DE2156661A1

DE2156661A1 - Ablenkeinrichtung für einen aus geladenen Teilchen bestehenden Strahl

Info

Publication number: DE2156661A1
Application number: DE19712156661
Authority: DE
Inventors: William Los Angeles Calif. Hant (V.StA.)
Original assignee: Northrop Grumman Corp
Current assignee: Northrop Grumman Corp
Priority date: 1970-11-16
Filing date: 1971-11-15
Publication date: 1972-06-15
Also published as: FR2114777A5; CA989980A; GB1312906A; JPS53670B1; NL7115742A

Description

"Ablenkeinrichtung für einen aus geladenen Teilchen bestehenden Strahl"

Die vorliegende Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf eine Ablenkeinrichtung für einen aus geladenen Teilchen bestehenden Strahl und insbesondere auf eine Einrichtung dieser Art, welche eine elektrostatische Steuerung benutzt, die auf ein digitales Steuersignal ansprechen kann.

In der US-PS 3.4o8 532 ist eine Elektronen-Strahl-Ablenkeinrichtung beschrieben, welche flache, plattenförmige Steuerdynoden enthält, die zwischen eine flache Kathode und eine flache Zielplatte gepackt sind. In der in der US-PS 3 4o8 532 erläuterten Einrichtung tragen die Dynodensteuerplatten binär codierte, fingerförmige Elektroden, welche bstimmte Bereiche mit Öffnungen auf den Steuerplatten belegen. Diese Öffnungen sind miteinander ausgerichtet und bilden Elektronenstrahlkanäle zwischen der Kathode und der Zielelektrode. In der in dieser

Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Lm%%3^r§a(.-\\fgrAlemar\smann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann - 2 -

US-PS beschriebenen Einrichtung dienen die Dynodensteuerplatten sowohl zur Steuerung als auch zur Elektronen-Vervielfachung. Diese Art von Ablenkeinrichtung wdst bestimmte Vorteile gegenüber Kathodenstrahlröhren-Ablenkvorrichtungen, die dem Stand der Technik entsprechen, auf. Zu diesen Vorteilen zählen der kompakte Aufbau, die hohe Linearität und die Ansprechbarkeit durch wahlfrei adressierte, digitale Steuersignale.

Die der vorliegenden Erfindung entsprechende Einrichtung stellt eine Verbesserung gegenüber in der oben erwähnten US-PS erläuterten Vorrichtung dar, wo die Kombination von Elektronen-Vervielfachung und Steuerung in der gleichen Steuerplatte zwar eine Minimierung der Anzahl solcher Platten für irgendeinen Anwendungsfall bewirkt, daneben aber auch einen Kompromiß zwischen optimalem Aufbau für die Elektronen-Vervielfachung einerseits und der Steuerung andererseits bedingt. Zur Erzielung einer Elektronen-Vervielfachung ist es dort ferner notwendig, nacheinander höhere Spannungen an die Dynodenplatten mit zunehmender Entfernung von der Kathode auf dem Weg zur Zieleinrichtung zu legen. Dies erhöht die Forderungen an die Energieversorbung und wirft Spannungsisolierungsproblerne zwischen den Elektroden auf, vor allem wenn man an den geringen Abstand bei einer kompakten Ausführungsform denkt. Im Aufbau der Dynoden sind ferner Widerstandsbeläge in denöffnungen zwischen den Elektroden auf den gegenüberliegenden Seiten der Platten vorgesehen, wodurch ständig ein Strom fließt und laufend Energie verbraucht wird. Außerdem tritt eine unerwünschte Verzerrung bei der Wiedergabe auf der Zielelektrode in Gestalt eines "Dunkelstrich"-Effektes aufgrund der Widerstandsbeläge in den Kanälen und aufgrund der kapazitiven Querkopplung zwischen gesperrten und leitenden Kanälen auf. Schließlich ist es relativ teuer, Steuerplatten mit Sekundäremissionseigenschaften herzustellen.

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Die der vorliegenden Erfindung entsprechende Einrichtung weist demgegenüber bei bestimmten Anwendungsfällen Vorteile im Vergleich zu der Elektronenstrahl-Ablenkeinrichtung auf, die in der oben erwähnten US-PS erläutert ist. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß in der dieser Erfindung entsprechenden Vorrichtung zusätzliche Plattenelemente für die Elektronenstrahl-Vervielfachung notwendig sein können, vor allem wenn stärkere Elektronenströme verlangt werden. In diesen Fällen kann die in der oben erwähnten US-PS erläuterte Vorrichtung, wo Dynoden- und Steuerfunktionen in den gleichen Platten vereint sind, wieder vorteilhafter sein.

In der dieser Erfindung entsprechenden Einrichtung werden die Steuerfunktionen von eigenen Steuerplatten wahrgenommen. Diese Steuerplatten bewirken keine Elektronen-Vervielfachung. Der Teilchenstrahl wird mit Hilfe elektrostatischer Fokussierung von einer Steuerelektrodenplatte zur anderen geführt, wobei die zwischen aufeinanderfolgenden Platten liegenden Fokussierungsspannungen relativ gering sind und praktisch jeweils den gleichen Wert besitzen. Es gibt also keine Erhöhung mit jedem folgenden Plattenpaar. Die Sperrung wird mit Hilfe einer Sperrspannung erzielt, die in ihrer Größe der Spannung der Elektronenquelle nahekommt, so daß alle für die Steuerung erforderlichen Potentiale relativ klein sein können. Es gibt außerdem keine ohmische Verbindung zwischen Elektroden auf gegenüberliegenden Seiten der Steuerplatten, und es gibt damit keinen energieverzehrenden Strom und keinen "Dunkel-strich"-Effekt, wie in den oben erwähnten, dem Stand der Technik entsprechenden Geräten dieser Art. Bei Anwendungsfällen, für die große Straliströme benötigt werden, sind eigene Einrichtungen für die Elektronen-Vervielfachung vorzusehen. Solche Einrichtungen können aber dann allein für die Aufgabe der Vervielfachung optimal ausgelegt werden. Sie haben keine Steuerfunktionen zu erfüllen, was ihren Aufbau vereinfacht. Es sei darauf hingewiesen, daß die

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der vorliegenden Erfindung entsprechende Einrichtung nicht nur zur Steuerung von Elektronen sondern auch zur Steuerung von anderen geladenen Teilchen, etwa positiven oder negativen Ionen, verwendet werden kann.

Es dsb daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektronenstrahl-Ablenkeinrichtung zu schaffen, welche flach und kompakt aufgebaut ist, elektrostatisch in Abhängigkeit von digitalen Steuersignalen relativ niedriger Spannung gesteuert werden kann, ausgezeichnete Sperreigenschaften besitzt und minimalen Energieverbrauch aufweist.

Die Erfindung läßt sich wie folgt zusammenfassen:

Mehrere flache Steuerelektrodenplatten sind zwischen eine Kathode und eine Zielelektrode gepackt und steuern einen dazwischen fließenden Strom geladener Teilchen, etwa Elektronen oder Ionen. Jede Steuerelektrodenplatte besitzt mehrere öffnungen, die mit entsprechenden öffnungen in allen anderen Steuerplatten ausgerichtet sind. Diese miteinander ausgerichteten öffnungen bilden Strahlenkanäle. Die Steuerelektrodenplatten besitzen ferner je ein Paar elektrisch leitende Elektroden, die in bestimmten, codierten, fingerförmigen Mustern angeordnet sind. Den Steuerelektroden werden wahlweise Spannungen mit Hilfe von Schaltkreisen zugeführt, um die geladenen Teilchen elektrostatisch zu bündeln und, durch öffnungen zu lenken, die bestimmten, ausgewählten Elektroden zugeordnet sind. Gleichzeitig wird geladenen Teilchen der Durchtritt durch öffnungen, die den übrigen Elektroden zugeordnet sind, gesperrt. Auf diese Weise können durch eine wahlweise Schaltsteuerung der Steuerelektrodenplatten ein Strahl oder mehrere Strahlen zu einem bestimmten Teil oder zu bestimmten Teilen der Zielelektrode pro Zeiteinheit gelenkt werden.

Die folgende Beschreibung und die Zeichnungen denen zur weiteren Erläuterung dieser Erfindung.

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Die Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Ausführungsfirm der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform; und

Fig. 3 einen Querschnitt durch die in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigte Ausführungsform dieser Erfindung, wobei Einzelheiten des Aufbaus der Elektronenstrahlkänäle zu sehen sind.

Die der vorliegenden Erfindung entsprechende Einrichtung besteht, kurz gesagt, aus einer flächenhaften Quelle für geladene Teilchen, etwa einer Elektronenquelle, und aus einer flach aufgebauten Zielelektrodenplatte , zwischen die mehrere Steuerelektrodenplatten zum Steuern des Elektronenstroms zwischen Elektronenquelle und Zielelektrode gepackt sind. Jede Steuerelektrodenplatte besitzt mehrere Öffnungen, wobei entsprechende Öffnungen aufeinanderfolgender Platten miteinander ausgerichtet sind und auf diese Weise Elektronenstrahlkänäle zwischen Elektronenquelle und Zielelektrode bilden. Jede Steuerelektrodenplatte trägt ferner ein Elektrodenpaar auf seinen gegenüberliegenden Breitseiten. Die Elektroden sind in einem bestimmten, binär codierten, fingerförmigen Muster angeordnet, das sich von Steuerelektrodenplatte zu Steuerelektrodenplatte ändert. Schaltsteuerkreise, die in Abhängigkeit von adressierten logischen Schaltungen arbeiten, sind mit jedem Elektrodenpaar der Steuerelektrodenplatten verbunden, wobei bestimmte Elektroden eine Spannung erhalten, mit der die durch die Öffnungen fliegenden Elektronen gebündelt werden, während die übrigen Elektroden zur gleichen Zeit eine Spannung erhalten, mit der ein Durchtritt von Elektronen durch die ihnen zugeordneten Öffnungen verhindert wird. Auf diese Weise kann der Elektronenstrahl wahlweise zu jedem beliebigen Abtastelement

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oder zu beliebigen Abtastelementen der Zieleinrichtung in Abhängigkeit von digitalen Steuersignalen adressiert werden. Die der vorliegenden Erfindung entsprechende Einrichtung kann auch einen Elektronen-Vervielfacher in der Elektronenbahn enthalten. Außerdem kann eine Modulationssteuerplatte zur Modulation der Strahlenintensität vorgesehen werden.

Es soll nun auf Fig. 2 und Fig. 3 der Zeichnungen Bezug genommen werden. Zur besseren Veranschaulichung ist eine 8x8 Wiedergabeeinrichtung dargestellt. In den meisten praktischen Anwendungsfällen wird man jedoch eine wesentlich größere Anzahl von Kanälen vorsehen, um eine höhere Auflösung bei. der Wiedergabe zu erreichen. Ein evakuierbares, dichtes Gehäuse wird durch die Rahmenelemente 11, die keramische Platte 12 und die als Vorderseite dienende Glasplatte 14 gebildet. Das so aufgebaute Gehäuse wird evakuiert, um ein Vakuum für die darin befindlichen Elemente zu schaffen.

Die Kathode 16, die in Fig. 1 als flache Platte dargestellt ist, wird an den Seiten von Stabelementen 18 gehalten. Die Oberfläche 16a dieser Platte trägt einen radioaktiven Belag, etwa Tritium-Folie, wodurch eine flächenförmige Elektronenquelle entsteht. Es können natürlich auch andere flächenförmige Elektronenquellen, etwa thermionischen Typs, verwendet werden. Direkt gegenüber der Kathode 16 ist eine Elektronenlinsenplatte 2ο angebracht, die aus einer flachen, dielektrischen Unterlage 2oa mit metallischen Beschichtungen 2ob und 2oc auf den gesamten Breitseiten besteht. Die Elektronenlinse 2o ist von der Kathode 16 durch Isolierstäbe 23 getrennt.

Im Plattenstapel folgen als nächste die Steuerplatten 25 - 3o, die voneinander mit Hilfe von Isolierplatten 33 getrennt und isoliert sind. Die Platten 33 können aus keramischer» Material bestehen. Die Platte 25 ist von der Linsenplatte 2o durch isolierende, stabförmige Abstandshalter 35 getrennt. Aus Fig. 2 geht hervor, daß die Steuerplatten aus einer dielektrischen Unterlage

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etwa Keramik oder Glas,bestehen, auf der gleiche Elektroden 43 und 44, welche aus gut leitendem Material aufgebaut sind, an den gegenüberliegenden Breitseiten angeordnet sind. Die Elektroden sind in bestimmten, fingerförmigen Mustern, so wie inFig. 1 der Zeichnungen illustriert, aufgebaut, wobei die einander gegenüberliegenden Elektroden 43 und 44 jeder Steuerplatte das gleiche, aber entgegengesetzt angeordnete fingerförmige Muster besitzen. Die Elektroden 43 und 44 sind elektrisch miteinander über die Schichten 46 gekoppelt. Die Schichten 46 befinden sich in den öffnungen der Platten.

Vor der Steuerplatte 3o und davon isoliert durch die Isolatorplatte 33 befindet sich die Modulatorplatte 5o. Die Modulatorplatte 50 ist in ihrem Aufbau den Steuerplatten ähnlich, weil sie ebenfalls Elektroden 5oa und 5ob auf den gegenüberliegenden Breitseiten trägt, die durch elektrisch leitende Abschnitte 5oc in den öffnungen miteinander verbunden sind. Die leitenden Schichten 5oa- 5oc sind auf einem dielektrischen Träger 5od angebracht. Die Modulatorplatte 5o unterscheidet sich aber von den Steuerplatten dadurch, daß die Elektroden 5o a und 5ob nicht nach einem fingerförmigen Muster sondern auf der ganzen Oberfläche der Platte angebracht sind. Ferner sind die öffnungen in der Modulatorplatte länger als vergleichsweise in den Steuerplatten, was auch aus Fig. 3 der Zeichnungen hervorgeht. Das Verhältnis von Länge zu Durchmesser ist so gewählt, daß sich weniger abrupte Sperreigenschaften ergeben und die Behandlung eines Modulationssignals einfacher wird. Vor der Modulatorplatte 5o befinden sich zwei Vervielfacherplatten 54 und 55» die von allen anderen Platten isoliert sind. Diese Vervielfacherplatten mit Sekundäremissionseigenschaften können von der selben Art sein, wie die in der US-PS 3 4o8 532 erläuterten Dynoden. Sie besitzen Widerstandsbeläge 54a und 55a mit Sekundäremissionseigenschaften, welche die leitenden Schichten 54b und 54c, und 55b und 55c auf den gegenüberliegenden Oberflächen verbinden.

Alle bis jetzt beschriebenen Platten weisen mehrere Öffnungen

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βο auf, wobei entsprechende öffnungen aufeinanderfolgender Platten miteinander ausgerichtet sind und Elektronenstrahlkanäle zwischen Kathode 16 und Zielelektrode Ik bilden.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Elektronenlinse 2o, die Modulatorplatte 5° und die Dynodenplatten 5*1 und 55 nicht wesentlich für den grundsätzlichen Betrieb dieser Vorrichtung sind. Ein Elektronenstrahl kann nämlich auch ohne Mitwirkung dieser speziellen Plattenelemente in Abhängigkeit von digitalen Steuersignalen zur Zielelektrode adressiert werden. Jede dieser speziellen Platten bietet jedoch bestimmte Funktionen an, die für einen besonderen Anwendungsfall notwendig sein können. Die Dynoden 5k und 55 erhöhen etwa die Strahlintensität und sorgen damit für eine brillantere Wiedergabe, die Modulatorplatte 5o ermöglicht eine Intensitätsmodulation des Strahls, wo dies gewünscht wird, und die Elektronenlinsenplatte sorgt für einen höheren Anfangsstrom,was eine höhere Intensität bei der Wiedergabe bewirkt.

In Fig. 1 der Zeichnungen ist die der vorliegenden Erfindung entsprechende Einrichtung schematisch dargestellt. Jede der Steuerplatten 25~3o besitzt ein Elektrodenpaar 25a, 25b-3oa, 3ob auf gegenüberliegenden Breitseiten. Die nicht dargestellten Elektroden stellen Spiegelbilder zu den in&en Zeichnungen sichtbaren Elektroden dar. Die Elektroden bestehen aus sehr gut leitendem Material, wie etwa Gold oder Kupfer. Jede Elektrode 25a- 3oa ist elektrisch von der entsprechenden anderen Elektrode 25b-3ob eines Paares isoliert. Wie bereits in Verbindung mit den Figuren 2 und 3 erläutert, sind die Elektroden auf gegenüberliegenden Seiten miteinander durch leitende Schichten in den Öffnungen verbunden.

Binäre, digitale Steuersignale werden von der Steuersignalquelle 7o zur logischen Adressierungsschaltung 71 geliefert, welche ein geeignetes Steuersignal für jeden der Schaltkreise

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75-80 erzeugt. Die Schaltkreise 75-8o können elektronische Schalter, etwa Flip-Flop-Schaltungen, sein, welche wahlweise die zugeführten Spannungen an die eine oder andere Elektrode eines Paares einer Steuerplatte, die ihnen zugeordnet ist, legen können, und zwar in Abhängigkeit von der logischen Adressierungseinrichtung. Zur Steuerung der Elektroden werden Schaltkreisen 75-8o Spannungen von den Energiequellen 81 und 83 über den Spannungsteiler 82 zugeführt. Die Schaltkreise 75,77 und 79 erhalten alle eine erste Spannung V₁, welche positiv gegenüber Erdpotential ist, und eine zweite Spannung V , welche negativ gegenüber Erdpotential ist. Die Schaltkreise 76, 78 und 80 erhalten alle die Spannung V und eine zweite Spannung V , welche positiver als die Spannung V. ist.

Die Schaltkreise schalten in Abhängigkeit von der logischen Adressierungsschaltung 71 fallweise die Spannung v\, oder V₂ an die Elektrode eines Paares jeder Steuerplatte, und die Spannung V an die andye Elektrode eines Paares. Zur Veran-

schaulichung sind alle Elektroden, welche die Spannung V_n erhalten, punktiert und alle übrigen, welche die Spannung V₁ oder V2 erhalten, weiß dargestellt. Unter diesen Umständen kann ein Elektronenstrahl, angedeutet durch die Linie 85, nur έ durch einen einzigen, vontien Plattenöffnungen gebildeten Kanal gelangen. Alle anderen Kanäle sind durch die Sperrspannung V_c, die sonst überall irgendwo anliegt, gesperrt.

Durch eine wahlweise Schaltsteuerung der Platten 25-3o kann der Elektronenstrahl zu einer bestimmten Stelle der Zielelektrode 14 pro Zeiteinheit in der gleichen allgemeinen Weise gelenkt werden, wie in Verbindung mit der oben erwähnten US-PS 3 4o8 532 erläutert. Die Steuerung geschieht jedoch mit Hilfe elektrostatischer Fokussierung, die von Elektronenlinsen bewirkt wird. Die Elektronenlinsen sind zwischen Elektrodenteilen aufeinanderfolgender Platten aufgrund der fortschreitend höheren

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angelegten Spannungen V₁ und V₂ realisiert. Die mit der Spannung V_c versehenen Elektroden und deren zugeordnete öffnungen sind gesperrt. Elektronen werden in diesen Kanälen zurückgewiesen und von den Elektroden abgeleitet. Die Fokussierung von Elektronenstrahlen mit Hilfe periodischer, elektrostatischer Felder in in der Technik bekannt und beispielweise vonP.K. Tien im "Journal of Applied Physics" Band 25, Nr. Io (Oktober 1954) beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, daß eine elektrostatische Fokussierung auch ohne periodische elektrostatische Felder möglich ist,d.h. ohne Verwendung aufeinanderfolgend höherer und niedrigerer Spannungen an aufeinanderfolgenden Platten. Die Fokussierungsspannungen für jede Ausfuhrungsform werden im allgemeinen experimentell bestimmt.

Die Linsenplatte 2o, die zur Erhöhung des Stroms benutzt wird, besitzt vollständige Beläge 2oa auf den Breitseiten. Die Spannung V₁ liegt an dem der Kathode 16 zugewandten Belag , der in der Strahlrichtung folgt. Bei der Linsenplatte sind die beiden gegenüberliegenden Flächen nicht miteinander elektrisch verbunden, wie bei den Steuerplatten. Die Fokussierung geschieht in den dünnen Zylindern, die von den gegenüberliegenden leitenden Belägen gebildet werden. Die Modulatorplatte 5o kann zur Intensitätsmodulation des Strahls in Abhängigkeit von der Modulationssignalquelle 9o benutzt werden. Die Modulatorplatte 5o gleicht allgemein in ihrem Aufbau den Steuerplatten 25~3o. Sie besitzt gleiche Elektroden auf jeder Breitseite und leitende Beläge an den Wandungen der öffnungen 6o, wodurchdie Breitseiten elektrisch miteinander verbunden werden. Die Modulatorplatte 5x> ist jedoch wesentlüi dicker und weist dadurch längere öffnungen auf als die Steuerplatten. Es ergeben sich deshalb weniger abrupte Sperreigenschaften. Die Modulationssignale können auf diese Weise in einem vernünftigen dynamischen Bereich entsprechend angepaßt werden.

Zwischen der Zielelektrode 14 und der ModÄLatorplatte 5o be-

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findet sich eine VervieIfacherplatte 5^ (oder mehrere solcher Platten, wie in Fig. 3 gezeigt) zur Elektronen-Vervielfachung, was zu einem intensiveren Bild auf der Zielel&brode führt. Die Vervielfacherplatte 54 besitzt, wie bereits in Verbindung mit Fig. 3 erläutert, zwei die gesamten Breitseiten bedeckende Elektroden, In den öffnungen befindet sich eine Widerstandsschicht mit Sekundäremissionseigenschaften. Die Widerstandsschicht verbindet die Elektroden auf den beiden Breitseiten miteinander.Zwischen den Elektroden besteht eine Spannungsdifferenz, welche durch die vom Spannungsteiler 82 gelieferten Spannungen V, und V^ bewirkt wird. Die Spannung V, liegt an der der Käbhode zugewandten Elektrode, die Spannung V^ an der der Zielelektrode zugewandten Elekrode. Die Arbeitsweise dieser Art von Elektronen-VervieIfachungseinrichtungen ist in der US^PS 3 4o8 532 in Verbindung mit Fig. 5 der dort zugehörigen Zeichnungen beschrieben. Eine weitere Erläuterun g an dieser Stelle erübrigt sich daher. Natürlich können auch andere Arten von Elektronen-Vervielfachern benutzt werden.

Da die der vorliegenden Erfindung entsprechende Einrichtung in Verbindung mit der Steuerung des Elektronenstrahls beschrieben worden ist, sei darauf hingewiesen, daß mit gleichem Erfolg auch Strahlen, die aus anderen Arten von geladenen Teilchen, etwa positiven oder negativen Ionen, bestehen, gesteuert werden können.

Es sei nun nochmals auf Fig. 2 Bezug genommen. Die verschiedenen Spannungen und Dimensionsparameter für die der vorliegenden Erfindung entsprechende Einrichtung sollen dabei untersucht werden. Betrachtet man den Abstand "g" zwischen Steuerplatten, so läßt sich feststellen, daß mit einem größeren Abstand "g" die benötigte Sperrspannung und auch die Wahrscheinlichkeit für einen Spannungsdurchbruch zwischen leitenden und gesperrten Platten abnimmt. Ein größerer Abstand "g" erhöht jedoch auch die Anzahl der Sekundärelektronen, die in den zylindrischen öffnungen der dielektrischen Abstandshalter

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aufgefangen werden. Außerdem vergrößert sich der Weg, auf dem die Elektronenstrahlen fokussiert werden müssen. Es besteht zwar ein beträchtlicher Spielraum bei der Wahl der Parameter, für einen zufriedenstellenden Betrieb hat sich aber ergeben, daß der Abstand "g" gleich der Länge V der Löcher in der Steuerplatte und gleich dem Lochdurchmesser "a" seirvfeollte. Iheiner typischen Ausführungsform wird dafür die Größe von etwa ο,*ί mm gewählt; für die Spannung V. wählt man Io Volt, für die Spannung V₂ ^5 Volt. Die Spannung V, kann in der Größenordnung von 65 Volt, die Spannung V^ im Bereich von 365 Volt liegen. Für die in der Zielelektrode 14 liegende Spannung können 5000 Volt gewonnen werden.

Die Sperrspannung V sollte so gewählt werden, daß die Spannung in der Mitte der von den Öffnungen gebildeten Kanäle in der Nähe desKathodenpotentials liegt. Da diese Spannung an den Seiten der Öffnungen liegt, muß sie leicht negativ sein, um den gewünschten Wert im Zentrum der Kanäle zu erreichen.

Es ist einzusehen, daß die der vorliegenden Erfindung entsprechende Einrichtung auch in Verbindung mit mehreren Strahlen betrieben werden kann, um mehrere Darstellungen gleichzeitig zu liefern. Es müssen dazu eine oder mehrere der in Fig. 1 gezeigten Steuerplatten weggelassen werden. In diesem Fall bestünde die Modulatorplatte aus mehreren Sektionen, und zwar entsprechend der Anzahl der Strahlen.

Mit der dieser Erfindung entsprechenden Einrichtungkann also aufgrund der elektrostatischen Steuerung ein Elektronenstrahl wahlweise durch einen einzelnen Kanal pro Zeiteinheit gelenkt und fokussiert werden, während alle anderen Kanäle gesperrt sind. Die Steuerung geschieht in Abhängigkeit von einem digitalen Steuersignal. Die für die elektrostatische Steuerung benötigten Steuerspannungen sind relativ klein im Vergleich zu ähnlichen, dem Stand der Technik entsprechenden Geräten. Ferner sind die

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Spannungen für aufeinanderfolgende Steuerplattenpaare praktisch gleich groß, während in Vorrichtungen, die dem Stand der Technik entsprechen, nacheinander höhere Spannungen gebraucht werden. Schließlich können die Kanäle mit Hilfe einer in der Nähe des Erdpotential s liegenden Sp&rrspannung sehr wirksam gesperrt werden.

Anstelle der Verwendung von aufeinanderfolgend höheren und niedrigeren Spannungen V₁ und Vp mit festem Wert für aufeinanderfolgende Stufen, wie in der Ausführungsform erläutert, können die Spannungen von Stufe zu Stufe geändert werden, so daß zunehmende und abnehmende Pokussierungsspannungen zwischen verschiedenen Steuerstufen zur Erzielung des besten Gesamtergebnisses gewählt werden können.

Gegebenenfalls können auch die an zwei aufeinanderfolgende Stufen angelegten Spannungen gleich gemacht werden, während die zwischen anderen Stufen angelegten Spannungen unterschiedlich gemacht werden, damit man die gewünschte Fokussierung erzielt. Weiterhin können auch Spannungen angewendet werden, die größer sind als die speziell angegebenen Spannungen.

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Claims

215BR61

Patentansprüche :

f IJ Ablenkeinrichtung für einen aus geladenen Teilchen bestehenden Strahl, gekennzeichnet durch eine flächenhafte Quelle (16) für geladene Teilchen; eine flächenhafte Zieleinrichtung (14); mehrere Steuerelektrodenplatten (25-3o), welche zwischen die Teilchenquelle und die Zieleinrichtung gepackt sind und den dazwischen fließenden Strom geladener Teilchen steuern, wobei jede der Steuerplatten mehrere öffnungen (60) enthält und entsprechende dieser öffnungen so miteinander ausgerichtet sind, daß zwischen der Teilchenquelle und der Zielelektrode Kanäle für die geladenen Teilchen entstehen, und wobei die Steuerelektrodenplatten ferner jeweils ein Elektrodenpaar (25a- 25b 3oa, 3ob) auf wenigstens einer ihrer Breitseiten besitzen, das voneinander elektrisch isoliert ist; Einrichtungen (82, 83) zum Liefern von Fokussierungsspannungen an wenigstens eine der Elektroden jedes Elektrodenpaares in aufeinanderfolgenden Steuerplattenpaaren, wobei die geladenen Teilchen durch bestimmte Steuerplattenöffnungen fokussiert werden; und Einrichtungen (81) zum Liefern einer Sperrspannung an die verbleibenden Elektroden der Steuerplatten, wobei ein Strahl geladener Teilchen mit Hilfe der Fokussierungsspannungen durch die von den bestimmten öffnungen gebildeten Kanälen gelenkt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden in einem binär codierten, fingerförmigen Muster angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Steuerelektrodenplatten aus einem dielektrischen Träger (4o) bestehen, auf den die Elektroden (43, 44) aufgebracht sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden auf den einen Breitseiten der Steuerplatten Spiegelbilder der Elektroden auf den anderen Breitseiten dar-

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stellen und leitende Einrichtungen (46) in den öffnungen gegenüberliegende, einander entsprechende Elektroden miteinander verbinden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch dielektrische Trennplatten (33) zwischen den Steuerelektaodenplatten, wobei die Trennplatten öffnungen entsprechend den öffnungen in den Steuerplatten besitzen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Modulatorplatte (5o) zwischen den Steuerplatten und der Zieleinrichtung, und durch Einrichtungen (9o) zum Zuführen eines Modulationssignals an die Modulatorplatte.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geladenen Teilchen Elektronen sind, und eine Vervielfacherelektrode (54, 55) zwischen den Steuerelektrodenplatten und der Zieleinrichtung vorgesehen ist, welche eine Vervielfachung der Elektronen in den Kanälen bewirkt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die Einrichtung zum Liefern der Fokussierungsspannungen Mittel enthält, durch die Beschleunigungsspannungen inbezug auf die Flächenquelle an jeweils mindestens- eine Elektrode jede's Elektrodenpaares in aufeinanderfolgenden Steuerplattenpaaren angelegt werden, um die geladenen Teilchen durch die bestimmte Steuerplattenöffnung hindurchzuführen, wobei die Fokussierungsspannungen zwischen mindestens einem aufeinanderfolgenden Steuerplattenpaar wertmäßig zunehmen und zwischen einem anderen aufeinanderfolgenden Steuerplattenpaar wertmäßig abnehmen, um die geladenen Teilchen zu fokussieren, die die entsprechenden öffnungen der Steuerplatten durchlaufen.

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