JPS5820097B2 - 電子ビ−ム記録用電子銃 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 電子ビームが各種の技術分野における各種の機器におい
て広く利用されていることは周知のとおりであり、その
利用に際しては、特定な断面形状を備えた電子ビームを
得ることの必要が生じた。

例えば、近年になって研究開発が盛んに行なわれるよう
になった画像記録の技術分野においても、それに用いら
れる電子ビームとして、その断面形状が長円（だ円）あ
るいは矩形（長方形）のものが必要とされることがあり
、そのために所要の断面形状の電子ビームを発生させる
ための電子ビーム記録用電子銃が要求された。

ところで、電子ビーム記録装置において、記録媒体面上
に高い記録密度で情報信号を良好な状態で記録すること
が必要とされる場合には、記録媒体面上に生じさせるべ
き電子ビームによる結像が、微細な寸法で鮮鋭な輪郭の
所定形状（例えば、矩形）を備えていると共に、電流密
度分布が均一なものであることが必要とされるのであり
、従来から電子ビーム記録に適する電子銃を得るべく様
々な試みがなされて来た。

さて、従来、所定の断面形状を有する電子ビームを発生
させる手段としては、電子ビームの流れの中へ所定の平
断面形状の電子ビーム整形用透孔を備えた電子ビーム整
形用部材を配置するという構成のものが、例えば、米国
特許第２９３５６３６号明細書にも開示されているよう
に公知であるが、従来は上記の公知例の記載からも明ら
かなように、平断面形状が円形であるような電子ビーム
で、電子ビーム整形用部材を照射するようにしていたか
ら、電子ビーム整形用部材に穿設されている電子ビーム
整形用透孔の形状が、電子ビーム記録に際して電子ビー
ムの平断面形状として必要とされるような縦横比の大き
な矩形である。

と、電子ビーム整形用透孔から電流密度分布の良好な状
態の電子ビームを出射させようとする場合には、当然の
ことながら充分に径の大きな電子ビームを電子ビ−ム整
形用部材に照射することが必要とされる。

すなわち、上記の場合のように、断面形状が円形の電子
ビームにおける電流密度分布は、いわゆるガウス分布に
従っているものであるから、比較的に電流密度分布の均
一な電子ビームの中央部付近のみが電子ビーム整形用部
材における電子ビーム整形用透孔を通過するように、電
子ビーム整形用透孔の形状寸法に対して充分に径の大き
な電子ビームを用いて電子ビーム整形用部材を照射する
ようにしなければ、電流密度分布の良好な状態の電子ビ
ームを電子ビーム整形用透孔から出射させることはでき
ない。

しかしながら、上記のような充分に径の大きな電子ビー
ムにより電子ビーム整形用部材を照射したのでは、電子
ビームの電流の利用率が低く、勢い電子ビーム整形用部
材に対する無駄な加熱が行なわれるという欠点の他、多
くの欠点が生じる他、たとえ、上記のように電子ビーム
整形用透孔の形状寸法に比べ、充分に径の大きな電子ビ
ームにより電子ビーム整形用部材を照射し、電子ビーム
の中央部付近のみが電子ビーム整形用透孔を通過するよ
うにしても、電子ビーム整形用透孔から出射する電子ビ
ームは、その電流密度分布が均一な状態のものではなく
、依然としてガウス分布に従ったものとなっているから
、上記のような従来の電子銃によったのでは、良好な電
子ビーム記録を行なう際に必要とされる、均一な電流密
度分布を有し、かつ、縦横比の大きな矩形状断面の電子
ビームを発生させることができない。

また、既述もしたように電子ビーム記録に際しては、鮮
鋭な輪郭を有する所定形状の結像を記録媒体面上に生じ
させることが必要とされるが、そのためには電子ビーム
整形用部材に穿設されている電子ビーム整形用透孔の周
辺の情報がすべて記録媒体面上における結像に与えられ
ていなければならないが、この問題は、電子ビームの流
れの中に文字、記号などの透孔を穿設した遮蔽板が配置
されている構成の、例えばいわゆる符号管などでも採用
されている予備集束電子レンズの技術手段の適用によっ
て良好に解決できる。

しかし、断面形状が矩形であるような電子ビームの予備
集束のための電子レンズとして、通常形式の磁気レンズ
を用いた場合には、電子ビームの断面における各部の電
子ビームが、それぞれ磁気レンズの磁界によって回転さ
れるために、所望の良好な状態の結像が得られないとい
う問題点が生じる。

本発明は、上記した従来の問題点を良好に解決しうるよ
うな、電子ビーム記録のために必要とされる大きな縦横
比の矩形状断面を有し、かつ、前記の矩形状断面内にお
いて均一な電流密度分布を有する電子ビームが電子ビー
ム整形用部材における電子ビーム整形用透孔から出射で
きるようにした照射系を備えた電子ビーム記録用電子銃
を得ることを目的とし、線形熱電子放射源と、前記の線
形熱電子放射源と対応するスリットを有する格子と、前
記の格子と対向して設けた陽極と、前記の各電極からな
る３極部より出射された電子ビームによって照射される
電子ビーム整形用透孔を備えた電子ビーム整形用部材と
、電子ビームに回転を与えることがないような構成態様
を有すると共に、前記の電子ビーム整形用部材までの電
子ビームの通路中の適当な位置に設けた予備集束電子レ
ンズなどによって、前記の３極部付近に形成された電子
ビームの最小像の像を、前記した電子ビーム整形用透孔
の位置よりも後方の離れた位置に結ばせつるような照射
系を構成してなる電子ビーム記録用電子銃を提供したも
のであり、以下、添付図面を参照してその内容を具体的
に説明する。

第１図及び第２図は、それぞれ本発明の電子ビーム記録
用電子銃の各人なる実施態様のものの概略構成を示す縦
断側面図である。

各図において、１は線形熱電子放射源であって、この線
形熱電子放射源１は、例えばタングステン線をコ字状に
折曲げたフィラメント１であってもよく、このフィラメ
ント１は図示しない外部電源によって点火される。

２は前記した線形熱電子放射源１（フィラメント１）と
対応するスリット２ａを備えた格子であって、この格子
２にはフィラメント１に対して負または正の適当な電位
が与えられる。

第５図は上記したフィラメント１と格子２との対応関係
を示すための第１図中のＡ−Ａ線位置における平面図で
あって、この第５図に明示されているように、フィラメ
ント１と格子２とはフィラメント１の長手方向とスリッ
ト２ａの長手方向とが互に一致するような配置態様とな
されるように対向配置されているのである。

３は格子２に対向して配置された陽極３であって、この
陽極３には高電圧が印加される。

上記した線形熱電子放射源１と、スリット２ａを設けた
格子２と、陽極３とからなる３極部より出射された電子
ビーム８は、第１図示の実施態様のものの場合には、２
重空隙（ダブルギャップ）磁気レンズＭＬによって予備
集束されて電子ビーム整形用部材９を照射し、また、第
２図示の実施態様のものの場合には、陽極３と、電極４
ｅ。

５ｅとにより構成されたいわゆるユニポテンシャル型の
静電レンズＥＬによって予備集束されて、電子ビーム整
形用部材９を照射する。

第１図中の４ｍ、５ｍはそれぞれ磁気レンズであり、こ
れらの磁気レンズ４ｍ、５ｍには励磁用電源６ｍ、７ｍ
より所要の励磁電流が供給され、また、第２図中の電極
４ｅ 、５ｅには、陽極３と電極４ｅ、５ｅとによって
ユニポテンシャル型の静電レンズＥＬが形成されるよう
に、端子６，７よりそれぞれ所要の電圧が与えられる。

適当な電位となされている電子ビーム整形用部材９に照
射された電子ビーム８は、電子ビーム整形用部材９に電
子ビーム整形用透孔９ａとして穿設されている縦横比の
大きな矩形状透孔（例えば、長辺が１朋、短辺が０．０
３ ＩＩＩの矩形透孔）より、断面形状が 形の電子ビ
ーム１０として出射されるが、この電子ビーム１０は既
述した予備集束電子レンズ（第１図示の実施態様の場合
には２重空隙磁気レンズＭＬ、第２図示の実施態様の場
合にはユニポテンシャル型の静電レンズＥＬ）によって
、結像レンズ（集束磁気レンズ）１１の略々中央に集中
された後に結像レンズ１１により、記録媒体１４上へ微
細なしかも鮮鋭な輪郭を有する矩形の結像１５として結
像される。

１２は結像レンズ１１の励磁用電源であり、また１３は
透孔１３ａを有する絞り板であり、この絞り板１３の一
例のものが、第１図中のＣ−Ｃ線位置における平面図を
表わす第７図に示されている。

なお、絞り板１３の透孔１３ａの形状は矩形であっても
よい。

また、第６図は第１図中のＢ−Ｂ線位置における平面図
であって、この第６図は電子ビーム整形用部材９の一例
のものを示している。

上記した第１図及び第２図示の各実施態様のものでは、
電子ビーム整形用部材９の電子ビーム整形用透孔９ａか
ら出射した電子ビーム１０を、直ちに結像レンズ１１に
よって集束して、記録媒体１４面上に結像１５させるよ
うに示しているが、所要な大きさの結像が得られるよう
に必要に応じて電子ビーム整形用部材９と結像レンズ１
１との間に所要段数の電子レンズを介在させるようにし
てもよいことは勿論である。

記録媒体１４は、その表面に電子ビーム感応材の薄層が
設けられており、図示しない回転駆動機構及び移送機構
により、回転、及び、径方向への移動を行なうようにな
されることにより、記録媒体１４の表面の電子ビーム感
応材の薄層には渦巻状の記録跡が形成される。

なお第１図及び第２図中には図示の煩雑さを避けるため
に、電子ビームの変調装置や制御装置などの図示は省略
している。

上記のように構成された本発明の電子ビーム記録装置で
は、既述した従来例において問題となった諸点がすべて
解決され、所要の微細な寸法で輪郭の鮮鋭な矩形の結像
を、記録媒体１４の面上に生じさせることができるので
あるが、次にその理由について説明する。

記録媒体１４上に生じる結像１５が、輪郭の鮮鋭な所要
の形状のものであるためには、電子ビーム整形用部材９
の電子ビーム整形用透孔９ａから出射する電子ビーム１
０が均一な電流密度分布のものでなければならない。

そして、このように、電子ビーム整形用部材９の電子ビ
ーム整形用透孔９ａから出射する電子ビーム１０を、均
一な電流密度分布のものとするのには、熱電子放射源１
及び格子２ならびに陽極３などからなる３極部から出射
して、電子ビーム整形用部材９を照射する電子ビーム８
中で、電子ビーム整形用部材９における電子ビーム整形
用透孔９ａを通過する部分の電子ビームが良質で均一な
電流密度分布を有するものでなければならないが。

本発明の電子ビーム記録用電子銃においては、それを、
電子ビーム整形用部材９を照射する電子ビーム８が、線
形熱電子放射源１と、前記の線形熱電子放射源１と対応
するスリット２ａを備えた格子２と、陽極３とからなる
３極部から出射されるようにすると共に、電子ビーム整
形用部材９までの間の電子ビーム８の通路中の適当な位
置へ、電子ビーム８に回転を与えることがないような構
成態様を有するような予備集束電子レンズを設けるとい
う技術手段の採用によって達成しているのである。

すなわち、本発明の電子ビーム記録用電子銃において、
その３極部として線形熱電子放射源１と、線形熱電子放
射源１と対応するスリット２ａを有する格子２と、陽極
３とから構成された３極部を採用したことにより、線形
熱電子放射源１から矩形断面形状内における所要部分の
電流密度分布が均一な電子ビームを引出すことを可能と
し、また、電子ビーム整形用部材９までの電子ビーム８
の通路中の適当な位置へ設ける予備集束電子レンズとし
て、電子ビーム８に回転を与えることがないような構成
態様を有するような予備集束電子レンズ（第１図示の例
においては、２重空隙磁気レンズＭＬ、第２図示の例に
おいてはユニポテンシャル型の静電レンズＥＬ）を採用
したことは、前記した特殊な構成の３極部の採用によっ
て、線形熱電子放射源１から引出された、矩形状断面内
における所要な部分で均一な電流密度分布を有する質の
の良い電子ビームの質を損なうことなく、電子ビーム整
形用透孔９ａを通して結像レンズへ与えることを確実に
するものである。

次に、本発明の電子ビーム記録用電子銃における線形熱
電子放射源１と、スリン）２ａを有する格子２と、陽極
３とからなる３極部において、格子２を線形熱電子放射
源１の電位に対して僅かに負の電位として動作させた場
合を例にとり、３極部から出射されて電子ビーム整形用
部材９を照射する電子ビーム８の状態、ならびに予備集
束磁気レンズとして通常の磁気レンズを用いた場合に、
電子ビーム８に生じる電子ビームの電流密度分布の変化
などの点についてさらに具体的に説明する。

線形熱電子放射源１と対応するスリン）２ａを有する格
子２が、線形熱電子放射源１の電位に対して僅かに負の
電位となされている場合、線形熱電子放射源１の各部か
ら、それぞれ異なった初速度で異なった方向に放射され
る熱電子は、線形熱電子放射源１の部分から陽極３まで
の電界の状態に従って加速されることにより、それぞれ
個々の開き角を有する層流電子ビームとなる。

そして、線形熱電子放射源１と、スリット２ａを有する
格子２と、陽極３とからなる３極部から出射される略々
矩形断面形状を呈する電子ビーム８は、前記の線形熱電
子放射源１の個々の部分から出射された前記の個々の開
き角を有する層流電子ビームの集合と考えてよい。

前記した個々の開き角を有する層流電子ビームは、第１
図及び第２図に示すように、紙面に平行な面内において
は互に整列し、また、紙面に直交する面内においてはあ
る位置でクロスオーバー（Ｃ・０）を生じる。

第１図及第２図中のＣ・０は個々の開き角を有する層流
電子ビームが紙面と直交する面内において互に交叉する
位置を例示したものである（なお、格子２の電位によっ
てはクロスオーバーを生じない場合もある）。

上記のように、３極部から出射して電子ビーム整形用部
材９を照射する電子ビーム８は、それぞれ互に実質的に
平行な前記のように個々の開き角を有する層流電子ビー
ムの集合によって、全体とし′Ｃ略々矩形状断面のもの
となされているものであるから、電子ビーム８の断面に
おける電流密度分布は、その周辺部分を除けば均一であ
り、したがって、線形熱電子放射源１と、スリット２ａ
を有する格子２と、陽極３とからなる３極部から出射し
た略々矩形状断面の電子ビーム８における均一な電流密
度分布を有する部分が、電子ビーム整形用部材９におけ
る電子ビーム整形用透孔９ａを通過するようにすれば、
高い電流利用率を以って、均一な電流密度分布を有し、
鮮鋭な輪郭を備えた矩形断面の電子ビーム１０を電子ビ
ーム整形用部材９の電子ビーム整形用透孔９ａから出射
させることができるのである。

ところが、電子ビーム整形用部材９を照射する電子ビー
ム８が、通常構成の単一磁気レンズ（例えば、第１図中
において磁気レンズ４ｍ、５ｍの内の一方のものを除去
したような構成の磁気レンズ）を用いて予備集束された
場合には、電子ビーム８はそれを構成する各個々の開き
角を有する層流電子ビームが、前記の単一磁気レンズの
集束磁界によってそれぞれ個々に回転するために、前記
の個々の開き角をする層流電子ビームの呈するエネルギ
分布の内で、線形方向（矩形の長手方向）の分布成分が
矩形の短巾方向に加味された状態のものとなるが、これ
は電流利用率の点からも好ましくない。

第３図及び第４図は、上記したような単一磁気レンズの
集束磁界による予備集束によって、各個個の開き角を有
する層流電子ビームがそれぞれ角度θの回転を起こした
状態の電子ビーム８が電子ビーム整形用部材９に照射８
ｂされている状態、及び、本発明の電子ビーム記録用電
子銃のように、電子ビーム８に回転を与えないような予
備集束電子レンズを用いて電子ビーム８を予備集束した
場合に、電子ビーム８が電子ビーム整形用部材９に照射
８ａされている状態をそれぞれ示したものであり、第４
図中において、Ｗｌ、Ｗ２は電子ビーム整形用透孔９ａ
の短辺及び長辺の寸法であり、また、Ｗ３及びＷ４は電
子ビーム８の断面における短辺と長辺の寸法である。

第１図及び第２図示の各実施態様に示されている本発明
の電子ビート記録用電子銃においては、電子ビーム製形
用部材９を照射する電子ビーム８に対して予備集束を行
なう予備集束電子レンズとして、２重空隙磁気レンズＭ
Ｌ （第１図示の電子銃の場合）やユニポテンシャル型
の静電レンズＥＬ （第２図示の電子銃の場合）を使用
しているから、予備集束電子レンズによっても電子ビー
ム８の各個々の開き角を有する層流電子ビームが回転さ
れず、したがって、電子ビーム８における均一な電流密
度分布を有する部分の電流密度分布が予備集束手段によ
っても何ら変化することがなく、電子ビーム整形用部材
９における電子ビーム整形用透孔９ａからは鮮鋭な輪郭
の矩形状断面を有する電子ビーム１０が出射されるので
ある。

このように、本発明の電子ビーム記録用電子銃において
は、線形熱電子放射源と、前記の線形熱電子放射源と対
応するスリットを有する格子と、前記の格子と対向する
陽極とによって構成された３極部から所要部分が均一な
電流密度分布を有する略々矩形状断面の電子ビームを出
射して、これにより縦横比の大きな矩形状断面の電子ビ
ーム整形用透孔を備えた電子ビーム整形用部材を照射す
るようになされていると共に、この電子ビームは前記の
電子ビーム整形用部材までの電子ビームの通路中に設け
られた予備集束電子レンズの存在によっても、電子ビー
ムにおける各個々の開き角を有する層流電子ビームが回
転されることがないから、電子ビーム整形用部材におけ
る電子ビーム整形用透孔からは鮮鋭な輪郭を有する矩形
状断面の電子ビームが高い電流利用率で出射されるので
あり、したがって、本発明の電子ビーム記録用電子銃に
よれば、微細な寸法で輪郭が鮮鋭な矩形状の結像を生じ
させることができるのであり、本発明により既述した従
来の諸問題点はすべて良好に解決される。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の電子ビーム記録用電子銃の
各人なる実施態様のものの縦断側面図、第３図及び第４
図は電子ビーム整形用透孔とそれを照射する電子ビーム
との関係を説明する平面図、第５図は第１図中のＡ−Ａ
線位置における平面図、第６図は第１図中のＢ−Ｂ線位
置における平面図、第７図は第１図中のＣ−Ｃ線位置に
おける平面図である。 １・−・・・・線形熱電子放射源、２・・・・−・格子
、２ａ・・・・・・スリット、３・・・−・・陽極、４
ｅ 、５ｅ・・・・・・電極、４ｍ、５ｍ、１１−−・
・・・磁気レンズ（磁気レンズ）、６．７・・・・・・
端子、５ｍ、７ｍ、１２・−・・・・励磁用電源、８，
１０・・・・・・電子ビーム、９・・・・・・電子ビー
ム整形用部材、９ａ・・・・・・電子ビーム整形用透孔
、１３・・・・・・絞り板、１３ａ・・・・・・透孔、
１４・・・・・・記録媒体、１５・・・・・・結像。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 線形熱電子放射源と、前記の線形熱電子放射源と対
   応するスリットを有する格子と、前記の格子と対向して
   設けた陽極と、前記の各電極からなる３極部より出射さ
   れた電子ビームによって照射される電子ビーム整形用透
   孔を備えた電子ビーム整形用部材と、電子ビームに回転
   を与えることがないような構成態様を有すると共に、前
   記の電子ビーム整形用部材までの電子ビームの通路中の
   適当な位置に設けた予備集束電子レンズなどによって、
   前記の３極郭付近に形成された電子ビームの最小像の像
   を、前記した電子ビーム整形用透孔の位置よりも後方の
   離れた位置に結ばせうるような照射系を構成してなる電
   子ビーム記録用電子銃。