JPS5910529B2 - 帯電粒子ビ−ム走査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はデジタル制御信号に応動する帯電粒子ビーム
走査装置に関し、特に帯電粒子ビームの改良された信号
制御を有するかかる装置に関する。

別な帯電粒子ビーム走査装置は、米国特許第３８０３４
４３号に開示されている。

このような装置では、カソードとターゲットとの間の電
子およびイオンのような帯電粒子の流れを制御するため
に、カソ一ドとターゲットとの間に複数個の制御板がは
さまっている。

各制御板には、他の制御板の対応する開口と有効に整列
される複数個の開口が作られる。

整列した開口はビーム・チャンネルを構成する。

制御板には、所定のコード化された指模様に配列された
導電性電極がある。

選択された電極と組み合わされる開口を通して帯電粒子
を静電集束する一方、残りの電極と組み合わされる開口
を通る帯電粒子を同時に減衰させるために、スイッチン
グ回路によって制御板電極に電圧が選択的に印加される
。

この方法では、制御板の選択スイッチング制御により、
１本または複数本のビームが一度にターゲットの選択し
た部分に向けられる。

上述のような走査装置は、構造が簡単で、直線性が優れ
、しかもランダム・アドレスのデジタル制御信号に応動
する能力があるので、先行技術の陰極線管走査装置に比
べ明らかに優れている。

このような帯電粒子走査装置での大きな問題点は、制御
板（あるいはスイッチング板とよく言われる）に大きな
電圧ス・イングを必要とすることである。

このような電圧スイングは５０〜１４０ｖ程度である。

一つの明確な問題はカソードの設計であった。

テキサス・インスツルメンツ社の１９７４年４月２５日
付特許出願第４６３９３４号明細書には、はるかに有効
な新しいカソードが開示されている。

しかしこの新しいカソードをもってしても、必要以上に
高い電圧スイングを制御板にかけなければならない。

低い電圧スイングに適合する電子駆動回路が使用できる
ように、より低い電圧スイングが望まれる。

ＭＯＳおよびバイポラ集積回路のような電子駆動回路は
通常、約２０Ｖ以下のスイングで動作する。

隣り合う正制御板の近接が低電圧スイングに対する最も
顕著な妨害であることがわかった。

さらに低電圧によって作られる電界は弱く、これらの装
置で良好な電子集束をうるには不十分である。

本発明により、低電圧スイッチングおよび良好な電子の
伝送と集束を与えるために、スイッチング・スタックは
、スタックにおける機能が電子レンズ作用のみでありＤ
Ｃ電圧で動作する１個以上の入カバツファ板と、いかな
る電子光学機能をも解かれ、したがってシャツタとして
のみ動作し、低電圧で動作しうる縦横比の大きい近接隔
離の制御板と、電子レンズ作用のみを有する１個以上の
出力バッファ板と、によって構成されることが明らかに
された。

入カバツファ板、制御板、および出力バツファ板の分離
は、バツファ板と組み合わされ高圧から制御板を絶縁す
る機能を有する異常に厚いスペーサ板によって行なわれ
る。

したがって本発明の一つの目的は、新しい改良された帯
電粒子ビーム走査装置をうろことである。

本発明のもう一つの目的は、低圧電子駆動回路に適合す
る新しい改良された帯電粒子ビーム走査装置をうろこと
である。

本発明のもう一つの目的は、装置の制御板の低圧スイン
グによって動作しうる新しい改良された帯電粒子ビーム
走査装置をうろことである。

本発明の実施例を付図について以下に詳しく説明する。

第２図および第３図から、本発明の装置の一つの実施例
の構造を表わす横断面図が示される。

例示的に８×８のディスプレイが示されるが、実際の場
合には、より鮮明なディスプレイをうるためにはるかに
多数のビーム・チャンネルが利用されることを知らねば
ならない。

側枠部材１１、磁器板１２、および前方観測用ガラス板
１４によって真空ケーシングが作られる。

こうして作られたケーシングは排気され、中にある構成
要素を真空状態に置く。

第３図に一段と詳しく示されるカソード１６は、その対
向するふちに沿ってバ一部材１８の上に支持される。

鉄・ニッケル合金のような固体金属で作られる入カバツ
ファ板１９および２０がカソード１６にまっすぐに向き
合って置かれる。

入カバツファ板１９および２０は絶縁スペーサ板２３に
よってカソードから隔離される。

入カバッファ板１９および２０は絶縁スペーサ板２３′
によって相互に絶縁するように隔離される。

次に、制御板すなわちスイッチング板２５〜３０が重ね
られるが、これらは磁器材料で作られてもよい絶縁板３
３によって相互に絶縁するように隔離される。

制御板２５は絶縁スペーサ板３５によってレンズ板２０
から隔離される。

第２図にはっきり見られるとおり、制御板は対向面に金
や銅のような導電性の強い材料が付着された同様な電極
４３および４４を備える磁器またはガラスのような材料
で作られる誘電体基板４０によって構成される。

また制御板は個々の穴あき導体に食刻された固体金属で
もよい。

電極は第１図に示されるとおり所定の指模様に配列され
るが、各制御板の対向電極４３および４４は相互に鏡と
像の関係のように配列された同じ指模様を有する。

電極４３および４４は、板の対向辺の間にわたる孔の壁
の上に付着される被覆４６によって電気接続される。

出力バツファ板５０は、制御板３０の上に隔離用の絶縁
板３５′を介して置かれている。

出力バツファ板５０は、入カバツファ板１９および２０
と構造が同じである。

スタック構造の一例は次のような寸法を有するようにし
てもよい二 制御板２５〜３０ ０．２１６４ｍｍ（８．５２ミ
ル）入カバツファ板１９，２０ ０．２１６４龍（８
．５２ミノり出力バツファ板５Ｑ Ｏ．２１６４
ｍｍ（８．５２ミル）スペーサ板２３．２３’ ，３３
０．１４４３ｍｍ（ ５．６８ミル）スペーサ板３
５ ． ３ ５’ ０．２８８５ ｍｍ（１ １
．３６ミル）穴の直径 ０．５７７０ ｍ
ｍ（２２．７２ミノり穴の中心間隔 ０．８５
５６ｍｍ（３４．０８ミル）スタック開口角度 ２
８．０ ７°スペーサ板３５および３５′が他のスペ
ーサ板２３，２３’，３３よりも格段に厚いことが大切
である。

これは、制御板２５〜３０を入カバツファ１９および２
０に関連した高圧から絶縁するとともに、出力バツファ
５０の穴を貫通する燐スクリーン１５よりの高圧から絶
縁するためである。

こうしてすべての電子光学レンズ作用はバツファ板１９
．２０および５０によって行なわれ、制御板２５〜３０
から隔離され、したがってそれらは低圧スイッチングの
望ましいモードであるドリフト・チューブ・モード内で
自由に動作する。

低圧制御板２５〜３０はいかなる電子集束をも行なう必
要はないが、これらは低圧スイッチングを行なうために
バツファ板に関連する高レンズ電圧から十分隔離されね
ばならない。

制御板２５〜３０はビームをターン・オンしたりターン
・オフするシャツタとして働く。

オン状態では、穴の内側の電界は電子に関して正でなけ
ればならない。

オフ状態では、穴を全くふさぐような負電位の領域が存
在しなければならない。

しかしスイッチング・スタックでは制御板は隔離されず
、問題の制御板がオフでなければならないときに、オン
（正電圧）でなければならない隣接板を有する。

所与の制御板をシャツタ（ターン・オンまたはターン・
オフ）するのに必要な電圧スイングの大きさは、近くの
正電圧の大きさまたはその接近が増大するならば増すで
あろう。

しかし良好な電子伝送には高圧が要求され、これらは本
発明においては人カバツファと出力バツファの高圧によ
って供給される。

上記の種々の板にはすべて、複数個の孔６０が作られて
おり、連続する板の対応する孔はカソード１６と板１４
のターゲット１５との間に電子ビーム・チャンネルを作
るように相互に合わされている。

２個の入カバツファ板１９．２０および出力バツファ板
５０は良好な電子伝送に不可欠である。

バツファ板１９．２０および５０には、ターゲット１４
に良好なスポット集束を作るよう、適当なＤＣ電圧が印
加される。

電圧は＋２５ＶＤＣ〜＋７ ５ＶＤＣの範囲である。

たとえば入カバソファ板１９は＋３２ＶＤＣ１人カバソ
ファ板２０は＋６４ＶＤＣ１出力バソファ板＋３２ＶＤ
Ｃの電位を有することがある。

これらの高圧は得られる成果を増大し、二次電子放射に
関連する充電問題を解消し、良好なスポット集束用の適
当な電子光学装置を与える。

第１図において、本発明の装置の実施例の被覆式誘電体
スイッチング板が接続図で示される。

各制御板２５〜３０の各対向面には１対の電極２５ａ，
２５ｂ〜３０ａ ，３０ｂがある。

すなわち、図示されていない対向面の電極は図に示され
る電極に対して鏡に映った像の関係にある。

電極は金や銅のような強導電性の材料で作られる。

代替として、これらは食刻した形の金属でもよい。

図示の形では、制御板２５〜３０に加えられる電圧スイ
ングは２０Ｖであり、即ちそれは制御板の穴を通る電子
の流れをターン・オフさせるために制御板に加えられる
−１１Ｖと、その制御板をターン・オンさせて上述のよ
うに穴に電子の流れを通すために制御板に加えられる９
ｖとである。

第１図に本発明の装置の実施例の接続図を示す。

各制御板２５〜３０の対向面には１対の電極２５ａ，２
５ｂ〜３Ｑａ ，３０ｂがある。

すなわち、図示されない対向面の電極は付図に示される
電極と鏡に映る像の関係にある。

電極は金や銅のような導電性の強い材料で作られ、各電
極２５ａ〜３０ａはそれぞれその対の電極２５ｂ〜３０
ｂから電気的に絶縁される。

第２図および第３図について既に説明したとおり、対向
面の電極は間にわたる開口の壁の上に電極と同じ材料の
導電被覆を施すことによって相互に電気接続される。

デジタル制御信号は制御信号源７０から、各スイッチン
グ回路７５〜８０に適当な制御信号を与えるアドレス論
理７１に供給される。

スイッチング回路７５〜８０は、アドレス論理に応答し
て、関連するそれぞれの制御板の対電極に交互に、供給
された電圧を印加しうる、フリツプ・フロツプのような
電子スイッチング回路であることができる。

電圧は、電源８３〜８８から、電極をそれぞれ制御する
際に用いるスイッチング回路７５〜８０に加えられる。

ビーム加速電圧は電圧源７３から、カソード１６とター
ゲット１４との間に加えられる。

スイッチング回路７５〜８０はそれぞれ、地気に関して
正電圧の第１電圧（Ｖ２〜ｖ７）を電源８３〜８８から
受け、また地気に関して負電圧の第２電圧（Ｖｃ）を受
ける。

この特定例｝こおイテ■ｃは−１１ｖであり、■２〜■
７は＋９ｖである。

スイッチング回路はアドレス論理７１に応答して、各制
御板の対電極の一方に電圧Ｖ２〜ｖ７を、また他の対電
極に電圧Ｖｃを、交互に印加する。

説明の目的で、電圧Ｖｃを受ける電極のすべては点描法
で示されるが、電圧Ｖ２〜ｖ７を受ける電極は点描法で
なく示される。

こうした条件の下では、直線８９により示されるような
電子ビームは板の孔によって作られるただ一つのチャン
ネルのみを通過するが、電子の流れは他の各チャンネル
のどれかに現われるカット・オフ電圧Ｖｃ′の影響によ
ってこれらの他の全チャンネルでは阻止される。

すなわち、板２５〜３０の選択的スイッチング制御によ
って、電子ビームは一度にターゲット１４のただ一つの
素子部分を励振するように制御される。

この制御は、電圧ｖ２〜ｖ７が加えられる連続板の電極
部分の間に作られる電子シャツタによって得られる静電
ジャック動作により行なわれる。

電圧ｖｃが加えられる電極に関連したチャンネルはカッ
ト・オフされ、電子はこれらのチャンネル内で反発され
、電極によって追い出される。

ターゲット１４はチューブの使用法にしたがって走査さ
れる。

走査は、所望の走査により電子ビームを制御するように
スイッチング板２５〜３０を選択するアドレス論理７１
に対する制御信号源ＴＯの信号によって呼び出される。

たとえば、テレビジョン用の走査はターゲット１４の左
から右へそして上から下へ行なわれる。

カソードからの電子放射は負のカップ電極６７の走査に
より制御される。

カソ一ド１６からのこの制御式放射は、カソ一ド１６の
説明とともに更に詳しく説明される。

人カバツファ板１９および２０は電子光学素子として働
き、入カバツファ板１９および２０に現われる高電圧と
ともに電子伝送の際に重要である。

これは一般に制脚板２５〜３０と構造が似ているが、違
うのはこれらが固体金属で作られる点てある。

たとえば入カバツファ板１９には＋３２ＶＤＣが、入カ
バツファ板２０には＋６０ＶＤＣが加えられる。

出力バツファ板５０は一般に制御板２５〜３０と構造が
似ているが、違うのはこれらが電源８９から＋３２ＶＤ
Ｃを加えられる固体金属で作られる点である。

本発明の装置が電子ビームの制御について説明されたが
、この装置は正イオンや負・ｒオンのような他の形の帯
電粒子から作られたビームの制御においても同じく有利
に使用されることを知るべきである。

第４図はエリア・カソードの基本構成を示す。

２個の組合せ電極６５および６７が裏板６９の上に作ら
れる。

電極６７は負電圧が、電極６５は正電圧が印加される。

複数個のフィラメント・ワイヤ７２はエリア・カソード
１６の前方につるされ、各フィラメント・ワイヤ７２は
負電圧を持つ電極６７の前面に置かれる。

フィラメント・ワイヤ７２は、これを加熱してこれから
電子を放射させるために、地気電圧源に接続される。

電極６５および６７は裏板６９の上に直接蒸着され、相
互に絶縁される。

フィラメント・ワイヤが加熱されると、電子はレンズ板
２０に向って放射される。

電子は良好な輝度を与えるため、レンズ板に向って十分
な電流密度で一様に放射される。

第４図では３本のフィラメント・ワイヤ７２だけが示さ
れる。

エリア・カソードは実際に複数個のフィラメント・ワイ
ヤを有するが、各フィラメント・ワイヤは電極６７の１
本指の前方に置かれる。

フィラメント・ワイヤ７２の近くにある電極６５および
６７からの前方と側方の電界によって、フィラメント・
ワイヤから前方への電子軌道に拡散する電子軌道とが得
られる。

エリア・カソ一ドの所要電力が減少されるように、板６
９の後方に向う電子放射はほとんどないかあるいは全然
ない。

フィラメント・ワイヤとレンズ板との間隔が小さくなる
ように、放射電子の電流密度は十分な一様性を持つ。

第１スイッチング板２５に加えられる電圧が以前のデザ
インの場合と違って比較的小さくなるように、そのスイ
ッチング板２５の前方電流密度も十分な大きさを持つ。

エリア・カソード１６は広義に述べれば面積帯電粒子源
である。

帯電粒子は、正イオンや負イオンのような電子以外のも
のであることができる。

電子以外の帯電粒子が放射されるとき、細長くされたこ
のような粒子源がフィラメント・ワイヤの代わりに使用
されねばならない。

第５図は走査型エリア・カソードの構成例を示す。

負電圧を印加される電極６７の各指は、第５図に示され
るとおり相互に電気絶縁された多数のセグメント８１〜
９２に分割される。

フィラメント・ワイヤ７２は電極６７の前面につるされ
、電源に接続される。

こうして相互接続されたセグメント８１〜９２はフィラ
メント・ワイヤ７２に対し垂直に走る。

電極６γの各指の対応するセグメントは、電極６５の指
の下を通る相互接続部１０１〜１１２と直列に一諸に接
続される。

相互接続部１０１〜１１２はエンベロープから送り出さ
れ、第６図に示されるカソード論理に接続される。

相互接続部１０１〜１１２はおのおの複数個のバツファ
増幅器１２１〜１３２の一ツニ接続される。

第６図では、バツファ増幅器１２１と１３２のみが示さ
れ、他は点線によって表わされる。

各バツファ増幅器１２１〜１３２には、１２段シフト・
レジスタ１３５の一つの段に接続される駆動入力がある
。

シフト・レジスタ１３５には、第１クロツク人力１３１
と直列フレーム人力１３９がある。

これらの入力１３７と１３９は、第１図に示されたよう
な制御信号源から来る。

各バツファ増幅器１２１〜１３２は第１負電圧Ｖｃ２１
４１および第２負電圧ｖｃ３１４２を印加される３第１
および第２電圧はいずれも、フィラメント基準電圧１４
３ならびに正カソード電極６５に供給される正電圧Ｖｃ
，１４５に関して負である。

バツファ増幅器１２１〜１３２は、負電極６７の各セグ
メント８１〜９２に常時負電圧をかける。

セグメント１０１〜１１２に負電圧Ｖｃ３をかけると、
第７図に示されるとおりフィラメント・ワイヤ７２のそ
の部分からの電子放射が止まる。

第８図に示されるとおり負電圧Ｖｃ２をかけると、フィ
ラメントニワイヤ７２から放射を生じる。

フレーム入力信号がシフト・レジスタ１３５のシフト・
レジスタ段に移されると、相当するバツファ増幅器１２
１〜１３２が働いて、負電圧Ｖｃ２が負電圧Ｖｃ３に代
わって相当するスグメント１０１〜１１２に加えられ、
そのセグメントの前面のフィラメント・ワイヤから電子
放射を生じる。

セグメント１０１〜１１２の２個以上に、常時負電圧Ｖ
ｃ２が同時にかけられる。

カソード１６の動作中、ターゲットが電子ビームにより
走査されるにつれ、走査信号はシフト・レジスタ１３５
の入力端子１３９に加えられる。

たとえば、走査がターゲット１４の上から下に行なわれ
れば、シフト・レジスタ１３５に加えられる走査信号は
まずセグメント８１と８２に相当するシフト・レジスタ
１３５の２段に移され、セグメント８１と８２に負電圧
Ｖｃ２をかけ、それによって組合せ電極６Ｔのモグメン
ト８１と８２の前面にあるフィラメント・ワイヤ７１か
ら電子放射を生せしめる。

次に電子放射は、ターゲット１４の選択した部分を励振
するために、選択的にスイッチされた制御板２５〜３０
を通過する。

ターゲットが上から下に走査されるにつれ、走査信号は
シフト・レジスタ１３５の段を下に移動し、第１図と第
８図に示されるとおり電子放射が望まれるセグメントに
負電圧Ｖｃ ２を加えるとともに電子放射が望まれない
セグメントに負電圧ｖｃ３を加える。

これによって固体金属のバツファ板２０を使用すること
ができ、周囲に対する熱の端末条件がより良好となる。

またスイッチ式電極はどんな電流も集めず、しかも容量
が小さいので、ＭＯＳドライブ回路を使用することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は帯電ビーム走査装置の一つの実施例の接続図で
あり、第２図は第１図に示された実施例の構造を表わす
横断面図であり、第３図は第１図と第２図の実施例の電
子ビーム・チャンネルの詳細を示す横断面図であり、第
４図はエリア・カソ一ドの基本構成の斜視図を示し、第
５図は走査型エリア・カソ一ドの概略正面図を示し、第
６図はカソード電極用の制御回路を示し、第７図と第８
図はカソードの負電極のセグメントに加えられる電圧が
カソードからの電子放射に及ぼす影響を示す。 構成品のリスト、１１・・・・・・側枠部材、１２・・
・・・・磁器板、１４・・・・・・ガラス板（ターゲッ
ト）、１５・・・・・・スクリーン、１６・・・・・・
カソード、１８・・・・・バ一部１、１９，２０・・・
・・・入カバツファ板、２３，２３’，３３ ，３５
，３５’・・・・・・スペーサ板、２５〜３０・・・・
・・制御板（スイッチング板）、２５ａ，２５ｂ，〜３
０ａ，３０ｂ，４３，４４，６５．６７・・・・・・電
極、４０・・・・・・誘電体基板、４６・・・・・・被
覆、５０・・・・・・出力バツファ板、６０・・・・・
・開口、６９・・・・・・裏板、７０・・・・・・制御
信号源、７１・・・・・・アドレス論理、７２・・・・
・・フィラメント、８３〜８８，８９・・・・・・電源
、７３・・・・・・電圧源、８１〜９２，１０１〜１１
２・・・・・・セグメント、１２１〜１３２・・・・・
・バツファ増幅器、１３５・・・・・・シフト・レジス
タ、１３７・・・・・・クロツク入力、１３９・・・・
・・フレーム入力、１４１・・・・・・第１負電圧、１
４２・・・・・・第２負電圧、１４３・・・・・・フィ
ラメント基準電圧、１４５・・・・・・正電圧。 ー６３−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 荷電粒子源と、 面ターゲットと、 最底１個の入カバツファ板と、複数個の制御板、および
   最底１個の出力バツファ板一ここで、イ｝前記入カバソ
   ファ板、前記制御板、ならびに前記出力バツファ板は前
   記荷電粒子源と前記面ターゲットとの間にはさまれ、（
   口）前記制御板と前記両バツファ板には複数個の開口が
   作られ、（ハ）前記制御板の対応する開口は荷電粒子源
   と面ターゲットとの間にビーム・チャンネルを作るよう
   に整列され、（ニ）前記制御板はおのおの複数個の電極
   をその表面の少なくとも一つに備え、（ホ）前記各表面
   の前記電極は相互に電気絶縁される一と、 前記制御板を電気絶縁する前記制御板の間にはさまれた
   所定の厚さを持つ複数個の第１スペーサ装置と、 前記入カバツファ板と前記制御板との間及び前記出力バ
   ツファ板と前記制御板との間にはさまれ、前記制御板と
   前記両バツファ板とを電気的に絶縁し、前記両バツファ
   板に与えられる高電圧から前記制御板を電気的に分離す
   るように前記第１スペーサ装置よりも異常に厚くされた
   第２スペーサ装置と、 前記荷電粒子源から前記面ターゲットへ向う荷電粒子に
   レンズ作用を与えるため前記両バツファ板に直流電圧を
   供給する装置と、 前記荷電粒子を前記面ターゲットに選択的に向けるため
   前記制御板の電極に電圧を選択的に供給する装置と、 を備えた荷電粒子ビーム走査装置。