DD143125A5

DD143125A5 - ELECTRON PRODUCTION SYSTEM

Info

Publication number: DD143125A5
Application number: DD79212156A
Authority: DD
Inventors: Richard H Hughes; Hsing-Yao Chen
Original assignee: Rca Corp
Priority date: 1978-04-12
Filing date: 1979-04-11
Publication date: 1980-07-30
Also published as: PL126827B1; JPH0419660B2; GB2020092A; NL189323B; JPS54145472A; BE875443A; HK59887A; NL189323C; IT7921663A0; FR2423057B1; AU4515779A; ES479316A1; CZ278259B6; MX4332E; GB2020092B; NL7902868A; FR2423057A1; IT1112465B; DE2914838A1; PL214828A1

Description

ElektronenstrahlerzeugungssystemElectron gun

Anwendungsgebiet derApplicati ngsgebi et the

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektronenstrahlerzeugungssystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Elektronenstrahlerzeugungssystem, das mit hoher Spannung und kleiner Vergrößerung arbeitet und sich insbesondere für Farbfersehbildröhren eigent, wie sie in Heimempfängern be nötigt v/erden.The present invention relates to an electron gun according to the preamble of claim 1. More particularly, the invention relates to an electron gun which operates at high voltage and low magnification and is particularly suitable for color television picture tubes as needed in home receivers.

.der bekannten technischen Lösungen S₁ .der known technical solutions S ₁

Elektrcnenstrahlerzeugungssysteme, wie sie typischerweise in Parbfernsehbildröhren verwendet werden, enthalten, wie es schematisch in Pig. 1 dargestellt ist, eine Anzahl von in bezug aufeinander ausgerichteter Elektroden, insbesondereElectron beam generation systems, as typically used in satellite television tubes, as shown schematically in Pig. 1, a number of electrodes aligned with each other, in particular

21212121

eine Kathode 2, ein Steuergitter 3, ein Schirmgitter 4 und zwei oder mehr Fokussierungselektroden 5 und 6. Der Teil des Strahlerzeugungssystems bis zum Schirmgitter .bildet einen Bündelformungsbereich 7, während der sich hinter dem Schirmgitter befindenden Bereich einen Fokussierungsbereich 8 darstellt. Im Betrieb eines solchen Elektronenstrahlerzeugungssystems emittiert die Kathode Elektronen 9, die zu einem Überkreuzungsbereich 10 (Bereich kleinsten. Strahlquerschnitts) in der Nähe des Schirmgitters konvergieren· Dieser Überkreuzungsbereich wird dann durch eine Hauptfokussierungslinse zwischen den Elektroden 5 und 6 im Fkussierungsbereich der Röhre in eine Bildebene auf einem Bildschirm 11 als kleiner Fleck abgebildet. Der Konvergenzwinkel cO , unter dem die Elektronen in den Überkreuzungsbereich eintreten, soll hier als Überkreuzungsbereich-Eintrittswinkel bezeichnet werden und der Divergenzwinkel ß, in dem die Elektronen den Überkreuzungsbereich verlassen, soll als Überkreuzungsbereich-Austrittswinkel bezeichnet werden. Die WinkeloG und ß sind im wesentlichen gleich, solange beim Überkreuzungsbereich kein ablenkendes Feld vorhanden ist. In der Praxis sind in diesem Bereich doch elektrische Felder vorhanden, die eine fortlaufende Biegung der Elektronenbahnen bewirken, während die Elektronen in den Überkreuzungsbereich eintreten und aus ihm austreten, so daß sich im Überkreuzungsbereich ziemlich komplexe Verhältnisse ergeben und die Winkel^ und ß verschieden sind.a cathode 2, a control grid 3, a screen grid 4 and two or more focusing electrodes 5 and 6. The part of the beam generating system up to the screen grid forms a beam forming area 7, while the area behind the screen grid represents a focusing area 8. In the operation of such an electron gun, the cathode emits electrons 9 which converge to a crossover area 10 near the screen grid. This crossover area then becomes an image plane through a main focusing lens between the electrodes 5 and 6 in the focusing area of the tube a screen 11 shown as a small spot. The convergent angle c0 at which the electrons enter the crossover region shall be referred to herein as the crossover region entrance angle, and the divergence angle β at which the electrons leave the crossover region shall be referred to as the crossover region exit angle. The angles oG and β are substantially the same as long as there is no deflecting field at the crossover area. In practice, however, electric fields are present in this region, which cause a continuous bending of the electron orbits, while the electrons enter and exit from the crossover region, so that quite complex conditions result in the region of intersection and the angles α and β are different.

Man hat bisher im allgemeinen angenommen, daß zwischen dem Bündelformungsbereich 7 und dem Fokussierbereich 8 des Strahlerzeugungssystems kaum eine Wechselwirkung besteht und wenn man sich auf einen dieser beiden Bereiche konzentriert hat, um das Strahlerzeugungssystem zu verbessern, hat man gewöhnlich dem anderen Bereich wenig Beachtung geschenkt. Ungeachtet dieser bisherigen Ansicht wurde nun festgestellt, daß der erste Überkeuzungsbereich, der durchIt has generally been thought that there is little interaction between the beam forming section 7 and the focusing section 8 of the beam generating system, and when concentrated on one of these two sections to improve the beam generating system, little attention has been paid to the other section. Regardless of this previous view has now been found that the first Überkeuzungsbereich by

das Fokussierungssystem des Strahlerzeugungssystems auf den Bildschirm abgebildet wird, sich viel weiter vorne im Strahlerzeugungssystem befindet, als man bisher annahm. Dies wiederum führte zu der Erkenntnis, daß- eine Wechselwirkung zwischen der Bündelformungsfunktion des Strahl- " erzeugungssystems und der anschließenden Fokussierungsfunk-tion des Strahlerzeugungssystems besteht. Weitere Forschungen haben dann ergeben, daß man durch kluge Wahl und Kombination der Konstruktionsparameter des Strahlerzeugungssystems eine unerwartete Verbesserung des Strahlfleckverhaltens des Strahlerzeugungssystems erreichen kann. ·the focusing system of the beam generating system is displayed on the screen, located much further forward in the beam generating system than previously thought. This, in turn, led to the recognition that there is an interaction between the beamforming function of the beam generating system and the subsequent focusing function of the beam generating system Further research has shown that by judicious choice and combination of the design parameters of the beam generating system, an unexpected improvement in the beamforming system Beam spot behavior of the beam generation system.

Darlegung, des Wesens der ErfindungExplanation, the essence of the invention

Wesentliche Merlanale, in denen sich ein Elektronenstrahlerzeugungssystem gemäß einer Ausführung3form der Erfindung von einem bekannten Elektronenstrahlerzeugungssystems der gleichen Klasse unterscheiden, sind eine dicke Schirmgitteroder G2-Blektrode, ein starkes elektrisches PeId zwischen G2 und G3> also zwischen dem Schirmgitter und der folgenden Linsenelektrode, und/oder eine vergrößerte Objektweite (Objektabstand) des Hauptfokussierungssystems. Um mit diesem Konstruktionskonzept die optimalen Resultate zu erreichen, wird eine Vorfokussierung des Elektronenstrahls anschliessend an den Überkreuzungsbereich vermieden oder zumindest wesentlich verringert.Significant merlanals in which an electron gun according to an embodiment of the invention differs from a known electron gun of the same class are a thick screen grid or G2 electrode, a strong electrical barrier between G2 and G3> between the screen grid and the following lens electrode, and / or an enlarged object distance (object distance) of the main focusing system. In order to achieve the optimum results with this design concept, pre-focusing of the electron beam following the crossover region is avoided or at least substantially reduced.

Im folgenden werden das Erfindungsprinzip und Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In the following the principle of the invention and embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing.

Es zeigen:Show it:

-H- 212 1 -H- 212 1

Pig. 1: eine schematische Darstellung eines typischen Elektronenstrahlerzeugungssystems und dessen Elektronenstrahlbündelformungs- und Pokussierungsfunk-. tionen; ·Pig. Fig. 1 is a schematic representation of a typical electron gun and its electron beam forming and poking radio. tions; ·

Pig. 2: ein schematischer Aufriß einer Kathodenstrahlröhre mit einem Elektronenstrahlerzeugungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;Pig. 2 is a schematic elevational view of a cathode ray tube with an electron gun, according to an embodiment of the invention;

Pig. 3ϊ ein teilweise geschnittener Aufriß einer Ausführungsform des Elektronenstrahlerzeugungssystems für die Kathodenstrahlröhre gemäß Pig. 2;Pig. 3 is a partially cutaway elevational view of an embodiment of the electron gun for the cathode ray tube according to Pig. 2;

Pig. 4: eine vergrößerte Schnittansicht des Elektronenstrahlbündelformungsbereiches des Elektronenstrahlerzeugungssystems gemäß Pig. 3;Pig. 4 is an enlarged sectional view of the electron beam forming portion of the electron gun according to Pig. 3;

Pig. 5: eine Pig. 4 ähnliche vergrößerte Schnittansicht, die zum Vergleichen den Elektronenstrahlbündelformungsbereich eines typischen bekannten Strahlerzeugungssystems zeigt;Pig. 5: a pig. Fig. 4 is a similar enlarged sectional view showing, for comparison, the electron beam forming area of a typical prior art beam generating system;

Pig. 6: eine Pig. 5 entsprechende Ansicht eines anderen bekannten Elektronenstrahlerzeugungssystems;Pig. 6: a pig. 5 corresponding view of another known electron gun;

Pig. 7ί eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Bündelabmessungen am Überkreu-. zungsbereich von der elektrischen Feldstärke zwischen G2 und G3;Pig. 7ί is a graphic representation of the dependence of the bundle dimensions on the cross-over. range of the electric field strength between G2 and G3;

Pig. 8: eine graphische Darstellung des Zu- -· sammenhanges zwischen der. Dicke der Schirmgitterelektrode G2 und der Länge einer anschließenden Linsenelektrode G3 in Strahlerzeugungssystemen gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Pig. 8: a graphic representation of the relationship between the. Thickness of the screen grid electrode G2 and the length of a subsequent lens electrode G3 in beam generating systems according to embodiments of the invention;

Fig» 9a scheinatische Darstellungen zum VergleichFig. 9a illusory illustrations for comparison

bi«5 Qd*bi «5 Qd *

^ der Bündelformungswirkung und der Fokus-^ the bundle-forming effect and the focus

sierung3wirkung von Strahlerzeugungssystemen gemäß Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und bekannten Strahle erzeugungssystemen;sierungswirkung of beam generating systems according to embodiment of the present invention and known beam generation systems;

Fig_f 10 Schnittansichten von weiteren Ausfüh- und 11? _rung_Sformen dicker Schirmgitterelektroden, die in Strahlerzeugungssystemen gemäß der Erfindung Verwendung finden können.Fig _f 10 are sectional views of further Ausfüh- and 11? g _run _S form thicker screen grid electrodes, which can be found in beam forming systems according to the invention use.

Pig. 2 zeigt eine Farbfernsehbildröhre 10 mit einem Glaskolben, welcher einen im wesentlichen rechteckigen KoI-benvorderteil 12 sowie einen rohrförmigen Hals 14 hat, die durch einen im Querschnitt etwa rechteckigen trichterförmigen Teil l6 miteinander verbunden sind. Der Kolbenvorderteil 12 besteht aus einer Frontplatte 18 und einer an deren Umfang ansetzenden Seitenwand 20, die durch eine Glasfritte-Verschmelzung mit dem trichterförmigen Teil 16 verbunden ist. Auf der Innenseite der Frontplatte 18 befindet sich ein Dreifarbenleuchtstoffmosaik-Bildschirm Der Bildschirm ist vorzugsweise ein Streifenrasterschirm, dessen Leuchtstoffstreifen senkrecht zur Richtung der höherfrequenten Abtastung verlaufen. In einem bestimmten Abstand vom Bildschirm 22 ist eine Farbwahl-Schatten- oder Lochmaskenelektrode 24, die eine Vielzahl von Löchern aufweist, in bekannter Weise lösbar montiert'. Im Hals. 14 ist zentrisch ein Inline-Elektronenstrahlerzeugungssystem 26Pig. Figure 2 shows a color television picture tube 10 with a glass envelope having a substantially rectangular crown front portion 12 and a tubular neck 14 interconnected by a funnel-shaped portion 16 of approximately rectangular cross-section. The piston front part 12 consists of a front plate 18 and a side wall 20 attached to its periphery, which is connected by a glass frit merger with the funnel-shaped part 16. On the inside of the front panel 18 is a three-color fluorescent mosaic screen. The screen is preferably a strip grid screen whose phosphor stripes are perpendicular to the direction of the higher-frequency scan. At a certain distance from the screen 22, a color-choice shadow or shadow mask electrode 24 having a plurality of holes is detachably mounted in a known manner. In the throat. 14 is centered an in-line electron gun 26

- 6 - 2 12 156- 6 - 2 12 156

gemäß einer Ausführungsform der Erfindung montiert, das nur schematisch durch ein gestricheltes Rechteck angedeutet ist. Das Elektronenstrahlerzeugungssystem 26 liefert drei Elektronenstrahlbündel 28, die längs konver- . gierender Wege in einer Reihe nebeneinander (koplanar) durch die Lochmaske 24 auf den Bildschirm 22 fallen.mounted according to an embodiment of the invention, which is indicated only schematically by a dashed rectangle. The electron gun 26 provides three electron beams 28, the konver along. gier paths in a row next to each other (coplanar) through the shadow mask 24 on the screen 22 fall.

Die in Pig. 2 dargestellte Bildröhre ist für einen Betrieb mit einer externen magnetischen Ablenkeinheit 30 bestimmt, die den Hals 14 sowie den trichterförmigen Kolbenteil 16 in der Nähe ihrer Verbindung umgibt, und die drei Elektronenstrahlen 28 horizontal und vertikal in einem rechteckigen Raster über den Bildschirm 22 abzulenken gestattet.The one in Pig. 2 is intended for operation with an external magnetic deflection unit 30 surrounding the neck 14 and the funnel-shaped piston portion 16 near its junction and allowing the three electron beams 28 to be deflected horizontally and vertically across the screen 22 in a rectangular grid.

Mit Ausnahme der neuartigen Merkmale und Abänderungen, die im folgenden beschrieben werden, kann das Elektronenstrahlerzeugungssystem 26 ein Dreistrahl-Inlinesystem sein, ähnlich wie es in der US-PS 37 72 554 beschrieben ist.With the exception of the novel features and modifications described below, the electron gun 26 may be a three-beam inline system similar to that described in US Pat. No. 3,772,554.

Pig. 3 ist eine Aufsicht des Dreistrahl-Bipotential-Strahlerzeugungssystems 26, das zum Teil längs einer longitudinalen Mittelebene aufgeschnitten gezeichnet ist, welche senkrecht zu der die drei koplanaren Elektronenstrahlen 28 enthaltenden Ebene verläuft.Pig. FIG. 3 is a top view of the three-beam bipotential beam generating system 26, partially broken away along a longitudinal center plane, which is perpendicular to the plane containing the three coplanar electron beams 28. FIG.

In der Zeichnung ist nur die Struktur für einen der drei Elektronenstrahlen dargestellt. Das Strahlerzeugungssystem 26 enthält zwei Halterungsstäbe 32 aus Glas, an denen die verschiedenen Elektroden befestigt sind. Zu diesen Elektroden gehören drei mit gleichen Abständen in einer Ebene angeordnete Kathoden 34» (eine für jeden Strahl, wobei jedoch nur eine einzige dargestellt ist) eine Steuergitteroder Gl-Elektrode 36, eine Schirmgitter- oder G2-Elektrode 38, eine erste Linsen- oder Pokussierelektrode oder G3-Elektrode 40 und eine zweite Linsen- oder Pokussierelektrode oder G4-Elektrode 42. Die G4-Elektrode enthält eineIn the drawing, only the structure for one of the three electron beams is shown. The beam generating system 26 includes two glass support rods 32 to which the various electrodes are attached. These electrodes include three equally spaced in-plane cathodes 34 (one for each beam, but only one shown), a control grid or GI electrode 36, a screen grid or G2 electrode 38, a first lens array Pokorfierelektrode or G3 electrode 40 and a second lens or Pokußierelektrode or G4 electrode 42. The G4 electrode includes a

elektrische Abschirrakappe 44. Alle diese Elektroden sind längs einer mittleren Strahlachse Δ-Α ausgerichtet und in der aufgeführten Reihenfolge mit gegenseitigen Abständen an den Glasstäben 32 befestigt. Die. Fokussierelektroden G3 und G4 dienen in dem Bipotential-Elektro- nenstrahlerzeugungssystem 26 außerdem als Beschleunigungselektroden.electric Abschirrakappe 44. All these electrodes are aligned along a central beam axis Δ-Α and fixed in the order listed with mutual distances to the glass rods 32. The. Focusing electrodes G3 and G4 also serve as acceleration electrodes in the bipotential electron gun 26.

Wie dargestellt, enthält das Elektronenstrahlerzeugungs-' system 26 außerdem mehrere Bauteile 46 aus magnetisierbarem Material, die am Boden der Abschirmkappe 44 montiert sind und zur Korrektur der Koma der von den ilektronenstrahlen bei der Ablenkung über den Bildschirm 22 erzeugten Easter diene. Die für die Komakorrektur vorgesehenen magnetisierbaren Bauteile 46 können z.B. so ausgebildet und angeordnet sein, wie es in der bereits erwähnten USJ-PS 37 72 554 beschrieben ist.As shown, the electron gun 26 also includes a plurality of magnetizable material components 46 mounted to the bottom of the shield cap 44 for correcting the coma of the easter generated by the electron beams as they are deflected across the screen 22. The coma correction components 46 may be e.g. be designed and arranged as described in the already mentioned USJ-PS 37 72 554.

Die Kathode 34 des Elektronenstrahlerzeugungssystems 26 ist rohrförmig und enthält eine Stirnwand mit einer ebenen emittierenden Oberfläche oder blendenförmige Teile 50 bzw. 52 mit fluchtenden Mittelöffnungen 54 bzw. 56. Die G3-Elek-· trode enthält ein längliches rohrförmiges Bauteil mit einer der G2-Elektrode benachbarten Querwand, welche eine Mittelöffnung 60 aufweist. Die G4-Elektrode enthält wie die G3-Elektrode ein rohrförmiges Bauteil und diese beiden Elektroden haben an ihren gegenüberliegenden Enden nach innen umgebördelte rohrförmige Kragen oder Lippen 62 bzw. 64, zwischen denen die Hauptfokussierungslinse, d.h. das Hauptfokussierungslinsenfeld des Elektronenstrahlerzeugungssystems erzeugt wird.The cathode 34 of the electron gun 26 is tubular and includes an end wall having a planar emissive surface or apertured members 50 and 52 having aligned center apertures 54 and 56, respectively. The G3 electrode includes an elongate tubular member having one of the G2 electrodes adjacent transverse wall, which has a central opening 60. The G4 electrode, like the G3 electrode, includes a tubular member and these two electrodes have inwardly flared tubular collars or lips 62 and 64, respectively, at their opposite ends, between which the main focusing lens, i. the main focusing lens array of the electron gun is generated.

In der oben beschriebenen bipolaren Form kann das erfindungsgemäße Elektronenstrahlerzeugungssystem 26 durch folgende Merkmale charakterisiert werden:In the bipolar form described above, the electron gun 26 of the present invention can be characterized by the following features:

2 12 1562 12 156

1, Ein starkes elektrisches Feld (Arbeitsfeld) zwischen der G2- und der G3-Elek.trode, das eine Feldstärke im Bereich von etwa 3900 bis 15800 V/mm (oder etwa 100 bis 400 V/mil), insbesondere 3937 bis 15748 V/mm hat; besonders vorteilhaft sind Wert-e zwischen etwa 5900 und 9850 V/mm (insbesondere 5906 bis 9843 V/mm oder 150 bis 250 V/mil). Dieses starke Feld dient dazu, ein Elektronenstrahlbündel minmalen Durchmessers aus dem Überkreuzungsbereich abzusaugen.1, A strong electric field (working field) between the G2 and G3 electrodes, which has a field strength in the range of about 3900 to 15800 V / mm (or about 100 to 400 V / mil), especially 3937 to 15748 V. / mm has; particularly advantageous are values between about 5900 and 9850 V / mm (in particular 5906 to 9843 V / mm or 150 to 250 V / mil). This strong field serves to suck a minute beam electron beam from the crossover area.

2. Eine G2-Elektrode mit einem dicken, plattenförmigen Teil 52, dessen Dicke das 0,4 bis 1,0-fache des Durchmessers der Mittelöffnung 56 der G2-Elektrode beträgt, um die Winkel des Elektronenstrahlbündels beim Überkreuzungsbereich zu verringern.2. A G2 electrode having a thick plate-shaped portion 52 whose thickness is 0.4 to 1.0 times the diameter of the center opening 56 of the G2 electrode to reduce the angle of the electron beam at the crossover area.

3· Eine außergewöhnlich lange G3-Elektrode, deren Länge das 2,5 his 5,0-fache des Durchmessers der G3-Hauptfokussierungslinie beträgt, um die Objektweite (Objektabstand) möglichst groß zu machen und die Vergrösserung im Elektronenstrahlerzeugungssytem zu verringern. In den meisten Fällen wird dies etwa das 40 bis 60-fache der Dicke der G2-Elektrode betragen.3 · An exceptionally long G3 electrode, the length of which is 2.5 to 5.0 times the diameter of the G3 principal focussing line to maximize the object distance (object distance) and reduce the magnification in the electron gun. In most cases, this will be about 40 to 60 times the thickness of the G2 electrode.

4· Eine G2-Elektrode deren Öffnung von einem ebenen Teil umgeben ist, dessen Durchmesser gleich oder größer als etwa das Doppelte des Abstandes zwischen der G2- und der G3-Elektrode ist, um eine Vorfokussierung des Elektronenstrahlbündels zu verhindern.4 · A G2 electrode whose opening is surrounded by a planar portion whose diameter is equal to or greater than about twice the distance between the G2 and G3 electrodes to prevent pre-focusing of the electron beam.

Fig. 4 ist ein stark vergrößerter Querschnitt des Bündelformungsbereiches des neuen Elektronenstrahlerzeugungssystems 26. Diese Figur zeigt die Uatur der Äquipotentiallinien der Felder, die im Betrieb des Strahlerzeugungssystems zwischen der Kathode, Gl, G2 und G3 entstehen und außerdem die ITatur der Wege der Elektronen, die die Kathode4 is a greatly enlarged cross-sectional view of the beam forming region of the new electron gun 26. This figure shows the nature of the equipotential lines of the fields created during operation of the beam generating system between the cathode, G1, G2 and G3 and also the nature of the paths of the electrons the cathode

verlassen, in einen Überkreuzungsbereich (Bereich geringsten Strahlquerschnitts) konvergieren und dann von dort auf ihrem Weg zur Hauptfokussierungslinie divergieren.leave, converge into a crossover area (area of lowest beam cross section) and then diverge from there on their way to the main focusing line.

Typisch für Elektronenstrahlerzeugungssystems, die mit einem Überkreuzungsbereich des Elektronenstrahlbündels arbeiten, ist das stark konvergierende PeId in der Nachbarschaft der Kathode und der Gl_Elektrode, wie es durch die Feldlinien 66 dargestellt ist. Dieses Feld konvergiert die Elektronenstrahlen 68 beim Verlassen der Kathode 34 stark und fokussieren sie in einen Überkreuzungsbereich 70, von dem ausTypical of electron guns operating with a crossover region of the electron beam is the highly converging peak in the vicinity of the cathode and the glass electrode, as represented by the field lines 66. This field strongly converges the electron beams 68 as they exit the cathode 34 and focus them into a crossover region 70 from there

sie dann auf dem v/eiteren Wege zur Hauptfokussierungslinse wieder divergieren.They then diverge on the v / eiteren ways to the main focus lens again.

Das Elektronenstrahlerzeugungssystem 26 ist für einen relativ kleinen Abstand zwischen der G2- und der G3-Elektrode und/oder einen Betrieb mit einer relativ hohen G3-Spannung konstruiert, so daß ein starkes Feld zwischen G2 und G3 entsteht. Ein solches Hochspannungsfeld von G3 taucht oder wölbt sich in die Öffnung 56 der G2-Elektrode hinein, wie durch die Äquipotentiallinien 72 dargestellt ist. Im Gegensatzzu den bekannten Strahlerzeugungssystemen, in denen die G2-Elektrode im wesentlichen die gleiche Dicke wie die Gl-Elektrode hat und das Hochspannungsfeld von der G3-Elektrode vollständig durch die Öffnung der G2-Elektrode hindurchreicht, ist die Dicke G2-Elektrode des vorliegenden Strahlerzeugungssystems im Vergleich zum Durchmesser der Öffnung 56 dieser Elektrode so groß, daß das Feld 72 nur ein Stück in die Öffnung hineinreicht und nicht vollständig durchgreift. Hierdurch wird es dem durch die Gl-Spannung erzeugten Feld möglich, von der Gl-Seite der G2-Elektrode indie G2-Öffnung 56 einzutauchen bzw. sich in diese Öffnung_fhineinzuwölben, wie durch die Feldlinien 74 dargestellt ist, und eine divergierende Kraft auf die Elektronenstrahlen 68 ausüben. Hierdurch wird der Überkreuzungsbereich-Eintrittswinkel cL (siehe Fig. 1) gegenüber dem sichThe electron gun 26 is designed for a relatively small distance between the G2 and G3 electrodes and / or operating at a relatively high G3 voltage so as to create a strong field between G2 and G3. Such a high voltage field of G3 dips or bulges into the opening 56 of the G2 electrode, as shown by the equipotential lines 72. In contrast to the known beam generation systems in which the G2 electrode has substantially the same thickness as the GI electrode and the high voltage field from the G3 electrode extends completely through the opening of the G2 electrode, the thickness is G2 electrode of the present beam generation system compared to the diameter of the opening 56 of this electrode so large that the field 72 extends into the opening only a piece and does not fully reach through. This makes it possible for the field generated by the GI voltage to dip from the G1 side of the G2 electrode into the G2 opening 56, or to bulge into this opening _f , as shown by the field lines 74, and a diverging force exert the electron beams 68. Thereby, the crossover area entrance angle cL (see Fig. 1) becomes opposite to

Em %** **Em% ** **

sonst einstellenden Wert verringert und der Überkreuzungsbereich 70 wird im Vergleich zu entsprechenden bekannten Konstruktionen weiter nach vorne in Richtung auf den Bildschirm verschoben. Hierdurch ergibt sich wiederum ein kleinerer Überkreuzungsbereich-Austrittswinkel ß und damit ein dichteres oder komplakteres Elektronenstrahlbündel, wenn.die Blektronenstrahlen 76 nach dem Überkreuzungsbereich wieder divergieren und zur Hauptfokussierungslinse weiterlaufen» In einem willkürlich festgelegten Abstand von der Kathode 34 sind die Elektronenstrahlen 76 als relativ kleines oder dünnes Bündel 78 dargestellt.otherwise setting value is reduced and the crossover area 70 is moved further forward in the direction of the screen compared to corresponding known constructions. This results in turn in a smaller crossover area exit angle β and thus a more dense or more complex electron beam when the electron beams 76 diverge again after the crossover area and continue to the main focusing lens. At an arbitrary distance from the cathode 34, the electron beams 76 are relatively small or thin bundle 78 is shown.

Charakteristisch für das vorliegende neue Elektronenstrahls erzeugungssystem 26 ist auch der relatic ebene, quer verlaufende plattenförmige Teil 52 der G2-Elektrode. Eine solche ebene Elektrodenstruktur ergibt Feldlinien 82 zwischen G2 und G3, welche ihrerseits ebenfalls relativ eben sind und keine nennenswerte Torfokussierungswirkung ausüben. Dadurch, daß in diesem Bereich des Elektronenstrahlerzeugungssystems eine Vorfokussierwirkung vermieden wird, ergibt sich eine geringere Vergrößerung, wie im folgenden noch genauer erläutert werden wird.Characteristic of the present new electron beam generation system 26 is also the relatic plane, transverse plate-shaped part 52 of the G2 electrode. Such a planar electrode structure results in field lines 82 between G2 and G3, which in turn are also relatively flat and do not exert any appreciable peat-focusing effect. The fact that a Vorfokussierwirkung is avoided in this area of the electron gun, resulting in a lower magnification, as will be explained in more detail below.

Pig. 5 ist ein Pig. 4 entsprechender, stark "vergrößerter Querschnitt eines bekannten Strahlerzeugungssystems 84» das im Gegensatz zu der dicken G2-Elektrode des neuen Elektronenstrahlerzeugungssystems 26 gemäß Pig. 4 eine konventionelle, dünnwandige G2-Blektrode aufweist. Das Elektronenstrahlerzeugungssystem 84 gemäß Pig. 5 enthält eine Kathode 86, eine Gl-Elektrode 88, eine G2-Elektrode 90 und eine G3-Elektrode 92. Das bekannte Elektronenstrahlerzeug'ungssystem 84 hat die gleichen Elektrodenabstände und Abmessungen wie das Elektronenstrahlerzeugungssystern 26 mit der Ausnahme, daß seine G2-Elektrode 90 aus einer dünnen Platte konventionellen Typs besteht im Gegensatz zu der dicken Platte der G2-Elektrode 38 des Elektronenstrahlerzeugungssystems 26.Pig. 5 is a pig. 4 corresponds to a greatly enlarged cross-section of a known beam generating system 84 which has a conventional G2 thin-walled electrode in contrast to the thick G2 electrode of the novel electron gun 26. Referring to FIG. a GI electrode 88, a G2 electrode 90, and a G3 electrode 92. The conventional electron beam generating system 84 has the same electrode pitches and dimensions as the electron beam generating system 26 except that its G2 electrode 90 is made of a conventional type thin plate is in contrast to the thick plate of the G2 electrode 38 of the electron gun 26.

212 15212 15

Das Elektronenstrahlerzeugungssystem 84 weist wie das neue System 26 gemäß Fig. 4 ein durch Äquipotentiallinien 94 dargestelltes, stark konvergierendes PeId in der Öffnung der Gl-Elektrode bei der Kathode auf. Wie bei dem neuen System 26 sammelt oder konvergiert dieses Feld die aus. der Kathode austretenden Elektronenstrahlen 98 in einen Überkreuzungsbereich 96. Beim System 84 dringen jedoch die Feldlinien von der hohen G3-Spannung wegen der geringeren Dicke der G2-Elektrode vollständig durch die Öffnung der G2-Elektrode hindurch und erzeugen im Bereich zwischen Gl und G2 eine zusätzliche Sammel- oder Konvergierungswirkung, wie durch die Feldlinien 100 dargestellt ist. Dies steht im Gegensatz zu dem im neuen System 26 erzeugten Feld 74· Die Folge der bei dem bekannten System vorhandenen zusätzlichen Sammelwirkung besteht darin, daß der Überkreuzungsbereich_Eintrittswinkel (siehe Fig. l) größer wird und der Überkreuzungsbereich 96 näher an der Kathode liegt als bei dem neuen System 26. Dadurch wird auch der Überkreuzungsbereich-Austrittswinkel ß der aus dem Überkreuzungsbereich 96 austretenden Slektronenstrahlen 102 größer und das Slektronenstrahlbündel IO4 ist in dem gleichen Vorgegebenen Abstand von der Kathode weniger kompakt als das Elektronenstrahlbündel 78 des Systems 26. Die Form der Äquipotenital-Feldlinien 106 zwischen (£2 und G3 ist bei dem System 84 im wesentlichen gleichwertig der der Feldlinien 82 des neuen Systems 26. Die Feldstärke kann und wird jedoch wesentlich geringer sein als bei dem neuen System 26.The electron gun 84, like the new system 26 of FIG. 4, has a strongly converging electrode, represented by equipotential lines 94, in the opening of the GI electrode at the cathode. As with the new system 26, this field collects or converges the one. However, in system 84, the field lines from the high G3 voltage completely penetrate through the opening of the G2 electrode due to the smaller thickness of the G2 electrode and create an additional gap in the region between G1 and G2 Gathering or converging action as shown by the field lines 100. This is in contrast to the field generated in the new system 26. The consequence of the additional collection effect of the known system is that the crossover region entrance angle (see FIG. 1) increases and the crossover region 96 is closer to the cathode than the cathode new system 26. This also increases the crossover area exit angle β of the sleekron beams 102 emerging from the crossover area 96, and the sleek ray beam IO4 is less compact than the electron beam 78 of the system 26 at the same predetermined distance from the cathode 26. The shape of the equipotential field lines 106 between (2 and G3 is substantially equivalent in system 84 to that of the field lines 82 of the new system 26. However, the field strength can and will be substantially less than the new system 26.

Fig. 6 zeigt ein bekanntes Elektronenstrahlerzeugungssystem 108, das mit Ausnahme der G2-Elektrode mit dem bekannten System 84 gemäß Fig. 5 übereinstimmt. Das System 108 enthält eine Kathode 110, eine Gl-Elektrode 111, eine G2-Elektrode 112 und eine G3-Elektrode 113. Die G2-Elektrode ist becherförmig und hat eine vorstehende Umfangswand II4. Die Umfangswand 114 formt die Äquipotentiallinien 115 im Bereich zwischen G2 und G3 derart, daß eine sammelnde Vor-FIG. 6 shows a prior art electron gun 108 which is identical to known system 84 of FIG. 5 except for the G2 electrode. The system 108 includes a cathode 110, a Gl electrode 111, a G2 electrode 112 and a G3 electrode 113. The G2 electrode is cup-shaped and has a protruding peripheral wall II4. The peripheral wall 114 forms the equipotential lines 115 in the region between G2 and G3 in such a way that a collecting advantage is obtained.

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fokussierungswirkung auf die den Überkreuzungsbereich 118 des Elektronenstrahlbündels verlassenden Elektronenstrahlen 116 ausgeübt wird. Das Ergebnis besteht darin, daß die Elektronenstrahlen 16 nach dem Verlassen des Überkreuzungsbereiches konvergierend gebogen werden, so daß ein dichteres Elektronenstrahlbündel 120 entsteht, dessen Größe bis zu einem gewissen Grade ähnlich der des Elektronenstrahlbündels 78 des neuen Systems 26 ist. Das Erzielen eines dichteren oder kompakteren Elektronenstrahlbündels 120 im System 108 ermöglicht jedoch nicht, außerdem auch eine Verringerung der Vergrößerung vae bei dem neuen System 26 zu erreichen, wie noch erläutert werden wird.focusing effect on the crossing region 118 of the electron beam leaving electron beams 116 is exerted. The result is that the electron beams 16 are bent convergently after leaving the crossover region to form a more dense electron beam 120, the size of which is somewhat similar to that of the electron beam 78 of the new system 26. Achieving a denser or more compact electron beam 120 in the system 108, however, does not allow it to also achieve a reduction in magnification VAE in the new system 26, as will be explained.

Es ist die Vorfokussierungswirkung, die die konvergierenden oder sammelnden' Feldlinien 115 im Bereich zwischen G2 und G3 bewirken, die durch die Konstruktion des neuen Systems 26 vermieden v/erden soll. Dies wird bei dem neuen System 26 dadurch erreicht, daß man alle Strukturen vermeidet, wie die nach oben gebogene Lippe 114 der G2-Elektrode, welche die Feldlinien 115 in der Nähe der Elektronenstrahlen 116 gegenüber dem sonst relativ ebenen Verlauf krümmen.It is the prefocusing effect that the converging or collecting field lines 115 cause in the region between G2 and G3, which is to be avoided by the construction of the new system 26. This is achieved in the new system 26 by avoiding all structures, such as the upturned lip 114 of the G2 electrode, which curve the field lines 115 in the vicinity of the electron beams 116 from the otherwise relatively flat course.

In Fig. 7 ist der Zusammenhang zwischen der Strahlfleckgröße und der Stärke des elektrischen Feldes zwischen der G2-Elektrode und der G3-Elektrode eines Strahlerzeugungssystems der hier diskutierten allgemeinen Klasse darge- . stellt· In Fig. 7 ist das Verhältnis der tatsächlichen Strahlfleckgröße S am Überkreuzungsbereich zur theoretischen Strahlfleckgröße S^ am Überkreuzungsbereich über der Feldstärke aufgetragen. Die theoretische minimale Strahlfleckgröße S., sm Überkreuzungsbereich ist diejenige, die durch den Beitrag der thermischen Emission zur Größe des Strahls im Überkreuzungsbereich gegeben ist. Wie dargestellt, fällt das Fleckgrößenverhältnis ziemlich scharf ab, wenn die Feldstärke ^eq2-G3 ^{von βΐννει} -^O bis 250 Volt/In Fig. 7, the relationship between the beam spot size and the electric field strength between the G2 electrode and the G3 electrode of a beam generating system of the general class discussed herein is shown. In FIG. 7, the ratio of the actual beam spot size S at the crossover area to the theoretical beam spot size S 1 at the crossover area is plotted against the field strength. The theoretical minimum beam spot size S., sm crossing range is that given by the contribution of the thermal emission to the size of the beam in the crossover area. As shown, the spot size ratio drops quite sharply when the field strength ^e q2-G3 ^{of βΐννει} - ^ O to 250 volts /

-M--M-

_Λ - & β &. _Λ - & β &.

25,4 Mikrometer, also etwa 5900 bis 9850 V/Millimeter (genauer 5906 bis 9843 V/Millimeter) erhöht wird und geht an beiden Enden dieses Bereiches jeweils in einen mehr oder weniger gleichbleibenden Wert über.25.4 microns, ie about 5900 to 9850 V / mm (more precisely 5906 to 9843 V / millimeter) is increased and is at both ends of this range in each case in a more or less constant value.

Bei einem typischen Bipotential-Elektronenstrahlerzeugungssystern mit nur einer einzigen, einfachen Hauptfokussierungslinse, wie es in der erwähnten US-PS 37 72 554 beschrieben ist, kann der Abstand G2-G3 etwa 1,4 mm (etwa 55 mils = 1,397 mm), die GR-Spannung etwa 6000 YoIt und die G2-Spannung etwa 600 Volt betragen. Diese Konstruktions- und Betriebsparameter ergeben im Betrieb des Systems ein ^BG2-G3*"^{Peld von etwa 3S6}° V⁰ItA¹¹¹¹¹¹^e*¹ (9⁸ V/mil = 3858 V/mm). Typische, bevorzugte Ausführungsbeispiele des neuen Systems 26 weisen dagegen im Vergleich hierzu G2-G3-Abstände von etwa 0,83 bis 1,23 mm, insbesondere 0,838 bis 1,219 mm (33 bis 48 mils), eine G3~Spannung von etwa 8500 Volt und eine G2-Spannung von etwa 625 Volt auf, so daß Eßp Q-i-Felder von etwa 9400 bis 65ΟΟ V/mm, insbesondere 9409 bis 6457 V/mm (239 bis I64 V/mil) resultieren. Wie . aus Fig. 7 ersichtlich ist, beträgt das aufgetragene Fleckgrößenverhältnis (das ein Qualitätsmaß für die Flecke oder Querschnittsgröße ist, wobei 1 das Optimum darstellt) etwa 2,5 für das bekannte System im Vergleich zu etwa 1,6 für das neue System 26, wenn dieses mit einem.E^o^o-Feld von etwa 9400 V/mm, im besondere 9409 V/mm (239 V/mil) betrieben wird.In a typical bipotential electron gun having only a single, simple main focus lens, as described in the aforementioned US Pat. No. 3,772,554, the distance G2-G3 may be about 1.4 mm (about 55 mils = 1.397 mm), the GR Voltage is about 6000 YoIt and the G2 voltage is about 600 volts. These design and operating parameters yield a ^B G2-G3 * ^{Peld of about 3S6} ° V ⁰ ItA ¹¹¹¹¹¹ ^ e * ¹ (9 ⁸ V / mil = 3858 V / mm) in the operation of the system Typical Typical ^{Embodiments of} the New System 26, in contrast, have G2-G3 distances of about 0.83 to 1.23 mm, especially 0.838 to 1.219 mm (33 to 48 mils), a G3 voltage of about 8500 volts, and a G2 voltage of about 625 Volts so that Essip Qi fields result from about 9400 to 65ΟΟ V / mm, especially 9409 to 6457 V / mm (239 to 1464 V / mil). As can be seen from Fig. 7, the plotted spot size ratio (i.e. a quality measure for the spots or cross-sectional size, where 1 is the optimum) is about 2.5 for the known system compared to about 1.6 for the new system 26, if this is with a .E ^ o ^ o field of about 9400 V / mm, in particular 9409 V / mm (239 V / mil) is operated.

Aus der Verbesserung des Fleckgrößenverhältnisses von 2,5 auf 1,6 könnte geschlossen werden, daß höhere E_Go_(j3_Felder wünschenswert sind. Ohne kompensierende Änderungen im Elektronenstrahlerzeugungssystem hat eine einfache Erhöhung des Eß2_Q3_Felder jedoch eine entsprechende Vergrößerung des überkreuzungsbereich-Austrittswinkel ß' des Elektronenstrahls zur Folge, da in der G2-Öffnung vor dem Überkreuzungsbereich ein wesentlich stärkeres konvergierendes FeldFrom the improvement of the spot size ratio from 2.5 to 1.6, it could be concluded that higher E _G o_ (j 3 fields are desirable. However, without compensatory changes in the electron gun, a simple increase in the E b 2 _ Q 3_field will have a corresponding increase in the cross-over beam exit angle β 'of the electron beam As a result, there is a much stronger converging field in the G2 opening in front of the crossover area

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entstehen. Eine übliche Maßnahme zur Kompensation der Vergrößerung des Überkreuzungsbereich-Austrittswinkels ist die Erzeugung eines Vorfokussierungslinsenfeldes zwischen G2 und G3. Wie im folgenden noch genauer erläutert werden wird, kann ein solches Vorfokussierungafeld keine · generell optimale Kompensation für die Vergrößerung des Überkreuzungsbereich-Austrittswinkels darstellen.arise. A common measure to compensate for the increase in cross-over exit angle is the generation of a pre-focus lens field between G2 and G3. As will be explained in more detail below, such a prefocus field can not represent generally optimal compensation for the increase in the cross-over exit angle.

Eine andere bekannte Maßnahme gegen die Vergrößerung des Überkreuzungsbereich-Auatrittswinkels, die aus der US-PS₁ 39 95 195 bekannt ist, besteht darin, anstelle eines einfachen einlinsigen Fokuasierungssytems ein kompliziertes" dreilinsiges Hauptfokussierungssystem zu verwenden. Solche komplexen Fokussierungssysteme sind jedoch sowohl hinsichtlich der Konstruktion des Strahlerzeugungssystems als auch hinsichtlich der zusätzlich benötigten Betrieba-r Potentialen aufwendig.Another known measure against the increase in cross-over field angle of attack, known from US-PS ₁ 39 95 195, is to use a complicated three-axis main focusing system instead of a simple single-lensed focusing system, but such complex focusing systems are both in design the beam generating system as well as in terms of additionally required Betrieba-r potentials consuming.

Pig. 8 zeigt in einem Diagramm den Überkreuzungsbereich-Austrittswinkel ß und optimierte Längen der G3 Elektrode in Abhängigkeit von der Dicke der G2-Elektrode für eine Ausführungsform des neuen Strahlerzeugungssystems 26, bei der der Durchmesser der öffnung der G2-Elektrode 0,635 mm (25 mils) und der Durchmesser der G3-Linsenelektrode 5»436 mm (214 mils) betrugen. Die Kurve in Pig. 8 zeigt, daß bei einer Änderung der Dicke der G2-Elektrode von 0,254 mm (10 mils) oder dem 0,4-fachen des Durchmessers der G2-Öffnung auf 0,635 mm (25 mils) oder das 1-fache der G2-Öffnung der Überkreuzungsbereich-Austrittswinkel ß von 0,0675 Radian auf 0,042 Radian absinkt. Wenn der Überkreuzungsbereich- Austrittswinkel ß absinkt, nimmt der Durchmesser des Elektronenstrahlbündels ab und man kann zunehmend längere G3-Elektroden verwenden, ohne daß eine Überfüllung der Linse mit dem Strahl eintritt, so daß eine größere Objektweite des Fokussierungssystem^ und damit eine entsprechende Verringerung der Vergrößerung erhält.Pig. FIG. 8 is a graph showing the crossover area exit angle β and optimized lengths of the G3 electrode versus the thickness of the G2 electrode for an embodiment of the new beam generating system 26 in which the diameter of the opening of the G2 electrode is 0.635 mm (25 mils) and the diameter of the G3 lens electrode was 5 »436 mm (214 mils). The curve in Pig. Figure 8 shows that with a change in thickness of the G2 electrode of 0.254 mm (10 mils) or 0.4 times the diameter of the G2 opening to 0.635 mm (25 mils) or 1 times the G2 opening of the Crossover area exit angle β decreases from 0.0675 radian to 0.042 radian. As the crossover area exit angle β decreases, the diameter of the electron beam decreases and increasingly longer G3 electrodes can be used without overfilling the lens with the beam, resulting in a greater object distance of the focusing system and thus a corresponding reduction in magnification receives.

Die Kurve zeigt ferner, daß für eine Dicke der G2~Elektrode von 0,254 mm eine optimale Länge der G3-Elektro.de von 13,970 ram erforderlich ist und daß für eine Dicke der .G2-Elektrode von 0,635 mni eine optimale Länge von G3 von 26,924 mm erforderlich ist. Die Dicke von G2 kann daher durch das Verhältnis der Länge von G3 zum Durchmesser der G3-Linse angegeben werden. Man sieht, daß dieses Verhältnis sich von 2,57 bis 4,95 ändert, wenn die Dicke von G2 von 0,254 bis 0,635 mm geändert wird. Die geeignete Länge von G3 ändert sich also im Bereich von etwa 2,5 bis 5»0, wenn sich die Dicke von G2 entsprechend vom 0,4 bis 1,0-fachen des Durchmessers der Öffnung der G2-Elektrode geändert wird. Aus den Diagrammen ist ferner ersichtlich, daß sich bei dieser speziellen Ausführungsform des neuen · Systems 26 die optimierte Länge von G3 von etwa dem 40 bis 60-fachen der Dicke von G2 im bevorzugten Arbeitsbereich der erwähnten DimensionsVariationen ändert.The graph also shows that for an G2 electrode thickness of 0.254 mm, an optimal G3 Electrode length of 13.970 ram is required, and for a .25 electrode thickness of 0.635 mni, an optimal G3 length of 26.924 mm is required. The thickness of G2 can therefore be given by the ratio of the length of G3 to the diameter of the G3 lens. It can be seen that this ratio changes from 2.57 to 4.95 when the thickness of G2 is changed from 0.254 to 0.635 mm. Thus, the appropriate length of G3 changes in the range of about 2.5 to 5 »0 when the thickness of G2 is changed in accordance with 0.4 to 1.0 times the diameter of the opening of the G2 electrode. It is further apparent from the graphs that in this particular embodiment of the new system 26, the optimized length of G3 varies from about 40 to 60 times the thickness of G2 in the preferred operating range of the dimensional variations mentioned.

In den Figuren 9& bis 9d sind schematisch die Auswirkungen von bekannten Systemkonstruktionen bezüglich derer des vorliegenden neuen Systems hinsichtlich der Erzielung einer verringerten Vergrößerung dargestellt. Die Vergrößerung eines Elektronenstrahlerzeugungssystems wird bekanntlich durch die FormelFigs. 9 & 9d show schematically the effects of known system designs with respect to those of the present new system for achieving reduced magnification. The magnification of an electron gun is known from the formula

Q IcQ Ic

M = _. γM = _. γ

ρ aρ a

Hierbei bedeuten:Where:

M die Vergrößerung des Strahlflecks; Q die Bildweite, d.h. den Abstand zwischen der Hauptfokussierungslinse und der Bildebene,M the magnification of the beam spot; Q is the image width, i. the distance between the main focusing lens and the image plane,

in die der Strahlfleck abzubilden ist; · P die Objektweite, d.h. der Abstand zwischen dem StrahlUberkreuzungsbereich und der Hauptfokussierungslinse;in which the beam spot is to be imaged; P is the object distance, i. the distance between the beam crossing region and the main focusing lens;

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V die Spannung im Überkreuzungsbereich undV is the voltage in the crossover area and

V die Spannung an der Anode oder Bildebene.V is the voltage at the anode or image plane.

.Fig. 9a zeigt die Art der Elektronenstrahlbündelbildung bei dem vorliegenden System 26, bei dem Elektronen von der Kathode 34 mit einem verhältnismäßig kleinen Überkreuzungsbereich-Eintrittswinkel & in einen ersten Überkreuzungsbereich 70 konvergiert oder gesammelt werden, der einen verhältnismäßig großen Abstand von der Kathode hat. · Die Elektronen divergieren dann vom Überkreuzungsbereich zu einer Hauptfokussierungslinse IvIP, durch die sie in ein Bild des Überkreuzungsbereiches auf einer Anode A (Bildschirm) fokussiert werden, Wegen des verhältnismäßig kleinen Überkreuzungsbereich-Austrittswinkels ß ist die Ausdehnung des Strahlbiindels beim Erreichen der Hauptfokussierungslinse immer noch verhältnismäßig klein, so daß diese in ihrem Mittelbereich, in dem die sphärischen Aberration klein ist, arbeiten kann und einen verhältnismäßig aberrationsfreien Strahlfelck auf dem Bildschirm erzeugt. Wegen des verhältnismäßig kleinen Überkreuzungsbereich-Austrittswinkel ß des Strahlbiindels ist außerdem die Obpektweite P^ verhältnismäßig groß. Im Vergleich zu bekannten Systemen erhält man daher wegen der Verringerung des Verhältnisses Q^/^i eine günstige, kleine Vergrößerung..Fig. Figure 9a shows the manner of electron beam formation in the present system 26 in which electrons from the cathode 34 are converged or collected at a relatively small crossover region entrance angle in to a first crossover region 70 having a relatively large distance from the cathode. The electrons then diverge from the crossover area to a main focusing lens IvIP, through which they are focused into an image of the crossover area on an anode A (screen). Because of the relatively small crossover exit angle β, the extent of the beam when reaching the main focusing lens is still relatively high small, so that they can work in their central area where the spherical aberration is small and produce a relatively aberration-free beam blur on the screen. In addition, because of the relatively small cross-over field exit angle β of the beam drum, the track width P 1 is relatively large. In comparison with known systems, therefore, a favorable, small magnification is obtained because of the reduction in the ratio Q 1/2.

Fig. 9b zeigt die Wirkung des Versuchs, die gleiche Vergrößerung mit dem bekannten System 84 dadurch zu erreichen, daß man ?2 - Pn macht. Da das System 84 jedoch mit einem größeren Überkreuzungsbereich - Austrittsv/inkel ß arbeitet, divergieren die Elektronenstrahlen nach dem Überkreuzungsbereich 96 stark und das Bündel hat sich beim Erreichen der Hauptfokussierungslinse MP zu einer"solchen Größe erweitert, daß beim Durchlaufen der Linsenaperatur eine starke sphärische Aberration auftritt.Fig. 9b shows the effect of attempting to achieve the same magnification with the known system 84 by making 2 2 - Pn. However, since the system 84 operates with a larger crossover area - exit angle β, the electron beams after the crossover area 96 diverge sharply and the bundle has expanded to such a size upon reaching the main focusing lens MP that a strong spherical aberration occurs when passing through the lens taper occurs.

Pig. 9c zeigt für das System 84 den Versuch einer Lösung des unter Bezugnahme auf Fig. 9b erläuterten Problems. Hier ist die Kathode S6 des Systems näher an der Hauptfokussierungslinse EiP angeordnet, so daß die Objektweite Po kleiner ist und das Bündle sich nicht übermäßig erweitert hat, wenn es die Hauptfokussierungslinse erreicht. Hierdurch werden zwar übermäßige sphärische Aberrationen vermieden, es ergibt sich jedoch eine stärkere Vergrößerung infolge der verringerten Objektweite und des dementsprechend größeren VerhältnissesPig. Figure 9c shows for the system 84 the attempt to solve the problem explained with reference to Figure 9b. Here, the cathode S6 of the system is located closer to the main focusing lens EiP so that the object distance Po is smaller and the bundle does not expand excessively when it reaches the main focusing lens. Although this avoids excessive spherical aberrations, it results in a larger magnification due to the reduced object distance and the correspondingly larger ratio

Pig. 9d zeigt die Auswirkungen des Versuches, die unter Bezugnahme auf die Pig. 9b und 9c beschriebenen Probleme beim System 108 durch Verwendung einer Vorfokussierungslinse zu beheben. Da die Elektronen den Überkreuzungsbereich 118 mit einem verhältnismäßig großen Überkreuzungsbereich-Austrittswinkel ß verlassen, werden sie im Bereich zwischen G2 und G3 durch eine Vorfokussierungslinse PP vorfokussiert, wie in Verbindung mit Pig. 6 erläutert worden war. Die Elektronen verlassen dann die Vorfokus-Bierungslinse PP mit kleinerer Divergenz, so daß sie beim Erreichen der Hauptfokussierungslinse MP ein relativ kompaktes Strahlbündel bilden, dessen Abmessungen ähnlich sind, v/ie sie bei dem neuen System 26 (Pig. 9a) erreicht werden. Dies sollte eine entsprechende Vergrößerung ergeben, da Q4/P4 = Qi^?-] ^is-fc· Diese Annahme ist jedoch irrig, da die Fokussierung bei dem System 108 gemäß Pig. 9d durch zwei Linsen bewirkt wird, nämlich die Vorfokussierungslinse PP und die Hauptfokussierunglinse ICP. Die Wirkung dieser beiden Linsen entspricht der Wirkung einer äquivalenten Pokussierungslinse EP, die sich zwischen der Vorfokussie·" rungslinse und der Hauptfokussierungslinse befindet, so daß eine effektive Objektweite P5 und eine effektive Bildweite Q5 ergeben. Im Ergebnis ist die Vergrößerung propotional zu QjVPf- und damit größer als sie mit dem System 26 erreicht wird, dessen Vergrößerung proportional zu Q^/P-i ist, wie Pig. 9a zeigt.Pig. Figure 9d shows the effects of the experiment with reference to the Pig. 9b and 9c, to correct system 108 problems by using a prefocus lens. Since the electrons leave the crossover region 118 with a relatively large crossover exit angle β, they are pre-focused in the region between G2 and G3 by a prefocusing lens PP, as in connection with Pig. 6 was explained. The electrons then leave the pre-focus bake lens PP with smaller divergence so that upon reaching the main focus lens MP they form a relatively compact beam, the dimensions of which are similar to those achieved in the new system 26 (Fig. 9a). This should give a corresponding magnification, since Q4 / P4 = Qi ^ -] ^is-fc . However, this assumption is erroneous, since the focussing in the system 108 according to Pig. 9d is effected by two lenses, namely the pre-focusing lens PP and the main focusing lens ICP. The effect of these two lenses corresponds to the action of an equivalent puzzling lens EP located between the prefocusing lens and the main focusing lens so that an effective object distance P5 and an effective image width result in Q5. As a result, the magnification is proportional to QjVPf and thus greater than that achieved with the system 26 whose magnification is proportional to Q ^ / Pi, as shown in Fig. 9a.

-H--H-

-At--At-

156156

Die oben unter Bezugnahme auf die Figuren 9a bis 9d angestellten Vergleiche zeigen den Vorteil, den man erhält, wenn man ein kompaktes, schlankes.Elektronenstrahlbündel nicht durch die Fokussierungswirkung einer auf G2 folgenden Vorfokussierungslinse, sondern durch Strahlformung imBereich von Gl und G2 erzeugt. Dieser Vorteil wird durch die Verwendung eines hohen Ε^ρ^^ο'^Ι^β^ und eine relativ zur Öffnung der G2-Elektrode relativ große Dicke dieser Elektrode erreicht. .The comparisons made above with reference to Figs. 9a to 9d show the advantage obtained by producing a compact, slender electron beam not by the focusing action of a pre-focusing lens following G2, but by beam shaping in the region of Gl and G2. This advantage is achieved by the use of a high Dicke ^ ρ ^^ ο '^ Ι ^ β ^ and a relatively large thickness of this electrode relative to the opening of the G2 electrode. ,

Bei einem bevorzugten Bipotential-System gemäß einer Ausführungsform der- Erfindung entsprechend dem System 26 werden die folgenden Abmessungen, Abstände und Betriebspotentiale verwendet;In a preferred bipotential system according to an embodiment of the invention according to the system 26, the following dimensions, distances and operating potentials are used;

milsmils

mmmm

Abstand a zwischen Kathode und Gl Dicke b von Gl Durchmesser c der Gl-Öffnung Abstand d zwischen Gl und G2 Dicke e von G2Distance a between the cathode and the thickness b of Gl diameter c of the G1 opening distance d between G1 and G2 thickness e of G2

Durchmesser f der G2-Öffnung Abstand g zwischen G2 und G3 Durchmesser h der G3-Öffnung Länge i von G3 Durchmesser j der G3-Idnse Durchmesser k der G4-Linse Abstand ί zwischen G3 tnd G4Diameter f of the G2-opening Distance g between G2 and G3 Diameter h of the G3-opening Length i of G3 Diameter j of the G3-Idnse Diameter k of the G4-lens Distance ί between G3 and G4

Kathodensperrpotential Gl-Potential G2-PotentialCathodic blocking potential Gl potential G2 potential

G3-Potential G4-Potential G3 potential G4 potential

33 0,0760,076 5,4365,436 55 0,1270,127 5,7665,766 2525 0,6350,635 1,2701,270 1111 0,2790,279 2020 0,5080,508 2525 0,6350,635 3333 0,8380.838 6060 1,5241.524 925925 • 23,495• 23,495 214214 227227 5050 Voltvolt 150150 00 625625 85008500 3000030000

-V.-V.

I £. ί αI £. ί α

Bei der obigen Beschreibung war erwähnt worden, daß die dicke G2-Elektrode des neuen Systems 26 eine einzige dicke durchbrochene Platte 52 enthält. Die durchbrochene Platte der dicken G2-Elektrode kann jedoch auch durch einen Stapel oder eine Schichtstruktur aus mehreren dünneren durchbro-* chenen Platten, deren Durchbrechungen oder Löcher fluchten, gebildet v/erden. ··» ..In the above description, it has been mentioned that the thick G2 electrode of the new system 26 includes a single thick perforated plate 52. However, the apertured plate of the thick G2 electrode may also be formed by a stack or layered structure of a plurality of thinner apertured apertured plates whose apertures or holes are aligned. ·· »

Beispielsvieise zeigt Fig. 10 eine andere AusfUhrungsform einer dicken G2-Elektrode 130, die zwei relativ dünne, durchbrochene Platten 132 enthält, v/elche durch einen z.B. ringförmigen Abstandshalter 134 getrennt sind. Die effektive Dicke der G2-Elektrode 130 ist der Abstand zwischen der nach außen v/eisenden Oberfläche der einen durchbrochenen Platte 32 zu der entgegengesetzten, nach außen v/eisenden Oberfläche der anderen Platte 132.By way of example, Fig. 10 shows another embodiment of a thick G2 electrode 130 containing two relatively thin, apertured plates 132, which are separated by e.g. annular spacers 134 are separated. The effective thickness of the G2 electrode 130 is the distance between the outwardly-facing surface of one open-ended plate 32 to the opposite outward-facing surface of the other plate 132.

In Pig. 11 ist eine v/eitere Möglichkeit für die Konstruktion einer dicken blendenartigen G2-Elektrode 140 dargestellt. Die G2-Elektrode 140 enthält zwei gelochte Platten 142 mittlerer Dicke, die satt aneinander anliegen und mit ihren Löchern fluchten. Die effektive Dicke der dicken G2-Elektrode 140 ist der Abstand zwischen der nach außen weisenden Oberfläche der einen Platte 42 und der entgegengesetzten, nach außen weisen Oberfläche der anderen Platte 142.In Pig. 11, another possibility for constructing a thick aperture G2 electrode 140 is shown. The G2 electrode 140 includes two apertured plates 142 of medium thickness which fit snugly against each other and are aligned with their holes. The effective thickness of thick G2 electrode 140 is the distance between the outwardly facing surface of one plate 42 and the opposite, outwardly facing surface of the other plate 142.

Allgemein gesprochen, sind die elektronenoptischen Eigenschaften des Elektronenstrahlerzeugungssystems für eine gegebene G3-Spannung umso besser, je kleiner der Abstand zwischen G2 und G3 ist, Wenn das G2-G3-Feld auf etwa 15700 V/mm (400 V/mil = 15748 V/mm( gesteigert wird, nimmt die Größe des auf dem Bildschirm erzeugten Fleckes bei sonst unveränderten Faktoren laufend ab. Z.B. lieferte eine Ausführungsform des neuen Systems 26, bei dem der Abstand G2-G3 0,838 mm betrug, und das mit einer Feldstärke E_G2-q3 ^ν0Ώ· 9409 V/mm betrieben wurde, bei einem vorgegebenen Strahl-Generally speaking, the smaller the distance between G2 and G3, the better the electron-optical properties of the electron gun for a given G3 voltage. When the G2-G3 field is at about 15700 V / mm (400 V / mil = 15748 V / The size of the spot produced on the screen decreases continuously with otherwise unchanged factors, for example an embodiment of the new system 26 in which the distance G2-G3 was 0.838 mm, and that with a field strength E _G2- q3 ^ν0Ώ · 9409 V / mm, with a given beam

"* " 212 156"*" 212 156

strom einen Fleck von 2,75 mm Größe, während das gleiche System bei einem Abstand G2-G3 von 1,219 mm und der gleichen Feldstärke ^eq2-G3 ^{un<i dem} Speichen Strahlstrom einen Fleck mit einer Größe von 2,95 mm liefert. Wenn der Abstand' G2-G3 so klein gemacht wird, daß E„p „. größer als etv/a 400 V/mil oder 15750 V/am wird, treten im allgemeinen Probleme durch Spannungsinstabilitäten, wie Überschläge zwischen den Elektroden G2 und S3 auf. Für Eq₂-G3 ^nat sich &^e? Arbeitsbereich von etwa 5900 bis 9850 V/mm oder 150 bis 250 V/mil (=5905.bis 9843 V/mm) als besonders vorteilhaft erwiesen. Dieser Bereich, achließt den steilsten Teil der Kurve ein, in dem sich für eine vorgegebene Feldstärkeänderung die Stärkenveränderungen der Strahleigenschaften ergeben. Das untere Ende dieses vorteilhaften und bevorzugten Bereiches stellt eine trächtliche Verbesserung gegenüber bekannten Systemen dar, die mit einem Bq2-(j3 ^{von e}^^wa 3940 V/mm (100 V/mil) arbeiten, und das obere Ende des bevorzugten Bereiches ist genügend weit von der Durchschlagsfeldstärke entfernt.2,75 mm size spot, while the same system at a G2-G3 distance of 1,219 mm and the same field strength ^e q2-G3 ^{and the} spokes jet stream provides a spot with a size of 2.95 mm. If the distance 'G2-G3 is made so small that E "p". greater than etv / a 400 V / mil or 15750 V / am, problems generally occur due to voltage instabilities, such as flashovers between the electrodes G2 and S3. For Eq ₂ -G3 ^nat & ^e ? Working range of about 5900 to 9850 V / mm or 150 to 250 V / mil (= 5905.bis 9843 V / mm) proved to be particularly advantageous. This area omits the steepest part of the curve in which the strength changes of the beam properties result for a given field strength change. The lower end of this advantageous and preferred range provides a trächtliche improvement over known systems are that (a Bq2- j3 ^e ^ ^wa 3940 V / mm (100 V / mil) work, and the upper end of the preferred range is sufficiently far removed from the breakdown field strength.

Die Durchmesser der Öffnungen der Gl- und der G2-Elektröde werden auf der Basis konventioneller Konstruktionsregeln für Elektronenstrahlerzeugungssysteme bemessen. Hier sind der gewünschte maximale Strahlstrom, die gewünschte Fleckgröße und die Steuerempfindlichkeit zu berücksichtigen. Die Dicke der G2-Elektrode -wird dann aufgrund der hier gegebenen Konstruktionslehren bestimmt. Eine Dicke der G2-Elektrode, die gleich dem 0,4- bis 1,0-fachen des Durchmessers der Öffnung der G2-Elektrode ist, hat sich als geeignet erwiesen, die gewünschte divergierende Wirkung an der Strahleintrittsseite der G2-Slektrode zu erzeugen. Wenn man die Dicke von G2 kleiner als das 0,4-fache des Durchmessers der öffnung von G2 macht, erhält man eine zu geringe oder gar keine Divergenzwirkung;. Yifenn die Dicke von G2 die Größe der Öffnung von G2 überschreitet,"beginnen Aberrationseffekte ausgeprägter in Erscheinung zu treten, und die äußerenThe diameters of the openings of the G1 and G2 electrodes are measured on the basis of conventional design rules for electron guns. Here, the desired maximum beam current, the desired spot size and the control sensitivity have to be considered. The thickness of the G2 electrode is then determined based on the design teachings given herein. A thickness of the G2 electrode equal to 0.4 to 1.0 times the diameter of the opening of the G2 electrode has been found to produce the desired divergent effect at the beam entrance side of the G2-type electrode. If one makes the thickness of G2 smaller than 0.4 times the diameter of the opening of G2, one obtains too little or no divergence. As the thickness of G2 exceeds the size of the G2 opening, aberration effects begin to appear more pronounced, and the outer ones

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Strahlen des Elektronenstrahlbündels fangen an nach innen auf einen Vorüberkreuzungsbereich gerichtet zu werden, was einen unscharfen Strahlfleck oder Strahlquerschnitt zur Folge hat, der einen dichten Kern mit einem diesen umgebenden Hof zu haben scheintβ Wenn das Verhältnis der Dicke von G2 zum Durchmesser ihrer Öffnung den Wert 1 zu überschreiten beginnt, entsteht außerdem^Jin G2 eine nutzlose Driftzone und es wird zunehmend schwieriger, die Elektrodenteile durch konventionelle Stanzverfahren herzustellen. Der Bereich von 0,4 bis 1,0 stellt also nicht nur in elektronenoptischer Hinscith, sondern auch im Hinblick auf die mechanische Herstellung, einen praktisch zweckmäßigen Bereich dar.Beams of the electron beam begin to be directed inwardly toward a pre-crossing area, resulting in a blurred beam spot or beam cross-section that appears to have a dense core with a surrounding courtyard. If the ratio of the thickness of G2 to the diameter of its aperture is 1 Moreover, in G2, ^J becomes a useless drift zone and it becomes increasingly difficult to manufacture the electrode parts by conventional punching methods. The range from 0.4 to 1.0 thus represents a practically expedient range not only in electron optical Hinscith but also with regard to the mechanical production.

Die Länge der G3-Elektrode wird so gewählt, daß der Elektronenstrahl in der Hauptfokussierungslinse am hinteren Ende von G3 einen Durchmesser von etwa der Hälfte oder etwas weniger als der Hälfte des Durchmessers der linsenbildenden Öffnung in der G3-Elektrode hat, wenn das Strahlerzeugungssystem mit einem willkürlich gewählten, normierten V/eißwertSteuerstrom von 3,5 Milliampere betrieben wird, Bei einem System mit den oben angegebenen bevorzugten Betriebsspannungen und Konstruktionsparametern hatte der Durchmesser des Elektronenstrahlbündels in der Hauptfokussierungslinse bei Aussteuerung des Elektronenstrahls auf-leinen Strahlstrom von 3,5 mm einen Wert von etwa 2,229 mm oder das 0,41-fache des Durchmessers von G3 bei der linse. Wenn man G3 länger macht, nimmt üb Objektweite zu und die Vergrößerung wird dadurch weiter verringert. Dabei wird jedoch der Durchmesser des Elektronenstrahlbündels in der Linse größer und die sphärische Aberration der Linse wird problematischer. Macht man G3 kürzer, so wird die sphärische Aberration kleiner, dies jedoch auf Kosten einer Erhöhung der Vergrößerung. Eine Auslegung des Elektronenstrahlerzeugungssystems für den maximal tragbaren Durchmesser des Elektronenstrahlbündels in derThe length of the G3 electrode is selected so that the electron beam in the main focusing lens at the rear end of G3 has a diameter of about one half or a little less than half the diameter of the lens forming aperture in the G3 electrode when the beam generating system has a diameter of In a system with the preferred operating voltages and design parameters given above, the diameter of the electron beam in the main focusing lens had a value of 3.5 mm for controlling the electron beam on-line beam current about 2.229 mm or 0.41 times the diameter of G3 at the lens. If one makes G3 longer increases üb object distance and the magnification is further reduced. However, the diameter of the electron beam in the lens becomes larger and the spherical aberration of the lens becomes more problematic. If G3 becomes shorter, the spherical aberration becomes smaller, but at the expense of an increase in magnification. A design of the electron gun for the maximum portable diameter of the electron beam in the

Hauptfoküssierungslinse hat auch den Vorteil einer geringeren Strahldichte, so daß er weniger durch Raumladungseffekte beeinträchtigt wird· Eine Änderung der Dicke von G2 von etwa dem 0,4-fachen auf das 1,0-fache des Durchmessers der Öffnung von G2 ändert den Überkreuzungsbereich- Austrittswinkel ß des Elektronenstrahlbündels von etwa...0,0675 bis 0,042 Radian, so daß die Länge von G3 von etwa dem 2,5-fachen bis zum 5»0-fachen des Durchmess«ers der Linsenöffnung der G3-Blektrode optimiert wird.The main focus lens also has the advantage of lower beam density, so that it is less affected by space charge effects. Changing the thickness of G2 from about 0.4 times to 1.0 times the diameter of the opening of G2 changes the crossover area exit angle of the electron beam of about ... 0.0675 to 0.042 radian, so that the length of G3 is optimized from about 2.5 times to about 5 times the diameter of the lens aperture of the G3 electrode.

Versuche haben gezeigt, daß das Verhältnis von 2,5 bis 5 zwischen der Länge.von G3 und dem Linsendurchmesser von G3 nicht nur für einen Öffnungsdurchmesser von 0,635 mm der G2-Elektrode gilt, (Pig. 7) sondern auch für andere geeignete Öffnungsabmessungen.Experiments have shown that the ratio of 2.5 to 5 between the length of G3 and the lens diameter of G3 applies not only to an opening diameter of 0.635 mm of the G2 electrode (Pig 7) but also to other suitable opening dimensions.

Der maximal zulässige Durchmesser des Elektronenstrahlbündels wird nicht nur durch die sphärische Aberration begrenzt, sondern auch durch Verzerrungen des Bündelquerschnitts, die das Ablenkfeld verursacht, wenn der Bündeldurchmesser im Ablenkfeld zu groß ist. Dies gilt insbesondere für die in jüngerer Zeit entwickelten selbstkonvergierenden Präzisions-Inlineröhren-Ablenkeinheit-Kombination.The maximum allowable diameter of the electron beam is limited not only by the spherical aberration but also by distortions of the beam cross-section which causes the deflection field when the beam diameter in the deflection field is too large. This is especially true of the more recently developed self-converging precision inline-tube deflection unit combination.

Die bei den vorliegenden Systemen verringerten Winkel am Überkreuzungsbereich fordern eine schwächere Hauptfoküssierungslinse für die Abbildung des Überkreuzungsbereiches auf den Bildschirm. Da die Hauptfoküssierungslinse zwischen G3 und G4 erzeugt wird, und da an G4 die Bildröhrenhochspannung (Endanodenspannung) liegt, muß die Spannung an G3 höher sein als bei einem konventionellen System, damit sich die gewünschte schwächere Linse ergibt. Dies hat zur Polge, daß die G3-Spanriung stärker in die Öffnung von G2 durch- , greift, was theoretisch dem Wunsch widerspricht, einen vollständigen Durchgriff zu vermeiden, damit die gewünschte di-~ vergierende Feldwirkung an der Strahleneintrittsseite derThe reduced angles at the crossover area in the present systems require a weaker main focusing lens for imaging the crossover area on the screen. Since the main focus lens is generated between G3 and G4, and since G4 has the picture tube high voltage (final anode voltage), the voltage at G3 must be higher than in a conventional system to give the desired weaker lens. This results in the pole that the G3 voltage penetrates more strongly into the opening of G2, which theoretically contradicts the desire to avoid full penetration so that the desired di-verging field effect at the beam entrance side of the G2

Öffnung von G2 erzeugt werden kann. Dieser scheinbare Konflikt kann jedoch einfach dadurch vermieden werden, daß man das Verhältnis der Dicke von G2 zum Durchmesser von G2 über dasjenige hinaus erhöht, was sonst erforderlich wäre. Ein Vorteil der schwächeren Hauptlinse ist die na- · turgemäß geringere sphärische Aberration.Opening of G2 can be generated. However, this apparent conflict can be avoided simply by increasing the ratio of the thickness of G2 to the diameter of G2 beyond what would otherwise be required. An advantage of the weaker main lens is the naturally lower spherical aberration.

Versuche haben gezeigt, daß Abstände zwischen Gl und G2 zwischen 0,229 und 0,381 mm, also zwischen etwa 0,23 und etwa 0,38 min (9 bis 15 inils)einen optimal brauchbaren Bereich darstellen. Wenn man den Abstand größer als etwa 0,38 oder 0,381 mm-(15 mils) macht, verschiebt sich das divergierende PeId an der Eintrittsseite der G2-Elektrode in den Überkreuzungsbereich oder über diesen hinaus, so daß die gewünschte Y/irkung, den Überkreuzungsbereich-Eintrittswinkel <j£ herabzusetzen, verloren geht. Macht man diesen Abstand kleiner als etwa 0,23 mm, so beginnen Probleme hinsichtlich der mechanischen Toleranzen aufzutreten, die zu Kurzschlüssen zwischen Gl und G2 führen können. Y/enn man den Abstand wesentlich kleiner als 0,23 ram macht, kann außerdem das an der Eintrittsseite der G2-Elektrode resultierende divergierende PeId so stark werden, daß der Elektronenstrahl in einem derartigen Ausmaß zusammengedrückt wird, daß starke Raumladungseffekte auftreten und die Vorteile des gewünschten kleinen Überkreuzungsbereich-Winkels zunichte machen. Ähnliche Polgen eines zu starken divergierenden oder zerstreuenden Peldes an der Eintrittsseite der G2-Elektrode ergeben sich, wenn die Spannungsdifferenz zwischen Gl und G2 zu groß gemacht wird.Experiments have shown that distances between G1 and G2 between 0.229 and 0.381 mm, ie between about 0.23 and about 0.38 minutes (9 to 15 inches), represent an optimally useful range. By making the distance greater than about 0.38 or 0.151 mm (15 mils), the divergent peak on the entrance side of the G2 electrode shifts to or beyond the crossover area so that the desired coverage, the crossover area Entry angle <j £ down, lost. Making this distance less than about 0.23 mm will cause problems in terms of mechanical tolerances, which can lead to short circuits between G1 and G2. Moreover, if the distance is made substantially smaller than 0.23 ram, the diverging peak resulting at the entrance side of the G2 electrode may become so strong that the electron beam is compressed to such an extent that strong space charge effects occur and the advantages of the present invention are increased desired small crossing area angle nullify. Similar poles of excessive divergent or scattering field at the entrance side of the G2 electrode will result if the voltage difference between G1 and G2 is made too large.

Änderungen der Stärke des divergierenden oder zerstreuenden Peldes an der Eintrittsseite der Öffnung der G2-Elektrode beeinflussen nicht nur die Größe des Überkreuzungsbereich-Eintrittswinkels c6, sondern verschieben auch den Überkreuzungsbereich nach vorne oder hinten. Diese Bewegungen des Überkreuzungsbereiches sind jedoch verhältnismäßig kleinChanges in the strength of the divergent or scattering field at the entrance side of the opening of the G2 electrode not only affect the size of the cross-over entrance angle c6, but also shift the cross-over area forward or backward. However, these movements of the crossover area are relatively small

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i- sind· daher für die Konstraktion nicht besonders wesentlich.i- are therefore not particularly important for the traction.

.Die in Pig. 8 dargestellte Kurve fordert zwar für eine G2-Öffnung von etwa 0,9 min (25 mils = 0,889 ram) eine Länge von etwas weniger als 22,86 mm (900 mils) für die G3-Elektrode, bei dem Ausführungsbeispiel des neuen Systems 26, für das oben spezielle Konstruktionsparameter angegeben sind, beträgt die Länge der G3-Elektrode jedoch 23,495 mm (925 mils), Die G3-Slektrode wurde hier zusätzlich verlängert, um eine Struktur als ganzes zu schaffen, die mit einer G3-Spannung von 8500 Volt und 30000 Volt an G4 ordnungsgemäß arbeitet. Die Abweichung von der optimalen Länge für G3 ist hinsichtlich des Kompromisses zwischen der sphärischen Aberration und der Vergrößerung unwesentlich..The one in Pig. 8, for a G2 orifice of about 0.9 min (25 mils = 0.889 ram), the length is slightly less than 22.86 mm (900 mils) for the G3 electrode, in the embodiment of the new system 26 However, for the specific design parameters given above, the length of the G3 electrode is 23.495 mm (925 mils). The G3 slew electrode was additionally extended here to provide a structure as a whole with a G3 voltage of 8500 volts and 30000 volts at G4 works properly. The deviation from the optimum length for G3 is negligible in terms of the trade-off between spherical aberration and magnification.

Das vorliegende neuartige Elektronenstrahlerzeugungssystem wurde am Beispiel eines Teiles eines Dreistrahl-Inline-Systems beschrieben. Die Erfindung läßt sich jedoch auch bei einem Dreistrahl-Delta-System oder einem Einstrahlsystem verwirklichen. Ferner läßt sich die Erfindung ausser bei den beschriebenen Systemen vom Bipotentialtyp auch bei anderen Typen von Blektronenstrahlerzeugungssystemen anwenden, wie Systeme, die Dreipotential- oder Unipotential-Pokussiersyateme enthalten.The present novel electron gun was described using the example of a part of a three-beam in-line system. However, the invention can also be realized in a three-beam delta system or a Einstrahlsystem. Furthermore, except for the described bipotential-type systems, the invention may be applied to other types of lead-gun radiation systems, such as systems incorporating three-potential or unipotential puzzling systems.

Pur andere als Bipotential-Pokussierungssysteme können die hier für die Länge der G3-Elektrode angegebenen Daten unter Umständen nicht anwendbar sein. Man kann jedoch geeignete Längen für die verwendeten Pokussierungselektroden einfach dadurch ermitteln, daß man den Ort der Pokussierungslinse oder Pokussierungslinsenso bestimmt, daß sich eine optimale Füllung der Linse oder Linsen durch das Elektronenstrahlbündel ergibt.For purposes other than bipotential puzzling systems, the data given here for the length of the G3 electrode may not be applicable. However, one can determine suitable lengths for the potting electrodes used simply by determining the location of the potting lens or puzzling lens so as to provide optimum filling of the lens or lenses by the electron beam.

Claims

-is- 212 ί

1. Electron beam generating asystion , much including a cathode, a diaphragm-like control electrode, an orifice-like plate electrode, a tube-shaped erate lens electrode, and a zv / eite lenslet electrode arranged at mutual intervals in the given order, characterized in that the thickness of the Screen grid electrode (38) is 0.4 to 1.0 times the diameter (f) of the opening (56) of the screen grid electrode and that the length (i) of the first lens electrode (G3; 40) is 2.5 to 5 »0 times the diameter. (j) is the first lens electrode.

Electron beam generation system according to item 1, characterized in that the screen grid electrode (G2) is shaped so that a substantially planar electrostatic precipitator (82) is formed between it and the first lens electrode (G3), which exerts virtually no prefocusing effect.

3. electron gun according to item 1, characterized by the following dimensions and distances:

mils mm

Distance (a) between cathode and control grid (GI) 3 0.076 thickness (b) of the control grid electrode (GI) 5 0.127

Diameter (c) of the opening of the control grid (Gl) 25 0.635 Distance (d) between control and screen grid electrode (Gl - G2) 11 0.279

Thickness (s) of the screen grid electrode (G2) 20 0.508 diameter (f) of the opening of the screen grid electrode (G2) 25 0.635

ο.ι Γ, * w ι λ α 7 α -k. w < \ ι \ ί; ! ί-Ι

212 156

Distance (g) between screen grid and first lens electrode (G2 - G3) 33 0.838

Diameter (h) of the opening of the first lens electrode (G3) 60 1.524

length (i) of the first lens electrode (G3) 925 23,495 diameter (3) of the first lens electrode (G3) 214 5,436 diameter (k) of the second lens electrode (G4) 227 5 »766

Distance (1) between the first and second lens electrodes (G3-G4) 50 1,270.

4. Elektronenstrahlungsungsystern according to item 3, characterized in that it is designed for the following electrical operating potentials:

volt

Potential .Gl 0

Potential G2 625

Potential G3 8500

Potential G4 30000.

5. electron gun according to item 1, 2 or 3, characterized by means for generating an electric field (E ^ ₂ _ g-, 82) of 3900 to 15800 V / mm, in particular 3937 to 15748 V / mm (100 to 400 V) / mil) between the screen grid electrode (G2) and the first lens electrode (G3).

6. An electron beam generating system comprising a cathode, a control grid, a screen grid having a hole plate, a tubular lens electrode which generates a slew beam beam from said cathode to a crossover area upon application of suitable electrical potentials to said electrodes and after exiting the crossover area is focused by a Pokussierungslinse located at the rear end of the lens electrode, characterized in that the distance (g) between the screen grid (G2, 38) and the tubular lens electrode (G3 »40)

-a- 212 15

is selected that between these electrodes, an electrical PeId (E _G2 _ _G3 , 82) of 3900 to 15800 V / mm, in particular 3937 to 15748 V / mm prevails and that the ratio of the thickness (e) of the plate (52) of the screen grid , (G2) to the diameter (f) of the hole (56) of the screen grid is 0.4 to 1.0.

7. electron gun according to item 5 or 6, characterized in that the electric field strength is about 5900 to 9850 V / mm, in particular 5906 to 9843 V / mm.

8. electron gun according to item 6 or 7, characterized in that the distance (G2 - G3) between the screen grid and the lens electrode is 0.8 to 1.2, in particular 0.838 to 1.219 mm.

9 · Elektronenstrahlerzeugungssystern according to item 7, characterized in that the field strength between the screen grid and the lens electrode ^ qo-G ^ about 9400, in particular 9409 V / mm and the ratio of thickness to hole diameter of the plate of the screen grid are approximately 0.8.

10. electron gun according to item 9, characterized in that the distance between the screen grid (G2) and the lens electrode (G3) is about 0.84, in particular 0.838 mm, that the thickness of the plate of the screen grid about 0.5 mm, in particular 0.508 mm and the. Diameter of the hole of the screen grid about 0.63, in particular 0.635 Dim amount.

Electron beam generating system according to any one of items 6 to 10, characterized in that the length (i) of the lens electrode (G3) is 2.5 to 5.0 times the diameter (j) of the lens (G3).

«- 212 15S

The electron gun of item 11, characterized in that the length of the lens electrode (G3) is about 23.5 mm (925 mils) and its diameter is about 5.44 mm (214 mils).

12 236 57

Claim of invention;

An electron beam generating system for generating an electron beam converging to a crossover area imaged by an electron optical lens into an image plane, comprising a cathode, a control grid having a plate with a hole, a screen grid having a plate with a hole A hole, a first lens electrode and a second lens electrode, which are arranged in the order listed with mutual distances, characterized in that the grids and electrodes (34, 36, 38, 40, 42) are sized and arranged at such mutual distances, the penetration of a high-voltage field prevailing between the screen grid electrode (G2) and the first lens electrode (G3) is reduced by the hole (56) of the screen grid (G2) and the peak (66) between the control grid (G1) and the screen grid (G2) ) has a divergent configuration at the entrance of the hole of the screen grid, so the angle (aC ) at which the electron beam enters the crossover area (70) and thus the spherical aberration of the beam (28) in the electron optical lens is reduced; that a compromise between the reduced spherical aberration caused by the electron optical lens and the increase in the object distance (P) of the focusing device is provided by the beam generating system (26) and that an arrangement is provided between the screen grid (G2, 38) and the first lens electrode (G3, 40) produces a substantially planar electrostatic field which exerts virtually no pre-focusing effect, so that a maximum object distance is obtained.

-V

-M-212 t

14 · electron gun according to item 13, characterized by an arrangement which the PeId ^ qo -G ^ between the screen grid and the first lens electrode. increased so that the electron beam is sucked out of the crossover area with reduced space charge and reduced related aberrations.

For this .... ^ "pages drawings