專利名稱:光閥中聚焦偏轉(zhuǎn)用的分開式偏移環(huán)的制作方法
一般說來，本發(fā)明涉及條紋暗場型光閥投影系統(tǒng)的改進，更具體地說，涉及對光閥的電子光學系統(tǒng)的改進，以便獲得平面光場的投影光學圖象，增高光柵掃描信號的調(diào)制效率，減小電子光學部分的機械準直及所施加電壓的臨界狀態(tài)。
條紋暗場型光閥投影系統(tǒng)在商品化上已使用多年，它具有優(yōu)良的性能。這種類型典型的現(xiàn)有技術(shù)的彩色投影系統(tǒng)，已由授予W.E.Good等人的3，290，436號，3，352，592號和3，437，746號三項美國專利所公開。這種類型投影系統(tǒng)的工作原理，可參照附圖的圖1、圖2和圖3作簡要說明。
首先參見圖1。這里示意性地表示了一種單電子槍電視光閥組件，它包括一只燈10、密封的光閥12以及條紋投影透鏡14。密封光閥12包括一個玻璃殼，殼內(nèi)有電子槍16、輸入槽板18、聚焦偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)20、在圓盤22上的控制層32和液體貯存槽24。
電子槍16從陽極的孔徑11中產(chǎn)生一束電子束，被用來在控制層32上“寫入”電荷分布圖。這些電荷分布圖會引起控制層發(fā)生表面變形并形成一些衍射光柵。此電子束被電極23，25，27及21聚焦、偏轉(zhuǎn)和調(diào)制?？刂茖颖砻娴淖冃?，會使通過控制層32和圓盤22的光線產(chǎn)生衍射和調(diào)制。
聚焦偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)20包括三個電極組，每個電極組又有四個相互垂直的電極，這三個電極組形成的三個電極“匣”，稱之為匣23，25和27;此偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)還包括一個圓柱形電極21。其中第一個是電極匣23，放置在輸入窗口的孔徑附近，起到讓電子束對準中心和預偏轉(zhuǎn)的作用。接著的兩個是電極匣25和27，其上面以某種方式加有直流和交流電壓，以便越過控制層32上的光柵平面進行掃描而得到孔徑11的均勻聚焦的電子束象。接下去這又使控制層的液體受到電荷的控制而被均勻地調(diào)制，產(chǎn)生一個均勻的彩色投影象。跟在聚焦偏轉(zhuǎn)匣25和27后面的是偏移環(huán)21，它同圓盤22上的透明電極一起，用作聚焦偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)20中最后一個電子透鏡的元件。
光調(diào)制液體的具體例子，已經(jīng)公開在Ralph W.Plump的3，288，927號美國專利，Edward F.Perlowski，Jr.的3，317，664和3，317，665號美國專利，Carlyle S.Herrick等人的3，541，992號美國專利以及C.E.Timber-lake的3，761，616號美國專利中。這些液體可能都包含有如David A.Orser的3，764，549和3，928，394號美國專利中公開的添加劑。一般說來，控制層或者光調(diào)制液體是一種非常特殊的化學化合物，用特殊的添加劑改性過，具有所要求的電子-機械和粘彈性質(zhì)，以便能在電子束尋址光閥中顯現(xiàn)出有效的控制層性質(zhì)。
這種基本的光會聚系統(tǒng)，包括一臺弧光燈10，它可以是一臺氙燈，其電弧位于反射器系統(tǒng)的焦點上，該反射器系統(tǒng)可以是一個簡單的如圖1所示的橢球面反射器，也可以是一個復雜的反射器，例如象Thomas T.True等人在4，305，099號美國專利中公開的那種。由電弧發(fā)出的光被反射器反射，穿過一對相隔一定距離的透鏡板，這對透鏡板帶有相應的多個按水平行和垂直列排列著的矩形微透鏡。第一塊透鏡板在圖1中以28表示，第二塊透鏡板是在光閥12玻璃殼的光輸入表面上形成的?；」鉄?0發(fā)出的光在進入光閥12之前，先投射到彩色濾光板26和微透鏡板28上。
光閥12玻璃殼的內(nèi)表面上帶有槽板18形式的輸入光掩膜，該掩膜例如可用蒸發(fā)來蒸鍍上去。輸入槽板18如圖1所示一般是一系列透明槽和交替的不透光條組成的圖形。由弧光燈10發(fā)出的光線經(jīng)濾光之后，穿過這些透明槽進入光閥12。微透鏡板28上的小透鏡，同在光閥12玻璃殼的光輸入表面上形成的相應的小透鏡構(gòu)成許多對聚光透鏡，它們首先將濾光后的光點聚焦到光掩膜的槽上，然后使光線在控制層32的光柵平面上重新成象。由于這樣的安排，弧光燈發(fā)出的光可得到有效地利用，并在光調(diào)制介質(zhì)或控制層32上顯現(xiàn)出矩形圖樣的均勻的光分布。
條紋投影透鏡14，它包括條紋透鏡元件29、輸出顏色選擇條板30和投影透鏡系統(tǒng)31。輸出顏色選擇條板30是和輸入槽板18互補的。這就是說輸出條板上的條與輸入槽板上的槽在光學上是成一直線的，于是在沒有衍射光通過控制層32時，光線將聚焦及終止在輸出條板的條上。這樣就制造出一種“暗場”條件，即當沒有調(diào)制信號被疊加到光柵掃描信號上并一起施加在偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)20的水平及垂直偏轉(zhuǎn)板上時，將沒有光被透射。然而應該指示，電子槍16產(chǎn)生的電子束強度是未被調(diào)制的，所以對光柵進行掃描并給控制層提供電荷的電子束，是一個恒流的電子束(水平及垂直回掃期間電子槍停頓時除外)。
圖1的下半部分給出了發(fā)光體和光閥部件的橫截面。底部的光譜圖表示在進入光閥之前光是如何進行預濾光的。
圖2是一張簡化的光閥圖，表示出三種基本光柵對顏色的選擇作用。由圓盤22(表示在圖1中)支承的控制層32，是作為具有三種不同的衍射光柵分別用于紅、綠、蘭光來解釋的。這些衍射光柵可以單獨或同時被“寫入”，實際上通常是疊在一起的，僅為了圖示方便的目的，圖2中才表示成在控制層32上彼此分開的形式。
在圖1及圖2所繪的光閥投影系統(tǒng)中，綠光通過輸入槽板18的水平槽縫，并受到控制層32上由于掃描柵線的垂直尺寸受到調(diào)制而形成的衍射光柵的控制。如圖3所示，這是通過控制受綠光視頻信號調(diào)制的施加在垂直偏轉(zhuǎn)板上的高頻載波的幅度來實現(xiàn)的。品紅(紅和蘭)光穿過輸入槽板18的垂直槽縫，并受到由于水平方向掃描的電子輝點受到速度調(diào)制而在掃描光柵線右角由電荷產(chǎn)生的衍射光柵的控制。在圖3給出的例子中，這是通過將一個16兆赫的信號(12兆赫的用于蘭光)施加在水平偏轉(zhuǎn)板上，并用紅光視頻信號如圖3所示對其進行調(diào)制來實現(xiàn)的。在控制層32上產(chǎn)生的凹槽具有合適的間距，能使光譜中的紅光部分發(fā)生衍射并穿過輸出條板30上的垂直槽縫，而蘭光部分則被擋住。(當使用12兆赫載波時，輸出條板30的垂直槽縫能通過蘭光，而將紅光擋住)。
這樣一來，用同一個電子束就能“寫入”三種同時疊加的原色畫面，并在屏幕33上投影成一張完全記錄的全彩色畫面。顏色是靠靈巧地操縱單股掃描電子束而將微型衍射光柵寫入液體表面每個象素中來產(chǎn)生的。這些衍射光柵會使透射過來的光線發(fā)生衍射而離開它們在輸出條板上被截止的位置，并對該光線進行空間濾波，以使所要求的顏色到達屏幕。被衍射的光量與控制層上形成的衍射光柵的深度有關(guān)。這種技術(shù)能使一幅全彩色的電視畫面寫入單一控制層上，而不需進一步再使電視圖象重合。
圖3以方框圖的形式畫出了基本光閥投影器的線路。將一個復合的視頻信號加到解碼器34的輸入端，解碼器就能在其輸出端提供紅、蘭、綠三色的視頻信號。這些信號分別被加在調(diào)制器36、38和40上。條形信號發(fā)生器42提供的載波信號，在圖示情況下它具有與調(diào)制器36、38和40相應的16兆赫、12兆赫和48兆赫信號。紅光調(diào)制器36和蘭光調(diào)制器38的輸出結(jié)合在一起，疊加在水平偏轉(zhuǎn)信號發(fā)生器44發(fā)出的水平偏轉(zhuǎn)信號上。綠光調(diào)制器的輸出，疊加在垂直偏轉(zhuǎn)信號發(fā)生器46發(fā)出的垂直偏轉(zhuǎn)信號上。
在圖1、2及3中簡要畫出的基本型條紋暗場光閥投影器，多年來已發(fā)展成一種可產(chǎn)生具有良好的色彩平衡和高清晰度的優(yōu)質(zhì)畫面的高效投影器。然而改善和優(yōu)化投影器設(shè)計和操作的努力，仍在不斷地進行著。其中較為關(guān)鍵的設(shè)計考慮是光閥的電子光學系統(tǒng)。由上面的討論可能會意識到電子光學系統(tǒng)是十分復雜的，而且是隨偏轉(zhuǎn)電壓的改變在動態(tài)地變化著。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，畫面特性的均勻程度，決定性地取決于光閥的聚焦及偏轉(zhuǎn)電極系統(tǒng)的非常精確的準直，取決于精密而細致地控制所施加的電壓、掃描平衡和動態(tài)預偏轉(zhuǎn)。即使對上述有關(guān)事項作了仔細地控制，現(xiàn)有技術(shù)的電子光學系統(tǒng)仍要求在平衡光閥系統(tǒng)的電氣和機械性能的許多變量的最佳特性方面作出操作上的折衷。因此，有必要繼續(xù)優(yōu)化和改進投影圖象的調(diào)制彩色光場的均勻性，降低機械裝置和電子光學電極系統(tǒng)準直的靈敏度。
本發(fā)明的目的是要改進條紋暗場型光閥投影系統(tǒng)的設(shè)計和制造。
本發(fā)明的另一個更具體的目的是要改進光閥的電子光學系統(tǒng)，即改進被調(diào)制的投影光場的彩色均勻性，有時稱之為投影光場的“無偏差性”。
本發(fā)明的再一個目的是要在電子光學系統(tǒng)方面作出改進，以使條紋暗場型光閥的對準和所施加電壓的臨界狀態(tài)要求能降到最低。
按照本發(fā)明，在最后一組偏轉(zhuǎn)板和靶區(qū)之間的偏移環(huán)至少要分成兩個軸向單元。緊靠最后一組偏轉(zhuǎn)板的偏移環(huán)部分，是在使投影光學象的平面光場性能最優(yōu)的電壓下工作的。另一個偏移環(huán)部分，是在對于具體選定的圓盤電壓使其調(diào)制效率曲線的銳度為最佳的電壓下工作的。進一步的性能改進是通過對第二個偏移環(huán)中的孔徑進行整形，以便產(chǎn)生出最終的電子束聚焦光場成分，用來補償基本偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的掃描光柵偏轉(zhuǎn)畸變來實現(xiàn)的。
本發(fā)明的上述目的、狀況和優(yōu)點，根據(jù)以下的詳細說明參照附圖將能更好地理解。其中圖1是表示現(xiàn)有技術(shù)光閥投影系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡化橫截面圖;
圖2是說明現(xiàn)有技術(shù)光閥投影系統(tǒng)工作原理的簡化透視圖;
圖3是表示現(xiàn)有技術(shù)光閥投影系統(tǒng)的調(diào)制偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)基本電路方框圖;
圖4是體現(xiàn)本發(fā)明的新型光閥主要元件的部件分解透視圖;
圖5是光閥的局部截面圖，特別畫出了本發(fā)明所述分開式偏移環(huán)的結(jié)構(gòu);
圖6A是聚焦偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的匣狀電極對63及65的部分立體圖，它表示在軸上情況當匣狀電極處在同一個直流電位時，由電子束的輸出端或透明電極86一端發(fā)出的等電位場線;
圖6B是一張平面圖，用以描述在電極匣63-65中當電子束離軸偏轉(zhuǎn)時，其所承受的偏轉(zhuǎn)象散力;
圖7是通過光閥中心線的橫截面圖，用以描述廣義的電子透鏡RS及T，它們分別是在沒有偏轉(zhuǎn)電子束的情況下，由電極63-65與偏移環(huán)68a;電極68a和68b以及電極68b和透明電極86形成的;
圖8是一張平面圖，用以描述由電極元件63-65及68a的幾何形狀在電極對之間施加不同電壓而產(chǎn)生的典型校正場中，用力矢量表示的靜電離軸聚焦力;
圖9A和9B分別為具有優(yōu)選孔徑的第二個偏移環(huán)68b的平面圖和橫截面圖，此偏移環(huán)與圓盤透明電極86一起形成電子透鏡;
圖10A是本發(fā)明最佳實施方案中兩個偏移環(huán)的橫截面圖，表示了第二個偏移環(huán)與圓盤電極間的相對距離;
圖10B是本發(fā)明的一種可供選擇的三個偏移環(huán)實施方案的橫截面圖，表示了由這些偏移環(huán)和偏轉(zhuǎn)電極以及圓盤電極形成的電子透鏡;
圖11A至11D都是平面圖，表示第二或者最后一個偏移環(huán)的孔徑幾何形狀與不同電壓之間幾種可能性組合。
在上述附圖中，幾幅圖中使用的相同參考標號表示相同或者相應的部件。重新參見附圖，特別要參見圖4，這里畫出了新型條紋暗場型光閥的內(nèi)部真空部件的局部分解圖。該真空室包括輸入窗口51、玻璃缸體52、后護罩53和面板58，后護罩上有一個模壓出來的凹入部55，用來安裝齒輪泵裝置70。電子槍組件16與輸入窗口51的中心孔相連，輸入槽板或條板18在輸入窗口51的內(nèi)表面上形成，其作用與這種類型較早光閥的相似。
聚焦和偏轉(zhuǎn)裝置包括三組電極。一組是由四個電極組成的61，它包括一對水平極板和一對垂直極板，都附在輸入窗口51的中心孔周圍。一對垂直偏轉(zhuǎn)極板62和一對水平偏轉(zhuǎn)極板67位于缸體52里面，構(gòu)成第二組電極。第三組電極是由垂直偏轉(zhuǎn)極板63和水平偏轉(zhuǎn)極板65組成的。如圖4所示，偏轉(zhuǎn)極板62，63，65和67借助固定支架66支承在缸體52內(nèi)，支架66還為偏轉(zhuǎn)極板提供電連接。除了偏轉(zhuǎn)極板63和65之外，在后護罩53里面是一個圓柱形的偏移環(huán)68，它與圓盤83上的透明電極86(圖5)一起，使聚焦偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)最終完成。透明電極86是電子束的靶電極。正如將要詳細說及如圖5表示的那樣，這個圓柱形的偏移環(huán)68在軸向被分成兩個部分，而為使光閥的性能最優(yōu)化，這兩部分是在不同的電壓下工作的。
一臺總起來以70表示的齒輪泵裝置，被安裝在后護罩53的凹入部55中。該齒輪泵包括可裝在外殼72內(nèi)的齒輪71，由磁鐵73驅(qū)動。磁鐵73同一塊由電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的磁鐵偶合(圖中未繪出)，后者在安裝齒輪泵的凹入部55外部的后表面上同齒輪泵70是軸向準直的。軸向屏蔽板74是為磁鐵73提供的，以使其磁場不會影響電子束。光閥投影系統(tǒng)中還裝有其它磁屏蔽裝置，以防止電子束受到投影器上的磁場或由于地磁場造成的影響。
后護罩53包括安裝齒輪泵裝置70的凹入部55，面板58一般設(shè)有盛裝液體的貯液槽24(圖1中已簡略畫出)。齒輪泵70位于貯液槽中并經(jīng)過濾器76將液體泵出去。過濾器76夾在過濾器支架77與多孔板78之間，此組件被固定在隔板81后面下部。隔板81通常是一個具有朝前凸出的凸緣的圓盤，它的凸緣能把轉(zhuǎn)盤83圍在中間。為了轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)盤83由軸承84支承，通過軸承伸出一根樞軸，安裝在隔板81的中心。轉(zhuǎn)盤83的圓周上鑲有一個環(huán)齒輪85，它由齒輪泵70伸出的小齒輪75驅(qū)動。
缸體52的側(cè)面裝有真空維持裝置89，在缸體密封之后，作為操作光閥產(chǎn)物而殘留在真空室中的氣相物質(zhì)，將被此真空維持裝置收集。
現(xiàn)在參見圖5，它畫出了在圖4中僅大體表示的偏移環(huán)68，該環(huán)在圖5中包括68a和68b兩部分。偏移環(huán)68a部分最靠近聚焦偏轉(zhuǎn)極板63和65，它是圓柱形的并支承在后護罩53的一側(cè)。緊靠隔板81和轉(zhuǎn)盤83的偏移環(huán)部分68b，具有一大致為截頭圓錐的形狀，被固定在后護罩53的另一側(cè)。
當基本上為正方形的偏轉(zhuǎn)匣狀電極63-65鄰近與其工作在不同電位的其它導電表面時，諸如鄰近電極68a，68b和圓盤電極86，電極匣63-65內(nèi)將形成如圖6A那樣的等電位線。當離開軸線的距離增大時，這些等電位線的軌跡變成基本上為正方形的。當電子束通過電極匣63-65和如圖7所示的電子透鏡R、S及T時，它遵循眾所周知的電子物理學定律，電子束的放大率和聚焦將由其通過的電子透鏡的強度、位置和形狀來決定。在圖4所示的光閥情況下，應當理解，以61及62-67表示的電極也能形成透鏡，它們在電子束進入透鏡R、S和T以前就起作用。
通過調(diào)整軸向位置和施加在軸向?qū)ΨQ電極上的電壓，很容易就能將軸上的或不偏轉(zhuǎn)的電子束聚焦在電極86上。在光閥中，電子束是在陽極的矩形物孔徑11上整形的，整形過的電子束，然后通過電子光學的手段作為聚焦的、高電流密度的矩形圖樣被成象在電極86的控制層32上。
為了能夠“寫入”衍射光柵以使人們能根據(jù)提供給光閥型視頻投影器的視頻信息形成畫面，需要在電極對63-65上施加不同的電壓，以使電子束能在掃描光柵區(qū)內(nèi)偏轉(zhuǎn)。當對稱地施加電子束偏轉(zhuǎn)電壓時，可使電極匣的軸上電位保持恒定;電子束離軸偏轉(zhuǎn)，將使其通過包含由掃描電壓產(chǎn)生的放大和聚焦畸變場區(qū)域內(nèi)的電子透鏡。這將導致成象電子束尺寸、形狀和偏轉(zhuǎn)電子束聚焦軌跡的改變。
圖6B繪出了一些導致離軸偏轉(zhuǎn)電子束“象散”的力的要素?？紤]在軸上的情況，電子束聚焦的條件是電極對63及65處在+100伏的電位。這時電子束在軸上運動通過電極匣及隨后的電子透鏡區(qū)(S)，并被聚焦在控制層32和電極86上。若在圖6B中要求電子束朝電極A偏轉(zhuǎn)，就需在電極A和C上加對稱的電位差，例如可以施加+500伏和-500伏的對稱電位差。這樣電極A變成+600伏，電極C變成+400伏，而電極B和D仍保持在+100伏。這樣一來，電子束將朝電極A偏轉(zhuǎn)，在B-D軸方向保持不偏轉(zhuǎn)并從電極匣63-65(例如圖6B中的點5)中射出。離軸偏轉(zhuǎn)電壓改變了電子透鏡的形狀和電極匣中的場強分布，使電子束受到切向和徑向力的作用，其結(jié)果將使聚焦電子束在A-C方向發(fā)散，在B-D方向會聚。這一點可通過沿A-C偏轉(zhuǎn)線畫出的力矢量得到說明。若電子束沿B-D軸偏轉(zhuǎn)，將產(chǎn)生類似的結(jié)果，但發(fā)散和會聚力現(xiàn)在將如圖所示旋轉(zhuǎn)90°。當需要使電子束處于其它一些地方時(典型說來是在掃描光柵的掃描面內(nèi)任何地方)，產(chǎn)生掃描所要求的電極電壓也會引起作用在電子束上有效散焦力幅度及方向的變化，這已由圖6B中表示的力矢量畫出。電子束的偏轉(zhuǎn)越大，電子透鏡的畸變越大，截止在控制層電極上的成象電子束產(chǎn)生的尺寸和形狀變化也越大。
因為在控制層32上形成的衍射光柵的幅度是直接同寫入電子束的大小有關(guān)的，所以，實現(xiàn)光柵掃描過程使用的偏轉(zhuǎn)電壓造成的電子束散焦，將會引起非均勻光傳輸?shù)陌l(fā)生。在圖1及圖2表示的彩色光閥系統(tǒng)中，正交的衍射光柵被用來控制和選擇品紅(紅和蘭)和綠光的傳輸。因為被傳輸?shù)狡聊簧系募t、蘭光成分是由控制層上成象電子束的水平尺度決定的，故由于掃描畸變力引起的該電子束尺度的改變，將使投射在掃描光柵不同區(qū)域的紅光或蘭光量不同。按照類似方式，綠光暗場和響應于綠光視頻信號被傳輸?shù)狡聊簧系木G光，是由垂直電子束的尺寸決定的，反過來，后者又是在垂直方向施加到電子束上的掃描場力作用下發(fā)生變化。因此，掃描場的聯(lián)合作用將使電子束的尺寸在整個被掃描光柵區(qū)內(nèi)發(fā)生很大地變化，繼而引起單獨的或組合的彩色場在對紅、蘭、綠光場的寫入效率均勻性方面發(fā)生顯著變化。
為了減小這種不希望的畸變，現(xiàn)有技術(shù)的光閥中采用了類似于圖4中電極21一樣的園柱形電極。該電極在電氣上可被看作電極68a和68b的一塊組合體，它們工作在與電極86相同的電壓下。就效果上看，這個電極同偏轉(zhuǎn)匣電極63-65結(jié)合在一起，形成圖7中表示的電子透鏡R。它對電子束附加有如圖8中畫出的射束畸變矢量的作用。注意，如圖6B所示，這些射束力矢量的方向是同電極匣63-65中由偏轉(zhuǎn)電壓引入的那些畸變矢量的方向相反的。雖然現(xiàn)有技術(shù)的電極安排能夠起到糾正電極匣63-65中引入的某些畸變的作用，但是不可能同時既平衡反作用射束力，又保持射束成象放大率在整個被掃描光柵上有均勻值，以便獲得一個恒定的射束尺寸，實現(xiàn)光的均勻傳輸或造成對被調(diào)制的紅、蘭、綠光的“平面場”條件。研制工作表明，正方形匣狀電極63-65和圓柱形電極之間的電場，能夠為離軸電子束的畸變產(chǎn)生一校正量;而且表明，同匣狀電極和圓柱形電極之間電位差相結(jié)合的電極的直徑和軸向長度，能夠產(chǎn)生顯著改善“寫入”均勻性的電場條件?，F(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)的這些性質(zhì)，對電極幾何形狀的控制和平衡以及對關(guān)鍵性的電掃描和聚焦電壓的控制，產(chǎn)生了迫切要求。
依據(jù)本發(fā)明，我已確定，通過優(yōu)化畸變校正電場和獨立地控制電子束的聚焦，人們可以在平面場的性能方面獲得重大改進。這可以通過使用至少兩個在軸向分開的圓柱形電極來實現(xiàn)。第一個圓柱形電極在圖7所示的透鏡R處產(chǎn)生一個畸變校正切向和徑向力矢量，它是由施加在匣狀電極上的偏轉(zhuǎn)電場產(chǎn)生的。第二個圓柱形電極在不同的電壓下工作，它同第一個圓柱形電極配合形成電子透鏡S，以控制電子束的聚焦。另外，在第二個圓柱形電極和控制層電極86之間還形成了第三個電子透鏡T，它進一步控制電子束的尺寸，通過把偏轉(zhuǎn)電場的聚焦軌跡整形到近似接近于控制層的平表面而將電子束的尺寸控制一個基本均勻的值。圖7中表示出這三個透鏡?？疾靸蓚€軸向電極，第一個電極68a與匣狀電極63-65(圖7中僅繪出了電極63)相互作用形成了透鏡R;電極68a與68b相互作用形成了透鏡S;電極68b與控制層或圓盤電極86相互作用形成了透鏡T。這些透鏡中每一個的強度和校正力，基本上是由長度、直徑以及相鄰電極之間的電位差決定的。
我已確定，圓柱形電極68a的直徑同電極匣63-65的平行極板之間距離之比，對獲得最有效的射束畸變校正力用以保持成象射束孔徑合適的放大率是很關(guān)鍵的。對于電極86上給定的電位來說，可以調(diào)整電極68a與68b之間的電壓，以便獲得所要求的射束放大率和在控制層32上聚焦的平面軌跡。
如圖9A和9B所示，把電極68b做成一個開口的盆狀電極，可以在畸變校正方面作出進一步地改進。這種形狀可加強圓盤電極86和電極68b之間的電場(對于給定的電位差來說)，而且除了它的主要射束聚焦功能外，還為校正被掃描光柵的畸變提供進一步的手段。尤其值得注意的是，偏移環(huán)部分68b孔徑的尺寸和形狀，會影響圓盤電極86終端電場的形狀，從而令影響射束的射擊位置和聚焦情況。如下面將更充分說明的那樣，孔徑的形狀可用來調(diào)整光柵的線性誤差及保持光閥的均勻平面場性能。按照本發(fā)明的分開式偏移環(huán)結(jié)構(gòu)的另一個優(yōu)點是，通過向偏移環(huán)部分68a和68b之間以及在圓盤電極86上施加不同的電壓，可以使圓盤電極86在大約+3000伏至+5800伏相對說來比較低的電壓下工作，這種較低的射擊電壓在減小電子束對液體破壞方面是合乎要求的。此外，當電極68b比圓盤電極86的電壓更高時(這是通常的情況)，從控制液體層32上發(fā)出的二次電子和被反射的電子被偏移環(huán)68b收集，這樣可防止它們返回到控制層上產(chǎn)生不需要的電荷分布。
在本發(fā)明的一個實施方案中，電極86是在+5000～+7200伏的范圍內(nèi)工作，電極匣63-65在0～+100伏的范圍內(nèi)工作，我已確定，電極68a應在+4600～+4800伏范圍內(nèi)工作，電極68b在+6000伏下工作。當電極68a和68b的直徑是28英寸，電極長度為0.5英寸，電極匣63-65的電極相互間距為2.4英寸時，這些電壓值能得到最佳性能。電極匣63-65和圓柱形電極68a之間的間距為0.1英寸。試驗表明，圓柱形電極直徑與匣狀電極平行極板之間間距的臨界比率從最小的1.1到最大的1.25。處在這個范圍內(nèi)的正方形匣電極與第一個圓柱形電極之間的尺寸比，使得電子束的離軸切向和徑向放大率畸變能得到很好地校正。軸向電極之間的間距和工作電壓，基本上是由電極86所要求的工作電壓決定的。在圖7中，通常為球面形狀的對稱透鏡S和T，允許近乎獨立地調(diào)節(jié)透鏡的聚焦，以便在控制層的整個被掃描光柵區(qū)域獲得所需要的成象射束特性。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，電極68b可被分成如圖10A和10B所示的兩個軸向部分。在圖10B所示的實施例中，偏移環(huán)部分68b和68c之間將形成一個電子透鏡T′，偏移環(huán)部分68c和園盤電極86之間將形成一新的電子透鏡U。這個實施方案的優(yōu)點是，畸變校正場的強度和聚焦電場S及T′基本上都是相互獨立的。另一個優(yōu)點是當透鏡T′同透鏡S和U一起使用時，園盤電極86可以在一個合乎需要的較低的射束射擊電壓下工作。例如通過使第一個偏移環(huán)68a工作在+4600至+4800伏，第二個偏移環(huán)68b在+6000伏，第三個偏移環(huán)68c比園盤電極86高150至250伏，可使電極86的園盤電壓進一步降低到+2000伏到+5000伏間進行工作。
在使用兩個偏移環(huán)部分的實施方案和使用三個偏移環(huán)部分的實施方案中，兩者的最后一個偏移環(huán)68b或68c都可以有一個矩形孔，具有同被掃描的光柵基本對應的形狀，或者有一個以掃描光柵中心為中心的園形孔。圖11A至11D表示偏移環(huán)部分68b或68c的園形孔或方形孔在與相對園盤電極86的電位差進行的各種結(jié)合中，電場U產(chǎn)生的力矢量的效果。這些矢量的幅度正比于園盤電極86與帶孔的偏移環(huán)68b或68c之間的電位差。矢量的方向表示它們將要影響光柵的掃描電子束的路徑，并表示它們是由電場U的極性決定的。通常情況是偏移環(huán)68b或68c相對園盤電極86為正，圖中矢量就是按此表示的。光閥可以工作在電位差為0的情況下，此時沒有校正的電場力，或者工作在電位差稍負的情況，這時電場將施加一個同圖中反向的力。一種把園形和方形孔相結(jié)合的形狀，可以用來優(yōu)化電場U的靜電力，使其具有最好的線性及與之相關(guān)的電子束寫入特性。例如圖11A表示在偏移環(huán)部分68b或68c和園盤電極86間電位差為零，偏移環(huán)為園形孔的情況。在這種情況下，電場U為零，光柵尺寸和形狀不變。在圖11B中，說明了偏移環(huán)部分68b或68c與園盤電極86間有正的電位差，孔為園形時的情況。此時掃描光柵形狀保持原樣，但光柵尺寸增大了。圖11C表示在偏移環(huán)部分68b或68c與園盤電極86間有正的電位差，孔為方形時的情況。這樣將在光柵上產(chǎn)生一桶形畸變，這對校正光柵上的枕形畸變將是有用的。通過把方形孔如圖11D那樣旋轉(zhuǎn)45°角，能夠產(chǎn)生一枕形畸變，它對校正光柵上的桶形畸變將是有用的。其他有適用的尺寸和形狀的孔以及電位差，可以用來補償光閥基本偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)畸變。通過同第三個偏移環(huán)68c上的孔相結(jié)合，可以為獨立地設(shè)置放大率、平面場、射擊電壓以及偏轉(zhuǎn)幾何畸變的校正提供更大程度的靈活性。
應該認識到，為了滿足其他操作條件或應用的要求，電極的尺寸和電壓可以按比例地增大或縮小。此時，受到由一組基本上為方形的偏轉(zhuǎn)匣電極產(chǎn)生的電場作用的電子束，其放大率和聚焦情況可以通過使用在偏轉(zhuǎn)匣電極和射束接收電極間附加至少兩個沿軸向分開布置的園柱形電極，并在此兩個電極和偏轉(zhuǎn)匣之間加上的一靜電場來進行有效的控制。因此，在借助各種優(yōu)選的實施方案對本發(fā)明進行描述和說明的同時，熟悉本技術(shù)的人員不難認識到本發(fā)明可以用屬于所附權(quán)利要求
要旨和范圍內(nèi)的變更和替換方法來實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種改進的靜電電子光學系統(tǒng)，是為使在具有矩形截面的射束整形孔徑處形成的電子束成象，并在整個掃描區(qū)域保持一定的射束放大率和聚焦的同時使該電子束掃描被掃描的光柵區(qū)域用的，它包括一個具有兩對平行極板的矩形截面的偏轉(zhuǎn)電極組件；至少兩個在上述偏轉(zhuǎn)電極組件的軸線上相隔一定距離的園柱形電極；以及一個供電子束射擊的電極；上述的至少兩個園柱形電極是在不同的電壓下工作，以便產(chǎn)生畸變校正透鏡并為電子光學系統(tǒng)的整個放大和聚焦功能提供單獨控制。
2.如權(quán)利要求
1所述的改進的靜電電子光學系統(tǒng)，其中的偏轉(zhuǎn)電極組件具有一正方形的截面，而且園柱形電極的直徑和偏轉(zhuǎn)電極組件的平行極板間間距之比，是在最小1.1到最大為1.25的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求
2所述的改進的靜電電子光學系統(tǒng)，其中最靠近上述電子束射擊電極的園柱形電極通常是盆形的，它具有沿著軸線方向趨近上述電子束射擊電極的從大到小的直徑，并且進一步還具有一個可校正射束偏轉(zhuǎn)中畸變的幾何形狀的孔徑。
4.如權(quán)利要求
3所述的改進的靜電電子光學系統(tǒng)，其中所述的孔徑是園形的。
5.如權(quán)利要求
3所述的改進的靜電電子光學系統(tǒng)，其中所述的孔徑是矩形的。
6.如權(quán)利要求
3所述的改進的靜電電子光學系統(tǒng)，其中所述的孔徑是正方形的。
7.如權(quán)利要求
6所述的改進的靜電電子光學系統(tǒng)，其中所述的正方形孔徑是同上述掃描光柵區(qū)域軸向準直的。
8.如權(quán)利要求
6所述的改進的靜電電子光學系統(tǒng)，其中所述的正方形孔徑是相對軸線旋轉(zhuǎn)45°并與上述掃描光柵區(qū)域軸向準直的。
9.一種改進的條紋暗場型光閥，它包括一個真空室，該真空室有一個輸入窗口;一個聚焦和偏轉(zhuǎn)用的缸體;一個后護罩;一個包括輸出窗口的面板;一個在上述后護罩和上述面板之間空間的一部分圍出的貯液槽;一個位于上述輸入窗口的中心孔中的電子槍;一個支承在上述聚焦偏轉(zhuǎn)缸體中的聚焦偏轉(zhuǎn)組件，上述聚焦偏轉(zhuǎn)組件有兩對平行極板;一個部分地凸進上述貯液槽中的轉(zhuǎn)盤，它在靠近上述電子槍的表面具有一個電極;一種在上述貯液槽中的液體，該波體涂復在上述轉(zhuǎn)盤上，上述電子槍產(chǎn)生的電子束被施加在上述聚焦偏轉(zhuǎn)組件上的電壓偏轉(zhuǎn)，而對由涂復到上述轉(zhuǎn)盤上的液體形成的光柵進行掃描;一組在上述聚焦偏轉(zhuǎn)組件和上述轉(zhuǎn)盤之間分件設(shè)置的偏移環(huán)組件，該組件至少包括第一個偏移環(huán)部分和一個在軸向與其隔開的第二個偏移環(huán)部分，所述第一個偏移環(huán)部分在第一種電壓下工作的與上述聚焦偏轉(zhuǎn)組件相鄰;上述第二個偏移環(huán)部分與上述轉(zhuǎn)盤相鄰并在第二種電壓下工作;上述聚焦偏轉(zhuǎn)組件同上述第一個偏移環(huán)結(jié)合，相互作用形成第一個靜電透鏡，用來校正由施加到上述聚焦偏轉(zhuǎn)組件上的偏轉(zhuǎn)電場產(chǎn)生的電子束畸變;上述第一個偏移環(huán)與第二個偏移環(huán)相互作用形成第二個靜電透鏡，用來控制電子束的聚焦;并且上述第二個偏移環(huán)同上述轉(zhuǎn)盤上的上述電極結(jié)合至少形成一個第三靜電透鏡，用來控制電子束的尺寸。
10.一種如權(quán)利要求
9所述的改進的條紋暗場型光閥，其中所述第一偏移環(huán)的直徑同聚焦偏轉(zhuǎn)電極組件的平行極板間的間距之比，在最小為1.1到最大為1.25的范圍內(nèi)。
11.一種如權(quán)利要求
10所述的改進的條紋暗場型光閥，其中所述的分件設(shè)置的偏移環(huán)組件在所述的第二偏移環(huán)部分和所述轉(zhuǎn)盤之間包括第三個偏移環(huán)部分，它具有一個可進一步校正電子束畸變的幾何形狀的孔徑。
12.一種如權(quán)利要求
10所述的改進的條紋暗場型光閥，其中所述的分件設(shè)置的偏移環(huán)組件以這樣的電位差工作，它可使所述轉(zhuǎn)盤上的所述電極能采用一較低的射擊電壓，以便減小電子束對所述轉(zhuǎn)盤上的上述液體的破壞。
專利摘要
條紋暗場型光閥，有含電子槍的真空室；聚焦偏轉(zhuǎn)組件和涂有光調(diào)制液的轉(zhuǎn)盤，槍射束對轉(zhuǎn)盤掃描。轉(zhuǎn)盤上有透明射擊電極。偏轉(zhuǎn)組件和轉(zhuǎn)盤間是至少有兩個部分的偏移環(huán)組件。偏移環(huán)一部分同偏轉(zhuǎn)組件結(jié)合產(chǎn)生一靜電透鏡，以校正加到偏轉(zhuǎn)組件的偏轉(zhuǎn)場畸變。其他偏移環(huán)部分的電壓不同于第一偏移環(huán)部分，以產(chǎn)生控制電子束聚焦的靜電透鏡。第二偏移環(huán)和轉(zhuǎn)盤作用產(chǎn)生第三靜電透鏡，通過將偏轉(zhuǎn)電場聚焦軌跡整形成同控制層平面極其相似來將射束尺寸控制到一基本均勻的值。
文檔編號H01J31/24GK87103420SQ87103420
公開日1988年6月22日 申請日期1987年4月20日
發(fā)明者阿爾弗萊德·吉爾·盧森 申請人:通用電氣公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan