FI66702C - Elektronkanon foer katodstaoleroer - Google Patents

Description

- — r_i KUULUTUS!ULKAISU s s π n ~ jÄK? ^ ^1) utläcgningsskäift 6 6702 (51) IC»Ju/h*.a.3 H 01 J 29/56 // H 01 J 29/62 SUOMI-FINLAND 781869 (22) HilwmNyMy»—AwBIwIngiJn 12.06.78 ffl) (23) AltnipiN*—OHit||i>Md>g 12.06.78 (41) TuMm(uOdMioi — BIWKdKmm*g 16.12.78

Psteittl-j· rekisterihallit»*· /44) NahcMk*»»» f k~M***— pvm.- 31 07.8A

Patent- och reghtentyrebeil Ai*W«i» iithfd od» ucUkrlftM p«Mk»ra4 (32)(33)(31) Pyydtty monni k|W friorte 15.06.77

Japani-Japan(JP) 698^1/77 (71) Hitachi, Ltd., 5-1 , 1-chome, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo,

Japani-Japan(JP) (72) Masakazu Fukushima, Kokubunji-shi, Kunio Ando, Yokohama,

Kenichi Fukuzawa, Mobara-shi, Japani-JapaniJP) (7*0 Oy Kolster Ab (5**) Elektroni tykki katod i sädeputkea varten -Elektronkanon för katodsträlerör Tämä keksintö kohdistuu elektronitykkiin ja erityisesti elekt-ronitvkkiin katodisädeputkea varten.

Tämä keksintö kuten myöskin aikaisemmin tunnnettua tullaan selittämään seuraavassa olevan yksityiskohtaisen selityksen yhteydessä, missä viitataan oheisiin piirustuksiin, joissa: kuvio 1 on poikkileikkauskuvaanto, mikä esittää yhden jännitteen tyyppisen elektronitykin järjestelyä, mitä tämän keksinnön keksijät jo aikaisemmin ovat ehdottaneet.

Kuvio 2 poikkileikkauskuvaanto esittäen elektronitykin kaavamaista järjestelyä tämän keksinnön eräässä suoritusmuodossa.

Kuviot 3A ja 3B ovat kaavioita, mitkä esittävät vastaavasti palloaberraation ja fokusointijännitteen vaihtelua kun nyt kyseessä olevan keksinnön linssisysteemissä olevan viidennen hilaelektrodin pituutta muutetaan.

Kuvio 4 esittää kaavamaisesti elektronisäteen täplän halkaisi jamitan vaihtelua, mikä aikaansaadaan suuren virran toiminnan 66702 alueella kun viidennen hilan pituutta tämän keksinnön mukaisessa linssisysteemissä muutetaan samanaikaisesti kun linssisysteemin pituutta pidetään vakinaisena.

Kuvio 5 on kaavio, mikä esittää riippuvaisuutta katodivirtojen ja elektronisäteen täplän halkaisijan välillä tavanomaisille elekt-ronitykeille, joissa käytetään kahden jännitteen tyyppistä linssiä. Kuviossa 2 esitetyn elektronitykin käyttämälle yhden jännitteen tyyppiselle linssille ja käytettäessä tämän keksinnön mukaista elektroni-tykkiä.

Kuvio 6 on havainnollistava kuvaanto esittäen vaihteluja elektronisäteen leveyteen nähden tämän keksinnön mukaisen elektronitykin linssisysteemissä, tämän säteen täplän halkaisijamitan komponentista mikä määräytyy termisestä nopeuden hajonnasta ja avaruusvarausilmiös-tä, säteen täplän halkaisijamitan komponentista, mikä määräytyy linssisysteemin palloaberraation määrästä ja varsinaista säteen täplän halkaisijamittaa määräytyneenä näiden ilmiöiden yhdistelmästä, kuvion myös esittäessä säteen täplän halkaisijamitan vaihtelua tavanomaisesta elektronitykistä, missä käytetään kahden jännitteen linssi-systeemiä .

Kuviot 7A ja 7B ovat kaavioita esittäen vastaavasti säteen täplän halkaisijamitan vaihtelua ja fokusointijännitteen vaihtelua tämän linssin osuuden pituuteen nähden tämän keksinnön mukaisessa elektronitykissä.

Tavanomaiseen tapaan on kaksi tyyppiä, yhden jännitteen tyyppi ja kahden jännitteen tyyppi olleet suosituimmat käytössä fokusoivana linssinä katodisädeputken elektronitykissä.

Jotta voitaisiin saattaa minimiinsä palloaberraatio, mikä on peräisin tavanomaisesta yhden jännitteen tyyppisestä linssisystee-mistä, ovat samat keksijät jo aikaisemmin ehdottaneet Japanilaisessa patenttihakemuksessa numero 51-126041, jätetty 22.lokakuuta 76 kuviossa 1 esitetyn kaltaista linssisysteemiä.

Viitaten kuvioon 1 säädetään elektronisäteen virrat, mitkä lähtevät katodista 1 ensimmäisellä ja toisella hiloista 2 ja 3 muodostaen ristiinmenon. Tämä säteiltään risteilevä kuva projisoidaan fosforipinnalle, (mitä ei ole esitetty) käyttäen linssisysteemiä, mikä on aikaansaatu kolmen sylinterimäisen elektrodin avulla, mihin sisältyy kolmas, neljäs ja viides hila 4, 5 ja 6 jolloin täten saadaan elektronisäteen täplät.

3 66702

Tavanomaisessa yhden jännitteen tyypissä linssisysteemissä on yleistä että fosforipinnan elektrodille (mitä ei ole esitetty) syötetty jännite νβ tuodaan kolmannelle ja viidennelle hiloista 4 ja 6 kun taas fokusoiva jännite Vp mikä valitaan olemaan lähes nolla syötetään neljännelle hilalle 5. Jotta kuitenkin voitaisiin aikaansaada tämä fokusoiva jännite nollan suuruiseksi on vaikeata, otettaessa huomioon riippuvaisuus linssin voimakkuuteen, saada neljännen hilan 5 pituutta suuremmaksi kuin mitä on puolet tämän elektrodin sisemmästä halkaisijamitasta D.

Ylläkuvatun tyyppisessä linssisysteemissä kun neljännen hilan 5 pituus foksuoivana elektrodina sen sisähalkaisijamitan suhteen kasvaa lisäntyy fokusoiva jännite huomattavasti ja samanaikaisesti pienentyy palloaberraation määrä voimakkaasti. Tällaista linssisys-teemiä käyttävä elektronitykki pysytyy aikaansaamaan pienemmän elekt-ronisäteen täplän halkaisijamitan verrattuna tavanomaiseen elektro-nitykkiin, missä käytetään kahden jännitteen tyyppistä linssisystee-miä.

Tämän keksinnön eräs tarkoitus on parantaa ylläkuvattua yhden jännitteen tyyppistä elektronitykkiä ja aikaansaada elektronitykki, mikä pystyy aikaansaamaan pienentyneen elektronisäteen täplän halkai-sijamitan, jotta täten saatettaisiin minimiinsä palloaberraation määrä.

Tämän keksinnön erään piirteen mukaisesti aikaansaadaan elektronitykki katodisädeputkea varten, johon sisältyy linssisysteemi katodilta emittoitujen elektronisäteiden fokusoimiseksi, johon lins-sisysteemiin sisältyy ensimmäinen, toinen, kolmas ja neljäs sylin-terimäinen elektrodi järjestettynä tähän järjestykseen kyseisen katodin puolella laskettuna, ja ensimmäiselle ja kolmannelle elektrodille syötetään sama jännite kun taas toiselle ja neljännelle elektrodille syötetään jännite, joka tuodaan myös fosforipinnan elektrodille, niin että muodostuu kaksipotentiaalityyppinen linssi mainituista ensimmäisestä ja toisesta elektrodista ja yksipotenti-aalityyppinen linssi mainituista toisesta, kolmannesta ja neljännestä elektrodista. Tälle elektronitykille on tunnusomaista, että kolmannen elektrodin pituus on suurempi kuin puolet tämän kolmannen elektrodin sisähalkaisijasta.

Edullisesti elektronisäteen leveys kolmannessa elektrodissa valitaan olemaan suurempi kuin yksi kolmasosa sylinterimäisen elekt- 4 66702 rodijär jestelyn sisähalkaisi jasta, kun ensimmäisen elektrodin pääosalla, joka on toista elektrodia vastapäätä, toisella, kolmannella ja neljännellä elektrodilla on olennaisesti sama sisähalkaisija.

Kuvio 2 esittää erästä suoritusmuotoa elektronitykin järjestelystä käyttäen tämän keksinnön mukaista linssisysteemiä. Elektroni-tykki sisältää katodin 1, ensimmäisen hilan 2, toisen hilan 3 ja linssisysteemin valmistettuna neljästä sylinterimäisestä elektrodista joihin kuuluvat kolmas, neljäs, viides ja kuudes hila 4, 5, 6 ja 7. Neljäs ja kuudes hiloista 5 ja 7 on kytketty sähköisesti yhteen ja niihin syötetään sama fosforipinnan jännite V,- mikä syötetään fosfo-

D

ripinnan elektrodille (mitä ei ole esitetty). Toiselta puolen kolmas ja viides hiloista 4 ja 6 on kytketty sähköisesti yhteen ja niille syötetään fokusoiva jännite Vp. Kun tälläisiä jännitteitä syötetään muodostuu yhden potentiaalin linssi neljännestä, viidennestä ja kuudennesta hiloista 5, 6 ja 7 kun taas kahden jännitteen linssi muodostuu kolmannesta ja neljännestä hiloista 4 ja 5.

Tässä suoritusmuodossa, koska jännite V„ syötetään kolmannelle Γ hilalle 4 ja valitaan suuruudeltaan olemaan puolesta yhteen kymmenesosaan kolmannen hilan jännitteestä VD ylläkuvatussa yhden jännitteen tyyppisessä elektronitykissä, mikä on eistettynä kuviossa 1 pienentyy jännitteen gradientti kehitettynä toisen ja kolmannen hiloista 3 ja 4 välille niin että palloaberraatio aiheutuen fokusoivasta linssistä, minkä nämä hilat 3 ja 4 muodostavat, pienentyy voimakkaasti. Toiselta puolen viides hila 6, mikä muodostaa pääasiallisen osan tästä linssisysteemistä on vaikutukseltaan samantapainen kuin neljäs hila 5 yhden jännitteen tyyppisessä elektronitykistä, mikä on esitettynä kuviossa 1, nimittäin mitä pitempi on hilaelektrodin pituus, sitä pienempi on linssisysteemin palloaberraation määrä tästä aiheutuen .

Kuviot 3A ja 3B esittävät vastaavasti palloaberraation ja fokusointijännitteen vaihtelua siinä tapauksessa, missä viidennen hilan 6 pituus 1^ tämän keksinnön mukaisen elektronitykin linssi-systeemissä muuttuu.

Kuviosta 3 voidaan nähdä, että mitä pitempi on viidennen hilan 6 pituus tämän keksinnön mukaisessa elektronitykissä sitä pienempi on palloaberraatio, mikä aiheutuu linssisysteemistä ja sitä korkeammaksi muuttuu foksuoiva jännite.

Λ 5 66702

On huomattava, että kuvioiden 3-7 arvot saadaan käyttämällä kolmetykkistä, 110° poikkeutuksista värikatodisädeputkea, jonka kuvapinnan koko on 20 tuumaa, silloin kun fosforipinnan jännite νβ on 18 kV.

Kuvio 4 esittää mitattuja tuloksia elektronisäteen täplän halkaisijan vaihtelusta aikaansaatuna suurilla virran toiminta-alueilla siinä tapauksessa, missä tämän keksinnön mukaisen elektronitykin järjestelyssä viidennen hilan 6 pituutta 1^ muutetaan kun taas tämän linssisysteemin pituutta 1L pidetään vakinaisena. Kuviosta 4 voidaan nähdä, että pituus 15 mikä on suurempi kuin puolet hilaelektrodin sisähalkaisijamitasta D on tarpeen, jotta voitaisiin saada pieni säteen täplän halkiaisijämittä suuren virtamäärä toiminta-alueella.

Kuvio 5 esittää elektronisäteen täplän halkaisijamittaa kato-divirtaan verrattuna elektronitykille missä käytetään kahden jännitteen tyyppistä linssiä, elektronitykille G2 mikä on esitettynä kuviossa 1 käyttäen yhden jännitteen tyyppistä linssiä ja elektroni-tykille G^ tämän keksinnön mukaan. Täplän halkaisijämittä suuren virran toiminta-aluetta varten tämän keksinnön mukaisessa elektronity-kissä pienentyy seitsemään kymmenesosaan siitä, mitä se on tavanomaisen kahden jännitteen tyyppisen elektronitykin tapauksessa ja säteen täplän halkaisijamitta huonontuminen, mikä havaitaan yhden jännitteen tyyppisen elektronitykin tapauksessa ei tapahdu nyt myöskään pienellä virran toiminta-alueella. Tällä pienen virran toiminta-alueella saadaan toteutettua säteen täplän halkaisijamitan pienennys.

Kuvio 6 esittää käyrällä elektronisäteen täplän halkaisija-mitan vaihtelua muodostettuna fosforipinnalle kun elektronisäteen leveyttä tämän keksinnön mukaisen elektronitykin linssisysteemissä muutetaan suuren virran toiminnan aikana. Tämä ominaiskäyrä voidaan selittää yhdistelmänä kahdesta käänteisestä ilmiöstä. Nimittäin säteen täplän halkaisijamitan komponentti, mikä määräytyy termisestä nopeushajonnasta elektroneilla elektronisäteessä ja avaruusvaraus-ilmiöistä (vertaa käyrää C2 tässä kuviossa) pienentyy kun elektroni-säteen leveys kasvaa linssisysteemissä, kun taas pienimmän epävar-muuskertoimen levyn koko, minkä palloaberraatio aikaansaa linssisysteemin vaikutuksesta, toisinsanoen säteen täplän halkaisijamitan komponentti määräymässä palloaberraatiosta (vertaa käyrää tässä kuviossa) lisääntyy verrannollisena elektronisäteen leveyden kolman- 6 66702 teen potenssiin. Tämän johdosta varsinainen elektronisäteen täplän halkaisijamitalla määrytyneenä näitten ilmiöitten yhdistelmästä on minimiarvo tietyssä määritellyssä pisteessä, mikä on esitetty käyränä . Tämän keksinnön mukaisella elektronitykillä fosforipinnan täplän halkaisijamitalla on minimiarvonsa kun elektronisäteen leveys tässä linssisysteemissä suuren virran toiminta-alueella on suurempi kuin puolet hilaelektrodin sisähalkaisijamitasta. Käyrä C4 kuviossa 6 edustaa elektronisäteen täplän halkaisijamitan vaihtelua kun käytetään tavanomaista elektronitykkiä käyttäen kahden jännitteen tyyppistä linssiä. Käyrä esittää, että täplän halkaisijamitalla on minimiarvonsa milloin elektronisäteen leveys tässä linssissä on kolmasosa sylinterimäisen linssin elektrodin sisähalkaisijamitasta. Vertailtaessa käyriä ja kuviossa 6 voidaan ymmärtää, että pienempi säteen täplän halkaisijämittä verrattuna tavanomaiseen kahden jännitteen tyyppiseen elektronitykkiin on aikaansaatavissa tämän keksinnön mukaisella elektronitykillä valitsemalla elektronisäteen leveys tässä linssisysteemissä suuremmaksi kuin kolmasosa sylinterimäisen linssin elektrodijärjestelyn sisähalkaisijamitasta.

Kuviot 7A ja 7B esittävät vastaavasti elektronisäteen täplän halkaisijamitan vaihtelua ja fokusointijännitteen Vp vaihtelua suurilla ja pienillä virran toiminta-alueilla verrattuna tämän linssi-systeemin pääasiallisen osan pituuteen 1L tämän keksinnön mukaisella elektronitykillä kun viidennen hilan 6 pituus 1^ valitaan olemaan 1,7 D. Suuren virran toiminta-alueen 1^ täplän halkaisijämittä, mikä on esitettynä kuviossa 7A on minimiarvossaan kun 1L = 4 D. Kuviossa 7A edustaa I pienen virran toiminta-aluetta. Toiselta puolen mitä tulee fokusoivaan jännitteeseen Vp mikä on esitettynä kuviossa 7B niin voidaan nähdä, että on olemassa sellainen tilanne, että tietty yhteensopiva arvo suurelle ja pienelle virran toiminta-alueelle on olemassa kun 1L = 5,3 D niin että kaikkinainen fokusointijännitteen säätö riippuen elektronisäteen virrasta käy tarpeettomaksi. Kuviossa 7B edustavar V^ ja V2 fokusointijännitteitä suurelle ja pienelle virran toiminta-alueelle vastaavasti ja S edustaa käytännön toiminta-aluetta.

Koska on hyvin vaikeata dynaamisesti asettaa fokusointijännitettä käyttäen elektronista piiriä säteen virran mukaisesti katodi-sädeputkessa sen toimintatilassa ja tällainen asetus on vähemmän 66702 käytännöllinen taloudellisella kannalta katsottuna on elektronikyt-kin ominaisuus toimia vakinaisella fokusoinnin jännitteellä riippumatta säteen virrasta erityisen tärkeä.

Syy minkä takia fokusoiva jännite muuttuu vakinaiseksi tämän keksinnön tapauksessa on seuraava. Mikäli elektronisäteen virta kasvaa osuu fosforipinnalle muodostettava säteen täplä fosforipinnan ulkopuolelle koska säteiden risteilykohta siirtyy kohti fosforipinnan puolta ja avaruusvarausilmiö säteessä lisääntyy. Jotta voitaisiin korjata tälläisiä ilmiöitä täytyy fokusointikykyä linssisystee-missä tehostaa tai viidennen hilan jännitettä elektronitykissä tämän keksinnön mukaan täytyy pienentää. Toiselta puolen lisäys säteen virrasta aikaansaa vastaavasti lisäyksen hajontakulmassa elektroni-säteelle risteilykohdasta lukien täten lisäten linssisysteemin pallo-aberraation määrää, niin että pienimmän kertaluokan epätarkkuusmää-rän levy siirtyy fosforipinnalta kohti katodin puolta. Tämän johdosta mikäli palloaberraatio linssisysteemistä ja säteen leveys lins-sisysteemissä valitaan siten, että yllämainitut kaksi ilmiötä kuoma-vat toinen toisensa on olemassa tilanne, että fokusoiva jännite muuttuu vakinaiseksi virrasta riippumatta kuten kuviossa 7B on esitetty.

Tämän keksinnön mukaisessa elektronitykissä palloaberraation vaihtelu, mikä aiheutuu linssisysteemistä on suhteellisen pieni suureen 1L alueella mikä kuviossa 7A on esitetty koska viidennen hilan 6 pituus 15 tehdään vakinaiseksi. Toiselta puolen elektronisäteen leveys linssisysteemissä lisääntyy likimäärin verrannollisena suureeseen 1T . Niinpä voidaan tämän johdosta sanoa, että tämän keksinnön mukaisen linssisysteemin ominaisuudet määräytyvät suureesta 1L· Tältä näkökannalta katsottuna on pidettävä edullisimpana valita suureen 1L alue rajoihin välillä 4D - 6D.

Kuten yllä on kuvattu aikaansaa tämän keksinnön mukainen elekt-ronitykki erittäin erinomaisia ilmiöitä siinä suhteessa, että elektronisäteen täplän halkaisija pienentyy seitsemään kymmenesosaan siitä tapauksesta mikä tavanomaisella tykillä aikaansaadaan riippumatta säteen virtamäärästä ja että tämän keksinnön mukainen tykki toimii kiinteällä fokusointijännitteellä riippumatta säteen virtamäärästä.

Vaikka kuviossa 2 on sama fokusoinnin jännite Vp syötetty kolmannelle ja viidennelle hiloista 4 ja 6 niin voidaan silti syöttää myös erilaisia jännitteitä. Myöskään ei ole välttämätöntä, että sylinterimäisten hilaelektrodien jotka muodostavat linssisysteemin sisähalkaisijamitat olisivat keskenään kaikki samoja.

Claims (4)

8 Patenttivaatimukset 66702

1. Elektronitykki katodisädeputkea varten, johon sisältyy lins-sisysteemi katodilta (1) emittoitujen elektronisäteiden fokusoimi-seksi, johon linssisysteemiin sisältyy ensimmäinen, toinen, kolmas ja neljäs sylinterimäinen elektrodi (4, 5, 6, 7) järjestettynä tähän järjestykseen kyseisen katodin (1) puolella laskettuna, ja ensimmäiselle ja kolmannelle elektrodille (4, 6) syötetään sama jännite (VD) Γ kun taas toiselle ja neljännelle elektrodille (5, 7) syötetään jännite (Vg), joka tuodaan myös fosforipinnan elektrodille, niin että muodostuu kaksipotentiaalityyppinen linssi mainituista ensimmäisestä ja toisesta elektrodista (4, 5) ja yksipotentiaalityyppinen linssi mainituista toisesta, kolmannesta ja neljännestä elektrodista (5, 6, 7), tunnettu siitä, että kolmannen elektrodin (6) pituus (1^) on suurempi kuin puolet tämän kolmannen elektrodin (6) sisähal-kaisijasta (D).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elektroditykki, tunnet-t u siitä, että elektronisäteen leveys kolmannessa elektrodissa (6) valitaan olemaan suurempi kuin yksi kolmasosa sylinterimäisen elektrodijärjestelyn sisähalkaisijasta, kun ensimmäisen elektrodin (4) pääosalla, joka on toista elektrodia (5) vastapäätä, toisella, kolmannella (6) ja neljännellä (7) elektrodilla on olennaisesti sama sisähalkaisija.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elektronitykki, tunnet-t u siitä, että linssisysteemin, johon sisältyy ensimmäinen, toinen, kolmas ja neljäs elektrodi (4, 5, 6, 7), kokonaispituus valitaan olemaan alueella neljästä kuuteen kertaa sylinterimäisen elektrodijärjestelyn sisähalkaisija, kun ensimmäisen elektrodin (4) pääosalla, joka on toista elektrodia (5) vastapäätä, toisella, kolmannella (6) ja neljännellä (7) elektrodilla on olennaisesti sama sisähalkaisija.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elektronitykki, tunnet-t u siitä, että fokusoiva jännite (Vp), joka on noin 0,25...0,5 kertainen fosforipinnan elektrodin jännitteeseen (V„) verrattuna, D syötetään mainituille ensimmäiselle ja kolmannelle elektrodille (4, 6).