JPS581957Y2 - デンシジユウ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 電子ビームが各種の技術分野における各種の機器におい
て広く利用されていることは周知のとおす＜−あるが・
、その利用に際して、特定な断面形状を備え走電子ビー
ムが必要とされることがあり、例えば、近年になって研
究−発が盛んに行なわれるようになった画像記録の技術
分野においても、それに用いられる電子ビームとして、
その断面形状が長円（だ円）あるいは矩形のものが必要
とされることがある、などはその−伊ｌである。

ところで、ある特定な断面形状の電子ビーム像を得るの
に、例えば、熱電子放射源として、その平断面形状が前
記のある特定な断面形状であるようなものを用い、また
、前記の熱電子放射源と対向して前記のある特定な断面
形状を有する透孔が穿設された格子を、前記の透孔と熱
電子放射源とが整列するような態様で配置し、さらに、
前記の熱電子放射源と格子などと共に電子銃の３極部を
構成する第１陽極を設けて、前記の３極部に電子ビーム
のクロスオーバ一点、筐たは電子ビーム径の最小点を生
じさせ、前記のクロスオーバ一点の像（クロスオーバー
像）ｌたは電子ビーム径の最小点の像（電子ビームの最
小像）を電子レンズによって縮小して用いるようにして
も、前記したクロスオーバー像または電子ビームの最小
像（以下、両者を電子ビームの最小像と総称する）は、
像の輪郭が不鮮明なものであるために、それを電子レン
ズによって縮小したところで所望の鮮明な輪郭を有する
特定な断面形状の電子ビーム像を得ることはできない。

それで、所要の鮮明な輪郭を有する特定な断面形状の電
子ビームを得る手段としては、例えば、透過型の電子顕
微鏡などでの応用で一般的に知られているような、電子
ビームの流れの途中へ高い電圧が与えられた特定な断面
形状の透孔よりなる電子ビーム制限孔を設けるという手
段の採用もその一つに挙げることができるが、記録媒体
円盤に対して微細な所定の断面形状を有し、しかも輝度
の高い電子ビームにより実時間記録を行なうことが必要
とされるような電子ビームの利用装置の場合には、単に
、電子ビームの流れの中に高い電圧が与えられた特定な
断面形状の透孔よりなる電子ビーム制限孔を設けても、
電子ビーム制限孔が構成されている部材（以下、スリッ
トマスクという）が、それに射突する電子ビームによる
過度な加熱によって変形したり、ひどい場合には前記の
電子ビームによる過度な加熱がスリットマスクの許容損
失を超過してそれを焼損させたり、オた、焼損を起こさ
ない１でも、スリットマスクの寿命が非常に短かいもの
となって、それのひんばんな交換が必要とされるなどの
問題が生じるので、単に電子ビームの流れの中へ高電圧
が与えられたスリットマスクを設置しただけの構成の電
子銃では、所定の鮮明な断面形状を有し、かつ、高い輝
度を有する電子ビームが得難い。

本考案は、電子銃における３極部付近に形成された細長
い断面形状を有する電子ビームの最小像の像を電子レン
ズにより集束して、中位の正電圧が印加されているスリ
ットマスクの電子ビーム制限孔付近に結ばせ、また、前
記のスリットマスク付近に電界の影響を与えないような
位置に、前記のスリットマスクを備えた電極と最終電極
とによって形成された静電レンズにより、前記の電子ビ
ーム制限孔から出射する電子ビームを、その開き角が狭
小なものとなるようにした上で、それを磁界レンズで集
束するようにすることにより、スリットマスクに過度な
熱損失を生じさせず、しかも、高輝度で微細な上に鮮鋭
な輪郭の所定の断面形状を有する電子ビームが容易に得
られるようにした電子銃を提供して上述のような問題点
を解消したものであり、以下、添付図面を参照してその
内容を具体的に説明する。

第１図は、本考案の電子銃の一実施態様のものの概略構
成を示す縦断面図であって、１は細長い平断面形状を有
する熱電子放射源であり、図示の例においては、熱電子
放射源１は、タングステン線をコ字状に折曲したフィラ
メントで構成されている（以下、熱電子放射源１をフィ
ラメント１と記載することもある）。

フィラメント１は磁器３に設けた引出線２，２に接続さ
れ、外部直流電源１８によって点火される。

前記した磁器３に設けられた引出線２１０によって支持
された電極４は第１電極であって、この第１電極４には
前記のフィラメント１と対面する部分に、前記のフィラ
メント１の平断面形状における長手方向とその長手方向
が一致するような配置態様を以って、細長い平断面形状
の透孔４ａが設けられており、かつ、前記のフィラメン
ト１に対して電源１９の接続点２０から負の電圧が印加
される。

５は前記した第１電極４と対面する側に、円または細長
い平断面形状の透孔５ａが穿設されている第２電極であ
って、この第２電極５にはフィラメント１に対して中位
の正電■１ （例えば、フィラメント１に対してＩＫＶ
〜５Ｋｖ程度の正電圧）が印加される。

また、前記の第２電極５の端部５ｂと対向する端部１４
ａを有する電極１４は最終電極であって、この最終電極
１４には、前記した第２電極５と最終電極１４とによっ
て、静電レンズ電圧比の比較的に小さな静電レンズ１２
が形成されるように、フィラメント１に対して正の高電
圧ｖ３が加えられる。

電子銃はこの最終電極１４が接地電位となされるように
して使用されることが望ましいから、この場合には第２
電極５や第１電極４、ならびにフィラメント１などは接
地電位に対してそれぞれ負の高電圧を示すことになる。

図中の２４は最終電極１４の接地点を示す。

前記したフィラメント１と第１電極４及び第２電極５な
どによって構成された電子銃の３極部からは、断面形状
が細長い電子ビームが出射されるが、前記した３極部で
は多くの場合クロスオーバ一点６を生じ（クロスオーバ
ーを生じない１でも、電子ビーム径の最小点を生じる。

以下の記載において、クロスオーバ一点６に生じる像、
及び電子ビーム径の最小点の像を、電子ビームの最小像
という）、３極部から出射する電子ビーム７は一般に大
きな開き角αをもっており、かつ、上記の開き角αの大
きさは、電子ビーム量を調整するべく第１電極４の電圧
を増減するのにつれて大きく変化する。

また、前記した３極部によって生じた電子ビームの最小
像は、その輪郭が不鮮明なものであるから、その像を電
子レンズによって縮小してみたところで鮮明な所要の形
状を有する結像を得ることができない。

そこで、本考案の電子銃においては、所要の断面形状を
有し、しかも、大きな電流密度の電子ビームを出射し、
それを結像して鮮明な所要の形状を有する像が得られる
ように、前記した３極部から開き角αも以って出射する
電子ビームを電子レンズによって集束することによって
、３極部付近に形成された電子ビームの最小像の像が、
比較的に低い電圧■１が印加されているスリットマスク
１０における所定のパターンの透孔からなる電子ビーム
制限孔１０ａ付近に結ぶようにして、スリットマスク１
０で生じる電力損が減少されるようにすると共に、電子
ビーム制限孔１０ａから輝度の高い電子ビーム１１が出
射できるようにし、また、前記の電子ビーム制限孔１０
ａから出射する電子ビーム１１を、スリットマスク１０
が設けられた電極と、それと対向するように設けられ、
かつ、例えば５〜２５ ＫＶという高電圧■３が以加さ
れた最終電極１４とによって形成された、静電レンズ電
圧比が、例えば２〜５というように比較的に小さな値と
なるように設定された静電レンズ１２（この静電レンズ
１２の電界の影響がスリットマスク１０の部分に強く及
んだ場合には、鮮鋭な電子ビーム制限孔１０ａの形状を
有する電子ビームが得られないから、スリットマスク１
０が設けられる電極における静電レンズ１２側の円筒の
深さＬを比較的に深くして、界浸電界がスリットマスク
１０の部分に強い影響を与えないようにする。

これは、前記した円筒の深さＬと、円筒径りとの間に、
例えばＬ／Ｄ＝０．５〜１．５の関係をもたせることに
より達成可能である）を通して、開き角がβのように狭
小にされ、輝度の高められた電子ビーム１３として、磁
界レンズ１５で構成された主レンズにより集束し、所望
の特定な断面形状を有し、しかも鮮鋭で輝度の高い電子
ビーム像を得ることができるようにしたものである。

なお、１６は電子ビーム絞り板、１６ａは絞り孔であり
、ｔ＊、１７は結像点、さらに、第２図において５０ｂ
は第３電極５０の端部を示す。

筐た、結像点１７の像をさらに必要段数の磁界レンズで
縮小するようにしてもよいことは勿論である。

第１図示の実施例においては、３極部付近に形成された
電子ビームの最小像の像をスリットマスク１０の電子ビ
ーム制限孔１０ａの付近に結像させる電子レンズとして
磁界レンズ８を用いており（磁界レンズとしては、周知
の永久磁石を用いたものでも、あるいはコイルに電流を
流して所要の集束磁界を形成させるようにした電磁レン
ズでも、そのどちらでもよい）、また、第２図示の実施
例においては、前記の電子レンズとして、電源１９の接
続点２２に接続された第２電極５と、スリットマスク１
０を設けた第３電極５０との間に形成させた静電レンズ
Ｌｅを用いている。

前記した第３電極５０は電源１９の接続点２３に接続さ
れている。

第５図は、前記した第２図示の実施例のように電子レン
ズとして静電レンズＬｅを用いる場合の静電レンズの他
の構成例を示したものであり、この第５図においては第
２電極５と、スリットマスク１０を設けた第３電極５０
とを、共に電源１９の接続点２３に接続して同電位にす
ると共に、前記の第２．第３電極間に、第２．第３電極
に加えた電圧よりも低い電圧を電源丁９の接続点２２よ
り加えた集束電極Ｐを介在させた形式の静電レンズ、い
わゆるユニポテンシャル形式の静電レンズを示している
。

３極部付近に形成された電子ビームの最小像の像をスリ
ットマスク１０の電子ビーム制限孔１０ａの付近に結像
させるために用いられる電子レンズの形式がどのような
ものであっても、その電子レンズによって結像される結
像の位置９は、結像の中心部を通る電子ビームが電子ビ
ーム制限孔１０ａの中心部を通るような状態において電
子ビーム制限孔１０ａの位置あるいはその前後の位置す
なわち、スリットマスク１０の電子ビーム制限孔１０ａ
の付近、にあるようにされるのである。

電子ビームの中心部がスリットマスク１０の電子ビーム
制限孔１０ａの中心部を通るようにするための調整はフ
ィラメント１と第１電極４とを１体的に平面内で移動さ
せればよい。

図中の矢印Ｘ、Ｙは前記した平面内での移動機構の存在
を暗示したものである。

筺た、３極部から出射されて、電子レンズによってスリ
ットマスク１０の電子ビーム制限孔１０ａ付近に結像さ
れた、３極部付近に形成された電子ビームの最小像の像
は、細長い形状を有するものであるから、前記の結像は
それにおける長手方向とスリットマスク１０の電子ビー
ム制限孔１０ ａの長手方向とが一致した状態のものと
することが必要とされるが、それはフィラメント１と第
１電極４とを電子銃の管軸ｚ−Ｚに関して図中の矢印Ｒ
で示す方向に回転調整することにより可能となる。

第１図示の実施例の場合のように磁界レンズを用いた時
は、その磁界レンズの存在によって電子ビーム像が回転
を起こすから、その場合には磁界レンズの存在によって
起こる電子ビーム像の回転角の分だけ、前記したフィラ
メント１と、第１電極４とを予め回転させておくか、ま
たは、磁界レンズとして、電子ビーム像に回転を起こさ
せない、いわゆる２重空隙（ダブルキャップ）磁界集束
レンズを用いるなどする。

なお、電子ビーム制限孔１０ａを設けたスリットマスク
１０は、例えば耐熱金属板に例えばエツチング穿孔によ
り所定パターンの透孔を穿設させることによって構成す
る。

このスリットマスク１０は、清掃あるいは交換の際など
に装置の外部へ自由に取出すことができるように電極に
着脱自在に取付けられる。

第３図はフィラメント１と、第１電極４の透孔４ａと、
第２電極５の透孔５ａとの相対的な配列関係を示す説明
図であり、咬り、第４図はスリットマスク１０と電子ビ
ーム制限孔１０ａとの説明用平面図である。

なお、電子銃は全体が真空容器中に構成されることはい
う豊でもない。

上記のように構成された本考案の電子銃においては、細
長い断面形状の電子ビームを発生する３極部と、電子ビ
ームの最終的な断面形状を決定するための特定な平断面
形状（例えば、長円、矩形など）の透孔からなる電子ビ
ーム制限孔１０ａを有し、かつ中位の正電圧が印加され
たスリットマスクとの間に、磁界レンズまたは静電レン
ズを設けると共に、フィラメントと第１電極とに電子ビ
ームの進路位置及び電子ビームの断面形状における長手
方向の向きとを調整できるような手段を設けて、前記の
３極部付近に形成された電子ビームの最小像の像が、中
位の正電圧が印加されているスリットマスク１０の電子
ビーム制限孔１０ａ付近に結像されるように、かつ前記
のフィラメント１と第１電極４に設けた調整手段の調整
により、前記の結像における長手方向と電子ビーム制限
孔１０ａの長手方向とが一致するようにし、さらに、前
記の電子ビーム制限孔１０ａの部分に電界の影響を強く
与えないような位置に、前記のスリットマスク１０を設
けた電極と最終電極１４とによって形成された静電レン
ズ１２により、前記の電子ビーム制限孔１０ａから出射
する電子ビームを、その開き角が狭小なものとなるよう
にした上で、それを磁界レンズ１５で集束するようにし
たので、スリットマスク１０の発熱が抑制され、また、
スリットマスク１０の電子ビーム制限孔１０ａから出射
される電子ビームが高輝度を有すると共に所定の断面形
状を有し、さらに、プリホーカスレンズ１２の使用によ
りスリットマスクを設けた電極から出射する電子ビーム
の開き角が狭小にでき、さらにまた、電子銃に印加され
る電圧が各電極間に分散するために放電などの支障が少
なくなり、また、第１図示の実施例のものでは、磁界レ
ンズが小型なものでも済む（第２電極の電圧が中位の正
電圧のため）などの諸利点を有するものであり、本考案
の電子銃の採用により、大きな電流密度でしかも鮮明な
輪郭を有する電子ビームの結像を容易に得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本考案の電子銃の各異なる実施態様
のものの縦断側面図、第３図はフィラメント、第１電極
に設けた透孔、第２電極に設けた透孔などの整列状態の
説明図、第４図はスリットマスクの平面図、第５図は静
電レンズ部分の別懇様のものの構成を示す縦断側面図で
ある。 １・・・・・・熱電子放射源（フィラメント）、４・・
・・・・第１電極、５・・・・・・第２電極、７，１１
，１３・・・・・・電子ビーム、９，１７・・・・・・
結像点、８，１５・・・・・・磁界レンズ、１０・・・
・・・スリットマスク、１０ａ・・・・・・電子ビーム
制限孔、１４・・・・・・最終電極、Ｌｅ・・・・・・
静電レンズ、Ｐ・・・・・・集束電極、５０・・・・・
・第３電極。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 細長い平断面形状を有する熱電子放射源と、前記の熱電
   子放射源と対面する部分に、前記の熱電子放射源の平断
   面形状における長手方向とその長手方向が一致するよう
   な配置態様を以って、細長い平断面形状の透孔が設けら
   れ、かつ、前記の熱電子放射源に対して負の電圧が印加
   される第１電極とに、電子ビームの進路位置及び電子ビ
   ームの断面形状における長手方向の向きとを調整やきる
   ような手段を設け、筐た、前記の熱電子放射源と第１電
   極、及び前記の熱電子放射源に対して中位の正電圧が印
   加される第２電極とによって形成される３極部より出射
   された細長い断面形状を有する電子ビームを、電子レン
   ズによって集束して、前記の３極部付近に形成された電
   子ビームの最小像の像が、中位の正電圧が印加されてい
   る所定パターンの透孔からなる電子ビーム制限孔付近に
   結像されるように、かつ、前記の熱電子放射源と第１電
   極に設けた調整手段の調整により、前記の結像における
   長手方向と電子ビーム制限孔の長手方向とが一致するよ
   うにし、さらに１、前記の電子ビーム制限孔部分に電界
   の影響を強ぐ与えないような位置に、前記の電子ビーム
   制限孔を設けた部材を備えた電極と最終電極とによって
   形成された静電レンズ、により、前記の電子ビーム制限
   孔から出射する電子ビームをその開き角が狭小なものと
   なるようにした上で、それを磁界レンズで集束するよう
   にした電子銃。