrode (42), die zwischen der Steuerelektrode (40) und der Speicherplatte (28) zur Beschleunigung des Elektronenstrahls B angeordnet ist,
    (f) einer Ablenkeinrichtung (54, 56), die zwischen der Beschleunigungselektrode (42) und der speicherplatte (28) zur Ablenkung des Elektronenstrahls B in zwei orthogonalen Richtungen angeordnet ist,
    (g) einer Reihe von quadrupolaren Linsen (46, 48, 50), die zwischen der Beschleunigungselektrode (42) und der Speicherplatte (28) angeordnet sind,
    (h) einer Einrichtung zum Anlegen von Potentialen an die quadrupolaren Linsen (46, 48, 50), um den Elektronenstrahl an der Speicherplatte (28) zu fokussieren,
    gekennzeichnet durch
    (i) eine Nachfukussierungslinse (44), die zwischen dem Kreuzungspunkt des Elektronenstrahls B und der Reihe von quadrupolaren Linsen (46, 48, 50) angeordnet ist, um eine konvergierende Linsenwirkung radialer Symmetrie um die zentrale Achse z zu erzeugen, wobei die Nachfokussierungslinse (44) eine äquipotentiale Linse ist, die aus drei ebenen Lochelektroden (58, 60, 62) besteht, die in einer Reihe längs der zentralen Achse z angeordnet sind, die äußeren beiden (58, 62) der Lochelektroden auf einem gemeinsamen Potential und die zentrale (60) auf einem niedrigeren Potential liegt, und
    (j) einer Einrichtung mit einer veränderbaren Potentialquelle, um eine veränderbare Potentialdifferenz an die Nachfokussierungslinse (44) anzulegen und deren Linsenwirkung veränderbar einzustellen,
    (k) so daß der Elektronenstrahl B, wenn er an der Speicherplatte (28) durch eine Änderung des Potentials an der Steuerelektrode (40), die fokussiert wird, durch Einstellung eines einzelnen Potentials an der Nachfokussierungslinse (44) durch die veränderbare Potentialquelle statt durch Einstellung der Potentiale an den quadrupolaren Linsen (46, 48, 50) nachfokusiert werden kann.
  2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren beiden (58, 62) der Lochelektroden der Nachfokussierungslinse (44) mit der Beschleunigungselektrode (42) elektrisch verbunden sind, und daS die zentrale (60) der Lochelektroden mit der veränderbaren Potentialquelle verbunden ist.
  3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die quadrupolaren Linsen (46, 48, 50) aufweisen:
    (a) eine erste quadrupolare Linse (46), die der Kathode (38) am nächsten angeordnet ist, um eine divergierende Linsenwirkung in einer ersten von zwei orthogonalen Richtungen, und eine konvergierende Linsenwirkung in einer zweiten von zwei orthogonalen Richtungen zu erzeugen,
    (b) eine zweite quadropulare Linse (48), die auf der Speicherplattenseite der ersten quadropularen Linse (46) angeordnet ist, um eine konvergierende Linsenwirkung in der ersten der beiden orthogonalen Richtungen und eine divergierende Linsenwirkung in der zweiten der beiden orthogonalen Richtungen zu erzeugen, und
    (c) eine dritte quadropulare Linse (50), die auf der Speicherplattenseite der zweiten quadrupolaren Linse (48) angeordnet ist, um eine divergierende Linsenwirkung in der ersten der beiden orthogonalen Richtungen und eine konvergierende Linsenwirkung in der zweiten der beiden orthogonalen Richtungen zu erzeugen.
  4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste bis vierte quadropulare Linse (46, 48, 50) eine abwechselnde Anordnung erster und zweiter Gruppen ebener Lochelektroden (76, 78; 100, 102; 112, 114) ist, die in einer Reihe längs der zentralen Achse z und mit Abständen dazwischen angeordnet sind, wobei die erste und zweite Gruppe von Elektroden (76, 78; 100, 102; 112, 114) jeder quadropularen Linse (46, 48, 50) auf negativen und positiven Potentialen gehalten wird, deren Absolutwert etwa gleich ist.
  5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gruppe von Elektroden (76) der ersten quadropularen Linse (46) eine Öffnung (88) aufweist, die von ersten und zweiten Paaren gegenüberliegender Ränder (92, 94) begrenzt wird, und daß
    (a) das erste Paar gegenüberliegender Ränder (92) jeweils im wesentlichen entsprechend der folgenden Gleichung in einem kartesischen Koordinatensystem von x- und y-Achsen, die sich in den beiden orthogonalen Richtungen erstrecken und in einem Ursprung schneiden, der auf der zentralen Achse z liegt, gekrümmt ist:

    x² - y² = a1²
    Figure imgb0044

    wobei a1 die Strecke längs der x-Achse zwischen dem Ursprung und dem ersten Paar gegenüberliegender Ränder (92) ist,
    (b) die Strecke längs der y-Achse zwischen dem Ursprung und jedem des zweiten Paars gegenüberliegender Ränder (94) wesentlich länger als die Strecke a1 ist, und
    (c) jede der zweiten Gruppe von Elektroden (78) der ersten quadopularen Linse (46) eine Öffnung (90) aufweist, die nach Form und Größe der Öffnung (88) in jeder der ersten Gruppe von Elektroden (76) entspricht, mit der Ausnahme, daß eine Winkelversetzung von 90° um die zentrale Achse z zwischen den Öffnungen (88, 90) in der ersten und zweiten Gruppe von Elektroden (76, 78) vorhanden ist.
  6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Paar gegenüberliegender Ränder (94) der ersten Öffnung (88) in jeder der ersten Gruppe von Elektroden (76) der ersten quadropularen Linse (46) jeweils im wesentlichen in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung im kartesischen Koordinatensystem gekrümmt ist:

    x² + y² = b1²
    Figure imgb0045

    wobei b1 die Strecke längs der y-Achse zwischen dem Ursprung und jedem zweiten Paars gegenüberliegender Ränder 94 ist.
  7. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gruppe von Elektroden (100) der zweiten quadropularen Linse (48) eine Öffnung hat, die vom ersten und zweiten Paar gegenüberliegender Ränder begrenzt wird, und daß
    (a) das erste Paar gegenüberliegender Ränder jeweils im wesentlichen entsprechend der folgenden Gleichung in einem kartesischen Koordinatensystem von x- und y-Achsen, die sich in den beiden orthogonalen Richtungen erstrecken und in einem Ursprung schneiden, der auf der zentralen Achse z liegt, gekrümmt ist:

    x² + y² = -a2²
    Figure imgb0046

    wobei a2 die Strecke längs der y-Achse zwischen dem Ursprung und jedem des ersten Paars gegenüberliegender Ränder ist,
    (b) die Strecke längs der x-Achse zwischen dem Ursprung und jedem des zweiten Paars gegenüberliegender Ränder wesentlich länger als die Strecke a2 ist, und
    (c) jede der zweiten Gruppe von Elektroden (102) der zweiten quadropularen Linse (48) eine Öffnung hat, die nach Form und Größe der Öffnung in jeder der ersten Gruppe von Elektroden (100) entspricht, mit der Ausnahme, daß eine Winkelversetzung von 90° um die zentrale Achse z zwischen den Öffnungen in der ersten und zweiten Gruppe von Elektroden (100, 102) vorhanden ist.
  8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Paar gegenüberliegender Ränder der Öffnung in jeder der ersten Gruppe von Elektroden (100) der zweiten quadropularen Linse (48) jeweils entsprechend der folgenden Gleichung im kartesischen Koordinatensystem gekrümmt ist:

    x² + y² = b2²
    Figure imgb0047

    wobei b2 die Strecke längs der x-Achse zwischen dem Ursprung und jedem des zweiten Paars gegenüberliegender Ränder ist.
  9. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede der ersten Gruppen von Elektroden (112) der dritten quadropularen Linse (50) ein Öffnung hat, die durch erste und zweite Paare gegenüberliegender Ränder begrenzt wird, und daß
    (a) das erste Paar gegenüberliegender Ränder jeweils im wesentlichen entsprechend der folgenden Gleichung in einem kartesischen Koordinatensystem von x- und y-Achsen, die sich in den beiden orthogonalen Richtungen erstrecken, und in einem Ursprung schneiden, der auf der zentralen Achse z liegt, gekrümmt ist:

    x² - y² = a3²
    Figure imgb0048

    wobei a3 die Strecke längs der x-Achse zwischen dem Ursprung und jedem des ersten Paars gegenüberliegender Ränder ist,
    (b) die Strecke längs der y-Achse zwischen dem Ursprung und jedem des zweiten Paars gegenüberliegender Ränder wesentlich länger als der Abstand a3 ist, und
    (c) jede der zweiten Gruppe von Elektroden (114) der dritten quadropularen Linse (50) eine Öffnung hat, die nach Form und Größe der Öffnung in jeder der ersten Gruppe von Elektroden (112) entspricht mit der Ausnahme, daß eine Winkelversetzung von 90° um die zentrale Achse z zwischen den Öffnungen in der ersten und zweiten Gruppe von Elektroden (112, 114) vorhanden ist.
  10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Paar gegenüberliegender Ränder der Öffnungen in jeder der ersten Gruppe von Elektroden (112) der dritten quadropularen Linse (50) im wesentlichen der folgenden Gleichung im kartesischen Koordinatensystem entspricht:

    x² + y² = b3²
    Figure imgb0049

    wobei b3 die Strecke längs der y-Achse zwischen dem Ursprung und jedem des zweiten Paars gegenüberliegender Ränder ist.
  11. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gruppe von Elektroden (76) der ersten quadropularen Linse (46) eine Öffnung (88) hat, die durch das erste und zweite Paar gegenüberliegender Ränder (92, 94) begrenzt wird, und daß
    (a) das erste Paar gegenüberliegender Ränder (92) jeweils im wesentlichen entsprechend der folgenden Gleichung in einem kartesischen Koordinatensystem von x- und y-Achsen, die sich in den beiden orthogonalen Richtungen erstrecken und in einem Ursprung schneiden, der auf der zentralen Achse z liegt, gekrümmt ist:

    x² - x² = -a2²
    Figure imgb0050

    wobei a1 die Strecke längs der x-Achse zwischen dem Ursprung und jedem des ersten Paars gegenüberliegender Ränder (92) ist,
    (b) die Strecke längs der y-Achse zwischen dem Ursprung und jedem des zweiten Paars gegenüberliegender Ränder (94) wesentlich länger als die Strecke a1 ist, und
    (c) jede der zweiten Gruppe von Elektroden (78) der ersten quadropularen Linse (42) eine Öffnung (90) hat, die nach Form und Größe der Öffnung (88) in jeder der ersten Gruppe von Elektroden (78) der ersten quadropularen Linse (46) entspricht, mit der Ausnahme, daß eine Winkelversetzung von 90° um die zentrale Achse z zwischen den Öffnung (88, 90) in der ersten und zweiten Gruppen von Elektroden (76, 78) der ersten quadropularen Linse (46) vorhanden ist,
    daß jede der ersten Gruppe von Elektroden (100) der zweiten quadropularen Linse (48) eine Öffnung hat, die durch das dritte und vierte Paar gegenüberliegender Ränder begrenzt wird, und daß
    (d) das dritte Paar gegenüberliegender Ränder jeweils im wesentlichen entsprechend der folgenden Gleichung im kartesischen Koordinatensystem von x- und y-Achsen gekrümmt ist:

    x² - y² = -a2²
    Figure imgb0051

    wobei a2 die Strecke längs der y-Achse zwischen dem Ursprung und jedem des dritten Paars gegenüberliegender Ränder ist,
    (e) die Strecke längs der x-Achse zwischen dem Ursprung und jedem des vierten Paars gegenüberliegender Ränder wesentlich länger als die Strecke a2 ist, und
    (f) jede der zweiten Gruppe von Elektroden (102) der zweiten quadropularen Linse (48) eine Öffnung hat, die nach Form und Größe der Öffnung in jeder der ersten Gruppe von Elektroden (100) der zweiten quadropularen Linse (48) entspricht, mit der Ausnahme, daß eine Winkelversetzung von 90° um die zentrale Achse z zwischen den Öffnungen in der ersten und zweiten Gruppe von Elektroden (100, 102) der zweiten quadropularen Linse (48) vorhanden ist,
    daß jede der ersten Gruppe von Elektroden (112) der dritten quadropularen Linse (50) eine Öffnung hat, die durch eine fünftes und sechstes Paar gegenüberliegender Ränder begrenzt wird, und daß
    (g) das fünfte Paar gegenüberliegender Ränder jeweils im wesentlichen entsprechend der folgenden Gleichung im kartesischen Koordinatensystem der x- und y-Achsen zwischen dem Ursprung und jedem des fünften Paars gegenüberliegender Ränder gekrümmt ist:

    x² - y² = a3²
    Figure imgb0052

    (h) die Strecke längs der y-Achse zwischen dem Ursprung und jedem des sechsten Paars gegenüberliegender Ränder wesentlich länger als die Strecke a3 ist, und
    (i) jede der zweiten Gruppe von Elektroden (114) der dritten quadropularen Linse (50) eine Öffnung hat, die nach Form und Größe der Öffnung in jeder der ersten Gruppe von Elektroden (112) der dritten quadropularen Linse (50) entspricht, mit der Ausnahme, daß eine Winkelversetzung von 90° um die zentrale Achse z zwischen den Öffnungen in der ersten und zweiten Gruppe (12, 114) der dritten quadropularen Linse (50) vorhanden ist.
  12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Strecken a1, a2 und a3 gleich sind.
  13. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Anlegen von Potentialen an die quadropularen Linsen (46, 48, 50) aufweisen:
    (a) eine erste Potentialquelle eines ersten negativen Potentials an die erste von Elektroden (76) der ersten quadropularen Linse (46),
    (b) eine zweite Potentialquelle zum Anlegen eines ersten positiven Potentials, das nach dem Absolutwert im wesentlichen dem ersten negativen Potential gleich ist, an die zweite Gruppe von Elektroden (78) der ersten quadropularen Linse (46),
    (c) eine dritte Potentialquelle zum Anlegen eines zweiten negativen Potentials an die erste Gruppe von Elektroden (100) der zweiten quadropularen Linse (48),
    (d) eine vierte Potentialquelle zum Anlegen eines zweiten positiven Potentials, das dem Absulutwert nach dem zweiten negativen Potential im wesentlichen gleich ist, an die zweite Gruppe von Elektroden (102) der zweiten quadropularen Linse (48),
    (e) eine fünfte Potentialquelle zum Anlegen eines dritten negativen Potentials an die erste Gruppe von Elektroden (112) der dritten quadropularen Linse (50), und
    (f) eine sechste Potentialquelle zum Anlegen eines dritten positiven Potentials, das dem Absolutwert nach dem dritten negativen Potential im wesentlichen gleich ist, an die zweite Gruppe von Elektroden (114) der dritten quadropularen Linse (50).
  14. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Anlegen von Potentialen an die quadropularen Linsen aufweist:
    (a) eine erste Potentialquelle zum Anlegen eines gemeinsamen negativen Potentials an die erste Gruppe von Elektroden (76, 100, 112) der ersten, zweiten und dritten quadropularen Linsen (46, 48, 50), und
    (b) eine zweite Potentialquelle zum Anlegen eines gemeinsamen positiven Potentials, das dem Absulutwert nach dem gemeinsamen negativen Potential gleich ist, an die zweite Gruppe von Elektroden (78, 102, 114) der ersten, zweiten und dritten quadropularen Linsen (46, 48, 50).
  15. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum anlegen von Potentialen an die quadropularen Linsen aufweist:
    (a) eine erste Potentialquelle zum Anlegen eines ersten Potentials an die erste Gruppe von Elektroden (76, 100) der ersten und zweiten quadropularen Linsen (46, 48),
    (b) eine zweite Potentialquelle zum Anlegen eines zweiten Potential mit zum ersten Potential entgegengesetzter Polarität an die zweite Gruppe von Elektroden (78, 102) der ersten und zweiten quadropularen Linsen (46, 48),
    (c) eine dritte Potentialquelle zum Anlegen eines dritten Potentials an die erste Gruppe von Elektroden (112) der dritten quadropularen Linse (50), und
    (d) eine vierte Potentialquelle zum Anlegen eines vierten Potentials mit zum dritten Potential entgegengesetzter Polarität an die zweite Gruppe von Elektroden (14) der dritten quadropularen Linse (50).
  16. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Strecken a1, a2 und a3 entsprechend den Gleichungen:

    a2 = √ q(d + w)/w(q + d) ¯ a1
    Figure imgb0053
    a3 = √ pq ((d + w)/dw(q + p) ¯ a2
    Figure imgb0054

    bestimmt sind, wobei
    w = die Strecke längs der zentralen Achse z zwischen dem Kreuzungspunkt und dem Zentrum der ersten quadropularen Linse (46),
    d = die Strecke Zentrum zu Zentrum längs der zentralen Achse z zwischen der ersten und zweiten quadropularen Linse (46, 48),
    q = die Strecke Zentrum zu Zentrum längs der zentralen Achse z zwischen der zweiten und dritten quadropularen Linse (48, 50), und
    p = die Stecke längs der zentralen Achse z zwischen dem Zentrum der dritten quadropularen Linse (50) und der Speicherplatte (28), und daß die Abmessungen der ersten, zweiten und dritten quadropularen Linse (46, 48, 50) längs der zentralen Achse z gleich sind.
  17. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Strecken a1, a2, a3 gleich sind, und daß die Abmessungen L1, L2 und L3 der ersten, zweiten und dritten quadropularen Linse (46, 48, 50) längs der zentralen Achse z jeweils entsprechend den Gleichungen:

    L3 = w(q + d)/q(d + w) L1
    Figure imgb0055
    L3 = dw(q + p)/qp(d + w) L1
    Figure imgb0056

    bestimmt sind, wobei
    w = die Strecke längs der zentralen Achse zwischen dem Kreuzungspunkt und dem Zentrum der ersten quadropularen Linse (46),
    d = die Strecke Zentrum zu Zentrum längs der zentralen Achse z zwischen der ersten und zweiten quadropularen Linse (46, 48),
    q = die Strecke Zentrum zu Zentrum längs der zentralen Achse z zwischen der zweiten und dritten quadropularen Linse (48, 50), und
    p = die Strecke längs der zentralen Achse z zwischen dem Zentrum der dritten quadropularen Linse (50) und der Speicherplatte (28).
  18. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung ein erstes und zweites Ablenksystem (54 und 56) hat, die längs der zentralen Achse z beabstandet sind, und daß die dritte quadropulare Linse (50) zwischen dem ersten und zweiten Ablenksystem (54 und 56) angeordnet ist.
  19. Gerät nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Abtastexpansionslinse (128), die zwischen der Ablenkeinrichtung (54, 56) und der Speicherplatte (28) angeordnet ist, um die Ablenkungen des Elektronenstrahls B in den beiden orthogonalen Richtungen zu verstärken.
  20. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der ersten und zweiten quadropularen Linsen (46, 48) eine abwechselnde Anordnung erster und zweiter Gruppen ebener Lochelektroden (76, 78; 100, 102) ist, die in einer Reihe längs der zentralen Achse z und mit Abstand dazwischen angeordnet sind, und daß die dritte quadropulare Linse (50) zwischen der Ablenkeinrichtung (54, 56) und der Speicherplatte (28) angeordnet ist und zwei im wesentlichen rohrförmige Elektroden aufweist, die längs der zentralen Achse z gegeneinander versetz sind, und eine teilweise in die andere eingesetzt ist.
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