|
|
|
|
|
|
||
Поля как электрические, так и магнитные, пригодные для получения изображения, должны удовлетворять двум условиям:
Для фокусирующих систем существенной значение имеют поля двух типов: плоско-симметричные и с осевой симметрией (аксиально-симметричные). Такие поля формируются сеточными линзами; линзами, образованными коаксиальными цилиндрическими электродами; линзами, образованными плоскими электродами в виде диафрагм с отверстиями; иммерсионными объективами; смешанными системами (линзы и цилиндры, цилиндры и конические электроды).
Простейшая электронная линза может быть создана двумя тонкоструктурными сетками (рис. 5,а), расположенными вблизи друг друга и имеющими вид шарового сегмента. Она действует аналогично оптической линзе.
Внутренняя сетка заряжается положительно, внешняя - отрицательно. Однако такая система ограничена в применении из-за "провисания" электрического поля в отверстиях сетки. Такая поверхность подобна грубой полировке оптической линзы. Сеточные электроды применяются в качестве отпирающих электродов в электронных затворах.
Выпуклое электрическое поле, обладающее круговой симметрией, можно получить, сделав в одной из пластин заряженного плоского конденсатора круглое отверстие (рис. 5,б).
Подобная линза отвечает всем требованиям, сформулированным ранее. Эквипотенциальные поверхности в ней прогибаются через отверстие из области с большей напряженностью и действуют на траектории движения электронов так же, как оптические линзы на свет, то есть выпуклые эквипотенциальные поверхности, в зависимости от того, в какую сторону электрического поля они обращены, будут собирать или рассеивать электронные пучки (рис. 6).
При выяснении вопроса, является ли данная линза собирающей или рассеивающей, можно руководствоваться аналогией с оптикой. Электронный луч, идущий в направлении возрастания потенциала через эквипотенциальные поверхности, отклонится так же, как и оптический луч при прохождении преломляющей оптической поверхности такой же формы. Поэтому в соответствии со знаками потенциалов диафрагма может стать собирающей или рассеивающей линзой.
Линзы, образованные диафрагмами с отверстиями, характеризуются резким изменением потенциала в плоскости диафрагмы, в то время как до и после нее электрическое поле может быть однородным или плавно меняющимся. На рис.7 показаны формы поля (а), распределение потенциала вдоль оси (б) и оптические аналоги (в) для двух вариантов размещения диафрагмы.
Фокусное расстояние такой линзы, отсчитываемое практически от плоскости диафрагмы, определяется следующим выражением:
Формула справедлива для узких приосевых траекторий, когда после диафрагмы поле не оказывает дополнительного влияния на траекторию электрона. Фокусируемые линзой пучки электронов становятся практически параллельными, поэтому экран можно смещать в определенных пределах, что позволяет изменять электронно-оптическое увеличение при малых изменениях кружка рассеяния.
Схемы с двумя диафрагмами применяются в трехкамерных преобразователях. При этом диафрагмы соединяются с цилиндрическими или коническими насадками, что выравнивает электрические поля у фотокатодов и анода. Оптическая сила такой системы оценивается выражением: j =1/f' =0,18· (U1-U2)2 / U1U 2D. Схема такой системы показана на рис.8.
Иногда, в частности в ЭОП, вместо диафрагм используются коаксиальные цилиндры. Коаксиальные металлические цилиндры с потенциалами U1 и U2 создают поля также круговой симметрии. Диаметры цилиндров могут быть одинаковыми или разными. Иногда один из цилиндров заменяют проводящим покрытием, нанесенным на стенку колбы. На рис.9 изображена коаксиальная линза. Разлетающиеся электроны, поступающие со стороны первого цилиндра, попадают на выпуклые эквипотенциальные поверхности, которые действуют подобно собирательной линзе. Пройдя зазор между цилиндрами, электроны попадают на вогнутые эквипотенциальные поверхности, которые оказывают уже рассеивающее действие. Хотя электрические поля симметричны, фокусирующее действие первой части сильнее, чем второй, ибо в первом цилиндре электроны имеют меньшую скорость, чем во втором. Поэтому в целом такая линза является собирательной.
Электроны, покинувшие точку О, собираются в точке О 1, а вылетевшие из точки М - в точке М1. Таким образом, в плоскости анода имеется геометрическое место точек, являющееся отображением соответствующих точек эмиттера. Изображение получается перевернутым, искривленным.
Приближенно фокусное расстояние такой линзы рассчитывается по формуле:
где R=R1=R2 - радиусы цилиндров. При D U >0 такая линза положительна. При пропорциональном изменении потенциалов, когда отношение U1/U2 остается неизменным, фокусное расстояние линзы не меняется, то есть изображение остается резким при колебаниях напряжения питания. Поэтому для электрических линз допустимы колебания напряжения питания.
Увеличение коаксиальной линзы Q=l2/2l 1, где l1 и l2 - длина электродов.
Качество изображения в рассматриваемой фокусирующей системе - низкое, так как скорости электронов различны при вылете с эмиттера и электронный пучок фокусируется не в точку, а в пятно, называемое кружком рассеяния. Радиус кружка рассеяния определяется выражением r =1,2Umax/E э, где E э - напряженность у эмиттера. По аналогии со световой оптикой явление, искажающее изображение из-за различия скоростей электронов, носит название хроматической аберрации.
За счет кривизны поверхности изображения кружок рассеяния в плоскости экрана также увеличивается. Используя эмиттер сферической формы, соответствующей кривизне изображения, можно приблизить поверхность четкого изображения к плоскости и тем самым улучшить качество изображения по полю. Однако если эмиттером является фотокатод, то это требует применения специальных объективов для проецирования изображения объекта на выпуклую поверхность фотокатода.
Чтобы повысить разрешающую способность электронно-оптическую систему делают иногда трехэлектродной (рис. 10).
В трехэлектродной системе наибольшей четкости добиваются в центре экрана 1 при определенной величине напряжения на третьем подфокусирующем фотокатоде U фо. Изменяя потенциал этого электрода, можно более равномерно распределить разрешающую способность по экрану 2, хотя при этом во всех точках разрешение упадет.
Кроме кривизны поверхности изображения серьезным дефектом в электрических линзах является астигматизм, возникающий при нарушении аксиальности системы в процессе сборки. Электронно-оптическое увеличение возрастает к крайним зонам изображения по сравнению с центральной зоной, возникает подушкообразная дисторсия. Кроме электронных аберраций сказываются дефект сборки (эксцентриситет) и дефекты изготовления элементов.