Электростатическая линза со стабильным фокусным расстоянием
Владельцы патента RU 2563977:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" (RU)
Изобретение относится к области электронного приборостроения и может быть использовано при разработке электронно-оптических устройств со стабильным по отношению к колебаниям потенциалов электродов фокусным расстоянием. Электростатическая линза состоит из трех аксиально-симметричных цилиндрических электродов. Линза характеризуется тем, что имеет несимметричное относительно среднего электрода электрическое питание. При фиксированных значениях потенциалов крайних электродов фокусное расстояние линзы носит характер «колоколообразной» функциональной зависимости с выраженным максимумом от потенциала среднего электрода. Вследствие математических закономерностей в точке максимума фокусное расстояние определяется изменениями потенциала среднего электрода лишь во втором порядке малости, что является признаком стабильности фокуса. Технический результат - улучшение фокусирующих свойств.3 ил.
Изобретение относится к области электронной оптики и может быть использовано для улучшения фокусирующих свойств электронных и ионных пушек, электронных микроскопов и электронно-лучевых трубок.
Известны иммерсионные электростатические линзы, образованные двумя электродами (цилиндр, диафрагма или их сочетание) с различными потенциалами, обеспечивающими разность коэффициентов преломления в области объекта (предмета) и изображения [1], которая является причиной фокусировки электронных лучей. Часто такие линзы называют иммерсионными объективами. Они применяются, например, в электронно-лучевых трубках для предварительной фокусировки широких электронных пучков. Недостатком известного типа линз является сильная зависимость фокусного расстояния от значения потенциалов на электродах. Фокусное расстояние здесь и далее определяется как расстояние от средней плоскости линзы до точки на оси системы с минимальным диаметром пучка электронов в области изображений при вводе электронов в линзу из предметной области параллельно оси симметрии.
Наиболее близкой к предлагаемой является одиночная электростатическая линза, образованная тремя электродами (цилиндр, диафрагма или их сочетание). К крайним электродам прикладывается напряжение U1, а к среднему - U2. Характер фокусировки зависит от соотношения этих потенциалов по абсолютной величине [2]. Применяется данный тип линз в основном при окончательной фокусировке электронного потока, т.е. на выходе устройства. Недостаток аналога: фокусное расстояние почти линейно зависит от соотношения потенциалов на электродах, что приводит к «размытости» изображения при естественных колебаниях напряжения источника питания линзы.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в улучшении стабильности фокусного расстояния трехэлектродной выходной линзы с целью уменьшения «размытости» изображения, обусловленной колебаниями потенциалов на электродах.
Решение данной задачи достигается тем, что электростатическая линза содержит три аксиально-симметричных последовательно расположенных электрода Э1, Э2, Э3 с потенциалами U1, U2, U3, выполненных в виде полых соосных цилиндров с внутренним диаметром D и длиной среднего цилиндра Э2, приблизительно равной 3D, а также длинами L первого, расположенного в предметной области, и третьего, расположенного в области изображений, цилиндров Э1 и Э3, соответственно большими чем 3D, т.е. L>3D, при этом линза имеет несимметричное электрическое питание U1<U2<U3, обеспечивающее при фиксированных значениях потенциалов U1 и U3 «колоколообразную» функциональную зависимость фокусного расстояния F линзы от потенциала U2 среднего электрода Э2 с максимумом, в точке которого первая производная равна нулю, и фокусное расстояние F в этой точке будет определяться колебаниями потенциала U2 лишь во втором порядке малости, что является признаком стабильности фокуса по отношению к небольшим изменениям питающих напряжений.
Достигаемый технический результат относительно конкретного значения стабильного фокусного расстояния заключается в оптимальном соотношении длины цилиндрических электродов и их диаметра, а также правильном выборе потенциала среднего электрода.
Изобретение поясняется чертежами, которые не охватывают и не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующим материалом частного и наиболее простого выполнения:
На фиг. 1 показан изометрический вид линзы.
На фиг. 2 - траектории электронов в меридиональном сечении линзы.
На фиг. 3 - зависимость относительного фокусного расстояния F/D от относительного значения а потенциала U2 второго электрода: a=(U2-U1)/(U3-U1).
Устройство работает следующим образом.
Потенциалы U1 и U3 крайних цилиндрических электродов Э1 и Э3 выбираются из учета необходимого ускоряющего напряжения и являются постоянными. Настройка фокусного расстояния F на максимальное значение осуществляется изменением величины потенциала U2 среднего электрода Э2 в соответствии с выражением U2=(U3-Ul)·a+U1, где параметр a варьируется в пределах 0,2÷0,3. Данное выражение справедливо для энергии влетающих в линзу электронов, равной |U3-U1|/2.
Таким образом, заявленная конструкция линзы обеспечивает стабильность фокусного расстояния по отношению к колебаниям потенциалов электродов.
Список литературы
1. Yavor М. Advances in imaging and electron physics, Volume 157: Optics of charged particle analyzers. Academic Press. 2009. 381 pages.
2. Gewartowski J.W., Watson H.A. Principles of electron tubes. D. Van Nostrand Company. 1965. 650 pages.
Электростатическая линза, содержащая три аксиально-симметричных последовательно расположенных электрода с поданным на каждый из них своим потенциалом, выполненных в виде полых соосных цилиндров с внутренним диаметром D и длиной среднего цилиндра, приблизительно равной 3D, а также длинами первого, расположенного в предметной области, и третьего, расположенного в области изображений, цилиндров с большими чем 3D, отличающаяся тем, что имеет несимметричное относительно среднего электрода электрическое питание, обеспечивающее при фиксированных значениях потенциалов крайних электродов «колоколообразную» функциональную зависимость фокусного расстояния линзы от потенциала среднего электрода с максимумом, в точке которого первая производная равна нулю, и фокусное расстояние в этой точке будет определяться колебаниями потенциала среднего электрода лишь во втором порядке малости, что является признаком стабильности фокуса по отношению к небольшим изменениям питающих напряжений
