JPH02168546A - 電界放射形電子銃の電圧制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電界放射形電子銃の加速電圧および引き出し
電圧を制御する方法に関する。

［従来の技術］ 電界放射形電子銃は、小さな曲率を有する金属に強い電
界を作用させると非常に大きな電流密度の電子ビームが
得られることを利用した電子銃であり、概略第３図に示
すような構成を有している。

第３図において、３０は陽極、３１は電子を放射するエ
ミッタ、３２は当該陽極３０とエミッタ３１との中間に
配置され前記エミッタから電子を引き出すための電界を
形成する引き出し電極である。前記陽極３０と引き出し
電極３２にはそれぞれ孔が設けてあり、協働して引き出
した電子を集束させる静電レンズを形成している。３３
はエミッタ３１から放射された電子ビームである。また
、３４は加速電圧印加手段、３５は引き出し電圧印加手
段、３６は電流設定手段である。なお、前記エミッタ３
１としては、半径ｔｏｏｏ〜２０００Ａの単結晶タング
ステン（結晶方位３１ｏ）などが用いられる。

同図において、陽極３０とエミッタ３１との間には、加
速電圧印加手段３４によってエミッタ３１に負電圧すな
わち加速電圧（−Ｖ・）が印加されると共に、引き出し
電極３２とエミッタ３１の間には、引き出し電圧印加手
段３５によって引き出し電極３２に正電圧すなわち引き
出し電圧Ｖ＋が印加される。これらの加速電圧（−Ｖ＊
）と引き出し電圧Ｖ＋　とを適当に設定し、エミッタ３
１に強い電界を作用させると、エミッタ３１が約６０〜
９０”の頂角で電子を放射する。この放射された電子の
一部は引き出し電極３２に流入し、また別の一部は陽極
３０に流入するが、陽極孔を通り抜けた電子は所要の電
子ビーム３３として利用されることになる。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、この電子ビーム３３の強度すなわちエミッシ
鍔ン電流１．の値は、当該電子銃の使用目的等に応じて
適当に制御することが必要で娶る。

また、特別な制御を必要としない場合であっても、エミ
ッタ１ン電流■、の値が大きくなりすぎるとエミッタ３
１が加熱し損傷することがあるため、エミッシ四ン電流
１．に上限値を設け、当該上限値以下の一定の値にエミ
ッシーン電流■、を保持することが求められる。

従来、このエミフシロン電流１．の制御は、第３図に示
された電流設定手段３６によって引き出し電極電流Ｉ、
を検出し、この引き出し電極電流Ｉ＋　の検出値をエミ
ッシ鱈ン電流１．の検出値に代用させることによって行
っている。すなわち、当該引き出し電極電流Ｉ＋　の検
出値をエミッション電流！、の設定値と比較し、両方の
値が等しくなるように引き出し電圧印加手段３５によっ
て引き出し電圧ｖ１の値を設定するようにしている。

しかしながら、第４図に示すように、加速電圧（−Ｖ・
）の絶対値が引き出し電圧ｖ１の絶対値よりも小さい場
合と逆に大きい場合とで、エミッタ１ン電流１．の値と
引き出し電極電流Ｉ＋　の値の関係が大きく変化する。

すなわち、加速電圧（−Ｖ・）の絶対値が引き出し電圧
Ｖ、の絶対値よりも小さい場合には、引き出し電極３２
の電位が陽極３０の電位よりも正側になるため、エミッ
タ３１から放射された電子はほとんど全部が引き出し電
極３２に流入し、したがってエミッション電流１．の値
と引き出し電極電流Ｉ＋の値はほぼ等しくなっている。

ところが、加速電圧（−Ｖ・）の絶対値が引き出し電圧
Ｖ＋　の絶対値よりも大きい場合には、いわゆる電子銃
としての作用を行うことによりエミッタ３１から放射さ
れた電子は陽極孔を通過して電子ビーム３３を形成する
ようになる。したがって、引き出し電極電流Ｉ＋　はエ
ミッタ１ン電流１．の一部にすぎないものとなって、そ
のままではもはやエミッシーン電流１．の代用値として
の機能を持たなくなってしまうものである。

しかも、電子銃の始動時には加速電圧（Ｖ＠）も引き出
し電圧Ｖ、もともに０あるいは低い電圧値から上昇（絶
対値として）させるものであるが、両者の上昇手順等は
特に定められていないのが現状であり、どの時点で加速
電圧（−Ｖ＠）の絶対値と引き出し電圧Ｖ＋の絶対値の
大小関係が入れ替わるのか場合によって一定していない
。

したがって、従来のものでは加速電圧（−Ｖ＊）の絶対
値と引き出し電圧ｖＩの絶対値とがどのような関係の下
でエミッション電流！、の制御を行っているのか定かで
なく、エミッション電流Ｉ。

を一定値に制御しているようにみえて、実は正確に制御
できていないという問題点があった。

また一方、始動時にエミッション電流■、が所定値にな
るように引き出し電圧Ｖ、を設定し、その後当該用き出
し電圧Ｖ、の値を一定に保持していても、電子銃を使用
しているうちにエミッシ四ン電流１．が低下してしまう
という現象が発生する。この現象について説明すれば、
電子銃は超高真空中で使用されてはいるが、幾分かは残
留ガス分子が存在するとともに、放射された電子が引き
出し電極３２や陽極３０に流入する際にガス分子をたた
き出す。そして、これらのガス分子がエミッタの表面に
付着する。この付着ガスがエミッシロンの障害となるた
め、引き出し電圧Ｖ＋の値を一定に保持していたのでは
、経時的にエミッシロン電流１．が低下してくるものと
考えられる。

このような経時的なエミッシーン電流１．の低下現象に
対して常にエミッシーン電流！、の値を一定に保とうと
すれば、エミッシロン電流１．の低下に合わせて引き出
し電極電流Ｉ＋も低下することを利用し、これを検出し
て適当な下限値で引き出し電圧ＶＩを高めてやる必要が
ある。

しかしながら、電子銃使用時で加速電圧（−Ｖ・）の絶
対値が引き出し電圧ｖ１の絶対値よりも大きくなってい
る場合、引き出し電極電流Ｉ、の値はエミッシーン電流
！、の値と等しくない領域にあり（第４図参照）、シた
がって従来の方法、すなわち単純に引き出し電極電流１
１の検出値をエミッシ１ン電流１．の値に代用するもの
では、この場合にも正確な制御が行えないという問題点
があるものであった。

本発明は、上記の課題を解決するものであって、電子銃
の始動時でも使用途中でも、常にエミッシ鱒ン電流！、
の値を正確に所定の一定値に保持することができる加速
電圧（−Ｖ・）および引き出し電圧ｖＩの制御方法を提
供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、本出願第１発明の電界放
射形電子銃の電圧制御方法は、陽極、当該陽極に対し負
電圧（加速電圧）を印加されるエミッタ、および前記陽
極と前記エミッタとの間に配置され前記エミッタに対し
て正電圧（引き出し電圧）を印加される引き出し電極を
備えた電界放射形電子銃における前記負電圧および正電
圧を制御する方法において、前記負電圧の絶対値が前記
正電圧の絶対値よりも小さい状態を保ちながら引き出し
電極電流の検出値がエミッシリン電流の設定値に等しく
なるまで前記正電圧を上昇させ、しかるのち当該正電圧
の値を固定した状態で前記負電圧の絶対値を所定の値に
まで上昇させることを特徴とするものである。

また、同じく本出願第２発明の電界放射形電子銃の電圧
制御方法は、陽極、当該陽極に対し負電圧（加速電圧）
を印加されるエミッタ、および前記陽極と前記エミッタ
との間に配置され前記エミッタに対して正電圧（引き出
し電圧）を印加される引き出し電極を備えた電界放射形
電子銃における前記負電圧および正電圧を制御する方法
において、引き出し電極電流の検出値に所定の補正係数
を乗算した値がエミッシロン電流の設定値に等しくなる
まで前記正電圧および前記負電圧の絶対値を上昇させる
と共に、その際前記補正係数の値を前記正電圧と前記負
電圧の絶対値とに対応させて切り換えることを特徴とす
るものである。

［作用］ 本出願第１発明の電界放射形電子銃の電圧制御方法では
、常にエミッシ１ン電流１．と引き出し電極電流Ｉ＋　
とが等しい範囲で引き出し電極電流Ｉ＋　の検出値とエ
ミッシ靜ン電流！、の設定値とを比較して電圧制御する
ようにしているため、エミッシ鐸ン電流１．を正確に所
定値にセットし保持することが可能となる。

また、本出願第２発明の電界放射形電子銃の電圧制御方
法では、加速電圧（−Ｖ＊）の絶対値と引き出し電圧Ｖ
、の大小関係に応じて変化する引き出し電極電流１＋の
検出値とエミッシ日ン電流■、の実際値との比を補正係
数として設定しておき、この補正係数を引き出し電極電
流Ｉ＋の検出値に乗算したものをエミッシ日ン電流１．
の設定値と比較して電圧制御するようにしているため、
この場合もエミッシロン電流■、を正確に所定値にセッ
トし保持することが可能となる。

［実施例］ 以下、図面を・参照しつつ実施例を説明する。

第１図は、本出願第１発明の電界放射形電子銃の電圧制
御方法を説明するための図である。

図中、１０は陽極、１１はエミッタ、１２は引き出し電
極、１３は電子ビーム、１４は加速電圧印加手段、１５
は引き出し電圧印加手段、１６は電流設定手段である。

第１図において、まず電子銃の始動時にエミッション電
流！、をセットする場合について説明する。この実施例
において従来のものと異なる点は、電流設定手段１６が
引き出し電圧印加手段１５だけでなく、加速電圧印加手
段１４も制御する点である。

すなわち、まず加速電圧印加手段１４でＶｓ＆−ｇＯｋ
ｖに設定した状態で引き出し電圧印加手段１５を動作さ
せ、引き出し電圧Ｖ、を徐々に上昇させていく。すると
、引き出し電極電流Ｉ＋が流れ出すが、このときには確
実にＶ＋　＞１−ＶｓＩの関係となっているため、引き
出し電極電流Ｉ＋の値はエミッション電流１．の値とほ
ぼ等しくなっている。したがって、この引き出し電極電
流りの値を電流設定手段１６で検出するとともにエミッ
ション電流！、の設定値と比較し、両者が等しくなるま
で引き出し電圧印加手段１５を制御して引き出し電圧Ｖ
＋を上昇させる。そして引き出し電極電流１１の検出値
がエミッション電流１．の設定値と等しくなったところ
で引き出し電圧Ｖ＋　の上昇を止めてそこで固定し、最
後に加速電圧印加手段１４を動作させて所定の加速電圧
（−Ｖ・）まで上昇させるようにしている。

次に、電子銃の使用中にエミッション電流Ｉ。

が低下してきたときに、当該エミッション電流１、を所
定の値にまで回復させる場合について説明する。この場
合にはまず、加速電圧印加手段１４を動作させてＶ＋　
＞ｌ−ｖ・１の関係が成立する値まで加速電圧（−Ｖ・
）を低下させる。そしてその状態を保持したまま、引き
出し電圧印加手段１５を制御してエミッション電流１．
が所定Φ値に回復するまで引き出し電圧Ｖ＋を上昇させ
る。

そして最後に加速電圧印加手段１４を動作させて加速型
、圧（−Ｖ−）を所定の値まで上昇させるようにしてい
る。

なお、以上の説明では加速電圧印加手段１４を引き出し
電圧印加手段１５と時間的にずれをもたせて動作させる
場合について説明してきたが、ｖ＋＞１−ｖｓｌの関係
が保たれる範囲であれば、加速電圧印加手段１４と引き
出し電圧印加手段１５とを同時に動作させ、引き出し電
圧■１と加速電圧（Ｖｉ）とを同時に上昇させていって
もよい。要するにｖ　ｌ＞　ｌ　−ｖ　ｓ　ｌの関係を
保持した状態で引き出し電極電流■、の値を検出すれば
よく、同時に動作させればそれだけ設定に要する時間を
短縮できる効果がある。

次に、第２図は、本出願第２発明の電界放射形電子銃の
電圧制御方法を説明するための図である。

図中、２０は陽極、２１はエミッタ、２２は引き出し電
極、２３は電子ビーム、２４は加速電圧印加手段、２５
は引き出し電極印加手段、２６は電流設定手段、２７は
補正係数設定手段である。

第２図において、従来のものと異なる点は、補正係数設
定手段２７が設けられているとともに、電流設定手段２
８が加速電圧（−Ｖ＠）の値１．引き出し電圧Ｖ、の値
、および前記補正係数設定手段２７の設定値を取り込ん
でいる点にある。

ここで、補正係数設定手段２７では、引き出し電圧Ｖ＋
　の値と加速電圧（−Ｖ・）の絶対値とをパラメータと
して、エミッション電流■、の値と引き出し電極電流１
＋の値の比（Ｉ−／Ｉ＋）を設定しておく。これらの設
定値は、あらかじめ実験等を行うことによって第４図に
示したような特性曲線を測定し、例えば記憶手段にマツ
プとして記憶させるようにすればよい。

この実施例においてエミッション電流１．を所定値にセ
ットするには、加速電圧印加手段２４と引き出し電圧印
加手段２５とを適宜動作させて、加速電圧（−ｖｓ）と
引き出し電圧Ｖ＋　とを上昇させていく。その際、その
加速電圧（−Ｖｉ）の値と引き出し電圧Ｖ、の値とを電
流設定手段２６に入力する。電流設定手段２６では従来
と同様に引き出し電極電流■１の値を検出するとともに
、前記加速電圧（Ｖ＠）の値と引き出し電圧Ｖ。

の値とをパラメータとして、補正係数設定手段２７から
補正係数（１，／Ｉ＋）を読み出す。そして、この補正
係数（１，／Ｉ＋）を引き出し電極電流１１の検出値に
乗算し、その乗算した値をエミッシ關ン電流■、の設定
値と比較して、両者が一致したところで引き出し電圧ｖ
Ｉの上昇を止めるようにしている。

この第２発明の方法によれば、上述した第１発明に比べ
て、始動時の設定時間を短縮できるとともに、使用途中
で電子銃の動作を停止しなくてすむという利点がある。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、これ
まで不可能に近かったエミッシ鱈ン電流の所定値への設
定および保持を確実に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本出願第１発明の電界放射形電子銃の電圧制御
方法を説明するための図、第２図は本出願第２発明の電
界放射形電子銃の電圧制御方法を説明するための図、第
３図は従来の電界放射形電子銃の電圧制御方法を説明す
るための図、第４図は加速電圧と引出し電圧の関係に対
するエミッタ１ン電流と引き出し電極電流の特性を表し
た図である。 １０、２０．　３０・・・陽極、　１１、２１、３１・
・・エミッタ、　１２，２２．３２・・・引き出し電極
、　１３．２３．３３・・・電子ビーム、１４．２４．
３４・・・加速電圧印加手段、１５．２５．３５・・・
引き出し電圧印加手段、１６．２６．３６・・・電流設
定手段、１７・・・補正係数設定手段。 出　　願　　人　日本電子株式会社 代理人　弁理士　菅　井　英　雄（外５名）第１図 第２図 ｅ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）陽極、当該陽極に対し負電圧を印加されるエミッ
   タ、および前記陽極と前記エミッタとの間に配置され前
   記エミッタに対して正電圧を印加される引き出し電極を
   備えた電界放射形電子銃における前記負電圧および正電
   圧を制御する方法において、前記負電圧の絶対値が前記
   正電圧の絶対値よりも小さい状態を保ちながら引き出し
   電極電流の検出値がエミッション電流の設定値に等しく
   なるまで前記正電圧を上昇させ、しかるのち当該正電圧
   の値を固定した状態で前記負電圧の絶対値を所定の値に
   まで上昇させることを特徴とする電界放射形電子銃の電
   圧制御方法。
2. （２）陽極、当該陽極に対し負電圧を印加されるエミッ
   タ、および前記陽極と前記エミッタとの間に配置され前
   記エミッタに対して正電圧を印加される引き出し電極を
   備えた電界放射形電子銃における前記負電圧および正電
   圧を制御する方法において、引き出し電極電流の検出値
   に所定の補正係数を乗算した値がエミッション電流の設
   定値に等しくなるまで前記正電圧および前記負電圧の絶
   対値を上昇させると共に、その際前記補正係数の値を前
   記正電圧と前記負電圧の絶対値とに対応させて切り換え
   ることを特徴とする電界放射形電子銃の電圧制御方法。